Projekte am Forschungsbereich Materialwissenschaft und Werkstofftechnologie
Verbundvorhaben: Vakuum-Isolationspaneele auf Holzfaserbasis; Teilvorhaben 1: Herstellung, Produkteigenschaften, bauphysikalische Untersuchungen und Dauerhaftigkeit - Akronym: WoodVIP
| Das Forschungsvorhaben untersucht die Eignung von holzfaserbasierten Werkstoffen als Kernmaterial für Vakuum-Isolationspaneele (VIP) in technischen Anwendungen (bspw. Transportboxen) und Anwendungen im Gebäudebereich (bspw. Dämmung der Gebäudehülle). Die so hergestellten WoodVIP sollen im Vergleich zu konventionellen VIPs mit Kernen aus pyrogener Kieselsäure eine vergleichbare Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 0.007 – 0.009 W/(m K) aufweisen. Gleichzeitig werden durch den Einsatz eines nachwachsenden Rohstoffs als Kernmaterial deutliche Effekte auf die Ökobilanzierung der WoodVIP erwartet, da 95 – 99 % aller in den EPDs von VIPs betrachteten Umweltgrößen durch den Stützkern und hiervon mit 90 – 99 % durch den Stützkern-Rohstoff beeinflusst werden. Die Verwendung von vergleichsweise preisgünstigen Holzfasern als Kernmaterial ermöglicht darüber hinaus Kostenvorteile bei der Herstellung der WoodVIP. Gegenüber herkömmlichen, luftgefüllten Holzfaserdämmstoffen ergeben sich Vorteile durch die um den Faktor 5 – 7 niedrigere Wärmeleitfähigkeit der WoodVIP. Dadurch lassen sich schlankere Bauteilquerschnitte realisieren und das Substitutionspotential von Holzfasern gegenüber konventionellen Dämmstoffen wird durch den effizienteren Materialeinsatz erhöht. Im Weiteren wird durch die Umhüllung mit einer Hochbarrierefolie der Einfluss von Feuchtigkeit auf die Wärmeleitfähigkeit sowie der Befall der Holzfasern durch holzzerstörende Pilze, bzw. Schimmelpilze, auch ohne die Zugabe von Additiven, ausgeschlossen. In dem Projekt werden der Einfluss unterschiedlicher Holzarten und Fasergrößen auf die Wärmeleitfähigkeit, die Dauerhaftigkeit, die Ökobilanzierung und ökonomische Aspekte der WoodVIP untersucht und jeweils im Vergleich zu luftgefüllten Holzfaserdämmstoffen und konventionellen VIPs für repräsentative Anwendungen bewertet. | |
| Wissenschaftliche und technische Arbeitsziele: | |
| — Verringerung der Wärmeleitfähigkeit und damit des Materialeinsatzes der WoodVIP gegenüber herkömmlichen holzfaserbasierten Dämmstoffen | |
| — Erhöhung des Substitutionspotentials konventioneller Dämmstoffe | |
| — Verbesserung der Dauerhaftigkeit der WoodVIP gegenüber herkömmlichen holzfaserbasierten Dämmstoffen und gleichzeitiger Verzicht auf Additive. | |
| — Deutliche Reduzierung der Kosten der WoodVIP gegenüber VIP auf Basis pyrogener Kieselsäure bei vergleichbarer Wärmeleitfähigkeit. | |
| — Verbesserte Ökobilanz und einfacheres Recycling der WoodVIP gegenüber klassischer Vakuumpaneele durch den Einsatz nachwachsender Rohstoffe als Kernmaterial. | |
| — Verwertungsmöglichkeiten für Holzfasern aus Laubholz in einem Produktsegment mit hohen Margen (Hochleistungsdämmstoffe). | |
| — Erweiterung der Systempalette an Dämmstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen zur Herstellung platzsparender Bauteile in der Fläche und zur hocheffizienten Überdämmung von Anschlüssen in beengten Situationen. | |
| — Untersuchung des Einsatzes von WoodVIP für die Anwendung in Transportboxen. | |
| Im Teilvorhaben an der Holzforschung München werden dazu die Ausgasungseigenschaften an Holzfasern aufgrund flüchtiger Stoffe untersucht und Modifizierungsverfahren zur Druckstabilisierung erprobt. Die Daten zum resultierenden Herstellungsprozess und die dafür notwendigen Rohstoffe fließen in eine Ökobilanzstudie sowie eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung zur Nachhaltigkeitsbewertung der entwickelten Paneele ein. |
| Laufzeit | 01.12.2021 – 30.11.2023 |
| Bearbeitung | Lehrstuhl für Holzwissenschaft: Engelhardt, Max;; Windeisen-Holzhauser, Elisabeth; Sander-Titgemeyer, Anna; Weber-Blaschke, Gabriele; Richter, Klaus |
