Fachbereich Holzingenieurwesen
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Die vorliegende Arbeit untersucht die Potentiale zur Verbesserung der Absolutgenauigkeit und Ergebnisvermessung des robotischen Abbunds im Holzbau. Zwei konkrete digitalgestützte Methoden werden hierbei eingängiger in ihrer Funktionsweise beschrieben und in der Anwendung in Verbindung mit einem handelsüblichen Industrieroboter erprobt. Ziel war es in einem konkreten Versuch die spezifischen Genauigkeitsanforderungen für Holzverbindungen in der robotischen Fertigung einzuhalten und diese Messtechnisch zu validieren. Dies konnte erreicht werden, wie die Auswertung zeigt - wobei auch bestimmte Limitationen berücksichtigt werden müssen. Abschließend erfolgt eine Einordnung des Entwicklungsstandes sowie ein Ausblick auf die Möglichkeiten weiterführender Entwicklung des robotischen Abbunds.
Three hardwood species, including alder (Alnus glutinosa), sycamore maple (Acer pseudoplatanus) and hornbeam (Carpinus
betulus), were analyzed for changes in their acoustic properties due to thermal treatment (TM), furfurylation (FU) and a
combination of both types of treatment (TF). TM was carried out in a nitrogen atmosphere at 200 °C for 4 hours. For FU, a
solution of 85% furfuryl alcohol, 10% water and 5% tartaric acid was used, which was impregnated in a vacuum pressure process,
followed by polymerization at 120 °C for 16 hours. For each wood species, one test group was left as an untreated reference, the
other groups were treated according to the treatment types TM, FU and TF. Per group 10 samples were tested using experimental
modal analysis. Due to the orthotropy of the wood, the acoustic parameters dynamic modulus of elasticity (E), damping and sound
radiation coefficient were determined in both the longitudinal and radial directions. The results show that TM slightly decreases
longitudinal E for all three species and slightly increases radial E for maple and hornbeam. FU and TF strongly increase the E in
the radial direction, especially for maple and alder. For all three species the damping is reduced by TM, more in the radial
direction than in the longitudinal direction. FU and TF increase the damping in the longitudinal direction, mainly for maple and
alder, but also reduce it in the radial direction. The sound radiation coefficient is reduced by FU and TF for all three species,
particularly in the longitudinal direction. However, in both the longitudinal and radial directions, TM slightly increases the sound
radiation coefficient for all three species. The anisotropy ratio of the longitudinal/radial E of all three species is reduced by FU
and TF, whereas TM has no significant effect on it.
In einem experimentellen Ansatz wurde die Präzision eines marktüblichen Industrieroboters untersucht. Dabei wurde die Leistungsfähigkeit des Roboters hinsichtlich seiner Genauigkeit gemessen und die Ergebnisse mit den definierten Anforderungen verglichen. Ziel war es, die Eignung des Roboters für den Einsatz im Holzbau zu bewerten und Empfehlungen für notwendige Optimierungen abzuleiten.
Die vorliegende Arbeit untersucht die Absolutgenauigkeit von Industrierobotern im Hinblick auf die spezifischen Genauigkeitsanforderungen im modernen Holzbau. Um zu definieren, welche Genauigkeit ein Industrieroboter für den Einsatz beim Abbund im Holzbau aufweisen muss, werden zunächst die Anforderungen an die im Werk vorproduzierten Bauteile analysiert. An-schließend wird die Leistungsfähigkeit eines Industrieroboters hinsichtlich der Präzision expe-rimentell überprüft. Die Ergebnisse werden mit den definierten Anforderungen verglichen, um die Eignung des Roboters zu bewerten und Handlungsempfehlungen für notwendige Optimie-rungen abzuleiten. Die Auswertung zeigt, dass Industrieroboter unter bestimmten Bedingungen die Genauigkeitsanforderungen im Holzbau erfüllen können, insbesondere bei räumlich begren-zen Bearbeitungsbereichen. Allerdings treten bei großflächigen Bearbeitungen über den gesam-ten Arbeitsraum und nach Umorientierungen des Werkzeugs signifikante Abweichungen auf. Um die Präzision zu steigern, sind Kalibrierungsmaßnahmen und angepasste Bearbeitungsstra-tegien notwendig.
