In der technischen Logistik bieten Bauweisen aus Holzverbundwerkstoffen, speziell aus schichtförmigen aufgebauten Halbzeugen (WVC – Wood-Veneer- Composites), eine Alternative zu Konstruktionen aus Metallwerkstoffen, vor allem aufgrund ihrer guten spezifischen mechanischen Eigenschaften sowie ihrer günstigen Korrosionseigenschaften. Benötigte Verbindungsmittel entstammen dabei dem Bau- oder Möbelsektor und sind vorrangig statischen Belastungen angepasst. Der Vortrag gibt einen kurzen Einblick in Bauweisen mit WVC und stellt dabei Forschungsergebnisse zu statischen und dynamischen Untersuchungen an prinzipiell geeigneten Verbindungselementen in den Vordergrund. Dabei wird vor allem auf holztypische Problemstellungen im Zusammenhang mit dynamischen Belastungen eingegangen. An Funktionsmustern werden mögliche Anwendungen in der Fördertechnik, speziell für den Stückguttransport, dargestellt.

Aufbauend auf historischen Anwendungen von Holzwerkstoffen in der Technik werden Vor- und Nachteile aus der Sicht des Maschinenbaus dargestellt sowie eine aktuelle Eignung dahingehend diskutiert. Besondere Aufmerksamkeit erfährt der integrative Leichtbau mit Holzfurnierlagenverbundwerkstoffen (Wood Veneer Composite, WVC). Durch deren modifizierbares Eigenschaftsprofil, in Verbindung mit einer an den Anwendungsfall angepassten Bauweise, ist eine zusätzliche Funktionsintegration möglich. Das Potenzial der Holzwerkstoffe wird an verschiedenen Konstruktionsbeispielen erläutert. Ergänzend werden Biege-Ersatz Emodul und Bauteilverformung eines Strukturelementes sowie Ergebnisse aus Ermüdungsversuchen der Verbindungstechnik dargestellt. Abschließend werden Probleme beider Umsetzung verschiedener Prototypen beschrieben und deren Lösung aufgezeigt. / Based on several historical applications of Wood Veneer Composites (WVC) the advantages and disadvantages of wood materials in today`s mechanical and plant engineering are discussed. Integrated WVC lightweight structures are especially taken into account. The highly modifiable mechanical properties of WVC’s allow application-adapted integration of further technical functions. The capabilities of integrated lightweight structures based on wood materials are demonstrated on several technical applications. Furthermore results of flexural tests, precisely the retrieved substitutet bending modulus and the maximal deflection as well as results of fatigue testing of the connecting components are given. Finally problems occurring during realization of WVC lightweight prototypes and their potential solutions are shown.

Durch die Entwicklung der vorgestellten modularen Bauweise ist es möglich, Maschinengestelle aus Holzfurnierlagenverbundwerkstoff (WVC) einfach herzustellen und technisch sinnvoll einzusetzen. Die modulare Bauweise kann sowohl für statische als auch dynamische Beanspruchungen im Allge-meinen Maschinenbau angewendet werden. In einem Baukastensystem werden Maschinenteile aus WVC durch geeignete Verbindungsmittel lösbar zusammengesetzt. Damit ist es möglich, eine hohe Flexibilität in der späteren Nutzung mit einer hohen Variantenvielfalt des Aufbaus durch entsprechend verschiedene Bauteile zu kombinieren. Im Vortrag werden die verschiedenen Belastungen des Holzverbundes im Maschinenaufbau charakte-risiert und auf Probleme bei der Konstruktion eingegangen. Abschließend werden Ergebnisse zu Dau-eruntersuchungen der Verbindungstechnik und des gesamten Maschinenaufbaus vorgestellt und diskutiert. / The development of the presented modular construction allows to manufacture wood veneer compos-ite (WVC) machine racks easily in a technical reasonable way. The modular construction can be used for both static and dynamic loading conditions in mechanical engineering. In the modular construction system the WVC machine components are connected detachable with adequate fasteners. This leads to high flexibility during the construction and assembly process of machine components. In the current presentation the different loading conditions of WVC profiles are characterized and the problems during construction described. Finally the results of the long term testing of the connection technique are presented and the complete machine system is discussed.

