Fakultät für Holztechnik und Bau
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Investigation of tool wear of the trimming unit and resulting quality in the edgebanding process
(2023)
The edgebanding process, i.e. the covering of the raw edge of the laminated particleboard by means of decorative plastic or real wood veneer bands, is an important process step in the manufacture of furniture components. The quality of the final product is significantly influenced by this production step. The manufacturing process step within the edgebanding machine begins with the milling of the raw edge. The quality of the edgebanding process is determined by a large number of process input variables, such as the tool used and the cutting geometry, the type of laminate used for the wood-based material, adhesives, etc. The quality of the edgebanding process is also determined by the type of material processed. Particularly with regard to the materials, the increased use of recycled wood in the particleboard sector and different types of adhesives (with reduced formaldehyde emissions) results in increased demands on the milling process. Due to this developments, most of the earlier investigations (in the years 1990 - 2000) are not comparable with today’s general conditions. The mechanical and optical properties of the edge applied to the end product are decisively influenced by the quality of this joint. The milling technology used, as well as the tool used for this purpose and its condition, is a decisive influencing factor in the formation of quality. Tests on the indication of various influencing variables in the edgebanding process at the Rosenheim Technical University of Applied Sciences showed that in the case of chipboard milling, a decrease in the electrical power required for the cutting process can take place with increasing tool wear. It was also demonstrated that previous process steps in furniture production, such as panel dividing by means of sawing or milling/nesting, generally have a significantly different influence on the subsequent joining process during edge banding process. Furthermore, a direct correlation was determined between the mechanical properties of the end product and the condition of the tool used, which can be used as a measurable indicator. In addition to the effect of the tool condition on the mechanical properties of the edge banding, this also has an impact on the optical quality characteristics. Accordingly, it could be demonstrated here that an increase in the size and number of chippings takes place in the laminate of the board material to be processed.
The machining of furniture components requires a complete geometrical specification of dimensions with associated tolerances to define in the first step appropriate manufacturing processes and to carry out the design and setup. Furthermore, a verification of the defined specification after production is a next step to check the quality and related to the production equipment, to calculate process capability and effectiveness.
In 2011, the system of Geometrical Product Specification (GPS) has been published completely. The system is built for a distinct range of geometrical quality characteristics and consists of chains of standards referring to each other. With three elements of these chains, the product can be specified. With three additional elements, the verification of the product and the measuring system is possible. It does not contain the verification of the production processes, the process qualification.
The German standard DIN 68100 provides a frame for dimensioning and tolerancing lengths and also angles, parallelism and straightness for furniture components. It includes a method to consider swelling and shrinking of wood and wood-based materials. Apart from its benefit of specifying products in a supply chain, it is rarely used in the branch nowadays. DIN 68100 is currently far away from GPS.
To gain all benefits arising from GPS the branch needs a consolidated action. New symbols for drafts and an updated method for tolerancing with moisture consideration have to be developed as well as measuring dimensions of flexible work pieces, like most parts in the furniture industry. In GPS, the link between product verification and process specification is not that consistent. In other branches SPC and methods of process qualifications are established. At the moment the kitchen industry is establishing SPC or similar procedures. An action towards GPS can also accompany these efforts.
Due to a shift in the tolerance principles, the GPS system is hardly directly applicable to the furniture industry, e.g. DIN 68100. But there is a real threat that the system is called up accidentally and out of ignorance.
This paper sketches a comprehensive system of product specification, verification for furniture components and process qualification. It will share experience gained in the kitchen furniture industry and will add a theoretical analysis of a possible application of GPS-chains for important examples of quality characteristics. The activities are part of a process (VDI 3415-2) carried out in the working group 102 of the Society of German Engineers (VDI).
Due to the increasing customer demands, companies face the challenge of adapting their manufacturing facilities to produce batch size one parts. In this context, each component comes with specific customer requirements, significantly increasing the complexity of its manufacturing process. Traditional process planning done by employees is no longer feasible in the face of the growing complexity and diversity of batch size one parts. Therefore, there is a need for novel computer-aided process planning methods capable of autonomously learning and identifying the necessary machining features of these parts. We propose a configurable automated feature recognition framework tailored to batch size one parts to address this need. This framework comprises two main components. First, a customizable data generator is developed to create a dataset of computer-aided design models incorporating user-specific machining features. Second, a graph neural network is employed to learn these user-specific machining features by leveraging the graph structure represented by the vertices and edges in each computer-aided design model. We evaluate the effectiveness of our framework using a real-world example from the furniture industry. Specifically, we construct a dataset comprising over 7000 computer-aided design models of wooden boards using our framework's data generator. Each wooden board contains up to 30 randomly placed machining features for the application of connectors and fittings, randomly selected from 14 standard machining features commonly used in the furniture industry. An optimization algorithm adapts a graph neural network for classifying these specific machining features. The results demonstrate that our framework addresses the automated feature recognition problem without requiring data conversions, such as pixels or voxels, as other approaches often do. By introducing this configurable automated feature recognition framework, we solve the challenges posed by batch size one manufacturing. The framework's effectiveness and accuracy are demonstrated through extensive testing on the example of the furniture industry, showcasing its potential for enhancing manufacturing processes in various domains
