Flugzeuge sind üblicherweise als Rahmenstrukturen aus Leichtbauwerkstoffen wie faserverstärktem Kunststoff, Titan- oder Aluminiumlegierungen gestaltet. Je nach Anwendungsfall reicht die Tragfähigkeit der eingesetzten Streben von wenigen Kilonewton bis zu mehr als 250 kN. Die Verbindungen der Streben mit Anschlussstücken sind häufig komplex, sodass hohe Kosten für die montierten Bauteile entstehen. Fügen durch elektromagnetische Kompression (EMK) stellt aufgrund der verfahrensspezifischen Vorteile eine vielversprechende Alternative dar, um Verbindungen deutlich einfacher zu realisieren, insbesondere wenn Streben aus Aluminiumrohr eingesetzt werden.

Aircraft are typically designed as frame structures using lightweight materials such as fiber reinforced plastics, titanium or aluminum alloys. Depending on the application, the load capacity of the struts used ranges from a few kilonewtons to more than 250 kN. The connections between the struts and the connectors are often complex, resulting in high costs for the assembled components. Joining by electromagnetic forming (EMF) offers a promising alternative to make connections much simpler, especially when aluminum tube struts are used.

Techn. Universiẗat, Diss., 2004--Berlin.

Die universelle Verwendung von Holz wurde durch die Entwicklung moderner lignozellulosefreier Werkstoffe in den letzten Jahrzehnten zurückgedrängt. Anisotropie und Inhomogenität, geringe Dauerhaftigkeit und große Streuung prägen die ingenieurtechnische Wahrnehmung von Holz. Mit der Einführung und Adaption neuer Technologien zur Verarbeitung von Holz wurden materialspezifische Nachteile verringert und definierte, kontinuierlich reproduzierbare Eigenschaften umsetzbar. Trotzdem werden heute im Wesentlichen zwei Verarbeitungsverfahren für Holz genutzt: Schneiden und Kleben. In der vorliegenden Arbeit wurde ein Verfahren zur Umformung nach DIN 8582 untersucht: die thermo-hygro mechanische Verdichtung mit anschließendem Gesenkbiegen und Tiefziehen. Der Schwerpunkt der durchgeführten Untersuchungen lag auf der Ausrichtung der Holzfaser senkrecht zur Umformung und stützte sich folgerichtig auf die Patente DE 102 24 721 „Formteil aus Holz und Verfahren zu seiner Herstellung“ und DE 502 08 785 „Profil aus Holz und Verfahren zu seiner Herstellung“, deren Hauptmerkmal die Verdichtung und Umformung unter Nutzung der Rückerinnerung für technische Formholzelemente darstellt. In der Arbeit wurden somit die Rohdichteverteilung und das Spannungs-Dehnungs-Verhalten während der Verdichtung, Rückerinnerung und Umformung untersucht. Einen breiten Raum nahmen die Ermittlung der Materialkennwerte von Pappel (Populus sp.), Kiefer (Pinus silvestris L.), Balsa (Ochroma boliviana R.), Buche (Fagus sylvatica L.) und Linde (Tilia sp.) hinsichtlich der Querzugfestig- und Steifigkeit ein. Es erfolgten Messungen zum Verdichtungsverhalten und zur Rückerinnerung von Kleinprobekörpern sowie die Untersuchung von uni- und biaxial verdichteten Platten bezüglich der eingebrachten Verformung in Betrag und Verteilung. Es wurde eine Wichtung der Einflußgrößen Holzfeuchtigkeit, Temperatur, Jahrringlage und Holzart vorgenommen. In der Auswertung wurden Möglichkeiten zur Manipulation einzelner Parameter betrachtet. Die Erfassung der neutralen Faser, sowie der Zug- und Druckzonen am beanspruchten Probekörper lies Rückschlüsse auf das Materialverhalten bei der Umformung zu. Für die Berechnung der Probekörpergeometrie wurde ein Dehnungsverhältnis (Zug/Druck) von 70% zu 30% zu Grunde gelegt. Im zweiten Teil der Arbeit wurden die technologischen Parameter beim Übergang vom Labormaßstab zur