In der technischen Logistik bieten Bauweisen aus Holzverbundwerkstoffen, speziell aus schichtförmigen aufgebauten Halbzeugen (WVC – Wood-Veneer- Composites), eine Alternative zu Konstruktionen aus Metallwerkstoffen, vor allem aufgrund ihrer guten spezifischen mechanischen Eigenschaften sowie ihrer günstigen Korrosionseigenschaften. Benötigte Verbindungsmittel entstammen dabei dem Bau- oder Möbelsektor und sind vorrangig statischen Belastungen angepasst. Der Vortrag gibt einen kurzen Einblick in Bauweisen mit WVC und stellt dabei Forschungsergebnisse zu statischen und dynamischen Untersuchungen an prinzipiell geeigneten Verbindungselementen in den Vordergrund. Dabei wird vor allem auf holztypische Problemstellungen im Zusammenhang mit dynamischen Belastungen eingegangen. An Funktionsmustern werden mögliche Anwendungen in der Fördertechnik, speziell für den Stückguttransport, dargestellt.

Aufbauend auf historischen Anwendungen von Holzwerkstoffen in der Technik werden Vor- und Nachteile aus der Sicht des Maschinenbaus dargestellt sowie eine aktuelle Eignung dahingehend diskutiert. Besondere Aufmerksamkeit erfährt der integrative Leichtbau mit Holzfurnierlagenverbundwerkstoffen (Wood Veneer Composite, WVC). Durch deren modifizierbares Eigenschaftsprofil, in Verbindung mit einer an den Anwendungsfall angepassten Bauweise, ist eine zusätzliche Funktionsintegration möglich. Das Potenzial der Holzwerkstoffe wird an verschiedenen Konstruktionsbeispielen erläutert. Ergänzend werden Biege-Ersatz Emodul und Bauteilverformung eines Strukturelementes sowie Ergebnisse aus Ermüdungsversuchen der Verbindungstechnik dargestellt. Abschließend werden Probleme beider Umsetzung verschiedener Prototypen beschrieben und deren Lösung aufgezeigt. / Based on several historical applications of Wood Veneer Composites (WVC) the advantages and disadvantages of wood materials in today`s mechanical and plant engineering are discussed. Integrated WVC lightweight structures are especially taken into account. The highly modifiable mechanical properties of WVC’s allow application-adapted integration of further technical functions. The capabilities of integrated lightweight structures based on wood materials are demonstrated on several technical applications. Furthermore results of flexural tests, precisely the retrieved substitutet bending modulus and the maximal deflection as well as results of fatigue testing of the connecting components are given. Finally problems occurring during realization of WVC lightweight prototypes and their potential solutions are shown.

Literature shows that production of cottonseed adhesives is feasible to develop an environmentally friendly and competitive bio-based wood adhesive. Defatted cottonseed and water-washed cottonseed meals were prepared from glandless cottonseed and were used in adhesive formulations to produce three-ply yellow poplar (Liriodendron tulipifera) plywood panels as the first objective. These two cottonseed meals were compared with the properties of plywood panels made with an adhesive formulated from a commercial soybean meal, as a control. Adhesive resins were prepared from each protein meal with sodium metabisulfite (Na2S2O5) and one of two polyamido-amine-epichlorohydrin (PAE) wet strength agents, and the plywood panels were produced by hot pressing for 7, 8.5 and 10 minutes at 135°C with a constant pressure of 1.241 MPa. Panels prepared from three protein meals had comparable shear strengths. The combinations of the two cottonseed preparations and the two wet strength agents produced panels with acceptable wet resistant properties, whereas the soybean meal only produced acceptable panels with one of the wet strength agents. Because the panels prepared from the two cottonseed meals had comparable properties, there appears to be no benefit to including a water-washing step to increase the meal’s protein level. The second objective of this research was to reduce the hot press time and develop cottonseed meals into adhesives to become comparable to commercial soybean-based adhesives. New cottonseed, water-washed cottonseed, and commercial in-house soybean meals were separately prepared with deionized water, sodium metabisulfite, and PAE to produce three-ply yellow poplar plywood panels. The panels were hot pressed for 4, 5, and 6 minutes at 135°C with a constant pressure of 1.241 MPa. Panels prepared from the three meals and commercial soybean plywood panels had comparable mechanical shear strengths and water resistance properties. Results indicated that press time, meal types, and interactions were statistically significant. Shear strength results indicate that cottonseed could be used alternatively to soybean. The new cottonseed panels were more resistant to delamination than soybean. The cottonseed meals showed great promise for applicability as a formaldehyde-free, bio-based, and environmentally friendly hardwood plywood wood-based adhesives product for use in interior type applications.

