Lock-Wood-innovaatio

Rekisteröity tavaramerkki

Lock-Wood-menetelmä mahdollistaa pienpuun mekaanisen hyötykäytön liimapuun erinomaisena raaka-aineena. Tuotannon sivutuotteena saadaan biomassaa pelletintuotantoon.

Lock-Wood-innovaatio on saanut kolme kansallista palkintoa, joista arvokkain on Presidentti Martti Ahtisaaren myöntämä InnoSuomi-palkinto. 

Ratkaisu pienpuun käyttöön

Lock-Wood-innovaatio syntyi 1990-luvulla, jolloin julistettiin useita kansallisia kilpailuja puun käytön lisäämiseksi. Erityisesti etsittiin ratkaisua pöllin eli pienpuun käytölle.

Pienpuun yleisin käyttökohde on ollut selluteollisuuden raaka-aineena, niin sanottuna kuitupuuna sekä energiapuuna, jolloin se haketetaan lämpövoimaloihin. Energiapuun käyttö on lisääntynyt runsaasti ja sen hinta on nykyisin noussut kuitupuun hintoihin.

Pienpuuta syntyy metsänhoidon yhteydessä. Metsää joudutaan harventamaan, ja siinä yhteydessä syntyy runsaasti pienpuuta. Metsän hoidolla on työllistävä merkitys. Pienpuun mekaaninen käyttö mahdollistaa arvoketjun, jonka jokainen lenkki on kansantaloudellisesti arvokas. 

Sivutuotteena syntyy runsaasti biomassaa energiatuotantoon.

Lock-Wood-video suomeksi

Lock-Wood-video englanniksi

Lock-Wood-tuotantoprosessi

1. Pienpuu kuoritaan, sorvataan ja halkaistaan siten, että puun ydin tulee sahauslinjalle.

Lock-Wood-tuotantoprosessi

2. Puolikkaat esiprofiloidaan ja kuivataan erikoiskuivaamossa tiukassa nippumuodossa.

Lock-Wood-tuotantoprosessi

3. Lopullinen profilointi ja puristus liimapuulevyksi tapahtuu jatkuvana prosessina.

Lock-Wood-tuotantoprosessi

4. Pienoismalli tehtaasta

Onko Lock-Wood tyyppinen tuotantoprosessi tulevaisuuden vaihtoehto pienpuun mekaaniselle hyötykäytölle?
Metsät ovat Suomen ainoa uudistuva luonnonvara. Sen varaan tulisi Suomen tulevaisuutta rakentaa.

Pienoismalli tehtaasta

5. Raaka-aine ja Lock-Wood profiilin mitoitus

  Selitys piirustukseen:

  •  raaka-aine esim. 80 mm (pienpuun latvaläpimitta)
  • ulommainen viivoitus on esityöstön osuus(profilointi)
  • huomaa esityöstössä tehtävä kouru (ytimen poisto-ilmavirtakanava)
  • sisin viivoitus on lopullinen työstö
  • liimatun levyn paksuus ennen hiontaa 42 mm
  • hiotun levyn lopullinen paksuus 40 mm

Lock-Wood levyn raaka-aine voidaan hyödyntää alkaen 70 mm latvaläpimitan
pienpuusta. Levypaksuudet muodostuvat raaka-aineen ja työstöjen mukaan
samassa suhteessa mitä piirustuksessa on esitetty.

Lock-Wood profiilin mitoitus

Puutietokeskus

Lock-Wood-liimapuupalkin testaustulokset

Lock-Wood-palkin ja syrjälaminoidun liimapalkin vertailukoe

Tavoite+

Kokeen tavoitteena oli selvittää, onko Lock-wood-palkin (jäljempänä LW-palkin, hammaspalkin tai H-palkin) ja syrjälaminoidun liimapalkin (jäljempänä L-palkin) välillä lujuus- ja jäykkyyseroja palkkikuormituksessa (tuet syrjillä, lapesuunta pystyssä).

Menetelmä+

Palkit valmistettiin samasta puutavarasta niin, että raaka-aine valittiin sattumanvaraisesti H-palkkiin ja L-palkkiin. Molempia palkkeja käsiteltiin samalla tavalla.

Koestus+

Palkit kuormitettiin Tampereen teknillisessä korkeakoulussa suoraan murtoon noin 5 minuuttia kestävässä kuormituksessa. Kokeessa mitattiin molempien tukien tukivoima ja keskipisteen taipuma.

