Vom Holz zum Holzwerkstoff - AHB - Berner Fachhochschule

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FORSCHUNGSARBEITEN
Temperaturmessungen an unterschiedlichen Mattenpositionen gehören zum
Stand der Technik und werden in der Regel mit Hilfe von Thermoelemente
durchgeführt. Derartige Messungen in Laborpressen wurden beispielsweise von
Maku et al. 1959, Strickler 1959, Gefahrt 1977 und Kavvouras 1977 und in In-
dustriepressen von Graser 1962, Denisov und Juskov 1974, Rauch 1984 und
Steffen et al. 1999 durchgeführt.
Gasdruckmessungen in Holzwerkstoffmatten während des Heißpressvor-
gangs sind im Vergleich zu den Temperaturmessungen aufwändiger. Es wird
jeweils das eine Ende einer feinen Röhre in die Matte eingeführt, während das
freie Ende an einen Druckaufnehmer außerhalb der Matte angeschlossen ist.
Gasdruckmessungen wurden erstmals durch Denisov und Sosnin 1967 beschrie-
ben und für Taktpressen seitdem des öfteren durchgeführt (z.B. Kavvouras
1977, Humphrey 1982, Kamke und Casey 1988a,b). Steffen et al. 1999 haben
erstmalig Gasdruckmessungen in einer kontinuierlich arbeitenden MDF-Presse,
und Meyer und Thoemen 2007 in einer entsprechenden Spanplattenpresse ver-
öffentlicht.
Aufgrund der großen Komplexität der hier beschriebenen Wärme- und Stoff-
transportvorgänge sind mehrdimensionale Modelle, welche wesentliche Mecha-
nismen in ihren Ansatz einbeziehen, erforderlich, will man zu einer umfassen-
den Beschreibung der physikalischen Vorgänge beim Heißpressen und zu be-
friedigenden Simulationen kommen. Das erste mehrdimensionale Modell wurde
von Humphrey 1982 entwickelt und in einer Serie von Veröffentlichungen
(Bolton und Humphrey 1988, Humphrey und Bolton 1989a, Humphrey und Bol-
ton 1989b, Bolton et al. 1989a, Bolton et al. 1989b, Bolton et al. 1989c) ausführ-
lich beschrieben und für Simulationsrechungen eingesetzt. Weitere Heißpress-
modelle, die in der Regel auf den Ansatz von Humphrey und Mitautoren zur Be-
schreibung der Wärme- und Stofftransportvorgänge zurückgehen, die aber je-
weils weitere Mechanismen in ihre Modellbeschreibung integriert haben, sind
im vergangenen Jahrzehnt veröffentlicht worden. Insbesondere sind hier die Ar-
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beiten von Dai und Mitautoren (Hubert und Dai 1998, Dai und Yu 2004, Dai et
al. 2005, Yu und Dai 2007a,b) von Carvalho und Mitautoren (Carvalho und Co-
sta 1998, Carvalho et al. 2003), von Zombori 2001, Nigro und Storti 2001,
García 2002 und von Thoemen und Mitautoren (Thoemen und Humphrey 2003,
Thoemen et al. 2006, Thoemen und Humphrey 2006) zu nennen.
Sämtliche hier aufgeführten Modelle haben gemein, dass die Materialeigen-
schaften in Abhängigkeit der lokalen und sich über die Zeit verändernden Be-
dingungen für Modellrechnungen bekannt sein müssen. Derartige Materialdaten
sind beispielsweise Gaspermeabilität, Wärmeleitfähigkeit oder Koeffizienten zur
Beschreibung des rheologischen Verhaltens der Matte. An dieser Stelle soll nur
auf die Permeabilität und auf die Wärmeleitfähigkeit von Holzwerkstoffmatten
eingegangen werden.
Für einen durchströmten kapillar-porösen Körper einer gegebenen Struktur
stellt die Permeabilität die Proportionalitätskonstante zwischen dem Druckgradienten
und der Menge des strömenden Gases dar. Der starke Dichteeinfluss auf
den Permeabilitätswert wurde bereits von Bowen 1970, Lehmann 1972 sowie
Denisov et al. 1975 beschrieben. Sämtliche in den hier aufgelisteten Arbeiten
verwendeten Proben wiesen allerdings Dichteprofile senkrecht zur Plattenebene
auf, wodurch eine Zuordnung der Permeabilitätswerte zu exakten Dichtewerten
unmöglich ist. Eine entsprechende Zuordnung ist aber notwendig, um diese Daten
für die Simulation des Heißpressvorgangs nutzen zu können. In den vergangenen
Jahren wurden deshalb verstärkt Permeabilitätsmessungen an Dichteprofil-freien
Proben durchgeführt (von Haas et al. 1998, Hanvongjirawat 2003,
Garcia und Cloutier 2005, Thoemen und Klueppel 2008). In den hier genannten
Arbeiten wurde jeweils auch der Einfluss der Strömungsrichtung auf die
Permeabilität beschrieben.
Neben den Messungen der Permeabilität sind mittlerweile auch Verfahren
publiziert, die sich zur Berechnung der Permeabilität auf Grundlage der virtuel-
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