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Verfahren zur Holzverleimung und Leimhärtung mit unmittelbarem Stromdurchgang
durch die Leimschicht Das bekannte Verfahren zur V erleimung mit dielektrischer
Erhitzung und Härtung der Leimschicht benutzt Ströme von der Frequenz to bis
30 MHz. Die hohen Frequenzen ergeben sich aus der Beziehung für die in Wärme
pro Volumeneinheit umgesetzte Leistung x, - e2 t- 6 . E . 0J ( = Feldstärke,
tg d = Verlustfaktor, E = Dielektrizitätskonstante). Wird das Produkt a - tg ö in
einem beschränkten Bereich als Materialkonstante angenommen, so ist für ein durch
die dielektrische Festigkeit gegebenes e die Leistung der Frequenz proportional.
Diese Abhängigkeit setzt aber einen gewissen Charakter der Verluste voraus, nämlich
vorzugsweise die sich aus den molekularen Eigenschaften ergebenden Dipol- oder Debye-Verluste.
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Zur Verbesserung des Verfahrens zur Holzverleiinung und Leimhärtung
mit dielektrischer Erwärmung wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, Leimstoffe, beispielsweise
säurehärtende Kunstharzleime, zu verwenden, die in flüssigem und festem Zustand
eine gute elektrolytische Ionen- und/oder Elektronen-Leitfähigkeit besitzen und
daher ein Erhitzen bzw. Aushärten der Leimschicht durch den unmittelbaren Stromdurchgang
gestatten.
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Es ist bereits ein Verfahren zur Holzverleimung bekanntgeworden, bei
welchem die Abbindung des Leims durch Gleichstrom erfolgt, der durch die Leimfuge
hindurchgeschickt wird. Die Anwendung
dieses Verfahrens setzte die
Verwendung wasserhaltigen Leims voraus. Durch die Einwirkung des Gleichstroms erfolgt
eine schnelle elektrolytische Zersetzung der geringen iri der Schicht vorhandenen
Wassermenge und damit eine Trocknung und Härtung des Leims, ohne daß eine Erwärmung
stattfinden kann. Dieses Verfahren ist jedoch nur für die Verleimung verhältnismäßig
kleiner Flächen anwendbar und nicht bei Leimen zu verwenden, bei denen unbedingt
eine Erhitzung notwendig ist.
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Außerdem ist ein Verfahren zur Holzverleimung vorgeschlagen worden,
bei dem die Holzverleimung mittels durch Wärme hartbarer, elektrisch leitfähiger
oder leitfähig gemachter Bindemittel bei unmittelbarem Stromdurchgang erfolgt. Bei
Benutzung der bekannten Leimsorten sinkt normalerweise die Leitfähigkeit ab, bevor
eine brauchbare Festigkeit erreicht ist, d. h., die Erwärmung hört spontan auf,
und der Körper bleibt weich. Bei der Erfindung dagegen wird eine Leimsorte verwendet,
die in genügend festem Zustand noch immer eine so große Leitfähigkeit zeigt, so
daß die Erwärmung noch einige Zeit fortgesetzt werden kann. Bei der Erfindung wird
das Ende der Erhitzung durch den erreichten Verfestigungszustand gegeben, nicht
aber, wie bei dem Bekannten, zwangsweise durch die schnelle Abnahme der Leitfähigkeit
bei noch ungenügender Härtung.
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Wie bereits ausgeführt, werden bei der Erfindung besondere Leimstoffe
verwendet, bei denen die Eigenschaften der elektrolytischen IQnen-Leitfähigkeit
und die der Leitfähigkeit der Halbleiter benutzt werden. Derartige Stoffe haben
die Eigenschaft, daß die Leitfähigkeit wohl stark von der Temperatur, aber wenig
von der Frequenz abhängt.
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Man kann also einen Leimkörper solcher Art durch eine Ersatzschaltung
darstellen, die nach Abb. i aus einem Kondensator C und einem dazu parallelen von
der Frequenz. unabhängigen Widerstand R besteht. Führt man den tg 8 ein, so erhält
man bekanntlich
und damit die Leistung unabhängig von der Frequenz. Es hat hier vom Standpunkt der
Envärinung wenig Zweck, auf hohe Frequenzen zu gehen, solange eine frequenzunabhängige
Leitfähigkeit vorhanden ist. Man kann also auf tiefe Frequenzen, gegebenenfalls
sogar bis zur Frequenz Null, also bis zum Gleichstrom hinabgehen. Allerdings ist
Gleichstrom unter Umständen wegen der PolarisatiGnserscheinungen wenig geeignet.
Dagegen kann man zu Wechselstromfrequenzen im Bereich von 2o kHz bis 5oHz übergehen,
also gegebenenfalls auch die Ströme aus dem Starkstromnetz öder aus Mittelfrequenzmaschinen
entnehmen. Das bedeutet eine wesentliche Verbilligung und Vereinfachung des Verfahrens
im Vergleich mit der Anwendung von Hochfrequenzströmen. Es müssen aber besondere
Maßnahmen getroffen werden, die ein weiterer Gegegenstand vorliegender Erfindung
sind. Diese Maßnahmen beziehen sich erstens auf die chemischeu und physikalischen
Eigenschaften des Leims und zweitens auf die technische Ausführung der Elektroden.