Birch plywood has favorable mechanical properties that could be used in new types of connections for timber structures, and thus enable a substitution of the current system with steel plates. Such new connections could result in significant advantages in terms of environmental impact and economy as well as ease of prefabrication and mountability. However, there is a lack of data concerning some of the mechanical properties of birch plywood that would be necessary in order to perform a safe design. In particular, there is a lack of reliable data and understanding of the mechanical properties of birch plywood in directions other than along and perpendicular to the face grain. The aim of this thesis is to gain new knowledge about this anisotropy and to study the variation of the in-plane mechanical properties of birch plywood at different loading angles to the face grain, including effects of size and moisture changes. The goal is that this knowledge will serve as input for the design of birch plywood connections under various loading conditions in timber structures. Specifically, birch plywood specimens were laboratory tested in in-plane tension, compression, shear and bending. The results show that birch plywood possesses the highest tensile, compressive and bending strength and elastic modulus parallel to the face grain and the lowest ones at 45° to the face grain. The opposite findings were noticed for the shear strength and the shear modulus. Moreover, a size effect on the in-plane bending strength property was observed at 0° (parallel) and 90° (perpendicular) to the face grain but not at other angles, which is attributed to the different failure mechanisms. In addition, the increase of moisture leads to the decreased bending strength and elastic modulus in the hygroscopic range. Validated by the experimental work, both analytical and numerical models to predict the mechanical performance of birch plywood under different load conditions and various moisture contents are proposed. / Björkplywood har gynnsamma mekaniska egenskaper som skulle kunna användas i nya typer av knutpunkter (förband) för träkonstruktioner, och därmed möjliggöra en substituering av dagens system med stålplåtar. Sådana nya knutpunkter kan innebära avsevärda fördelar när det gäller miljöpåverkan och ekonomi samt en enkel prefabricering och monterbarhet. Det saknas dock data när det gäller vissa mekaniska egenskaper hos björkplywood som är nödvändiga för att kunna utföra en säker design. I synnerhet saknas tillförlitliga data och förståelse kring de mekaniska egenskaperna hos björkplywood i andra riktningar än längs och tvärs dess ytfanér. Syftet med denna avhandling är att ta fram ny kunskap om denna anisotropi och studera variationen av de mekaniska egenskaperna hos björkplywood i dess plan vid olika belastningsvinklar mot ytfanérets fiberriktning, inklusive effekter av storlek och fuktförändringar. Målet är att denna kunskap ska fungera som input för design av björkplywood-förband under olika belastningsförhållanden i träkonstruktioner. Specifikt testades prover av björkplywood i dess plan i drag, tryck, skjuvning och böjning. Resultaten visar att björkplywood har den högsta drag-, tryck- och böjhållfastheten och elasticitetsmodulen parallellt med ytfanérets fiberriktning och den lägsta vid 45° mot densamma. Det motsatta gäller för skjuvhållfasthet och -modul. Dessutom observerades en storlekseffekt avseende böjhållfastheten vid 0° (parallell) och 90° (vinkelrätt) mot ytfanérets fiberriktning men inte vid andra vinklar, vilket förklaras genom de olika brottmekanismerna. Dessutom leder ökningen av fukt till minskad böjhållfasthet och elasticitetsmodul i det hygroskopiska området. Validerat av det experimentella arbetet föreslås både analytiska och numeriska modeller för att förutsäga den mekaniska prestandan hos björkplywood under olika belastningsförhållanden och olika fuktkvoter. / <p>QC 20221117</p>

