Untersuchung von Moeglichkeiten zur Keilzinkung von ... · Keilzinkenverbindungen, die nach der...

Untersuchungen von Möglichkeiten zur Keilzinkung von Kantholz im halbtro-ckenen Zustand. Feuchtegehalt bis 30%

T 2002

Fraunhofer IRB Verlag

Bauforschung

T 2002

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Untersuchung von Möglichkeiten

zur Keilzinkung von Kantholz

im halbtrockenen Zustand

(Feuchtegehalt bis 30 %)

AbschluBbericht 85511

Forschungsbericht in Auftrag der

Entwicklungsgemeinschaft Holzbau (EGH)

in der Deutschen Gesellschaft für Holzforschung,

München.

Die Untersuchung wurde gefördert mit Mitteln des

Bayerischen Staatsministeriums für Wirtschaft und Verkehr

sowie der Holzwirtschaft.

P. Glos und H. Fuchs

Institut für Holzforschung

Universität München

1987

INSTITUT FÜR HOLZFORSCHUNGDER UNIVERSITÄT MÜNCIIEN

8 MÜNCIiEN 40. WINZERERSTRASSE 45

Untersuchung von Möglichkeiten

zur Keilzinkung von Kantholz

im halbtrockenen Zustand

(Feuchtegehalt bis 30 %)

P. Glos und H. Fuchs

1987

Inhaltsverzeichnis

1. Ausgangssituation 1

2. Zielsetzung und Arbeitsplan 2

3. Trocknungsverfahren ..... . . 3

3.1. Allgemeine Anforderungen 3

3.2. Möglichkeiten der Holztrocknung 3

3.3. Auswahl geeigneter Trocknungsverfahren 5

3.4. Trocknungsanlagen 10

4. Untersuchungen zum Trocknungsverlauf 12

4.1. Art und Umfang der Untersuchungen 12

4.2. Meßmethoden 13

4.3. Untersuchungsmaterial und Versuchsdurchführung 17

4.4. Ergebnisse 19

4.4.1. Allgemeines 19

4.4.2. Spezifische Verfahrensbedingungen der

Heißlufttrocknung 19

4.4.3. Spezifische Verfahrensbedingungen der

Infrarottrocknung 22

4.4.4. Einfluß der Trocknungsdauer und unter-

schiedlicher Anfangsfeuchten bei der

Heißluft- und Infrarot-Trocknung . . 22

4.4.5. Einfluß der Probenform:

Keilgezinkte Hirnholzfläche 25

4.4.6. Natürliche Trocknung ..... . . . 26

4.5. Folgerungen für den Fertigungsablauf bei der

Herstellung von Keilzinkenverbindungen 27

5. Untersuchungen über den Einfluß unterschiedlicher Her-

stellungsbedingungen auf die Festigkeit der Keilzinken-

verbindung. Biegeversuche an Kanthölzern 8/8 cm 2 . 27


5.2. Untersuchungsmethoden 30

5.2.1. Allgemeine Holzeigenschaften 30

5.2.2. Festigkeitsprüfung 31

5.3. Untersuchungsmaterial, Probenherstellung,

Versuchsdurchführung . . • . • . 34

5.4. Ergebnisse 37

5.5. Festlegung der Herstellungsbedingungen 42

6. Festigkeitsprüfungen an keilgezinkten

Kanthölzern 8/16cm 2 44


6.2. Untersuchungsmethoden 44

6.3. Untersuchungsmaterial, Probenherstellung,

Versuchsdurchführung 44

6.4. Ergebnisse 47

7. Zusammenfassung 53

8. Literaturverzeichnis 56

Anhang I

Einfluß verschiedener Trocknungsbedingungen

auf den Trocknungsverlauf 58

Anhang II

Natürlicher Trocknungsverlauf von Kantholzabschnitten

bei Lagerung in unterschiedlichen Klimata 64

Anhang III

Verleimvorrichtung und Verlauf der Leimfugentemperatur 66

Anhang IV

Ergebnisse der Festigkeitsprüfungen

an Kanthölzern 8/8 cm2. t *000.00000 68

Anhang V

Ergebnisse der Festigkeitsprüfungen

an Kanthölzern 8/16 cm 272

1

1. Ausgangssituation

Die holzbearbeitende Wirtschaft ist aus mehreren Gründen zu-

nehmend an der Herstellun g von keilgezinktem Kantholz interes-

siert: Neuartige Konstruktionsformen und Bauaufgaben haben dazu

geführt, daß heute Holzlängen angefordert werden, die technisch

oder wirtschaftlich nur durch Keilzinkung hergestellt werden

können. Durch Keilzinkung kann Bauholz als Endlosware erzeugt

werden. Dies ermöglicht einen wirtschaftlich interessanten Vor-

ratseinschnitt, damit verbunden eine qualitätsstei gernde Lager-

haltung (Vortrocknung des Holzes) und erlaubt wegen des entfal-

lenden Kriteriums "Schnittholzlänge" eine optimale Holzausnut-

zung. Zugleich erlaubt die Technik der Keilzinkung von Kant-

holz, festigkeitsmindernde Stellen auszukappen, wodurch aus der

vorhandenen Holzqualität höherwertige Endprodukte hergestellt

werden können.

Die Technik der Keilzinkenverbindung von Kantholz an sich kann

als gelöst angesehen werden und wird praktisch beherrscht. Die

Problematik liegt darin, daß Kantholz beim Einschnitt im Säge-

werk in der Regel eine Holzfeuchte um oder über 30 % aufweist

und überwiegend mit entsprechend hohem Feuchtegehalt geliefert

und weiterverarbeitet wird. Eine Keilzinkung von Kantholz er-

fordert jedoch, soweit es als Bauholz für tragende Zwecke ein-

gesetzt werden soll, nach DIN 1052 "Holzbauwerke, Berechnung

und Ausführung" und nach DIN 68140 "Keilzinkenverbindung von

Holz" eine Holzfeuchte von 12 ± 3 %, also von höchstens 15 %.

Um diese Forderung einhalten zu können, wird Schnittholz bis-

lang vor der Keilzinkung grundsätzlich technisch getrocknet. Im

Falle von Kantholz mit größeren Querschnittsabmessungen verur-

sacht dies nicht nur technische Probleme, sondern auch erhebli-

che Kosten. Diese können je nach Art und Auslastung der Anlage

bei 15 bis über 20 % des Holzpreises liegen. Im Interesse der

Wettbewerbsfähigkeit der Holzwirtschaft und der möglichen Er-

schließung weiterer Anwendungsgebiete war daher zu klären, ob

eine Keilzinkenverbindung von Kantholz auch ohne vorherige

technische Trocknung des gesamten Holzes, d.h. also bei prak-

2

tisch üblicher Holzfeuchte von etwa 30 %, hergestellt werden

kann.

2. Zielsetzung und Arbeitsplan

Im vorliegenden Forschungsvorhaben sollte die Möglichkeit einer

Keilzinkung halbtrockenen Kantholzes (Feuchtegehalt bis 30 %)

untersucht und die erzielbare Festigkeit der so hergestellten

Keilzinkenverbindung durch entsprechende Versuche nachgewiesen

werden.

Auftragsgemäß beschränkt sich diese Untersuchung auf den An-

satz, die keilzuzinkenden Stirnflächen der Kanthölzer örtlich

zu trocknen und dann mit herkömmlichen Klebstoffen zu verlei-

men. Im Gegensatz zum anderen möglichen Ansatz, der direkten

Feuchtverleimung mit dafür zu entwickelnden Klebstoffen, hat

dieses Verfahren den Vorteil, daß es im Rahmen der bestehenden

Normen und Richtlinien direkt anwendbar ist und keiner geson-

derten bauaufsichtlichen Zulassung bedarf.

Im Vergleich zur technischen Trocknung des gesamten Kantholzes

wird der wirtschaftliche Vorteil einer örtlichen Trocknun g der

Kantholzenden darin gesehen, daß wesentlich weniger Trocknungs-

energie benötigt wird und daß die von mehreren Tagen auf einige

Minuten reduzierte Trocknungszeit wirtschaftlichere Arbeitsab-

läufe ermöglicht.

Im einzelnen bestand das Arbeitsprogramm der vorliegenden

Untersuchung aus folgenden Teilaufgaben:

(1) Auswertung der vorliegenden Literatur und einschlägiger

Patente. Auswahl geeignet erscheinender Verfahren zur ört-

lichen Trocknung von Kantholzenden,

(2) Untersuchung des zeitlichen und örtlichen Trocknungsver-

laufs bei geeignet erscheinenden Verfahren in Abhängigkeit

von den wesentlichen Einflugparametern,

(3) Untersuchung des Einflusses unterschiedlicher Herstel-

lungsbedingungen auf die Festigkeit der Keilzinkenverbin-

dung,

(4) Auswahl des am geeignetsten erscheinenden Verfahrens,

(5) Nachweis der Eignung des gewählten Verfahrens durch

Prüfung der Biegefestigkeit keilgezinkter Kanthölzer mit

einem Nennquerschnitt von 8/16 cm2.

3. Trocknungsverfahren

3.1. Allgemeine Anforderungen

Im folgenden werden die verschiedenen Möglichkeiten der Holz-

trocknung beschrieben und ihre Anwendbarkeit zur örtlich be-

grenzten Trocknung von Kantholzenden diskutiert. Unter der Vor-

gabe, daß nach dem örtlich begrenzten Abtrocknen der Hirnholz-

seiten eine Keilzinkenverbindung mit einem herkömmlichen Leim

möglich sein soll, ergeben sich folgende Forderungen an die

Trocknungsverfahren:

Die Holzfeuchte der getrockneten Kantholz-Stirnseiten soll

unter 15 % liegen.

Der gesamte Holzquerschnitt soll möglichst gleichmäßig ge-

trocknet werden.

- Die Tiefenwirkung der Trocknung soll so ausgelegt sein,

daß die im Restholzkörper verbleibende Feuchtigkeit erst

nach Abbinden der Leimfuge in den Zinkenbereich nachdif-

fundiert.

- Die Verleimbarkeit der Keilzinken darf durch die Trocknung

nicht beeinträchti g t werden.

- Die Trocknung soll wenig Zeit in Anspruch nehmen.

- Um niedere Trocknungskosten zu erreichen, sollen die not-

wendigen Anlagen zur örtlich begrenzten Trocknung einfach

zu konstruieren und wirtschaftlich zu betreiben sein.

3.2. Möglichkeiten der Holztrocknung

Holz trocknet, indem die im Holz befindliche Feuchte in Dampf

verwandelt und abgeführt wird. Dazu muß Energie zugeführt und

ein Dampfdruck gefälle her gestellt werden. Bei der sog. Frei-

lufttrocknung erfol gt die Trocknung durch Sonne und Wind. Dem

geringen Kostenaufwand der Freilufttrocknung stehen die bekann-

ten Nachteile ent gegen, daß die Trocknung langsam verläuft, daß

die Trocknungsdauer und die erzielbare Endfeuchte vom Klimaver-

lauf abhängen und bei ungünstigen Wetterbedingungen Trocknung s-

schäden entstehen können.

Eine ausführliche und systematische Übersicht über technische

Trocknungsverfahren gibt Kröll (1978). Nach ihrer Wirkungsweise

lassen sich unterscheiden:

Konvektionstrockner,

Kontakttrockner,

- Temperatur-Strahlungstrockner,

- Hochfrequenz- und Mikrowellentrockner,

Vakuumtrockner.

Sämtliche Verfahren sind grundsätzlich auch zur Holztrocknung

geeignet, obwohl zur technischen Trocknung von Schnittholz fast

ausschließlich die Konvektionstrocknung in Form der sog. Kam-

mertrocknung eingesetzt wird. Je nach Art der Entfeuchtung wird

diese auch als Frischluft-Ablufttrocknung oder Kondensations-

trocknung bezeichnet. Die Konzentration auf dieses Verfahren

hängt weitgehend damit zusammen, daß es zur Trocknung kleiner

und groper Holzmengen gleichermaßen gut geeignet ist, und daß

viele holzbe- und -verarbeitende Betriebe durch die Verfeuerung

von Holzabfällen über ein billiges Heizsystem verfügen, das für

diese Art der Trocknung besonders günstig eingesetzt werden

kann.

In der älteren Literatur werden teilweise auch Verfahren zur

Trocknung von Holz in Dämpfen organischer Lösungsmittel oder in

einem Ölbad im Zuge einer gleichzeitigen Holzschutzbehandlung

erwähnt (Noack 1965; Rollmann 1955). Diese Verfahren werden

hier nicht weiter verfolgt, da sie als umweltbelastend einzu-

stufen sind und ungünstige Auswirkungen auf die anschließende

Verleimung unterstellt werden müssen.

3.3. Auswahl geeigneter Trocknungsverfahren

Konvektionstrocknung

Aus vorliegenden Untersuchungen (Chow 1976; Troughton, Chow

1977 und 1979) ist bekannt, daß eine konvektive Trocknung mit

Heißluft für eine örtliche Trocknung der Hirnholzbereiche von

Schnittholz gut geeignet ist.

Die Wärmeübertragung vollzieht sich dabei durch das Auftreffen

erwärmter Luft auf den Holzkörper. Die Temperatur in den Rand-

schichten des Holzes steigt an und ermöglicht so eine beschleu-

nigte Verdampfung der Feuchti gkeit an der Oberfläche. Die

Feuchtigkeit im Inneren des Holzkörpers wird durch das entste-

hende Dampfdruck gefälle und durch kapillare Sogkräfte zur Ober-

fläche hin nachgezogen. Besonders über kurze Strecken in faser-

paralleler Richtung vollzieht sich dieser Feuchtetransport sehr

schnell. An der Oberfläche des Holzkörpers, insbesondere an den

Hirnholzseiten, verdampft dann - bedin gt durch die hohe Tempe-

ratur - die nachgezogene Feuchtigkeit. Bei einer örtlichen

Trocknung, die vorwiegend über die Hirnholzflächen erfolgen

soll, ist also mit einem geringen Zeitaufwand zu rechnen. Um

das rasch nachdiffundierende Wasser zu verdampfen, ist jedoch

auch relativ viel Wärmeenergie notwendig. Bei der konvektiven

Erwärmung beeinflußt neben der Lufttemperatur auch die Luftge-

schwindigkeit den Trocknungsvorgang.

