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Handlaminate Bearbeiter: Georg Ladurner; Guowei WU

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Handlaminate

Bearbeiter: Georg Ladurner; Guowei WU

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Verbundwerkstoffe / Composites

- Ein oder mehrere Werkstoffe- Matrix / Bewehrung

Matrix

- bindend, bettend- Harz / Kunststoff- umgibt und unterstützt die Bewehrung- Beibehaltung der relativen Position

Holz

- Natürlicher Verbund- Bewehrung: Cellulose Fasern- Matrix: Lignin

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Verbundwerkstoffe / Composites

Eigenschaften

- mechanische/physikalische Eigenschaften der beiden Systeme- Wechselwirkung- hochwertige Eigenschaften- kein einzelner Werkstoff mit diesen Eigenschaften

Technische Verbundwerkstoffe

- Festlegung der Form- Verschmelzendes Ereignis- Z.B. Polymerisation, Erstarrung

- Natur der Matrix/Bewehrung- Kosten: Mengenabhängig

- Geringe Stückzahl- Große Abmessungen- Schwierige Geometrie

- Handlaminieren

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Handlaminieren

- Keramischer Faserverbund

- Holzlaminate

- Verbundlaminate (Hybrid-laminates)

- Faserverstärkter Kunststoff

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Keramischer Faserverbund

Matrix

- Matrix aus keramischer Rohmasse- Dehnbarkeit etwa 0,05 bis 0,10%- Bornitrid, Siliciumcarbid, Aluminiumoxid

- Sehr gute thermische Beständigkeit- Hohe mechanische Festigkeit- Hoher Verschleißwiederstand- Katastrophales Bruchverhalten

Fasern

- Hochtemperaturstabil/keramisch- Kristallines Aluminiumoxid, Siliciumcarbid, Zirkonoxid

Eigenschaften der Fasern

- Hohe Dehnbarkeit bis zu über 2%- Deutlich höhere Risswiderstand- Extreme Thermoschockbeständigkeit- Bessere dynamische Belastbarkeit- Anisotrope, in Faserausrichtung orientierte Eigenschaften

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Keramischer Faserverbund

Herstellung

1. Einbringen der Fasern(Fasergewebe, Flechten, Stricken…)

2. Einbringen des Matrixmaterials3. Endbearbeitung und Beschichtung

Matrix

- Einbringen bei >1000 Grad- Begasung, Elektrophorese

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Keramischer Faserverbund

Eigenschaften

- Bruchverhalten verbessert- Risse werden aufgehalten/umgelenkt- Fasern bilden eine Brücke- Fast kein Festigkeitsverlust- Deutliche Steigerung der Bruchdehnung

- Schwach mechanische Verbindung- Kohlenstoff, Bornitrid als Schmiermittel

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Keramischer Faserverbund

Anwendungsgebiete

- Sehr heiße Temperaturen- Schockbeständigkeit- Abrasive Belastugen

- Hitzeschutz bei Wiedereintritt in der Raumfahrt- Brennkammern von Triebwerken in Luft-/Raumfahrt- Thermische Isolatoren in Reaktortechnik- Hoch belastete Scheibenbremsen

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Holzlaminate

- Furnier-/Vollholzstreifen- Matrix: Harz/Holzkleber- Eiche, Buche, Birke, Esche, Walnuss- Holzfeuchte von 20-30%

Herstellung

- Feuchtigkeit: Steam-Box- Temperatur: 100 Grad- Materialstärke < 25mm

- Schalung z.B aus MDF

- Nachbearbeiten/Beschichten

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Holzlaminate

Eigenschaften

- Zugkräfte: rissfreie Biegung durch Zellulose- Druckkräfte: Lignin zeigt thermoplastisches Verhalten

- Rückfederung des Laminates hängt von Stärke ab

- Matrix erhärtet und verhindert Verschiebung- Kanten parallel zur Faser

- Materialverschnitt- Holz muss fehlerfrei sein- Vor-/Nachbehandlung ist zeitaufwendig- Farbveränderung- Je mm = 1-2 min Dampfzeit- Trocknungsprozess 1-2 Tage

Preise

- Birke 0.9 mm 4,90 Euro- Buche 0,9 mm 3,90 Euro- Buche 2,5 mm 9,70 Euro- Eiche 0,9 mm 5,95 Euro- Eiche 1,6 mm 5,80 Euro- Esche 1,5 mm 7,10 Euro- Walnuss 0,9 mm 9,10 Euro

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Verbundlaminate

- Verschiedene Werkstoffe- Hybrid-laminate

Technische Eigenschaften

- Biegesteifigkeit- Schlagfestigkeit- Gewicht- Thermischer Ausdehnungskoeffizient- …

Ästhetische Eigenschaften

- Visuelle Effekte- Lichttransmission- Selbstreinigung- Wärmereaktion- …

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Verbundlaminate

IMAGO

- Pergamentartiges, textiles Gewebe- Harz- Glas

- Hohe Biegesteifigkeit- Halbes Gewicht von Glas- Kratzfest- Fingerabdrücke werden nicht sichtbar

- Die Farbgebung reagiert auf Menge/Einfall von Licht- Zugleich verändert sich die Wahrnehmung im hinteren Raum- Erzeugt visuelle Tiefe- Das erzeugte Bild ändert sich bei anderem Blickwinkel

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Verbundlaminate

Krystal weave laminates

- Klare Textilien auf Garnbasis- Zwischen Polymerplatten gepresst

- Mit Holzbearbeitungsgeräten bearbeitbar

- Verkleidungen- Welleneffekt

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Verbundlaminate

Faserverstärktes Verbundsystem

- Glasfasern- Aramidfasern- Kohlefaser oder Kohlehybridfaser- Tyfo S Epoxidharz

- Leicht- Biegbar- Flexibel- Aufprall-, Explosions-, Erdbeben-, Korrosions-, Wasser-, Insektenschutz- Vergleichbare Härte mit Beton/Stahl bis zu 20 cm- Sehr geringe Materialausdehnung

- Brücken, Straßen, Verstärkung, Reparatur, Schutz von Gebäudeteile

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Faserverstärkter Kunststoff

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Anwendungen

Halbzeuge

frei geformte Konstruktionen

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Funktionsprinzip

Die Fasern

- Tragfähig- sowie Materialsteifigkeit des Verbundbauteils erhöhen

Die Kunststoffmatrix

- Fasern stabilisieren- Fasern schützen (z.B. Schutz vor UV-Strahlung und aggressiven Medien wie Feuchtigkeit

oder Chemikalien)- Oberfläche bilden und damit Transparenz, Farbe und Haptik des Faserverbundwerkstoffs

bestimmen- Materialeigenschaften mit verschiedenen Additiven und Füllstoffen steuern

Symbolhafte Darstellung von Verstärkungsfasern einer Kunststoffmatrix

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Verarbeitungsform von Fasern

Langfasern (Rovings)

- eine lineare Verstärkung mit hohem Fasergehalt - gute mechanische Eigenschaften für den Verbund- zu aufwendig für manuelle Verfahren

Kurzfasern (Vliese und Wirrfasermatten)

- ungerichtet im Kunststoffgute liegen- sich einfach an die Bauteilform anpassen können

Textilien (Gewebe, Gelege)

- eine flächige Verstärkung- einfachere Handhabung für manuelle Produktionsverfahren

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Glasfasern (gebräuchlich)

- hohe Festigkeit- relativ günstig

Kohlenstofffasern (seltenere Anwendung)

- bessere mechanische Eigenschaft- teuer

Aramidfasern (weniger gebräuchlich)

- schwierige Bearbeitung wegen hoher Zähigkeit - das Verbinden mit einem hohen Werkzeugverschleiß

Naturfasern (weniger gebräuchlich)

- keine zufriedenstellende Feuchtigkeitsresistenz

Fasern im Bauwesen

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Preise von Fasern

Kohlenfasergewebe 160g/m2, 100cm

- Verarbeitung mit Epoxidharz- Harzverbrauch bei Handlaminat ca. 160 bis 240 g/qm- Dicke einer Lage im Laminat ca. 0,26 mm

Staffelpreise nach Bestellmenge:- ab 1 m Bestellmenge = 29,90 € pro m - ab 5 m Bestellmenge = 26,90 € pro m - ab 20 m Bestellmenge = 23,90 € pro m

Glasflamentgewebe 163g/m2, Breite 100cm

- Hochwertiges Gewebe mit Finish- Verarbeitung mit Epoxid- und Polyesterharz- Harzverbrauch bei Handlaminat ca. 160 bis 240 g/qm- Dicke einer Lage im Laminat ca. 0,16 mm

Staffelpreise nach Bestellmenge:- ab 1 m Bestellmenge = 4,90 € pro m - ab 10 m Bestellmenge = 4,40 € pro m - ab 100 m Bestellmenge = 3,90 € pro m

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Gebräuchliche HarzsystemeFür Faserverbundbauteile werden fast ausschließlich duroplastische Kunststoffe verwendet.

Ungesättigtes Polyesterharz (UP)

für alle Standardanwendungen und insbesondere für glasfaserverstärkten Kunststoff

Epoxidharz (EP)

- für hochfeste Bauteile- für kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen

Vinylesterharz(VE)

- bei hohen chemischen Schutzanforderungen

Phenolharz (PF) -bei besonderen Brandschutzanforderungen

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Polyester-Laminerharz

- Verarbeitungstemperatur ab 18 Grad.- Härterzugabe 1 bis 3 % Härter.- Verarbeitungszeit mit 1 % Härter bei 20 Grad ca. 50 - 70 Minuten.- Verarbeitungszeit mit 2 % Härter bei 20 Grad ca. 25 - 30 Minuten.1kg = 6,90 € (6,90 € pro kg) 5kg = 26,90 € (5,38 € pro kg) 20kg= 89,90 € (4,50 € pro kg)

Polyester Härter

20g = 1,90 € ( 95 € pro kg)100g = 2,90 € ( 29 € pro kg)

Epoxidharz

- Verarbeitungstemperatur ab 10 Grad.- Härterzugabe etwa 55% Härter.- Verarbeitungszeit bei 20 Grad ca. 40 - 50 Minuten.- Aushärtezeit bei 20 Grad ca. 24 - 36 Stunden.1kg = 11,90 € (11,90 € pro kg) 5kg = 49,90 € (9,98 € pro kg) 25kg= 199,90 € (8,00 € pro kg)

Härter

275g = 5,90 € ( 21,45 € pro kg)2,75kg = 32,90 € ( 11,96 € pro kg)…110kg = 999,90 € ( 9,09 € pro kg)

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Eigenschaften von faserverstärkten Kunststoffen

Faseranordnung

Die Fasern werden im Verbundbauteil meist in mehreren Lagen mit unterschiedlicher Faserorientierung übereinandergeschichtet.

