Hohlprofile aus Holz für Bau und Industrie

Leichtbau-Hohlprofile mit variabler Querschnittsgeometrie aus Rotbuchenfurnier und duroplastischer Bio-EP-Matrix. Die mehrlagigen Holz-Preformen werden automatisiert aus kontinuierlichen Furnierstreifen geflochten, Ø ca. 50 mm.
Bild ILK, TU Dresden

Röhrenförmige Bauteile, auch als Hohlprofile bezeichnet, sind leicht, materialsparend und dennoch stabil. Das macht sie für zahlreiche Anwendungen interessant, etwa für tragende Strukturen im Bausektor, im Fahrzeug- oder Möbelbau. Hölzerne Hohlprofile sind bislang noch der Ausnahmefall. Vielversprechende Forschungsergebnisse öffnen dem Werkstoff nun die Tür zu neuen Anwendungen.

Im Vorhaben Lignobraid entwickelten Wissenschaftler der Technischen Universität Dresden erfolgreich Hohlprofile aus maschinell geflochtenen Furnierbändern. Die Furniere bestehen aus naturbelassenem Rotbuchen- und Birkenholz. Im Zuge der Bauteilfertigung im Formwerkzeug findet eine Oberflächenimprägnierung mit einem Bio-Epoxidharzsystem statt.

Zu den Vorteilen des neuen Verfahrens zählt sein hoher Grad an Automatisierbarkeit. Die Profile punkten mit guten mechanischen Eigenschaften, so liegt der E-Modul auf dem Niveau glasfaserverstärkter Kunststoffe. Hinzu kommt die gestalterische Möglichkeit, ein und dasselbe Profil in variierenden Querschnitten, rund oder eckig, herzustellen.

Röhre aus geflochtenem Weidenholz, Ø 50 mm. Die Erhöhung der Flechtdichte und Ergänzung mit einem Binder versteift das Rohr. Variationen der Flechtart ermöglichen Variationen der Röhrengeometrien.
Bild Bau Kunst Erfinden, Universität Kassel

Einen ebenfalls textilen Ansatz verfolgt im Vorhaben ‹Salix AFS› ein Team der Universität Kassel. Beteiligt sind ausserdem die Heinrich Kuper GmbH und die Hochschule für angewandte Wissenschaften Hof. Noch bis 2027 arbeiten sie daran, Gewebe und Röhrengeflechte bis 40 cm Durchmesser aus Endlos-Weidenholzfaden industriell und automatisiert herzustellen.

Die Herausforderung liegt in der gezielten Entwicklung einer Maschinentechnologie in Zusammenspiel mit dem Weidenholzfaden. Weidenholz weist ein günstiges Verhältnis von Biegeelastizität, Zugfestigkeit und Gewicht auf, was es unter anderem für den Leichtbau prädestiniert. Textile Gebilde aus Weidenholz bringen gestalterisch, etwa für die Innenarchitektur, aber auch für technische Anwendungen, zum Beispiel für Verbundwerkstoffe, hohes Potential mit.

Hohlprofil aus quergebogenem Buchenvollholz mit 30 mm Wandstärke, Ø 400 mm, gefügt mit 1-Komponenten-PUR. In Kombination mit einer Armierung aus faserverstärkten Kunststoffen lässt sich die Tragfähigkeit weiter erhöhen. Die Materialeinsparung von Formholz ist im Vergleich zu Schnitt- und Leimholz sehr gross.
Bild TU Dresden, Institut für Stahl- und Holzbau

Auf Vollholz setzte das Institut für Stahl- und Holzbau der TU Dresden und die GHEbavaria Maschinen GmbH im Vorhaben ‹Querbiegen›. Sie stellten Hohlprofile aus quer zur Faser gekrümmtem Vollholz her. Während das Biegen längs zur Faser im Möbelbau zum Stand der Technik gehört, ist das Querbiegen tragender Querschnitte im Bauwesen neu.

Der Vorteil der Formholzprofile besteht in ihrer hohen Materialeffizienz, der Verwendung beliebiger heimischer Holzarten und in der Kombination mit Faserverbundwerkstoffen, wodurch die Profile einen Beitrag zur Biodiversität im Wald leisten und dennoch alle Bauaufgaben meistern können. Anwendungsmöglichkeiten sehen die Forschenden im Bauwesen sowie im Fahrzeug-, Maschinen- und Möbelbau.

Querschnitt eines hochfesten Rohres aus plastifizierten und verdichteten Rundholzstangen, 50 mm Wandstärke, Ø 200 mm, armiert mit Carbonfasern.
Bild Tom-Egmont Werner/Niemeier Fahrzeugwerke GmbH

Ein Strangpressverfahren zur Endlosherstellung hochfester Formholzrohre entwickelten Forschende unter Koordination der Niemeier Fahrzeugwerke GmbH im Vorhaben ‹Woodtrusion›. Projektpartner waren die Steinbeis Innovation GmbH und das Sächsische Textilforschungsinstitut. Die Demonstrationsanlage verdichtet kreisförmig angeordnete Fichtenstangen mit geringem Durchmesser von ca. 50 mm unter Einfluss von Druck, Feuchtigkeit und Temperatur zu Rohrprofilen. Eine Umwindung mit Glas-, Carbon- oder Aramidfasern verhindert die Wiederausdehnung durch Rückstellkräfte.

Begleitende Untersuchungen am Institut für Stahl- und Holzbau der TU Dresden ergaben, dass eine glasfaserbewehrte Rohrstütze aus Formholz bei 2 cm Wandstärke eine Tragfähigkeit von 1200 kN aufweist. Die Profile stellen somit eine potentielle Alternative für Stahlbaukonstruktionen dar. Dank ihrer schwingungsdämpfenden Eigenschaften bei gleichzeitig geringem Gewicht könnten sie zum Beispiel für Gestellaufbauten interessant sein.

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