JAHRGANG 48, AUSGABE 2/2007

Der Anstieg der Preise für fossile Brennstoffe in den letzten Jahren und die Vereinbarungen zur Minderung der Treibhausgasemissionen haben zu einem verstärkten Einsatz von Holzhackschnitzeln geführt. Die Bandbreite reicht dabei von kleinen Hackschnitzel-Zentralheizungen bis zu Holzheizkraftwerken. Dies bedingt eine teilweise Aufbereitung der eingesetzten Brennstoffe durch Trocknung und/oder Absiebung. Die Trocknung kann dabei natürlich oder technisch (z.B. Nutzung der Abwärme von Biogasanlagen) erfolgen. Versuche haben gezeigt, dass durch Hallenlagerung von Laubhartholz Wassergehalte kleiner 30% zuverlässig erreicht werden können. Bei der Aufbereitung der Holzhackschnitzel in verschiedene Korngrößenfraktionen werden z.B. die Feinanteile (führen zu Betriebsstörungen in größeren Anlagen) oder Überkörner (führen zu Störungen bei der Brennstoffzufuhr bei kleinen Anlagen) entfernt. Dies konnte in praxisrelevanten Versuchen bewiesen werden. Eine 100-prozentige Entfernung jedoch ist aber systembedingt nicht möglich. Weiterhin werden anhand von zwei praktischen Versuchen die Möglichkeiten der Aufbereitung und Trocknung von Holzhackschnitzeln diskutiert und die dadurch entstehenden Kosten (für Norddeutschland) dargestellt.

Natürliche Konstruktionen gelten hinsichtlich Form, Funktion und Festigkeit als optimal. Die Erforschung von Optimierungsstrategien in der Natur hat zu Erkenntnissen und Methoden geführt [1], welche in der Technik wachsendes Interesse hervorrufen und heute unter dem Begriff der Bionik zusammengefasst werden. Lösungen nach Vorbildern der Natur basieren aber meist nicht auf der unmittelbaren Verwendung ihrer Konzepte und Konstruktionen, sondern auf der Übertragung und Anpassung derer Prinzipien. So wird zum Beispiel die Nutzung gekrümmter oder verzweigter Baumabschnitte, wie etwa im damaligen Schiffbauhandwerk, heute nicht mehr in Erwägung gezogen. Fortschritte auf den Gebieten der Informationstechnologie, insbesondere der rechnergestützten Konstruktion und Produktion sowie der Fotogrammetrie, schaffen erstmalig die Voraussetzungen zur industriellen Beherrschung komplexer Strukturen bei kleinsten Losgrößen, woraus sich für Bauwesen und Architektur neue Ansätze ergeben. In diesem Kontext wird das Tragverhalten von Laubholzzwieseln, vornehmlich der Esche, untersucht. Zusammen mit textilbewehrten Formholzrohren wird ein neues Verbindungskonzept angeregt, das experimentell und numerisch behandelt wird.

An mehrschichtigen Massivholzplatten wurden vergleichende Messungen zur Bestimmung der elastischen Konstanten mittels Eigenfrequenz und statischer Biegeprüfung durchgeführt. Durch Bestimmung der Eigenfrequenz können Platten nach der Herstellung zerstörungsfrei geprüft werden. Damit bietet sich eine Möglichkeit der Qualitätskontrolle an. Die im statischen Biegeversuch bestimmten E-Moduln stimmen gut mit den E-Moduln, die anhand der Eigenfrequenz der Biegeschwingungen berechnet wurden, überein. Aus den Torsionsschwingungen war es schwierig mit der verwendeten Methode einen richtungsabhängigen Schubmodul zu ermitteln. Es wurde eine Art „Mischmodul“ ermittelt, der erst durch eine Analyse der Spannungsverteilung in seine Komponenten aufgeteilt werden kann. Die statischen Biegeversuche liefern bei den Elastizitätsmoduln gut reproduzierbare Ergebnisse. Das in DIN EN 789 [12] angegebene Verfahren zur Bestimmung des Biege-Elastizitätsmodul liefert auch für kleine Probekörper reproduzierbare Werte. Die Schubmoduln wurden ergänzend mittels Biegebelastung senkrecht zur Plattenebene bestimmt.

Zur Charakterisierung der Aushärtung von Klebstoffen kann das ABES-System verwendet werden. Am Institut für Holztechnologie Dresden (IHD) erfolgten dazu Untersuchungen mit Standard-UF-Harzen und verschiedenen technologischen Bedingungen (Temperatur, Zeit) sowie Klebstoffrezepturen (Härterart, -anteile). Dabei ergab sich immer eine bessere Längszugscherfestigkeit bei einer höheren Presstemperatur oder längeren Presszeit. Bei der parallel vorgenommenen Spanplattenherstellung zeigte sich dagegen, dass es bestimmte Optima der Herstellung gibt. Die direkte Übertragung der Eigenschaften der punktuellen Verklebung von Spänen und Holzfasern auf die Flächenklebung von Furnieren ist nicht möglich. Eine bessere Eignung des Gerätes ist in jedem Fall beim Vergleich verschiedener Rezepturen und dem Einfluss bestimmter Additive gegeben. Dadurch ist es möglich, mittels ABES-Untersuchungen den Aufwand bei der Laborplattenfertigung zu verringern.