In the whole field of woodworking, from carpentry to industry, new products are created and designed every day and manufacturers wonder if similar workpieces have already been produced in the company and if corresponding drawings, information, tools, jigs, etc. can be reused. Under certain circumstances, considerable duplication of work can be avoided and a more efficient production is possible. In order to find similar workpieces, it must be clarified what exactly is meant by similarity. The different fields of knowledge do not provide a clear definition. However, similarities are always used to compare objects. In woodworking, objects can be a wide variety of components and products, such as carcase sides, furniture fronts, fittings, tools or profile strips. The search for similar profiled elements – related to the potential, data structure and algorithms – is the focus of this paper. There is a wide range of different profiled elements, which are used constructively as well as decoratively, e.g. for baseboards, door frames, window frames or decorative moulding profiles. These profiles are manufactured in a multi-stage production process in which the workpieces are first machined with profiled tools before surface finishing takes place. Along this production chain, tools, machine settings and, in some cases, fixtures are used that are adapted to the respective profile and can be reused for the same or similar jobs. Inheritance of information offers the greatest potential of similarity search. Inheritance means that existing knowledge in the form of drawings, CNC programs, process parameters and setup specifications, etc., is transferred from existing profiles to a new profile. By inheriting existing information, for example, the effort required for process setting can be reduced by adopting spindle positions, positions of guides and stops, or feed and cutting speeds. However, this can only be done if the process knowledge and other technological information concerning a profile are sufficiently documented. This is the only way how all information is made available for the similarity search and inheritance, and also for setting the processes when the profile is manufactured once again. The profile data must therefore be stored in a meaningful structure without loss of information. Therefore, a holistic product data model was developed that combines the geometrical with the technological profile data. The developed model allows a combined search for geometrically and e.g. materially similar products – also with a weighted evaluation of the individual criteria. The research has shown that data modelling is the essential foundation for the implementation of modern AI algorithms to enable similarity search. In conclusion, the use of a search system for geometrically and technologically similar profiles represents a real innovation for wood processing companies. This paper presents a holistic approach for geometrical and technological similarity search presenting different algorithms
Teachers should be able to balance content knowledge, pedagogical knowledge and technological knowledge (TPACK) in their various activities on curriculum, instruction, and assessment. Our Germany-wide study focused on measuring intrapreneurship competence. To ensure a valid and reliable assessment, we followed the three-step assessment triangle: cognition, observation and interpretation. We modeled the intended IP competence as an interdisciplinary and interprofessional team, designed a technology-based performance assessment tool that uses authentic work tasks, and analyzed apprentices’ behavior via a model-based IRT (Rasch model) approach. Our results identify the distribution of the IP competence of apprentices on four proficiency levels. Since these results are generalizable, single IP tasks can be used by teachers to support and guide apprentices individually with regard to these proficiency levels. Our approach is a blueprint for evidence-based teaching that tackles all areas of TPACK.
Im Bereich des nachhaltigen Konsums besteht eine Kluft zwischen der Bereitschaft nachhaltig zu handeln und dem tatsächlichen Handeln. Eine Möglichkeit diese Lücke zu schließen, wird in der Emotionalisierung von Konsumenten gesehen. Ein Medium der zielgruppenspezifischen Nachhaltigkeitskommunikation sind Sensibilisierungsvideos. Auszubildende als junge Konsumenten, die Konsumentscheidungen langfristig beeinflussen können, verwenden Videos zum Lernen. Ziel dieser Studie ist es daher, die Wirkung der Sensibilisierungsvideos bezogen auf die Emotionalisierung der Intention, nachhaltig zu konsumieren, und das realisierte Konsumverhalten zu untersuchen. Um Emotionen hervorzurufen, wurden 45 Auszubildenden fünf Sensibilisierungsvideos mit dem thematischen Schwerpunkt des nachhaltigen Konsums gezeigt. Mit Hilfe eines Ein-Gruppen-Vergleichs mit Vor- und Nachtest wurde über vier Erhebungszeitpunkte hinweg überprüft, ob sich die Emotionen, die Intention und das realisierte Konsumverhalten im Zeitverlauf verändern. Die Daten wurden sowohl qualitativ als auch quantitativ ausgewertet und analysiert. Es hat sich gezeigt, dass die Sensibilisierungsvideos bei den Auszubildenden sowohl positive als auch negative Emotionen hervorrufen. Im Zeitverlauf nehmen die positiven Emotionen im Vergleich leicht zu. Das Ausmaß, in dem die Auszubildenden an nachhaltige Aspekte beim Einkauf denken, verzeichnet ähnlich wie die Intention einen Zuwachs. Diese Steigerung findet sich jedoch nicht für die berichteten nachhaltigen Kaufmaßnahmen. So ist davon auszugehen, dass die Videos zwar zu einem stärkeren nachhaltigen Denken und einer stärkeren Intention angeregt, die Lücke zwischen dem Denken und Handeln aber nicht vollständig geschlossen haben.
Die Technische Hochschule Rosenheim ist überregional bekannt für Ihre Expertise im Fachbereich Holz und Bau. Nach dem Vorbild des kooperativen Modells der Hochschule Landshut in Kooperation mit der TU München implementierte die TH Rosenheim im Jahr 2020 den Studiengang Ingenieurpädagogik für den Fachbereich Bautechnik mit der Option Holztechnik als Unterrichtsfach. Der Beitrag skizziert Motive, Strukturelemente sowie erste Entwicklungen. Dabei lassen erste deskriptive Ergebnisse die Hoffnung zu, dass sich über das Modell neue Zielgruppen für eine Karriere im Lehramt an beruflichen Schulen generieren lassen. Besonders auffällig für das Rosenheimer Modell ist die Bedeutsamkeit der Polyvalenz sowie das Interesse an einer praxisnahen Ausbildung rund um den Werk- und Baustoff Holz.