In den USA und in Kanada wurden bereits Untersuchungen zu die-

ser Trocknungsmethode im Zusammenhang mit einer Keilzinkenver-

leimung an kleineren Querschnitten durch geführt, und für das

entwickelte Verfahren wurde ein US-Patent erteilt (Chow 1976).

Als optimale Bedin gungen für eine örtlich angewandte Heißluft-

trocknung wurde in diesen Versuchen folgendes festgestellt:

Lufttemperatur: 150 bis 175 °C,

Luftgeschwindigkeit : 150 m/min,

Trocknungsdauer: 15 min.

Die Untersuchungen wurden an Fichten- und Kiefernschnittholz

durchgeführt. Die örtliche, hirnseiti ge Trocknung der Schnitt-

holzenden erfolgt bei dieser sogenannten "WFPL-Methode" (eine

Entwicklung des "Western-Forest-Products-Laboratory", Vancou-

ver, Kanada) nach dem Einfräsen des Zinkenprofiles. Ein zu-

sätzlicher Vorteil, der in verschiedenen Veröffentlichungen

über diese Methode (Carroll 1980; Troughton, Chow 1977) darge-

stellt wird, liegt in der Ausnützung der im Holz gespeicherten

Wärmeenergie zur beschleunigten Abbindung der Leimfuge nach dem

Verpressen.

Keilzinkenverbindungen, die nach der WFPL-Methode hergestellt

wurden, wiesen in Biegeversuchen befriedigende Festigkeitswerte

auf (u.a. Chow 1976; Troughton, Chow 1980).

Kontakttrocknunq

Die Kontakterwärmung kann zur örtlichen Trocknung von Kant-

holzenden nur über die Hirnholzflächen erfolgen, wenn der ge-

samte Querschnitt gleichmäßig getrocknet werden soll. Ober die

Hirnholzfläche soll jedoch auch der größte Anteil der im Holz

vorhandenen Feuchtigkeit verdampfen, was bei einem direkten

Kontakt eines kompakten Wärmeträgers fast gänzlich verhindert

würde. Diese Form der Wärmeübertragung erscheint bei der gege-

benen Zielsetzung daher als problematisch und wird hier nicht

weiter verfolgt.

Strickler (1967) beschreibt ein Keilzinkenverfahren, bei dem

das Zinkenprofil durch eine heiße Matrize in den Holzkörper

eingepreßt wird. Das Ziel bei diesem Verfahren ist aber nicht

eine örtliche Trocknung , sondern eine Vereinfachung der Zinken-

herstellung.

Temperatur- und Strahlunqstrocknunq

Bei der Temperatur- und Strahlungstrocknung wird die auf die

Oberfläche des Holzes auftreffende Strahlung teilweise absor-

biert und dadurch in Wärmeenergie umgewandelt.

Die Strahlungstrocknun g ist zur Trocknung dünner Materialien

(Lackschichten, Furniere) in der Holzindustrie bereits weit

verbreitet. Vorwiegend wird Strahlung aus dem infraroten Fre-

quenzbereich ein gesetzt. Auch in Verbindung mit Verleimvorgän-

gen wird die Infrarotstrahlung zur Erwärmung der zu verbinden-

den Holzteile angewendet.

Ober die Trocknung größerer Schichtdicken führten Kollmann,

Schneider und Böhner (Kollmann u.a. 1966) Untersuchungen an

Brettern aus Fichte und Buche durch. Dabei wurde senkrecht zur

Faserrichtung des Holzes bestrahlt. Der größte Temperaturan-

stieg in den Randschichten erfolgte bei den Versuchen innerhalb

von 15 bis 25 Minuten. Es wurde fest gestellt, daß bei feuchtem

Holz die Erwärmung durch Infrarotstrahlung geringer ist als bei

trockenem Holz. In Abhängi gkeit von der Holzfeuchte wurde eine

Eindringtiefe der Strahlung von 1 bis 7 Millimeter festge-

stellt.

Die Infrarotstrahlung wurde auch bei der Restaurierung der

"Bremer-Kogge" aus dem Jahre 1380, die 1964 in der Weser gefun-

den wurde, zu einer örtlichen Trocknung eingesetzt. Zur Konser-

vierung des gesamten Schiffes war ein wassergesätti gter Zustand

der bereits zusammengesetzten Eichenbauteile notwendig. Die

einzelnen Bruchstücke konnten nicht herkömmlich getrocknet wer-

den, da ein vollständiges Zerfallen zu befürchten war. Für den

Zusammenbau der einzelnen Bauteile durch Verleimung war somit

eine vorherige örtliche Trocknung notwendig. Für diese spezi-

elle Anwendung wurde eine örtliche Trocknung durch Infrarot-

strahlung angewendet (Noack 1969). Die zu verleimenden Holz-

teile wurden etwa eine Stunde durch Bestrahlun g der Oberfläche

getrocknet, wobei der übrige Holzkörper in wassergesättigtem

Zustand verblieb. Anschließend erfol gte die Verleimung.

Festigkeitsuntersuchungen einer nach dieser Methode hergestell-

ten Leimfläche ergaben gute Scherfestigkeitswerte bei hohem

Holzbruchanteil (Noack 1969).

Die vorliegenden Erfahrungen mit der Infrarotstrahlun g zur

Trocknung von Holzoberflächen zeigen, daß diese auch für eine

örtlich be grenzte Trocknung von Kantholzenden geei gnet sein

kann.

Hochfrequenz- und Mikrowellentrocknung

Die kapazitive Erwärmung durch ein hochfrequentes Wechselfeld

wird in der holzbe- und -verarbeitenden Industrie vor allem im

Bereich der Holzverleimung vielfältig genutzt (Egner, Brüning

1952; Gefahrt, Osterfeld 1965). Je nach Frequenzbereich spricht

man von Hochfrequenztrocknung (etwa 4 bis 40 MHz) oder Mikro-

wellentrocknung (900 bis 2500 MHz). Die Wärmeübertragung voll-

zieht sich dabei durch die Umsetzung von elektrischer Feld-

energie in Wärme. Die im feuchten Holz vorhandenen Dipole und

Ionen werden zur Schwingung angeregt und erzeu gen dadurch Rei-

bungswärme. Dabei wird der gesamte im elektrischen Feld befind-

liche Holzkörper gleichzeitig erwärmt.

Der Grad der Erwärmung hängt von der elektrischen Feldenergie

und von den dielektrischen Ei genschaften des Holzes und daher

auch von der Holzfeuchte ab.

Nach Gefahrt (Gefahrt 1962) läßt sich der Temperaturverlauf bei

der Hochfrequenztrocknung in drei Abschnitte unterteilen. Im

ersten Zeitraum des Aufheizens hängt die Erwärmungsgeschwin-

di gkeit vorwiegend von der Holzfeuchte ab. Je höher die Holz-

feuchte, desto größer ist die Wärmeentwicklung. Bei einer un-

terschiedlichen Feuchteverteilung über den Holzquerschnitt

stellt sich somit eine ungleichmäßige Erwärmung ein. Im zweiten

Zeitraum der Aufheizung mit Wärmeleitung und Konvektion steigt

die Temperatur bis zum Siedebereich des Wassers. Im dritten

Trocknungsabschnitt bleibt die Temperatur oberhalb 100°C annä-

hernd konstant; durch Erreichen der Siedetemperatur erhöht sich

aber der Dampfdruck im Inneren des Holzes. Dieser Überdruck

sucht sich vorwiegend in faserparalleler Richtung nach außen

hin abzubauen, wodurch auch die Feuchte nach außen gepreßt

wird.

Dies setzt jedoch eine ausreichend hohe elektrische Feldenergie

voraus, die eine Erwärmung des feuchten Holzes auf über 100 °C

ermöglicht.

Bei der Hochfrequenz- und Mikrowellentrocknung erfolgt die

Erwärmung und Trocknung unmittelbar im Holzinneren. Der dadurch

entstehende Feuchtetransport nach außen wirkt dem Trocknungsge

-fälle, wie es bei einer oberflächennahen und örtlich begrenzten

Trocknung angestrebt wird, entgegen.

Darüberhinaus stehen auch die hohen Betriebskosten (elektrische

Energie!) und die mit dem Einsatz von Hochfrequenzener gie ver-

bundenen verfahrenstechnischen Schwierigkeiten und sicherheits-

technischen Auflagen einer Anwendung dieser Verfahren zur ört-

lichen Trocknung von Kantholzenden entgegen.

Daß die Hochfrequenztechnik da gegen mit Erfolg zu einer be-

schleunigten Leimfugenaushärtung eingesetzt wird, erklärt sich

aus der anderen Auf gabenstellung: Der gezielten Erwärmun g der

relativ feuchten Leimfuge. In Norwe gen und Schweden wird die

kapazitive Erwärmung auch bei der Herstellun g von keilgezinktem

Schnittholz eingesetzt, um den Zinkenbereich vorzuwärmen (Norsk

Treteknisk Institutt 1986).

Nach den vorliegenden Erfahrungen ist festzustellen, daß die in

Abschnitt 3.1. genannten Anforderungen an ein Verfahren zur

örtlichen Trocknung von Kantholzenden von der Hochfrequenz- und

Mikrowellentechnik nur unzureichend erfüllt werden.

Vakuumtrocknung

Aufgrund ihrer verfahrenstechnischen Voraussetzungen, d.h. der

Notwendi gkeit, ein Vakuum aufzubringen, erscheint die Vakuum-

trocknung für eine örtliche Trocknung von Kantholzenden grund-

sätzlich nicht geei gnet zu sein.

Somit werden als geeignete Verfahren zur örtlich begrenzten

Trocknung von Kantholzenden

- die konvektive Erwärmung durch Heißluft und

- die Strahlungserwärmung durch Infrarotstrahlung

ausgewählt.

Strömungskanal HeizregisterProbe

RadialVentilator

- 10 -

3.4. Trocknungsanlagen

Heißluftverfahren

Beim Aufbau der Versuchsvorrichtung für das Heißluftverfahren

wurden die vorliegenden Erfahrungen (Chow 1976) und die Ergeb-

nisse von Vorversuchen berücksichtigt. Vorversuche zur Ermitt-

lung des Einflusses des Strömungswinkels und der Luftgeschwin-

digkeit wurden am Abluftstutzen eines vorhandenen Labor-Trock-

nungsschranks durchgeführt. Die Heißluft-Trocknungsanlage ist

in Bild 1 dargestellt. Sie besteht aus einem Ventilator, einem

Heizregister und einem Strömunaskanal.

Bild 1: Schematische Darstellung der Heißluft-Trocknungsanlage

Der Radialventilator mußte so ausgelegt werden, daß er genügend

Luft durch die Heizregister pressen konnte, um im Strömungs-

kanal die geforderte Luftgeschwindigkeit von max. 150 in/min zu

erreichen.

Das Hi7gister bestand aus vier Stiftheizkörpern (Fa. Zinser-

Schweißtechnik, Typ: Jumbotherm MK 41, 3 x 1700 W bei 380 V),

die auf einer Montageplatte zwischen dem Ventilator und dem

Strömungskanal befestigt wurden. Die Lufttemperatur konnte

durch stufenweises Zuschalten der einzelnen Heizsprialen vari-

iert werden.

Abstandsplatte Abstandshalter

InfrarotstrahlerProbe

—150220V, 50 HZ

Infrarotverfahren

Die örtliche Trocknung von Kantholzenden durch infrarote Be-

strahlung wurde in dem in Bild 2 dar gestellten Versuchsaufbau

durchgeführt.

Bild 2: Schematische Darstellung der Infrarot-Trocknungsanlage

Die Strahlung wurde durch vier übereinanderliegende, keramische

Dunkelstrahler (Fa. Elstein, IR-Flächenstrahler FSR, 1 = 2,3 m,

Temperatur: 990 °C. Leistungsaufnahme: 400 W) erzeugt. Mit

einer Strahlungsmel3dose wurde der Bereich konstanter Bestrah-

lungsstärke ermittelt. Dieser wurde durch einen Ausschnitt in

einer wärmebeständigen Abstandsplatte für die Versuche festge-

4.cyL.

Durch verstellbare Abstandshalter zwischen Strahler und Ab-

standsplatte konnte die Entfernung zwischen Holz und Infrarot-

strahler variiert werden. Auf diese Weise wurden verschiedene

Bestrahlungsstärken realisiert.

Trocknungsverlauf

Beeinflussung durch

das Trocknungsverfahren

Beeinflussung durch

das Trocknungsgut

Infrarot-

trocknung

HeiOluft-

trocknunq

0

- 12 -

4. Untersuchungen zum Trocknungsverlauf

4.1. Art und Umfang der Untersuchungen

Diese Untersuchungen sollten zur Optimierung der örtlichen

Trocknungsbedingungen führen. Die Versuche wurden dabei an den

vorher beschriebenen Trocknungsanlagen

Heißluftgebläse und

Vorrichtung zur Infrarotbestrahlung

durchgeführt.

Die möglichen Einflußgrößen der Trocknungsverfahren und des

Trocknungsgutes auf den Trocknungsverlauf sind schematisch in

Bild 3 angegeben.

Bild 3: Schematische Darstellung der untersuchten Einfluggrößenauf den Trocknungsverlauf

- 13 -

Zur Festlegung der allgemeinen Verfahrensbedingungen wurden

folgende Einflüsse untersucht:

Bezüglich der Heißlufttrocknung:

- Strömungswinkel,

Luftgeschwindigkeit (75 m/min, 150 m/min, 300 m/min),

- Lufttemperatur (55°C, 100°C, 145°C, 170°C),

- Abkühlzeit (3 min, 60 min) ;

Bezüglich der Infrarottrocknung:

Bestrahlungsstärke.

Nach Festlegung dieser Verfahrensbedingungen wurde in Serien

von in der Regel jeweils 3 Proben untersucht:

- der Einfluß der Trocknungsdauer (15 min, 25 min, 35 min)

bei unterschiedlicher Anfangsfeuchte des Holzes (u8 < 25%,us = 25...35%, us > 35%),

- der Einfluß der Probenform (ebene, keil gezinkte Hirnholz-

flüche).

Darüberhinaus wurde zur Abschätzung der Möglichkeiten der na-

türlichen Trocknung der zeitliche und örtliche Trocknungsver-

lauf im Bereich der Kantholzenden bei Lagerung in 3 Klimata

(23°/55%; 20°/65%; Freiluft) untersucht.

4.2. MePmethoden

Zur Ermittlung des zeitlichen und örtlichen Trocknungsverlaufes

wurden Feuchti gkeitsbestimmungen und Temperaturmessungen wäh-

rend des Trocknungsvorganges durchgeführt.

