Forschungsprojekt - Holzverbund

Erarbeitung von Konstruktionsgrundlagen für Fenster, Türen und Fassadenelemente aus Verbundwerkstoffen und Holz – Teil 2


Ausgangssituation

Holz zählt zu den ältesten Werkstoffen für die Umsetzung von Tragkonstruktionen und hat in seiner bisherigen Entwicklung zu den unterschiedlichsten Anwendungen geführt, was die Vielseitigkeit und Leistungsfähigkeit dieses Werkstoffes unterstreicht. Die ansteigenden Wünsche an das Aufgabenspektrum von Außenwandbauteilen können jedoch von den derzeit verfügbaren Konstruktionen immer weniger in der gewünschten Bandbreite erfüllt werden.

Zielsetzung

Ziel des Projekts war die Erarbeitung von Konstruktionsgrundlagen mit neuen Materialien oder Materialkombinationen und Holz, um komplexe und innovative Lösungen für Bauvorhaben mit Holz im Fenster-, Türen- und Fassadenbereich realisieren zu können. Dabei werden die verschiedenen Möglichkeiten der Verbünde betrachtet.

Ergebnisse

Die große Bandbreite der Thematik konnte im Projekt nicht vollständig aufgearbeitet werden. Die vorliegenden Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen: Beim Einsatz modifizierter Hölzer ist darauf zu achten, dass eine gleichmäßige Holz- und Modifizierungsqualität gegeben ist. Die Abstimmung des Klebstoffs und der Klebstoffverarbeitung auf die Gegebenheiten und Werkstoffe erweist sich als sehr komplex. Die Qualität der Klebung hängt dabei vom einzelnen Klebstoffprodukt ab, eine pauschale Aussage zur Eignung einer Klebstoffbasis ist nicht möglich.

Bei der Weiterentwicklung der Verbinder für Schalen wird in der Hauptsache eine Verbesserung bei der Montage und Positionierung erwartet. Die Verbindertypen verhalten sich in Bezug auf maximal aufzunehmende Kräfte und das Verformungsverhalten unterschiedlich. Damit eignen sie sich teilweise nur für bestimmte Anwendungen. Die Temperaturabhängigkeit der Verbindungen ist teilweise ausgeprägt. Durch eine genauere Untersuchung des Tragverhaltens ist es möglich, die vorgegebenen Maximalabstände zu vergrößern, ohne die Gebrauchstauglichkeit merklich einzuschränken.

Zum Aufbau von Profilen und Platten aus unterschiedlichen Werkstoffen konnten folgende Grundsätze bestätigt werden: Die Auswahl des richtigen Materials für die Decklagen ist von entscheidender Bedeutung, da je nach deren Materialwahl Zugkräfte auftreten können, welche für eine Verkrümmung verantwortlich ist. Bei der Verwendung unterschiedlicher Materialien müssen neben den funktionstechnischen Aspekten stets auch herstellungstechnische berücksichtigt werden. Klebetechnische Untersuchungen sind stets am konkreten Werkstoff durchzuführen, um die Abstimmung der Materialien, Klebstoffe und Herstellungsprozesse für eine dauerhafte Klebung vorzunehmen.

Für Verbundaufbauten liefert die bisherige, vereinfachte Bemessung von frei tragenden Rahmenteilen keine ausreichende Genauigkeit. Dazu wurde eine Bemessungshilfe mit MS-Excel als Basis erstellt. Mit der Bemessungshilfe können Querschnitte mit unterschiedlichen Werkstoffen und individuellen Abmessungen überprüft werden. Zusätzlich ist das in DIN 1055-4 beschriebene vereinfachte Bemessungsverfahren der Windlasten mit den gemäß ift-Richtlinie FE-05/2 „Einsatzempfehlungen für Fenster und Außentüren" getroffenen Festlegungen integriert. Die Bemessungshilfe steht als kostenloser Download auf der ift-Webseite zur Verfügung.

Die untersuchten Beschichtungen, Materialien und Klebstoffe für Verbundaufbauten können in die europäische Klasse E „Normalentflammbar" eingestuft werden. Anhaltspunkte für erhebliche Wechselwirkungen bei Beschichtung-Werkstoff-Klebstoff-Variationen in Bezug auf die Entflammbarkeit konnten bei den geprüften Materialien nicht festgestellt werden. Sollten neuartige, nicht bautypische Werkstoffe zum Einsatz kommen, müssen die entsprechenden Nachweise zum Brandverhalten erstellt werden.

Die Erarbeitung von Strategien in Bezug auf die Verwertung und Entsorgung ist bereits bei der Konzeption des Verbundaufbaus eine wesentliche Überlegung. Spätestens wenn die geplante Ausweitung zur Nachweisführung bzgl. der Nachhaltigkeit von Bauprodukten umgesetzt wird, können diese Überlegungen über die Sinnhaftigkeit eines Verbundaufbaus entscheiden.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass eine Vielzahl von Lösungsansätzen mit Holz-Werkstoff-Verbünden existieren. Dabei ist stets das Gesamtkonzept aus
  • Werkstoffen,
  • Fügetechnik,
  • Fensterkonstruktion,
  • Herstellprozess und
  • Einsatzzweck
zu berücksichtigen. An mehreren Stellen der Forschungsarbeit ist die komplexe Abstimmung dieser Faktoren, speziell z. B. bei der Klebung, hervorgetreten. Die bestehenden Holzfensterherstellungsverfahren sind dabei nur kaum für einen schnellen Umstieg auf Holz-Werkstoff-Verbünde geeignet. Für die Zukunft wird eine enge Zusammenarbeit zwischen den Lieferanten der Werkstoffe, der Anlagen und dem Hersteller Voraussetzung für wirtschaftliche Holzfenster aus Verbundwerkstoffen sein.

Projektinformationen


Projektleiter:
Dipl.-Ing. (FH) Ingo Leuschner

Projektmitarbeiter:
Dipl.-Ing. (FH) Bernhard v. Houwald

Projektlaufzeit:
11/2005 bis 03/2008

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