Der Vortrag betont die zentrale Rolle von Holz in der Bioökonomie für die notwendige Transformation unserer Lebens- und Wirtschaftsweise. Der Fokus liegt dabei auf der ganzheitlichen Betrachtung der Wertschöpfungskette Forst-Holz und möglichen Beschleunigern für eine bioökonomische Transformation: Interdisziplinäre Lösungskompetenz ist gefragt, um Holz als Rohstoff für zukunftsfähige Produkte zu etablieren, Holzarten, -sortimente und -qualitäten optimal den verschiedenen Verwendungen zuzuführen und die Kreislaufwirtschaft als Schlüssel zur Ressourceneffizienz umzusetzen.
Der Vortrag wurde im Rahmen des Stuttgarter Nachhaltigkeitsstammtisch gehalten.
Holzbasierte Bioökonomie
(2020)
Die holzbasierte Bioökonomie beschreibt die innovative Nutzung des Rohstoffs Holz in allen Bereichen der Bioökonomie. Insbesondere versteht sie sich als strategisch altbekannter, aber vor allem als erweiterter, neuartiger Innovationsraum einer Kreislaufwirtschaft mit der gesamten Wertschöpfungskette Holz. Diese erfolgt idealerweise in Form einer sogenannten Nutzungskaskade: vom Forst über die forstlichen Dienstleister, die Sägeindustrie, den Holzbau, die Zellstoff-/Papierindustrie, die Holzwerkstoffindustrie und in zunehmendem Maße bis hin zur chemischen Industrie sowie hinein in moderne Verbrauchs- und Investitionsgüter. Die Nutzungskaskade betrifft damit den gesamten Wirtschaftskreislauf im Kern. Anders als im bisherigen, skalenökonomisch determinierten Wirtschaftsraum muss die Bioökonomie die begrenzte Verfügbarkeit von Ressourcen in Betracht ziehen und zielführende Nachhaltigkeitskriterien beachten. Nutzungskonkurrenzen sollen demzufolge durch intelligente, wertige Verwendung der jeweiligen Holz-, Restholz- und Abfallsortimente weitgehend vermieden werden, wodurch ein tatsächlich sinnvoller Gesamtnutzen für die Gesellschaft möglich erscheint. Um die Bioökonomie umzusetzen und wirtschaftlich zu etablieren, gibt es eine Reihe europäischer, nationaler und regionaler Politikprogramme, Initiativen und Strukturen, die die Forschung und Entwicklung, die Förderung industrieller Umsetzungen und die Etablierung neuer Geschäftsmodelle zum Ziel haben. Deutsche Hochschulen und Universitäten stellen sich auf die entsprechende Erweiterung bzw. Anpassung von Studiengängen ein.
Driving forest machines on wet soils causes irreversible soil compaction, often associated with intensive rut formation and inaccessibility of wheeled forest machines for future forest operations. The German forestry equipment manufacturer FHS, Forsttechnik Handel & Service GmbH, engineered a forwarder, the Trac 81/11, equipped with conventional, well-proved bogie-axles embraced by a closed rubber track. At the center of the bogie-axle, four additional supportive rollers are placed to increase the load-carrying section between the tires of the bogie-axle. The study aimed to characterize the principle concept and the trafficability of the forwarder by analyzing the footprint area, the contact pressure, the rut formation on forest sites and the slippage during driving. Therefore, the effective contact area was measured on steel plates and rut formation was analyzed on a case study basis. Results showed that the supportive rollers increase the contact surface area by about 1/3. By this, a decrease of peak loads below the wheels and a more homogenous load distribution were observed. However, the contact surface area is still clearly divided into three parts; the area between the supportive rollers and the wheels does not take any load. Results of the rut formation were diverse: After 20 passes with 26,700 kg total mass, rut depth varied between 12.6 and 212.5 mm. Overall, the new undercarriage concept of FHS demonstrated a generally positive performance. The engineered forwarder contributes to reduce the environmental impact associated with log extraction.
Die holzbasierte Bioökonomie ist eine wichtige Säule der Bioökonomie, die sich mit der nachhaltigen Nutzung biologischer Ressourcen befasst. Holz ist auf das Volumen bezogen die wichtigste biobasierte Ressource, die eine vielfältige Verwendung hat. Die Themen, mit denen sich Forschungen zur holzbasierten Bioökonomie beschäftigen sind vielfältig und erfuhren über die letzten Jahre hinweg eine deutliche Veränderung. Ausgehend von der Betrachtung der Nutzung nachwachsender Rohstoffe zur Erzeugung von Bioenergie wurden in den darauffolgenden Jahren, die Themen vielfältiger. So gewannen zwischen 2013 mehr Themen wie Politik, Modellierung, Nanocelluose, Bioökonomie, Lignin, Cellulose, Bioraffinerie, Hemicellulose neben Bioenergie an Bedeutung.