B.S.:die zentralen Rovings > die hauptsächlichen Lastabtragung

die außen liegenden Textilien > die Querkrafttragfähigkeit die Lochlaibungsfestigkeit bei Schraubenverbindungen

die feine Vliesschicht > eine glatte Oberfläche

Oberfläche

Reinharzschicht > Schutz des tragenden Laminats

Fasern nicht an der Oberfläche ( Wasseraufnahme > Korrosion)

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Einflussfaktoren

ein Überschreiten der maximalen Dehnung im Kunststoff > Risse in der Matrix > ein Bruch im Laminat (z.B. ein Anprall oder eine zu hohe Belastung des Bauteils)

Fehlstellen > HaftfestigkeitSchubspannung / Querzug > Abschälen

Recycling

im Allgemeinen kaum recyclbarEinsatz duroplastischer Kunststoffe > keine Möglichkeit der Schmelzungen > keine Trennung der Bestandteile

Eigenschaften von faserverstärkten Kunststoffen

Verarbeitung

Die Verarbeitung von GFK- und CFK-Halbzeugen mit Maschinen des Holzbausgehärtete Sägeblätter und Bohrer; am besten Wasserstrahlschneidender Schleifstaub > Hautreizungen

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Handlaminieren von Glasfaserverstärkten Kunststoff

Für die Formgebung ist eine Schalung erforderlich.

Die Oberfläche werden geschliffen und mit einem Trennmittel überzogen.

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Handlaminieren von Glasfaserverstärkten Kunststoff

Zunächst wird eine weniger als 1mm dicke Harzschicht auf die Form aufgetragen.

Danach werden Textilien in die Form eingebracht.

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Handlaminieren von Glasfaserverstärkten Kunststoff

Die Gewebe wird mit flüssigem Harz getränkt. Die Gewebe wird durch Rollen angepresst bzw.entlüftet.

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Handlaminieren von Glasfaserverstärkten Kunststoff

Dieser Prozess wird mehrfach bis zum Erreichen der gewünschten Laminatstärke wiederholt.

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Handlaminieren von Glasfaserverstärkten Kunststoff

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Vakuumverfahren

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Press- und Injektionsverfahren

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Pultrusion

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Faserwickeln

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Faserspritzen

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Automated Fiber Placement

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Links:

http://de.wikipedia.org/wiki/Keramischer_Faserverbundwerkstoffhttp://www.tu-clausthal.de/presse/tucontact/2004/Mai/tuc1/31.pdfhttp://www.dgm.de/download/tg/706/706_90.pdfhttp://www.fz-juelich.de/ief/ief-1/index.php?index=8

http://de.wikipedia.org/wiki/Laminathttp://www.valuecreatedreview.com/bentwood.htmhttp://www.allwoodwork.com/article/woodwork/methods_of_bending_wood.htmhttp://www.ultimatehandyman.co.uk/WOODWORKINGBENDING_WOOD.htmhttp://www.valuecreatedreview.com/bentwood.htm

http://de.wikipedia.org/wiki/Verbundwerkstoff

http://de.wikipedia.org/wiki/Faserverbundwerkstoffhttp://www.akaflieg.uni-karlsruhe.de/pdfs/harzlehrgang.html

http://www.hahlbrock.de/fvk/de/projekte/architektur-messebau/wand-tuer-element.phphttp://www.pluessag.ch/gfkrosteabdeckungen.phphttp://www.stylepark.com/de/muehlmeier/glasfaser-vlieshttp://www.hw-ar-glasfaser.de/http://www.bootsservice-behnke.de/contents/de/d3.htmlhttp://de.academic.ru/dic.nsf/dewiki/430394

Books: Transmaterial: A Catalog of Materials That Define Our Physical Environment by Blaine BrownellMaterial World 2: Innovative Materials for Architecture and DesignAtlas Kunststoffe+Membranen

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Alexander Paul 2519612Oliver David Krieg 2346416

Performative MorphologieHolz-Plattenmaterialien: Sorten, Herstellung und Verbindung

WS 10/11 Performative Morphologie - Holz: PlattenmaterialienICD Prof. A. Menges, S. Reichert, K. Dierichs, M. IrlwekITKE Prof. J. Knippers, M. Gabler

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Rundholz

Schnittholz Furniere Holzspäne Holzfasern

Dreischichtplatte

Brettsperrholz

Stabsperrholz

Bau-Furniersperrholz

Furnierschichtholz

OSB

Zementg. Spanplatte

Spanplatte

Gipsfaserplatte

Poröse Holzfaserplatte

MDF

Vom Stab zur Platte

Die Geschichte des Holzbaus ist geken-nzeichnet durch die einfache und komplexe Konstruktion von Hütten und Häusern aus stabförmigen Elementen, allen voran der einfache Baumstamm. Die Platte ist ein künstliches Element, das erst durch die industrielle Fertigung und die Verfügbarkeit günstigen Plat-tenmaterials möglich wurde. Vor allem durch die Verbreitung des Holz-Rahmen-Baus in der Mitte des 20. Jhd. wurde die Platte als Konstruktionselement verstärkt eingesetzt.

Schnittholz

Die aus dem Rundholz geschnittenen Blanken können miteinander verleimt werden und so Platten ausbilden. Dazu werden entweder Blanken kreuzverleimt, oder aneinander liegende Blanken mit Deckfurnieren stabilisiert.

Furniere

Furniere können kreuzweise oder parallel aufeinander und nebeneinander verleimt werden und so große Platten ausbilden, deren durchnschnittliche Qualität wesen-tlich besser ist als die des einzelnen Furniers.

Holzspäne

Holspäne unterschiedlicher Größe können in einem Pressverfahren zu großen, isotropen Platten verleimt werden.

Holzfasern

Für eine durchgängige Isotropie und homogene Platte werden auch Fasern in einem Pressverfahren verleimt.

Quelle: Hans Christian Hein, Stefan Göthert, pixelio.de; massivdiele.info; menova.be; binderholz-bausysteme.com; spahn-platten.de; ib-rauch.de; supplierlist.com; micromedia.li; holzland-franken.de; detailx.de; boulter-plywood.comQuelle: Arch+ 193: Holz

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Herstellung: Schnittholz

Einschichtige Massivholzplatten finden Verwendung im Innenausbau, Treppenbau, Regalbau, in der Möbel-herstellung und im Brettsperrholzbau. Mehrschichtig verwendet für erhöhte statische Anforderungen wie Decken-, Wand- und Fußbodenkonstruktionen.Mehrschichtige Platten werden vor allem aus Nadelholz hergestellt (Fichte, Lärche)

• Stabsperrholz (ST) Mittellage aus 7-30 mm breiten Vollholzstäbchen

Def. Schnittholz: Bestehen aus durchgehenden oder keilgezinkten Lamellen und werden ein- oder mehrschichtig hergestellt (3 oder 5 miteinander verklebte Lagen). Auch Stabsperrholzplatten zählen zu Schnittholz.

1: Rohware

4: Legen und Verkleben 5: Pressen 6: Abbund

2: Trocknung 3: Keilzinkung

Quelle: Finnforest Merk

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Herstellung: Lagenhölzer

Zur Herstellung werden 100 verschiedene Holzarten verwendet, 85% Laubholz, in Europa vor allem Birke, Buche und Pappel. In Nordamerika vor allem Douglasie und Kiefer.

Unterschieden wird zwischen 4 Arten von Sperrholz:

• Furniersperrholz (FU) aus Schälfurni-eren. d > 12 mm mit mind. 5 Lagen (Multiplexplatten)

• Stabsperrholz (ST) Mittellage aus 7-30 mm breiten Vollholzstäbchen

• Stäbchensperrholz (STAE) aus max. 7 mm breiten hochkant angeord-neten Furnierstreifen

• Verbundsperrholz Mittellage aus anderen Materialien (Span-u. MDF- Platten, Kork, PU- Kern u.a.)

Bau-Furniersperrholz besteht aus mindestens drei kreutzweise verklebten Furnieren bis zu 7 mm Dicke.

Die maximale Tragfähigkeit wird durch Einbau der Platten quer zu Sparren bzw. Trägern erreicht. Als mittragende Elemente bei Rahmenkonstruktionen werden Sper-rholzplatten mit der Hauptrichtung parallel zum Ständerwerk eingebaut.

Def. Sperrholz: Besteht aus mindestens 3 Furnieren, die 90 Grad gegeneinander versetzt sind. Die Decklagen haben stets den gleichen Faserverlauf

Exzentrisch und Stay-Log-Schälen

Bei diesen Produktionstechniken entstehen ähnliche Furnierbilder wie beim Messern.

Schältechnik: Beim Stay-Log-Schälen Halbblock exzentrisch auf Drehbalken gespannt; sehr flach durch Jahresringe geschält.

Furnierbild: An der Seite streifig, innen blumige Textur.

1

Rundschälen

Schältechnik: Block an Mittelachse in Schälmaschine eingespannt, spiralförmig von außen geschält.

Furnierbild: wild, unregelmäßig gefladerte Zeichnung. Je nach Holzart entstehen Nester (Nussbaummaser) oder Augen (Vogelaugenahorn).

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Herstellung: Holzspanplatten

Die Späne für Spanwerkstoffe werden aus Schwachholz, Industrierestholz, Altholz und verholzten Teilen von Einjahrpflanzen (Hanf, Flachs, Bagase u.a.) gewonnen.

Kunstharzverleimte Platten sind 3-schichtig aufgebaut.

Langspanholz

(Laminated Strand Lumber LSL, Span-streifenholz, Intrallam, Timberstrand)

Wird aus Pappel-Spanstreifen mit Abmes-sungen von ca. 0.8 × 25 × 300 mm hergestellt und zeichnet sich durch eine sehr hohe Biegefestigkeit aus.(43 N/mm2)

Furnierstreifenholz

(Parallam)

Zeichnet sich durch ähnlich hohe Biegef-estigkeit wie Langspanholz aus.

OSB-Platten

(Oriented Strand Board)

Sind mehrschichtige Grobspanplatten aus Spänen von 60-150 mm Länge und 0.5-1mm Dicke.