Feuchtemessungen

Eine elektrische Feuchtemessung, die eine kontinuierliche Er-

fassung ermöglichen würde, wurde wegen der hier möglichen,

schwer abschätzbaren Beeinflussung der Meßergebnisse durch den

instationären Temperaturverlauf und evtl. auftretende Risse

nicht verwendet. Aus diesem Grund wurden grundsätzlich Darrver-

suche nach DIN 52183 durchgeführt. Dabei wird der Feuchtegehalt

durch Wägung von Probescheiben im feuchten und im darrtrockenen

- 14 -

Zustand bestimmt und nach folgender Formel berechnet:

Gu - Go u = Feuchtegehalt in %u • 100%

Gu = Feuchtgewicht100

Go = Darrgewicht

Die Trocknung der Probescheiben wurde bei 103 ± 1°C bis zur

Gewichtskonstanz durchgeführt.

Bei allen Trocknungsversuchen wurde vor der örtlichen Trocknung

eine Darrprobe zur Ermittlung der Anfangsfeuchte entnommen.

Nach Durchführung der Trocknung wurden die Darrproben als dünne

Scheiben von der getrockneten Hirnholzseite durch Bandsäge-

schnitte abgetrennt.

Trocknungsversuche wurden an Proben mit ebener Hirnholzfläche

und auch an Proben mit eingefrästem Keilzinkenprofil durch-

geführt. Die Lage der Darrscheiben und die mittleren Entfer-

nungen von der getrockneten Stirnseite bei Proben mit ebener

Hirnholzfläche sind in Bild 4 dargestellt. Die Lage und Abmes-

sungen der Darrproben bei den Trocknungsversuchen mit keilge-

zinktem Stirnende sind in Bild 6 angegeben. Bei den Versuchen

mit keilgezinktem Stirnende wurde durch Abtrennen des Zinken-

profiles die Feuchte in den Zinken und durch zwei anschließende

Darrscheiben die weitere Feuchteverteilung im Probekörper be-

stimmt.

Temperaturmessungen

Die Temperaturmessungen wurden mittels Mantelthermoelementen

(Fa. Philips, TYP CA45 500, Thermopaarung: Ni-CrNi) durchge-

führt, wobei die erreichten Thermospannungen auf einem Zwölf-

Punkte-Kompensationsschreiber aufgezeichnet wurden. Die Ver-

gleichsmeßstelle wurde durch Eiswasser auf einem konstanten

Temperaturniveau von 0°C gehalten. Die Anordnung der Thermo-

elemente zur Erfassung des Temperaturverlaufes während der

Trocknungsversuche ist in den Bildern 5 und 6 dar gestellt. Zur

Montage der Thermoelemente wurden an den in den Bildern 5 und 6

gezeigten Stellen Löcher mit einem Durchmesser von 2,5 mm ge-

bohrt. Die Thermoelemente wurden in diese Löcher so einge-

Darrscheibe zurBestimmung derAnfangsfeuchtigkeit

.----717

7

4-r'5- -

I

7

r - _

XAnschnitt

Sägeschnitt 1,1mm 3,511,54 ca 204— 50 .... 100 —

— 19,5 -27,5

35,5

Darrscheiben 1-5

- 15

steckt, daß die

schnittes lagen

die Zuleitungen

mung durch die

schützt.

Meßspitzen etwa in der Mitte des Probenquer-

. Nach dem Einsetzen der Thermoelemente wurden

durch eine Abdeckung vor einer direkten Erwar-

heiße Luft oder durch direkte Bestrahlung ge-

Bild 4: Trocknungsproben mit ebener Hirnholzseite - Lage derDarrproben

- 16 -

Trocknung durchHeißluft bzw.Infrarotstrahlung

st,

-.nnn••• n•n•n ••n•- -

I I I i l l IuIJ..

6

=2,5mm

MeBspitzen der Mantelthermoelemente

5 -321

1-5:Aufnahmebohrungen für die Mantelthermoelemente6:Thermoelement zur Ermittlung der Trocknungstemperatur

Bild 5: Trocknunasproben mit ebener Hirnholzseite - Laae derTemperaturmeßstellen

- 17 -

Abstände

Temperaturmeestellen 1-4 10 10 10 10

Darrproben 1-3 1,1 10 10 20

Bild 6: Trocknungsproben mit keilgezinkter Hirnholzseite:Lage der Darrproben und der TemperaturmePstellen

4.3. Untersuchungsmaterial und Versuchsdurchführung

Die Untersuchungen zum Trocknungsverlauf wurden an frisch ein-

geschnittenen Fichtenkanthölzern mit 8/8 cm' Querschnittsfläche

durchgeführt. Bei Anlieferung waren die Kanthölzer etwa 2 m

lang, die Holzfeuchten lagen zwischen 20 und 100 %. Die Kant-

hölzer wurden in die 3 in Abschn. 4.1 genannten Feuchtegruppen

(ua < 25%, = 25...35%, > 35%) unterteilt. Aus jedem Kantholz

wurden nach vierseitigem Hobeln auf 7,5/7,5 cm' jeweils drei

bis vier Versuchsproben mit einer Länge von 50 cm geschnitten

und durch die Kantholznummer und eine fortlaufende Indexnummer

gekennzeichnet. An diesen, jeweils aus einem Kantholz

geschnittenen Proben wurden dann in den folgenden

Untersuchungen die verschiedenen verfahrenstechnischen Para-

meter (Trocknung sdauer, Lufttemperatur, Luftgeschwindigkeit

usf.) variiert. Dadurch konnten die Holzeigenschaften bei den

jeweiligen Ver gleichsproben annähernd konstant gehalten werden.

1:20 (mm)t=6,2 (mm)

b b= 1,0 (mm)R: 0,55 (mm)

t CI= 5,99 ( * )

v= T = 0,16

a.

- 18 -

Um far den gesamten Versuchszeitraum feuchte Proben zur Ver-

fügung zu haben und Pilzbefall zu vermeiden, wurden die Proben

in Folien verpackt und bei -18°C tief gefroren. Vor der Ver-

suchsdurchführung wurden die Proben zwei Tage bei 20°C Raum-

temperatur zum Auftauen gelagert. Durch rechtwinkliges Abtren-

nen eines 5 bis 10 cm breiten Anschnittes unmittelbar vor der

Versuchsdurchführung sollte ein möglicher Bereich ungleicher

Feuchteverteilung in den Hirnholzbereichen eliminiert werden

(Bild 4). Zur Bestimmung der Anfangsfeuchte wurde, wie eben-

falls in Bild 4 dargestellt, eine Darrscheibe abgetrennt. An-

schließend erfolgte nach Montage der Thermoelemente die Trock-

nung, wobei bei den Trocknungsversuchen mit keilgezinkter Hirn-

holzseite zuvor noch das Zinkenprofil (vgl. Bild 7) eingefrEst

worden war. Nach der Trocknung wurden die Thermoelemente ent-

fernt und nach einer Ausgleichszeit von 3 Minuten die Darrpro-

ben zur Bestimmung der Feuchteverteilung abgeschnitten. Bei

jeder Versuchsprobe wurde außerdem die Darrohdichte im Auf-

triebsverfahren bestimmt.

Bild 7: Darstellung des bei den Versuchen verwendeten 20 mm-Zinkenprofiles

- 19 -

4.4. Ergebnisse

4.4.1. Allgemeines

An über 80 Proben wurde der Trocknungsverlauf in Abhängigkeit

von den verschiedenen, in Abschn. 4.1 genannten Einflußgrößen

untersucht. Sofern nicht anders angegeben, wurden die Versuche

an Proben mit ebenen, d.h. nicht keilgezinkten Hirnholzseiten

durchgeführt. Typische Einzelversuchsergebnisse sind in den An-

hängen I und II dargestellt. Die Bilder I/1 bis 1/6 und II/1

bis 11/3 zeigen anschaulich, wie sich verschiedene Trocknungs-

bedingungen und die Anfangsfeuchte des Holzes auf den örtlichen

Trocknungsverlauf auswirken.

Einen vergleichenden Oberblick über die Ergebnisse aller Haupt-

versuche an Proben mit ebenen Hirnholzseiten geben die Bilder 8

und 9. Als relative Vergleichsgröße wurde die erzielte Feuchte-

differenz in der ersten Darrscheibe, also die Differenz zwi-

schen der Anfangsfeuchte und dem Feuchtegehalt der ersten Darr-

scheibe (0 bis 7 mm) nach der Trockung gewählt. Durch die in

Abschnitt 4.2 beschriebene Probenauswahl kann unterstellt wer-

den, daß die Proben innerhalb jeder Teilgruppe näherungsweise

gleiche Holzeigenschaften aufwiesen. Als Anhalt für die

Streuung der Holzeigenschaften zwischen den Teilgruppen ist in

den Bildern 8 und 9 die mittlere Darrohdichte der untersuchten

Proben angegeben.

4.4.2. Spezifische Verfahrensbedingungen der Heißlufttrocknung

Strömungswinkel

Strömungstechnische Einflüsse (Anblaswinkel, Bildung von Luft-

wirheln, Luftstau) s i nd bei der Konzeption größerer Trocknungs-

anlagen von Bedeutung. Bei Vergleichsproben, die unter einem

Winkel von 45° mit Heißluft beaufschlagt wurden, konnten keine

Unterschiede in der Feuchtedifferenz und im örtlichen Trock-

nungsverlauf festgestellt werden.

- 20 -

50

01.

40

30

20

10

0

Luftgeschwindigkeit (mf mi n]

lufttemperatur [*C]

Abkühlzeit [min]

Trocknungsdauer [min]

Anfangsfeuchtigkeit [0/•]

Rohdichte 9 [gicm 3 ] I 10,37 0,65 I I 0,39 I I 0,41 0,50

O OG1 LC)11"•••

^

0,61

145

3

Bild 8: Erzielte Feuchtedifferenzen in der ersten Darrscheibebei unterschiedlichen Trocknungsbedingungen desHeißluftverfahrens an jeweils 1 Probe ermittelt.Zugehöriger Trocknungsverlauf siehe Bilder I/1 bis I/3

- 21 -

Luftgeschwindigkeit

Der Einfluß der Luftgeschwindigkeit wurde in zwei Versuchsrei-

hen an Proben unterschiedlicher Anfan gsfeuchte untersucht (Se-

rie 1: Trocknungsdauer 25 min, u8 = 60...75 %; Serie 2: Trock-

nungsdauer 20 min, u8 = 29...33%). Die Luftgeschwindigkeit wur-

de mit 75, 150 und 300 in/min um den von Chow (1976) empfohlenen

Wert von 150 in/min variiert, wobei die Lufttemperatur von 145°C

konstant gehalten wurde.

Eine deutliche Veränderung der erzielten Feuchtedifferenzen

konnte durch die Veränderun g der Luftgeschwindigkeit weder bei

den feuchten (u>FS) noch bei den halbtrockenen Proben (u=FS)

festgestellt werden (Bild 8). Der in Bild I/1 dargestellte

örtliche Trocknungsverlauf zeigt, daß mit zunehmender Luftge-

schwindigkeit auch die Tiefenwirkun g nur unbedeutend zunimmt.

Lufttemperatur

Die Lufttemperatur wurde in den Stufen 55, 100, 145 und 170°C

variiert. Die Trocknungsdauer betrug einheitlich 35 Minuten bei

einer Luftgeschwindigkeit von 150 in/min. Die Anfangsfeuchten

lagen zwischen 24 % und 26 %.

Die Feuchtedifferenzen der ersten Darrscheibe steigen, wie Bild

8 zei gt, mit zunehmender Lufttemperatur kontinuierlich von etwa

15 % auf 25 % an. Aus Bild 1/2 wird deutlich, daß mit höherer

Lufttemperatur auch die Tiefenwirkung ansteigt. Obgleich in der

ersten Darrscheibe Endfeuchten unter 10 % auch bei einer Luft-

temperatur von 55°C erreicht wurden, konnte in der zweiten

Darrscheibe ein Feuchtegehalt unter 15 % nur noch bei einer

Lufttemperatur von mindestens 145°C erreicht werden. Dagegen

veränderte eine Erhöhun g der Lufttemperatur von 145°C auf 170°C

den Tocknungsverlauf nicht mehr nennenswert.

Abkühlzeit

Um den Einfluß des nach der Trocknung in die Randbereiche nach-

diffundierenden Wassers zu untersuchen, wurden drei Serien

(insgesamt sechs Prüfkörper) mit unterschiedlicher Anfangs-

feuchte getrocknet.

- 22 -

Die Darrproben zur Bestimmung des Feuchtegehaltes wurden dabei

jeweils nach einer Abkühlzeit von 3 min bzw. von 60 min her-

gestellt. Den Verlauf der Feuchteverteilung nach der jeweili-

gen Abkühlzeit zeigt Bild 1/3. Es ist zu erkennen (vgl. auch

Bild 8), daß die Holzfeuchte in der ersten Darrscheibe durch

die Verlängerung der Abkühlzeit um etwa 5 % ansteigt.

4.4.3. Spezifische Verfahrensbedingungen der Infrarottrocknung

Bestrahlungsstärke

Der Einfluß der Bestrahlungsstärke auf den Trocknungsverlauf

wurde in Vorversuchen untersucht. Danach wurde der Strahlerab-

stand einheitlich auf das kleinstmögliche Maß von 15 cm fest-

gelegt. Bei gerin gerem Abstand und dadurch höherer Bestrah-

lungsstärke traten bereits bei einer Trocknungsdauer von 15 min

Verkohlungen an der Hirnholzfläche auf. Bei einem Strahlerab-

stand von 15 cm wurde eine gleichmäßige Bestrahlungsstärke von

etwa 400 mW/cm 2 gemessen.

4.4.4. Einfluß der Trocknungsdauer und unterschiedlicher An-fangsfeuchten bei der Heißluft- und Infrarot-Trocknung

Der Einfluß der Trocknun gsdauer wurde bei der Heißluft- und bei

der Infrarottrocknung jeweils an Proben aus 3 Anfangsfeuchte-

bereichen untersucht:

ua > Fasersättigung: Anfangsfeuchte zwischen 32% und 100%,

ua = Fasersättigung: Anfangsfeuchte zwischen 28% und 32%,

ua < Fasersättigung: Anfangsfeuchte zwischen 17% und 28%.