industriellen Anwendung, unter besonderer Beachtung der praktischen Aspekte der Herstellung von nachformbaren Massivholzplatten, beschrieben. Die Rasterfeldanalyse (GSA-Grid Strain Analysis) ermöglichte eine Abschätzung der Umformungsgrenzen von biaxial verdichteten Hirnholzplatten und deren Bewertung in einem FLD (Forming Limit Diagram). Es wurden Zug- und Tiefungsversuche in Anlehnung an Nakajiama (DIN EN ISO 12004-2) zur Charakterisierung der 3D-Formbarkeit, der Bestimmung des Umformgrades phi und der Versagensgrenzen zur fehlerfreien Herstellung eines Ellipsoidenelementes aus biaxial verdichteten Hirnholzelementen durchgeführt. Die Materialdehnungen betrugen mehr als 25%. Im Ergebnis der technologischen Umsetzung wurden 18 großformatige, uniaxial verdichtete Massivholzplatten im Gesenkbiegeverfahren zu Profilen mit 300mm Durchmesser und 3m Länge für eine Windkraftanlage hergestellt.:Inhaltsverzeichnis Abkürzungs- und Formelverzeichnis 1 Einleitung 1.1 Gegenstand und Zielsetzung der Arbeit 1.2 Struktur und Lösungsweg 2 Stand der Wissenschaft und Technik 2.1.1 Materialgrundlagen 2.1.2 Anatomie des Holzes 2.1.3 Chemie des Holzes 2.1.4 Physik des Holzes 2.1.4.1 Dichteeinfluß 2.1.4.2 Feuchtigkeitseinfluß 2.1.4.3 Temperatureinfluß 2.1.4.4 Temperatur-Feuchtigkeits-Einfluß auf den Glasübergang (Tg) 2.1.4.5 Einfluß der Porosität 2.2 Holzmodifikation 2.2.1 Umformverfahren 2.2.2 Holzumformung 2.2.2.1 Umformung längs zur Faserrichtung 2.2.2.2 Umformung quer zur Faserrichtung 2.2.2.3 Umformung von porösen Material 3 Eigene Versuche: Material, Methoden und Verfahren 3.1 Vorgehen und Arbeitsschritte 3.2 Materialien 3.2.1 Holz 3.2.1.1 Allgemein 3.2.1.2 Kleinproben 3.2.1.3 Großproben 3.2.1.4 Plattenherstellung 3.2.2 Thermo-hygro-mechanische Umformung (THMU) von Holz 3.2.2.1 Plastifizieren 3.2.2.2 Verdichtung (thermo-mechanisch) 3.2.2.3 Umformung (thermo-hygro mechanisch) 3.2.2.4 Fixierung 3.2.3 Textile Strukturen 3.2.4 Klebstoffe 3.2.4.1 Druckscherversuche DIN EN 386 3.2.4.2 Biegeversuche quer zur Faser in Anlehnung an DIN 52186 (1978) 3.2.4.3 Delaminierungsversuche (DIN EN 391) uniaxial verdichteter Platten 3.2.4.4 Delaminierungsversuche biaxial verdichteter Hirnholzplatten 3.3 Verfahren der Verdichtung und Umformung 3.3.1 Verdichtung 3.3.1.1 Vorrichtungen 3.3.1.2 Prozeß 3.3.1.3 Einflußparameter auf die Verdichtung 3.3.2 Umformung - Technologie 3.4 Methode 3.4.1 Rohdichtebestimmung nach DIN 52182 3.4.2 Feuchtigkeitsbestimmung nach DIN 52183 3.4.3 Temperaturbestimmung 3.4.4 Querzugversuch nach DIN EN 408 3.4.5 Quelldruckversuch 3.4.6 Verdichtung (Compression set) und Rückerinnerung (Recovery set) 3.4.7 Bestimmung der Lage der neutralen Faser 3.4.8 Tiefungsversuch in Anlehnung an DIN ISO 20482 4 Ergebnisse 4.1 Rohdichtemessung 4.2 Quelldruck 4.3 Querzug 4.4 Verdichtung und Rückerinnerung von Kleinproben 4.4.1 Uniaxiale Umformung 4.4.2 Diskussion 4.4.3 Biaxiale Verformung 4.4.4 Diskussion 4.5 Rückerinnerung und Umformung von Plattenprobekörpern 4.5.1 Prüfung ausgewählter Klebstoffeigenschaften an verdichteten Platten 4.5.1.1 Betrachtungen zur Klebstoffauswahl 4.5.1.2 Druckscherversuche nach DIN EN 386 4.5.1.3 Biegeversuche quer zur Faser in Anlehnung an DIN EN 310 (1993) 4.5.1.4 Delaminierungsversuche mit unidirektional verdichteten Platten 4.5.1.5 Delaminierungsversuche mit bidirektional verdichteten Platten 4.5.1.6 Diskussion 4.5.2 Umformung von verdichteten Platten 4.5.2.1 Bestimmung neutrale Faser 4.5.2.2 Einfluss des Verdichtungsgrades 4.5.2.3 Einfluss der Plattendicke 4.5.2.4 Diskussion 4.5.2.5 Uniaxiale Umformung großformatiger Platten 4.5.2.6 Biaxiale Umformung