Dieser Forschungsschwerpunkt beschäftigt sich mit einer technisch angemessenen Anwendung von Holz in modularen, integrativen Bauweisen unter Nutzung des modularen Werkstoffes WVC.

Warum Holz?

Technisch angemessene Anwendungen, nutzen die historisch bekannten Vorteile des Holzes, wie:

• die gute Bearbeitbarkeit bzw. Verfügbarkeit
• die vergleichsweise geringen Kosten bei der Halbzeug- bzw. Bauteilherstellung
• dem Nachhaltigkeitspotenzial in Kombination mit einem angepassten Recyclingkonzept

und verbinden diese mit den Eigenschaften des Werkstoffes, die unter aktuellen Gesichtspunkten einen technischen Mehrwert generieren. Beispielhaft dafür seien genannt:

• die mechanisch vorteilhaften Festigkeiten bezüglich der Dichte (spezifische Größe)
• die Vorteile hinsichtlich Schwingungs- und Geräuschdämpfung
• der geringe Materialabbau unter Einwirkung bestimmter aggressiver Reagenzien (z.B. Salzen)
• die verminderte Temperaturdehnung.

Holz ist ein umgangssprachlicher Oberbegriff. Der Werkstoff ist immer eine Kombination aus mehreren Materialien, speziell natürlichen Polymeren (Cellulosen, Lignin) und Zusatzstoffen (z.B. Wasser, Mineralstoffe, Extraktstoffen) in einem Verbundwerkstoff. Dadurch ist über jede Holzart und damit dem Zell- (Anordnung, Form) bzw. dem Stammaufbau (Kern- Splintholz) eine neue Variante des Verbundwerkstoffes Holz verfügbar.

Es existieren ca. 40.000 bekannte Holzarten, von denen etwa 1500 bisher näher beschrieben wurden, um anhand charakteristischer Merkmale im Aufbau eine Differenzierung z.B. in Laub- oder Nadelholz vornehmen zu können. Die Eigenschaften des Holzes sind unter anderm abhängig von Holzart, Standort, Klima, Belastungsart, Belastungsrichtung, Halbzeugart. Diese hohe Variantenvielfalt ist ein Grund für die oftmals als Kompliziertheit (schwer fassbare Beschaffenheit) missverstandene Komplexität (Vielschichtigkeit) des Holzes. Der schwierig zu begreifende Werkstoff erfordert einen erhöhten Planungsaufwand. Seine Komplexität bietet die Möglichkeit in Verbindung mit einer hohen Kombinationsfreiheit im Aufbau, einen maßgeschneiderten und damit modularen Werkstoff zu gestalten.

WVC - ein modularer Werkstoff

Dieser Ansatz ist durch die Wiederbelebung und inhaltliche Weiterentwicklung des traditionell als Lagenholz bekannten Holzfurnierlagenverbundwerkstoffes (WVC, Wood-Veneer-Composite) möglich. Der Begriff WVC ist aus den eigenen Forschungsarbeiten hervorgegangen und wissenschaftlich noch in der Diskussion.

Ähnlich dem heute bekannten technischen Faserverbund können dabei einzelne Schichten, in diesem Fall Furnier, verschiedener Dicke und Holzart unter beliebigem Faserwinkel in einem Halbzeug definierter Form (Platte, spezielle Form), mit Additiven (Fungizide, Pestizide, Flammschutz, usw.) versetzt, verklebt bzw. mit einem aushärtbaren oder nicht aushärtbaren natürlichem oder künstlichem Polymer getränkt oder beschichtet und anschließend verpresst werden. Dabei ist auch die Kombination von jeweils vergüteten Einzelschichten (z.B. verpresst, unverpresst) möglich. Eine zusätzliche Erweiterung dieser Begriffsbildung wäre durch die Verwendung von anderen natürlichen (z.B. Flachs-) oder künstlichen (z.B. Kohle-, Glas-) Faserwerkstoffen zwischen den Holzschichten denkbar. Weiterhin ist es möglich Holzfehler (Äste, Wuchsstörungen...) auszuschließen und nur hochwertiges Holz zu verbauen. Damit steigt die Qualität des Werkstoffes und seine natürliche Streuung wird gegenüber gewachsenem Holz minimiert. Verbreitete Vetreter sind das Sperrholz, das Sternholz und das Furnierlagenholz.

Modulare, integrative Bauweisen mit WVC

Aufbauend auf dem modularen Werkstoff WVC ist es möglich in der Bauweise neben mechanischen Anforderungen (z.B. Leichtbau), Anpassungen an Umwelteinflüsse (z.B. aggressive Reagenzien) und andere Anforderungen (z.B. Dämpfung) vorzunehmen und die Konstruktion damit integrativ zu gestalten.

Projektbeispiele

• Rohrfördersystem auf Basis naturfaserverstärkter Komponenten
• Naturfaserverstärkte Gestellelemente für den Stückguttransport
• Modulare und flexible Maschinengestelle aus Holz
• Leichtbauprofil aus Holzfurnierlagenverbundwerkstoff

Veröffentlichungen (Auswahl)

• Schwingungs- und geräuschdämpfende Leichtbauelemente im Maschinenbau auf Basis von Konstruktionswerkstoffen aus Holz
• Einblick in die Geschichte der Holzwerkstoffe im Maschinen- und Anlagenbau und aktuelle Möglichkeiten der angemessenen technischen Nutzung
• Konstruktion und Erprobung modularer Maschinengestelle aus Holzfurnierlagenverbundwerkstoff (WVC)
• Neue Bauweisen in der Intralogistik durch Holzverbundwerkstoffe - Verbindungselemente für dynamische Belastungen
• Rahmen für stetige Fördersysteme und stetiges Fördersystem

Ansprechpartner

• Dr.-Ing. Sven Eichhorn (Entwicklung von modularen Bauweisen)
• Dipl.-Ing. Christoph Alt (Spezielle Verbindungselemente)
• Dr.-Ing. Ronny Eckardt (Konstruktion, Verbindungstechnik, Versuchseinrichtungen)