Im Falle der Heißlufttrocknung wurden diese Versuche mit ei-

ner Lufttemperatur von 145°C und einer Luftgeschwindigkeit von

150 m/min durchgeführt. Die Trocknungsdauer wurde jeweils mit

15 min, 25 min und 35 min variiert. Der bei diesen Versuchen

gemessene Temperatur- und Holzfeuchteverlauf ist beispielhaft

in den Bildern 1/4 und 1/5 angegeben.

Sämtliche Versuchser gebnisse sind zusammenfassend in Bild 9

Erzielte Feuchtedifferenzen in der ersten Darrscheibebei verschiedenen Anfangsfeuchten und unterschiedlicherTrocknungsdauer von örtlicher Heißluft- und Infrarot-trocknung

Spannweite der Versuchswertezugehöriger Trocknungsverlauf siehe Bilder 1/4, 1/5

Bild 9:

- 23 -

600/0

50-

40-

30-

20-

10-

0Trocknungsverfahren

U > FS u = FS u< FS u > FS u = FS u< FS

Heißluft Infrarot

Lufttemperatur ['C]

Trocknungsdauer [mini

Luftgeschwindigkeit[m/min]

Rohdichte (g/cm31

Proben zahl

152535

X

150

- 24 -

dargestellt, wobei als Vergleichsgröße für das Trocknungser-

gebnis wiederum die erzielte Feuchtedifferenz in der ersten

Darrscheibe dient.

Die Ergebnisse lassen einen deutlichen Einfluß der Anfangs-

feuchte erkennen. Sie zei gen, daß der Einfluß der Trocknungs-

dauer mit abnehmender Holzfeuchte abnimmt (Bild 9), und daß

sich die beiden Trocknungsverfahren, die Heißluft- und die In-

frarottrocknung, in ihrer Wirkung nicht wesentlich unterschei-

den.

Im einzelnen ist unter Einbeziehung aller durchgeführten Ver-

suche festzustellen (die Bilder 1/4 und 1/5 zei gen nur jeweils

3 von in der Regel 9 Proben):

Bei Anfangsfeuchten unter Fasersätti gung liegen die er-

reichten Endfeuchten der ersten Darrscheibe unter 7%; bei

Verlängerung der Trocknungsdauer auf 25 min sogar unter 4%

und bei einer Trocknungsdauer von 35 min um 3%. Die Unter-

schiede der Feuchtedifferenzen (Bild 9), bedingt durch die

Verlängerung der Trocknungsdauer, sind aber gering, und

auch die beiden Verfahren (Infrarot- und Heißlufttrock-

flung) unterscheiden sich nicht. Die Trocknung wirkt bis

etwa 20 mm Tiefe in den Holzkörper, wobei vor allem die

Endfeuchten der zweiten Darrscheibe (8 bis 15 mm) Unter-

schiede durch die Veränderung der Trocknungsdauer zeigen.

Feuchtigkeiten unter 20% wurden bei allen Trocknungszeiten

bis mindestens 10 mm Tiefe erzielt.

Die Temperatur liegt in den Randbereichen bei der Infra-

rottrocknung erheblich höher (bis 160°C) als bei der Heiß-

lufttrocknung (bis 120°C). Ab einer Tiefe von 20 mm sind

die Temperaturen bei beiden Verfahren annähernd gleich.

Die Trocknungsversuche an Proben mit einer Anfangsfeuchte

um den Fasersätti gungsbereich zei gen ähnliche Ergebnisse

wie die Proben mit geringerem Feuchtegehalt. Die erzielten

Endfeuchten der ersten Darrscheibe lie gen bei 15-minütiger

Trocknung unter 12% und bei 25 bzw. 35 min Trocknungsdauer

- 25 -

unter 7%. Die Feuchtedifferenzen (Bild 9) weisen durch die

Verlängerung der Trocknungsdauer nur geringe Unterschiede

auf. Die Tiefenwirkung wird hier ebenso wie bei den Versu-

chen mit niedrigerem Feuchtegehalt von der Trocknungsdauer

beeinflußt. Bis zu 10 mm Abstand vom Kantholzende werden

Feuchten unter 20% nur durch Verlängerung der Trocknungs-

dauer auf mindestens 25 min gewährleistet.

Bedingt durch die höheren Anfangsfeuchten sinken die

Trocknungstemperaturen in den Randbereichen um etwa 25°C,

wobei sich aber bei der Infrarottrocknung wiederum höhere

Temperaturen ergeben.

Die Trocknungsversuche an Proben mit Anfangsfeuchten über

dem Fasersättigungsbereich zeigen, daß in der ersten Darr-

scheibe keine Endfeuchten unter 20% erreicht werden, ob-

wohl die erzielten Feuchtedifferenzen hier am höchsten

sind. Sie liegen zwischen 20% und 50%, wobei die Spann-

weite besonders bei der Heißlufttrocknung sehr groß ist.

Die erzielten Feuchtedifferenzen sind deutlicher als bei

geringeren Anfangsfeuchten von der Trocknun gsdauer ab-

hängig. Bei einer Verlängerung der Trocknungsdauer von 15

auf 35 min stei gt die mittlere Feuchtedifferenz bei beiden

Trocknunasverfahren um etwa 10% an.

Bei sämtlichen Trocknungsversuchen nahm die Bildung von Hirn-

rissen mit abnehmender Endfeuchte zu.

4.4.5. Einfluß der Probenform:Keilgezinkte Hirnholzfläche bei gleichen Verfahrens-bedingungen der Infrarot- und Heißlufttrocknung

In weiteren 6 Versuchsserien wurde der Trocknungsverlauf an

Proben gemessen, bei denen das Keilzinkenprofil bereits vor der

Trocknung eingefräst worden war. Die Anfan gsfeuchte der verwen-

deten Proben lag zwischen 20% und 65%. Die Trocknungszeiten be-

trugen 15 und 35 min.

- 26 -

In Bild 1/6 sind die Versuchsergebnisse in Abhängigkeit von der

Trocknungsdauer dargestellt. Auch hier ist eine deutliche Ab-

hängigkeit der erreichten Endfeuchten vom Anfangsfeuchtegehalt

zu erkennen. Im Bereich des Zinkenprofiles (Zinkenlänge 1=20mm)

wird eine Endfeuchte unter 15% nur bei Proben erreicht, deren

Anfangsfeuchte den Fasersättigungsbereich nicht überschreitet.

Die Heißlufttrocknung zeigt bei den untersuchten Trocknungszei-

ten eine größere Tiefenwirkung als die Infrarottrocknung.

Verformungen der Zinken durch die örtliche Trocknung wurden bei

sämtlichen Proben nicht festgestellt.

Bei Endfeuchten unter Fasersätti gung traten am Zinkengrund

kleine Trocknungsrisse auf.

4.4.6. Natürliche Trocknung

In den vorhergehenden Abschnitten wurde der große Einfluß der

Anfangsfeuchte auf den Trocknun gsverlauf deutlich. In diesem

Zusammenhang ist von Interesse, wie sich eine eventuelle Vor-

trocknung oder Zwischenla gerung der Kanthölzer auf die Feuchte-

verteilung im Hirnholzbereich auswirkt. Um hierfür einen An-

haltspunkt zu erhalten, wurden jeweils 3 frisch eingeschnittene

Kantholzabschnitte mit einem unbehandelten und einem versiegel-

ten Hirnholzende gela gert. Die Anfangsfeuchte und die Endfeuch-

te im unbehandelten Hirnholzbereich wurden über 20 mm dicke

Darrscheiben ermittelt. Der zeitliche Trocknungsverlauf wurde

durch Wiegen des gesamten Kantholzabschnittes bestimmt.

Die jeweiligen Klimabedin gungen und der zeitliche und örtliche

Trocknungsverlauf sind i n Anhang II, Bilder / 1 bis 11/3

zusammengestellt. Die Ergebnisse, die nur orientierenden Cha-

rakter haben können, lassen erkennen, daß bereits eine kurz-

fristige La gerung von wenigen Tagen unter üblichen Raumklima-

bedingungen eine deutliche Abtrocknung der Kantholzenden be-

wirkt.

- 27 -

4.5. Folgerungen für den Fertigungsablauf bei der Herstellungvon Keilzinkenverbindungen

Da bei den beiden untersuchten Trocknungsverfahren nur eine ge-

ringe Tiefenwirkung erzielt wird, ist es günstiger, das Keil-

zinkenprofil vor der örtlichen Trocknung durch Heißluft oder

Infrarotbestrahlung einzufräsen. Hierdurch wird beim Trocknen

durch das Aufteilen des Holzquerschnittes eine Verminderung der

Rißbildung erreicht. Für die Verleimung scheint es außerdem

günstig, die im Holzkörper gespeicherte Wärme des Trocknungs-

vorganges für die Aushärtung der Leimfuge zu nützen. Der Leim-

auftrag soll also nur kurze Zeit nach der Trocknung erfolgen

und die Keilzinkenverbindung unmittelbar danach verpreßt wer-

den.

Die untersuchten Trocknungsverfahren eignen sich grundsätzlich

zu einer örtlichen Trocknung von Kantholzenden, wobei die ge-

eigneten Trocknungsbedingungen durch folgende Kenndaten be-

schrieben sind:

- Heißlufttrocknung: Lufttemperatur: TL = 145°C,

Luftgeschwindigkeit: vL = 150 m/min;

- Infrarottrocknung: Bestrahlungsstärke: I = 400 mW/cm2.

Eine Trocknungsdauer von 15 Minuten reicht bei der örtlichen

Trocknung von halbtrockenen Kanthölzern aus, um Endfeuchten un-

ter 15% im Zinkenbereich zu erhalten. Sollen Endfeuchten unter

15% auch bei feuchten Hölzern erreicht werden, müssen längere

Trockenzeiten in Kauf genommen werden.

5. Untersuchungen über den Einfluß unterschiedlicher Her-stellungsbedingungen auf die Festigkeit der Keilzinken-verbindung. Biegeversuche an Kanthölzern 8/8 cm2


Die erzielbare Festigkeit von Keilzinkenverbindungen hängt ne-

ben der Holzfeuchte bei der Verleimung und insoweit dem Trock-

nungsverfahren auch von den verfahrenstechnischen Bedingungen

Herstellung desZinkensto5es

örtlicheTrocknung

Holzeigen-schaften

- 28 -

der Beleimung und Verpressung ab. Darüberhinaus wird die

Festigkeit der Verbindung durch die Holzeigenschaften wie Z.B.

Rohdichte, Asticikeit, Faserabweichun g und durch die Holzfeuchte

zum Zeitpunkt der Prüfung beeinfluPt.

Die möglichen EinfluP gröfien auf die Festi gkeit einer Keilzin-

kenverbindung sind schematisch in Bild 10 zusammengestellt.

Festigkeit der Keilzinkenverbindung

Bild 10: Schematische Darstellung möglicher Einfluggrößen aufdie Festigkeit der Keilzinkenverbindung.

- 29 -

Im Rahmen der vorliegenden Untersuchun g wurde der Einfluß fol-

gender Größen untersucht:

Trocknungsbedingungen:

- das Trocknungsverfahren (Heißlufttrocknung, Infrarot-

trocknuna),

die Anfangsfeuchte der Kanthölzer (ua 5 Fasersättigung,

ua > Fasersättiaung),

- die Trocknungsdauer (15 min, 35 min);

Verleimbedinqumaen:

- der Preßdruck (7 N/mm 2 , 10 N/mm2),

die Preßzeit (5 sec, 60 sec).

Die Einflußgrößen Zinkenprofil und Leimtyp wurden nicht vari-

iert. Für die Herstellung des Zinkenstoßes wurde ein allgemein

gebräuchliches Profil mit einer Zinkenlänge von 20 mm gewählt

(vgl. Bild 7). Die Verleimung wurde mit einem Phenol-Resorcin-

Formaldehydleim (Kauresin 460 flüssig, mit Harter 469, Firma

BASF) hergestellt. Dieser Leim ist für tragende Verbindungen im

Holzbau zugelassen und gilt als besonders geeignet für Keilzin-

kenverleimungen.

Die Verpreßtemperatur wurde nicht durch zusätzliche Wärmezufuhr

verändert, aber die im Holzkörper gespeicherte Wärmeenergie der

Trocknung wurde zur beschleunigten Leimfugenaushärtung verwen-

det.

Die Holzeigenschaften wurden an jedem Prüfkörper bestimmt.

Um den Einfluß einer praktisch möglichen Nachtrocknung des

keilgezinkten Holzes implizit zu berücksichtigen, sollte die

Festi gkeitsprüfung grundsätzlich bei einer Holzfeuchte von 8%

erfolgen. Insgesamt wurden 71 Prüfkörper hergestellt und ge-

prüft. Die untersuchten Parameterkombinationen sind i n Ta-

belle 1 zusammengestellt.

Als Vergleichsproben wurden 12 Kanthölzer technisch auf eine

Holzfeuchte von 12 % getrocknet und dann herkömmlich bei Raum-

temperatur keilgezinkt.

- 30 -

Tabelle 1: Anzahl und Serienzusammenstellung der hergestelltenKeilzinkenverbindungen mit Kanthölzern 8/8 cm2

Trocknungsbedingungen Verleimbedingungen Summe Serie

Ver-fahren

Dauer Anfangs-feuchte

Preßdruck[N/mm2 ]

Preßzeit[s]

[min] [96] 7 10 5 60

HL 15 ua SFS

ua >FS

x

x

xx

xx

xx

HL 35 Lla 5F Sua >FS

xx

xx

IR 15 lla SF S x x 7ua>FS x x 4 8

IR 35 uaSFS x x 6ua>FS x x 5 1 10

Vergleichsproben bei x x 6 11konventioneller Trock- x x 3 12nung auf ue=12 % x x 3 13

Anzahl aller Biegeprüfkörper mit 8/8 cm 2 71 -

5.2. Untersuchungsmethoden

5.2.1. Allgemeine Holzeigenschaften

Zur Erfassung und Berücksichtigung der allgemeinen Holzqualität

wurden an jeweils beiden Teilstücken der keilgezinkten Prüfkör-

per die Rohdichte, die mittlere Jahrringbreite, die Astigkeit,

die Faserabweichung, der Druckholzanteil und die Holzfeuchte

bestimmt.

Rohdichte

Die Rohdichte wurde als Darrohdichte nach DIN 52182

aus Masse und Volumen an einem etwa 20 mm breiten Probe-

- 31 -

streifen bestimmt. Die Probestreifen erfaßten den gesamten

Holzquerschnitt. Das Volumen wurde im Auftriebsverfahren

ermittelt.

