DE102020005511B4

DE102020005511B4 - Verfahren zur Herstellung einer Spanplatte, Anlage zur Herstellung von Spanplatten und Spanplatte

Info

Publication number: DE102020005511B4
Application number: DE102020005511.7A
Authority: DE
Inventors: Peter Josef Beck; Ulrich Kaiser; Sven Zimmer
Original assignee: Siempelkamp Maschinen und Anlagenbau GmbH and Co KG
Current assignee: Siempelkamp Maschinen und Anlagenbau GmbH and Co KG
Priority date: 2020-09-09
Filing date: 2020-09-09
Publication date: 2022-08-18
Anticipated expiration: 2040-09-10
Also published as: WO2022053296A1; DE102020005511A1; CN116056847A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Spanplatte aus Spänen der Länge 1 bis 60 mm umfassend die folgenden Schritte,a) Zerkleinerung von Holz zu Feingut, Nutzgut und Grobgut, wobei das Nutzgut zumindest den größten Teil der Späne aufweist,b) Fraktionierung von Feingut, Nutzgut und Grobgut nach Größec) Trocknung wenigstens des Nutzgutes,d) Beleimung wenigstens eines Teils des Nutzgutes,e) Streuung wenigstens des Nutzgutes zu einer Streugutmatte undf) Verpressen der Matte zu einer Spanplatte.Um das Herstellungsverfahren für gleich- oder sogar höherwertige Spanplatten ressourcenschonender und preiswerter zu gestalten, ist vorgesehen, dass zu dem verwendeten Holz auch Schwachholz mit Durchmessern unter 0,08 m gehört und zur Zerkleinerung mindestens ein Messerwellenzerspaner Verwendung findet und die Fraktionierung bereits im Nassbereich bei einer Holzfeuchte von etwa 60 bis 180% vorgenommen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Spanplatte aus Spänen der Länge 1 bis 60 mm umfassend die folgenden Schritte,

a) Zerkleinerung von Holz zu Feingut, Nutzgut und Grobgut, wobei das Nutzgut zumindest den größten Teil der Späne aufweist,
b) Fraktionierung von Feingut, Nutzgut und Grobgut nach Größe
c) Trocknung wenigstens des Nutzgutes,
d) Beleimung wenigstens eines Teils des Nutzgutes,
e) Streuung wenigstens des Nutzgutes zu einer Matte und
f) Verpressen der Matte zu einer Spanplatte.

