Holz ist ein vielseitiger Rohstoff, dessen Brennbarkeit Vor- und Nachteile bietet. Um seine Brandgefahr als Baumaterial zu minimieren, wurde in dieser Arbeit ein 2-stufiger Prozess zur in-situ Ausfällung von Calciumoxalat in Buche und Eiche entwickelt und untersucht. Dabei wurden Holzproben nacheinander mit Kaliumoxalat und Calciumchlorid oder Calciumacetat behandelt, um schwer wasserlösliche Calciumoxalatkristalle zu erzeugen. Nicht reagierte Substanzen wurden anschließend ausgewaschen. Die Untersuchungen zeigten, dass die Mineralisierung von Holz erfolgreich war. Dies konnte anhand von Kristallen in der Holzsubstanz nachgewiesen werden. Die Behandlung führte zu erhöhter Wasseraufnahme und Quellung durch verbleibende Nebenprodukte der Mineralisierung. Diese Änderung der Eigenschaften konnte durch Auswaschen diese Nebenprodukte reduziert werden. Die brandhemmenden Eigenschaften verbesserten sich durch alle Behandlungen signifikant. Mineralisiertes Holz erreichte Brandklasse Bfl (EN 13501) und zeigte in weiteren Tests wie dem Mass Loss Calorimeter und Single Flame Source Test vielversprechende Ergebnisse.:Table of Content Zusammenfassung ...................................................................................................................... 4 Abstract ...................................................................................................................................... 5 List of Abbreviations ................................................................................................................ 11 Danksagung .............................................................................................................................. 13 1 Motivation and Objectives ............................................................................................... 14 2 State of the art .................................................................................................................. 17 2.1 Wood anatomy and wood chemistry of European beech (Fagus sylvatica) and European oak (Quercus spp.) ............................................................................................... 17 2.2 Wood modification ............................................................................................... 23 2.3 Pyrolysis and combustion of wood ...................................................................... 28 2.4 Fire classification and fire retardants ................................................................... 32 3 Materials and Methods ..................................................................................................... 37 3.1 Course of action ................................................................................................... 37 3.2 Used salts and formulations to obtain calcium oxalate mineralized wood .......... 38 3.3 General 2-step mineralization process ................................................................. 40 3.4 General remarks on the selected wood ................................................................. 41 3.5 Analysis of the uptake and the distribution of the salts as well as the water adsorption properties of the mineralized wood. ................................................................... 41 3.5.1 Specimen preparation and methods for specimens treated at laboratory scale 41 3.5.2 Distribution of the salts in oak wood, treated with a pilot-scale autoclave ...... 45 3.6 Color changes ....................................................................................................... 46 3.7 Brinell Hardness ................................................................................................... 47 3.8 VOC measurements with TDS GC-MS and HPLC ............................................. 48 3.9 Thermogravimetric analysis ................................................................................. 49 Table of Content 3.10 Single flame source test ........................................................................................ 50 3.11 Radiant panel test ................................................................................................. 53 3.12 Statistical analysis ................................................................................................ 55 4 Results & Discussion ....................................................................................................... 56 4.1 Uptake, distribution, and conversion of the salts ................................................. 56 4.1.1 Uptake of the salts ............................................................................................ 56 4.1.2 Bulking Coefficient .......................................................................................... 59 4.1.3 Distribution of the salts .................................................................................... 62 4.1.4 Pilot scale experiments with thin oak lamellas ................................................ 74 4.1.5 Color changes due to the treatments ................................................................ 78 4.2 Wood-water interaction of the treated wood ........................................................ 82 4.2.1 Moisture uptake ................................................................................................ 82 4.2.2 Swelling of the treated wood ............................................................................ 85 4.2.3 Impact of the salts and the EMC on the Brinell hardness ................................ 89 4.2.4 Impact of the moisture content on the emissions (VOC) ................................. 93 4.3 Reaction to fire and thermal properties of the mineralized wood ........................ 97 4.3.1 Thermal behavior of the treated wood - TGA/DTG ........................................ 97 4.3.2 Single flame source test .................................................................................. 102 4.3.3 Mass loss calorimeter ..................................................................................... 106 4.3.4 Radiant panel test ........................................................................................... 114 5 Conclusions .................................................................................................................... 116 6 References ...................................................................................................................... 120 7 List of Tables .................................................................................................................. 136 8 List of Figures ................................................................................................................ 139 Appendix A: Supplemental Material ...................................................................................... 145 Appendix B: Paper I ............................................................................................................... Appendix B: Paper II .............................................................................................................. Appendix B: Paper III ............................................................................................................ Appendix B: Conference Proceedings I ................................................................................. Appendix B: Conference Proceedings II ................................................................................ Appendix B: Conference Proceedings III ..............................................................................