Es wird ein einfacher Berechnungsansatz für ein Baukastensystem aus Kastenprofilen verschiedener Querschnittsabmessungen erarbeitet. Diese Profile bestehen aus WVC (Wood Veneer Composites, Holzfurnierlagenverbundwerkstoffen). Der Ansatz bildet den statischen Lastfall und das Ermüdungsverhalten unter schwellende Dreipunktbiegung ab. Am Beispiel eines ausgewählten Strukturbauteils aus handelsüblichen Birkensperrholz wird der Berechnungsansatz konkretisiert und durch Versuche evaluiert. Aufbauend auf dem Kraft-Verformungsverhalten der analysierten Einzelbauteile und der kapillarporösen Struktur des Holzes wird bei dem Berechnungsansatz auf eine Analyse der Spannungen verzichtet. Stattdessen wird als Berechnungskriterium die kritische Normaldehnung in der Randfaser der Strukturbauteile genutzt. Weiterhin wird eine Methode vorgestellt um mittels niederzyklischen Ermüdungsversuchs (LCF, ca. 1e+03 Lastwechsel) den „Knickpunkt“ der Zeitfestigkeitslinie eines einstufigen Ermüdungsversuchs bei hohen Lastspielzahlen (HCF, 1e+06 bis 1e+07 Lastwechsel) für diese Strukturbauteile zu bestimmen. / It was developed a simple approach for the calculation of a modular construction system for box sections (profile structures) of different cross-sectional dimensions. These profile structures consists of WVC (Wood Veneer Composites). The approach maps the static load case and the fatigue behavior under pulsating three-point bending. By using a structural component made from commercial birch plywood, the calculation approach is specified and verified. Based on the force-deformation behavior of the analyzed single components in connection with the capillary-porous structure of the wood, the calculation approach dispense on an analysis of the tensions. Instead, a criterion, which calculates the critical normal strain in the outer fibers of the structural components, is used. Furthermore, a method of a low-cycle fatigue test (LCF, abbr. 1e+03 cycles) is presented. This method detects the “knee point" of the fatigue limit line for the profiles. That point is usually determined by the use of a high-cycle fatigue tests (HCF, 1e+06 until 1e+07 cycles).

In dieser Arbeit werden Berechnungsvorschriften für Insertverbindungen in Holzfurnierlagenverbundwerkstoffen (WVC) mit dem Ziel erstellt, diese zur Auslegung und Nachweisführung in Anwendungen des Maschinenbaus zu verwenden. Nach Definition eines entsprechenden Anforderungsprofils erfolgt eine umfangreiche Darstellung des Standes der Technik. Dabei wird speziell auf die rechnerische Nachweisführung von Verbindungen im Bauwesen eingegangen, schwerpunktmäßig durch die im Eurocode 5 (DIN EN 1995) definierten Modelle für stiftförmige Verbindungsmittel. Im zweiten, praktischen Teil der Arbeit erfolgt die Durchführung und Auswertung umfangreicher Versuche. Dabei werden in einem ersten Schritt wesentliche Materialkennwerte der verwendeten Holzwerkstoffe bestimmt. Die zweite Gruppe der experimentellen Untersuchungen hat das Trag- und Verformungsverhalten vollständiger Insertverbindungen zum Inhalt. Dabei werden die unter statischen Aspekten wichtigen Einflussparameter auf die Tragfähigkeit bei Belastungen in Richtung sowie quer zur Stiftachse bestimmt und geometrische Vorzugsparameter ermittelt. Unter deren Zugrundelegung erfolgt eine Ausweitung der experimentellen Untersuchungen auf dynamische Lastfälle durch eine Ableitung von Wöhlerlinien bei Zugschwellbelastung. Auf Grundlage der durchgeführten Versuche werden Modelle zur Berechnung von Insertverbindungen nach den Methoden des Ingenieurholzbaus abgeleitet. Deren Anwendbarkeit wird an einem konkreten Beispiel in Form einer Transportrollenbahn für die Verwendung in der technischen Intralogistik demonstriert. / In this work, calculation fundamentals for insert fastenings in wood veneer composites (WVC) are developed with the aim to use them for the dimensioning and verification in mechanical engineering applications. After defining the functional requirements there is a comprehensive description of the best demonstrated available technology. The arithmetical verifications of connections used in civil engineering are thereby specifically addressed with the main focus on defined models for dowel type fasteners within Eurocode 5 (EN 1995). In the second part of the work comprehensive technical tests are implemented and evaluated. At first essential material properties of the used wood materials are determined. The following experiments contain the load bearing and deformation behavior of complete insert connections. The determination of important influencing parameters of the statical strength under axial and traverse loads is thereby involved, followed by an extension on dynamic load cases by a derivative of Woehler curves (stress - cycle diagram). Based on these experiments are models derived to provide calculation fundamentals to dimension insert connections. The practical applicability of the developed specifications is shown by dimensioning the connections of a roller conveyor made of WVC (technical logistics).

