abgeschlossene Promotionen & Habilitationen
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Entwicklung eines biologisch inspirierten, dreidimensional verformbaren Furniers aus Druckholz
Art der Abschlussarbeit
Dissertation
Autoren
- Rosenthal, Michael
Betreuer
- Prof. Dr.-Ing. André Wagenführ
Abstract
Im Bereich der dreidimensionalen Verarbeitung von Furnierwerkstoffen treten bei hohen Verformungsgraden vielfach Risse auf. Verantwortlich dafür ist das spezifische mechanische Verhalten von Holz. Im Rahmen der Dissertation wurde versucht, einen Beitrag zur Lösung dieses Problems zu erarbeiten. Ziel war es, ein biologisch inspiriertes, dreidimensional verformbares Furnier zu entwickeln. Dabei bot sich das Reaktionsholz der Nadelbäume an, in Furnierwerkstoffe umgesetzt zu werden. Druckholz kann aufgrund seines großen Mikrofibrillenwinkels nicht nur deutlich stärker verformt werden, sondern erlaubt auch eine permanente plastische Verformung ohne signifikante Gewebeschädigung. Dabei tritt ein so genannter molekularer Velcro-Mechanismus auf, bei dem die submikroskopischen Strukturelemente aneinander abgleiten, um dann in ihrer neuen Position wieder Bindungen eingehen zu können. Diese Beobachtungen auf der ultrastrukturellen Ebene des Druckholzes sollten praxisorientiert in eine technische Anwendung überführt werden. Die einzelnen Schritte werden im Folgenden kurz zusammengefasst:rnNach einer Charakterisierung des Probenmaterials erfolgte die Bestimmung mechanischer Kennwerte von Druck- und Normalholz im Rahmen von uniaxialen Zugtests. Die Bestimmung des mechanischen Verhaltens von Mikrotomschnitten wurde bei unterschiedlichen klimatischen Bedingungen durchgeführt. Im Bereich der Bruchdehnung, die mittels unterschiedlicher Methoden bestimmt wurde, erreicht fasergesättigtes Druckholz Mittelwerte von 22 %. Die Bruchdehnung von lufttrockenem Druckholz liegt dagegen deutlich unter 5 %. Bei der Beanspruchung quer zur Faser ergeben sich bei Druckholz Bruchdehnungswerte kleiner als 2 %. Die Ursache dürfte in den zahlreichen Interzellularen zu suchen sein, die den Zusammenhalt zwischen den Zellen schwächen und damit auch die mechanischen Eigenschaften quer zur Faser negativ beeinflussen.rnUm das ungünstige Verhalten von Druckholz quer zur Faser zu kompensieren, wurden zweilagige Druckholzmikrotomschnitte hergestellt. Das kreuzweise Übereinanderlegen und Verleimen der Lagen sollte das anisotrope Verhalten reduzieren. In vergleichenden uniaxialen Zugversuchen an ein- und zweilagigen Proben zeigte sich ein homogenisierender Einfluss der Mehrlagigkeit auf Zugfestigkeit und Bruchdehnung. rnZur Herstellung eines Lagenholz-Werkstoffes wurden aus Druckholzabschnitten von Ästen Furniere auf einer Längsmessermaschine hergestellt. Für die anschließende Verleimung der Furnierlagen wurde eine Auswahl von Klebefilmen und Leimen getestet.rnZur Bewertung der Dehnbarkeit bei dreidimensionaler Belastung wurden Tiefungsversuche in Anlehnung an die DIN 50101 durchgeführt. Bei der üblichen dreidimensionalen Verformung von Furnieren wird aufgrund der fehlenden Fließfähigkeit von Holz kein Niederhalter eingesetzt. Durch die große Dehnbarkeit von Druckholz nähert sich sein Verhalten dem der Metalle an. Um ein Nachrutschen der Proben zu verhindern und den Fließvorgang im Werkstück zu forcieren, wurde bei Druckholz deshalb mit Niederhalter gearbeitet. Außerdem konnte dadurch die bisher bei der Verformung von Furnieren nicht auszuschließende Faltenbildung verhindert werden. Die besten Ergebnisse wurden bei den zweilagigen um 90° versetzt verklebten Furnieren mit einer Dicke von 0,41 mm erreicht. Dabei wurde der Niederhalter nach einem Stempelweg von 5 mm gelöst, sodass die Proben nachrutschen konnten, die Faltenbildung aber stark reduziert bliebrnIn orientierenden Untersuchungen zur dreidimensionalen Umformung ließ sich der Einfluss von Rissbildungen und des Fügens der Furnierstreifen bestimmen.rnAbschließend ist zu sagen, dass die nur teilweise mögliche Übertragung des Verformungspotentials von Mikrotomschnitten auf die dreidimensionale Umformung von Lagenfurnieren ausreichte, um die bisher bei der Verarbeitung von Furnieren erreichten Verformungsgrade um einen Faktor von 2 bis 3 zu übersteigen. Generell lässt sich also zusammenfassen, dass die große Flexibilität von Druckholz neben der Erfüllung bestimmter Funktionen in der Natur in bestimmten Grenzen einen Ansatz zur Lösung technischer Probleme bieten kann.rn
Zugeordnete Forschungsprojekte
- Entwicklung eines bionisch inspirierten, dreidimensional verformbaren Furniers
Schlagwörter
Furnierumformung, Druckholz
Berichtsjahr
2009