Eine wissenschaftliche Exkursion in den Blue Nile State der Republik Sudan im Jahr 2011 vermittelte einen Überblick über die forst- und holzwirtschaftliche Situation der Region. In den verbliebenen Naturwäldern führt der Nutzungsdruck seitens der örtlichen Bevölkerung zu einer starken Degradierung. Hauptbaumart der Wirtschaftswälder ist Acacia nilotica. Die Sägeindustrie des Landes konzentriert sich auf die Verarbeitung dieses Holzes zu Eisenbahnschwellen. Im Bereich Möbeltischlerei spielen einheimische Laubholzarten eine gewisse Rolle. Daneben wird europäisches Nadelholz importiert. Um die Entwicklung der Region zu fördern, muss das Ziel der weiteren Forschungsarbeit eine zielgerichtete und nachhaltige Bewirtschaftung und Nutzung der forstlichen Ressourcen sein.

Die Anatomie des Holzes stellt eine entscheidende Einflussgröße bei einer Vielzahl holztechnologischer Prozesse dar. Der Beitrag soll mit Hilfe rasterelektronenmikroskopischer Bildtafeln den anatomischen Bau des Holzes der Weiß-Eichen anschaulich vermitteln.

Ein Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Aufarbeitung zur anatomischen und chemischen strukturellen Zusammensetzung von vorrangig einheimischen Hölzern, um schließlich die physikalischen Eigenschaften bzw. deren Differenzen, auch im Unterschied zwischen Laub- und Nadelholz phänomenologisch im Sinne der Struktur-Eigenschafts-Beziehungen zu verstehen. Die Verbesserung von holzphysikalischen Defiziten wird im Rahmen der Arbeit hauptsächlich mithilfe von physikalischen Verfahren erläutert. Dazu erfolgen ausführliche Beschreibungen zum mechanischen Verdichten quer zur Faserrichtung des Holzes, der thermischen Modifikation sowie der Kombination aus beiden Verfahren. Dazu werden sowohl jeweils die verfahrenstechnischen Parameter und Vorgehensweisen als auch die resultierenden anatomischen, chemischen und den damit verbundenen physikalischen Eigenschaftsänderungen erläutert, insbesondere in Abhängigkeit der Parameteranwendung sowie im Unterschied zwischen Laub- und Nadelholz. Darüber hinaus werden bereits durchgeführte Studien zur physikalischen, chemischen und biologischen Holzmodifikation zur Verbesserung der akustischen Eigenschaften von Hölzern und deren möglicher Eignung für den Musikinstrumentenbau vorgestellt, zusammengefasst und jeweils bewertet. Schließlich werden zwei ausgewählte Fallbeispiele beschrieben, welche die Zielsetzung verfolgten, einheimische Holzarten mithilfe der physikalischen Holzmodifikation als Tropenholzersatz in Konzertgitarren und Elektro-Bassgitarren bauteilspezifisch zu verwenden. Der jeweilige Lösungsansatz wurde einerseits durch Einsatz der thermischen Modifikation und andererseits mithilfe einer Kombination aus dem Plastifizieren, mechanischen Verdichten quer zur Faserrichtung und der anschließenden thermischen Modifikation verfolgt. Zur Material- und Instrumentencharakterisierung wurden hierbei verschiedene Testmethoden verwendet und bewertet.:1 Einleitung 1 1.1 Hintergrund und Motivation 1 1.2 Aufbau und Vorgehensweise 5 2 Struktureller Aufbau und relevante Eigenschaften von Holz 6 2.1 Anatomie des Holzes 6 2.2 Chemie des Holzes 18 2.3 Physik des Holzes 39 3 Holzmodifikation 91 3.1 Allgemeines 91 3.2 Verdichten quer zur Faserrichtung 95 3.3 Thermische Modifikation 119 3.4 Kombination: Querverdichten und thermische Behandlung 167 4 Holzmodifikation im Musikinstrumentenbau 185 5 Thermische Modifikation am Beispiel von Klassikgitarren 221 5.1 Grundlagen und Erwartungen 221 5.2 Technologische Umsetzung 230 5.3 Prüfmethoden und Bewertungskriterien 233 5.4 Ergebnisse und Diskussion 247 5.4.1 Allgemeines 247 5.4.2 Optik, Rohdichte und Sorption 248 5.4.3 Mechanische Kennwerte 254 5.4.4 Akustische Kennwerte 262 5.4.5 Objektives Klangverhalten (Anzupftests) 271 5.4.6 Subjektives Klangverhalten (Spieltests) 276 6 Kombination von Querverdichten und thermische Behandlung am Beispiel des Griffbrettbaus für