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Dokumentenidentifikation DE4036875C3 09.09.1999
Titel Holzgefaßte Schreib-, Zeichen- oder Malstifte
Anmelder J. S. Staedtler GmbH & Co, 90427 Nürnberg, DE
Erfinder Handl, Werner, 8503 Altdorf, DE
DE-Anmeldedatum 19.11.1990
DE-Aktenzeichen 4036875
Offenlegungstag 21.05.1992
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 11.11.1993
Date of publication of amended patent 09.09.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.09.1999
IPC-Hauptklasse B27K 5/00

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft holzgefaßte Schreib-, Zeichen- oder Malstifte.

Für die Herstellung holzgefaßter Blei- und Farbstifte werden üblicherweise Holzarten wie Zeder, Weymouthkiefer und Jelutong eingesetzt. Die Anforderungen an derartige Hölzer, wie leichte Spitzbarkeit, gute Lackierbarkeit, Verzugsfreiheit, gute Bearbeitbarkeit, hohe mechanische Festigkeit sowie attraktives Aussehen, begrenzen die zur Verfügung stehenden Sorten. Aufgrund der genannten Anforderungen ist die Zeder das am häufigsten verwendete Stiftholz.

Unter dem Gesichtspunkt zunehmenden Umweltbewußtseins spielt die Ökologie eine immer größer werdende Rolle. Dies hat zur Folge, daß insbesondere langsamwüchsige bzw. an bestimmte klimatische Bedingungen gebundene Holzarten unter dem Aspekt langfristiger Verfügbarkeit zu sehen sind. Auch ist die Ausbeute an verwendungsfähigen Bleistiftholz pro Baum durch spezielle Zuschnittgeometrien sowie durch Selektierung in Kern- und Splintholz vergleichsweise gering.

Zudem werden die Hölzer mit synthetischen Farbstoffen gefärbt und zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit und Spitzbarkeit mit Wachsemulsionen bzw. -dispersionen imprägniert. Dies hat zur Folge, daß durch spätere Migration der Imprägnierungssubstanzen bzw. durch Hydrophobierung die Verleimung der Hölzer, die üblicherweise mit wäßrigen Dispersionsklebern erfolgt, beeinträchtigt wird. Auch die spätere Lackierung der Stifte kann auf diese Art und Weise ungünstig beeinflußt werden. Für die aufgeführten Mängel können jedoch auch natürliche Holzinhaltsstoffe verantwortlich sein.

Nachteilig ist bisher auch, daß bei mangelhafter Holzselektion oder infolge von Fehlern bei der Trocknung bzw. aufgrund natürlicher Holzfehler ein Verziehen der Brettchen und/oder der Stifte eintritt.

Bei den heute üblichen Hochleistungs-Bearbeitungsmaschinen kommt dem Werkzeugverschleiß eine nicht unwesentliche Bedeutung zu. Es hat sich nämlich gezeigt, daß der pH-Wert des Holzes, der durch Art und Menge der natürlichen Inhaltsstoffe mitbestimmt wird, auf die mechanische Bearbeitung des Holzes entscheidenden Einfluß hat. So können kurzkettige Säuren, die in manchen - insbesondere tropischen - Hölzern in Mengen von etwa 0,20% frei vorkommen, auf Metalle korrodierend wirken und die Standzeiten (= die Lebensdauer) von Werkzeugen erheblich herabsetzen.

Es sind daher zahlreiche Verfahren vorgeschlagen worden, Blei- und Farbminen mit gefüllten und/oder verschäumten Kunststoffen mittels Extrusion zu ummanteln. Derartige Verfahren machen zwar den Einsatz von Holz ganz oder teilweise überflüssig, doch ist im Hinblick auf die fossile Basis derartiger Kunststoffe einem nachwachsenden Rohstoff der Vorzug zu geben.

Auf die darüber hinaus häufig bestehenden technischen Unzulänglichkeiten derartiger synthetischer Stifte, erübrigt es sich, weiter einzugehen.