- Mittlere Jahrringbreite

Die Jahrringbreite wurde nach DIN 52181 als Mittelwert des

gesamten Holzquerschnittes bestimmt.

Astigkeit

Die Astigkeit wurde entsprechend DIN 4074 nach den beiden

Kriterien Einzelast und Astansammlung für Kanthölzer be-

rechnet.

Faserabweichung

Die Faserabweichung wurde als Maximalwert des Winkels zwi-

schen sichtbarem Faserverlauf und Bezugskante an je zwei

zueinander senkrecht stehenden Seiten eines Teilstückes

bestimmt.

- Druckholzanteil

Am befeuchteten Holzquerschnitt wurde der mit dem bloßen

Auge erkennbare druckholzhalti ge Teil der Querschnitts-

fläche bestimmt. Der Druckholzanteil bezeichnet den Anteil

der so ermittelten Fläche am Kantholzquerschnitt.

- Die Holzfeuchte wurde nach DIN 52183 gravimetrisch an den

o.g., in Bruchnähe entnommenen Probestreifen ermittelt.

5.2.2. Festigkeitsprüfung

Als Kriterium für die Festigkeit der hergestellten Keilzinken-

verbindungen wurden Auftrag Biegeversuche durchgeführt.

Die Kanthölzer wurden mit "liegendem" Zinkenstoß geprüft (vgl.

Bild 11 und Bild IV/4). Nach E gner und Kolb (1957) werden bei

dieser Kraftrichtung geringere Biegefestigkeiten erzielt, da

nur die Randzinken maximal belastet werden. Somit kann erwartet

- 32 -

werden, daß die ermittelten Festigkeitswerte im Gegensatz zu

paralleler Kraftrichtung grundsätzlich auf der sicheren Seite

liegen.

Die Biegeprüfungen der Kanthölzer wurden in Anlehnung an DIN

52186 und an ISO 8375 durchgeführt. Der Prüfkörper mit den De-

finitionen der Abmessungen ist schematisch in Bild 11 darge-

stellt, die Prüfanordnung wird in Bild 12 erläutert.

Bild 11: Schematische Darstellung der Biegeprobe

b: Breite der Probe in mmh: Höhe der Probe in mm10: Prüfkörperlängels: Stützweite in mmlk: Abstand der Kraftangriffspunkte in mm

Die Stützweite zwischen den Auflagern sollte mindestens das 18-

fache der Probenhöhe betragen. Die Belastung wurde in den Drit-

telspunkten der Stützweite aufgebracht. Die konstante Verfor-

mungsgeschwindigkeit der Belastungsvorrichtung wurde so ge-

wählt, daß der Bruch im Mittel in 90 Sekunden erreicht wurde.

Die Biegefestigkeit und der Biege-E-Modul wurden bezogen auf

die Querschnittsabmessungen der Kanthölzer nach DIN 52186

- 33 -

berechnet:

3 * F * (ls - lk )OB

2 * b * h2

- 3 * is * lk 2 + lk 3 ,AF *ED I N =

8 * b * h2Av

b, h, ls, lk: Querschnittsabmessungen, Stütz-weite und Abstand der Kraftangriffspunkteentsprechend Bild 11 in mm,

F: dem Prüfkörper aufgeprägte Höchstkraft in NAF: Kraftdifferenz in N im elastischen Verfor-

mungsbereich der Probe,Av: die der Kraftdifferenz entsprechende Gesamt-

verformung in mm.

mit

8 6

Bild 12: Schematische Darstellung der Prüfvorrichtung einschl.MeReinrichtung

(1) weggesteuerter, hydraulischer Prüfkraftzylindermit Kraftmeßdose,

(2) Traverse für Krafteinleitung in die Biegeprobe,(3) Hartholzreiter,(4) Prüfkörper,(5) "liegender" Keilzinkenstoß,(6) Wegaufnehmer für die Verformungsmessung zur

E-Modul-Berechnung,(7) Rechtes Auflager (Gleitpunktlaaer) mit Kraft-

meßdose,(8) Linkes Auflager (Gleitlinienlager) mit Kraft-

mel3dose.

- 34 -

Im Anschluß an die Festigkeitsprüfungen erfolgte anhand des

Bruchbildes eine Beurteilung der Versagensursache. Dabei wurde

in Zinken- und Holzbruch unterschieden. Als Zinkenbruch wurde

definiert, wenn der Bruch zumindest teilweise im Bereich der

Keilzinkung erfolgte. Holzbrüche, d.h. Brüche außerhalb der

Keilzinkung, traten überwiegend bei höherer Astigkeit auf. Zin-

kenbrüche wurden in Zinkengrund- und Zinkenflankenbrüche unter-

teilt. Bei Flankenbrüchen wurde auftretender "Leimbruch", d.h.

Bereiche, in denen die Flächen beider Fügeteile ohne sichtbaren

Holzfaserbelag waren, in Prozent des Probenquerschnittes ange-

geben.

5.3. Untersuchungsmaterial, Probenherstellung, Versuchsdurch-führung

Zur Herstellung der 71 keilgezinkten Biegeprüfkörper wurde

frisch eingeschnittenes Fichtenkantholz mit einem Querschnitts-

rohmaß von 8/8 cm 2 verwendet. Insgesamt wurden 40 etwa 4 m lan-

ge Kanthölzer angeliefert, die zunächst auf etwa 2 m lange

Teilstücke gekappt wurden. An der Kappstelle wurde auch eine

Darrprobe abgetrennt, an der bei jedem Kantholz der Feuchtege-

halt im Anlieferungszustand bestimmt wurde. Diese Feuchte lag

zwischen 25 96 und 80 96. Die Qualität der Kanthölzer entsprach

Güteklasse I bis III nach DIN 4074. Von den 80 vorhandenen

Kanthölzern wurden 9 wegen großer Aste aus gesondert. 12 Kant-

hölzer wurden als Vergleichsproben zufällig entnommen und in

einem Konvektionstrockner nach einem milden Schema technisch

auf eine Sollfeuchte von 12 96 getrocknet. Die verbleibenden 59

Kantholzabschnitte wurden in die in Abschnitt 5.1 genannten

zwei Feuchtebereiche (ua 5 Fasersättigung, ua > Fasersättigung)

sortiert. Die Proben mit hohem Feuchtegehalt wurden als erste

weiterverarbeitet.

In der in diesem Abschnitt beschriebenen Teiluntersuchung wur-

den die keil gezinkten Prüfkörper aus jeweils einem Kantholzab-

schnitt hergestellt, indem dieser in der Mitte gekappt, an die-

ser Trennstelle keil gezinkt und in der ursprünglichen Lage wie-

min Zeit

Teilstück 1

Teilstück 2

1•••••11111•0 • • •

111•1•1•=11, • SC

V

V• • •

- 35 -

der zusammengefügt wurde.

Bei den Kappschnitten wurde darauf geachtet, daß der Bereich,

in dem die Keilzinkenverbindung hergestellt werden sollte, mög

-lichst astfrei war. Nach dem Kappschnitt und Ablängen auf etwa

95 cm wurden die Teilhölzer vierseitig auf 7,44/7,44 cm 2 Quer-

schnittsfläche gehobelt. Bei einer Zinkenteilung von 6,2 mm

(vgl. Bild 7) wurde hierdurch eine geradzahlige Zinkenteilung

erreicht. Nach dieser chargenweisen Rohbearbeitung der Kant-

hölzer wurde an den jeweils keilzuzinkenden Enden der Teil-

hölzer ein etwa 10 cm langer Anschnittt und eine Darrscheibe

zur Bestimmung der Anfangsfeuchte abgetrennt. Anschließend wur-

de in die zu verbindenden Hirnholzteile das Zinkenprofil ein-

gefräst. Danach wurden die keil gezinkten Enden örtlich getrock-

net.

Beim Heißluftverfahren betrug die Lufttemperatur 145°C bei ei-

ner Luftgeschwindi gkeit von 150 m/min. Beim Infrarotverfahren

wurde der Strahlerabstand auf 15 cm festgelegt.

Der zeitliche Ablauf des Trocknungs- und Verleimvorgan ges ist

in Bild 13 dargestellt.

Bild 13: Ablaufdiagramm des Trocknungs- und VerleimvorgangesI...Trocknung durch Heißluft bzw. Infrarotstrahlung

Trocknungsdauer: t = 15 bzw. 35 min,II..Abkühlzeit: ta = 3 min,III.Leimauftrag,IV..zum Probentransport benötigte Zeit,V...Preßzeit: tp = 5 bzw. 60 s.

- 36 -

Um einerseits möglichst viel gespeicherte Wärmeenergie aus dem

Trocknungsvorgang für die Leimfugenaushärtung zu nutzen, und um

andererseits ein vorzeiti ges Gelieren des Leimes aufgrund einer

zu hohen Oberflächentemperatur zu vermeiden, wurde der Trock-

nungsbe ginn der beiden Teilstücke um drei Minuten versetzt.

Hierdurch hatte das zuerst aus dem Trocknungsmedium genommene

Teilstück eine Abkühlzeit bis zum Leimauftra g von drei Minuten.

Der Leimauftrag erfolgte einseitig auf das dann abgekühlte Zin-

kenprofil. Das Gegenstück wurde so aus dem Trocknungsmedium

entnommen, daß es unmittelbar mit dem beleimten Teil verpreßt

werden konnte.

Die Leimflotte wurde im Untermischverfahren hergestellt (Kau-

resin 460 flüssi g , Harter 469, vgl. Abschn. 5.1). Die Leimauf-

tragsmenge wurde mit etwa 500 g/m 2 Holzquerschnittsfläche er-

mittelt. Die in der Leimfuge des verpreßten Keilzinkenstoßes

auftretenden Temperaturen wurden bei drei Vorversuchen unter-

schiedlicher Anfangsfeuchti gkeit durch eingeleimte Thermoele-

mente ermittelt. Dieser zeitliche Temperaturverlauf ist in Bild

111/2 dargestellt. Eine schematische Darstellung der Preßvor-

richtung zeigt Bild III/1.

Nach dem Verpressen wurden die Kanthölzer stoßfrei bei einer

Lufttemperatur von 20°C gelagert. Nach Herstellung aller 71

keilgezinkten Kanthölzer wurden diese in einem Konvektions-

trockner auf eine Sollfeuchte von 8 % getrocknet. Danach wurden

die Prüfkörper vierseitig auf einen größtmöglichen quadrati-

schen Querschnitt in den Rastermaßen 64, 67 und 70 mm gehobelt.

Die endgültigen Prüfkörperabmessungen sind in Tabelle 2 ange-

geben.

Bis zur Festigkeitsprüfung wurden die Prüfkörper in einem Klima

mit 20°C / 45 .... 7 17../ -blur cleiagert.

- 37 -

Tabelle 2: Abmessungen und Anzahl der Biegeprüfkörper aus Kant-hölzern 8/8 cm2

Höhe[mm]

Breite[mm]

Länge[mm]

Prüfkörperanzahl

64 64 1450 5

67 67 1450 35

70 70 1450 31

GESAMT 71

5.4. Ergebnisse

Die allgemeinen Holzeigenschaften der untersuchten 71 keilge-

zinkten Biegeprüfkörper mit einem Nennquerschnitt von 8/8 cm2

sind, getrennt nach den drei Trocknungsverfahren, in Tabelle 3

anaegeben.

Tabelle 3: Allgemeine Holzeigenschaften der 71 Biegeproben ausKanthölzern 8/8 cm2

ITrack-nungs-ver-fahren

1Anz. Darroh-

dichte

[g/cm3]

mittlereJahrring-breite[mm]

Astig- -keitDIN-Einzelast

Faserab--weichung

[°]

Druck-holzan-teil[%]

Heiß-luft

37 0,451 2,2 0,264 2,3 4,0

Infra-rot

22 0,454 2,1 0,238 2,2 10,7

Ver-gleich

12 0,464 2,4 0,357 0,8 5,5

Gesamt1 8

71 0,454 2,2 0,272 2,0 6,3

Bei Prüfkörpern mit hoher Anfangsfeuchte wurde eine leichte

Verfärbung des Zinkenbereiches durch den Leim festgestellt. Die

Beurteilung des Bruchbildes ergab, daß an 53 Prüfkörpern die

Keilzinkung am Bruch beteiligt war. Bei den übrigen 18 Prüfkör-

- 38 -

pern trat der Bruch außerhalb der Keilzinkunq auf. In Tabelle 4

sind die Festigkeitswerte zusammen mit der Astigkeit und der

Rohdichte getrennt nach den Prüfkörpern mit Bruch im Keilzin-

kenbereich und mit Bruch außerhalb der Keilzinkung (sog. Holz-

bruch) angegeben. Es ist zu erkennen, daß die Festigkeit der

Proben mit Holzbruch im Mittel geringer war, und daß der Holz-

bruch im wesentlichen durch eine hohe Astigkeit hervorgerufen

wurde.

Tabelle 4: Mittelwerte und Korrelation von Festigkeit undAstigkeit bei der Beurteilung der Bruchursache:allgemeine Holzeigenschaften der Biegeprüfkörper8/8 cm2

Bruchursache Zinkenbruch Holzbruch Gesamt

Anzahl 53 18 71

Biegefestigkeit 45.3 39.6 43.8

[N/mm2 ] s 7.9 8.7 8.4

Astigkeitmax. Einzelastnach DIN 4074

R 0.22 0.43 0.27

s 0.16 0.09 0.17

r -0.04 -0.20 -0.21

Astigkeitmax. Astansammlungnach DIN 4074

>7 0.23 0.45 I 0.29

s 0.18 0.09 0.19

r -0.03 -0.19 -0.19

Darrohdichte R 0.452 0.461 0.454

[g/cm 3 ] s 0.024 0.034 0.027

In die folgende Auswertung wurden nur die 53 Proben mit Bruch

im Keilzinkenbereich einbezogen, da nur diese eine Aussage über

die Trocknungs- und Verleimbedingungen geben können.

In Bild 14 sind die Ergebnisse aus den Versuchen mit unter-

schiedlichen Verpreßbedin qungen dargestellt.