Mit der Veröffentlichungsfolge sollen neue Möglichkeiten für die Automatisierung und Sicherung von Wirtschaftlichkeit bei der Bearbeitung von Holzformteilen auf der Grundlage des „Hexapod einfacher Bauart“ aufgezeigt werden. Im Teil 1 [3] wurden zunächst das relevante Teilespektrum mit zugehörigen Prozess- und Bewegungsanforderungen der Holzformbearbeitung charakterisiert und der Hexapod aufgrund seiner Eigenschaften als flexibel adaptierund konfigurierbares, preiswertes Bewegungssystem für die wirtschaftliche Lösung von Bearbeitungsaufgaben an Holzformteilen beschrieben. In diesem Beitrag soll das gemeinsam mit der Professur für Holz- und Faserwerkstofftechnik (Prof. Wagenführ) der TU Dresden realisierte Applikations-Projekt „Parallelkinematisches Bearbeitungszentrum für Holzformteile“ [2] vorgestellt werden. Als konkretes Beispiel wurde die Fräsbearbeitung eines Furnier-Pressrohlings für eine Sitzschale gewählt, wobei die automatisierungstechnische Herausforderung in der effizienten Verknüpfung von Teilehandling und spanender Bearbeitung bestand.

Bei der Bearbeitung von Holz durch Zerspannung entsteht durch die großen Reibungskräfte auch Wärme, die auf das Werkzeug übertragen wird. Auf der Werkzeugschneide kann man die Temperatur nicht direkt messen. Mit Hilfe von theoretischen Berechnungen und praktischen Messungen kann man jedoch die Wärmeintensität, die Größe der zugeführten Wärme und die Temperaturverteilung in Abhängigkeit von der Schnittgeschwindigkeit, der Spandicke, des Keilwinkels und des Abrundungsradius der Schneide feststellen. Mittels der Finiten-Elemente-Methode gerechnete Temperaturanalysen haben gezeigt, dass sich auf der Schneidkeiloberfläche die höchsten Temperaturen in Form von zyklischen Temperaturschwingungen (400 K bis 600 K) bildeten, wobei dies summiert mit der stationären Temperatur für kurze Zeit auch 1000 C [1] (indirekte Messungen) übertreffen kann. In einer dünnen Schicht von 0,1 mm bildet sich für eine Zeit von 5 bis 8 · 10–4 s eine so hohe Temperatur, die zum Erweichen des Schneidenmaterials führt und den Abstumpfungsprozess beschleunigt.

Zur zerstörungsfreien Materialuntersuchung von Holz ist die niederfrequente Ultraschall Echotechnik mit Longitudinal- und Transversalwellen gut geeignet. Die Anisotropie des Holzes hat einen unterschiedlichen Einfluss auf die verschiedenen Schallwellenarten und kann unter bestimmten Bedingungen bei Transversalwellen vernachlässigt werden. Besonders gut für eine Praxisanwendung eignen sich Punktkontaktprüfköpfe, die zur Ankopplung keine Koppelmittel benötigen. Die Lokalisierung von nicht sichtbaren Minderdicken und Schäden (z.B. Innenfäule oder baulich unzugängliche Oberflächenfäule) ist von großer Bedeutung. Mit der zerstörungsfreien Ultraschalltechnik können Minderdicken durch ein Echo kürzerer Laufzeit, sowie Schäden indirekt über eine Abschattung des Rückwandechos geortet werden. Die Leistungsfähigkeit des Ultraschall-Echoverfahrens wird an Holzkörpern mit eingebrachten Bohrungen dargestellt.

In einem Forschungsprojekt wurden thermisch modifizierte Hölzer (thermally modified timber, TMT) aus den Holzarten Kiefer, Fichte, Buche und Esche in insgesamt 12 Varianten hinsichtlich ihrer Eignung für Spielplatzgeräte untersucht. Das Material stammte von 9 europäischen Herstellern und wurde nach drei verschiedenen Verfahren industriell hergestellt. Im Projekt wurden die Holzqualität bewertet und die Dauerhaftigkeit (Labor und Freiland) sowie wesentliche mechanisch-physikalische Eigenschaften ermittelt. Weiterhin wurde eine Studie zu normativen und rechtlichen Aspekten und zu konstruktiven Anforderungen an Spielgeräte unter Berücksichtigung statisch belasteter Konstruktionen erarbeitet.