Cette étude présente une dimension économique, sociale et environnementale très importante. Elle rentre dans le cadre du projet Franco-Marocain PHC Toubkal (Ecopama, Volubilis 2012). Son objectif majeur est de valoriser les écorces Marocaine d’Acacia mollissima par une extraction verte permettant l’obtention des produits réactifs, des tanins condensés, qui seront utilisés dans le collage des panneaux de contreplaqués. Trois méthodes d’extraction ont été étudiées. Deux sont conventionnelles, une macération et une infusion ; ces deux techniques d’extraction sont simples, peu coûteuses. La troisième est une extraction assistée par micro-ondes ; c’est une technique innovante, rapide et peu consommatrice en solvant. La méthodologie des plans d’expériences est utilisée dans cette étude pour déterminer les facteurs les plus significatifs pour l’amélioration du rendement d’extraction des tanins condensés, optimiser les conditions d’extractions, réduire la proportion de solvant utilisé ainsi que le temps d’extraction. L’impact des conditions d’extraction et des méthodes d’extraction sur la teneur des tanins condensés sont étudiés pour la première fois pour les écorces d’Acacia mollissima du Maroc. Les extraits ont été caractérisés par des dosages colorimétriques, par des analyses structurales et thermiques. Les trois méthodes d’extraction ont été comparées. La teneur des extractibles est affectée par la proportion de solvant utilisé et le temps d’extraction. L’extraction assistée par micro-onde présente des teneurs en tanins condensés supérieure à l’extraction par des méthodes conventionnelles mais la teneur en sucre extraits est aussi élevée. Des formulations de colles à base de tanin et de lignosulfonate ont été élaborées en utilisant l’hexamine comme durcisseur. La colle biosourcée et ses constituants ont été caractérisés par analyse thermogravimétrique (ATG), et par calorimétrie différentielle à balayage (DSC). Les propriétés thermomécaniques et mécaniques des colles élaborées sont évaluées. L’optimisation des conditions de pressage des panneaux de contreplaqués, ainsi que le ratio tanin-lignosulfonate glyoxalé, ont été réalisées. La résistance des panneaux à l’eau froide et chaude est améliorée par l’addition de la résine époxy aux formulations de colle. Les propriétés mécaniques des panneaux de contreplaqués encollés ont été évalués par des tests normatifs et ont été comparés à celle des résines synthétiques commerciales (urée formaldéhyde et phénol formaldéhyde). La qualité de collage des panneaux élaborés a été évaluée. Les différentes colles présentent des caractéristiques physiques et thermiques satisfaisantes et acceptables pour les industries de collage des panneaux de bois. Des panneaux de contreplaqués avec de bonnes performances mécaniques et une excellente résistance à l’eau froide et bouillante ont été fabriqués. Ces colles présentent une qualité de collage qui se rapproche de celle des résines phénol-formaldéhyde, et peuvent être utilisées avec succès, pour une application industrielle des panneaux de contreplaqués, en milieu sec, humide et extérieur. / This study has an important economical, social and environmental dimension. It was conducted within the framework Franco-Moroccan PHC Toubkal "Ecopama, Volubilis 2012". The desire to enhance Moroccan bark of Acacia mollissima by the use of green extraction and also to obtain reagent products, condensed tannins, was the main objective of this study. These tannins will be used in the bonding of plywood panels. Three extraction methods were studied. Two are conventional, maceration and infusion; witch is simple and cheap extraction method. The third is microwave assisted extraction which is a fast, innovative method using a small amount of solvent. The experimental design methodology was used to identify the significant factors to improve yield extraction of condensed tannins, to optimize extraction process, to reduce solvent proportion and time extraction. The impact of extraction conditions and extraction process were studied for the first time on condensed tannins contents extracted from Moroccan bark of Acacia mollissima. The extracts were characterized using colorimetric assays, structural and thermal analysis.The three types of extraction were compared. The extractibles contents were affected by solvent proportion and also time extraction. Microwave assisted extraction produced a higher condensed tannins than the conventional method but in the other hand the sugars extracted is more important. Tannin-lignosulfonate adhesives were produced using hexamine as a hardener. The biobased adhesive formulations and their compounds were compared using thermogravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC) and by determining the thermal and mechanical proprieties of the adhesives. Optimal tannin-glyoxalated lignosulfonates ratio and pressing conditions of plywood panels were measured. The resistance of plywood panels to the cold and hot water was improved by the addition of epoxy resin in adhesive formulations. Mechanical properties of plywood panels made with tannin-lignosulfonates-epoxy adhesives were evaluated using normative standard and compared to those of panels made with a commercial resins (urea formaldehyde and phenol formaldehyde). The bonding quality of plywood panels elaborated was evaluated. The various adhesives elaborated have satisfactory and acceptable physical and thermal characteristics for bonding panels used in wood industries. Plywood panels with good mechanical performance, good resistance to cold water and to boiling water, were produced. The bonding quality of the adhesives elaborated in laboratory scale presented approximate proprieties than the phenol-formaldehyde resins which can use with successfully in dry, wet and exterior industrial application of plywood panels.