Universiẗat, Diss.--Göttingen, 2006.

Zugl.: Göttingen, Universiẗat, Diss., 2007.

Nachwachsende Rohstoffe stellen in zunehmendem Umfang eine sinnvolle Alternative zu herkömmlichen Konstruktionswerkstoffen im Maschinen- und Anlagenbau dar. Speziell Lagenholzwerkstoffe bieten enormes Potential, den Anforderungen an Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz gerecht zu werden, ohne auf eine entsprechende technische Leistungsfähigkeit verzichten zu müssen. In diesem Zusammenhang wird im Vortrag ein an der Technischen Universität Chemnitz entwickeltes Konzept vorgestellt, Metallwerkstoffe (Stahl und Aluminium) im Maschinenbau durch nachwachsende Rohstoffe zu substituieren. Am Beispiel eines in der Automobilproduktion eingesetzten Fördersystems aus Holzwerkstoff wird dieses Konzept erläutert. Dabei handelt es sich um ein im Karosserierohbau bei Volkswagen verwendetes Skidfördersystem. Anhand einer Anforderungsliste wird im Vortrag schwerpunktmäßig der konstruktive Aufbau des Förderers vorgestellt, wobei vor allem die Unterschiede und Besonderheiten zur herkömmlichen Metallbauweise im Vordergrund stehen. Die Berechnung und Auslegung der Transporteinheit erforderte besondere Rechenmodelle, die für die verwendeten Insertverbindungen hergeleitet wurden und im Vortrag kurz erläutert werden. Speziell das dynamische Anforderungsprofil der Anwendung an die Struktur sowie die Verbindungstechnik ist durch bekannte Berechnungsgrundlagen (Bauwesen, Eurocode 5) nicht abgedeckt. Aus diesem Grund werden dem Maschinenbau entstammende Dauerfestigkeitsbetrachtungen speziell für Verbindungen des Ingenieurholzbaus genutzt. Zum Abschluss des Vortrages wird auf den mittlerweile eineinhalb jährigen, störungsfreien Praxiseinsatz bei der Volkswagen AG in Wolfsburg eingegangen und die Vorteile zum herkömmlichen Stahlfördersystem aufgezeigt. / Renewable resources become more and more a useful alternative to conventional construction materials in machine and plant construction. Especially wood veneer composites offer an enormous potential to meet the requirements of sustainability and resource efficiency without having to give up appropriate technical and mechanical capabilities. In this context the University of Technology in Chemnitz has developed a concept to replace metal materials such as steel or aluminum in mechanical engineering by renewable resources. A skid conveyor system made of wood veneer composites in automotive production used by Volkswagen will give a further explanation of this concept. Based on a list of requirements the lecture focuses the structural design. Especially the most notably differences and peculiarities to the conventional metal construction will be shown. The calculation and dimensioning required special calculation models, which have been derived for the used insert joints. Especially the dynamical requirement specifications of the application concerning the structure itself and the joints are not covered by computational models from civil engineering (Eurocode 5). Therefore fatigue strength examinations originated from mechanical engineering were adapted for joints usually used in timber engineering. The speech closes by summarizing the 18 month failure-free operation of totally five conveyor units at Volkswagen in Wolfsburg as well as their advantages compared to the conventional steel conveyor system.

Auf der Basis experimenteller Untersuchungen im Labor- und Technikummaßstab wurden Verfahren konzipiert, nach denen Holzhackschnitzel ohne Einsatz synthetischer Leime zu Pressformkörpern hoher Qualität verarbeitet werden können, für die es ein Nutzungspotenzial als Werk- bzw. Baustoff gibt. Wichtiger Bestandteil der neuen Verfahren sind die Zerfaserung der Hackschnitzel mit Hilfe eines Doppelschneckenzerfaserers, die Modifizierung der Holzfasern mit Weichbraunkohle und/oder Löschkalk sowie mit Kraftwerksasche und die Verpressung der modifizierten Holzfasern mit hohen oder niedrigen Pressdrücken. Als eine Schlüsselmaßnahme für die Realisierung gewünschter Produktqualitäten erwies sich die hydromechanische Aktivierung aller beteiligten Rohstoffe. Neben der Ermittlung optimaler Verfahrensparameter wurden umfangreiche Untersuchungen zur Charakterisierung bauphysikalischer Eigenschaften der Produkte durchgeführt. Um Einsatzchancen abzuschätzen, wurde eine Schätzung der Herstellungskosten vorgenommen.

Im Projekt wurde die Substitution von Metallen durch Holzwerkstoffe in drei ausgewählten Anwendungsfällen untersucht. Es wurde ein Arbeitstisch mit Nutenplatte, ein Schlitten für einen Rollenprüfstand und ein Vertikalförderer in Metallbauweise subsituiert. Die resultierenden drei Holzbauweisen wurden als Prototyp realisiert. Ein Vergleich der Bauweisen zeigt technische, ökonomische und ökologische Vorteile sowie Grenzen der Holzbauweisen. Förderkennzeichen: 22023611 bzw. 11NR236 / The substitution of three applications made from metals using wooden materials was the objective of the project. A workbench with a slotted table top, a sliding carriage for a roller test bench and a vertical conveying system have been substituted. As a result, three wood constructions were realized as prototypes. A comparison of the constructions shows technical, economical and ecological advantages as well as limits of the wood design itself.