großformatiger Platten 4.5.2.7 Diskussion 5 Zusammenfassung und Ausblick 6 Literaturverzeichnis 7 Anhang / Over the last decades, the general use of wood was displaced by the development of non-lingo-cellulosic materials. Today’s engineering perception of wood is characterized by anisotropy and inhomogeneity, low durability, and large variance. The implementation and adaption of new technologies in wood processing reduced specific disadvantages in material and designs and allowed to achieve continuously reproducible properties. Despite these advances, today two main processing methods are used for wood: sawing and gluing. In the presented work, a forming process has been investigated according to DIN 8582: thermo-hydro mechanical densification with press brake bending and deep drawing. The key aspect of this studies was focused on the wood fiber direction perpendicular to the bending line. It was based on the patents DE 102 24 721 „ Wood Profile and Method of the Production of the Same” and DE 502 08 785 „Wood Profile and Process of the Production of the Same”. The major interest was determined by densification and forming of wood structure profiles utilizing recovery. In the presented study, density distribution and stress-strain behavior was analyzed during densification, recovery, and forming process. A major part of the work was the evaluation of material properties of poplar (Populus sp.), pine (Pinus silvestris L.), balsa (Ochroma boliviana R.), beech (Fagus sylvatica L.) and lime (Tilia sp.) regarding their strength and stiffness. Furthermore, tests were performed evaluating the imposed plastic deformations with regard to amount and distribution on small test cubes (60 by 60 by 50 mm³) and uni- and biaxial densified boards. Parameters like wood moisture, temperature, annual ring direction and wood species as well as a description of the different impact on the forming results were assessed. The analysis of neutral axis as well as the tension- and compression zones on the tested specimens allowed for conclusions on the wood behavior during the forming process. The calculation of specimens geometry was made with the strain relationship (tension / compression) of 70 to 30 percent. The technological parameters were described by up-scaling from laboratory to industrial application with special focus on the practical aspects of producing moldable end-grain boards. The grid strain analysis (GSA) enabled an estimation of forming limits on biaxial densified end grain boards in an FLD (forming limit diagram). Tension and deep drawing tests according to Nakajiama (DIN EN ISO 12004-2) were carried out to characterize the 3D-moldability, to determine the degree of deformation and the failure limit by producing ellipsoid elements on biaxial densified end grain boards. A material strain of more than 25% was achieved. Using press brake bending, 18 wood profiles were manufactured with a diameter of 300mm and a length of 3000mm. The implementation of described wood profiles using uniaxial densified large boards was deployed in a wind power plant.:Inhaltsverzeichnis Abkürzungs- und Formelverzeichnis 1 Einleitung 1.1 Gegenstand und Zielsetzung der Arbeit 1.2 Struktur und Lösungsweg 2 Stand der Wissenschaft und Technik 2.1.1 Materialgrundlagen 2.1.2 Anatomie des Holzes 2.1.3 Chemie des Holzes 2.1.4 Physik des Holzes 2.1.4.1 Dichteeinfluß 2.1.4.2 Feuchtigkeitseinfluß 2.1.4.3 Temperatureinfluß 2.1.4.4 Temperatur-Feuchtigkeits-Einfluß auf den Glasübergang (Tg) 2.1.4.5 Einfluß der Porosität 2.2 Holzmodifikation 2.2.1 Umformverfahren 2.2.2 Holzumformung 2.2.2.1 Umformung längs zur