JAHRGANG 56, AUSGABE 2/2015

An den Instituten für Pflanzen- und Holzchemie sowie für Holz- und Papiertechnik der Technischen Universität Dresden wurde ein umweltverträgliches Flammschutzmittel auf Basis derivatisierter nachwachsender Rohstoffe entwickelt. Bei gleichzeitiger Derivatisierung von Stärke mit Phosphorsäure und Harnstoff entstehen Stärkephosphat-Carbamate, die die Eigenschaften von Phosphaten und Carbamaten vereinen. Die positive Wirkung dieses Flammschutzmittels konnte in Versuchen zur Brandprüfung unter Normbedingungen bereits nachgewiesen werden. Durch die Wasserlöslichkeit der Polysaccharide ist sowohl eine intrinsische als auch eine externe Behandlung der Holzwerkstoffe mit Flammschutzmitteln möglich. Die Kombination aller für die Intumeszenz notwendigen Ausgangstoffe in wasserlöslichen Stärkederivaten erlaubt eine einfache sowie kostengünstige Ausrüstung von Holzwerkstoffen zur Verbesserung des Brandschutzes. Aktuell erfolgt die Entwicklung einer Technologie zur Herstellung stärkebasierter Flammschutzmittel für Holzfaserdämmstoffe im Industriemaßstab.

Die Möglichkeit, bearbeitete Holzoberflächen mit 3-D-Oberflächenmessverfahren zu bewerten, gestattet differenzierte Aussagen zum Einfluss der Holzarten, der Bearbeitungsverfahren und der Befeuchtung auf die Topologie dieser Oberflächen. Sieben Holzarten werden hinsichtlich des Einflusses der Bearbeitungsverfahren Schleifen und Thermoglätten auf die Oberflächentopologie untersucht und die Ergebnisse verglichen. Weiterhin werden der Effekt, der bei einer Befeuchtung der bearbeiteten Oberflächen entsteht, messtechnisch erfasst und die Beständigkeit der mit den beiden Bearbeitungsverfahren erzeugten Oberflächen gegenüber Befeuchtung nachgewiesen. Es erfolgt die Bewertung verschiedener Rauheitsparameter bezüglich ihrer Eignung, die Oberflächentopologie bearbeiteter Holzoberflächen zu charakterisieren.

Der Forstpavillon ist ein Demonstrationsbau, der neue Methoden der digitalen Planung und robotischen Fertigung von Holzleichtbaukonstruktionen erforscht und vorstellt. Gefördert von der EU und dem Land Baden-Württemberg als Teil des Forschungsprojekts „Robotik im Holzbau“, handelt es sich um das erste Gebäude, dessen Schalentragwerk aus Buchenplatten vollständig robotisch gefertigt wurde. Die neuartige Holzplattenbauweise ist zugleich eine innovative Architektur und eine ausgesprochen leistungsfähige, ressourcenschonende Schalenkonstruktion, mit einer Materialdicke von gerade einmal 50 mm. Dies wird durch integrative computerbasierte Entwurfs-, Simulations-, Fertigungs- und Messverfahren ermöglicht.

Als Ergebnis der Entwicklungsarbeit liegt eine Messapparatur zur Bestimmung der Formaldehydabgabe aus Holzwerkstoffspänen vor, die als Teil eines künftigen Gesamtkonzeptes für die Inline-Überwachung in der Holzwerkstoffproduktion vorgesehen ist und Informationen zum Prozessverlauf liefert, die als Basis für Optimierungsaufgaben dienen können. Holzwerkstoffspäne werden dazu aus der Absaugung der Diagonalsäge bzw. Kantenbesäumung der Messapparatur zugeführt. Die Ergebnisse der Praxistests zeigen die Eignung der Anlage unter industriellen Bedingungen. Auch Formaldehydabgaben von Spänen aus Spanplatten mit niedrigem Emissionsniveau sind mess- und differenzierbar. Es konnten Korrelationen zwischen der Formaldehydabgabe der Späne und der Formaldehydgehalte bzw. -emissionen aus den entsprechenden Holzwerkstoffplatten produkt- bzw. anlagenspezifisch aufgestellt werden. Im Rahmen weiterführender Arbeiten soll die Einbindung in einen Produktionsprozess realisiert werden.

Häufig kommen für verschiedenste Holzprodukte nur wenige Holzarten in Frage, obwohl viele Hunderte verfügbar wären. Die Zielsetzung dieses Projektes war die Entwicklung einer zeiteffizienten und strukturierten Methode, um, basierend auf den entsprechenden Materialanforderungen, die geeignetsten Holzarten für beliebige Holzprodukte zu identifizieren. Dieses Ziel konnte durch die Anwendung multivariater Datenanalyse erreicht werden. Als Basis für die entwickelte Methode diente ein Datensatz mit zahlreichen, kommerziell verfügbaren Holzarten und deren Eigenschaften. Die Scores und Loadings der durchgeführten Hauptkomponentenanalyse wurden genutzt, um diejenigen Holzarten zu identifizieren, welche die Anforderungen am besten erfüllen. Die Anwendung der Methode auf einen Beispielfall lieferte mehrere plausible Alternativen zu den meist genutzten Holzarten. Sofern die relevanten Materialanforderungen vorliegen, lässt sich die Methode auf beliebige Holzprodukte anwenden.

Die gesellschaftspolitische Diskussion zur Nachhaltigkeit und Energieeffizienz generiert im Maschinenbau die Nachfrage nach entsprechenden Bauweisen. Gesucht sind technische Lösungen, die den Unternehmen die Möglichkeit eröffnet, ihren unternehmerischen Beitrag zur Nachhaltigkeit zu steigern und wirtschaftliche Vorteile zu erzielen. Diese Bauweisen erfordern nachhaltige, umweltfreundliche und damit „ökologisch vorteilhafte“ Konstruktionswerkstoffe. Eine Möglichkeit für solche Werkstoffe stellen ausgewählte Holzwerkstoffe dar. Um die ökologische Wirkung dieser Substitutionswerkstoffe transparent zu untersuchen, werden die Kategorien des Treibhauspotenzials und des Primärenergieaufwandes genutzt. Beide Faktoren beschreiben am zutreffendsten die Nachhaltigkeit bzw. Umweltfreundlichkeit. Die Analyse soll die ökologische Vorteilhaftigkeit von Holzfurnierlagenverbundwerkstoffe (Wood Veneer Composite – WVC), Baustahl, verzinktem Stahl und Aluminiumlegierungen in der Lebensphase Produktion sowie mit den Wirkungskategorien Treibhauspotenzial und Primärenergieaufwand klären. Der Werkstoffvergleich erfolgt somit nur partiell.

Seit Mitte des 20. Jahrhunderts wird an der Entwicklung eines Modells zur Beschreibung des Wirkprozesses für die spanende Holzbearbeitung gearbeitet. Die jeweiligen Ansätze (empirisch, analytisch, statistisch, numerisch und semi-empirisch) sind jedoch aufgrund der hohen Anzahl an Einflussfaktoren bzw. der nicht vorhandenen Parameter nicht oder nur sehr eingeschränkt in der Praxis anwendbar. Aus diesem Grund werden in den drei Teilen dieser Publikationsreihe die unterschiedlichen Ansätze vorgestellt und kritisch diskutiert. Darauf aufbauend wird, in Anlehnung an das praxistaugliche Schnittkraftmodell aus der Metallindustrie, ein Grundkonzept für ein anwendungsfreundliches Schnittkraftmodell mit verschiedenen Lösungsansätzen vorgeschlagen.