Tutkimusmenetelmä+

Puun lujuushajonta on suuri, minkä johdosta pätevien johtopäätösten tekeminen edellyttää, että koekappaleiden lukumäärä olisi useita kymmeniä. Tässä kokeessa koekappaleiden lukumäärä oli vain 11 ja 12. Koe ei siten anna perusteita tehdä päätelmiä lujuuksien ja kimmomodulien absoluuttisista suuruukista.

Kuitenkin koska molemmat palkit valmistettiin samanlaisesta puuraaka-aineesta, koe antaa mahdollisuuden tehdä päätelmiä kahdella erilaisella teknologialla valmistettujen palkkien keskinäisistä ominaisuuksista.

Tulokset+

Tulokset ovat liitteissä. Koetuloksista johdettiin taivutuslujuus ja jäykkyys olettamalla, että palkit olisivat tasaisesti kuormitettuja. Todellisuudessa palkit olivat pistemäisesti (k300 mm) kuormitettuja. Olettamuksella ei ole vaikutusta johtopäätöksiin (palkkien vertailuarvoihin).

Ominaisuus Lock-wood-palkki Syrjälaminoitu liimapalkki Suhde LW/L-palkki
lujuus, keskiarvo, (MPa) 35.79 34.38 1.04
lujuus, hajonta, (MPa) 5.46 10.03 0.54
lujuus, variaatiokerroin (%) 15 29 0.52
ominaisarvo (MPa), 10 koetta 24.32 13.31 1.83
heikoin lujuus (MPa) 27.03 21.43 1.26

Taulukko 1 Lock-wood-palkin ja syrjälaminoidun palkin murtolujuudet, lujuushajonnat ja variaatiokertoimet laskettuna kokeista eri menetelmillä.

Johtopäätökset+

Lock-Wood-teknologialla valmistettu palkki on lujempi kuin syrjälaminoitu liimapalkki. Lujuudet voidaan johtaa kokeesta useilla eri menetelmillä. Yleisen käytännön mukaan suunnittelussa käytetään ns. 5 % arvoja eli arvoja, jotka vain 5 % kokeiden määrästä alittaa.

1. Jos koe arvioitaisiin nykyisen puurakenteiden normin (B10) mukaan, olisi Lockwood-palkki 83 % lujempi (taivutuslujuudet 24.32 MPa ja 13.31 MPa). Tässä menetelmässä lujuus oletetaan normaalijakautuneeksi. Tässä tapauksessa menetelmä näyttää suosivan Lock-wood-palkkia.

2. Jos koe arvioitaisiin ns. parametrimenetelmällä, voitaisiin 5 %:n arvo johtaa, jos kokeita olisi ainakin 20. Tässä tapauksessa kokeita oli vähemmän (11 ja 12). Vertailuarvona voidaan kuitenkin käyttää alhaisinta lujuutta. Tämän arvion mukaan Lock-Wood-palkki on 26 % lujempi (alhaisimmat lujuudet 27.03 MPa ja 21.43 MPa).

Kokeen tuloksena voidaan tehdä sellainen johtopäätös, että Lock-Wood-palkki on ainakin 15–20 % lujempi kuin syrjälaminoitu vastaava liimapalkki. Tämä johtuu kahdesta syystä:

1. Lock-Wood-palkin lujuushajonta on huomattavasti pienempi (variaatiokertoimet 15 % ja 29 %). Tämä voidaan selittää lamellointivaikutuksella. LW-palkissa on rinnakkain kaksi puuta, jolloin yhdessä puussa olevan lujuusvian vaikutus on vähäisempi.

2. Lock-Wood-palkin keskimääräinen lujuus on hieman suurempi (4 % suurempi, 35.79 MPa ja 34.38 MPa). Tämäkin voidaan selittää lamellointivaikutuksella.

Kokeen mukaan syrjälaminoitu liimapalkki on hieman (6 %) jäykempi. Ennakkoarvion mukaan molempien palkkien olisi tullut olla yhtä jäykkiä (sillä ne oli valmistettu samasta raaka-aineesta).

