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.