| Projektpartner | Forschungsinstitut für Wärmeschutz e. V. München: Projektkoordination und Bearbeitung des Teilvorhaben 1 (Herstellung, Produkteigenschaften, bauphysikalische Untersuchungen und Dauerhaftigkeit) |
| STEICO SE Feldkirchen: Teilnahme an Projekttreffen, Beratung, Produktion und Prüfungen, Bereitstellung von industriell hergestelltem Fasermaterial, Herstellung eines Demonstrators (Wand-/Dachbauteil unter Verwendung von WoodVIP) | |
| Va-Q-tec Würzburg: Teilnahme an Projekttreffen, Beratung, Bereitstellung von Versuchsmaterial, Produktion von Vakuumisolationspaneelen mit Holzfaserkern als Demonstrator, Produktion von Kühlboxen mit Holzfaserkern als Demonstrator, Qualifizierungstests an Demonstratoren | |
| Projektträger |
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| Gefördert durch |
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Verbundvorhaben: Holzbasierte Werkstoffe im Maschinenbau (HoMaba) - Berechnungskonzepte, Kennwertanforderungen, Kennwertermittlung
Um den Zugang in die Absatzmärkte des Maschinen- und Anlagenbaus zu ermöglichen konnte jetzt ein umfangreiches Forschungsvorhaben, gefördert durch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) über den Projektträger Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR), ins Leben gerufen werden.
Ziel des Vorhabens ist es, eine verbesserte Berechenbarkeit von Holzkompositen und Holzhybriden in Leichtbauanwendungen zu realisieren. Dazu gliedert sich das Verbundvorhaben in drei wesentliche Schwerpunkte:
- Die Entwicklung und Validierung eines zweistufigen Berechnungskonzeptes für statische, einachsige Beanspruchungen,
- die Spezifikation und Anwendung von Prüfmethoden für die Ermittlung von für Maschinen- bzw. Anlagenbau relevanten Materialkennwerte von Holz, Holzwerkstoffe und Holzhybriden sowie
- die Bewertung bzw. Validierung der Synthese aus Berechnungskonzept und Kennwertermittlung mittels Demonstratoren.
Das umfangreich angelegte Forschungsvorhaben wird im Verbund von neun wissenschaftlichen Einrichtungen durchgeführt und so die Kompetenzen für alle relevanten Holzwerkstoffarten innerhalb eines Projektes gebündelt.
Industriebetriebe aus den Bereichen Holzwerkstoff- und Klebstoffproduktion, Holzbau, Anlagen- und Maschinenbau sowie Mess- und Prüftechnik haben ihre Unterstützung für das Projekt zugesichert.
Als zentrales Forschungsergebnis werden die für die Bemessung geeigneten Kennwerte in einer elektronischen Datenbank zur Verfügung gestellt.
Das Projekt ist als Modellvorhaben ausgelegt: Anschlussvorhaben wie eine Erweiterung auf weitere Lastfälle, wie dynamische und mehrachsige Beanspruchungen, sowie einer Komplettierung der Kennwertdatenbank für alle relevanten Holzarten, HWS und Holz-Nichtholzverbunde sind mittelfristig geplant.
KlimaKleb - Erhöhung der Zuverlässigkeit von Verklebungen und Verbesserung des Emissi-onsverhaltens von Brettschichtholz (BSH) aus Buche
| Beschreibung: Im Projekt „KlimaKleb“ sollen zunächst sowohl die Flächen- als auch die Keilzinken-verklebung von Buchenholz für die Herstellung von konstruktiven Bauteilen untersucht werden. Das Entwicklungsziel besteht in einer zuverlässigen und einfachen Verbindungstechnologie, die sich standardisieren und in einem industriellen Herstellprozess umsetzen lässt. Um dies zu erreichen, sollen beispielsweise verschiedene Keilzinkenprofile, Pressdrücke oder Leimauf¬tragsmengen geprüft werden. Zudem soll besonderes Augenmerk auf die Klimaabhängigkeit der geklebten Verbindung während und nach dem Klebeprozess gelegt werden, um den Einfluss des Umgebungsklimas auf die Verklebungsqualität zu minimieren und somit die Verklebung zuverlässiger zu machen. Ein weiteres Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines neuartigen Trägeraufbaus als Alternative zum herkömmlichen Buchen-BSH. Es wird ein dreischichtiger Aufbau angestrebt: Die Mittellage des Trägers soll aus plattenförmigem, blockverleimtem Buchenholz bestehen, welche auch die Verarbeitung minderer, billigerer Qualitäten erlaubt. Die höher beanspruchten Zug- und Druckgurte sollen aus Lamellen höherer Qualität gefertigt werden. Darüber hinaus sollen gesundheitliche Aspekte im Projekt untersucht werden. Da Buchenholz von Natur aus eine geringe Menge an VOCs emittiert, ist es für eine Anwendung in Innenräumen sehr interessant. Untersuchungen auf diesem Gebiet, vor allem von Vollholz in Kombination mit diversen Klebstoffen fehlen bis dato jedoch. Das Emissionsverhalten von Brettschichtholz bzw. von in diesem Projekt neu entwickelten Bauteilen soll von der Herstellung bis zur Einbausituation überwacht werden. | |