Zur Herstellung werden Nadel- als auch Laubhölzer verwendet, in Europa überwie-gend Nadelhölzer wie Fichte, Tanne und Douglasie.Unterschieden wird zwischen 4 Plattentypen; OSB/ 1-4

Def. Holzspanplatten: Holzspanplatten werden aus mehrlagig gepressten Holzspänen hergestellt.

1: Trocknung

3: Sterntrockner2: Streubunker und Windwurfmaschine

Herstellungsprinzip

Quelle: academic.ru/pictures/dewiki

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Herstellung: Holzfaserplatten

Holzfaserplatten können im ökologischen Nassverfahren hergestellt werden. Bei der Produktion im Nassverfahren werden die holzeigenen Bindekräfte (hauptsächlich Lignin) für den Zusammenhalt des fertigen Werkstoffes genutzt. Dies erfolgt indem das Holz durch thermomechanische Verfahren zu Fasern aufgeschlossen und anschliessend der dabei entstehende „Faserkuchen“ unter Hitze zum Abbinden gebracht wird. Bei einem solchen Verfahren werden keine zusätzlichen chemischen Bindemittel benötigt.

Bei der Herstellung nach dem Trockenver-fahren (Faserfeuchte < 20%) werden die Fasern unter Zusatz eines synthetischen Bindemittels hergestellt. (Polymere Diphe-nylmethan-Diisocyanate (PMDI))

Def. Holzfaserplatten: Bestehen aus Holzfasern, die im Nass- oder Trockenverfahren zu Platten verpresst werden.

Nassverfahren

Harte Platten (HB) > 900 kg/m3

Mittelharte Platten (MB) >400 <

900 kg/m3

Poröse Platten (SB) < 400 kg/m3

HDF > 800 kg/m3

Leicht-MDF < 650 kg/m3

Ultraleicht < 550 kg/m3

Trockenverfahren

MDF-Platten

Herstellungsverfahren

HolzplatzParc à boisWood yard

Hackschnitzelplaquetteschips

Schwarten/Spreisselchutes de scierieslabs

Hackereihâcherieclipping section

Mischbüttecuvier 2tank 2

Formmaschinemachine à formerforming machine

Silos

Trockner / séchoir / drier

Schleifmaschineponceusewide-belt sander

Stapelanlageempilagestacking unit

Maschinen-büttecuvetank 3

De�büttecuvier 1tank 1

De�brator / dé�breur / defibrator

Metalldetektordétecteur métalliquemetal detector

Aufweichen und Zerfasern der Schnitzelramollissement et défibrage des plaquettesmaceration and defibration of chipsElektromagnet

électro-almantelectromagnet

Faserbreipâtepulp

Vliesbildung und Entwässerungtapis d’assemplage et de drainagefleece-making and drainage

Zuschnittdécoupesaw

Profilierung Kantenusinage des bordsprofiler

Abstapelungempilagestacking unit

Verpackungemballagepacking

Lagerdépôtstock

Sortieren und Bevorraten der Hackschnitzeltriage et stockage des plaquettessorting and storage of chips

Quelle: Pavatex

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Eigenschaften: Schnitthölzer

Rohdichte 750 kg/m3

Wärmeleitfähigkeit 0,16 W/m*K

Biegefestigkeit (senkrecht zur Plattenebene) 18-9 N/mm2

Druckfestigkeit (parallel zur Plattenebene) 9-5 N/mm2

Zugfestigkeit (parallel zur Plattenebene) 8-3.3 N/mm2

Preis Birke ~3000 €/m3

Buche ~2200 €/m3

Fichte ~1100 €/m3

Bsp. Bau-Sxperrholz aus Buche „Delignit“, Blomberger Holzindustrie B. Hausmann GmbH & Co., Blomberg, D

Standarddicken: 10 - 80 mm

0

0

500 1000 1500 2000 2500 3000

250

Schnitthölzer

Schnitthölzer

SchnitthölzerSchnitthölzer

Schnitthölzer Schnitthölzer Schnitthölzer

10

500

20

750

30

1000

40 50

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

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Schnitthölzer

Rohdichte 500 kg/m3

Biegefestigkeit (senkrecht zur Plattenebene) 20 N/mm2

Druckfestigkeit (parallel zur Plattenebene) 16 N/mm2

Zugfestigkeit (parallel zur Plattenebene) 16 N/mm2

Preis Multiplex Birke 900 - 1500 €/m3

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Eigenschaften: Furniere

Furniere

Furniere

0 250 500 750

0 10 20 30 40 50

Schnitthölzer

1000

Schnitthölzer

500 1000 1500 2000 2500 3000

Schnitthölzer Schnitthölzer SchnitthölzerFurniere Furniere

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Holzspanplatten Schnitthölzer

WS 10/11 Performative Morphologie - Holz: PlattenmaterialienICD Prof. A. Menges, S. Reichert, K. Dierichs, M. IrlwekITKE Prof. J. Knippers, M. Gabler

Eigenschaften: Holzspanplatten

Rohdichte 500-700 kg/m3

Wärmeleitfähigkeit 0.13 W/m*K

Biegefestigkeit (senkrecht zur Plattenebene) 15 N/mm2

Preis OSB 2 ~420 €/m3

OSB 3 ~580 €/m3

OSB 4 ~600 €/m3

0 250 500 750 1000 1250

500 1000 1500 2000 2500 3000

Schnitthölzer Schnitthölzer SchnitthölzerFurniere Furniere

SchnitthölzerFurniere

0 10 20 30 40 50

SchnitthölzerHolzspanplatten

Schnitthölzer

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Holzspanplatten

Holzspanplatten

Furniere

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WS 10/11 Performative Morphologie - Holz: PlattenmaterialienICD Prof. A. Menges, S. Reichert, K. Dierichs, M. IrlwekITKE Prof. J. Knippers, M. Gabler

Eigenschaften: Holzfaserplatten

Rohdichte >900 kg/m3

Wärmeleitfähigkeit 0.17 W/m*K

Biegefestigkeit (senkrecht zur Plattenebene) 25-38 N/mm2

Querzugfestigkeit (parallel zur Plattenebene) 0.5-0.65 N/mm2

Preis MDF 350 - 700 €/m3

HB (d>5.5)

500 1000 1500 2000 2500 3000

Schnitthölzer Schnitthölzer SchnitthölzerFurniere Furniere

SchnitthölzerFurniere

0 10 20 30 40 50

SchnitthölzerHolzspanplatten

Schnitthölzer

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Holzspanplatten

HolzspanplattenFurniere Schnitthölzer Holzfaserplatten

0 250 500 750 1000 1250

Holzspanplatten

Holzfaserplatten

Holzfaserplatten

Holzfaserplatten

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Alexander Paul 2519612Oliver David Krieg 2346416

WS 10/11 Performative Morphologie - Holz: PlattenmaterialienICD Prof. A. Menges, S. Reichert, K. Dierichs, M. IrlwekITKE Prof. J. Knippers, M. Gabler

Plattenförmige Verbindungen

Grundsätzlich kann zwischen Verbind-ungen mit und ohne Verbindungsmittel unterschieden werden. Seit den neuen Möglichkeiten der industriellen Fertigung ist die Herstellung von Verbindungsmitteln einfach und kostengünstig geworden.

Verbindungsmittel anderer Materialien bergen allerdings immer Probleme, vor allem durch Rost und Fäulnisprozesse.

Eine form- und kraftschlüssige Verbindung hingegen umgeht diese Probleme und kann gleichzeitig mit Leim noch zusätzlich verstärkt werden. Die Potentiale einer solchen Verbindung liegen in ihrer Geometrie und den Herstellungsprozessen.

Verbindungen

Plattenförmige Holzwerkstoffe

Mit Verbindungsmittel

Dübel Zinkung

Nagel Nut und Feder

Schraube

Klebstoff

Ohne Verbindungsmittel

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WS 10/11 Performative Morphologie - Holz: PlattenmaterialienICD Prof. A. Menges, S. Reichert, K. Dierichs, M. IrlwekITKE Prof. J. Knippers, M. Gabler

Verbindungen:Mit Verbindungsmittel

Bei Dübeln, Nägeln und Schrauben werden Platten stets mit einem flächigen Stoß verbunden, der nur über das Verbindungsmittel Kräfte übertragen kann. Entsprechend schwach ist deshalb eine flächige Klebeverbindung, wenn diese nicht in Kombination mit einer formschlüs-sigen Verbindung benutzt wird.

Schrauben können entlang des Schafts unterschiedliche Gewindesteigungen haben und so den Druck zweier Platten aufeinander erhöhen. Allerdings haben stabförmige Verbindungsmittel bei Verbindungen verschiedener Winkel Schwierigkeiten, genügend Platz im Material zu finden.

90° Verbindung, geklebt

Holzdübel (E. Häbich, pixelio.de) Nägel (A. Dreher, pixelio.de) Schrauben (C. Hautumm, pixelio.de)

90° Verbindung, geschraubt 60° Verbindung, geklebt

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Verbindungen:Ohne Verbindungsmittel

Nut-Feder-Verbindung

Platten können über eine eingefräste Nut in verschiedenen Winkel verbunden werden. Dabei kann die Nut auch eine Schwalbenschwanzform annehmen, um ein Lösen der Verbindung zu verhinden. Eine rechtwinklige Nut hat den Vorteil, sowohl von oben eingeschoben, als auch von vorne eingedrückt werden zu können. Bei entsprechender Passgenauigkeit ist ein Verleimen fast nicht mehr notwendig.

Bei verschiedenen Winkeln stellt sich die Frage, ob die Nut mit einer Gehrung verbunden werden kann und ob dafür genug Platz im Bauteil ist. Generell kann eine Nut nur bei größeren Plattendicken verwendet werden. Ihre Stabilität ist stark abhängig von der Faserrichtung.

90° Verbindung, rechtwinklig genutet

90° Verbindung, rechtwinklig genutet

60° Verbindung, rechtwinklig genutet

60° Verbindung, rechtwinklig genutet

60° Verbindung, auf Gehrung genutet

60° Verbindung, auf Gehrung genutet

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WS 10/11 Performative Morphologie - Holz: PlattenmaterialienICD Prof. A. Menges, S. Reichert, K. Dierichs, M. IrlwekITKE Prof. J. Knippers, M. Gabler

Verbindungen:Ohne Verbindungsmittel

ZinkungDas Zinken ist seit der Spätgotik (1400 - 1500) eine traditionelle Eckverbindung ohne zusätzliche Teile wie Nägel, Dübel oder Schrauben. In einigen Quellen wird jedoch schon auf Zinkungen aus der Zeit der Ägyptern (3000 v. Chr.) verwiesen.Hauptsächlich dient sie zum Verbinden von Korpusecken, als Fingerzapfen (T-Verbindung) aber auch zum Einbau von Böden oder Mittelwänden. Die Ausführungen unterscheiden sich je nach mechanischer Anforderung.