7 10

60

Nimm2-

50-

.x

fr.);30-

a)a)

—; 20-

10-

Trocknungsverfahren Heißtuft VergleichPreffdruck [11/mm2]

PreRzeit Es]

Rohdichte s3 0 [g/cm3]

7 10

60 5 60

0,46 0,45 0,47

13

1 4 3

Serie 1 2 3

Pr uuentaht 7 3 4

11

I

0,44 0,45

1

- 39 -

Bild 14: Mittelwerte und Spannweiten der Biegefestigkeiten beiunterschiedlichen Verpreßbedingungen (Anfangsfeuch-tigkeit vor der Heißlufttrockung : ua FS)

- 40 -

Eine grundle gende Beeinflussung der Biegefestigkeit ist durch

die untersuchten Verpreßbedingungen weder bei den Prüfkörpern,

die nach einer örtlichen Heißlufttrocknung her gestellt wurden,

noch an den konventionell hergestellten Vergleichsproben zu er-

kennen. Weder eine Erhöhung des Preßdrucks von 7 auf 10 N/mm2

noch eine Verlängerung der Preßzeit von 5 auf 60 sec führt zu

einer erkennbaren Verbesserung der Keilzinkenverbindung.

In Bild 15 ist dargestellt, wie sich die unterschiedlichen

Trocknungsverfahren und Anfangsfeuchten auf die Festigkeit der

Keilzinkenverbindung auswirken.

Es ist zu erkennen, daß die erzielten Festi gkeitswerte im Mit-

tel unabhängig vom Trocknungsverfahren in der gleichen Größen-

ordnung liegen. Eine Verlängerung der Trockenzeit auf 35 min

führt zu keiner erkennbaren Verbesserung der Keilzinkenverbin-

dung. Die Ergebnisse weisen eher auf einen ungünstigen Einfluß

einer zu langen Trocknungszeit hin, der sich vor allem bei Pro-

ben mit hoher Anfan gsfeuchte wegen der dort größeren Verscha-

lungsproblematik bemerkbar macht. Interessant ist, daß auch

Prüfkörper mit einer über dem Fasersätti gungsbereich liegenden

Anfangsfeuchte Festigkeitswerte aufweisen, die denen konventio-

nell verleimter Vergleichsproben entsprechen. Insbesondere bei

örtlicher Heißlufttrocknung mit kurzer Trocknungszeit scheint

die Anfangsfeuchte des Holzes keinen erkennbaren Einfluß zu ha-

ben. Dies ist ein entscheidender Vorteil für die Unempfindlich-

keit und damit Zuverlässigkeit dieses Verfahrens unter prakti-

schen Bedingungen.

In Bild IV/1 wird der Zusammenhang zwischen Biegefestigkeit und

Anfangsfeuchte der Proben unter Angabe der Einzelergebnisse

noch einmal verdeutlicht.

Zur weiteren Beurteilung der Güte der nach örtlicher Trocknung

hergestellten Keilzinkenverleimung ist in Bild IV/2 der Anteil

an Flankenbruch und in Bild IV/3 der soa. "Leirnbruchanteil" bei

Flankenbrüchen jeweils in Abhängigkeit von der Anfangsfeuchte

und von der erzielten Biegefestigkeit aufgetragen.

HeiBluftTrocknungsverfahren

_a)

40-

-a)

30-

20-

10-

0

50-

70

N/mm2-

60-

Trocknunszeit [min]

Anfangsfeuchtigkeit rhd

Rohdichte 9 0 [gIcm]

15 35 15 35

FS >FS FS >FS 5 FS >FS FS >FS OwNININRIISMNIS

0,44 0,45 0,45 0,44 0,45 0,47 0,45 0,46 0,45

Serie

Probenzahl 7

1 4 5

6 2

6 7 8 9 10

5 3 5 3

11

4

- 41 -

Bild 15: Mittelwerte und Spannweite der Biegefestigkeit beiunterschiedlichen Trocknungsbedingungen (Verpreßbe-dinguncren: Preßdruck: 7 N/mm 2 , Preßzeit: 5 sec)

- 42 -

Bild IV/2 zei gt, daß die Bruchform einer Keilzinkenverbindung,

also das Verhältnis zwischen Flankenbruch einerseits und Bruch

im Zinkengrund andererseits, in keinem erkennbaren Zusammenhang

zur erzielten Biegefestigkeit steht und offenbar auch nicht von

der Anfangsfeuchte abhängt.

Bild IV/3 zeigt, daß an örtlich getrockneten und heiß verleim-

ten Proben teilweise "glatte" Flankenbrüche beobachtet und dann

als "Leimbruch" interpretiert werden, während diese Erscheinung

an keiner der 7 Vergleichsproben festgestellt wurde. Der Zusam-

menhang zwischen Biegefestigkeit und Leimbruch in Bild IV/3

zeigt jedoch, daß das beobachtete Ausmaß des Leimbruches von

bis zu 25 96 des Probenquerschnitts die Biegefestigkeit offenbar

nicht negativ beeinflußt.

5.5. Festlegung der Herstellungsbedingungen

Aufgrund der vorhergehenden Untersuchungen, die wegen des be-

grenzten Probenumfanges natürlich nur orientierenden Charakter

haben können, wurden für die folgenden Festigkeitsversuche an

Kanthölzern 8/16 cm 2 folgende Herstellungsbedingungen festge-

legt:

Trocknungsverfahren:

Als örtliches Trocknungsverfahren wird wegen seiner ver-

fah enstechnischen Vorteile das Heißluftverfahren gewählt.

Die Lufttemperatur wird auf 145°C und die Luft geschwindi g

-keit auf 150 in/min festgelegt.

Trocknungsdauer:

Für den praktischen Einsatz dieses Keilzinkenverfahrens

ist eine kurze Trocknungsdauer von Interesse. Die Trock-

nungsdauer wird auf 15 min festgelegt, da nach den Unter-

suchungen zu den Trocknungsbedingungen eine längere Trock-

nungsdauer keine Vorteile bringt. Ob eine noch kürzere

Trocknung sdauer möglich ist, wurde hier nicht untersucht.

- 43 -

- Preßdruck bei Verleimung der Keilzinkenverbindung:

Abweichend von dem in DIN 68140 bei einer Zinkenlänge von

20 mm vorgesehenen Längspreßdruck von 10 N/mm 2 wird ein

Längspreßdruck von 7 N/mm 2 festgelegt. Weil die Druckfe-

stigkeit in Faserrichtung des Holzes durch die erhöhte

Feuchte und Temperatur im Holzkörper herabgesetzt ist,

sollen hierdurch Druckbrüche bei der Probenherstellung

vermieden werden. Laufende Untersuchungen in Norwegen zei-

gen ebenfalls an, daß der Längspreßdruck bei der Keilzin-

kenverleimung in Abhängigkeit von der Holzfeuchtigkeit und

von der Holztemperatur ab gemindert werden sollte (Norsk

Treteknisk Institutt 1986). Ein negativer Einfluß auf die

Festigkeit der Verbindung ist dadurch, wie die o.g. Ver-

suche zeigen, nicht zu erwarten.

- Preßzeit:

In DIN 68140 sind als Dauer des maximalen Preßdruckes zur

Keilzinkenverleimung mindestens 2 sec vor geschrieben. Die

durchgeführten Festigkeitsprüfungen an Kanthölzern 8/8 cm2

ergaben, daß sich die Verlängerun g der Preßzeit von 5 auf

60 sec nicht auf die Festigkeit der Keilzinkenverbindung

auswirkt. Die Preßzeit wird daher auf 5 sec festgelegt. Ob

eine noch kürzere Preßzeit möglich ist, wurde hier nicht

untersucht.

- Anfangsfeuchte vor der örtlichen Trocknung:

Bei dem örtlichen Trocknungsverfahren mit Heißluft ist

kein Einfluß der Anfangsfeuchte der Kanthölzer auf die

Festigkeit der Keilzinkenverbindung zu erkennen (val. Bil-

der 15 u. IV/1). Für die Biegeproben aus den Kanthölzern

8/16 cm 2 werden zur weiteren Absicherung dieses Ergebnis-

ses auch Hölzer mit einem Feuchtegehalt über Fasersätti-

gung verwendet.

- 44 -

6. Festigkeitsprüfungen an keilgezinkten Kanthölzern 8/16cm2


Um die Eignung des gewählten Verfahrens zur Keilzinkung von

Kanthölzern im halbtrockenen Zustand nachzuweisen, sollten nach

diesem Verfahren mindestens 40 keilgezinkte Kanthölzer 8/16 cm2

hergestellt und anschließend im Biegeversuch geprüft werden.

Im Rahmen dieser Untersuchung wurden 50 Kanthölzer 8/16 cm2

nach örtlicher Trocknung keilgezinkt und geprüft. Zusätzlich

wurden 9 herkömmlich keilgezinkte Kanthölzer hergestellt und

geprüft. Als Anhaltspunkt für die Güte der Keilzinkenverbindung

wurden die Versuchsergebnisse mit der Biegefestigkeit von 72

nicht keilgezinkten Kanthölzern aus einer früheren Untersuchung

verglichen.

6.2. Untersuchungsmethoden

Die Festigkeitsprüfung und die Bestimmung der allgemeinen Holz-

ei genschaften Rohdichte, mittlere Jahrringbreite, Astigkeit,

Faserabweichung, Druckholzanteil sowie der Holzfeuchte wurden

nach den in Abschnitt 5.2 beschriebenen Methoden durchgeführt.

6.3. Untersuchungsmaterial, Probenherstellung, Versuchsdurch-führung

Zur Herstellung der 59 keilgezinkten Biegeproben aus Kanthöl-

zern 8/16 cm 2 wurde frisch eingeschnittenes Fichtenholz ver-

wendet. Angeliefert wurden 4 m lange Kanthölzer 8/16 cm 2 der

Güteklassen I bis III nach DIN 4074. Nach einer durchlaufenden

Numerierung wurden die Kanthölzer in etwa 1,9 m lange Teilstük-

ke zerteilt, wobei die zusammengehöri gen Enden der Teilstücke

eines Kantholzes gekennzeichnet wurden. An der Kappstelle wurde

auch eine Darrscheibe abgetrennt, an welcher der Feuchtegehalt

bei Anlieferung bestimmt wurde. Die Anlieferungsfeuchte lag

- 45 -

zwischen 25 % und 80 %.

Zunächst wurden die Hölzer für neun Vergleichsproben, die nach

konventioneller Trocknung keilgezinkt werden sollten, zufällig

entnommen und in einem Konvektionstrockner nach einem milden

Schema technisch auf eine Endfeuchte von 10 % getrocknet. Die

übrigen Teilstücke wurden bis zur Verarbeitung mit einer Folie

abgedeckt gelagert.

Vor dem Fräsen der Keilzinken wurden die Teilstücke an zwei

Seiten winkeli g gehobelt und dann am gekennzeichneten, ur-

sprünglich innenliegenden Hirnholzende auf ein Längenrohmaß von

155 cm abgelängt. Gleichzeitig wurde zur Bestimmung des An-

fangsfeuchtegehaltes eine Darrscheibe abgetrennt. Durch dieses

Abtrennen eines etwa 30 cm langen Anschnittes, bei dem auch auf

Astfreiheit im vorgesehenen Keilzinkenbereich geachtet wurde,

konnte eine weitgehend qleichmäßi ge Feuchteverteilun g unter-

stellt werden.

Nach dem Fräsen des Zinkenprofiles (Zinkenlänge 20 mm, liegen-

der Zinkenstoß, vgl. Bild 11) wurden die jeweils aus einem

Kantholz stammenden Teilstücke nach dem in Abschn. 5.3, Bild 13

beschriebenen zeitlichen Ablauf und den in Abschn. 5.5 qenann-

ten Verfahrensbedingungen örtlich getrocknet und verleimt (Kau-

resin 460 flüssi g , Harter 469; einseitiger Leimauftrag auf das

abgekühlte Zinkenprofil). Die Teilstücke wurden grundsätzlich

um 180° gegeneinander verdreht verleimt, um eine in der Praxis

übliche Verbindung von Hölzern unterschiedlicher Struktur zu

simulieren.

Die Vergleichsproben wurden nach der Konvektionstrocknung in

herkömmlicher Weise keilgezinkt und verleimt, wobei aus Gründen

der VPI-g1 ,. i r.hbarkeit die gleichen Verleim- und Preßbedingungen

angewandt wurden wie bei der Prüfkörperherstellung mit örtli-

cher Heißlufttrocknung.

Die einzelnen Fertigungsstufen zwischen Beleimung und Aufbrin-

gen des Preßdruckes zeigen die Fotos in Bild 16.

- 46 -

Bild 16: Beleimen und Verpressen der Keilzinkenverbindung

Nach der Keilzinkenverleimung wurden die Prüfkörper stoßfrei

bei einer Lufttemperatur über 20°C gelagert.

Nachdem alle Prüfkörper hergestellt waren, wurden sie in einem

Konvektionstrockner auf eine Sollfeuchtigkeit von 8 % getrock-

net. Anschließend wurden die keilgezinkten Kanthölzer viersei-

tig gehobelt und auf eine Länge von 295 cm geschnitten. Die

endgültigen Prüfkörperabmessungen sind in Tabelle 5 angegeben.

- 47 -

Bis zur Festigkeitsprüfung wurden die Biegeproben in einem

Klima 20°C / 45 %rLF gelagert.

Tabelle 5: Abmessungen und Anzahl der Biegeprüfkörper ausKanthölzern 8/16 cm2

Höhe

in mm

Breite in mmSumme

60 63 65 68 70

138 1 - 2 3 6

140 - 1 6 3 2 12

143 1 3 11 10 3 28

145 1 1 1 10 - 13

Summe 3 5 20 26 5 59

6.4. Ergebnisse

An 50 der 59 keilgezinkten Kanthölzer erfolgte der Bruch er-

kennbar in der Keilzinkung, in 9 Fällen (6 von 50 örtlich ge-

trockneten, 3 von 9 konventionell getrockneten Proben) erfolgte

er außerhalb.

In Tabelle 6 sind die Biegefestigkeit und die allgemeinen Holz-

ei genschaften der untersuchten Proben getrennt nach diesem

Bruchkriterium angegeben. Zusätzlich sind die Korrelationskoef-

fizienten zwischen Astigkeit und Biegefestigkeit eingetragen.

Auch hier weisen die außerhalb der Keilzinkung gebrochenen Pro-

ben eine geringere Biegefestigkeit auf als die in der Keilzin-

kung gebrochenen Prüfkörper, so wie dies schon bei den in Ab-

schnitt 5 untersuchten Kanthölzern 8/8 cm 2 festgestellt wurde.

