JAHRGANG 58, AUSGABE 5/2017

Industrie 4.0 steht für ein Konzept der Produktion der Zukunft, in der in intelligenten Fabriken

und Dienstleistungsstrukturen das Internet der Dienste und der Dinge im Sinne eines selbstkonfigurierenden und selbstoptimierenden Produktionssystems miteinander kommunizieren. Die Grundidee von Industrie 4.0 besteht darin, alle notwendigen Daten durch eine Vernetzung der beteiligten Instanzen in Echtzeit zur Verfügung stellen zu können und auf diese Weise zu jedem Zeitpunkt einen optimalen Wertschöpfungsfluss ableiten zu können. Durch die Verknüpfung dieser Echtzeitdaten mit Menschen, Objekten und auch mit Systemen, lassen sich dynamische und echtzeitoptimierte Wertschöpfungsnetzwerke entwickeln, die sich nach den verschiedensten Kriterien optimieren lassen. In diesem Beitrag widmen sich die Autoren den Anforderungen an die IT-Systemarchitektur als Basis für konkrete industrielle Anwendungen in der Holzwirtschaft.

Naturbedingt unterliegt Holz einer ausgeprägten Formänderung zufolge einer Änderung der Holzfeuchte. Klassische Bauhölzer und Brettschichthölzer weisen, bedingt durch den unidirektionalen Aufbau, ein rund 20- bis 30-mal größeres Schwind- und Quellverhalten in den transversalen Koordinatenrichtungen, verglichen mit der Längsrichtung, auf. Durch die Herstellung von geschichteten plattenförmigen Holzwerkstoffen kann eine Homogenisierung dieser Eigenschaften in der Plattenebene erreicht werden, wobei dieser Homogenisierungsgrad eine deutliche Abhängigkeit vom Plattenaufbau zeigt. Dies ist insbesondere für Massivholz- und Brettsperrholzplatten mit sehr unterschiedlichen Richtungsausprägungen (Verhältnis der Längs- zu den Querlagen) von Relevanz. Im Rahmen dieser Arbeit wurden diese Effekte auf Basis einer theoretischen Näherungslösung sowie anhand von Prüfungen an Brettschicht- und Brettsperrholz untersucht und den in Normen verankerten Werten gegenübergestellt.

Thermisch modifizierte Hölzer (TMT) sind gut etabliert bei stetigem, wenn auch moderatem Wachstum der Produktionsmenge. Wesentliche Aspekte im Wettbewerb mit anderen Materialien sind der Energieverbrauch (Produktionskosten, ökologische Bewertung) sowie die negativen Effekte des Prozesses (z. B. verringerte Festigkeit). Sowohl Anlagen- als auch TMT-Hersteller sind daher bemüht, die Herstellungskosten zu senken und verfahrensbedingte Nachteile am Produkt zu verringern. In einer Kooperation eines TMT-Herstellers und des Institutes für Holztechnologie Dresden (IHD) im Rahmen eines F&E-Projektes sollten Prozess und Produkteigenschaften optimiert werden.

In Schweden werden Holzabfälle normalerweise für die Produktion von Biokraftstoffen verwendet und verbrannt. Aus Umweltperspektive ist es günstig, das Material für eine weitere Nutzung zu recyceln, anstatt es nur energetisch zu nutzen. Diese Vorstudie wurde durchgeführt, um die Möglichkeit der Nutzung von Holzabfällen als Rohstoff für die Produktion von umweltfreundlichen Spanplatten zu untersuchen und somit die gesamte Wiederverwendung von Holzabfällen zu erhöhen. In dieser Forschungsarbeit wurden dreischichtige Spanplatten aus sauberen und unlackierten Holzabfällen unter Verwendung verschiedener Bindemittel hergestellt. Für die Spanplattenherstellung wurden die folgenden Bindemittel eingesetzt: PMDI, Tannin-Formaldehyd-Harz (TF-Harz), TF-PMDI Mischharz. Die hergestellten Spanplatten wurden hinsichtlich der mechanisch-physikalischen Eigenschaften untersucht. Des Weiteren wurden extrahierbare Formaldehydgehalte und Formaldehydabgabewerte der Spanplatten bestimmt. Die ermittelten Ergebnisse zeigen, dass die Herstellung von TF-PMDI-Mischharz-gebundenen Spanplatten auf Basis von recycelten Holzabfällen möglich ist und ausreichende Festigkeitseigenschaften erzielt werden. Die mechanisch-physikalischen Eigenschaften sowie das extrahierbare Formaldehyd der unterschiedlichen Spanplattenvarianten entsprechen den Vorgaben der europäischen Norm EN 312 (2010) und erfüllen die Anforderung für Spanplatten des Typs P2. Im Vergleich zu PMDI gebundenen Spanplatten zeigen die TF-PMDI-Mischharz-gebundenen Spanplatten nicht nur vergleichbare Bindungseigenschaften, sondern auch überlegene Dickenquellungswerte (2 h und 24 h), Wasseraufnahmewerte (24 h), Querzugfestigkeiten und extrahierbares Formaldehyd.