Die Bauteile werden durch eine mehrfache Verzahnung keilförmiger oder gerader Zapfen, die man Zinken oder Schwal-benschwänze nennt, kraftschlüssig und formschlüssig verbunden. Durch die Keilform der Schwalbenschwänze wird der Verbindung eine hohe Stabilität verliehen und die Hölzer können ungehin-dert schwinden ohne sich zu werfen.

Verzinkungen haben der Vorteil, dass sie sowohl auf Zug-, als auch auf Druck- und Biegekräfte belastbar sind. Bei Fingerzinkungen und Keilzinkungen übernimmt der Holzleim die Zugkräfte. Andere Verzinkungen bilden durch die Keilform bereits eine form- und kraftschlüssige Verbindung, die nicht voll-ständig vom Holzleim abhängig ist.Wie bei anderen Holzverbindungen wird auch bei den Verzinkungen ein Holzleim verwendet, der einer höheren Kraftein-wirkung standthält als die eigentlichen Holzfasern. Dadurch ist die Belastbarkeit der Verbindung gesichert.

60° Verbindung, 60mm Zinkung

60° Verbindung, 60mm Zinkung

60° Verbindung, 20mm Zinkung

60° Verbindung, 20mm Zinkung

60° Verbindung, verschiedene Plattenstärken

60° Verbindung, verschiedene Plattenstärken

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WS 10/11 Performative Morphologie - Holz: PlattenmaterialienICD Prof. A. Menges, S. Reichert, K. Dierichs, M. IrlwekITKE Prof. J. Knippers, M. Gabler

Herstellung eigener Platten und Verbindungen

Platten, die durch Verleimen und Verpressen hergestellt werden, können im kleineren Maßstab auch selbst produziert werden. Dabei kann auf die Morphologie des Systems eingegangen und die Faser-richtungen der einzelnen Lagen angepasst werden.

Produktionstechnische Beschränkungen sind vor allem beim Herstellen der Verbindungen zu beachten. Die robotische Fertigungsanlage arbetiet mit Fräs- und Sägewerkzeugen, die rechte Winkel erzeugen. Schwalben-schwanzfräser hingegen können einen vordefinierten Winkel erzeugen, der zumindest für 90° Verbindungen eine Schwalbenschwanzzinkung zulässt.

5-schichtiges Furniersperrholz Dreichschichtplatte Brettsperrholz

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Modulare Formen CNC-Verfahren"Benjamin Busch und!Viktoriya Nikolova!

PERFORMATIVE MORPHOLOGIE !ENTWURF WS 2010 !!ICD Professor Achim Menges, Steffen Reichert, Karola Dierichs !ITKE Professor Jan Knippers, Markus Gabler!

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http://de.wikipedia.org/wiki/Modularisierung !

Modulare Formen: Begriff"•  Das Modul: ein gleiches Teil, standardisiert (nach Form

und Fügung)!•  Mödularität: Aufteilung des Ganzen in Module!•  Modulares System: zusammengesetzt aus Module;

unterliegt geometrischen Regeln, vom Modul vorbedingt!

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Geschichte"•  Bedarf und Bestreben in der Architektur und

Ingenieurwesen nach möglichst einfachen, universellen Gleichteilen (an den spezifischen Anforderungen des Gebäudes entsprechend)!

•  Lösung: Serienfertigung, maschinelle Produktion!

19. Jh. Industrielle Revolution"

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Neue Vorteile"•  billige Herstellung durch Baugleiche Serien!•  niedrige Entwicklungskosten und Produktionszyklen!•  einfache Montageprozesse und Reparatur durch

Austausch der Fehlerhaften Komponente!•  Variationen durch Kombination mehrerer Komponenten

verschiedener Gruppen aus einer Produktionsklasse !•  Entstehung von neuen Bauteilen (genauere), die

Toleranzen beim Bauen und Fügen werden reduziert, Standardisierung!

http://de.wikipedia.org/wiki/Modularit%C3%A4t !

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Erwin Hauer (1950er Jahre)"•  ein Gesammtsystem, Ordnungsraster, theoretisch

unendlich!•  regelmässiges modulares system, mit rechtwinkligem

Raster, sowohl in 2D als auch in 3D!•  Herstellung: vier Elemente werden in einer Gussform aus

Hydrostone Hergestellt und bilden danach ein Modul, der sich fugenlos mit den anderen Modulen zusammenfügen lässt!

•  Ergebnisse: gleichförmige Flächenartikulation; homogene Lichtsituation des dahinterliegenden Raumes; einheiliche Lichttransmission !

•  Aber: Raster - immer noch im 2D! http://www.erwinhauer.com !

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Mathematischer Hintergrund"•  Modulare Formen in der Mathematik - Aperiodische und

Periodische Pflasterung (aperiodic und periodic tilings)!•  Aperiodische Pflasterung - enthält eine Reihe von

aperiodischen Fliessen; die Elemente lassen sich ohne Wiederholung bis ins Unendliche fügen!

•  Begriffsbezug in der Praxis (aperiodic tiling): Flugzeugsbau - Abdeckung durch aperiodischen Module (auch mehrere möglich)!

•  Zusammenfassung (aperiodic tiling):!–  Bestandteile: ein Modul oder eine endliche Anzahl an

Modulen!–  Mögliche Kombinationen: unendlich! http://en.wikipedia.org/wiki/Aperiodic_tiling!

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Penrose tiles"aperiodisch!

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Robinson tiles"aperiodisch!

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Periodische Pflasterung"enthält ein Abstand/ Interval, nach dem sich der Elementablauf wiederholt. Dazu gehören alle regelmässige Rasterarten: Rechteckraster, Dreieckraster. Die entstandene Struktur lässt sich im 3D leicht weiterführen, da die dabei immer noch regelmässig bleibt und sich in mehrere Symetrieebenen unterteilen lässt.!

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Buckminster Fuller (Expo Dome, Montreal)"•  Geometrische Form: Kugel, zweimal in Dreiecke unterteilt

(gleiche), wobei nur die Anschlussstücke sich unterscheiden!

•  Theorie: Bildung von Modulen aus Modulen (unterschiedliche Winkel beim Fügen)!

•  Leistung: Erzeugung einer räumlichen Figur aus 2D Module!

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CNC"Begriff: Computerized Numerical Control (CNC), übersetzt „computerisierte numerische Steuerung“, ist eine elektronische Methode zur Steuerung und Regelung von Werkzeugmaschinen (CNC-Maschinen), bzw. die dafür eingesetzten Geräte (Controller, Computer)!

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Entstehung"•  1950er Jahre!•  aus der NC, Numerical Control, bei der die Informationen

nicht als Komplettprogramm in der Steuerung einer Maschine gehalten, sondern satzweise von einem Lochstreifen eingelesen werden!

•  Ermöglichung einer Rationalisierung in der Serienfertigung und Einzelfertigung durch die erheblich schnellere und dabei trotzdem sehr genaue Bewegung der Achsen und Werkzeuge!

•  Bereits zu Beginn der 1980er Jahre - Bedarf die Programmierung der CNC zu vereinfachen und die DIN/ISO-Programmierung zu verlassen!

•  Entwicklung der so genannten werkstattorientierten Programmierung (WOP), die über eine benutzerführende, vereinfacht CAD-ähnliche Programmieroberfläche verfügt!

•  Holz- und Kunststoffbearbeitung - Formenbau!

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Markt und Weiterentwickling"•  Bereits zu Beginn der 1980er Jahre - Bedarf die

Programmierung der CNC zu vereinfachen und die DIN/ISO-Programmierung zu verlassen!

•  Entwicklung der so genannten werkstattorientierten Programmierung (WOP), die über eine benutzerführende, vereinfacht CAD-ähnliche Programmieroberfläche verfügt!

•  Holz- und Kunststoffbearbeitung - Formenbau!

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Zerspanen: Fräsen"•  Wie das Drehen und Sägen gehört das Fräsen zur Gruppe

der klassischen Bearbeitungsverfahren!•  Fräsen bezeichnet das spanabhebende Bearbeiten von

Metallen, Holz oder Kunststoffen mittels eines Fräswerkzeuges!

•  Es erfolgt auf speziellen Werkzeugmaschinen, in der Regel auf einer Fräsmaschine oder einem Bearbeitungszentrum!

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Zerspanen: Fräsen"•  Im Gegensatz zum Drehen wird die zur Spanabhebung

notwendige Schnittbewegung durch Rotation des Schneidewerkzeuges gegenüber dem fest im Maschinentisch eingespannten Werkstück erzeugt!

•  Die hingegen zur Formgebung notwendige Vorschubbewegung wird je nach Bauart entweder durch Verschiebung des Maschinentisches oder durch Bewegung des Fräswerkzeuges um das Werkstück herum erreicht!

•  Vorschubbewegungen können je nach Bauweise – auch kombiniert – in der X- ,Y- und Z-Achse oder entlang der jeweiligen Rotationsachsen erfolgen!

•  In der Einteilung der Fertigungsverfahren nach DIN 8580 zählt das Fräsen als Trennverfahren!

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Fräsverfahren: Merkmale"•  Beim Fräsen wird das Werkzeug in einer Drehbewegung

versetzt!•  Materialabtrag - nicht auf die Fertigung

rotationssystematischer Bauteile beschränkt!•  Vielfalt an zur Verfügung stehenden Werkzeugen, je nach

Anwendungsfall, Zerspanvolumen, Bauteilgeometrie!•  Allgemein lassen sich Fräsewerkzeuge in drei Gruppen

unterteilen:!–  Schaftfräser!–  Austesckfräser!–  Fräser mit Wendeschneidplatten!

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Planfräsen"•  Erzeugt werden ebene

Flächen durch geradlinige Vorschubbewegungen senkrecht zur Drehachse!

•  Erzeugung ähnlicher Flächen sind auch bei Stirnplanfräsern und Walzenstirnfräsern möglich!

Kalweit, A. (2006). Handbuch für Technisches Produktdesign.!

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Schraub- und Wälzfräsen "•  Erzeugt werden

rotationssymetrische, kreiszylindrische Flächen!

