JAHRGANG 61, AUSGABE 1/2020

Eine Modellierung ist die Grundlage für die Planung, Prognose, Einstellung und Optimierung von Holzzerspanungsprozessen. Seit langem versuchen Forscher wirksame Möglichkeiten zu finden, um brauchbare Ergebnisse dafür zu erhalten. Modellierung bedeutet das Finden einer einzelnen Formel oder eines Gleichungssystems, das die Abhängigkeit bestimmter Eingangsgrößen (Einflussgrößen) von bestimmten Ausgangsgrößen des Prozesses beschreibt. Je größer die Zahl der Eingangsgrößen und je höher die Variabilität der Materialeigenschaften, desto schwieriger und unzuverlässiger ist meist die Modellierung. Insbesondere die schwankenden, variablen Eigenschaften von Holz machen die Modellierung von Holzzerspanungsprozessen allgemein anspruchsvoll. Innerhalb des Zerspanungsprozesses sind einige Ausgangsgrößen, wie die Schnittqualität, die Schnittenergie bzw. die Schnittkräfte, der Werkzeugverschleiß und die Emissionen von Lärm und Staub, von Interesse, um den Aufwand und den Nutzen des Prozesses darzustellen. Eingangsgrößen oder Einflussfaktoren sind die geometrischen, kinematischen und stofflichen Randbedingungen, die für den Zerspanungsprozess beispielsweise als Holzart, Feuchtigkeitsgehalt, Schnittrichtung, Schneidenwinkel, Schnittgeschwindigkeit und Spanungsdicke definiert werden können. Im Teil 1 der Publikation stand neben einer einführenden Situationsbeschreibung zuerst eine systematische Analyse des Zerspanungsprozesses an Holz und Holzwerkstoffen und die Herausstellung von Betrachtungsebenen für eine Prozessmodellierung im Mittelpunkt. Im Teil 2 werden nun verschiedene Modellierungsstrategien und -typen sowie diesbezügliche Modellbeispiele genauso wie Möglichkeiten der Größenbestimmung durch verfügbare Sensoren vor dem Hintergrund zukünftiger Anforderungen in autonomen, intelligenten Maschinen (Smart Machines) diskutiert.

Der fortschreitende Klimawandel und die Umsetzung naturnaher Waldbaukonzepte führen zu einem steigenden Laubholzanteil in den Wäldern Deutschlands. Laubholz, vor allem Laubschwachholz, wird bisher überwiegend der energetischen Nutzung zugeführt. Hier gilt es für die Zukunft neue stoffliche Nutzungsmöglichkeiten und -gebiete zu entwickeln, um das Wertschöpfungspotenzial in der Holzwirtschaft zu sichern. Untersucht wurde daher die Möglichkeit der Verwendung von Buchenschwachholz in Brettsperrholzelementen. Teil 1 der Publikation befasst sich mit dem Rundholzsortiment „Buchenschwachholz“ und der Sortierung nach Qualitätsklassen sowie dem Einfluss einzelner Qualitätsmerkmale. Als Untersuchungsgegenstand dienten 74 Rundholzabschnitte der Stärkeklassen D 2a bis D 3b, dabei konnten von den insgesamt 18,23 Festmetern (fm) 92 % der Qualitätsklasse C und 8 % der Qualitätsklasse B zugeordnet werden. Im zweiten Teil der Publikation werden die erzielten Schnittholzausbeuten und Schnittholzqualitäten vorgestellt.

Beim industriellen Holzschleifen wird Rundholz gegen einen rotierenden Stein gepresst. Die Orientierung von Rundholz und damit der Fasern (Tracheiden) ist dabei parallel zur Schlei-fersteinachse. In der vorliegenden Untersuchung wurden Holzblöcke in einem Laborschleifer mit verschiedenen Ausrichtungen der Fasern zur Schleifersteinoberfläche behandelt. Aus dem Einfluss der Holzausrichtung auf die Faserstoffeigenschaften und die Menge an Feinstoff und seine Qualität wird der Schleifmechanismus abgeleitet. Die Ergebnisse zeigen, dass die Faserstoffqualität ausgesprochen empfindlich auf den Winkel zwischen der Schleiferstein-oberfläche und der Längsachse des Rundholzes reagiert. Deutliche Qualitätsunterschiede ergeben sich für ermüdungsbasiertes oder kraftbasiertes Schleifen. Zur Ergebnisbewertung wurden mikroskopische Techniken eingesetzt. Beim schonenden Schleifen wird die Faserstruktur durch Ermüdung gelockert, bevor Tracheiden zur Schleifersteinoberfläche hin gebogen werden. Druckpulsationen erzeugen fibrillenartiges Material. Beim intensiven Schleifen ist der Prozess „gewaltsam“. Die Tracheiden werden abgescheuert und zerbrechen augenblicklich auf der Schleifersteinoberfläche in kleine Bruchstücke.

