Projekte am Forschungsbereich Materialwissenschaft und Werkstofftechnologie

Verbundvorhaben: Holzbasierte Werkstoffe im Maschinenbau (HoMaba) - Berechnungskonzepte, Kennwertanforderungen, Kennwertermittlung

Um den Zugang in die Absatzmärkte des Maschinen- und Anlagenbaus zu ermöglichen konnte jetzt ein umfangreiches Forschungsvorhaben, gefördert durch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) über den Projektträger Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR), ins Leben gerufen werden.

Ziel des Vorhabens ist es, eine verbesserte Berechenbarkeit von Holzkompositen und Holzhybriden in Leichtbauanwendungen zu realisieren. Dazu gliedert sich das Verbundvorhaben in drei wesentliche Schwerpunkte:

  1. Die Entwicklung und Validierung eines zweistufigen Berechnungskonzeptes für statische, einachsige Beanspruchungen,
  2. die Spezifikation und Anwendung von Prüfmethoden für die Ermittlung von für Maschinen- bzw. Anlagenbau relevanten Materialkennwerte von Holz, Holzwerkstoffe und Holzhybriden sowie
  3. die Bewertung bzw. Validierung der Synthese aus Berechnungskonzept und Kennwertermittlung mittels Demonstratoren.

Das umfangreich angelegte Forschungsvorhaben wird im Verbund von neun wissenschaftlichen Einrichtungen durchgeführt und so die Kompetenzen für alle relevanten Holzwerkstoffarten innerhalb eines Projektes gebündelt.

Industriebetriebe aus den Bereichen Holzwerkstoff- und Klebstoffproduktion, Holzbau, Anlagen- und Maschinenbau sowie Mess- und Prüftechnik haben ihre Unterstützung für das Projekt zugesichert.

Als zentrales Forschungsergebnis werden die für die Bemessung geeigneten Kennwerte in einer elektronischen Datenbank zur Verfügung gestellt.

Das Projekt ist als Modellvorhaben ausgelegt: Anschlussvorhaben wie eine Erweiterung auf weitere Lastfälle, wie dynamische und mehrachsige Beanspruchungen, sowie einer Komplettierung der Kennwertdatenbank für alle relevanten Holzarten, HWS und Holz-Nichtholzverbunde sind mittelfristig geplant.

KlimaKleb - Erhöhung der Zuverlässigkeit von Verklebungen und Verbesserung des Emissi-onsverhaltens von Brettschichtholz (BSH) aus Buche

  Beschreibung: Im Projekt „KlimaKleb“ sollen zunächst sowohl die Flächen- als auch die Keilzinken-verklebung von Buchenholz für die Herstellung von konstruktiven Bauteilen untersucht werden. Das Entwicklungsziel besteht in einer zuverlässigen und einfachen Verbindungstechnologie, die sich standardisieren und in einem industriellen Herstellprozess umsetzen lässt. Um dies zu erreichen, sollen beispielsweise verschiedene Keilzinkenprofile, Pressdrücke oder Leimauf¬tragsmengen geprüft werden. Zudem soll besonderes Augenmerk auf die Klimaabhängigkeit der geklebten Verbindung während und nach dem Klebeprozess gelegt werden, um den Einfluss des Umgebungsklimas auf die Verklebungsqualität zu minimieren und somit die Verklebung zuverlässiger zu machen. Ein weiteres Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines neuartigen Trägeraufbaus als Alternative zum herkömmlichen Buchen-BSH. Es wird ein dreischichtiger Aufbau angestrebt: Die Mittellage des Trägers soll aus plattenförmigem, blockverleimtem Buchenholz bestehen, welche auch die Verarbeitung minderer, billigerer Qualitäten erlaubt. Die höher beanspruchten Zug- und Druckgurte sollen aus Lamellen höherer Qualität gefertigt werden. Darüber hinaus sollen gesundheitliche Aspekte im Projekt untersucht werden. Da Buchenholz von Natur aus eine geringe Menge an VOCs emittiert, ist es für eine Anwendung in Innenräumen sehr interessant. Untersuchungen auf diesem Gebiet, vor allem von Vollholz in Kombination mit diversen Klebstoffen fehlen bis dato jedoch. Das Emissionsverhalten von Brettschichtholz bzw. von in diesem Projekt neu entwickelten Bauteilen soll von der Herstellung bis zur Einbausituation überwacht werden.
Laufzeit 01.10.2018 - 30.09.2021
Leitung Georg-August-Universität Göttingen, Fakultät für Forstwissenschaften & Waldökologie, Abteilung Holzbiologie und Holzprodukte, Prof. Dr. Holger Militz TU München, Holzforschung München, Lehrstuhl für Holzwissenschaft, Prof. Dr. Klaus Richter
Projektpartner
  • NOKA Holzverarbeitungs-GmbH
  • Bau-Fritz GmbH & Co. KG
  • Georg-August-Universität Göttingen
  • TU München
Projektförderung Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des BMWi; Förderkennzeichen: 16KN042025
  Zentrales Innovationsprogramm MittelstandBundesministerium für Wirtschaft und Energie
Informationen / Ergebnisse / Berichte Nachfolgende allgemeine Links zu den Webseiten der Uni Göttingen und der Holzforschung MünchenUni GöttingenHolzforschung München

SicherHolzKleben - Optimierung von 1K-PUR-Verklebungen dauerhafter und hochfester Holzarten

Ziel des Forschungsvorhabens ist es, das prozesssichere Kleben von bisher wenig genutzten Holzarten mit 1K-PUR-Klebstoffen im tragenden Holzbau sicherzustellen. Dazu werden an den Holzarten Buche, Birke, Lärche und Douglasie die Wirkungsweise von Primern sowie die Eignung von NIR-Spektroskopie als Qualitätssicherungsmethode untersucht.