Die Forschung in der holzbasierten Bioökonomie ist eine Notwendigkeit, um eine nachhaltige Rohstoffproduktion sicherzustellen, langfristig nutzbare Verfahren und Produkte zu entwickeln und damit die Transformation hin zu einer biobasierten Lebens- und Wirtschaftsweise zu beschleunigen. Forschung kann dazu beitragen, neue Technologien, Verfahren und Produkte zu entwickeln. Die Forschung in der holzbasierten Bioökonomie ist auch aus wirtschaftlicher Sicht von Bedeutung, da sie die Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen in der Forst- und Holzwirtschaft stärkt und neue Geschäftsmöglichkeiten eröffnet. Ebenso ist die Forschung zur erfolgreichen Umsetzung der holzbasierten Bioökonomie notwendig, um neues Wissen und Erkenntnisse zu erlangen. Dies gilt besonders für die Einbindung verschiedener Stakeholder und damit die Akzeptanz der holzbasierten Bioökonomie in unserer Gesellschaft zu erhöhen.
Alle unterschiedlichen Bereiche, Akteure und Produkte innerhalb der Wertschöpfungskette Forst und Holz sind in der holzbasierten Bioökonomie von großer Bedeutung. Sie sind eng miteinander verflochten und können sich gegenseitig beeinflussen und ergänzen. Die Forschung der holzbasierten Bioökonomie muss daher international und interdisziplinär sein sowie sich aus verschiedenen wissenschaftlichen und technischen Disziplinen zusammensetzen. Grundlegend dabei ist, Wertschöpfungsketten ganzheitlich im Kreislauf zu denken und dabei alle drei Dimensionen der Nachhaltigkeit (Ökonomie, Ökologie, Soziologie) gleichwertig und integrativ in der Gestaltung zu beachten. Insgesamt hat die Forschung in der holzbasierten Bioökonomie das Potenzial, die Forst- und Holzwirtschaft nachhaltiger
und produktiver zu gestalten, indem biobasierte Alternativen zu fossilen Rohstoffen entwickelt werden. Sie trägt zu einer nachhaltigeren und umweltfreundlicheren Nutzung von Holz als Ressource bei und leistet damit einen wichtigen Beitrag zur Erreichung der Nachhaltigkeitsziele der Vereinten Nationen.
Moderne Prozesstechnologien als strategisches Element in der Transformation hin zur Bioökonomie
(2023)
Effiziente Prozesse, die die Dekarbonisierung und Defossilisierung vorantreiben, bilden die zentralen Herausforderungen auf dem Weg zur Transformation unserer Lebens- und Wirtschaftsweise. Das komplementäre Wirken beider Ansätze ist entscheidend für die Reduktion negativer Umweltwirkungen, Ressourcen- und Energieverbräuche. Daher ist eine integrative Betrachtung der verfahrenstechnischen Optimierung aus der Perspektive der Bioökonomie und der Kreislaufwirtschaft unerlässlich.
Eine bioökonomische, kreislauforientierte Wirtschaftsweise beinhaltet die Abkehr von der Nutzung fossiler hin zur nachhaltigen Nutzung nachwachsender Rohstoffe. Das beinhaltet zugleich eine Transformation hin zur effizienten Verwendung von Primär- und Sekundärmaterialien. Ressourcenschonende Produktprogramme, der Einsatz nachwachsender und kreislauffähiger Materialien sind unabdingbar. Moderne Prozesstechnologien spielen dabei eine entscheidende Rolle. Die stetige Reduktion negativer Umweltwirkungen, des Energieeintrags sowie des Ressourcenverbrauchs erfordert ein konsequentes Monitoring der Prozessparameter in der Produktion. Dies ist die Basis für eine intelligente Beeinflussung der Produktionsparameter. Ziel ist es, mit Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI) Prozesse unter Berücksichtigung verschiedener Randbedingungen (Constraints) technisch und technologisch zu optimieren (Constraint-Statisfaction-Problem).
Durch die voranschreitende Digitalisierung in allen Bereichen der industriellen Produktion und den Einsatz moderner KI-Verfahren – auch im Bereich der Holzbe- und -verarbeitung - wird es möglich, verbesserungswürdige Prozessschritte zu identifizieren, an den Prozessen selbst intelligent zu lernen und schließlich produktspezifisch optimierte Prozesskenn- und Prozessregelgrößen zu generieren und bereitzustellen. Maßnahmen zur Verbesserung der Energie- und Ressourceneffizienz müssen dabei im Vordergrund stehen.
Biogene Rohstoffe sind zwar erneuerbar, aber in ihrer Verfügbarkeit, z. B. durch Wachstumsraten und Anbauflächen, begrenzt. Neue Prozesstechnologien bilden wesentliche Grundlagen, um erhebliche Potenziale zur effizienten Ressourcennutzung, zur gezielten Beeinflussung unvermeidbarer Umweltwirkungen und zur Kreislauffähigkeit biobasierter Produkte zu schließen. Der Vortrag gibt einen Überblick, inwieweit die Belange der Bioökonomie und Kreislaufwirtschaft in den aktuellen Prozesstechnologien der Holzindustrie bereits umgesetzt sind. Darauf aufbauend werden die notwendigen Schritte zur Entwicklung angepasster Prozesstechnologien als strategische Elemente der notwendigen Transformation hin zu einer bioökonomischen Wirtschaftsweise im Bereich der Holzindustrie abgeleitet.