Ferner betrifft die Erfindung eine Anlage zur Herstellung von Spanplatten zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Spanplatte, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Über die Herstellung einer Spanplatte gibt es zahlreiche Veröffentlichungen und Patentanmeldungen. Die Merkmale a) bis f) zur Herstellung einer Spanplatte sind nahezu in allen Herstellverfahren vorgesehen und können teilweise auf unterschiedliche Art Verwendung finden. Die angegebene Reihenfolge a) bis f) kann auch differieren. Insbesondere kann die Fraktionierung auch nach der Trocknung stattfinden oder davor und danach.
In einigen Fällen wird das Holz vor der Zerkleinerung entrindet. Danach erfolgt in der Regel die Zerkleinerung des zur Verwendung vorgesehenen Holzes zu Spänen in einer zweistufigen Art in der Weise, dass zunächst Hackschnitzel erzeugt werden, die in einem darauffolgenden Arbeitsschritt mit Hilfe von Messerringzerspanern oder Mühlen zu Spänen der gewünschten Größe aufgeschlossen werden. Nachteilig bei diesem Verfahren ist der hohe maschinelle Aufwand, welcher zu hohen Investitions- und Energiekosten (Raumbedarf, Fundamente, Gebäude, Stromverbrauch) führt. Im Übrigen beträgt die Standzeit der Messer in einem Messerringzerspaner oft nur einigen Stunden, was zu häufigen Wartungsausfällen führt. Teilweise werden auch noch andere Spansortimente zugemischt, die anders erzeugt wurden und den Aufwand an Zerkleinerungsmaschinen noch einmal erhöhen.
Es sei darauf verwiesen, dass gemäß der DE 21 35 930 A gelehrt wird, das Schwachholz vorher in hydraulischen Pressen zu Blöcken zu pressen, bevor man dieses einem Messerwellenzerspaner zuführt.
Die Fraktionierung der gewonnenen Späne erfolgt in der Regel nach der Trocknung, beispielsweise in einem Trommeltrockner. Hierzu verwendet man Siebe mit einer gewählten Maschenweite und zwar je nach Anlagenleistung mehrere parallel oder hintereinandergeschaltete Siebe, die für die unterschiedlichen Spanfraktionen sorgen. Aussortiert werden Staubanteile und Grobgut, welches ggf. noch einmal nachzerkleinert werden kann. Die unterschiedlichen Spangrößen werden den späteren Plattenschichten zugeordnet und entsprechend gestreut. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, im Inneren, der sogenannten Mittelschicht, größere Späne vorzusehen und außen, also den Deckschichten, kleinere Spangrößen. Dadurch wird die Oberfläche der Spanplatte für die weitere Nutzung (Anstrich oder Beschichtung) glatter. So werden zur Erzeugung unterschiedlicher Spangrößen auch zahlreiche Siebe, beispielsweise Schwingsiebe, benötigt, was den maschinellen Aufwand wiederum erhöht. Dagegen kann beispielsweise das Innere der Platte durch grobe Späne gebildet sein, um den Materialverbrauch bei der Herstellung zu reduzieren und die Platte insgesamt leichter zu machen.
Aus der DE 10 2008 047 168 A1 ist bereits das Fraktionieren von Streugut durch Sieben bekannt und im Bereich der Spanplattenherstellung ist es insbesondere beispielsweise aus der WO 2018/215401 A1 bekannt, Spangrößen zu fraktionieren und die Fraktion mit den größeren Korngrößen zur Herstellung der Mittelschicht einer Spanplatte zu verwenden.
Es besteht demnach die Aufgabe der Erfindung, das Herstellungsverfahren für gleich- oder sogar höherwertige Spanplatten ressourcenschonender und preiswerter zu gestalten. Der Wertigkeit liegen dabei in erster Linie die mechanischen Eigenschaften, insbesondere Biegefestigkeit, Schraubenauszugsfestigkeit und E-Modul, zugrunde.
Die Aufgabe wird hinsichtlich des Herstellverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und insbesondere dadurch gelöst, dass zu dem verwendeten Holz auch Schwachholz mit Durchmessern unter 0,08 m gehört und zur Zerkleinerung mindestens ein Messerwellenzerspaner Verwendung findet und die Fraktionierung bereits im Nassbereich bei einer Holzfeuchte von etwa 60 bis 180% vorgenommen wird.
Die Erfinder haben erkannt, dass man für hochwertige Spanplatten durchaus auch Schwachholz einsetzen kann, wenn man zur Zerkleinerung einen Messerwellenzerspaner anstelle von Hackern und Messerringzerspanern einsetzt. Der Raumbedarf und der Wartungsaufwand bei Messerwellenzerspanern sind deutlich geringer. Die neue Ausführungsform erbringt den enormen Unterschied, nur etwa die Hälfte des Energieverbrauchs, den man mit Hackern und Messerringzerspanern benötigte, zu beanspruchen und tatsächlich nur ein Zehntel des Raumbedarfs.
Messerwellenzerspaner erlauben auch geringere Stammdurchmesser oder Industrierestholz, wie z.B. Schwarten, zu zerspanen. Das ist mit Messerringzerspaner in nur unbefriedigendem Maß bei Stammdurchmessern von oft weit über 0,08 m bei entrindeten Hölzern möglich. Als Durchmesser sei dabei der Umfang geteilt durch die Zahl Pi (π= 3,14) definiert. Bei der Verwendung von Messerwehenzerspanern entstehen häufig sogenannte Spreißel. Das sind Holzschnittreststücke, deren Aussortierung mit bekannter Siebtechnik sehr schwierig ist. Die Spreißel können so teilweise in die Presse gelangen und insbesondere bei kontinuierlichen Pressen zu Beschädigungen führen. Spreißel reduzieren außerdem die Qualität und das Erscheinungsbild der hergestellten Spanplatten.
Die verbesserte Verwendungsmöglichkeit von sogenanntem Schwachholz unter 0,08 m Durchmesser ist aber auch deutlich kostengünstiger, da diese Holztypen preiswerter zu beschaffen sind. Es wurden sogar Hölzer mit einem Durchmesser ab 0,04 m mit positiven Ergebnissen getestet.