•  Bei geringer thermischer Belastung des Werkstücks kann das Verfahren als Alternative zum Drehen eingestzt werden!

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Rundfräsen"•  Erzeugt werden

rotationssymetrische, kreiszylindrische Flächen!

•  Bei geringer thermischer Belastung des Werkstücks kann das Verfahren als Alternative zum Drehen eingestzt werden!

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Profilfräsen"•  Die Form des

Werkzeuges wird im Werkstück abgebildet!

•  Eignet sich zur Erzeugung von Nuten, besondere Führungen, Radien oder Verzahnungen in Bauteilen!

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Formfräsen"•  Flexibler Materialabtrag zur

Herstellung von beliebigen Formen!•  Das Formfräsen findet deswegen

bei Formenbau eine breite Anwendung, sowie bei formgebende Prozesse und Prototypenentwurf!

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Fräsverfahren Anwendung"•  in fast allen

industriellen Bereichen (Fertigung und Formgebende Verfahren(Spritzgiessen, Druckgiessen))!

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CAD, CAM, CNC-Verfahren"„In biology material is expensive but form is cheap. As of today the opposite was true in case of technology.“- Julian Vincent!Das Bauwerk ist nicht mehr nur eine Summe der Einzelteile, sondern besteht aus zusammenwirkenden funktional optimierten Elementen!Der Spielraum der jetzigen modularen Fertigung liegt bei den Verbindungen!

CAD! CAM! Roboter!Machine-Code"

Rhino! G-Code!Hypermill! KUKA!

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Reiser, J. (2006). Atlas!Of Novel Tectonics.!

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Prinzip der Programmierten Mauer"•  (vom Roboter gerfertigte Mauerinstalation )!•  Der mauerbauende Roboter - herkömmlicher Industrieroboter. Für die

Anwendungen in der digitalen Fabrikation von Bauteilen wurde er jedoch mit einem speziellen Greifer ausgestattet. Seine Bewegungsfreiheit erhält er durch seinen beweglichen Greifarm und die Laufschienen, auf denen er hin und her fährt!

http://ethlife.ethz.ch/archive_articles/081215_!

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http://www.glform.com/Blobwall.html!

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Blobwall Pavillion"•  Ein leichtes, freistehendes Wandsystem, das aus einem

weichen, recyclebaren, stoßfesten Polymer gebaut wird !•  Das Blob Modul ist eine maschinell geschnittene, in Serien

hergestellte, hohle, dreilappige Form, die durch Rotationsformen ausgebildet wird !

•  Ein Roboter schneidet die Gelenke und Verbindungen mit Präzision. Blobwall verwendet keine Leim, sondern die Steine sind miteinander verschweißt!

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Hundegger Abbundmaschine K2i / K3i"•  Durchlaufquerschnitten von 20 x 50 mm bis 300 x 450 mm

und bei beliebigen Längen!•  Eigenschaften: Flexibilität, Vielfalt an

Bearbeitungsmöglichkeiten und Präzision!•  Die Abbundanlage wird ganz individuell abgestimmt durch

einen modularen Aufbau im Baukastensystem!

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Sägeschnitt 1250" Rundholz"

Blockbohle" Stack-TJI-2"

http://www.hundegger.de/de/maschinenbau/produkte/abbundmaschinen.html!

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ICD Professor Achim Menges | Steffen Reichert | Karola DierichsITKE Professor Jan Knippers | Markus Gabler Markus Wehrle | Tobias Pietzsch

Performative MorphologieSchaumstoffe | Formenbau

Schaumstoffe

Künstlich hergestellte Stoffe mit zelliger Struktur und niedriger Dichte

Prinzipiell lassen sich aus allen Kunststoffen Schaumstoffe herstellen

Nach Art des Herstellungsverfahrens und Wahl des Kunstoffes lassen sich verschiedene Qualitäten und Eigenschaften des Schaumstoffes herstellen

Man unterscheidet meist nur die Art des Schäumens bei der Herstellung

Werden in sehr vielen verschiedenen Gebieten zum Einsatz gebracht

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Performative MorphologieSchaumstoffe | Formenbau

Schaumstoffarten

Die herkömlichsten Schaumstoffe sind :

EPS | XPSPolysterolhartschaumStyropor ® | Styrodur ®Expandiert | Extrudiert

PURPolyurethanschaum

EPEPolyethylenschaum

EPPPolypropylenschaum

PVC-EPolyvinylchlorid-Hartschaum

EPS (Styropor ®)

Grobkörniger und druckempfi ndlicherSchaumstoff

Ist ein gemischtzelliger Schaumstoff und ist somit wasserempfi ndlich

Preis pro m³ : ~ 200 €

XPS (Styrodur ®)

Feinkörniger und druckunempfi ndlicher Schaumstoff

Ist ein geschlossenzelliger Schaumstoff und ist somit wasserunempfi ndlicher

Preis pro m³ : ~ 3000 €

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Performative MorphologieSchaumstoffe | Formenbau

Schaumstoffarten

Die herkömlichsten Schaumstoffe sind :

EPS | XPSPolysterolhartschaumStyropor ® | Styrodur ®Expandiert | Extrudiert

PURPolyurethanschaum

EPEPolyethylenschaum

EPPPolypropylenschaum

PVC-EPolyvinylchlorid-Hartschaum

PUR

Polyurethan ist auch ein feinkörniger Schaumstoff jedoch sehr porös

Als Hart- und Weichschaum verfügbar

Wird häufi g als Wärmedämmung oder Schwämme verwendet

Preis pro m³ : ~ 350 €

EPE

Polythylen ist ein sehr zäher und steifer Werkstoff

Sehr beständig gegenüber Laugen und Säuren

Nimmt sehr wenig Feuchtigkeit auf

Preis pro m³ : ~ 3500 €

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Performative MorphologieSchaumstoffe | Formenbau

Schaumstoffarten

Die herkömlichsten Schaumstoffe sind :

EPS | XPSPolysterolhartschaumStyropor ® | Styrodur ®Expandiert | Extrudiert

PURPolyurethanschaum

EPEPolyethylenschaum

EPPPolypropylenschaum

PVC-EPolyvinylchlorid-Hartschaum

EPP

Extrem leichter und robusterSchaumstoff der farblich je nach Bedarf anpassbar ist

Wird zunehmend in derAutomobilindustrie verwendet

Preis pro m³ : ~ 1200 €

PVC-E

Polyvinylchloridschaum ist sehr Alterungs- und Witterungsbeständig

Extrem feinporig wodurch er keinWasser aufnimmt

Wir häufi g als Abdichtung verwendet

Preis pro m³ : ~ 1500 €

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Performative MorphologieSchaumstoffe | Formenbau

Positivform

Negativform

Bauteil

Bauteil

Die Formen

Hauptsächlich 2 Formentypen:

- Positivformen ( Stempelformen )

└ glatte Innenfläche

- Negativformen ( Hohlformen )

└ glatte Außenfläche

Die zur Form gewandte Steite ist meist

die spätere Sichtfl äche

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Performative MorphologieSchaumstoffe | Formenbau

Das Urmodell

Um ein Formteil herzustellen, wird ein Urmodell benötigt

Kann aus verschiedenen Materialienbestehen

Holz Gips Modelliermasse Ton

Verlorene Form - Dauerform

Verlorene Formen müssen zerstört werden, um das Formteil freizulegen.Sie können also nur einmal verwendet werden

Dauerformen bestehen z.B. aus Metallund sind für hohe Stückzahlen gedacht

Verlorene Form

Urmodell Holz

Dauerform

Urmodell Polystyrol

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Performative MorphologieSchaumstoffe | Formenbau

Oberfl ächen

Um glatte Oberfl ächen zu erhalten,muss das Urmodell z.B. mit einemDeckschichtharz beschichtet werden.

Epoxi und PVC Deckschichtharze wer-den oft verwendet

Je nach Größe der Form muss auf die Topfzeit( Zeit bis zum Trocknen )geachtet werden

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Performative MorphologieSchaumstoffe | Formenbau

Trennschicht

Auf die glatte Oberfl äche wird eine mehrschichige Trennschicht aufgetragen, damit sich das Formteil nach dem Aushärten von der Vorlage lösen kann

1. Schicht: Grundierwachs wird dünn mit einem Baumwolltuch aufgetragen.Es muss ca. 15 min trocknen

2.Schicht: Ein wässriges Folientrennmit-tel auf Basis von Polyvenylalkohol wird aufgetragen, welches nach dem Aushärten eine Folie bildet, die mit Wasser abgewaschen werden kann

Das Formteil

Formteile können aus unterscheidlichenMaterialien bestehen. Oft werden Faserverbundwekstoffe wie GFK, NFK, oder Kunsttoffe mit Carbonfasern verwendet

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Performative MorphologieSchaumstoffe | Formenbau

Schaumstoffe

www.prosol-farben.dewww.xps-waermedaemmung.dewww.plasticsportal.netwww.achfoam.comwww.inandoutshop.dewww.isp-schaum.dewww.contitech.de

Formenbau

www.fair-square.de/default/91/4/0/0/mall/1/img/ig91head_lego_steine.jpgwww.streetart.berlinpiraten.de/wp-content/uploads/2009/06/lego-dispatchwork-jan-vormann.jpgwww.dcs-modellbau.de/bilder/produkte/gross/26804_1.jpgwww.sculpt.com/seminars/Pictures/RR_Images/2partmold.gifwww.carbonfi bergear.com/wp-content/uploads/2010/01/7-carbon-fi ber-coffee-table.jpgwww.rapidcastings.com/short_de/assets/images/fp_10.jpgwww.fraunhofer.de/Images/md11_fo3g_tcm7-31329.jpgwww.bumerang-muenchen.de/Bild%2011g.jpgwww.hp-textiles.com

Quellen

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PERFORMATIVE MORPHOLOGIE VERFORMUNGSMETHODEN

ICD ITKE YI YU RICHARD BARTH

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PERFORMATIVE MORPHOLOGIE VERFORMUNGSMETHODEN

ICD ITKE YI YU RICHARD BARTH

Definition: Umformverfahren

Mit Umformverfahren oder Umformen werden die Fertigungsverfahren bezeichnet, in denen Werkstücke aus festen Rohlingen durch bildsame plastische Formänderung erzeugt werden. Das Volumen des Rohteils entspricht dem Volumen des Fertigteils, die Masse und der Zusammenhalt des Werkstoffs werden bei der Umformung beibehalten. In der Einteilung der Fertigungsverfahren nach DIN 8580 steht das Umformen an zweiter Stelle. Nach dem Urformen wird der größte Teil der Werkstoffe durch Umformen zu Blechen, Drähten und anderen Profilen weiter verarbeitet. Man nennt diese Produkte Halbzeuge. Für die Fertigung von Massenprodukten ist die weitere Umformung der Halbzeuge meist das wirtschaftlichste Verfahren.