Die Studie beschäftigt sich mit der Fragestellung, ob und inwieweit sich die im Trockenbau (Schwerpunkt Wandsysteme) dominanten Gipsbauplatten durch alternative Systeme substituieren lassen und welche Folgen daraus für das Baugeschehen und die Umwelt resultieren. Als alternative Bekleidungsplatten werden Holzwerkstoffprodukte sowie lehmbasierte Baustoffe betrachtet. Es werden ausschließlich die aktuell verfügbaren und marktgängigen Produkte heran gezogen.
Bei rein technisch-konstruktiver Betrachtung sind Trockenbauwände mit den betrachteten alternativen Plattenwerkstoffen geeignet, ein im Ausbau übliches, mittleres Anforderungsprofil zu erfüllen, wobei baurechtliche sowie baubetriebliche Hemmnisse einem breiten Einsatz entgegen stehen. Diese „technische-konstruktive Eignung“ ist allerdings rein theoretischer Natur. In der Studie wurde gezeigt, dass eine mittelbare Substitution der heute bauüblichen Gipsbauplattensysteme, auch eine Teilsubstitution in relevanter Größenordnung, aufgrund der fehlenden Verfügbarkeit der Rohstoffe und Produktionskapazitäten für die Herstellung der alternativen Plattenwerkstoffe, weder sinnvoll noch realistisch möglich ist.
In Deutschland ist Laubholz als nachwachsende Ressource vorhanden. In langlebigen Produkten verwendet kann es eine hervorragende Kohlenstoffsenke sein. Jedoch wird fast die Hälfte der geernteten Laubhölzer energetisch genutzt. Es ergibt sich eine paradoxe Situation. Der Übergang zu einer holzbasierten Bioökonomie setzt auf die Nutzung natürlicher Kohlenstoffsenken unter Zuhilfenahme nachwachsender Rohstoffe. Laubholz in langlebigen Produkten genutzt, ermöglicht eine langfristige Kohlenstoffspeicherung und erweitert das Angebotspotenzial der Ressource. Dies sind wichtige Schritte in der Erreichung der Ziele des Klimaschutzplans 2050. Ein Umdenken in der Laubholznutzung und eine neue strategische Ausrichtung der Forst- und Holzwirtschaft, die dazu beiträgt, dieses Ziel zu erreichen, erfordert eine klare, gemeinsame Vision. Auf Basis einer dreistufigen Wertschöpfungskettenanalyse wird untersucht, wie die Wertschöpfungskette Laubholz zur Entwicklung der holzbasierten Bioökonomie beitragen kann. Eine höhere Wertschöpfung von Laubholz unterstützt den Übergang zur holzbasierten Bioökonomie und erhöht die Versorgungssicherheit. Transparente Laubholzströme zeigen noch unter Wert genutzte Mengen und ermöglichen eine optimierte Zuordnung der Laubholzströme. Es werden neue Strategien und politische Empfehlungen zur Erhöhung der stofflichen Nutzung von Laubholz für Industrie, Verbände und politische Entscheidungsträger entwickelt und bewertet. Vorliegende Arbeit erweitert den Stand des Wissens, indem die gesamte Wertschöpfungskette Holz betrachtet wird. Erstmalig wurde ein konsistenter Datensatz für die Wertschöpfungskette Laubholz für Deutschland erstellt. Die Arbeit basiert auf der Verknüpfung einer systematischen Literaturrecherche, einer Materialflussanalyse und einer hybriden Delphi-SWOT-Analyse. Die Ergebnisse zeigen, dass die Wertschöpfungskette Laubholz den Übergang zu einer holzbasierten Bioökonomie durch die Erhöhung der stofflichen Laubholznutzung unterstützt.
Die ETB-Richtlinie „Bauteile, die gegen Absturz sichern“ aus dem Jahr 1985 ist eine der ältesten Vorschriften, die in den aktuellen Technischen Baubestimmungen (Teil A, Lfd. Nr. A 1.2.1.3) enthalten sind. Sie definiert ebenso wie der Eurocode 1 die Einwirkungen auf absturzsichernde Bauteile, enthält im Gegensatz zum EC1 jedoch auch Nachweismethoden und Anforderungen an Stoßlasten. Dieser Bericht umreißt den Anwendungsbereich, für den die ETB-Richtlinie heute noch relevant ist, und stellt die theoretischen Hintergründe für den Nachweis von Befestigungselementen für den weichen Stoß dar, die bisher nur schlecht dokumentiert sind. Zudem werden erweiterte Lastansätze und Nachweismethoden für die Fensterbefestigung in hochwärmedämmendem Mauerwerk vorgestellt, die im Rahmen eines durch das DIBt geförderten Forschungsprojekts erarbeitet wurden.