Faserrichtung 2.2.2.2 Umformung quer zur Faserrichtung 2.2.2.3 Umformung von porösen Material 3 Eigene Versuche: Material, Methoden und Verfahren 3.1 Vorgehen und Arbeitsschritte 3.2 Materialien 3.2.1 Holz 3.2.1.1 Allgemein 3.2.1.2 Kleinproben 3.2.1.3 Großproben 3.2.1.4 Plattenherstellung 3.2.2 Thermo-hygro-mechanische Umformung (THMU) von Holz 3.2.2.1 Plastifizieren 3.2.2.2 Verdichtung (thermo-mechanisch) 3.2.2.3 Umformung (thermo-hygro mechanisch) 3.2.2.4 Fixierung 3.2.3 Textile Strukturen 3.2.4 Klebstoffe 3.2.4.1 Druckscherversuche DIN EN 386 3.2.4.2 Biegeversuche quer zur Faser in Anlehnung an DIN 52186 (1978) 3.2.4.3 Delaminierungsversuche (DIN EN 391) uniaxial verdichteter Platten 3.2.4.4 Delaminierungsversuche biaxial verdichteter Hirnholzplatten 3.3 Verfahren der Verdichtung und Umformung 3.3.1 Verdichtung 3.3.1.1 Vorrichtungen 3.3.1.2 Prozeß 3.3.1.3 Einflußparameter auf die Verdichtung 3.3.2 Umformung - Technologie 3.4 Methode 3.4.1 Rohdichtebestimmung nach DIN 52182 3.4.2 Feuchtigkeitsbestimmung nach DIN 52183 3.4.3 Temperaturbestimmung 3.4.4 Querzugversuch nach DIN EN 408 3.4.5 Quelldruckversuch 3.4.6 Verdichtung (Compression set) und Rückerinnerung (Recovery set) 3.4.7 Bestimmung der Lage der neutralen Faser 3.4.8 Tiefungsversuch in Anlehnung an DIN ISO 20482 4 Ergebnisse 4.1 Rohdichtemessung 4.2 Quelldruck 4.3 Querzug 4.4 Verdichtung und Rückerinnerung von Kleinproben 4.4.1 Uniaxiale Umformung 4.4.2 Diskussion 4.4.3 Biaxiale Verformung 4.4.4 Diskussion 4.5 Rückerinnerung und Umformung von Plattenprobekörpern 4.5.1 Prüfung ausgewählter Klebstoffeigenschaften an verdichteten Platten 4.5.1.1 Betrachtungen zur Klebstoffauswahl 4.5.1.2 Druckscherversuche nach DIN EN 386 4.5.1.3 Biegeversuche quer zur Faser in Anlehnung an DIN EN 310 (1993) 4.5.1.4 Delaminierungsversuche mit unidirektional verdichteten Platten 4.5.1.5 Delaminierungsversuche mit bidirektional verdichteten Platten 4.5.1.6 Diskussion 4.5.2 Umformung von verdichteten Platten 4.5.2.1 Bestimmung neutrale Faser 4.5.2.2 Einfluss des Verdichtungsgrades 4.5.2.3 Einfluss der Plattendicke 4.5.2.4 Diskussion 4.5.2.5 Uniaxiale Umformung großformatiger Platten 4.5.2.6 Biaxiale Umformung großformatiger Platten 4.5.2.7 Diskussion 5 Zusammenfassung und Ausblick 6 Literaturverzeichnis 7 Anhang

Gegenstand dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Verfahrens zum ultraschallunterstützten Ziehen von Karton. Beim Ziehen wird ein Kartonzuschnitt mit einem Stempel durch eine Matrize gezogen und so ein einseitig offener Hohlkörper hergestellt, ähnlich wie beim Tiefziehen von Metall. Die Ziehwerkzeuge sind üblicherweise beheizt, um die Umformeigenschaften des Kartons durch Wärmeeintrag zu verbessern. In dieser Arbeit werden die Werkzeuge jedoch als Ultraschallsonotroden ausgeführt, da beim Metalltiefziehen durch Ultraschallwerkzeuge Verbesserungen der Prozessführung und des Tiefziehteils erreicht wurden. Die Erkenntnisse aus dem Metallbereich können jedoch nicht ohne weitere Forschung übernommen werden. Vor der Entwicklung der Ultraschallwerkzeuge werden in dieser Arbeit daher zunächst Lücken im Stand der Wissenschaft und Technik geschlossen bezüglich der Wirkungen von Ultraschallschwingungen auf Karton. Hierzu wird der Druck im Spalt zwischen den Ziehwerkzeugen ermittelt. Anhand der Druckmessung wird ein Beitrag geleistet zur Ermittlung der Erwärmung von Karton in Kontakt mit Ultraschallsonotroden, der Glättung der Oberfläche von Ziehteilen durch Ultraschall und der Beeinflussung der Stabilität von Ziehteilen durch Ultraschall. Mithilfe dieser Forschungsergebnisse werden die Werkzeugsonotroden ausgelegt