Entwicklung von Verfahren zum lastpfadgerechten Design textilverstärkter Furnierlagenverbundwerkstoffe [Furnierlagenverbunde]

Laufzeit: 07/2020 - 12/2022

Förderrahmen: AiF Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF), AiF-Forschungsvereinigung Holztechnologie/TIHD

Motivation:

Holz- und Holzverbundwerkstoffe basieren hingegen auf überwiegend nachwachsenden Rohstoffen, die während der Wachstumsphase atmosphärisches CO₂ binden. Produktlebenszyklusanalysen von holzbasierten Bauteilen zeigen, dass selbst eine thermische Verwertung am Ende der Nutzungsdauer zu einem geringeren Gesamt-CO₂-Ausstoß im Vergleich zu metallischen oder petrochemisch synthetisierten Werkstoffen führt. Aus diesem Grund rücken holzbasierte Werkstoffe, wie Furnierlagenverbunde, verstärkt in den Fokus der Anwendung als Konstruktionswerkstoffe und hochbelastbare Strukturbauteile. Dies belegen aktuelle Veröffentlichungen, die sich mit Berechnungsansätzen für Furnierlagenverbunde und Einsatzmöglichkeiten im Maschinen- und Fahrzeugbau beschäftigen.  Demgegenüber stehen jedoch die dem Holz eigenen naturbedingten Schwankungen der Materialeigenschaften, welche einem breiteren Einsatz von Furnieren in hochbelasteten Strukturbauteilen derzeit als entscheidendes Hemmnis im Weg stehen. Der natürliche Schwankungsbereich der mechanischen Kennwerte kann dabei bis zu 44 % des mittleren Wertes betragen. Art und Lage von Schwachstellen wie Ästen und Eigenschaftsschwankungen werden im Herstellungsprozess eines Furnierblatts nicht erfasst . Dies wirkt sich in Abhängigkeit des konkreten Belastungsfalls unterschiedlich stark auf das mechanische Verhalten eines daraus hergestellten Bauteils aus.  Aufgrund dieser Unkenntnis real vorliegender Materialeigenschaften, ist eine hinreichend genaue Berechnung oder Simulation des tatsächlich unter Belastung auftretenden Verhaltens holzbasierter Bauteile derzeit nicht möglich. Daraus folgend werden holzbasierte Werkstoffe in der Bauteilkonstruktion aktuell mit hohen Sicherheitsfaktoren beaufschlagt. Neben einer ineffizienten Materialausnutzung führt dies zu schwereren sowie überdimensionierten Bauteilen und somit zur Unattraktivität des Werkstoffes.

Projektziele:

• Entwicklung und Fertigung lokaler, lastpfadgerechter Textilverstärkungen zur Kompensation anwendungsrelevanter Schwachstellen im Furnierlagenverbundwerkstoff
• Entwicklung einer Routine zur Layouterstellung von Tailored Fiber Placement Strukturen aus von FEM-Simulationen abgeleiteten, anwendungsrelevanten Schwachstellen
• Integration individueller, lokaler Textilverstärkung mittels Tailored Fiber Placement in Fertigungsprozesse für Furnierlagenverbundwerkstoffe

 

Ansprechpartner

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