Tampere, 25.3.2002

Tuomo Poutanen
dosentti

Liitteet+

1. Taipuma-tukireaktio-kuvaajat

Taipuma-tukireaktio-kuvaajat

2. Koetulokset

palkki nro voima (kN) max. taipuma (mm) syrjä (mm) lape (mm) lujuus (MPa) jäykkyys, H
H 1 7,0 36,0 44 160 27,03 7 569
H 2 10,5 50,7 43 162 40,47 8 110
H 3 10,2 47,4 44 160 39,39 9 045
H 4 9,0 42,7 44 161 34,33 8 696
H 5 9,3 46,9 44 160 35,92 8 469
H 6 11,0 53,3 44 160 42,48 8 537
H 7 9,5 49,2 44 161 36,23 8 154
H 8 9,5 48,6 44 160 36,69 8 347
H 9 7,7 45,1 44 160 29,74 7 458
H 10 11,1 52,4 44 160 42,87 8 652
H 11 7,4 39,7 44 160 28,58 8 141
keskiarvo 9,3 46,55 35,79 8 289
hajonta 1,35 5,33 5,46
ominaisarvo 7,07 24,32
omin-ääret 7,07 26,81
var.kerr 14 % 11 % 15 %

Taulukko 2 Lock-wood-palkkien koekuormitustulokset

koe nro (tuki)voima (kN) max. taip. (mm) syrjä (mm) lape (mm) lujuus (MPa) jäykkyys, E
L 1 6,9 41,3 41 157 29,70 8 100
L 2 6,0 34,5 40 160 25,49 8 126
L 3 8,2 41,5 40 163 33,56 8 763
L 4 12,6 51,9 40 160 53,53 10 903
L 5 9,3 42,4 42 164 35,81 8 848
L 6 9,5 47,7 40 160 40,36 9 346
L 7 5,3 30,2 41 162 21,43 7 650
L 8 6,5 38,3 40 164 26,28 7 620
L 9 7,0 39,1 40 164 28,30 8 219
L 10 9,8 48,9 40 164 39,62 8 596
L 11 12,5 54,0 40 164 50,54 12 056
L 12 6,9 39,5 40 164 27,90 7 468
keskiarvo 8,4 42,44 34,38 8 808
keskihajonta 2,41 7,04 10,03
ominaisarvo 4,40 13,31
Omin-ääret 4,41 17,87
Var.kerroin 29 % 17% 29 %

Taulukko 3 Liimapalkkien koekuormitustulokset

Kuva 2 Koejärjestely

 Koejärjestely

Kuvia koetuloksista

Suosittele meitä

Kuva:  Presidentti Martti Ahtisaari ojentaa vuonna 1999 InnoSuomi palkinnon toimitusjohtaja Jorma Fagerroosille.

InnoSuomi palkinto

lehtiartikkeli

lehtiartikkeli

Innosuomi-lehti 2000: Jorma Fagerroos: Pienpuusta massiivisia tuotteita

Tekstin alkuosassa on kirjoitettuna:

Mekaaninen puunjalostusteollisuus on hyvin perinteikästä ja juontaa juurensa siitä, että aina on totuttu sahaamaan pyöreä tukkipuu lankuiksi ja laudoiksi. Jatkojalostaminen on tapahtunut seuraavassa tehtaassa puunjalostusteollisuuden erilaisiksi tuotteiksi. Sahatut puut ovat olleet yleensä suurehkoja, eikä kulttuurin muutokseen ole tunnettu tarvetta.

Nyt herää ajatus ja kysymys:

Kun seuraa nykyistä puunjalostuksen tilannetta kymmenen vuotta myöhemmin, tulee väistämättä mieleen; olisiko kulttuurin muutokselle kuitenkin tarvetta ?

Maailmalla tapahtuu jatkuvasti luonnonkatastrofeja, joiden seuraamuksena ihmiset jäävät ilman asumuksia. Onko mahdoton ajatus, että Suomessa kehitettäisiin tilapäisasutuksen massateollisuutta ja hyödynnettäisiin paksu liimapuulevy rakennusmateriaaliksi. Bioenergia jäisi jalostuksen sivutuotteena Suomeen ja lopputuote (nopeasti koottavat asumukset) myydään maailmalle.

Mikä estää tämän tyyppisen mekaanisen puunjalostuksen kehittymisen? Jos me suomalaiset osaamme tehdä tehokkaita kännyköitä, niin miksi emme osaisi hyödyntää innovaatioitamme ja resurssejamme pienpuun jalostamisessa. Näin lisättäisiin myös kaivattuja teollisia työpaikkoja. Tarvitaan vain kansallista itsetuntoa ja rohkeita päätöksiä asian eteenpäin viemiseksi.

Innosuomi-lehti 2000

Haluatko lisätietoja?

Jätä yhteystietosi, niin otamme sinuun yhteyttä.