Holzoberflächen für den hochwertigen Möbel- und Innenausbau werden häufig aus transparent beschichteten, farbintensiven oder dunklen tropischen Holzarten und thermisch modifizierten einheimischen Hölzern (TMT) hergestellt. Allerdings neigen deren Oberflächen bei Einwirkung von UV- und sichtbarem Licht zu einer intensiven, meist unerwünschten Verfärbung. Diese lässt sich bei den betreffenden Hölzern durch herkömmliche Lichtschutzmittel oftmals nur unzureichend verhindern. Im Beitrag werden alternative Lichtschutzkonzepte auf Basis von Holzextrakten vorgestellt, die das spezifische Verfärbungsverhalten dunkler und intensiv gefärbter Hölzer berücksichtigen, das vor allem auf deren Extrakt- und Farbstoffen und einer damit verbundenen spektralen Empfindlichkeit dieser Hölzer für sichtbares Licht beruht.

Der Einsatz von Buchenholz für tragende Zwecke im bewitterten Außenbereich wird durch Acetylierung, eine chemische Modifizierung, möglich. Die Rotbuche kann in die Dauerhaftigkeitsklasse DC 1 eingestuft werden, das Schwind- und Quellverhalten wird im Außenbereich um ca. 65 % reduziert. Grundsätzlich steigen bei acetylierter Brettware die Druckfestigkeiten um 30 % (Längsdruck) und um 60 % (Querdruck) gegenüber nativen Buchenholzbrettern an. Die Längszugfestigkeit fällt um bis zu 20 % ab, die Biegezugfestigkeit fällt um maximal 12 % ab. Die Acetylierung führt zu erhöhter Rissbildung infolge Querzug, die Schrägfaserigkeit von Buchenbrettern bewirkt daher große Streubreiten der Zugfestigkeit. Buchenfurnierschichtholz aus stehenden acetylierten Furnieren führt zur Homogenität der mechanischen Eigenschaften. Der Mittelwert der Biegefestigkeit von acetyliertem Buchenfurnierschichtholz ist annähernd gleich dem von acetylierten Vollholzbrettern. Aufgrund geringerer Streubreiten der Einzelwerte um den Mittelwert steigt jedoch die charakteristische Biegefestigkeit um 44 % deutlich an.

Gegenstand eines Forschungsprojekts am Institut für Holztechnologie Dresden (IHD) war die Untersuchung der Voraussetzungen für die „Additive Fertigung“ (AF) mit hohem Holzanteil. Dazu wurden Konzepte zur AF mit Holz entwickelt, wobei die bekannten Mechanismen aus der Holzwerkstoffherstellung als Vorbild dienten. Weiterer Projektgegenstand war der Test verschiedener Aufbaumaterialien bestehend aus Holzpartikeln und Bindemittel hinsichtlich ihrer Eignung zur AF. Ein abgeleitetes Verfahren ist das „Selektive Heißpressen“ (SHP). Dabei wird eine Holzpartikel-Bindemittel-Gemisch schichtweise verpresst, wobei die Verdichtung und die Erhitzung entsprechend des Querschnittes der Schicht selektiv erfolgt. Es konnte ein Prozess entwickelt werden, um dieses Verfahren zunächst im Labor umzusetzen. Mit Aufbaumaterialien auf der Basis von Fichtenpartikeln konnten einfache Geometrien additiv gefertigt werden.

Die Zielstellung des Projektes bestand darin, Kartone, wie sie im Verpackungsbereich eingesetzt und bislang traditionell im Nassverfahren produziert werden, durch Kartone zu substituieren, die im Trockenverfahren hergestellt sind und dabei den Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften und das Rill- und Faltverhalten gerecht werden. Dazu wurden Verfahren aus der Holzwerkstoff- und der Textilbranche und Rohstoffrezepturen (Altpapier, klebwirksame Additive wie z. B. Stärke) derart kombiniert, dass eine Herstellung ohne Zusatz von Wasser, mit geringeren Energieaufwendungen und dadurch geringeren Kosten möglich ist. Die Untersuchungen beinhalteten die Zerfaserung des Altpapiers in einer Horizontal-Wirbelstrommühle, die Beleimung der Faserstoffe bzw. Faserstoffvliese, die Vliesbildung mittels Airlaid-Technologie sowie die Heißverpressung der aus Einzelvliesen gebildeten Vliesstapel zu mehrlagigen Kartonen mit Flächenmassen von 220 g/m² bis 840 g/m². Die Festigkeiten und das Rill- und Faltverhalten der Trockenkartone erreichten zum Teil die Werte von Graukarton und zeigen damit das Potenzial dieses Materials.

In 13 Teilen wurden wichtige Hochschulinstitutionen für Holzwissenschaft und Holztechnologie aus 33 Ländern Europas vorgestellt. Die Teile 14 bis 21 gaben eine Einführung in die Lage der nordamerikanischen Forst- und Holzindustrie, und stellten kanadische und US-amerikanische Institutionen für die Holzwissenschaften und die Holzforschung vor. Mit Teil 22 startete eine neue Reihe von Beiträgen über Asien. Die vorangegangene Teile 22 bis 29 gaben bereits einen Überblick über die iranische, japanische, mongolische, thailändische und vietnamesischen Forst- und Holzwirtschaft. Teil 30 widmet sich nun der mongolischen Holzwirtschaft, Ausbildungs- und Forschungsstätten sowie den Fachverbänden im Bereich Holz.