Die Zielstellung der Arbeit war es, die Faserstofferzeugung für die Herstellung von Holzfaserdämmstoffen zu untersuchen, um zu einem besseren Verständnis der dort stattfindenden physikalischen Vorgänge beizutragen. Für die Bearbeitung der Zielstellung wurden physikalische Experimente zur Faserstofferzeugung im Labormaßstab mit dem TMP-Verfahren (Thermo Mechanical Pulp) und dem RMP-Verfahren (Refiner Mechanical Pulp) sowie den Holzarten Fichte (Picea abies Karst.) und Buche (Fagus sylvatica L.) durchgeführt. Aus den grundlegenden Untersuchungen zur Prozessführung der labortechnischen Faserstofferzeugung konnte eine Vorgehensweise abgeleitet werden, mit der reproduzierbare Ergebnisse in der Untersuchung von Mahlscheiben erzielt werden. Die Untersuchung der Sorption von Wasserdampf durch Hackschnitzel in Sattdampfatmosphäre mit einem Sattdampfdruck zwischen 1 bar und 9 bar respektive einer Temperatur von 120 °C bis 180 °C wurde mittels einer gravimetrischen Messeinrichtung ermittelt. Mit dieser in situ Bestimmung der Holzfeuchte wurde eine vom Sattdampfdruck und der Ausgangs-Holzfeuchte abhängige Absorption vonWasser nachgewiesen, die mit der berechneten Wärmemenge zur Erwärmung der Hackschnitzel assoziiert ist. Die Holzfeuchte nach Entspannung des Sattdampfdrucks war unabhängig von der Höhe des Sattdampfdrucks und stellte sich oberhalb der Ausgangs-Holzfeuchte ein. Der zeitliche Verlauf derWasseraufnahme und -abgabe erfolgte simultan zum Anstieg und Abfall des Sattdampfdrucks. Die Untersuchungen zur spezifischen elektrischen Leistungsaufnahme im TMP-Verfahren zeigten ferner, dass signifikante Unterschiede bezüglich der Holzarten, der Aufschlusstemperaturen und der Mahlscheibenmuster bestanden. Die Faserstofferzeugung mit der Holzart Buche zog, im Vergleich zur Holzart Fichte, eine geringere spezifische elektrische Leistungsaufnahme nach sich. Mit steigender Aufschlusstemperatur nahm die spezifische elektrische Leistungsaufnahme bei beiden untersuchten Holzarten ab und die Differenzen zwischen den Mahlscheibenmustern wurden geringer. Im RMP-Verfahren konnte die prinzipielle Machbarkeit der Faserstofferzeugung für Holzfaserdämmstoffe mit einem speziell entwickelten Mahlscheibenmuster belegt werden. Aus den Versuchen zur Faserstofferzeugung wurde die Erkenntnis gewonnen, dass neben dem Erweichungsverhalten der Holzarten, insbesondere die Gestaltung der Mahlscheibe mit der Reduzierung der spezifischen elektrischen Leistungsaufnahme einherging. Aus den weiteren Untersuchungen zum elektrischen und thermischen Energiebedarf in der Faserstofferzeugung entstand die Erkenntnis, dass neben dem Sattdampfdruck respektive der Aufschlusstemperatur die spezifische elektrische Leistungsaufnahme in Beziehung mit der Konsistenz der Faserstoffe nach dem Aufschluss steht. Die Analyse zur Beschaffenheit der Faserstoffe wurde mit der Kollektivmethode Luftstrahl- Prüfsiebung und der Individualmethode quantitative Bildanalyse durchgeführt. Mit beiden Methoden konnten Unterschiede in den Dispersitätseigenschaften bezüglich der Holzarten, der Aufschlusstemperaturen und der Mahlscheibenmuster nachgewiesen werden. Sowohl mit der Luftstrahl-Prüfsiebung als auch mit der quantitativen Bildanalyse wurde festgestellt, dass die Feinheit der Partikel mit steigender Aufschlusstemperatur zunimmt. Die Wärmeleitfähigkeit wurde im Zweiplattenverfahren an Faserstoffprobekörpern ermittelt, die mit einer aerodynamischen Vlieslegung gebildet wurden. Korrelationstabellen zur Identifizierung von funktionalen Zusammenhängen zwischen Dispersitätseigenschaften und der Wärmeleitfähigkeit lassen den Schluss zu, dass die Feinheit der faserartigen Partikel in Beziehung mit der Wärmeleitfähigkeit stehen. Insgesamt boten spezielle Mahlscheibenmuster ein hohes Potenzial, um den elektrischen und thermischen Energiebedarf im Prozess der Faserstofferzeugung zu senken und die Beschaffenheit der Faserstoffe für die Herstellung von Holzfaserdämmstoffen zu optimieren.
Der Beitrag stellt grob die Regelungen der Muster-Holzbau-Richtlinie (MHolzBauRL) Ausgabe Oktober 2020 für feuerwiderstandsfähige Bauteile in Holzbauweise (die nach bauordnungsrechtlichen Vorgaben feuerbeständig oder hochfeuerhemmend sein müssen) dar. Er geht ausführlich auf die daraus resultierenden geänderten Zuordnungstabellen aus MVV TB 2020/2 Anhang 4 ein und beschreibt die Folgen für die Nachweisführung feuerwiderstandsfähiger Bauteile für Bauwerke unter diesen Regeln.
Der Artikel skizziert mit Blick auf ausführende Holzbau-Unternehmen die historische Entwicklung der Regelwerke zum Bauen mit Holz ab der Gebäudeklasse 4 und stellt grob die Inhalte der Muster Holzbau-Richtlinie (MHolzBauRL) Fassung Oktober 2020 dar. Es werden (hypothetische) Fragen zum Thema in einer Frage-Antwort-Rubrik behandelt.
Der Beitrag zeigt im Prinzip und an konkreten Beispielen auf, dass Anforderungen an Bauprodukte selten pauschal und einheitlich für Bauwerke bestehen, sondern in der großen Mehrheit aller Fälle für jede konkrete Verwendungssituation in einem spezifischen Bauwerk im Rahmen des Planungsprozesses entstehen. Häufig kann die gleiche Bauwerksanforderung mit verschiedenen Lösungswegen erreicht werden, die jeweils unterschiedliche Anforderungen an die verwendeten Bauprodukte bedeuten.