www.tu-dortmund.de

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PERFORMATIVE MORPHOLOGIE VERFORMUNGSMETHODEN

ICD ITKE YI YU RICHARD BARTH

Umformverfahren (DIN 8582)

Druckumformen (DIN 8583)

- Walzen von Blech /Platten - Freiformen - Gesenkformen (Schmieden) - Einprägen z.B. Prägen von Münzen - Durchdrücken z.B. Fließpressen von Hülsen

Zugdruckumformen (DIN8584)

- Durchziehen z.B. Ziehen von Draht - Tiefziehen von Töpfen - Kragenziehen - Drücken - Knickbauchen - Innenhochdruckumformen- Hochenergieumformung

www.tu-dortmund.de

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PERFORMATIVE MORPHOLOGIE VERFORMUNGSMETHODEN

ICD ITKE YI YU RICHARD BARTH

Umformverfahren (DIN 8582)

Zugumformen (DIN 8585)

- Längen - Weiten - Tiefen von KFZ-Schildern (Blasen von Flanschen)- Werkzeugloses Drahtziehen

Biegeumformen (mit geradliniger und drehender Werkzeugbewegung) (DIN 8586)

- Biegen von Dachrinnen - Biegen von Rohren - Rundwalzen von Blechen- Abkanten

Schubumformen (DIN8587)

- Verdrehen von Geländerstäben- Verschieben

www.tu-dortmund.de

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PERFORMATIVE MORPHOLOGIE VERFORMUNGSMETHODEN

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Tiefziehen

1. Allgemeine Informationen zum Tiefziehen

Tiefziehen dient zur Umformung von Blechen zueinem Hohlkörper. Die Blechdicke verringert sichnur wenig.

Abb. 1: Tiefziehen(Quelle: www.tu-dortmund.de)

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PERFORMATIVE MORPHOLOGIE VERFORMUNGSMETHODEN

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2. Verfahrensprinzip

• Das klassische Verfahren

• Das hydromechanische VerfahrenAbb. 2: Das klassische Verfahren

(Quelle: Handbuch für Technisches Produktdesign)

− Die Warmverformung− Die Kaltverformung

Abb. 3: Sonnenbank mit großflächigen Tiefziehteilen(Quelle: Handbuch für Technisches Produktdesign)

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PERFORMATIVE MORPHOLOGIE VERFORMUNGSMETHODEN

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3. Geeignete Materialien

Kunststoff, Metall, Edelstahl, Aluminium, usw.

Abb. 4: Ablauf des Modellbaus

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PERFORMATIVE MORPHOLOGIE VERFORMUNGSMETHODEN

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4. Praktische Beispiele

Abb. 5: Dachfenster(Quelle: www.google.de)

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PERFORMATIVE MORPHOLOGIE VERFORMUNGSMETHODEN

ICD ITKE YI YU RICHARD BARTH

Biegen

Biegen ist ein umformendes Fertigungsverfahren

1. Verfahrensprinzip• Das freie Biegen• Das Schwenkbiegen• Das Gesenkbiegen

Abb. 6: Biegen(Quelle: Handbuch für Technisches Produktdesign)

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PERFORMATIVE MORPHOLOGIE VERFORMUNGSMETHODEN

ICD ITKE YI YU RICHARD BARTH

2. Praktische Beispiele

Abb. 7: Schilfrohrhütten im Ma,dan(Quelle: Archi Plus )

Abb. 8: Bitterfeld Bogen(Quelle: www.google.de )

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PERFORMATIVE MORPHOLOGIE VERFORMUNGSMETHODEN

ICD ITKE YI YU RICHARD BARTH

Prototypisches Kunststoff-Faltwerk

Entwurfskonzept

- hochleistungsfähiges Tragwerkskonzept- komplexe Geometrie- innovativer und hochwertiger Werkstoff- neu entwickelte Fügetechnologie

Stahlbau 2009, Heft 4Stahlbau 2009, Heft 4

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PERFORMATIVE MORPHOLOGIE VERFORMUNGSMETHODEN

ICD ITKE YI YU RICHARD BARTH

Stahlbau 2009, Heft 4

Prototypisches Kunststoff-Faltwerk

Grundriss und Querschnitt

- Pavillon mit Durchmesser von knapp 4 m- Hüllfläche insgesamt ca. 22 m²- 8 identische Teilsegmente- rotationssymmetrisch um vertikale Achse durch Mittelpunkt des Pavillons- Faltwerk folgt Prinzip der radialen Rautenfaltung- maximale Plattengrösse produktionstechnisch auf 1 x 3 m begrenzt- Plattengeometrie aus Optimierungsprozess in Hinsicht auf Minimierung des Verschnitts- mittige Öffnung für Belichtung- Erschließung über drehbar angeschlossenes Sonderelement

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PERFORMATIVE MORPHOLOGIE VERFORMUNGSMETHODEN

ICD ITKE YI YU RICHARD BARTH

Prototypisches Kunststoff-Faltwerk

Tragwerkskonzept

- Struktur aus dünnwandigen Plattenelementen- Stabilisierung durch Geometrie und kraftschlüssige Verbindung der Kanten- Kraftabtragung überwiegend über Normalspannung- konstruktive Ausführung der Fußpunkte entsprechend Beanspruchung

Quellennachweis

Stahlbau 2009, Heft 4Stahlbau 2009, Heft 4

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PERFORMATIVE MORPHOLOGIE VERFORMUNGSMETHODEN

ICD ITKE YI YU RICHARD BARTH

Prototypisches Kunststoff-Faltwerk

Fügetechnologie und Herstellung

- Einzelplattenzuschnitt mittels 3D-Datenmodell- transluzente Kunststoff-Leichtbau-Elemente- Sandwichelemente aus auf Kernziehanlage gefertigtem Wabenkern- Deckschichten auf Flachbettlaminieranlagehergestellt- Plattendicke 19 mm- Flächengewicht 8,5 kg/m²- Fügetechnologie durch Klebeverbindungen und Haftverschlüsse (Toleranzenaufnahme)- kraftschlüssige und lösbare Verbindungen ohne materialfremde Teile- Übertragung von Beanspruchungen (Schubkräfte) in den Kanten - Verbindung der Plattenelemente über 3mm dicke gekantete PMMA-Leiste- Toleranzenausgleich von +/- 2 mm in der Fuge - Montage aufgrund des geringen Eigengewichts (max. 24 kg / Platte) ohne Hebezeuge möglich

Stahlbau 2009, Heft 4

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PERFORMATIVE MORPHOLOGIE VERFORMUNGSMETHODEN

ICD ITKE YI YU RICHARD BARTH

Danke für Ihre Aufmerksamkeit

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Holz als Vollmaterial

boyan mihaylov / silvia funieru

performative morphologie ws 10/11

icd / prof. achim menges

itke / prof. jan knippers

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material-

eigenschaften

Page 114: 101109_ManufacturingReader

materialbearbeitung

material-

eigenschaften

Page 115: 101109_ManufacturingReader

materialbearbeitung

material-

eigenschaften

baukonstruktion

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1. materialeigenschaften

struktur eigenschaften

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1. materialeigenschaften

struktur eigenschaften

[form] [performance]

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1. materialeigenschaften

struktur eigenschaften

Patrick Perré and Ian W. Turner, “A mesoscopic drying model applied to the growth rings of softwood: mesh generation and simulation results”, www.scielo.com

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1. materialeigenschaften

struktur eigenschaften

_molekular

_submikroskopisch

_mikroskopisch

_chemisch

_physikalisch

_mechanisch

_makroskopisch

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1.1. struktur

molekular

_cellulose35−50% des holzgefüges

polysaccharid der d−glykose

kristalliner bau

bildet die mikrofibrillen der zellwandbildet die mikrofibrillen der zellwand

Wagenführ, Anatomie des Holzes: unter besonderer Berücksichtigung der Holztechnik, 1988www.paukr.de/uploads/user/15/cellulose.gifhttp://www.biologie.uni-erlangen.de/mpp/LEHRE/images/Cellulose-01.jpg

Page 121: 101109_ManufacturingReader

1.1. struktur

molekular

_lignin20−30% des holzgefüges

hochpolymer, amorph, reich verästelt;

dreidimensionale vernetzung zu einem makromolekülmakromolekül

verstärkung der zellwand durch hineinwachsen in den interfibrillären räumen

Wagenführ, Anatomie des Holzes: unter besonderer Berücksichtigung der Holztechnik, 1988http://www.research.uky.edu/odyssey/images/lignin.jpg

Page 122: 101109_ManufacturingReader

1.1. struktur

molekular

_pektinkittsubstanz zwischen den holzzellen

in enger beziehung mit araban und galactan

Wagenführ, Anatomie des Holzes: unter besonderer Berücksichtigung der Holztechnik, 1988http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/ce/Pektin3.svg/784px-Pektin3.svg.png

Page 123: 101109_ManufacturingReader

1.1. struktur

submikroskopisch

_mittellamelleinterzellulare kittsubstanz

homogene struktur

dicke: 0,5−1,5 mikrometer

zellschichten nachliese

zellschichten nachkerr und baily

Wagenführ, Anatomie des Holzes: unter besonderer Berücksichtigung der Holztechnik, 1988

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1.1. struktur

submikroskopisch

_primärwandnetzwerk von mehreren lagen miteinander verflochtener cellulose−mikrofibrillen, zwischen denen hemicellulose, pektin und lignin eingelagert sind

oft hinüberwechseln der mikrofibrillen durch die mittellamelle hindurch zur benachbarten primärwand ˘ besondere festigkeit

zellschichten nachliese

zellschichten nachkerr und baily

Wagenführ, Anatomie des Holzes: unter besonderer Berücksichtigung der Holztechnik, 1988

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1.1. struktur

submikroskopisch

_äußere sekundärwandübergangslamelle

schwache paralleltextur

lamellarer aufbau

hohe packungsdichte engerehohe packungsdichte, engere interfibrillare zischenräume, höhere kristallinität der cellulose als in der primärwand

dicke ˘ 0,1−0,35 mikrometer

zellschichten nachliese

zellschichten nachkerr und baily

Wagenführ, Anatomie des Holzes: unter besonderer Berücksichtigung der Holztechnik, 1988

