Grundlegende Untersuchungen zum thermomechanischen Verformungsverhalten der Zellstruktur von Holz Bauwesen und Leichtbau

Stipendiatin/Stipendiat: Sonja Ziegler

Holz ist der bedeutendste heimische Rohstoff, der trotz Erneuerbarkeit und ökologischer Vorzüge bei technischen Anwendungen auf Vorbehalte stößt. Von den Ingenieurwissenschaftlern wird es seit langer Zeit als untechnisches Material eingestuft und wurde zusehend von anderen Materialien und Fertigungstechniken verdrängt. Ausgehend vom letzten Jahrhundert unterliegt Holz bis in die heutige Zeit besonders in den Industrie- aber auch in den Entwicklungsländern einem Verdrängungsprozess. Obwohl der Holzbedarf nicht zurückging schwindet die Vielfalt der daraus hergestellten Produkte. Der gleichbleibende Holzbedarf ist auf das Bevölkerungswachstum und den damit steigenden Brennholzbedarf zurückzuführen. Gegenwärtig werden in der Holzverarbeitung grundsätzlich zwei Verfahren angewendet: die Herstellung von Schnittholz und Schnittholzprodukten, wobei hier ein Rohstoffverlust von etwa 50 % in Kauf genommen wird, und die Herstellung von Produkten aus Partikeln (Fasern, Späne, Furnier), die eine beinahe 100 %ige Ausbeute erlaubt, auf deren Bilanz sich allerdings höhere Produktions- und Energiekosten, ein beachtlicher Bedarf an synthetischen Bindemitteln und Festigkeitsminderungen negativ auswirken. Beide Verfahren haben ihre Berechtigung sind aber aufgrund ihrer eingeschränkten Ökonomie und Ökologie kritisch zu beurteilen. Das hier vorgestellte Projekt beschäftigt sich mit der Herstellung von Formvollholzprofilen. Diese, durch thermomechanische Umformung entstandenen Profile, vereinen ökonomische und ökologische Gesichtspunkte und eröffnen dem Material Holz neue Möglichkeiten der Anwendung nicht nur im Bereich des Bauwesens.Formvollholzprofile sind prismatische Hohlkörper aus einachsig verdichtetem Holz. Ihre Form erhalten sie durch Querbiegen. Produkte sind zum Beispiel Röhren deren Anwendung mit kleinsten Durchmessern und Wandstärken in der Verpackungsindustrie oder mit großen Durchmessern und Wandstärken in der Bauindustrie denkbar ist. Das Verfahren selbst ist neu und patentiert. Mit dem Verdichten werden in der Zellstruktur des Holzes Verformungsreserven angelegt, die beim Biegen durch den ?Memory-Effect? aufgeschlossen werden und Biegebrüche durch Überschreiten der Querzugfestigkeit verhindern. Dieser Prozess ist kostengünstig, der Energieaufwand ist wesentlich geringer als bei der Herstellung von Faserwerkstoffen. Der Bindemittelbedarf ist klein und Festigkeitseinbusen sind nicht zu erwarten, gleichzeitig unterläuft das Holz einem Wertsteigerungsprozess mit Tragfähigkeitssteigerungen durch Herstellung technisch günstigerer Hohlprofile von etwa 300-400 % und einer Rohstoffausbeute, die annähernd 100 % beträgt.Der Umformungsprozess und der Erfolg des Verfahrens ist im hohen Maße von den im Umformungsprozess freien Parametern Holzfeuchte, Temperatur, Verdichtungsgrad, um die drei wichtigsten zu nennen, abhängig. Aufgabe dieses Projektes ist die Untersuchung dieser Parameter mit dem Ziel den Umformungsprozess effektiv zu gestalten. Zu diesem Zweck werden Holzproben, zunächst aus Fichtenholz, unter verschiedenen Voraussetzungen verdichtet und anschließend werden an diesen Probekörpern Biege- und Zugversuche durchgeführt. Die Versuche ergaben im untersuchten Bereich keine erheblichen Unterschiede für die gewählten Parameter. Dies mag vor allem so gewesen sein, weil die Eckwerte der untersuchten Parameter aufgrund der Voruntersuchungen und Literaturwerte schon eng im möglichen Bereich angelegt waren.Statt die gegebenen Parameter an Fichte weiter zu variieren, werden nun in stärkerem Maße andere heimische Holzarten, nämlich Pappel, Linde, Birke und Buche sowie als besonders leichte Holzart auch Balsa untersucht werden. Damit erfolgt nun der Schritt vom Nadelholz zum Laubholz. Während bei Balsa verschiedene Verdichtungsgrade untersucht werden, bleibt der Verdichtungsgrad für die übrigen Hölzer zunächst einheitlich.

Förderzeitraum:
01.07.2002 - 30.06.2005

Institut:
Technische Universität Dresden
Institut für Baukonstruktionen und Holzbau
Fakultät Bauingenieurwesen

Betreuer:
Prof. Dr.-Ing. Peer Haller

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Formholzquerschnitte
Formholzquerschnitte