JAHRGANG 48, AUSGABE 1/2007

An industriell hergestellten Span-, MDF- und OSB-Platten wurden Zug- und Druckfestigkeit in Plattenebene, die dazugehörigen E-Moduli, die Biegefestigkeit, die Poissonschen Konstanten und die Bruchzähigkeit KIC bestimmt. Zusätzlich wurde die Bruchdehnung und die Brucharbeit ermittelt. Die Bruchdehnung und Brucharbeit waren bei den MDF-Platten am höchsten. Analog zur Brucharbeit verhielt sich die Bruchzähigkeit KIC. Bei den Span- und OSB-Platten war die Druckfestigkeit bei Belastung in Plattenebene höher als die Zugfestigkeit, während es bei den MDF-Platten keine einheitliche Tendenz gab. Die Biegefestigkeit war bei allen Werkstoffen größer als Zug- und Druckfestigkeit. Die Poissonschen Konstanten bei Zug- und Druckbelastung wurden bei Querkontraktion in und senkrecht zur Plattenebene bestimmt.

Mit der hiermit begonnenen vierteiligen 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. Ausgehend von – unter dem Aspekt der „Individualisierung der Produkte“ – veränderten Anforderungen und Randbedingungen der Fertigung, wird zunächst das relevante Teilespektrum mit zugehörigen Prozess- und Bewegungsanforderungen der Holzformbearbeitung charakterisiert. Anschließend wird der Hexapod aufgrund seiner Eigenschaften als flexibel adaptier- und konfigurierbares, preiswertes Bewegungssystem für die wirtschaftliche Lösung von Bearbeitungsaufgaben an Holzformteilen beschrieben. Im Ergebnis werden in den nachfolgenden 3 Teilen für drei der vorangehend definierte Teilegruppen Adaptionen bzw. Konfigurationen des Bearbeitungssystems als wirtschaftliche Lösungsmöglichkeiten detailliert vorgestellt und die dabei wesentlichen Problemstellungen der Automatisierung angesprochen.

An industriell hergestellten Span-, MDF- und OSB-Platten wurden Zug- und Druckfestigkeit in Plattenebene, die dazugehörigen E-Moduli, die Biegefestigkeit, die Poissonschen Konstanten und die Bruchzähigkeit KIC bestimmt. Zusätzlich wurde die Bruchdehnung und die Brucharbeit ermittelt. Die Bruchdehnung und Brucharbeit waren bei den MDF-Platten am höchsten. Analog zur Brucharbeit verhielt sich die Bruchzähigkeit KIC. Bei den Span- und OSB-Platten war die Druckfestigkeit bei Belastung in Plattenebene höher als die Zugfestigkeit, während es bei den MDF-Platten keine einheitliche Tendenz gab. Die Biegefestigkeit war bei allen Werkstoffen größer als Zug- und Druckfestigkeit. Die Poissonschen Konstanten bei Zug- und Druckbelastung wurden bei Querkontraktion in und senkrecht zur Plattenebene bestimmt.

Holzwerkstoffe wie MDF werden zunehmend in vielen Bereichen der Holzwerkstoffindustrie eingesetzt. Die Vielseitigkeit des Einsatzspektrums induziert verschiedenste Umgebungsbedingungen. Große Feuchtigkeitsschwankungen können dabei zu irreversiblen Verformungen führen, die die Funktionalität beeinträchtigen. Die Möbelindustrie verlangt nach einer hinreichend genauen Simulation des Verformungsverhaltens unter Klimabelastung, um derartige Qualitätseinbußen zu vermeiden. Im Weiteren wird ein Simulationsmodell für MDF unter Differenzklimabelastung vorgestellt, das auf finiten Elementen basiert und sowohl das kontinuumsmechanische Feldproblem als auch mit dem Temperatur-Feuchte-Feld gleichberechtigt löst, was bei bisherigen Arbeiten nur unzureichend der Fall war.

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) übertreffeb 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.

Während der praktischen Beanspruchung von Fußbodenoberflächen kommt es zunehmend zu Beschwerden über feine Kratzer. Für einige umweltfreundliche wasserbasierende Beschichtungssysteme sind auch irreversible Spuren von schwarzen Gummisohlen problematisch. Zur besseren Differenzierung von Fußbodenoberflächen wurde im Rahmen eines Forschungsprojektes des Institutes für Holztechnologie Dresden (IHD) und des Forschungsinstitutes für Pigmente und Lacke e. V. Stuttgart (fpl) ein Kratztest unter Verwendung eines Mini-Martindale-Testers mit Scotch Brite Vliesen als Reibmaterial entwickelt. Die Ergebnisse der Testmethode stehen in guter Übereinstimmung mit Ergebnissen von Feldtests an Parkettoberflächen. Die gegenwärtig vorliegenden Resultate der Prüfung an unterschiedlichen Overlaytypen von Laminatfußbodenbeschichtungen werden gezeigt. Außerdem wird ein entwickeltes Prüfgerät zur Bestimmung der Beständigkeit von Oberflächen gegenüber schwarzen Schuhsohlen vorgestellt.

In der Holz verarbeitenden Industrie ist der Einsatz einer Simulation (DES: Diskrete Ereignisorientierte Simulation) nur selten anzutreffen. Die Gründe liegen meist in mangelndem Wissen über deren Einsatzmöglichkeiten. Der Einsatz einer Simulation ist zwar kein Allheilmittel, die Einsparpotentiale sind jedoch immens und positive Effekte durch die Unterstützung ganzheitlicher Ansätze in der Regel zu erwarten. Klassische Einsatzgebiete der Simulation werden aufgeführt sowie Vorteile gegenüber herkömmlichen analytischen Planungsmitteln aufgezeigt. Erste Schritte in einem Simulationsprojekt sind im Abschnitt „Herangehensweise“ erläutert. Leitsätze der Simulation werden genannt und ein Einblick in die Schwierigkeiten bei der Kosten/ Nutzenbeurteilung im Vorfeld gegeben. Zum Abschluss werden zwei Beispiele aus der Holz verarbeitenden Industrie angeführt.

Die vorliegende Veröffentlichung beinhaltet Untersuchungsergebnisse zur Nutzung von Faserstoffen aus Weizenstroh bei der MDF-Herstellung. Im Rahmen der Versuche bestätigte sich die sehr gute Eignung von PMDI bei der Fertigung reiner Strohfaserplatten. Unter Nutzung von UF-Harz und MUF-Harz ließen sich bei anteiliger Substitution (bis 25 %) von Holz- durch Strohfaserstoff die Anforderungen für die Plattentypen MDF sowie MDF.LA nach DIN EN 622-5 einhalten. Im Ergebnis der Untersuchungen und unter den gegenwärtigen Rahmenbedingungen dürfte die Hauptanwendungsmöglichkeit von Stroh im Standard-Holzwerkstoffbereich vornehmlich als Teilsubstitut unter Nutzung üblicher kostengünstiger Harzsysteme sein. Verfahrenstechnisch ist es sinnvoll, die Strohhäcksel bereits vor der Zerfaserung den Holzhackschnitzeln unterzumischen und anschließend beide Rohstoffkomponenten gemeinsam zu zerfasern.