und ein Versuchsträger entwickelt, mit dem die Erforschung des Prozesses in einem breiten Parameterraum möglich ist. Die Ergebnisse beim Ziehen mit beiden Werkzeugvarianten werden anhand von Kenngrößen der hergestellten Ziehteile verglichen. Dabei handelt es sich um die maximal erreichbare Ziehteilhöhe, die erreichbare Stabilität gegen axiale Stauchbelastung, die erreichbare Oberflächenrauheit und die erreichbare minimale Formabweichung. Für die Bestimmung der Formabweichung wird auf ein bekanntes Verfahren zurückgegriffen und für die übrigen Kenngrößen werden in dieser Arbeit neue Messverfahren entwickelt. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass mit Ultraschallunterstützung qualitativ hochwertige Formteile herstellbar sind, wobei besonders die erreichbare Oberflächenglätte hervorzuheben ist. / The subject of this work is the development of a process for ultrasonic assisted deep-drawing of cardboard. In deep-drawing, a cardboard blank is drawn through a die with a punch, thus producing a hollow body open on one side, similar to the deep-drawing of metal. The drawing dies are usually heated to improve the forming properties of the cardboard by heat input. In this work, however, the dies are ultrasonic sonotrodes because improvements in process control and drawn part have been achieved in metal deep-drawing using ultrasonic tools. Nevertheless, the knowledge gained in the metal field cannot be adopted without further research. Therefore, prior to the development of ultrasonic tools, this work first closes gaps in the state of science and technology regarding the effects of ultrasonic vibrations on cardboard. For this purpose, the pressure in the gap between the drawing dies is determined. Based on the pressure measurement, statements can be made on the heating of cardboard in contact with ultrasonic sonotrodes, the smoothing of the surface of drawn parts by ultrasound and the influence of ultrasound on the stability of drawn parts. Based on these research results, the tool sonotrodes are designed and a teststand is developed, which allows the process to be explored in a wide parameter space. The results of drawing with both toolvariants are compared on the basis of parameters of the produced drawn parts. These are the maximum achievable drawn part height, the achievable stability against axial compression, the achievable surface roughness and the achievable minimum form deviation. For the determination of the form deviation, a known method is used, and for the other parameters, new measurement methods are developed in this work. In summary, it can be stated that ultrasonic vibrations can be used to produce high-quality molded parts, with particular emphasis on the achievable surface smoothness.

Aktuelle gesellschaftliche und politische Forderungen an die Produktionstechnik wie Nachhaltigkeit und Klimaschutz können bei der Fertigung flächiger Bauteile durch innovative Blechumformverfahren erreicht werden. Durch geschickte Kombinationen von inkrementellen und elektromagnetischen Fertigungsverfahren besteht hier besonders großes Potential. Aus diesem Grund wird im Rahmen dieser Arbeit die Erweiterung der elektromagnetischen Umformung um einen inkrementellen Ansatz untersucht. Dazu wird ein geeigneter Versuchsaufbau entwickelt und für eine ausführliche Prozessanalyse genutzt. Zusätzlich werden effiziente numerische Prozessmodelle entwickelt um eine schnelle Bestimmung weiterer Prozessgrößen zu ermöglichen. Im Ergebnis resultieren Hinweise mit denen das neuartige Verfahren auf beliebige Bauteile angewendet werden kann.

No description available.