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Wie schon gesagt, werden Leimstoffe mit hoher elektrolytischer Leitfähigkeit
in ungehärtetem Zustand verwendet. Gegebenenfalls wird diese Leitfähigkeit durch
besondere Zusätze, z. B. Härter, erreicht, die aber die Abbindefähigkeit des Leims
nicht ändern.
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Nun haben aber Versuche und theoretische Überlegungen gezeigt, daß
bei Benutzung sehr tiefer Frequenzen, wenn der Verschiebungsstrom gegenüber dem
Leistungsstrom verschwindend klein ist, zwischen den Elektroden sich sehr schnell
Trockenzonen bilden können, die die Leitfähigkeit der Leimschicht aufheben. Dadurch
wird die Erwärmung und der Härtungsprozeß unterbrochen. Auch kann an diesen Stellen
eine Verkohlung des Holzes eintreten. Diese Erscheinung ist in folgender Weise zu
erklären. Die Leimschicht ist elektrisch nicht homogen. Es sind Zonen vorhanden,
in denen die Leitfähigkeit geringer ist als in der Umgebung. An diesen Stellen tritt
ein höherer Energieverbrauch und eine schnellere Erwärmung auf. Damit erfolgt die
Trocknung und Härtung vorzugsweise an diesen Stellen, die Leitfähigkeit fällt weiter,
bis der Strom an diesen Stellen beinahe vollkommen unterbrochen wird. Dadurch wird
die Härtung in der ganzen Fläche der Leimschicht unmöglich gemacht.
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Um diesen Nachteil zu beseitigen, wird durch die chemische Zusammensetzung
des Leims an sich oder durch entsprechende Konzentration des zugesetzten Härters
erreicht, daß auch im halbfesten oder festen Zustand eine genügende Leitfähigkeit
bestehenbleibt, die möglichst mit wachsender Temperatur noch zunimmt. Dadurch wird
die Bildung von nichtleitenden Zonen verhindert.
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Weiterhin muß man die Leimschicht möglichst homogen machen; man erreicht
dies durch Auftragen mit Hilfe von Gummiwalzen oder durch ähnliche Mittel. Ferner
wird, um die Unterbrechung des Stromes zu verhindern, die Stromrichtung in der Leimschicht
verändert, indem beispielsweise die Elektroden an verschiedene Stellen angelegt
werden, wie es Abb. 2 zeigt. Der Strom fließt einmal in der Richtung, die der Lage
der Elektroden bei Ei und R2 entspricht, das andere Mal ist diese Richtung senkrecht
dazu durch die Elektroden E, und F_4 gegeben. Es können nach der Abb. 3 auch schmale
Elektroden genommen werden und die Richtung der Stromlinien durch Benutzung von
zwei um go° in der Phase verschobenen Wechselspannungen verändert werden. An den
Elektroden Ei und E, liegt dann die eine Wechselspannung und an den Elektroden E3
und E4 die gegenüber dieser in der Phase verschobene Spannung; es ergibt sich dann
der gezeigte Stromlinienverlauf, wenn zwischen Ei und E2 die volle Spannung liegt
und zwischen E3 und E4 die Spannung Null ist. Nach einer Viertelperiode ist der
Stromlinienverlauf um go° verschoben.
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Die Elektroden müssen so ausgeführt und angeordnet werden, daß ein
unmittelbarer Leistungs-
Stromübergang stattfinden kann, der bei
Hochfrequenz bekanntlich nicht notwendig ist. Zu diesem Zweck können die Elektroden
als dünne Folien, z. B. aus Stanniol, in die äußeren. Bereiche der Leimschicht eingelegt
werden. Sie können auch als dünne Schneiden aus einem gehärteten Material in die
Leimfuge eingeführt und später nach dem Härten entfernt werden, vgl. Abb. q.. Zwischen
den Holzteilen H1 und Hl> ist die Leimschicht L angebracht. Zur Stromzuführung dienen
die beiden Elektroden E, die mit den Schneiden S in die Leimfuge eingeführt sind.
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Man kann auch an der Stirnseite der Leimfuge den Leim überstreichen
und die Elektroden seitlich andrücken. Eine solche Anordnung ist in Abb. 5 gezeigt;
die Bezugszeichen haben die gleiche Bedeutung wie in Abb. q.. Der Zweck a11 dieser
Verfahren ist. eine leitfähige Verbindung zwischen der Leimschicht und den Elektroden
zu erhalten.
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Da die Änderung der Leitfähigkeit während des Härtungsvorganges als
Maß für das Fortschreiten dieses Vorganges dienen kann, kann die Beobachtung bzw.
Messung der Stärke des zugeführten Stromes zur Feststellung des Härtevorganges in
einfacher Weise benutzt werden.
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Es wird ferner vorgeschlagen, das Niederfrequenzverfahren mit den
bekannten Hochfrequenzverfahren zu kombinieren. Das geschieht dadurch, daß zunächst
eine Vorheizung mit Niederfrequenz zur Verdampfung der Feuchtigkeit bis zum Beginn
des Härteprozesses stattfindet. Der Abschluß der Härtung wird dann in kurzer Zeit
durch Hochfrequenz erreicht. Auf diese Weise kann beträchtlich an der teuren. Hochfrequenzleistung
gespart werden, und auch die Anlage kann für eine kleinere Leistung dimensioniert
werden.