7 März 2016

Alternative: Holzwerkstoffe für den Maschinen- und Anlagenbau – hochwertig, preisgünstig, nachhaltig

TU Chemnitz und Institut für Holztechnologie Dresden ermitteln Bewertungskriterien und entwickeln Qualitätshalbzeuge

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Auswahl im Forschungsprojekt geprüfter Holzwerkstoffe mit Maschinenelement aus Holzwerkstoff. Foto: TU Chemnitz / Dr. S. Eichhorn

Die Holzwerkstoffindustrie kann leistungsfähige und im Vergleich zu bisherigen Materialien preisgünstige Holzwerkstoffe für den Maschinen- und Anlagenbau herstellen und diese als Qualitätshalbzeuge anbieten. Das ist das Fazit eines Vorhabens der TU Chemnitz und des Instituts für Holztechnologie Dresden. Die Partner erarbeiteten Kriterien für Materialeigenschaften und deren Variabilität, um die Eignung von Holzwerkstoffen für den Maschinen- und Anlagenbau zu bewerten. Darauf aufbauend erstellten sie Empfehlungen für das Werkstoffdesign, die Herstellung und die Anwendung der Holzwerkstoffe. Prototypisch entwickelten und prüften die Projektpartner zwei Varianten plattenförmiger Furnierwerkstoffe, die sich als Qualitätshalbzeuge im Maschinen- und Anlagenbau einsetzen lassen.

Das Vorhaben wurde vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft über den Projektträger Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) gefördert.

Die für die Berechnung von Bauteilen im Maschinen- und Anlagenbau benötigten detaillierten Materialkennwerte sind für Holzwerkstoffe oft unbekannt. Auch fehlt es an Kriterien, um deren Eignung als Konstruktionswerkstoffe gegenüber etablierten Materialien wie z.B. Metallen zu bewerten. Dies steht einer verstärkten Anwendung derzeit noch entgegen.

Dabei besitzt der nachwachsende Werkstoff Holz gegenüber den sonst üblichen metallischen Konstruktionswerkstoffen Vorteile. Je nach Holzwerkstoff sind dies z.B. geringe Kosten oder eine gute Eignung für den Leichtbau. Erfahrungen von Automobilherstellern zeigen außerdem, dass Produkte aus Holzwerkstoffen schwingungs- und geräuschdämpfend sind. Bei der ökologischen Bewertung anhand verfügbarer Literaturdaten wiesen fast alle analysierten Holzwerkstoffe beim Treibhauspotenzial Vorteile gegenüber Aluminium, Baustahl und verzinktem Stahl auf, u.a. weil im Herstellungsprozess höhere Anteile erneuerbarer Energien zum Einsatz kommen.

Dabei bleibt noch unberücksichtigt, dass Holzwerkstoffe aufgrund der geringeren Dichte mehr nutzbares Volumen für die Konstruktion zur Verfügung stellen als metallische Konstruktionswerkstoffe. Das gesamte ökologische Potenzial von plattenförmigen Holzwerkstoffen lässt sich insofern noch besser anhand einer angepassten Leichtbauweise für ein konkretes Produkt darstellen.

Die Partner der TU Chemnitz, Professur Fördertechnik, und des Instituts für Holztechnologie Dresden wollten geeignete Materialkennwerte und Kriterien definieren, mit denen eine einfache Bewertung des Einsatzes von Holzwerkstoffen im Maschinen- und Anlagenbau möglich wird, um die Vorteile der Holzwerkstoffe so weiter konkretisieren und anschließend besser nutzen zu können. Ausgehend von dem Anwendungsszenario einer fördertechnischen Anlage erarbeiteten die Wissenschaftler Methoden zur statischen und dynamischen Prüfung von Holzwerkstoffen sowie Bewertungskriterien zu deren Eignung als vorteilhaftem Konstruktionswerkstoff. Anschließend prüften sie Beispiele aus verschiedenen Holzwerkstoffgruppen (Lagenholzwerkstoffe, OSB (Oriented Strand Board) und SWP (Solid Wood Panel)) in umfangreichen Testreihen, bewerteten diese anhand der Kriterien und analysierten Schwachstellen. Darauf aufbauend entwickelten sie hochwertige, plattenförmige Qualitätshalbzeuge aus Buchen-WVC (Wood Veneer Composite, Holzfurnierlagenverbundwerkstoff) in zwei Verdichtungsstufen.

Bei den durchgeführten Werkstoffprüfungen zeigte sich u. a., dass WVC mit dickeren Buchenfurnieren für Qualitätshalbzeuge im Maschinenbau geeignet sind. Die WVC sollten maximal auf ca. 1,2 g/cm3 verdichtet werden; eine höhere Verdichtung wäre mit einem zunehmenden Materialeinsatz und höheren Kosten verbunden.

Aufbauend auf den Ergebnissen der dreijährigen Arbeiten folgern die Wissenschaftler, dass die Holzwerkstoffindustrie künftig qualitativ hochwertige Holzwerkstoffe für den Maschinen- und Anlagenbau herstellen und anbieten kann. Diese Qualitätshalbzeuge sind durch eine geringe Dichte (z.B. im Vergleich zu Aluminiumlegierungen mit einer Dichte von 2,7 g/cm3) und einstellbaren hohen mechanischen Eigenschaften mit niedriger Streuung gekennzeichnet. Zudem sind sie kostengünstiger.

Die vollständigen Ergebnisse stehen in den Abschlussberichten unter den Förderkennzeichen 22011410 und 22010111 auf fnr.de zur Verfügung.

Die Arbeiten zum Schwerpunkt: „Holzwerkstoffe und Qualitätshalbzeuge für den Maschinenbau“ sollen weitergeführt werden. Akteure aus dem Maschinenbau, der Holzforschung und der Holzwerkstoffindustrie mit Interesse an einer Zusammenarbeit werden gebeten, sich bei der TU Chemnitz zu melden:

Dr.-Ing. Sven Eichhorn
Tel: 0371-531 35851
Mail: sven.eichhorn@mb.tu-chemnitz.de

Source: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR), Pressemitteilung, 2016-03-03.

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