Voraussetzung für den Einsatz von Holzwerkstoffen im Maschinenbau sind nachvollziehbare Berechnungskonzepte mit (semiprobabilistischen) Sicherheitskonzepten, die holzspezifische Materialcharakteristiken berücksichtigen und dem Maschinenbaukonstrukteur eine zuverlässige Auslegung von Bauteilen ermöglichen. Dafür ist es nötig, die Materialeigenschaften und deren Abhängigkeiten von äußeren Einflussfaktoren zu kennen, zu erfassen und in ein Sicherheitskonzept zu integrieren. Das Ziel ist die Ableitung eines globalen Sicherheitsfaktor als Funktion verschiedener Teilsicherheitsbeiwerte. Das sind wesentliche Kerninhalte und Ziele des von der Fachagentur für nachwachsende Rohstoffe (FNR) geförderten Projektes „Holz im Maschinenbau – Kennwertermittlung, Berechnung, Simulation“ (nachfolgend HoMaba genannt), die im vorliegenden Posterbeitrag vorgestellt werden.

Der Beitrag analysiert die Verbindung der Einzelschichten von Holz-Pappe-Sandwichelementen mittels Scherversuch sowie deren Materialeigenschaften im 3- und 4-Punkt-Biegeversuch. Ziel der Analysen ist eine Klassifizierung des Eigenschaftsspektrums für potentielle Anwendungsfelder in tragenden Strukturen des Maschinenbaus.

Es wurde ein plattenförmiges Qualitätshalbzeug aus Spezialholzwerkstoffen für den konstruktiven Einsatz im Maschinebau, mit dem Schwerpunkt Fördertechnik entwickelt. Mit diesem Halbzeug sind ökologisch vorteilhafte Konstruktionen möglich. Entwicklungsschwerpunkte waren: einstellbare, hohe absolute und spezifische mechanische Eigenschaften mit kleinen Streuungen. Die Entwicklung wurde durch verschiedene Werkstoffprüfungen von Labor- und Industriewerkstoffen begleitet und deren Ergebnisse mittels speziell erarbeitetet Bewertungskriterien evaluiert. Weiterhin wurde das Werkstoffverhalten von diversen Holzwerkstoffen unter dynamischer Belastung klassifiziert. / A panel-shaped high quality semi-finished product made of special wood-based materials for structural applications in mechanical engineering, with a focus on materials handling technology, was developed. With said semi-finished product ecologically advantageous constructions are possible. Development priorities were: adjustable, high absolute and specific mechanical properties with little variation. The development was accompanied by various materials tests of laboratory and industrially manufactured materials, and their results were evaluated by specially developed evaluation criteria. Furthermore, the material behaviour of various woodbased materials under dynamic loading was classified.

Der Einsatz von Holz- und speziell Holzfurnierlagenverbundwerkstoffen (WVC) konzentrierte sich in den vergangen Jahrzehnten nahezu ausschließlich auf den Möbelbau und den Bausektor. Eine Verwendung von Holzwerkstoffen im Sinne einer angemessenen technischen Nutzung der vorhandenen Eigenschaften im Maschinen- und Anlagenbau wird hingegen aktuell kaum praktiziert. Der Vortrag zeigt anhand der Darstellung und Analyse des Standes der Technik Einsatzmöglichkeiten des Werkstoffes im Maschinen- und Anlagenbau auf und charakterisiert dabei die Bereiche, in denen noch verstärkt gearbeitet werden muss, um diese Einsatzmöglichkeiten angemessen nutzen zu können. Weiterhin werden grundlegend relevante Werkstoffeigenschaften für das angestrebte Einsatzgebiet charakterisiert und erste Einblicke in Bauformen aus WVC gegeben, mit denen ein praktischer Einsatz im Allgemeinen Maschinenbau und damit in der Fördertechnik technisch sinnvoll ist. / For the last decades the usage of plywood materials (Wood Veneer Composites) was mainly focused on furniture and civil engineering. At the moment there is no adequate technical use of wood based materials in mechanical engineering in respect to its particular properties. Following the state of the art several fields of application in mechanical engineering are presented as well as subjects were identified which need further investigation. Relevant material properties for the aspired technical application are characterized. Furthermore an insight in realized designs of WVC structures is given.

Auf der Grundlage technischer, wirtschaftlicher und ökologischer Kriterien werden drei Prototypen unterschiedlicher Anwendungen in Holz- und Metallbauweise untersucht und deren Unterschiede bewertet. / Based on technical, economic and ecological criteria, three prototypes of different applications in wood and metal construction are examined and their differences are evaluated.