Wood is a natural and renewable resource and, moreover, a most decorative and beautiful material. Most valuable logs are used for veneer production for optimum exploitation and utilization. Attractive wood veneers adorn any surface and is primarily used for furniture, yacht and automotive interior works. However, such application of wood veneer is limited to rather simply shaped carrier components due to the veneer’s mechanical restrictions. Previously, several approaches have been discussed to flexibilize wood allowing a greater deformation, but none approach has been entirely satisfactory. On that score, another veneer modification process has been suggested comprising a furfuryl alcohol impregnation to plasticize the wood veneer realizing enhanced veneer flexibility and mouldability (Pfriem and Buchelt 2011b). In the presence of a suitable initiator and promoted by elevated temperatures, furfuryl alcohol forms a very hard, insoluble polymer inside the wood cell walls. If polymerization is initiated as the impregnated veneer is moulded, the polymer is assumed to fix the gained shape. This thesis summarizes experimental work investigating the effect of furfuryl alcohol modification on maple veneer plasticization, shape fixation, and shape stability and the impact of various process parameters on material characteristics. Veneer samples impregnated with furfuryl alcohol exhibited an increased cell wall swelling, were notably softer than dry reference veneer, and showed an enhanced mouldability comparable to water impregnated veneer samples. Each characteristic is indicative for an increased plasticization. DSC studies were carried out to assess the influence of various initiator contents and ethanol dilutions of the impregnation liquid on the curing reactions and the retained polymer yield. Thereby, high initiator contents promoted a more rapid curing at lower temperatures with higher polymer yields, whereas higher dilution shifted the curing towards higher temperatures and possibly retard the curing resulting in lower polymer yields. The furfuryl alcohol polymer retaining inside the cell walls was proved to fix the achieved shape of veneer providing moreover enhanced shape stability at elevated temperatures and increasing moisture compared to unmodified reference veneer samples. According to these findings, furfuryl alcohol modification can be used for wood veneer plasticization and improved mouldability, shape fixation, and stabilization. However, material properties vary notably with changing process parameters. / Holz ist nicht nur eine natürlicher und nachwachsender Rohstoff, sondern vielmehr auch ein sehr dekoratives und schönes Material. Die wertvollsten Baumstämme werden daher häufig zur Furnierproduktion genutzt, um diese raren Stämme bestmöglich auszunutzen und zu verwerten. Besonders schöne Furniere schmücken jegliche Oberfläche und werden vorallem in der Möbelindustrie, sowie beim Yacht- und Autoinnenausbau verwendet. Jedoch ist die Anwendung aufgrund mechanischer Restriktionen auf eher einfach geformte Oberflächen und Trägerteile begrenzt. In der Vergangenheit wurden unterschiedliche Methoden entwickelt, um den Einsatzbereich von Furnieren durch eine erhöhte Flexibilität und Verformbarkeit auszuweiten, jedoch ist keiner dieser Prozesse in allen Aspekten zufriedenstellend. Aus diesem Grund wurde von Pfriem und Buchelt (2011b) eine neue Methode vorgeschlagen. Hierbei sollen Furniere mit Furfurylalkohol imprägniert werden, um einerseits die Furniere zu plastifizieren und eine erhöhte Flexibilität und Umformbarkeit zu ermöglichen. Andererseits härtet Furfurylalkohol in Gegenwart eines geeigneten Initiators und durch erhöhte Temperaturen begünstigt aus und bildet in den Zellwänden ein hartes, weitestgehend unlösliches Polymer aus. Hierbei wird angestrebt, die Polymerisation zu initiieren, wenn das imprägnierte Furnier bereits umgeformt ist, so dass das entstehende Polymer das Furnier im umgeformten Zustand fixiert. Die vorliegende Dissertation fasst die erzielten Ergebnisse von Experimenten zusammen, die durchgeführt wurden, um die plastifizierende Wirkung von Furfurylalkohol auf Ahornfurniere sowie die formfixierende und stabilisierende Eigenschaft des ausgehärteten Polymers zu untersuchen und den Einfluss unterschiedlicher Prozessparameter auf