| Laufzeit | 01.10.2018 - 30.09.2021 |
| Leitung | Georg-August-Universität Göttingen, Fakultät für Forstwissenschaften & Waldökologie, Abteilung Holzbiologie und Holzprodukte, Prof. Dr. Holger Militz TU München, Holzforschung München, Lehrstuhl für Holzwissenschaft, Prof. Dr. Klaus Richter |
| Projektpartner |
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| Projektförderung | Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des BMWi; Förderkennzeichen: 16KN042025 |
 
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| Informationen / Ergebnisse / Berichte | Nachfolgende allgemeine Links zu den Webseiten der Uni Göttingen und der Holzforschung MünchenUni GöttingenHolzforschung München |
SicherHolzKleben - Optimierung von 1K-PUR-Verklebungen dauerhafter und hochfester Holzarten
Ziel des Forschungsvorhabens ist es, das prozesssichere Kleben von bisher wenig genutzten Holzarten mit 1K-PUR-Klebstoffen im tragenden Holzbau sicherzustellen. Dazu werden an den Holzarten Buche, Birke, Lärche und Douglasie die Wirkungsweise von Primern sowie die Eignung von NIR-Spektroskopie als Qualitätssicherungsmethode untersucht.
| Projekthintergrund: Für den modernen Holzbau sind zuverlässige Klebungen unerlässlich geworden, da Holzkonstruktionen heute meist aus verklebten Bauteilen gefertigt werden. Aktuell werden hierfür fast ausschließlich die Holzarten Fichte und Tanne verarbeitet. Für weitere Holzarten müssen zunächst die technologischen Voraussetzungen für deren Nutzung geschaffen werden. So bieten beispielsweise die einheimischen Nadelhölzer Douglasie und Lärche aufgrund ihrer natürlichen Resistenz Vorteile bei Außenanwendungen. Die Laubholzarten Buche und Birke hingegen weisen aufgrund ihrer hohen Festigkeitswerte und Steifigkeit konstruktive Vorteile gegenüber der Fichte und Tanne auf. Im Holzbau werden Ein-Komponenten-Polyurethanklebstoffe (1K-PUR) seit ca. zwei Jahrzehnten angewendet und haben sich seither für Fichtenholz bewährt. Bei Holzarten mit hohem Extraktstoffanteil (z. B. Lärche, Douglasie) oder bei Holzarten, bei denen Feuchteänderungen hohe Spannungen hervorrufen (z. B. Buche, Birke), kann die Dauerhaftigkeit der Klebungen reduziert sein. Ein Lösungsansatz hierfür ist eine chemische Behandlung der Holzoberfläche mit Primern. Trotz des nachgewiesen positiven Effekts auf die Klebungsqualität ist die Funktion der Primer nach wie vor ungeklärt und bedarf weiterer Untersuchungen. Zudem ist die Verwendung eines Primers in der Praxis wenig erwünscht, da damit zusätzliche Kosten verbunden sind. Projektziele: (1) Die Funktionsweise von Primern für Holzklebungen soll besser verstanden werden, um ggf. mittelfristig diese Funktion in Klebstoffe integrieren zu können. Hierzu werden verschiedene Primer, die Wechselwirkung zwischen Primer und Holz und die Qualität des Klebverbundes mit verschiedenen Methoden untersucht. (2) Die N-IR-Spektroskopie soll auf ihre Eignung zur Qualitätssicherung von Klebeoberflächen evaluiert werden. Es soll geprüft werden, ob diese für die automatisierte Ermittlung der Holzfeuchte sowie zur Lokalisierung von klebhemmenden Substanzen auf Holzoberflächen geeignet ist. Dazu werden Grundlagenuntersuchungen im Labor durchgeführt und eine Übertragbarkeit der Ergebnisse auf den industriellen Maßstab geprüft. | |
| Laufzeit | April 2018 – März 2021 |
| Bearbeitung | Böger, Thomas; Özparpucu, Merve; Richter, Klaus |
| Finanzierung | Gefördert durch die Bayerische Forstverwaltung |
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