Aus DE-PS 180 404 ist allgemein ein Verfahren zum schnellen Altern oder Stabilisieren von Holz bekannt. Nach einer Darstellung zum Stand der Technik hierin, wird bei einem anderen bekannten Verfahren Wasserdampf unter hohem Druck in das Holz eingebracht und anschließend plötzlich entspannt. Dieses Verfahren soll zu faserigen Holzprodukten, wie z. B. zu Isolierplatten für die Bauwirtschaft führen. Ob hierbei die Zellstrukturen des Holzes verändert werden, ist nicht ersichtlich. Ebenso ist nicht erkennbar, ob sich damit eine Verbesserung der Bearbeitbarkeit, insbesondere der kurzfasrigen Zerspanbarkeit des Holzes ergibt. Gemäß DE-PS 349 813 ist ersichtlich, daß die oben beschriebenen Verfahren und ähnliche Prozesse auch besonders zum Imprägnieren von Holz verwendet werden, aber gerade auch zur Erhöhung der Schnittfähigkeit von Bleistiftholz eben nicht geeignet sind, wie hierin ausdrücklich hervorgehoben wird. Zu diesem Zweck werden dort weitere bzw. andere Maßnahmen als erforderlich erachtet und vorgeschlagen. Zum Altern von Holz wird nach DE-PS 323 973 auch Sauerstoff, Luft oder Ozon zum Trocknen und unter Druck zu verwenden, vorgeschlagen.

Gemäß DE Patentanmeldung B 19 456 IVa/38 h soll zum bzw. beim Imprägnieren von Holz dieses Holz gerade nicht in seiner Zellstruktur beeinträchtigt oder gar zerstört werden. Es soll vielmehr lediglich durch rasch erfolgenden Druckwechsel auch die schnelle und wirksame Imprägnation frischer oder nasser Hölzer ermöglicht werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, mechanisch leicht bearbeitbare, insbesondere gut spitzbare holzgefaßte Schreib-, Zeichen- oder Malstifte zu schaffen bei denen es möglich ist, daß bei klassischen Stifthölzern, wie z. B. bei Zedernholz, die Ausbeute und die Qualität erhöht wird und daß andere, bislang nur schwer oder nicht ausreichend gut bearbeitbare bzw. für Stifte nicht verwendbare Hölzer sich auch für holzgefaßte Schreib-, Zeichen- oder Malstifte eignen.

Diese Aufgabe wird mit dem kennzeichnenden Merkmal des Patentanspruchs vorteilhaft gelöst.

Im Holz sind Zellulose, Hemizellulosen und Lignin die Hauptbestandteile der verholzten Zellwand. Als Begleitstoffe finden sich im Zellinhalt, in der Zellwand und in den zellulären Hohlräumen weitere, meist lösliche, Stoffe, die als Inhaltsstoffe bezeichnet werden.

Erfindungsgemäß soll das Holz der Schäfte von Schreib-, Zeichen- oder Malstiften ganz oder teilweise aufgebrochene Zellstrukturen aufweisen.

Zur Erzielung derartiger aufgebrochener Zellstrukturen werden beispielsweise die geschnittenen Hölzer innerhalb eines geeigneten Druckgefäßes unter hohem Druck mit einem Gas, vorzugsweise mit Luft oder Stickstoff, beaufschlagt. Große Anteile des Gases werden dadurch von den Zellen absorbiert. Das Druckgefäß wird nun schlagartig dekomprimiert. Durch den plötzlichen Druckabfall bilden sich im Inneren der einzelnen Zellmembranen sich ausdehnende Gasblasen, welche die Membranen sprengen. Dieser Vorgang läßt sich mit der "Caisson-Krankheit" vergleichen, von der Tiefseetaucher befallen werden können.

Der Grad der Zellaufbrechung ist über die Einstellung des Gasdrucks leicht zu regeln. Auch hat die Feuchtigkeit des Holzes entscheidenden Einfluß auf den Erfolg des Verfahrens. Es wurde nämlich gefunden, daß der Zellaufbruch desto effektiver ist, je feuchter das Holz ist. Ideale Voraussetzungen für die Anwendung des Verfahrens bietet schnittfeuchtes Holz mit 40-50% Feuchte, da hierbei auf hohe Druckwerte verzichtet werden kann.