Es ist bevorzugt, dass der Anteil von aus Schwachholz hergestellten Spänen in der Spanplatte wenigstens 30%, vorzugsweise wenigstens 50% beträgt.
Ab dieser Größenordnung wird das Herstellverfahren besonders wirtschaftlich. Dabei sollte der Gesamtanteil der aus dem Messerwellenzerspaner verwendeten Späne für die Spanplatte 30 bis 100 % betragen. Es können selbstverständlich auch mehrere Messerwellenzerspaner eingesetzt werden. Beispielsweise ist es in vielen Fällen auch sinnvoll, zwei unterschiedlich eingestellte Messerwellenzerspaner zu nutzen, wobei mit dem einen Späne für die Mittelschicht und dem anderen Späne für die Deckschichten erzeugt werden.
Mit besonderem Vorteil ist vorgesehen, dass als Holz auch nicht entrindetes Holz verwendet wird.
Auch hier zeigt sich die gewinnbringende Nutzung des Messerwellenzerspaners, der in der Lage ist, deutlich besser auch nicht entrindetes Holz zu hochwertigen Spänen zu zerspanen, und zwar in einer Weise, dass die Rindenanteile entweder in der Spanplatte eingebracht werden oder in später erläutertem Weg leicht aussortiert werden können.
Vorzugsweise erzeugt der Messerwellenzerspaner Späne mit einer Dicke von 0,1 bis 0,8 mm.
Die Form der Späne ist ganz entscheidend für die spätere Qualität der Spanplatte. Sie beeinflusst den Leimverbrauch, das spezifische Gewicht und die mechanischen Eigenschaften. Während Messerringzerspaner eher Streichholzförmige Späne erzeugen, so schneidet der Messerwellenzerspaner eher sehr flache, dünne Plättchen. Diese haben einen höheren Schlankheitsgrad (Spanlänge zu Spandicke), sind einfacher mit Leim zu benetzen und erzeugen einen festen Verbund.
Das wird auch als der Grund angesehen mit dem Verfahren bevorzugt so gearbeitet wird, dass die dünnen Späne in der Spanplatte für eine Schraubenauszugsfestigkeit nach EN 320 von über 1300 N in der Fläche sorgen.
Es ist jedoch so, dass mit der herkömmlich am häufigsten genutzten Siebtechnik, also beispielsweise mit Schwingsieben oder Rollensieben, die Späne eines Messerwellenzerspaners schlechter fraktioniert werden können als die eines Messerringzerspaners.
Deshalb wird von den Erfindern optional, aber in sehr vorteilhafter Weise vorgeschlagen, dass die Fraktionierung zumindest teilweise mit einem Trommelsieb oder einem Sternsieb erfolgt.
Ein Trommelsieb findet man beispielsweise in der DE3836608A1 und ein Sternsieb in der DE4415815A1 . Die der Zerkleinerungsvorrichtung nachgeordnete Siebvorrichtung ist aber vorzugsweise als ein von innen beschicktes Trommelsieb ausgebildet, welches in Versuchen erprobt, insbesondere mit einer rotierenden Bürste gereinigt werden sollte. Diese kann beispielsweise 30 bis 70% der Trommellänge betragen. Die Trommel, durch die das zerspante Material geschickt wird, ist vorzugsweise in Durchlaufrichtung leicht geneigt. Sie besitzt eine Trommelinnenwand, die als Sieb ausgebildet ist. Ein derartiges Trommelsieb mit eventuell nachgeschalteter Hammermühle spart bei einer Herstellungsanlage für Spanplatten gegenüber den Schwingsieben des Standes der Technik kombiniert mit Doppelstrommühlen über € 200.000 Investmentkosten für den Plattenhersteller ein und benötigt wenigstens 30 % weniger Aufnahme von elektrischer Leistung.
Mit besonderem Vorteil wird nun die Maschenweite des Siebes in Laufrichtung immer größer, so wird zunächst das Feingut aus der Trommel abgeführt, an einer in Laufrichtung folgenden Stelle das Nutzgut und am hinteren Ende in Durchlaufrichtung tritt das Grobgut aus und kann vorzugsweise vor der Beleimung entfernt werden.
In der erfinderischen Ausgestaltung wird die Fraktionierung (also vorzugsweise mit einem Trommelsieb oder einem Sternsieb) bereits vor der Trocknung durchgeführt.
Der Fachmann unterscheidet den „Nassbereich“, in dem das als Holzfeuchte oder Holzfeuchtigkeit bezeichnete Verhältnis der im Holz enthaltenen Wassermasse zur Trockenmasse des Holzes in Prozent bei etwa 60 bis 180 % liegt, und dem „Trockenbereich“ nach der Trocknung, in dem der Wert bei üblicherweise 1,5 bis 10 % liegt. In den bekannten Anlagen des Standes der Technik erfolgt die Fraktionierung stets im Trockenbereich. Die Erfinder haben jedoch die Vorteile erkannt, die sich bei einer Fraktionierung bereits im Nassbereich ergibt, weil sich der Energieaufwand erheblich reduziert.
Bevorzugt werden das Nutzgut und eventuell auch das Feingut noch einmal für unterschiedliche Spanplattenschichten separiert und verschiedenen Bunkern zugeführt. Aus diesen Bunkern werden die Späne an die einzelnen für die Deck- und Mittelschichten zugeordneten Streuköpfe weitergeleitet. Selbstverständlich müssen die Späne vor der Streuung beleimt werden, wo sich die Nutzung der Messerwellenzerspaner erneut als Vorteil herausstellt. Die Spanform, die aus dem Messerwellenzerspaner entsteht ist nämlich besser für eine einfach zu gestaltende Beleimung über Leim-Zerstäuberdüsen in einem rotierenden Mischer geeignet als die deutlich schmaleren Späne aus einem Messerringzerspaner. Diese brechen bei den hohen Drehgeschwindigkeiten deutlich schneller und erzeugen so wieder ungewollten Holzstaub oder für den Streuvorgang zu kleines Feingut. Sie sind auch durch aufgrund ihrer Morphologie feiner und führen zu Materialablagerungen im Mischer, die den Reinigungsaufwand erhöhen.
Zudem soll eine Anlage zur Herstellung von Spanplatten geschützt werden, die nach dem beschriebenen Verfahren arbeitet.
Ferner soll die Spanplatte unter Schutz gestellt werden, die nach dem beschriebenen Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 11 erzeugt werden kann.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

