JAHRGANG 63, AUSGABE 1/2022

Der Beitrag beschreibt Ziele, Notwendigkeit und Projektstruktur des Projekts „Holz im Maschinenbau (HoMaba)“. Er bildet den Ausgangspunkt für die folgenden Beiträge, die ausgewählte Ergebnisse des Projektes beschreiben.

In einem Ringversuch wurde der Einfluss unterschiedlicher Messverfahren auf die Ergebnisse quasistatischer Materialprüfungen ermittelt. Dafür wurde ein Zugversuch an hochdichten Faserplatten aus Kiefernholz mithilfe acht verschiedener Messaufbauten durchgeführt, die sich in Dehnungsmesssystem, Spannzeug und Limit des Kraftsensors unterschieden. Ermittelt wurden Elastizitätsmodul, Zugfestigkeit und Poissonzahl. Nicht alle Extensometer eigneten sich gleichermaßen zur Bestimmung der Poissonzahl und es konnte eine Zunahme der Zugfestigkeit mit steigender Sensitivität des Kraftsensors beobachtet werden. Am größten war der Einfluss des Messsystems auf den Elastizitätsmodul. Dieses Ergebnis ist für alle Anwendungen relevant, in denen präzise Materialkennwerte benötigt werden, wie zum Beispiel in der Simulation von Bauteilen unter Lasteinwirkung.

In dieser Publikation wird eine Methodik zur Durchführung und Auswertung von Zugversuchen an Furnieren vorgestellt. Die Ergebnisse werden beispielhaft an Birke (Betula pendula Roth.) vorgestellt und diskutiert. Mechanische Kennwerte, wie die hier ermittelten, sind zur Auslegung und Bewertung von Furnierwerkstoffen erforderlich. Mithilfe solcher Furnierkennwerte soll eine Vorhersage der mechanischen Eigenschaften, z. B. der Steifigkeit, von Lagenhölzern möglich sein, die Berechnungen und Simulationen von Strukturen aus Lagenhölzern ermöglichen.

In dieser Publikation wird der Frage nachgegangen, ob mit Klebstoff beschichtete Furniere gegenüber nativen Furnieren geeigneter sind, um Kennwerte zur Berechnung und Simulation von Sperrhölzern zu erhalten. Der Frage wurde mittels experimentellen Versuchen, analytischer Berechnung und Simulation nachgegangen und die Ergebnisse anhand von Buchenfurnier, teils beschichtet mit Phenol-Resorzin-Formaldehyd-Klebstoffen, diskutiert. Die Ergebnisse zeigen, dass beschichtete Furniere eine bessere Übereinstimmung mit Berechnungsansätzen und Simulationen von Sperrhölzern als native Furniere bieten und auch einem vereinfachten Ansatz eines Laminats aus Furnieren mit separaten Klebstoffschichten überlegen sind.

Um Bauteilen im Anlagen- und Maschinenbau auslegen zu können, sind vorab Materialsimulationen, basierend auf in Versuchen ermittelten Kennzahlen, erforderlich. Im Holzbereich ist dabei für Zugbelastungen lediglich das Verfahren für Lasteinwirkungen entlang der Faserrichtung genormt. Für Materialprüfungen, die die Grundlage realitätsnaher Bauteilsimulationen bilden, sind einheitliche Verfahren erforderlich, um die notwendige Vergleichbarkeit sicherzustellen. Die Form der verwendeten Probekörper ist dabei ein wichtiger Bestandteil der Prüfmethoden. Diese müssen nicht nur im Hinblick auf Eignung und Herstellung untersucht werden, sondern auch die Möglichkeiten innovativer dreidimensionaler optischer Messtechnik nutzbar machen. Dazu wurden verschiedene Formen der Zugproben miteinander verglichen, um geeignete Geometrien für die Zugprüfung entlang der Faser sowie senkrecht dazu festzulegen.

Zur Berechnung und Auslegung von Konstruktionen aus Holz sind mechanische Kennwerte erforderlich. Zu diesen Kennwerten gehören unter anderem der Schubmodul sowie die Schubfestigkeit. Im vorliegenden Artikel werden diese ermittelten Kenngrößen für Furniere und Vollholz der Holzarten Rotbuche und Birke vorgestellt und diskutiert. Mit Blick auf die Furniere als Ausgangsmaterial für Lagenhölzer werden Unterschiede zwischen Furnier und Vollholz dargestellt. Im Ergebnis der Untersuchungen werden die Kennwerte von Furnieren und Vollholz verglichen und beurteilt ob es zulässig ist, diese Vollholzkennwerte auch für Furnier anzusetzen.

Im vorliegenden Beitrag werden Berechnungs- und Simulationskonzepte für Holzwerkstoffe zur Anwendung im Maschinenbau vorgestellt und anhand von Labortests validiert. Für das Berechnungskonzept konnte eine gute Übereinstimmung der berechneten und im Versuch ermittelten Steifigkeiten festgestellt werden. Dagegen wurde gezeigt, dass die Berechnung der Proportionalitätsgrenze weitere Analysen erfordert. Das vorgestellte Simulationskonzept zeigte ebenfalls eine gute Übereinstimmung mit den experimentell ermittelten Bauteilkurven.