This paper presents a method which allows to assess the wettability of thermomechanical pulp (TMP) with thermoplastic. The method is based on the usage of laboratory sheets made of TMP and plastic granules which form drops under heat. The contact angle of the drops after re-solidification on the surface of the laboratory sheets serves as the wetting characteristic. This method enables a direct and evaluable testing of wood fiber thermoplastic combinations. The exemplary results indicate that wood species, pulping temperature and mercerization influence the wettability of TMP with thermoplastic.
Bauteile der Gebäudehülle mit absturzsichernden Eigenschaften sind gegenüber statischen und stoßartigen Belastungen bezüglich der ausreichenden Tragfähigkeit des Bauteils einschließlich der Verankerung im tragenden Untergrund nachzuweisen. Die anzuwendenden Regelwerke wurden zu deutlich unterschiedlichen Zeitpunkten erarbeitet und veröffentlicht. Insbesondere die ETB Richtlinie stammt aus dem Jahr 1985 und entspricht nicht mehr den heutigen Sicherheitskonzepten. Daher war es das Ziel des beantragten Vorhabens eine Anleitung zu erarbeiten, die die notwendige Nachweisführung für absturzsichernde Fenster sowie die hierfür möglichen Nachweiswege eindeutig festlegt. Des Weiteren sollte analysiert werden, wie und unter welchen Randbedingungen beim Nachweis der Fensterbefestigung die statische Ersatzlast für den Anprall auf mehrere Befestigungspunkte verteilt werden kann. Um das Forschungsziel zu erreichen wurden die aktuellen Anforderungen bzgl. der Nachweiswege und Nachweisverfahren für absturzsichernde Fenster analysiert und auf Konsistenz hinsichtlich der unterschiedlichen zu verwendenden Regelwerke überprüft.
Environmental scanning electron microscopy (ESEM) and complementary methods were employed to study the time dependent film formation of a latex dispersion in water and cement pore solution. First, a model carboxylated styrene/n-butyl acrylate latex dispersion possessing a minimum film forming temperature (MFFT) of 18 °C was synthesized in aqueous media via emulsion polymerization. Its film forming property was at a temperature of 40 °C, studied under an ESEM. The analysis revealed that upon removal of water, film formation occurs as a result of particle packing, particle deformation and finally particle coalescence. Film formation is significantly retarded when the latex dispersion is present in cement pore solution. This effect can be ascribed to adsorption of Ca2+ ions onto the surface of the anionic latex particles and to interfacial secondary phases. This layer of adsorbed Ca2+ ions hinders interdiffusion of the macromolecules and subsequent film formation of the latex polymer.
Novel hybrid admixtures for construction applications were prepared by layer-by-layer deposition technique. Colloidal core templates consisting of styrene/n-butylacrylate latex particles were coated with multilayers of superplasticizers commonly used in concrete. This way, core-shell particles possessing both dispersing and film-forming properties were achieved. Incorporation of the latex@dispersant hybrid additive into a cement paste results in a slow release of the superplasticizer as a result of gradual shell disintegration which instigates prolonged plastification (long ”slump life”) of the cement slurry. Once the shell has been dissolved, latex particles are released into the pore solution and can coalesce into a polymer film which improves the mechanical properties of the hardened cement. Characterization of the templates and novel additives was performed by means of zeta potential measurement, dynamic light scattering and electron microscopy. Our method allows to synthesize multifunctional additives with time-controlled release effect.
Novel microcapsules were prepared from colloidal core–shell particles by acid dissolution of the organic core. Weakly crosslinked, monodisperse and spherical melamine-formaldehyde polycondensate particles (diameter ∼ 1 μm) were synthesized as core template and coated with multilayers of an anionic polyelectrolyte via layer-by-layer deposition technique. As polyelectrolytes, an anionic naphthalenesulfonate formaldehyde polycondensate that is a common concrete superplasticizer and thus industrially available, and cationic poly(allylamine hydrochloride) were used. Core removal was achieved by soaking the core–shell particles in aqueous hydrochloric acid at pH 1.6, resulting in hollow microcapsules consisting of the polyelectrolytes. Characterization of the template, the core–shell particles, and the microcapsules plus tracking of the layer-by-layer polyelectrolyte deposition was performed by means of zeta potential measurement and scanning electron microscopy. The microcapsules might be useful as microcontainers for cement additives.
Novel hybrid admixtures for construction applications were prepared by layer-by-layer deposition technique. Colloidal core templates consisting of styrene/acrylate latex particles were coated with multilayers of polycondensate-based dispersants commonly used in concrete. This way, core–shell particles possessing both dispersing and film-forming properties were achieved. Incorporation of the latex@dispersant hybrid additive into a cement paste results in a slow release of the dispersant which instigates prolonged plastification of the cement slurry. Following disintegration of the shell, the latex core particles are released into the pore solution and coalesce into a polymer film which improves the mechanical properties of the hardened cement. Characterization of the templates and novel additives plus tracking of the layer-by-layer polyelectrolyte adsorption was performed by means of zeta potential measurement, dynamic light scattering and electron microscopy. Our method allows to synthesize multifunctional additives with time-controlled release effect.