Dieser frühzeitige Bruch ist, wie auch die höheren Korrelati-

onskoeffizienten anzeigen, weitgehend auf die höhere Astigkeit

dieser Proben zurückzuführen.

Die weitere Darstellung der Ergebnisse beschränkt sich auf die

- 48 -

50 Prüfkörper mit Bruch im Keilzinkenbereich.

Tabelle 6: Mittelwerte und Korrelation von Festigkeit undAstigkeit bei der Beurteilung der Bruchursache;allgemeine Holzeigenschaften der Biegeprüfkörper8/16 cm2

Bruchursache Zinkenbruch Holzbruch Gesamt

Anzahl 50 9 59

Biegefestigkeit 48.3 41.5

9.3

Astigkeitmax. Einzelast

0.25

0.11

-0.35

Astigkeitmax. Astansammlung

0.29 I • 0.31

nach DIN 4074 s 0.13 0.13

Darrohdichte 0.441 0.431 a

mittlereJahrringbreite

2.3

[mm] s 0.6

Faserabweichung

111111111111

1.2

2.1

Druckholzanteil 4.4

5.7 12.4 7.2

In Bild 17 sind die Festigkeits- und Holzeigenschaften der 44

in der Keilzinkung gebrochenen, örtlich getrockneten Prüfkörper

in Histogrammen dargestellt. Zum Vergleich sind diesen die

sechs nach konventioneller Trocknung keilgezinkten und in der

Keilzinkung gebrochenen Prüfkörper gegebenübergestellt.

50

40 L

30

0.40 0.45 0.50

Darrohdichte (g/cm**3)

055

Darrohdichte [g/cm**33

0.40 0.45 0.50 055

40_

30 E

20

10

0

035

7,

• r--

20

- 49 -

konventionelle Trocknung

örtliche Heißlufttrocknung

70 7030 40 50 ao

Biegefestigkeit IN/mm(2)

40 50 so

Biegefestigkeit IN/m**2]

40

30

IDE

• (

r•

0 L0.00 0.10 0.20

DIN—Einzelast [ ]

eo—1

eo

050 000 0.10 0.20 0.30 0.40

DIN—Einzelast [ ]050

60

24 3090

20_r-

od—J LL, !0 6 12 18 24

Druckholzanteil

II II 0

•

12 16

Druckholzanteil

Bild 17: Keilgezinkte Kanthölzer 8/16 cm 2 , Vergleich vonkonventioneller Trocknung und Heißlufttrocknung.Häufigkeitsverteilung der Festi gkeits- und Holzeigen-schaften der 50 Prüfkörper mit Bruch in der Keilzin-kung:6 Vergleichsproben nach konventioneller Trocknung,44 Proben nach örtl. Heißlufttrocknung keilgezinkt.

- 50 -

Tabelle 7 fat diese Gegenüberstellung zahlenmäßig zusammen.

Zusätzlich sind in Tabelle 7 die entsprechenden Werte eines aus

einer früheren Untersuchun g" stammenden Vergleichskollektivs

aus ungezinkten Fichtenkanthölzern 8/16 cm 2 angegeben.

Tabelle 7: Mittelwerte der Festi gkeits- und Holzeigenschaftender nach örtlicher Heißlufttrocknung keilgezinktenKanthölzer und der Vergleichskollektive

KeilzinkungHeißluft-trocknung

nachkonvent.Trocknung

Fichtenkant-hölzer ohneKeilzinkung

Anzahl 44 6 72

Biegefestigkeit R 49.3 41.3 49.8

[N/mm 2 ] s 8.8 11.1 11.0

Biege-E-Modul R 13200 13200 11500

[N/mm2 ] s 1400 1300 2100

Holzfeuchte bei Rder Prüfung

8.5 8.1 12.0

[ 96] s 0.2 0.2 --

Darrohdichte R 0.441 0.446 0.447

[g/cm2 1 s 0.030 0.051 0.031

Astigkeit Rmax. Einzelast

0.25 0.28 0.23

nach DIN 4074 s 0.11 0.12 0.07

Astigkeit Rmax. Astansammlung

0.29 0.34 0.30

nach DIN 4074 s 0.12 0.12 0.10

Beim Vergleich der Festigkeitswerte der keil gezinkten und der

ungezinkten Kanthölzer ist allerdings zu beachten, daß die

Holzfeuchte der ungezinkten Kanthölzer 12 96 betrug, während die

keilgezinkten Kanthölzer bei einer Holzfeuchte von etwa 8,5 %

geprüft wurden.

1 ) Teilmenge aus Glos u. Spengler (1985)

- 53. -

Bezieht man die Festigkeitswerte einheitlich auf eine Holz-

feuchte von 8,5 %, beispielsweise nach der Beziehung (Glos

1981):

au = 012 * [1 + 0.02 * (12 - u)],

mit: u.....Feuchte gehalt, auf den die Bie gefesti gkeit bezogen

werden soll, in %,

Cu = auf Vergleichsfeuchte u bezogene Biegefestigkeit,

012 = Biegefestigkeit bei einer Holzfeuchte von 12 %,

dann ergeben sich die in Tab. 8 zusammengestellten Vergleichs-

werte.

Tabelle 8: Mittlere Festigkeitswerte auf Holzfeuchte von 8,5 %bezogen

Anzahl Biegefestigkeitu = 8,5 % bezogen

5E[N/mm2]

auf

s

Kanthölzer nachörtlicher Trocknungkeilgezinkt

44 49.3 8.8

Vergleichsproben nachkonventioneller Trock-nung keilgezinkt

6 41.0 11.2

Vergleichskollektivungezinkter Kanthölzer

72 53.3 11.0

Unter dem Vorbehalt der teilweise geringen Probenzahl zeigen

die Tabellen 7 und 8, daß die Biegefestigkeit örtlich getrock-

neter und dann keilgezinkter Kanthölzer die Festigkeit herkömm-

lich keilgezinkter Kanthölzer übertrifft und im Mittel etwa die

Festi gkeit nicht keilgezinkter Kanthölzer gleicher Holzqualität

erreicht.

Die Bilder V/1 bis V/5 bestätigen die aus den Versuchen mit

Kanthölzern 8/8 cm 2 gewonnenen Ergebnisse:

Bild V/1 zeigt den Zusammenhang zwischen der Biegefestig-

keit und der Anfangsfeuchte der keilgezinkten Kanthölzer.

- 52 -

Die Ergebnisse weisen darauf hin, daß das hier vorgeschla-

gene Verfahren zur Keilzinkung feuchter Kanthölzer offen-

bar weit gehend unabhängig von der Anfan gsfeuchte dieser

Hölzer ist, auch bei hoher Anfangsfeuchte der Hölzer be-

friedigende Festi gkeitswerte ergibt und der herkömmlichen

Keilzinkung zumindest gleichwertig ist.

In den Bildern V/2 und V/3 wird der Zusammenhang zwischen

Bruchform, Ausgangsfeuchte und Biegefestigkeit untersucht.

Bild V/2 zeigt, daß der Anteil an Flankenbruch in keinem

erkennbaren Zusammenhang zur erzielten Biegefestigkeit

steht und offenbar auch nicht von der Anfangsfeuchte ab-

hängt. Bild V/3 bestätigt, daß an örtlich getrockneten und

heiß verleimten Proben mit zunehmender Anfangsfeuchte ver-

mehrt "glatte", als "Leimbruch" bezeichnete Flankenbrüche

auftreten, während diese Erscheinung an den herkömmlich

getrockneten und bei Raumtemperatur verleimten Proben

nicht beobachtet wird. Es ist jedoch zu erkennen, daß die-

ser Leimbruch bei einem Umfang bis zu 20% des Probenquer-

schnittes die Biegefestigkeit des keil gezinkten Prüfkör-

pers offenbar nicht negativ beeinflußt.

In Bild V/4 ist der an den keilgezinkten Prüfkörpern er-

mittelte Zusammenhang zwischen der Darrohdichte (kleinerer

Wert der beiden Teilstücke) und der Biegefesti gkeit dar-

gestellt.

Bild V/5 zeigt den Zusammenhang zwischen Biegefestigkeit

und Biege-E-Modul. Diese Ergebnisse lassen ebenfalls kei-

nen Unterschied zwischen den nach örtlicher Heißlufttrock-nung keil gezinkten Kanthölzern und den herkömmlich keilge-zinkten Vergleichsproben erkennen. Sie weisen darüberhin-

aus darauf hin, daß der Biege-E-Modul mit einem Korrelati-

onskoeffizienten von 0,7 zur Beurteilung der Biegefestig-

keit der keilgezinkten Kanthölzer besser geeignet ist als

die mit r = 0,5 korrelierte Darrohdichte der Hölzer.

- 53 -

7. Zusammenfassung

Im Rahmen der vorliegenden Untersuchung war ein Verfahren zur

Keilzinkung halbtrockenen Kantholzes (Feuchte gehalt bis 30 %)

zu entwickeln. Auftragsgemäß beschränkte sich die Untersuchung

auf den Ansatz, die keilzuzinkenden Stirnflächen der Kanthölzer

örtlich zu trocknen und dann mit herkömmlichen Klebstoffen zu

verleimen.

Nach einer Literaturauswertung wurden als technisch und wirt-

schaftlich am besten geeignet erscheinende Trocknungsverfahren

zur örtlich begrenzten Trocknung von Kantholzenden die konvek-

tive Erwärmung durch Heißluft und die Strahlungserwärmung durch

Infrarotstrahlung ausgewählt.

Bei beiden Verfahren wurde der Einfluß verschiedener Verfah-

rensbedingungen auf den Trocknungsverlauf in keilgezinkten und

nicht keilgezinkten Kanthölzern 8/8 cm 2 untersucht. Die An-

fangsfeuchte der Kanthölzer variierte dabei von etwa 20 bis

über 80 %.

Bei der Heißlufttrocknung wurden folgende Einflußgrößen vari-

iert: Strömungswinkel, Luftgeschwindigkeit (75 m/min, 150

m/min, 300 m/min), Lufttemperatur (55°C, 100°C, 145°C, 170°C),

Trocknungsdauer (15 min, 25 min, 35 min) und Abkühlzeit (3 min,

60 min).

Bei der Infrarottrocknung wurde die Bestrahlungsstärke und

ebenfalls die Trocknungsdauer (15 min, 25 min, 35 min) vari-

iert.

Die Versuche zeigten, daß der zeitliche und örtliche Tempe-

ratur- und Feuchteverlauf in den zu trocknenden Hölzern und

damit die Trocknungsgeschwindigkeit und die erzielbare Feuchte-

differenz bei ausreichender Energiezufuhr im wesentlichen von

der Anfangsfeuchte der Hölzer und von der Trocknungsdauer ab-

hängen. Im Oberflächenbereich konnten bei beiden Trocknungs-

verfahren bei Anfangsfeuchten um oder unter 32 % schon bei 15-

- 54 -

minütiger Trocknuna Endfeuchten unter 15 % erreicht werden, bei

höheren Anfangsfeuchten konnte die Holzfeuchte in den äußeren

10 mm jedoch nicht unter den Fasersätti gungsbereich abgesenkt

werden.

Deshalb wurden zusätzlich die Möglichkeiten einer natürlichen

Vortrocknuna der Kantholzhirnflächen untersucht. Bei Laaer-

versuchen von Kantholzabschnitten in drei Klimata (23°C/55%;

20°C/65%; Freiluft) zei gte sich, daß bereits eine kurzfristige

Lagerung von wenigen Tagen eine deutliche Abtrocknung der Kant-

holzenden bewirkt.

Da bei beiden Trocknungsverfahren nur eine verhältnismäßig ge-

ringe Tiefenwirkung erzielt wurde, wurde entschieden, das Keil-

zinkenprofil vor der örtlichen Trocknung einzufräsen. Dadurch

wird auch die Rißbildung im Hirnholzbereich reduziert und zu-

gleich kann die im Holzkörper gespeicherte Trocknungswärme zur

Aushärtung der Leimfuge genutzt werden.

Zur weiteren Optimierung der Herstellungsbedingungen wurden 71

Kanthölzer 8/8 cm 2 mit Anfangsfeuchten von etwa 20 bis 80 % un-

ter verschiedenen Varianten keilgezinkt, anschließend technisch

auf eine Sollfeuchte von 8 % getrocknet und dann im Bie gever-

such geprüft.

Für die Herstellung des Zinkenstoßes wurde ein all gemein ge-

bräuchliches Profil mit einer Zinkenlänae von 20 mm und ein für

tragende Verbindungen im Holzbau zugelassener Phenol-Resorcin-

Formaldehydleim gewählt.

Untersucht wurde der Einfluß des Trocknungsverfahrens (Heiß-

lufttrocknung, Infrarottrocknuna), der Trocknungsdauer (15 min,

35 min), sowie der Verleimbedinaungen Preßdruck (7 N/mm2,

10 N/mm 2 ) und Preßzeit (5 sec, 60 sec).

Bei 53 der 71 Kanthölzer erfolgte der Bruch in der Keilzinkung,

bei 18 Prüfkörpern war die Keilzinkung am Bruch nicht betei-

liat.

Bei beiden Trocknungsverfahren wurden unabhängig von der An-

fangsfeuchte bei der kürzeren Trocknungsdauer, dem aerinaen

Preßdruck und der kürzeren Preßzeit Festigkeitswerte erzielt,

- 55 -

die im Mittel über der Festi gkeit konventionell keilgezinkter

Kanthölzer lagen.

Wegen seiner verfahrenstechnischen Vorteile wurde das Heißluft-

verfahren gewählt, um weitere 50 keilgezinkte Kanthölzer 8/16

cm 2 herzustellen. Die Anfangsfeuchte der Kanthölzer lag zwi-

schen 25 und 80 %.

Die Verfahrensbedingungen wurden wie folgt festgelegt:

Lufttemperatur: 145°C,

Luftgeschwindigkeit: 150 m/min,

Trocknungsdauer: 15 min,

Preßdruck: 7 N/mm2,

Preßzeit: 5 sec.

Gleichzeitig wurden 9 herkömmlich keilgezinkte Vergleichsproben

hergestellt.

Sämtliche Proben wurden nach der Keilzinkung technisch auf eine

Holzfeuchte von 8 % getrocknet. Im anschließenden Biegeversuch

erfolgte der Bruch bei 50 der 59 Kanthölzer im Keilzinkenbe-

reich, in 9 Fallen erfolgte er außerhalb.