Zur Herstellung von druckfesten Holzfaserplatten zu Dämmzwecken im Trockenverfahren wird

industriell als Bindemittel zurzeit ausschließlich polymeres Diphenylmethandiisocyanat (pMDI)

verwendet. Es konnte durch ein neues technologisches Verfahren gezeigt werden, dass sich im Labormaßstab auch Aminoplastharze und naturnahe Bindemittel zur Herstellung von Holzfaserdämmplatten im Trockenverfahren eignen. Das Heißluft/Heißdampf-Verfahren arbeitet

nach dem Prinzip, bei dem zunächst das Faservlies mit Heißluft und dann mit Heißdampf durchströmt wird, um die eingesetzten Bindemittel auszuhärten. Dies führt zu einer Erwärmung des Faservlieses von weit über 100 °C und auf diese Weise zu einer deutlichen Verbesserung der mechanischen und physikalischen Eigenschaften im Vergleich zum bisherigen Verfahren.

In einer Injektor-Druckstrahlanlage wurden Strahlversuche an Holz (Eiche, Eukalyptus, Meranti,

Kiefer, Fichte, Buche) mit verschiedenen Strahlmitteln (Acryl, Urea, Polyamid, Polycarbonat,

Maiskolbenschrot) durchgeführt. Die Strahlergebnisse wurden mittels Oberflächenanalyse und Kontaktwinkelmessungen bewertet. Verfahrensparameter für den potenziellen Einsatz in der Fensterfertigung bzw. im Stuhlbau waren abzuleiten. Im Ergebnis erfolgt beim Strahlen eine

Reduzierung der Materialspitzen, Vertiefungen (Täler/Riefen) werden größer. Durch Überlagerung

beider Effekte werden bezogen auf die Mittenrauwerte lokale Minima erreicht, die als optimale

Arbeitspunkte betrachtet werden können. Diese sind sowohl holzart- als auch strahlmittelabhängig.

Das Strahlen kann jedoch ohne Strahlmittelwechsel allein durch Anpassung der Strahlparameter

an individuelle Produkte erfolgen. Kontaktwinkelmessungen zeigen eine intensivere Benetzung der gestrahlten gegenüber den geschliffenen Holzoberflächen.

Für eine zuverlässige und preisgünstige Diagnostik von wichtigen holzzerstörenden Pilzen wurden in einer Kooperation des Mykolabors Dresden und der Chipron GmbH zwei DNA-Makroarray-Kits entwickelt, WDF-1 und WDF-2 (WDF = wood-decay fungi). Das entwickelte Verfahren kombiniert eine gattungsübergreifende PCR-Amplifikation kurzer Bereiche der Pilz-DNA mit einer einfachen und kostengünstigen, nicht fluoreszenzbasierten DNA-Makroarray-Hybridisierungsplattform. Im ersten Teil der zweiteiligen Publikation wurde ein optimiertes Verfahren zur automatisierten Extraktion von Pilz-DNA aus Holz- und Baustoffproben dargestellt. Der zweite Teil beschreibt die Entwicklung der pilzspezifischen Sonden der DNA-Makroarrays und ihre Validierung mit Praxisproben aus der routinemäßigen Pilzdiagnostik des Mykolabors Dresden.

Der vorliegende Beitrag gibt einen Einblick in die laufende Forschung zur Holzmodifizierung mit Phenol-Formaldehyd-Harzen (PF-Harz) mit dem Ziel der Erhöhung der Dauerhaftigkeit gegenüber holzabbauenden Pilzen im Rahmen des im Spitzencluster BioEconomy angesiedelten Verbundvorhabens DauerBuche. Untersucht wurde die Eignung eines Vakuum-Druck-Prozesses bei Buchenvollholz und Buchenfurnieren. Dabei wurden unterschiedliche, bereits in Vorversuchen ausgewählte und mit Herstellern optimierte PF-Harze in unterschiedlichen Konzentrationen zur Imprägnierung eingesetzt. Aus den Furnieren wurde Furnierschichtholz mit paralleler Faserorientierung, sogenanntes Laminated Veneer Lumber (LVL), hergestellt. Hinsichtlich der Dauerhaftigkeit konnte gezeigt werden, dass durch einen Vakuumprozess, bei niedrigerem Einsatz des Imprägnierharzes, höhere Dauerhaftigkeiten erzielt werden können, als beim klassischen Kunstharzpressholz. Dabei zeigte sich, dass insbesondere die üblicherweise starke Verdichtung dieses Produktes nicht erforderlich war und mithin eine verminderte Dickenquellung erzielt werden konnte.