JAHRGANG 59, AUSGABE 6/2018

Um die Nutzung heimischer Laubhölzer als tragende Elemente im konstruktiven Holzbau zu steigern, ist es notwendig, deren Eignung auf technologischer und wirtschaftlicher Basis zu bewerten. Diese Veröffentlichung gibt Auskunft über die Festigkeitseigenschaften von sechs europäischen Laubholzarten. Marktverfügbare Schnittholzsortimente wurden als Forschungsmaterial ausgewählt. An Lamellen mit einem Querschnitt von 100 x 30 mm² und Längen bis zu drei Metern wurden Holzmerkmale visuell nach DIN 4074-5 (2008) aufgenommen. Zusätzlich wurden der dynamische Elastizitätsmodul (MOEdyn) und die Dichte bestimmt. Von den untersuchten Kollektiven wiesen die Kollektive der Holzarten Esche, Ahorn und Eiche die besten Lamellenqualitäten auf. Die Buchen- und Lindenkollektive waren durch viele große Äste gekennzeichnet, die zu häufigen Einstufung in untere Sortierklassen führten. Eine Vielzahl von Lindenlamellen zeigte Rindeneinwüchse, was sie für eine Anwendung im Bau weniger geeignet macht. In den Kollektiven Ahorn, Birke und Esche war die Markröhre das Hauptausschlusskriterium bei der Sortierung gemäß DIN 4074-5 (2008). Den Einfluss der Markröhre auf die mechanischen Eigenschaften gilt es zu untersuchen, um diese Lamellen eventuell für eine konstruktive Anwendung nutzbar zu machen. Esche weist die höchsten MOEdyn-Werte, aber auch die höchste Wertevariation auf. Die höchsten Dichten wurden in den Buchen- und Eichenkollektiven gemessen. Zurzeit bietet der Markt keine getrockneten Laubschnittholzsortimente für konstruktive Anwendungen an. Geeignete Sortimente könnten aus Rundholz stammen, das derzeit zur Energiegewinnung, oder als Kuppelprodukte aus der Produktion hochwertiger Hauptprodukte genutzt wird.

Holzfaserdämmstoffe werden gegenwärtig ausschließlich aus Nadelhölzern wie Fichte und Kiefer hergestellt. Dies ist neben der Faserlänge und -anatomie vor allem auch ihrer hellen Farbe zuzuschreiben. Vor dem Hintergrund der sich verändernden Rohstoffsituation ist der Suche nach geeigneten Alternativrohstoffsortimenten auch für eine Dämmstoffherstellung Bedeutung beizumessen. Der Alternativrohstoff Lederfalzspan fällt bei der Lederverarbeitung in unterschiedlichen Qualitäten an. Im Rahmen eines vom BMWi geförderten Forschungsprojekts erfolgten systematische Untersuchungen zum Einsatz von Lederfalzspänen in Holzfaserdämmstoffen. Eine partielle Substitution von Nadelholzfasern durch chromfreie Lederfalzspäne führte zu Dämmstoffen mit verbessertem Emissionsverhalten (VOC). Dabei erwies es sich als vorteilhaft, die Lederfalzspäne mittels Wirbelstrommühle aufzubereiten und damit zu homogenisieren. In Labor- und Industrieversuchen erfolgte die anteilige Substitution von Nadelholzfasern durch Lederfalzspäne und die Untersuchung der Platteneigenschaften sowie der VOC-Abgabe der Dämmstoffe. Mehr als 20 % Zugabe ist aus technologischen Gründen nicht sinnvoll, aber bereits bei 10 % Zugabe konnten v. a. im Industrieversuch die Essigsäure-, Furfural- und VOC-Abgabewerte signifikant reduziert werden. Für diese Menge an Dämmstoffen stehen in Deutschland auch die entsprechenden Lederfalzspanmengen zur Verfügung. Es konnten somit Wege zur Herstellung emissionsarmer Dämmstoffe aufgezeigt werden.

Die Wirkung von Harnstoff als Formaldehydfängersubstanz wurde an einem E1-Harz sowie an Span- und Faserplatten getestet. Die Zugabe zum E1-Harz erfolgte in fester und gelöster Form. Aus diesen Versuchen konnte abgeleitet werden, dass fester und gelöster Harnstoff gleichermaßen zu reduzierten Formaldehydemissionswerten führen, wobei die Wirksamkeit bei fester Zugabe etwas verzögert einsetzt. Es wurden Span- und Faserplatten mit einem modifizierten E1-Harz hergestellt. Die Harnstoffzugabemenge wurde derart variiert, dass ein theoretisches Molverhältnis erreicht wird, dass dem Bereich zwischen dem E1- und einem CARB-Referenzharz entspricht. An den Span- und Faserplatten wurden die Formaldehydemissionswerte mittels Gasanalyse und Prüfkammermethode bestimmt. Für Spanplatten ergibt sich ein klarer Zusammenhang zwischen Harnstoffzugabemenge und Formaldehydemissionswerten. Bei der Herstellung von Faserplatten wurden die Zugabemenge und der -zeitpunkt variiert. Aus diesen Versuchen lässt sich ableiten, dass eine getrennte Zugabe von Harnstofflösung und Harz am wirksamsten ist. Die Reihenfolge der Zugabe hat einen geringeren Einfluss auf die ermittelten Emissionswerte.