erzielte Materialeigenschaften zu bestimmen. Es konnte nachgewiesen werden, dass durch die Imprägnierung mit Furfurylalkohol ein Quellen der Zellwände verursacht wird und dass die getränkten Proben deutlich weicher sind als die Referenzproben und eine erhöhte Umformung aufwiesen. Diese erzielten Änderungen weisen auf eine deutliche Plastifizierung der Holzsubstanz hin. DSC-Analysen von Furnieren, die mit unterschiedlich zusammengesetzten Imprägnierflüssigkeiten auf Basis von Furfurylalkohol imprägniert wurden, belegen den Einfluss unterschiedlicher Initiatoranteile und Verdünnungen mit Ethanol auf die Polymerisation. Während höhere Anteile an Initiator eine rasche Reaktion bei niedrigeren Temperaturen und einen hohen Beladungsgrad hervorrufen, bewirken starke Verdünnungen des Furfurylalkohols mit Ethanol eine Verzögerung der Polymerisation und eine Verschiebung dieser zu höheren Temperaturen bei gleichzeitigen vergleichsweise geringen Beladungsgraden. Mit weiteren Versuchen konnte bestätigt werden, dass das Polymer des Furfurylalkohols in den Zellwänden die erzielte Umformung der Furniere fixiert und auch bei höheren Temperaturen und Luftfeuchten eine erhöhte Formstabilität bewirkt. Die Versuche haben gezeigt, dass Furfurylalkohol zur Plastifizierung und verbesserten Umformbarkeit von Furnieren sowie zu deren Formfixierung und Formstabilisierung genutzt werden kann, allerdings variieren die Materialeigenschaften mit unterschiedlichen Prozessparametern insbesondere mit unterschiedlichen Initiatoranteilen in der Imprägnierflüssigkeit.

The geometrical limits of the deep drawing process of paper to advanced shapes are not known. This report examines the technological limits of convex elements of the base shape in relation to the drawing height and shows the material behavior in the bottom radius of 3D shapes with regard to special material properties. In the bottom radius, non-compressed wrinkles occurred due to the in-plane compression, but wrinkles were reduced by an increased blank holder force or tool temperatures and improved extensibility or in-plane compressive strain. The forming ratio during deep drawing (drawing height related to base diameter) was increased to a value of more than 1 by a blank holder force, which increased with the drawing height such that the initial blank holder force was reduced concurrently. Straight sections in the base shape reduced the risk for ruptures in the edge radii of rectangular shapes, producing a forming ratio in these radii of 2.5. The forming ratio was further supported by a pattern of creasing lines at the blanks with a radial orientation and a number near the expected maximum number of wrinkles. The spring-back at rectangular shapes mainly depended on the drawing height and edge radius.

Wood is a natural and renewable resource and, moreover, a most decorative and beautiful material. Most valuable logs are used for veneer production for optimum exploitation and utilization. Attractive wood veneers adorn any surface and is primarily used for furniture, yacht and automotive interior works. However, such application of wood veneer is limited to rather simply shaped carrier components due to the veneer’s mechanical restrictions. Previously, several approaches have been discussed to flexibilize wood allowing a greater deformation, but none approach has been entirely satisfactory. On that score, another veneer modification process has been suggested comprising a furfuryl alcohol impregnation to plasticize the wood veneer realizing enhanced veneer flexibility and mouldability (Pfriem and Buchelt 2011b). In the presence of a suitable initiator and promoted by elevated temperatures, furfuryl alcohol forms a very hard, insoluble polymer inside the wood cell walls. If polymerization is initiated as the impregnated veneer is moulded, the polymer is assumed to fix the gained shape. This thesis summarizes experimental work investigating the effect of furfuryl alcohol modification on maple veneer plasticization, shape fixation, and shape stability and the impact of various process parameters on material characteristics. Veneer samples impregnated with furfuryl alcohol exhibited an increased cell wall swelling, were notably softer than dry reference veneer, and showed an enhanced mouldability comparable to water impregnated veneer