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1.1. struktur

submikroskopisch

_zentrale sekundärwandhauptteil der zellwand

parallele schraubentextur (spirale auf zug beansprucht)

dicke ˘ 1−10 mikrometerdicke 1 10 mikrometer

zellschichten nachliese

zellschichten nachkerr und baily

Wagenführ, Anatomie des Holzes: unter besonderer Berücksichtigung der Holztechnik, 1988

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1.1. struktur

submikroskopisch

_tertiärwandauskristallisierte kohlenhydrate aus den zum zelllumen abgeschobenen cellulosefibrillen

dicke ˘ 0,5−1,0 mikrometer, ,

zellschichten nachliese

zellschichten nachkerr und baily

Wagenführ, Anatomie des Holzes: unter besonderer Berücksichtigung der Holztechnik, 1988

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1.1. struktur

mikroskopisch (nadelholz)

_längstracheidenurform der holzzelle

axiale ausrichtung

stoffaustausch untereinander durch hoftüpfel

frühholz > spätholz

hoftüpfel

frühholztracheiden ˘wasserleitungsfunktion

spätholztracheiden ˘festigungsfunktion

> funktionsdifferenzierung innerhalb des jahrrings

Wagenführ, Anatomie des Holzes: unter besonderer Berücksichtigung der Holztechnik, 1988http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/97/Tracheiden-spiralverstaerkung-douglasie-5.jpg/220px-Tracheiden-spiralverstaerkung-douglasie-5.jpghttp://www.scielo.cl/fbpe/img/maderas/v7n1/Fig3_ar01.jpg

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1.1. struktur

mikroskopisch (nadelholz)

_quertracheidenbilden die holzstrahlen

radiale ausrichtung

gezähnte oder spiralige wandverdickungen zum schutz gegenwandverdickungen zum schutz gegen druck

Wagenführ, Anatomie des Holzes: unter besonderer Berücksichtigung der Holztechnik, 1988http://www.museum-albersdorf.de/BERNSTEN/holzstrl.jpghttp://www.museum-albersdorf.de/BERNSTEN/KREUZFD1.jpg

Page 130: 101109_ManufacturingReader

1.1. struktur

mikroskopisch (nadelholz)

_tüpfelöffnunen in der zellwand, dienen der stoffbewegung von zelle zu zelle

tüpfelmembran ˘ regelung der stofftransport, bei nadelhölzern ˘,torus (verdickung der membran in der mitte)

tüpfelhohlraum − gesamter raum innerhalb eines tüpfels von der tüpfelmembran bis zum zelllumen; porus ˘ tüpfelmündung

torusporus

Wagenführ, Anatomie des Holzes: unter besonderer Berücksichtigung der Holztechnik, 1988http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/97/Tracheiden-spiralverstaerkung-douglasie-5.jpg/220px-Tracheiden-spiralverstaerkung-douglasie-5.jpghttp://www.scielo.cl/fbpe/img/maderas/v7n1/Fig3_ar01.jpg

Page 131: 101109_ManufacturingReader

1.1. struktur

mikroskopisch (nadelholz)

_parenchymzellenaxiale oder radiale ausrichtung

leitung von nähr− und wuchsstoffen, speicherung von reservestoffen

Wagenführ, Anatomie des Holzes: unter besonderer Berücksichtigung der Holztechnik, 1988http://www.biologie.uni-hamburg.de/b-online/wood/images/palos_r.jpghttp://www.quagga-illustrations.de/Media/Shop/Thumbnails/h0009067x200x200.jpg

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1.1. struktur

mikroskopisch (nadelholz)

_epithelzellenparenchymatische exkretzellen

harzbildung und −ausscheidung

infolge von verletzungen

Wagenführ, Anatomie des Holzes: unter besonderer Berücksichtigung der Holztechnik, 1988http://www.forst.tu-muenchen.de/EXT/LERN/MODULE/BOTAN/MOD_1/IMG/mikros_quersc_1.jpg

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1.1. struktur

mikroskopisch (laubholz)

_interzellulargängevorwiegend in den ecken aneinanderstoßender zellen

dienen der durchlüftung, aufnahme von harzen, gummösen stoffen, ätherischen , ,ölen usw.

Wagenführ, Anatomie des Holzes: unter besonderer Berücksichtigung der Holztechnik, 1988http://www.sbs.utexas.edu/mauseth/weblab/webchap15wood/web15.2-2b.jpg

Page 134: 101109_ManufacturingReader

1.1. struktur

mikroskopisch (laubholz)

_gefäße (tracheen)wasserleitung ung ˘speicherung

öffnungen an den enden ˘einfach/leiterförmig/netzförmig/foraminat

schraubartig verdickte innenwändeschraubartig verdickte innenwände

Wagenführ, Anatomie des Holzes: unter besonderer Berücksichtigung der Holztechnik, 1988http://www.biologie.uni-hamburg.de/b-online/fo06/05b4.jpg

Page 135: 101109_ManufacturingReader

1.1. struktur

mikroskopisch (laubholz)

_tracheidengefäßtracheiden ˘ übergang von tracheide zu trachee

wasserleitungsfunktion

vasizentrische tracheidenvasizentrische tracheiden

Wagenführ, Anatomie des Holzes: unter besonderer Berücksichtigung der Holztechnik, 1988

Page 136: 101109_ManufacturingReader

1.1. struktur

mikroskopisch (laubholz)

_fasertracheidenübergang von tracheide zu libriformfaser

langgestreckt, mehr oder weniger dickwändig, englumig, zugespitzt, ,

Wagenführ, Anatomie des Holzes: unter besonderer Berücksichtigung der Holztechnik, 1988http://www.scielo.org.ar/img/revistas/bsab/v43n1-2/a04f1.jpg

Page 137: 101109_ManufacturingReader

1.1. struktur

mikroskopisch (laubholz)

_libriformfasernüberwiegend tote zellen, dienen der wasser− und luftleitung

verzahnung oder überlappung an den enden

faserenden mit gabel− oder dornbildungen, gekrümmt

festigungsgewebe

tracheiden/fasertracheiden/libriformfasernim vergleiich

Wagenführ, Anatomie des Holzes: unter besonderer Berücksichtigung der Holztechnik, 1988http://www.uri.edu/cels/bio/plant_anatomy/images/47.gif

Page 138: 101109_ManufacturingReader

1.1. struktur

mikroskopisch (laubholz)

_parenchymzellenlängs− und radialparenchym

reichlicher als bei nadelhölzern

längsparenchym − apotracheal (nicht ständig in verbindung mit den gefäßen)ständig in verbindung mit den gefäßen) oder paratracheal (in enger verbindung mit den gefäßen)

apotracheal paratrachealparatracheale parenchymzellen bei amburana cearensis

Wagenführ, Anatomie des Holzes: unter besonderer Berücksichtigung der Holztechnik, 1988http://delta-intkey.com/wood/images/ambur_x2.jpg

Page 139: 101109_ManufacturingReader

1.1. struktur

makroskopisch

_holzgewebenleitgewebe (lg) ˘ wasserleitung

speichergewebe (sg) ˘ stoffspeicherung

festigungsgewebe (fg) ˘ festigung

sondergewebe (so) reaktions undsondergewebe (so) ˘ reaktions− und wundholz

Wagenführ, Anatomie des Holzes: unter besonderer Berücksichtigung der Holztechnik, 1988

Page 140: 101109_ManufacturingReader

1.1. struktur

makroskopisch

_mark (lg)abgestorbenes parenchymatisches gewebe

dient im ersten jahr der wasserleitung

Wagenführ, Anatomie des Holzes: unter besonderer Berücksichtigung der Holztechnik, 1988http://chestofbooks.com/gardening-horticulture/Commercial-Gardening-1/images/Section-of-Dicotyledonous-Stem-showing-central-pith-three.jpg

Page 141: 101109_ManufacturingReader

1.1. struktur

makroskopisch

_holzstrahlen (lg/fg)radiale stoffleitung und ˘speicherung

markstrahlen ˘ reichen von der rinde bis zum mark

holzstrahlen ˘ enden blind im holzholzstrahlen enden blind im holz

holzstrahlen einer plataneWagenführ, Anatomie des Holzes: unter besonderer Berücksichtigung der Holztechnik, 1988http://www.payer.de/tropenarchitektur/trarch040074.jpg

Page 142: 101109_ManufacturingReader

1.1. struktur

makroskopisch

_jahrringeresultieren aus jährlichen klimaschwankungen

frühholz ˘ zu beginn derfrühholz zu beginn der vegetationszeit gebildet, sichert das rasche transport von wassergelösten nährstoffen

leitungsfunktion (lg)

äspätholz ˘ gegen ende der vegetationszeit gebildet

höhere dichte und festigkeit als frühholz, quillt und schwindet stärker

festigungsfunktion (fg)

Page 143: 101109_ManufacturingReader

1.1. struktur

makroskopisch

_längsparenchym (sg)leitung und speicherung von reservestoffen

paratracheale parenchymzellen bei amburana cearensis

Wagenführ, Anatomie des Holzes: unter besonderer Berücksichtigung der Holztechnik, 1988http://delta-intkey.com/wood/images/ambur_x2.jpg

Page 144: 101109_ManufacturingReader

1.1. struktur

makroskopisch

_harzkanäle (lg)vereinzelt oder bandartig, von parenchym umgeben

Wagenführ, Anatomie des Holzes: unter besonderer Berücksichtigung der Holztechnik, 1988http://www.zmirr.info/var/ezflow_site/storage/images/galerie-fotografii/budowa-wtorna-lodygi/przekroj-poprzeczny-przez-kanaly-zywiczne-w-drewnie-wtornym-swierka-picea/1053-4-pol-PL/Przekroj-poprzeczny-przez-kanaly-zywiczne-w-drewnie-wtornym-swierka-Picea_imagelarge.jpg

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1.1. struktur

makroskopisch

_kernholzinnere zone des holzes

enthält keine lebendigen zellen

reservestoffen werden abgebaut oder in kernholzsubstanzen umgebautin kernholzsubstanzen umgebaut

trockener, schwerer, härter und dauerhafter, schwieriger zu imprägnieren, geringerer raumschwindmaß

Wagenführ, Anatomie des Holzes: unter besonderer Berücksichtigung der Holztechnik, 1988http://www.teak-und-moebel.de/teakmoebel-onlineshop/images/Kernholz.jpg

Page 146: 101109_ManufacturingReader

1.1. struktur

makroskopisch

_splintholzäußere zone des holzes

enthält lebende zellen und reservestoffe

dient der wasserleitungdient der wasserleitung

hellere farbe

Wagenführ, Anatomie des Holzes: unter besonderer Berücksichtigung der Holztechnik, 1988http://www.teak-und-moebel.de/teakmoebel-onlineshop/images/Kernholz.jpg

Page 147: 101109_ManufacturingReader

1.1. struktur

makroskopisch

_sondergewebereaktionsholz

− axiom der konstanten spannung

zugholz bei laubbäumen:erhöhter

cellulosegehalt

reaktionsholztracheiden und normaltracheiden im vergleich exzentrischer baumwuchs druckholz bei nadelbäumen:

erhöhter ligningehalt

Wagenführ, Anatomie des Holzes: unter besonderer Berücksichtigung der Holztechnik, 1988http://lh6.ggpht.com/_EcAk5BcxEIw/SMT0865CBuI/AAAAAAAAA0w/XL8aQzGCuMY/s128/baubotanik_reaktionsholz_166x124.jpghttp://www.forestry.gov.uk/images/CEMARE_CW_Cells.jpg/$FILE/CEMARE_CW_Cells.jpghttp://de.academic.ru/pictures/dewiki/69/ExzenterBaumwuchs.JPG

Page 148: 101109_ManufacturingReader

1.1. struktur

bioimetische konstruktion?