Elektro-Bassgitarren 285 6.1 Grundlagen und Erwartungen 285 6.2 Technologische Umsetzung 291 6.3 Prüfmethoden und Bewertungskriterien 294 6.4 Ergebnisse und Diskussion 296 6.4.1 Allgemeines 296 6.4.2 Optik, Rohdichte, Sorption 298 6.4.3 Mechanische Kennwerte 312 6.4.4 Akustische Kennwerte 315 6.4.5 Objektives Klangverhalten (Anzupftests) 323 6.4.6 Subjektives Klangverhalten (Spieltests) 327 7 Zusammenfassung 330 8 Ausblick 338 Literaturverzeichnis 340 Abbildungsverzeichnis 379 Tabellenverzeichnis 394 / One part of the thesis deals with the processing of the anatomical and chemical structural composition of primarily native woods in order to finally understand the physical properties and their differences, also in the difference between hardwood and softwood phenomenologically in the sense of structure-property relationships. The improvement of wood-physical deficits is mainly explained within the scope of the work with the help of physical methods. Detailed descriptions are given of mechanical densification across the grain direction of the wood, thermal modification and the combination of both methods. The process parameters and procedures as well as the resulting anatomical, chemical and associated physical property changes are explained, in particular depending on the parameter application and the difference between hardwood and softwood. Furthermore, the work is dedicated to studies that have already taken place on physical, chemical and biological wood modification to improve the acoustic properties of woods and their possible suitability in musical instrument making, summarized and evaluated in each case. Finally, two selected case studies are described which pursued the objective of using native wood species as a component-specific substitute for tropical wood in concert guitars and electric bass guitars with the aid of physical wood modification. The respective solution approach was pursued on the one hand by using thermal modification and on the other hand by using a combination of plasticizing, mechanical densification across the grain direction and subsequent thermal modification. Various test methods were used and evaluated for both material and instrument characterization.:1 Einleitung 1 1.1 Hintergrund und Motivation 1 1.2 Aufbau und Vorgehensweise 5 2 Struktureller Aufbau und relevante Eigenschaften von Holz 6 2.1 Anatomie des Holzes 6 2.2 Chemie des Holzes 18 2.3 Physik des Holzes 39 3 Holzmodifikation 91 3.1 Allgemeines 91 3.2 Verdichten quer zur Faserrichtung 95 3.3 Thermische Modifikation 119 3.4 Kombination: Querverdichten und thermische Behandlung 167 4 Holzmodifikation im Musikinstrumentenbau 185 5 Thermische Modifikation am Beispiel von Klassikgitarren 221 5.1 Grundlagen und Erwartungen 221 5.2 Technologische Umsetzung 230 5.3 Prüfmethoden und Bewertungskriterien 233 5.4 Ergebnisse und Diskussion 247 5.4.1 Allgemeines 247 5.4.2 Optik, Rohdichte und Sorption 248 5.4.3 Mechanische Kennwerte 254 5.4.4 Akustische Kennwerte 262 5.4.5 Objektives Klangverhalten (Anzupftests) 271 5.4.6 Subjektives Klangverhalten (Spieltests) 276 6 Kombination von Querverdichten und thermische Behandlung am Beispiel des Griffbrettbaus für Elektro-Bassgitarren 285 6.1 Grundlagen und Erwartungen 285 6.2 Technologische Umsetzung 291 6.3 Prüfmethoden und Bewertungskriterien 294 6.4 Ergebnisse und Diskussion 296 6.4.1 Allgemeines 296 6.4.2 Optik, Rohdichte, Sorption 298 6.4.3 Mechanische Kennwerte 312 6.4.4 Akustische Kennwerte 315 6.4.5 Objektives Klangverhalten (Anzupftests) 323 6.4.6 Subjektives Klangverhalten (Spieltests) 327 7 Zusammenfassung 330 8 Ausblick 338 Literaturverzeichnis 340 Abbildungsverzeichnis 379 Tabellenverzeichnis 394

Die Anatomie des Holzes stellt eine entscheidende Einflussgröße bei einer Vielzahl holztechnologischer Prozesse dar. Der folgende Beitrag behandelt den Bau der verholzten Zellwand am Beispiel der Tracheiden des Nadelholzes.