  Projekthintergrund: Für den modernen Holzbau sind zuverlässige Klebungen unerlässlich geworden, da Holzkonstruktionen heute meist aus verklebten Bauteilen gefertigt werden. Aktuell werden hierfür fast ausschließlich die Holzarten Fichte und Tanne verarbeitet. Für weitere Holzarten müssen zunächst die technologischen Voraussetzungen für deren Nutzung geschaffen werden. So bieten beispielsweise die einheimischen Nadelhölzer Douglasie und Lärche aufgrund ihrer natürlichen Resistenz Vorteile bei Außenanwendungen. Die Laubholzarten Buche und Birke hingegen weisen aufgrund ihrer hohen Festigkeitswerte und Steifigkeit konstruktive Vorteile gegenüber der Fichte und Tanne auf. Im Holzbau werden Ein-Komponenten-Polyurethanklebstoffe (1K-PUR) seit ca. zwei Jahrzehnten angewendet und haben sich seither für Fichtenholz bewährt. Bei Holzarten mit hohem Extraktstoffanteil (z. B. Lärche, Douglasie) oder bei Holzarten, bei denen Feuchteänderungen hohe Spannungen hervorrufen (z. B. Buche, Birke), kann die Dauerhaftigkeit der Klebungen reduziert sein. Ein Lösungsansatz hierfür ist eine chemische Behandlung der Holzoberfläche mit Primern. Trotz des nachgewiesen positiven Effekts auf die Klebungsqualität ist die Funktion der Primer nach wie vor ungeklärt und bedarf weiterer Untersuchungen. Zudem ist die Verwendung eines Primers in der Praxis wenig erwünscht, da damit zusätzliche Kosten verbunden sind. Projektziele: (1) Die Funktionsweise von Primern für Holzklebungen soll besser verstanden werden, um ggf. mittelfristig diese Funktion in Klebstoffe integrieren zu können. Hierzu werden verschiedene Primer, die Wechselwirkung zwischen Primer und Holz und die Qualität des Klebverbundes mit verschiedenen Methoden untersucht. (2) Die N-IR-Spektroskopie soll auf ihre Eignung zur Qualitätssicherung von Klebeoberflächen evaluiert werden. Es soll geprüft werden, ob diese für die automatisierte Ermittlung der Holzfeuchte sowie zur Lokalisierung von klebhemmenden Substanzen auf Holzoberflächen geeignet ist. Dazu werden Grundlagenuntersuchungen im Labor durchgeführt und eine Übertragbarkeit der Ergebnisse auf den industriellen Maßstab geprüft.
Laufzeit April 2018 – März 2021
Bearbeitung Böger, Thomas; Özparpucu, Merve; Windeisen-Holzhauser, Elisabeth; Richter, Klaus
Finanzierung Gefördert durch die Bayerische Forstverwaltung
 
   

Analyse von Holzchemie-Klebstoff-Interaktionen und ihre Auswirkung auf kohäsive und adhäsive Bindungen

Das Hauptziel des Forschungsvorhabens besteht darin, fehlende grundlegende Kenntnisse zu Wechselwirkungen zwischen Holzinhaltsstoffen und Klebstoffen für die Verklebung wichtiger einheimischer Holzarten bereitzustellen.

   
Zur Analyse kohäsiver Bindungen wird eine Kombination aus ATR-FTIR-Spektroskopie und Rheologie eingesetzt. Damit sollen Informationen zur chemischen Reaktion und zum Aushärtungsverhalten von Holz-Klebstoff-Kombinationen gewonnen werden. Ergänzend werden thermische Analysen (z.B. DSC) sowie Untersuchungen mit Pyrolyse-GC/MS durchgeführt. Zur Bewertung adhäsiver Bindungen werden Oberflächenpolaritäten und Adhäsionsenergien (Kontaktwinkelmessungen, AFM) bestimmt sowie Festigkeitsversuche und mikroskopische Untersuchungen durchgeführt. Die Verklebung ist eine Schlüsseltechnologie in vielen Bereichen, so auch in den Branchen „Holz im Baugewerbe“ bzw. „Industrielles Holzbauwesen“. Verbesserte Kenntnisse zur dauerhaften Verklebung verschiedener Holzarten können in einer höheren Prozess- und Produktsicherheit resultieren und die stoffliche Verwendung des Rohstoffs Holz fördern. Darüber hinaus soll die Verklebung alternativer Holzarten zur Fichte die Entwicklung neuer Produkte mit erhöhter Leistungsfähigkeit oder Dauerhaftigkeit, eine zunehmende Konkurrenz zu anderen Werkstoffen und somit eine Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit ermöglichen.
Laufzeit Februar 2017 – Juli 2020
Bearbeitung Özparpucu, Merve; Windeisen, Elisabeth; Richter, Klaus
Finanzierung Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)