Im Beitrag werden Untersuchungen zum Einsatz holzbasierter Materialien in generativen Verfahren vorgestellt. Es werden die Spezifika von Fertigungsverfahren, wie des Fused Filament Fabrication (FFF) sowie des Vakuumgusses als Folgeverfahren der additiven Verfahren erläutert. Die Ergebnisse zeigen, dass der Einsatz von holzgefüllten Filamenten zur Fertigung von Bauteilen mit holzähnlicher Haptik und Optik geeignet ist und durch eine belastungsgerechte Formgebung mit Füllstrukturen Vorteile durch Gewichts- und Materialeinsparungen erreicht werden können. Bei der Fertigung von Kleinserien im Vakuumguss ist eine Teilsubstitution von Polyurethan mit Lignin von bis zu 30 % möglich. Beide Verfahren ermöglichen die Fertigung von Bauteilen mit komplexer Geometrie in Einzel- und Kleinserienfertigung ohne die Anwendung preisintensiver Spritzgusswerkzeuge. Der Einsatz von Holzmehl und Lignin führt jedoch zu Einbußen bei einigen mechanischen Eigenschaften.

Aufbauend auf der Erfindung „Myko-Holz“ von Walter Luthardt wurde Rotbuche (Fagus sylvatica

L.) mykologisch modifiziert und auf die Eignung als Alternativmaterial für holzgefasste Stifte geprüft und bewertet. Rotbuche wurde mit dem Weißfäuleerreger Trametes versicolor (Schmetterlingsporling) inkubiert und im Anschluss daran mit einer Bienenwachsemulsion imprägniert. Mit geeigneten Prüfverfahren wurde das hergestellte Material im Vergleich mit zwei konventionellen Stifthölzern, Weihrauchzeder (Calocedrus decurrens Florin) und Gmelina (Gmelina arborea Roxb.), untersucht. Zur Ermittlung der Spitzeigenschaften wurde eine Prüfeinrichtung entwickelt. Die mykologische Behandlung bewirkte eine Reduzierung der Rohdichte. Außerdem kam es zu einer Abnahme der mechanischen Kennwerte. Diese konnten durch die Imprägnierung nicht oder nur geringfügig gesteigert werden. Die Spitzeigenschaften wurden sowohl durch den mykologischen Abbau als auch durch die Imprägnierung positiv beeinflusst.

Der Beitrag analysiert die Verbindung der Einzelschichten von Holz-Pappe-Sandwichelementen mittels Scherversuch sowie deren Materialeigenschaften im 3- und 4-Punkt-Biegeversuch. Ziel der Analysen ist eine Klassifizierung des Eigenschaftsspektrums für potenzielle Anwendungsfelder in tragenden Strukturen des Maschinenbaus.

Das verdichtete Zellulosematerial ist ein neues, hochfestes, holzbasiertes Leichtbaumaterial. Für die Herstellung des neuen Werkstoffes wird Holz zuerst annähernd vollständig delignifiziert, um ein hierarchisches Zellulosegerüst zu erhalten. Anschließend wird dieses Zellulosegerüst verdichtet, wodurch der Faservolumengehalt erhöht und somit eine Verdreifachung der Festigkeit und Steifigkeit erreicht wird. Die hierarchische Struktur und die Faserorientierung von Holz bleiben während des zweistufigen Prozesses erhalten und verleihen dem Material die hohen mechanischen Eigenschaften in Faserrichtung. Ein weiterer Vorteil des Zellulosematerials ist die Verformbarkeit im nassen Zustand. Vielfältige Formen können so einfach gefertigt werden, ohne die Faserausrichtung und -struktur zu beschädigen. Durch Trocknen wird die Struktur fixiert. Diese Eigenschaften, kombiniert mit der Rezyklierbarkeit, machen die verdichteten Zellulosematerialien zu einem vielversprechenden Kandidaten für neue nachhaltige Materialien, beispielsweise für die Automobilindustrie oder die Aviatik.