1 ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens,

In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung durch ein beispielhaftes Ablaufschema des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für Spanplatten dargestellt. Dabei sind die für den Prozess wesentlichen Anlagenbestandteile in sieben Kästchen dargestellt. Für die meisten Fälle ist auch die dargestellte Reihenfolge diejenige, die Verfahren bei der Verwendung der Aggregate eingehalten wird. Leichte Änderungen in der Reihenfolge bzw. Hinzunahme weiterer Aggregate sind aber möglich und sollen den Erfindungsgedanken nicht einschränken.
Der Messerwellenzerspaner 1 ist ein wichtiger Bestandteil der Anlage, der im Gegensatz zu den ansonsten verwendeten Hackern und mehreren Messerringzerspanern für ein deutlich preiswerteres Herstellverfahren sorgt. Ein solcher Messerwellenzerspaner kann durchaus einen Anteil von 30 bis 100 % des zerkleinerten Holzes für die Spanplatte bereitstellen. Zusätzlich wird das Herstellverfahren preiswerter, da im Messerwellenzerspaner entrindetes oder nichtentrindetes Schwachholz mit Durchmessern unter 0,08 m Verwendung finden kann. Der Anteil von Schwachholz an der neuen Spanplatte kann wenigstens 30%, vorzugsweise wenigstens 50% betragen.
Als weiteres wichtiges Aggregat im Herstellprozess der Spanplatte ist ein Trommelsieb 2 vorgesehen. Dieses ist wesentlich energieeffizienter einzusetzen als beispielsweise Schwingsiebe. Das Trommelsieb ist in der Lage, die erzeugten Späne direkt zu fraktionieren in Feingut 12, Nutzgut 11 und auszusortierendes Grobgut 13. Das Nutzgut umfasst die Späne, die für die Spanplattenherstellung genutzt werden. Diese können noch einmal in die Späne für die Mittelschicht einer Spanplatte und in die Späne für die Deckschichten separiert werden. Unter Umständen kann beispielsweise der Deckschicht auch noch Feingut zugemischt werden, um die Oberfläche besonders glatt zu machen.
So wird ein Teil des Nutzgutes 11 und des Feingutes 12 vorzugsweise in einer Hammermühle 3 aufbereitet. Ganz generell gilt für das Ablaufschema, dass zwischen den einzelnen für die Erfindung wichtigen Stationen noch weitere anlagenteile angeordnet sein können. Beispielsweise sind Bunker oder Speicher, Luftaufbereitungen oder ähnliche Aggregate nicht dargestellt.
Die Späne werden dann in einem oder mehreren handelsüblichen Trocknern 4, beispielsweise jeweils einem für eine bestimmte Größe oder Streuschicht, getrocknet. Anschließend kann das Streugut aus Bunkern oder Speichern einer ebenfalls bekannten Beleimungseinrichtung 5 zugeführt werden. Wie üblich werden die Späne dort in einem Fallschacht oder einer Mischertrommel oder einer Blow-Line mit Bindemitteln besprüht, um im späteren Pressvorgang fest verbunden werden zu können.
Die Späne werden, für die einzeln Schichten in unterschiedliche Größen separiert, einer Streustation 6 einzelnen Streuköpfen zugeführt, die das Nutzgut gleichmäßig verteilt auf ein Streuband streuen und so einer Streugutmatte 9 bilden. Diese Streugutmatte wird anschließend in die kontinuierliche Presse 7 verbracht und dort unter Druck und höherer Temperatur verpresst. Eine solche kontinuierliche Presse wird bei der Anmelderin unter dem Namen ContiRoll vertrieben.
Dadurch dass der Messerwellenzerspaner sehr dünne (Dicke von 0,1 bis 0,8 mm) und nicht so schmale Späne wie eine Messerringzerspaner herstellt, kann man mit dem Verfahren durch eine geeignete Beleimung und Verpressung die Schraubenauszugsfestigkeit nach EN 320 deutlich steigern und Werte von über 1300 N erreichen.
Bezugszeichenliste