Das DFG-Forschungsprojekt „Vorhersagbarkeit der Farbänderungen von Holz im Innenbereich - Die Auswertung in Abhängigkeit von der Strahlungsdosis als neuer Ansatz“ beschäftigt sich mit den Farbveränderungen der Oberflächen von in Mitteleuropa wachsenden Holzarten. Die optischen Eigenschaften des Holzes sind sehr unterschiedlich und im Wesentlichen abhängig von den im Holz vorhandenen chromophoren funktionellen Gruppen (z.B. phenolische Hydroxylgruppen, Doppelbindungen, Carbonylgruppen) und chromophoren Systemen (Chinone, Chinomethide, Biphenyle) (Hon 2001; Rowell et al. 2012). Sowohl zwischen verschiedenen Arten als auch innerhalb einer Holzart gibt es zum Teil erhebliche Farbschwankungen. Eine veränderte Lichtbrechung durch Strukturmerkmale wie Dreh- und Wechseldrehwuchs hat auch Einfluss auf das optische Erscheinungsbild. Farbänderungen treten bereits beim Trocknen oder Dämpfen der Hölzer auf (Aydin und Colakoglu 2005). Zudem verändert sich die Farbe der Oberfläche sowohl beim Auftragen von transparenten Oberflächenbeschichtungen („Anfeuerung des Holzes“) und durch Kombination von beidem. Licht ist der sichtbare (englisch: visible (Vis)) Teil des elektromagnetischen Spektrums, neben weiteren Spektralbereichen wie ultravioletter (UV) und infraroter (IR) Strahlung. UV-, VIS- und IR-Strahlung haben als Teile des Sonnenstrahlungsspektrums eine energetische Wirkung auf Holzoberflächen. Die Farbänderungen bei natürlicher Alterung werden durch Strahlung von UV-, VIS- und IR-Licht und der dadurch induzierten Photooxidation hervorgerufen (Hon und Chang 1982; Feist und Hon 1984; Hon und Minemura 2001). Zur optischen und chemischen Erfassung der Veränderungen der Holzoberflächen wurden in dem Projekt u.a. Farbmessungen im CIE L*a*b*-Farbraum (DIN EN ISO/CIE 11664-4:2020-03), abgeschwächte Totalreflexions-Fourier-Transformations-Infrarot-Spektroskopie (ATR-FTIR) und Spektroskopie im ultraviolett-visuellen Bereich (UV-Vis)sowie regelmäßige Farbscans der Probenoberflächen durchgeführt. Zudem wurden die Methoden der Gaschromatographie mit Massenspektrometrie-Kopplung (GC- MS) und die zelluläre UV-Mikrospektralphotometrie (UMSP) angewandt. Letzte wird im Folgenden näher erläutert. Koch 2004 führte umfangreiche, topochemische Untersuchungen über Inhaltsstoffe im Holzgewebe und deren Bedeutung für die Holzverfärbung durch. Die grundlegenden Untersuchungen zur fakultativen (an Fagus sylvatica L.) und obligatorischen (an Prunus serotina Borkh.)Farbkernbildung beinhaltete die UMSP-Methode. Damit können aromatische Verbindungen in einzelnen Zelltypen und Zellwandschichten hochauflösend, topochemisch detektiert werden. Zudem ist eine qualitative Charakterisierung bzw. Reaktionen von Inhaltsstoffen über UV-Spektren vor und nach einer Sonnenlicht-Simulation möglich. Mit Hilfe der zellulären UV-Mikrospektralphotometrie können aromatische Verbindungen (Lignin, phenolische Extraktstoffe) in einzelnen Zellwandschichten bei einer Auflösung von 0,25 μm x 0,25 μm lokalisiert werden. Die qualitative Charakterisierung von Inhaltsstoffen erfolgt über die Aufnahme von UV/Vis- Spektren im Wellenlängenbereich von 240 bis 700 nm (Messbereich für das UMSP 80, siehe Kapitel 2). Durch das spektroskopische Flächen-Scanning können die Verteilung und semi-quantitative Konzentration von Lignin und phenolischen Extraktstoffen graphisch dargestellt werden (Koch et al. 2003, Koch und Kleist 2001). Vor allem die genaue Visualisierung der farbgebenden Komponenten in den unterschiedlichen Zelltypen und Zellwandschichten sowie deren Änderung durch die Sonnenlicht-Exposition liefert weitere grundlegende Erkenntnisse über die photochemischen Reaktionen im Holzgewebe. Für die chemische Charakterisierung der Stoffe können zudem Punktmessungen mit einer Auflösung von 1 μm² durchgeführt werden. Diese UV/Vis-Extinktionsspektren werden in einem Wellenlängenbereich von 240 bis 580 nm aufgenommen. Ein Absorptionsmaximum im Wellenlängenbereich von 276 bis 280 nm ist z.B. typisch für aromatische und konjugierte Verbindungen. Nach Koch 2004 entstehen mit zunehmender Trocknungstemperatur höherkondensierte Verbindungen, die durch eine starke Verschiebung der Absorptionsmaxima in den längerwelligen Spektralbereich und insgesamt höheren Absorptionswerten charakterisiert werden. Diese Reaktionsmechanismen erklären auch das Farbverhalten des Holzes bei längerer Lichteinstrahlung, durch die ein intensives Nachdunkeln (Lichtalterung) einsetzt. Aufgrund der erheblichen Datensätze von bis zu 60.000 Messpunkten für jedes Scanning-Feld (Größe ca. 50 μm x 50 μm) wird die Auswertung der topochemischen Analysen im Gesamtvorhaben exemplarisch auf drei Holzarten und zwei Schnitttiefen mit vier Messzeitpunkten pro Setup und Behandlung (unbehandelt/extrahiert) reduziert. Die UMSP-Methode findet seither in vielen Bereichen der Holzanalytik Anwendung, z.B. in der Holzbiologie und in der Holzchemie (Andersons et al. 2016, Biziks et al. 2020, Ehmcke et al. 2020, Lewandrowski et al. 2022, Rüggeberg et al. 2008, Schmitt et al., 2015, etc.)