samples. Each characteristic is indicative for an increased plasticization. DSC studies were carried out to assess the influence of various initiator contents and ethanol dilutions of the impregnation liquid on the curing reactions and the retained polymer yield. Thereby, high initiator contents promoted a more rapid curing at lower temperatures with higher polymer yields, whereas higher dilution shifted the curing towards higher temperatures and possibly retard the curing resulting in lower polymer yields. The furfuryl alcohol polymer retaining inside the cell walls was proved to fix the achieved shape of veneer providing moreover enhanced shape stability at elevated temperatures and increasing moisture compared to unmodified reference veneer samples. According to these findings, furfuryl alcohol modification can be used for wood veneer plasticization and improved mouldability, shape fixation, and stabilization. However, material properties vary notably with changing process parameters. / Holz ist nicht nur eine natürlicher und nachwachsender Rohstoff, sondern vielmehr auch ein sehr dekoratives und schönes Material. Die wertvollsten Baumstämme werden daher häufig zur Furnierproduktion genutzt, um diese raren Stämme bestmöglich auszunutzen und zu verwerten. Besonders schöne Furniere schmücken jegliche Oberfläche und werden vorallem in der Möbelindustrie, sowie beim Yacht- und Autoinnenausbau verwendet. Jedoch ist die Anwendung aufgrund mechanischer Restriktionen auf eher einfach geformte Oberflächen und Trägerteile begrenzt. In der Vergangenheit wurden unterschiedliche Methoden entwickelt, um den Einsatzbereich von Furnieren durch eine erhöhte Flexibilität und Verformbarkeit auszuweiten, jedoch ist keiner dieser Prozesse in allen Aspekten zufriedenstellend. Aus diesem Grund wurde von Pfriem und Buchelt (2011b) eine neue Methode vorgeschlagen. Hierbei sollen Furniere mit Furfurylalkohol imprägniert werden, um einerseits die Furniere zu plastifizieren und eine erhöhte Flexibilität und Umformbarkeit zu ermöglichen. Andererseits härtet Furfurylalkohol in Gegenwart eines geeigneten Initiators und durch erhöhte Temperaturen begünstigt aus und bildet in den Zellwänden ein hartes, weitestgehend unlösliches Polymer aus. Hierbei wird angestrebt, die Polymerisation zu initiieren, wenn das imprägnierte Furnier bereits umgeformt ist, so dass das entstehende Polymer das Furnier im umgeformten Zustand fixiert. Die vorliegende Dissertation fasst die erzielten Ergebnisse von Experimenten zusammen, die durchgeführt wurden, um die plastifizierende Wirkung von Furfurylalkohol auf Ahornfurniere sowie die formfixierende und stabilisierende Eigenschaft des ausgehärteten Polymers zu untersuchen und den Einfluss unterschiedlicher Prozessparameter auf erzielte Materialeigenschaften zu bestimmen. Es konnte nachgewiesen werden, dass durch die Imprägnierung mit Furfurylalkohol ein Quellen der Zellwände verursacht wird und dass die getränkten Proben deutlich weicher sind als die Referenzproben und eine erhöhte Umformung aufwiesen. Diese erzielten Änderungen weisen auf eine deutliche Plastifizierung der Holzsubstanz hin. DSC-Analysen von Furnieren, die mit unterschiedlich zusammengesetzten Imprägnierflüssigkeiten auf Basis von Furfurylalkohol imprägniert wurden, belegen den Einfluss unterschiedlicher Initiatoranteile und Verdünnungen mit Ethanol auf die Polymerisation. Während höhere Anteile an Initiator eine rasche Reaktion bei niedrigeren Temperaturen und einen hohen Beladungsgrad hervorrufen, bewirken starke Verdünnungen des Furfurylalkohols mit Ethanol eine Verzögerung der Polymerisation und eine Verschiebung dieser zu höheren Temperaturen bei gleichzeitigen vergleichsweise geringen Beladungsgraden. Mit weiteren Versuchen konnte bestätigt werden, dass das Polymer des Furfurylalkohols in den Zellwänden die erzielte Umformung der Furniere fixiert und auch bei höheren Temperaturen und Luftfeuchten eine erhöhte Formstabilität bewirkt. Die Versuche haben gezeigt, dass Furfurylalkohol zur Plastifizierung und verbesserten Umformbarkeit von Furnieren sowie zu deren Formfixierung und Formstabilisierung genutzt werden kann, allerdings variieren die Materialeigenschaften mit unterschiedlichen Prozessparametern insbesondere mit unterschiedlichen Initiatoranteilen in der Imprägnierflüssigkeit.