Großer Einfluß auf die Effektivität des Verfahrens scheint auch der Löslichkeit der Gase in der Zellflüssigkeit zuzukommen. Da sich in jeder einzelnen Zelle Gasbläschen ausbilden, treten auch überall die gleichen Aufreißkräfte auf, wodurch eine überraschende Einheitlichkeit erzielt wird.

Durch eine graduelle Zerstörung der Zellwände infolge schlagartiger Dekompression nehmen die mechanischen Eigenschaften eines derart behandelten Holzes drastisch ab, da auf diese Art und Weise ein erheblicher Festigkeits- und Stabilitätsverlust im Holz eintritt, der jedoch bei Blei- und Buntstiften nicht ins Gewicht fällt. Durch eine derartige Behandlung lassen sich auch Hölzer für die Stiftherstellung vorbereiten, die bislang als für diesen Zweck völlig ungeeignet verworfen werden mußten.

Insbesondere unter gemäßigten klimatischen Bedingungen rasch wachsende Holzarten, wie z. B. Pappel oder Douglasie, lassen sich somit als Stifthölzer einsetzen.

Dies ist nicht nur in ökologischer, sondern auch in ökonomischer Hinsicht vorteilhaft, da nun anstatt - wie bisher häufig - wertvoller, empfindlicher Regenwaldgehölze von z. T. 100 bis 200 Jahre alten Bäumen oder auch Zedern und Weymouth-Kiefern mit einer Nachwachsdauer von ca. 40-60 Jahren auf schnellwüchsige, umweltverträgliche und schädlingsresistente einheimische Holzarten, wie insbesondere Pappelholz mit einer Aufforstzeit von ca. 20 Jahren, ausgewichen werden kann. Dies garantiert die rasche und ständige Verfügbarkeit entsprechenden Materials.

Unter dem Begriff "Pappel" sind insbesondere die drei Pappelarten "populus tremula" (Zitterpappel, Espe), "populus alba" (Weiß- oder Silberpappel) und "populus nigra" (Schwarzpappel) zu verstehen, welche für die erfindungsgemäße Verwendung bevorzugt geeignet sind.

Sofern dennoch Zedern- oder anderes herkömmliches Stiftholz verwendet wird, ist dieses durch die Erfindung besser ausnutzbar, da nun das sogenannte Kernholz neben dem bisher fast ausschließlich verwendeten Splintholz, vollständig genutzt werden kann.

Von Vorteil ist es, dem Druckgas in kleinen Mengen Ammoniak zuzusetzen. Hierdurch werden zum einen die Zellmembranen durchlässiger gemacht und zum anderen anwesende Säuren neutralisiert, wodurch Korrosionsschäden an den Bearbeitungsmaschinen vermieden werden.

Als Imprägnierungsmittel eignet sich bevorzugt Polyglykol, insbesondere Polyethylenglykol mit einem Molekulargewicht von vorzugsweise 1000 bis 6000.

Der vorliegenden Erfindung entsprechende holzgefaßte Schreib-, Zeichen- oder Malstifte lassen sich wie nachfolgend anhand einiger Beispiele erläutert herstellen:

Beispiel 1

In einem Druckbehälter werden astfreie Pappelholzbrettchen mit den Abmessungen 185 × 72 × 5 mm und einer Feuchte von 10% mit Stickstoff, dem 1 Vol% Ammoniak zugesetzt ist, mit einem Druck von 150 bar beaufschlagt. Der Druck wird über einen Zeitraum von 10 Minuten aufrechterhalten. Anschließend wird schlagartig dekomprimiert.

So behandelte Brettchen ließen sich mit üblichen Bleistiftmaschinen gut bearbeiten und nach üblicher Art zu fertigen Stiften verarbeiten. Die Stifte zeigten eine überraschend gute Spitzbarkeit.

Beispiel 2

In einem Druckbehälter werden astfreie Pappelholzbrettchen (Größe wie in Beispiel 1) mit einer Feuchte von 15% mit Luft, der 2 Vol% Ammoniak zugesetzt wurden, mit einem Druck von 60 bar beaufschlagt. Der Druck wird über einen. Zeitraum von 25 Minuten aufrechterhalten. Anschließend wird eine schlagartige Dekompression durchgeführt.