Academic data stewardship at universities has to fulfil many different roles. One of the most important is to build up a connection to researchers and bridge the gap between research data infrastructure and researchers. Different scientific communities have different requirements for research data management and expectations regarding text and data publication. In many of the sub-disciplines of engineering sciences, research data management practices are not established so far. When it comes to contact between data stewards and researchers, a common knowledge base has to be established to become clear about why and what actions for research data management has to take, that engineering researchers can adapt them for their research data management practices. Many research data management standards have to take into consideration. However, to this point of time, the research data management community lacks for data literacy graphics to explain how the technical data management ecosystem works together with standards like the findability, accessibility, interoperability and reuse (FAIR) principles. Therefore, we developed a graphic for data literacy and consulting scenarios.
This is a data management plan for the DFG research project "Predictability of color changes of wood used indoor - A new approach to evaluate the color change as a function of the radiation dose". DFG Funding code / Project number: 442135169
Project website: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/442135169?language=en
This data management plan (DMP) applies to the Research Data Management Organizer (RDMO) questionnaire and was operated with the RDMO software: https://rdmorganiser.github.io/en/
Trotz des gesellschaftlichen Anspruchs, zunehmend nachwachsende Rohstoffe im Bausektor zu verwenden, ist der Anteil von Holzbrücken in Deutschland – auch bei Neubauten – bisher ge-ring. Die inhomogene Natur des Baustoffes Holz hat die Definition von Leistungsindikatoren historisch erschwert. In den letzten Jahren sind einige Rechenmodelle und konstruktive Stan-dards entworfen worden, die es erlauben, präzise Aussagen über die zu erwartende Nutzungs-dauer von Holzkonstruktionen zu treffen, und zu bestimmen, welche Rahmenbedingungen ge-geben sein müssen, um diese zu maximieren.
Diese Arbeit betrachtet 5 heimische Hölzer bezüglich ihrer Eignung als Baumaterial für frei be-witterte Brücken sowie bezüglich ihrer forst- und holzwirtschaftlichen Bedingungen. Danach wird die Entwicklung der bestehenden Rechenmodelle in Bezug auf frei bewitterte Brückenboh-len nachvollzogen und angewandt.
Diese Arbeit kommt zu dem Ergebnis, dass die heimischen Hölzer, insbesondere Robinie und Lärche, gut zur Verwendung als Brückenbohlen geeignet sind, aber für die weitere Verbreitung als Baumaterial einige Herausforderungen gemeistert werden müssen.
Vor dem Hintergrund des voranschreitenden Klimawandels und steigender Rohstoffknappheit sind effiziente, skalierbare und holistisch vertretbare Ansätze in Konstruktion und Fertigung gefragt. In modernen Gestaltungs- und Konstruktionskonzepten greifen die Möglichkeiten digitaler Planungswerkzeuge mit denen NC-gesteuerter, integrierter Fertigungsverfahren ineinander. Die integrative Planung und Auslegung der beteiligten Prozessketten bildet das Rückgrat der Konzepte, welches über ihre Effizienz und Anwendbarkeit maßgeblich mitentscheidet.
Holz ist durch die vielseitigen Möglichkeiten der Bearbeitung ein geeignetes Material für CNC-basierte Fertigungsprozesse und lässt sich somit gut im Kontext eines digitalzentrierten Planungsdogmas denken.
Im Rahmen dieser Arbeit wird die Nutzung einer durchgängig digitalen Planungs- und Fertigungskette untersucht, indem für ein Beispielprojekt ein Konstruktions- und Fertigungskonzept erstellt, exemplarisch durchgeführt und ausgewertet wird.
Die hierbei primär angewandten Technologien sind die parametrische Modellierung und die robotische Fertigung. Aus der Auswertung sollen die prozessinhärenten Potenziale präzisiert und Notwendigkeiten für ihre effektive Nutzung abgeleitet werden.
The background of the topic is to compare the colour changes at different irradiances and temperatures at constant relative humidity. The issue is important because evaluation in terms of irradiance has not been studied in more detail. Irradiation intensities were reported in many studies but tended to have metadata status. The concrete influence of the irradiance on chemical and colour changes in the wood remains open. This paper presents an approach to inquiry-based teaching within a basic research project. Initial results from a large-scale data series are presented here. Irradiance is the term for the total power of incoming electromagnetic energy striking a surface, related to the size of the area, measured in watts per square metre [W/m²].