_hauptmerkmale der holzstruktur, die auf eine makroebene übertragen werdenübertragen werden können:

hierarchie

anisometrie

periodik

konzentrizität

porösität

?

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1.2. eigenschaften

chemisch

_biologisch abbaubaranfällig gegen pilze und bakterien (ab einer holzfeuchte von etwa 20%)

_holz als energieträgerthermische zersetzung ab 105 grad celsius

pyrolyse ˘ thermochemische spaltung der makromoleküle unter entstehungder makromoleküle unter entstehung von bio−öl und holzkohle/holzteer

http://www.farbe-und-technik.info/werkstoffe/holzschaedling-pilze/pilzbefall-brett-2.jpg

Page 150: 101109_ManufacturingReader

1.2. eigenschaften

physikalisch

gute statische eigenschaften in

faserrichtung

hygroskopie

_anisotropie

_kapilar−poröserohdichte ˘ je höher, desto

dauerhafter und härter ist das holz

quellen und schwinden

struktur

_konzentrische − radial ˘ 2−4%

− tangential ˘ 1,5−2%

− axial ˘ vernachlässigbar

struktur

Kalweit, Paul, Peters, Wallbaum: Handbuch für technisches Produktdesign

Page 151: 101109_ManufacturingReader

1.2. eigenschaften

mechanisch

_holzart

_faserverlauf

_feuchtigkeit

_biegefestigkeit

_schlagfestigkeit

_spaltfestigkeit

_ästigkeit

_querschnittsform

_zug−/druckfestigkeit

_torsionsfestigkeit

_knickfestigkeit

_abriebfestigkeit

in axialer ebene hoch

in radialer ebene gering

in tangentialer ebene geringer

_schnitt−/scherfestigkeit

quer zur faser hochquer zur faser hoch

längs zur faser klein

Kalweit, Paul, Peters, Wallbaum: Handbuch für technisches Produktdesign

Page 152: 101109_ManufacturingReader

http://www.proholz.at/holzistgenial/2007/holz-arten-1.htm; http://www.tischler-ole-welzel.de/

Page 153: 101109_ManufacturingReader

http://www.proholz.at/holzistgenial/2007/holz-arten-1.htm; http://www.tischler-ole-welzel.de/

Page 154: 101109_ManufacturingReader

http://www.proholz.at/holzistgenial/2007/holz-arten-1.htm; http://www.tischler-ole-welzel.de/

Page 155: 101109_ManufacturingReader

2. materialbearbeitung

stammuntersuchung

schneiden

trocknung

weiterbearbeitung

_oberflächenbehandlung

verleimen_verleimen

_biegen

_beschichtungen

Page 156: 101109_ManufacturingReader

2. materialbearbeitung

stammuntersuchung

schneiden

materialgerechte

trocknung

bearbeitung?

weiterbearbeitung

_oberflächenbehandlung

verleimen_verleimen

_biegen

_beschichtungen

Page 157: 101109_ManufacturingReader

2.1. stammuntersuchung

_ultraschallmethode zur ermitlung des e−moduls

_diagnose von farbverkernung und

holzveränderungen durch elektrische

Widerstandstomographie

j.l. sandoz, ultrasonic solid wood evaluationin industrial applications, http://www.ndt.net/article/sandoz/sandoz.htm

philipp h westebbe

_scannen von gefällten stämmen zur optimierung

des schnittes

philipp h. westebbe,zerstörungsfreie diagnose an stehenden laubbäumen,

http://www.kinghornsystems.com/http://www.tree−d.com/

Page 158: 101109_ManufacturingReader

2.2. schneiden

werkzeuge

gattersäge bandsäge profilspaner vielblattkreissäge dickenhobelmaschine

http://de.academic.ru/pictures/dewiki/80/Puchberg_Gattersage_in_Sonnleiten.jpghttp://www.schaller-maschinen-ag.ch/bilder_maschinen/Bandsaege_001.jpghttp://www.weinig.com/C1256FAF0043EEBF/vwContentByKey/W26E3BWF474ALPADE/$FILE/09412%20WE_0706-164x125.jpghttp://www.sichere-schule.de/technik/_incl/img/fotos/risu-nrw/maschinenbezogene_hinweise/abricht_dickenhobelmaschine/01.jpg

Page 159: 101109_ManufacturingReader

2.2. schneiden

querschnitte

_einstieliger einschnittnutzung für einen homogenen

querschnitt aus der stammitte.

randstücke werden zu brettern

verarbeitet

_scharfschnittbretter verwerfen sich beim

trocknen nach außen. mittleres

brett durch den kern sehr

inhomogen

_radialschnittwenig risse und verwerfungen, aber

großer materialverlust

_radialschnitte nach der

drehmetodeformstabile bretter mit

unterschiedlicher breite

_kreuzschnittsehr homogene stücke. kleine

bretter zeigen die radiale maserung

_cantibay−schnittgrößere anzahl breiter bretter,

wenig verschnitt, aber starke

verwerfung. anwendung bei stark

angegriffenem kern

_spiegelschnittbretter verwerfen sich nicht so

stark, da die jahresringe nahezu

senkrecht auf der brettoberfläche

stehen

_riftschnittbretter mit stehenden jahresringen

_viertelschnittformstabile bretter ohne

verwerfung. gute qualität

Kalweit, Paul, Peters: Wallbaum, Handbuch für technisches Produktdesign

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2.2. schneiden

lieferformen

_rundholzmind. 14 cm durchmesser; höhere tragfähigkeit als schnittholz (bei gleicher querschnittsfläche)

_schnittholzlatte d < 40 mm b < 80 mmlatte: d < 40 mm, b < 80 mm

brett: d < 40 mm, b > 80 mm

bohle: d > 40 mm, b > 3d

kantholz: b < h < 3b, b > 40 mm

Backe, Hiese: Baustoffkunde für Ausbildung und Praxishttp://www.rundholz-ramskogler.at/images/rundholz.jpghttp://www.regnerholz.at/fileadmin/data/content/produktfotos/schnittholz_3.jpg

Page 161: 101109_ManufacturingReader

2.3. trocknung

methoden

_konvektionstrocknungfrischluft−abluft−trocknung

aufwärmphase ˘ höhere rel. luftfeuchte zur besseren wärmeübertragung

_holzvakuumtrocknungbeschleunigung der dampfströmung in richtung oberfläche durch senkung des drucks

trocknungsphase

konditionierungsphase ˘feuchteausgleich innerhalb des holzes

freilufttrocknung_freilufttrocknungverdunstung + konvektion

energiesparend

vorwiegend für brennholztrocknung, weniger für schnittholztrocknung

Thomas Trübswetter (2006): Holztrocknunghttp://www.energie.ch/themen/industrie/infel/holztrocknung1.gif

Page 162: 101109_ManufacturingReader

2.4. leimbinder

vorteile

kompromiss zwischen der möglichst vollständigen erhaltung der holzstruktur und der kontrollierbarkeit der holzeigenschaften

leno brettsperrholz

http://www.finnforest.de/produkte/leno/Pages/Default.aspxhttp://www.apawood.org/paBlog/images/Image/GlulamSampleCropped.jpg

Page 163: 101109_ManufacturingReader

2.5. biegen

_plastifizierung durch

erhöhung der temperatur und

der holzfeuchte

http://www.ghebavaria.de/biegeholz.jpg

Page 164: 101109_ManufacturingReader

3. baukonstruktion

bauteildimensionierung

˜moderne˜ verbindungsmittel

˜traditionelle˜ holz−holz−verbindungenverbindungen

Page 165: 101109_ManufacturingReader

3.1. bauteildimensionierung

beispiel: nadelholz c24,

biegebeanspruchung

din 1052 − 2004• fm,k = 2,4 kN/cm2

• kmod ~ 0,8 (faktor für holzfeuchte und lasteinwirkungsdauer)

• γm = 1,3• σR,m,d = 1,5 kN/cm2

krauss, führer, jürges, tabellen zur tragwerkslehre

Page 166: 101109_ManufacturingReader

3.2. “moderne” verbindungsmittel

Natterer, Herzog, Volz, Holzbauatlas 2

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3.3. “traditionelle” verbindungen

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Zwerger, Das Holz und seine Verbindungen

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Zwerger, Das Holz und seine Verbindungen

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Zwerger, Das Holz und seine Verbindungen

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Zwerger, Das Holz und seine Verbindungen

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Zwerger, Das Holz und seine Verbindungen

Page 173: 101109_ManufacturingReader

selfsupportingframework"•  Mandala-Dach (reciprocal frame) Konstruktion!•  Ein Programm berechnet die Länge aller Strahlen und die

detaillierte Lage und Geometrie der Schnitte und Schlupflöcher!

•  Die Geometrie wird in ein Kalkulationsprogramm exportiert, um die strukturelle Leistung zu überprüfen!

•  Die 180 Trägern (100 x 100 mm) wurden von einer numerisch gesteuerten Schneidemaschine (Hundegger) gefertigt!

http://rhinoscript.org/gallery/31!

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