Die Anatomie des Holzes stellt eine entscheidende Einflussgröße bei einer Vielzahl holztechnologischer Prozesse dar. Der Beitrag soll mit Hilfe rasterelektronenmikroskopischer Bildtafeln den anatomischen Bau des Holzes der Gattung Picea anschaulich vermitteln.

Druckholz, das Reaktionsholz der Nadelgehölze, weicht in vielfältiger Weise vom normalen Stammholz ab: sein hoher Ligningehalt, die flachchraubige Orientierung der Fibrillen und die Dickwandigkeit der im Querschnitt runden Tracheiden bewirken eine rotbraune Färbung des Holzes, eine höhere Rohdichte, eine höhere Längsschwindung und eine geringere Zugfestigkeit. Die Eigenschaftsveränderungen des Holzes infolge des Vorhandenseins von Druckholz sind im Bereich der Holzbearbeitung zumeist nicht erwünscht. Druckholz kann jedoch auch gezielt zur Herstellung technologisch anspruchsvoller Produkte eingesetzt werden.

Die Partikelabscheidung aus Gasen findet bei einer Vielzahl industrieller Prozesse Anwendung. Die im Bereich der Emissionsminderung für die Abscheidung fester Partikel zumeist herkömmlich eingesetzten Anlagen gleichen einander stark und werden häufig auch als Entstaubungsanlagen oder -einrichtungen bezeichnet. Diese bestehen vorwiegend aus eckigen Gehäusen mit intern positionierten Filterelementen. Zum Schutz und zur Entlastung der Filterelemente finden häufig interne Prallbleche bzw. externe Fliehkraftabscheider Verwendung. Kaum bekannt und untersucht hingegen ist die Kombination von filternder Technologie mit Fliehkraftabscheidern innerhalb eines Gehäuses. Die vorliegende Arbeit untersucht das technologische Konzept kombinierter Bauformen und entwickelt zwei weitere Varianten. Die wissenschaftliche Untersuchung von deren Funktion erfolgt am eigens entwickelten Versuchsstand. Die zusätzliche experimentelle Analyse einer herkömmlichen Entstaubungseinrichtung ermöglicht die Gegenüberstellung der unterschiedlichen technologischen Konzepte. Überdies erfolgt die Entwicklung und Validierung eines numerischen Berechnungsmodells sowie der Vergleich mit verfügbaren Standard-Berechnungsmodellen. Ferner findet das validierte numerische Berechnungsmodell bei der strömungstechnischen Analyse der experimentell untersuchten kombinierten Bauformen Anwendung. Letztendlich erfolgt auf Grundlage der Untersuchungsergebnisse die Definition von Vor- und Nachteilen sowie potentieller Anwendungsgebiete. Darüber hinaus werden für die zukünftige Dimensionierung allgemeingültige Regeln und eine Berechnungsvorschrift abgeleitet. / Particle separation of gases has been applied to a variety of industrial processes. Conventional concepts for the separation of solid particles resemble each other and are often referred to as dust collectors. They mainly consist of square housings with internal filter elements. For the protection and relief of the filter elements one often uses internal baffles and external cyclones. However, very little is known and studied regarding the combination of filtering technology and centrifugal separators within the same housing. This dissertation examines the state of the art of combined designs and presents the development of two further variants. Their scientific investigation took place on an especially designed test rig. An additional experimental analysis of a conventional dust collector allows the comparison of the developed different technological concepts. Moreover, experiments were carried out in order to develop and validate a numerical simulation model and to allow a comparison with available standard computational models. Furthermore, the validated numerical model has been applied to the aerodynamic analysis of the experimentally investigated combined designs. Moreover, based on the derived results, advantages and disadvantages as well as potential areas of application were identified. Eventually, some universal rules and a calculation rule have been derived for future designs and lay outs.