Die Biegefestigkeit der nach örtlicher Trocknung keilgezinkten

Kanthölzer betrug im Mittel 48,3 N/mm 2 , übertraf damit die

mittlere Biegefestigkeit der herkömmlich keilgezinkten Ver-

gleichsproben und erreichte nahezu die Festigkeitswerte unge-

zinkter Kanthölzer vergleichbarer Holzqualität.

Die Versuchsergebnisse weisen darauf hin, daß das hier vorge-

schlagene Verfahren zur Keilzinkung feuchter Kanthölzer offen-

bar weitgehend unabhängig von der Anfangsfeuchte ist, auch bei

hoher Anfangsfeuchte der Hölzer befriedigende Festigkeitswerte

ergibt und der herkömmlichen Keilzinkung zumindest gleichwertig

ist.

- 56 -

8. Literaturverzeichnis

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- 57 -

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— 58 — Anhang I

150

125U0^

0 III 1 1 1 1

100

= 25...35 %^, 8p

60

40

20

0 10 20 30 40 50

60

40

20

5040

150 E

Z3 125 LU" 100

r

49 75 0up, 50

er

^E 25

I I 1 t 1 t, 1 1

0 10 20 30

Abstand vom Rantholzende [mm] Abstand vom Kanthoizende [mm]

100

Abstand vom Rantholzende [mm]

00 10 20 30 40 50

Abstand vom Rantholzende [mm]

- ^

- ♦

- ua > 35 %

-

1 I t t III t I t i

I

it / 1 1 I t t t. t

Bild I/1: Einfluß der Luftgeschwindigkeit bei der HeißlufttrocknungLuftgeschwindigkeit: v = 75 m/min

v = 150 m/min x xv = 300 m/min A

Lufttemperatur: T = 145 °CTrocknungsdauer: t = 20 min (u = 25...35 %)

t = 25 min (u > 35 9k)Anfangsfeuchte der Proben: ua = 29,5...80 %

40 500 10 20 30

150

125

0- 100

0 75

$.150

E.) 25

Abstand vom Kantholzende [mm]

0 I I lt liii litt 0 10 20 30 40 50

Abstand vom Kantholzende [mm]

Bild 1/2: Einfluß der Lufttemperatur bei der HeißlufttrocknungLufttemperatur: T = 55 °C A---A

T = 100 °C T = 145 °C T = 170 °C o 0

Luftgeschwindigkeit: v = 150 in/minTrocknungsdauer: t = 35 minAnfangsfeuche der Proben: Ua = 24...25,7 %

- 60 -

,

Anhang I

100

r."4 80ac4=0

60

40

20

0

us < 25 %

p.

1

---1F---

t I 1 _j_i_j, 1[t VI 1 :!_72.7t tilt

0 to 20 30 40 50

= 25..35 %

III II I IL Is. I

100

80ac

60

40

20

e 1 1 It 1 Illt t II I

BOac

60

40

20

0 10 20 30 40 50

100

0 10 20 30 40 50

Abstand vom Kantholzende [mm)

Bild 1/3: Einfluß der Abkühlzeit auf die Feuchteverteilung imHirnholzbereich bei der Heißlufttrocknung

Abkühlzeit: t8 = 3 min x x

ta = 60 min A ALufttemp.: T = 145 °C, Luftgeschw.: v = 150m/minTrocknungsdauer: t = 15 minAnfangsfeuchte der Proben: u® = 19,3...81,6 %

0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50

60

40

20

40

100

= 25...35 %a7 80

0

0

40

20

30 50

till lilt I II t00 10 20 30 40 50 10 20 30 40 50

Anhang I

Abstand vom Kantholzende [mm) Abstand vom Kantholzende [mm]

Bild 1/4: Einfluß der Trocknungsdauer bei der Heißlufttrocknung

Trocknungsdauer: t = 15 min i

t = 25 min

t = 35 min A ALufttemperatur: T = 145 °CLuftgeschwindigkeit: v = 150 in/minAnfangsfeuchte der Proben: ua = 20...70 %

60

40

20

0

0

5030 400 10 20 500 10 20 30 40

us = 25...35

0 10 20 30 40 50

150

125

100

75

50

25

U0

100

BO

60

40

20

- 62 -

Anhang I

A.1

:

t-ua < 2 5 %

100150

125

U° 100

754-)

a) 50

25E-4

0

E- I

t -411

t.--

,..,

„i, „

I-

A

—

111111Plien 1

L

Ua > 35 %

f/__. 1_1_ _1_1_1_1_1 _1_1_ /___/_0 00 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50

Abstand vom Kantholzende [mm) Abstand vom Kantholzende [mm]

Bild 1/5: Einfluß der Trocknungsdauer bei der InfrarottrocknungTrocknungsdauer: t = 15 min f I

t = 25 min x xt = 35 min A---A

Bestrahlungsabstand: a = 150 mmAnfangsfeuchte der Proben: us = 20...100 %

140

120

100

80

60

40

20

0

Temperatur-messung

Bereich derFeuchtebe- 20stimmung

- 63 - Anhang I

Heilltufttrocknung

Inf rar ott rock hung

80 80

60

40

Bereich der 20Feuchtebe -

stimmung

10 15 20 30 5 40


140

120

100

4'; 60

Ec: 40

20

0

80

—4 60••&war.

LO

=a,1•4

20

0

-----___u=63°I.

/ . ..___,.

u=2 V.

1

u=24%,

,0 10 15 20 30 3 5 40


Bild 1/6: Einfluß der Trocknungsdauer und der Anfangsfeuchte aufden Trocknungsverlauf keilgezinkter Kantholzenden:Lufttemperatur: T = 145 °CLuftgeschwindigkeit: v = 150 in/minBestrahlungsabstand: a = 150 mm

- 64 - Anhang II

6060Ue

°1°

+ Probe 1o Probe 2x Probe 3

4040

2020

400 00h300200 30 mm 60

Abstand100

Zeit

60

40

20

300 h 4000 0

Zeit100 200

'41kU r0/0

Kiima 2Q°/65^/0 4. Probe 4o Probe 5x Probe 6

Bild II/1: Zeitlicher und örtlicher Trocknungsverlauf beiLagerung in einem Klima mit 23°C/55%rLF.ur: rechnerischer Feuchtegehalt der gesamten Probe;ue: Endfeuchte nach Beendigung der Klimalagerung.

Bild II/2: Zeitlicher und örtlicher Trocknun gsverlauf beiLagerung in einem Klima mit 20°C/65%rLF.ur: rechnerischer Feuchtegehalt der gesamten Probe;ue: Endfeuchte nach Beendigung der Klimalagerung.

60Wlimm Prnihtf.1-is ‘ oguci I I

30 mm 60

Abstand300 h 400

Zeit100 200

+ Probe 7o Probe 8x Probe 9

*Wm.

MIMED OM...

Bild 11/3: Zeitlicher und örtlicher Trocknunasverlauf beiLagerung in Freiluft (München, August 1986).ur: rechnerischer Feuchteaehalt der aesamten Probe;ue: Endfeuchte nach Beendigung der Klimalageruna.

Wider-/ Druckzy li nder Zinkenstof Holzprobe Knicksicherung Punktlager lager

lylioderhalterung seitliche Führung

1111-Triger'

Druckversorgung

3100

seitliche Führungdurch Doppelkeil

Auflage

260

Auflage

- 66 - Anhang

Holzprobe Knicksicherung

Bild III/1: Preßvorrichtun g für die Verleimuna desKeilzinkenstaßes

BO

°C

70

40

30

Probe 1 ua =Probe 2 ua =Probe 3 ua =

18%

32%

44%

---

—•—

0-.

\

•%

‘0.`.*\\,

• WA

_

N‘

\

\

•

oT T 0 20 40 min 60

Zeit

Bild 111/2: Zeitlicher Verlauf der Leimfuaentemperaturnach dem Verpressen von drei Proben mitunterschiedlichen Anfangsfeuchten;örtliche Trocknung durch Heißluft:Lufttemperatur: T = 145 °CLuftgeschwindigkeit: v = 150 in/minTrocknunasdauer: t = 15 min

75

Cu

50

al

1:3)

254-W

0

,

A

AAAA

A

*_

r%,..

:VA At

A

A

A

A

A

AA

i ..1.

0

20 40

60

80

Anfangsfeuchte [%]

Bild IV/l: Bie geversuche an Kanthölzern 8/8 cm2Zusammenhang zwischen Biegefestigkeit und Anfangs-feuchte bei 53 Proben mit Bruch im Bereich derKeilzinkung:A : 46 Proben nach örtlicher Trocknung keilgezinkt44 : 7 herkömmlich keilgezinkte Verqleichsproben

75 100

75 100

60

60

40

4-

ea4-c

grz 20

0

75

Cu

50

I-1a.)17.7)

25G.)

•op

0

- 69 -

25 50

Flankenbruch [%]

25 50

Flankenbruch 1%]

0

0

Anhang IV

A

A

A

A"

ilit, A

AL._

AA

A

A

A A A A

[1..

1 I

* *

1

*

I t

* *

‘.

A

A--41-- X

AA

A AA A

A

Lt

A

A A

*

A

i

A

A Afi

-L---1 t t I 1 1_1_1

Bild IV/2: Biegeversuche an Kanthölzern 8/8 cm2Zusammenhang zwischen Anfangsfeuchte, Biegefestig-keit und Flankenbruch bei 53 Proben mit Bruch imBereich der Keilzinkung:A : 46 Proben nach örtlicher Trocknung keilgezinkt* : 7 herkömmlich keilgezinkte Vergleichsproben

- 70 - Anhang IV

BO

60

.040

CJ

CD

20

0

A-A

A

A

A

A

A A

4 4 4 . t t I I / 1

1

50

0

0

10 20

30

Leimbruchanteil [X]

75

,,

AA ti

A AA

A

A4A

AA

_.,_ _1_ 1._ _1 _I_ 1 _I_ _l_____ _I__

10 20

Leimbruchanteil

Bild IV/3: Bie geversuche an Kanthölzern 8/8 cm2Zusammenhang zwischen Anfangsfeuchte, Biegefestig-keit und Leimbruchanteil bei 53 Proben mit Bruch imBereich der Keilzinkung:A : 46 Proben nach örtlicher Trocknung keilgezinktw : 7 herkömmlich keilgezinkte Vergleichsproben

0 30

- 71. - Anhang IV

a = 45 N/mm2ro = 0.454 g/cm3

a = 40 N/mm2ro = 0.497 g/cm3

a = 48 N/mm2ro = 0.439 g/cm3

a = 39 N/mm2ro = 0.487 g/cm3

Bild IV/4: Biegeversuche an Kanthölzern 8/8 cm2Bruchformen bei Proben mit Bruch im Bereich derKeilzinkung (a: Biegefesti gkeit, ro: Darrohdichte)

60 80

75

50

4-3

4-)25

a3

0

r A 1:--;-----

* A A

L A A AA A4, 1.* A A A_ A A A

_ *)(4(i4

AAAA

e

AA

I

I t I I .1.______I1 .. 1______I t n t

0

20 40

Anfangsfeuchte [%1

Bild V/1: Biegeversuche an Kanthölzern 8/16 cm2Zusammenhang zwischen Biegefestigkeit und Anfangs-feuchte bei 50 Proben mit Bruch im Bereich derKeilzinkung:A : 44 Proben nach örtlicher Trocknung keilgezinkt: 6 herkömmlich keilgezinkte Vergleichsproben

- 73 - Anhang V

a A

A

A

A

AA

A

A A

A

A

—1

'' a' Ait

*A

W

i A

A

44

A A

*

1 1 -L.__ J- --1- 1 1 t

75

rn 254-a)c:n

.r1

0

50

Cu

*n,

4-)•

BO

60

I

= 404-WCr)

4-c 20

0

A

A

AA---A—A,

A A A

A A

A

A

AA

A AA A

*

1

* *

I I I .

*

III

*

0

25 50

75

100

Flankenbruch [X]

0 25 50

Flankenbruch [X]

Bild V/2: Biegeversuche an Kanthölzern 8/16 cm2Zusammenhang zwischen Anfangsfeuchte, Biegefestig-keit und Flankenbruch bei 50 Proben mit Bruch imBereich der Keilzinkung:A : 44 Proben nach örtlicher Trocknung keilgezinkt* : 6 herkömmlich keilgezinkte Vergleichsproben

75

100

,n

n

% A AA

AAEa t A

I I t I t i A .1_ I I

75

**E

C71

4—)

2544—

CY)

an

0

50

- 74 - Anhang V

80

60

40(2)4-U)t71

4—

C 20

0

A

AA

—1

A

Li_ 1 I ....L_ I I I A— e

0

10 20

30

Leimbruchanteil

0

10 20

30

Leimbruchanteil

Bild V/3: Biecreversuche an Kanthölzern 8/16 cm2Zusammenhang zwischen Anfangsfeuchte, Biegefestig-keit und Leimbruchanteil bei 50 Proben mit Bruch imBereich der Keilzinkung:A : 44 Proben nach örtlicher Trocknung keilgezinktw : 6 herkömmlich keilgezinkte Vergleichsproben

i

-i--)

w 1-YCn 1

co 25 ia)

14-a) Fan ia3

.,-1 !CO

0L0.30

I I 1

0.40 0.50

Darrohdichte [g/cm**3]0.60

- 75 - Anhang V

Bild V/4: Biegeversuche an Kanthölzern 8/16 cm2Zusammenhang zwischen Biegefestigkeit und Darr-rohdichte bei 50 Proben mit Bruch im Bereich derKeilzinkung:A : 44 Proben nach örtlicher Trocknung keilgezinktw : 6 herkömmlich keilgezinkte Vergleichsproben

75

Cu**

E

cn

254-

C,

a)aD

0

F

AA

A

A

A A A A

*A A

A

A A

AP-

i -A A

A A p

A

a t

A. A\is • 4, ,

.K

AA AA AA

. Aa—**

4 4

*

G

r

, -I I .1.- 1 I 1 t

50

- 76 - Anhang V

10000 12000 14000

Biege—E—Modul [N/mm**2]

Bild V/5: Biegeversuche an Kanthölzern 8/16 cm2Zusammenhang zwischen Biegefestigkeit und Biege-E-Modul bei 50 Proben mit Bruch im Bereich derKeilzinkung:

: 44 Proben nach örtlicher Trocknung keilgezinktw : 6 herkömmlich keilgezinkte Vergleichsproben

16000

Untersuchung von Moeglichkeiten zur Keilzinkung von ... · Keilzinkenverbindungen, die nach der...

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