Several methods were employed to study the time dependent film formation of a self synthesized anionic latex dispersion in water and cement pore solution. First, a model carboxylated styrene/n-butyl acrylate latex dispersion possessing a minimum film forming temperature (MFFT) of 18 °C and a glass transition temperature (Tg) of 30 °C was synthesized via emulsion polymerization. Next, its film forming behaviour was studied at 40 °C, using an ESEM instrument. The analysis revealed that upon removal of water, film formation occurs as a result of particle packing, particle deformation and finally particle coalescence. Film formation is significantly hindered in synthetic cement pore solution. This effect can be ascribed to adsorption of Ca2+ ions onto the surface of the anionic latex particles and to interfacial secondary phases. This layer of adsorbed Ca2+ ions hinders interdiffusion of the macromolecules and subsequent film formation of the latex polymer.
ESEM-Untersuchungen zum Verfilmungsverhalten von Latex-Dispersionen in Wasser und Zementporenlösung
(2010)
Untersuchungen zum Einfluss der Zementporenlösung auf das Verfilmungsverhalten von Latexdispersionen
(2009)
Investigations on the interaction of cationic and anionic latex particles with Portland cement
(2008)
The interaction between organic latex polymers and the surface of hydrating cement was investigated by measuring the zeta potential and adsorbed amount of polymer on cement. First, differently charged model latex particles were synthesized in aqueous media by well-known emulsion polymerization technique. The latex polymers were characterized by differential scanning calorimetry (DSC), dynamic light scattering (DLS) and environmental scanning electron microscopy (ESEM). Electrokinetic latex surface properties were investigated by means of streaming potential measurements using a particle charge detector (PCD). It is shown that the anionic latexes adsorb a considerable amount of Ca2+ from the cement pore solution. Next, adsorption of the latex polymers on the surface of hydrating cement was confirmed by zeta potential measurements using the electroacoustic method. A water to cement ratio in the cement paste as low as 0.5 was studied, representing actual conditions in mortar and concrete. Additionally, adsorption isotherms were determined in a sedimentation test using the depletion method. For all latex polymers, Langmuir type adsorption isotherms were found. The latex dosages required to achieve saturated adsorption on the cement surface obtained from zeta potential measurements correspond well with those determined in the sedimentation test. Electron microscopy photographs confirm that the charged latex polymers adsorb selectively on surface areas of hydrating cement showing opposite charge. This way, domains of organic latex polymers exist on the cement surface. They provide adhesion between the inorganic cement matrix and the organic polymer film formed later on by particle coalescence as a result of cement hydration and drying.
Der Beitrag gibt einen Überblick über die verschiedenen Abweichungen, die im Bauordnungsrecht behandelt werden. Die Abweichungen von den materiellen Anforderungen des Bauordnungsrechtes werden nur kurz behandelt. Abweichungen bei den Nachweisen für Bauprodukte und Bauarten werden ausführlich diskutiert hinsichtlich möglicher Ursachen und den Auswirkungen für die Nachweisführung. Auch auf das Thema "Abweichungen" bei Bauprodukten mit CE-Kennzeichnung nach BauPVO wird eingegangen. Die Abweichungen bei Technischen Baubestimmungen für Planung, Bemessung und Ausführung werden mit Bezug auf die VV TB erläutert.
MBO-Änderungen geplant
(2020)
Die Entwickler und Hersteller von Bauprodukten sind nur selten Experten für statische Nachweise. Entsprechend schwierig gestaltet sich die Diskussion mit Prüfinstituten oder Statikern, wenn es um die Bestimmung oder die Ver-wendung von statischen Kennwerten geht. Während es früher ausreichte, den Mittelwert einer Versuchsreihe auszu-werten, ist heute bereits die statistische Versuchsauswertung hinreichend komplex. Was ist genau gemeint, wenn der Statiker nach dem charakteristischen Wert oder dem Bemessungswert frägt? Der Aufsatz erklärt für den Nicht-Statiker, was bei der Planung und Auswertung von Versuchen zu beachten ist, damit die gewonnen Kennwerte als Basis für statische Nachweise brauchbar sind. Der gesamte Prozess vom Versuch bis zum statischen Nachweis wird dazu in 10 Einzelschritte unterteilt.
Holz statt Braunkohle
(2020)
Driving forest machines on wet soils causes irreversible soil compaction, often associated with intensive rut formation and inaccessibility of wheeled forest machines for future forest operations. The German forestry equipment manufacturer FHS, Forsttechnik Handel & Service GmbH, engineered a forwarder, the Trac 81/11, equipped with conventional, well-proved bogie-axles embraced by a closed rubber track. At the center of the bogie-axle, four additional supportive rollers are placed to increase the load-carrying section between the tires of the bogie-axle. The study aimed to characterize the principle concept and the trafficability of the forwarder by analyzing the footprint area, the contact pressure, the rut formation on forest sites and the slippage during driving. Therefore, the effective contact area was measured on steel plates and rut formation was analyzed on a case study basis. Results showed that the supportive rollers increase the contact surface area by about 1/3. By this, a decrease of peak loads below the wheels and a more homogenous load distribution were observed. However, the contact surface area is still clearly divided into three parts; the area between the supportive rollers and the wheels does not take any load. Results of the rut formation were diverse: After 20 passes with 26,700 kg total mass, rut depth varied between 12.6 and 212.5 mm. Overall, the new undercarriage concept of FHS demonstrated a generally positive performance. The engineered forwarder contributes to reduce the environmental impact associated with log extraction.