Weiterbehandlung und Ergebnis wie bei Beispiel 1.

Beispiel 3

In einem Druckbehälter werden astfreie Pappelholzbretter (z. B. Bohlen) mit den Abmessungen 1000 × 150 × 50 mm und einer Feuchte von 40% mit Luft, der 1 Vol% Ammoniak zugesetzt ist, mit einem Druck von 20 bar beaufschlagt. Der Druck wird über einen Zeitraum von 15 Minuten aufrechterhalten.

Anschließend wird schlagartig dekomprimiert. Die Bretter werden auf bekannte Art getrocknet und auf die gewünschte Größe gesägt.

Weiterbehandlung und Ergebnis wie bei Beispiel 1.

Beispiel 4

In einer weiteren Ausgestaltung können Hölzer auch imprägniert und/oder gefärbt werden. Dies kann sowohl bei vorgeschnittenen, als auch bei bereits auf Endlänge geschnittenen Hölzern erfolgen.

Zu diesem Zweck werden die Hölzer in einem Druckbehälter mit einer Lösung von 20 Gew.-Teilen Polyglykol MG 1500 und 80 Gew.-Teilen Wasser getränkt und für eine Dauer von 5 Minuten mit einem Druck von 10 bar beaufschlagt. Nach der Druckentlastung wird die nicht verbrauchte Lösung abgepumpt und die Hölzer werden wie in Beispiel 1 behandelt.

Vor der Weiterverarbeitung mit üblichen Bleistiftmaschinen werden die Hölzer auf herkömmliche Weise getrocknet.

Beispiel 5

In einem Druckbehälter werden astfreie Douglasienholzbrettchen mit einer Lösung von 25 Gew.-Teilen Polyglykol MG 1000, 3 Teilen Quebrachoextrakt (= natürlicher Farbstoff) und 72 Gew.-Teilen Wasser getränkt. Die Weiterbearbeitung erfolgt gemäß obigem Beispiel 4 bzw. 1.

Beispiel 5

In einem Druckbehälter werden astfreie Erlenholzbrettchen (Größe wie in Beispiel 1) mit einer Feuchte von 60% mit Luft und einem Druck von 8 bar beaufschlagt. Der Druck wird über einen Zeitraum von 10 Minuten aufrechterhalten. Anschließend wird eine schlagartige Dekompression durchgeführt.

Weiterbehandlung und Ergebnis wie bei Beispiel 1.

Beispiel 7

In einem Druckbehälter werden astfreie Zedernholzbrettchen (Größe wie in Beispiel 1) mit einer Feuchte von 15% mit Luft, der 0,1 Vol% Ammoniak zugesetzt wurde, mit einem Druck von 60 bar beaufschlagt. Der Druck wird über einen Zeitraum von 25 Minuten aufrechterhalten. Anschließend wird eine schlagartige Dekompression durchgeführt.

Weiterbehandlung und Ergebnis wie bei Beispiel 1.

Die mechanisch zu bearbeitenden Schreib-, Zeichen- oder Malstifte, deren Holz nach dem beschriebenen Verfahren behandelt wurde, weisen eine graduell zerstörte bzw. zersprengte Zellstruktur der Holzfasern auf und lassen sich dadurch gut und leicht sägen, schneiden, fräsen, schnitzen und insbesondere gut spitzen.

Somit lassen sich derartige Stifte nun auch aus Holzarten bzw. Hölzern herstellen, die ohne die erfindungsgemäße Behandlung hierfür völlig ungeeignet waren 5 oder deren Verwendung bei üblicher Behandlung nur zu Stiften minderer Qualität geführt hat.


Anspruch[de]
  1. Holzgefaßte Schreib-, Zeichen- oder Malstifte, dadurch gekennzeichnet, daß das Holz ganz oder teilweise - in feuchtem Zustand durch Gasbeaufschlagung und durch schlagartige Dekomprimierung - gesprengte Zellstrukturen aufweist.






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