1: Messerwellenzerspaner
2: Trommelsieb
3: Hammermühle
4: Trockner
5: Beleimungseinrichtung
6: Streustation mit Streuköpfen
7: Kontinuierliche Presse
8: Schwachholz
9: Streugutmatte
10: Spanplatte
11: Nutzgut
12: Feingut
13: Grobgut

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Spanplatte aus Spänen der Länge 1 bis 60 mm umfassend die folgenden Schritte, a) Zerkleinerung von Holz zu Feingut (12), Nutzgut (11) und Grobgut (13), wobei das Nutzgut zumindest den größten Teil der Späne aufweist, b) Fraktionierung von Feingut, Nutzgut und Grobgut nach Größe c) Trocknung wenigstens des Nutzgutes, d) Beleimung wenigstens eines Teils des Nutzgutes, e) Streuung wenigstens des Nutzgutes zu einer Streugutmatte (9) und f) Verpressen der Streugutmatte zu einer Spanplatte (10), wobei zu dem verwendeten Holz auch Schwachholz (8) mit Durchmessern unter 0,08 m gehört und zur Zerkleinerung mindestens ein Messerwellenzerspaner (1) Verwendung findet und die Fraktionierung bereits vor der Trocknung im Nassbereich bei einer Holzfeuchte von etwa 60 bis 180% vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil von aus Schwachholz (8) hergestellten Spänen in der Spanplatte (10) wenigstens 30%, vorzugsweise wenigstens 50% beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Holz auch nicht entrindetes Holz verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Messerwellenzerspaner (1) Späne mit einer Dicke von 0,1 bis 0,8 mm erzeugt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fraktionierung zumindest teilweise mit einem Trommelsieb (2) oder einem Sternsieb erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fraktionierung mit einem Trommelsieb (2) oder einem Sternsieb die Entsorgung von Grobgut (13) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Grobgut (13) vor der Beleimung ausgesondert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Feinguts (12) als eine Deckschichtbeigabe genutzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Späne für eine Deckschicht und eine Mittelschicht der Spanplatte (10) separaten Bunkern zugeführt und anschließend separat mit Leim versehen werden.
Anlage zur Herstellung von Spanplatten gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend wenigstens einen Messerwellenzerspaner (1), ein Trommelsieb (2), einen Trockner (4) für Späne, eine Beleimungseinrichtung (5) für Späne, eine Streustation (6) und eine kontinuierliche Presse (7).
Spanplatte, hergestellt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.