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Handlaminate
Bearbeiter: Georg Ladurner; Guowei WU
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
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
Handlaminieren
- Keramischer Faserverbund
- Holzlaminate
- Verbundlaminate (Hybrid-laminates)
- Faserverstärkter Kunststoff
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
Keramischer Faserverbund
Herstellung
1. Einbringen der Fasern(Fasergewebe, Flechten, Stricken…)
2. Einbringen des Matrixmaterials3. Endbearbeitung und Beschichtung
Matrix
- Einbringen bei >1000 Grad- Begasung, Elektrophorese
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
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
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
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
Verbundlaminate
- Verschiedene Werkstoffe- Hybrid-laminate
Technische Eigenschaften
- Biegesteifigkeit- Schlagfestigkeit- Gewicht- Thermischer Ausdehnungskoeffizient- …
Ästhetische Eigenschaften
- Visuelle Effekte- Lichttransmission- Selbstreinigung- Wärmereaktion- …
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
Verbundlaminate
Krystal weave laminates
- Klare Textilien auf Garnbasis- Zwischen Polymerplatten gepresst
- Mit Holzbearbeitungsgeräten bearbeitbar
- Verkleidungen- Welleneffekt
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
Faserverstärkter Kunststoff
Anwendungen
Halbzeuge
frei geformte Konstruktionen
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
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
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
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
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
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)
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)
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
Handlaminieren von Glasfaserverstärkten Kunststoff
Für die Formgebung ist eine Schalung erforderlich.
Die Oberfläche werden geschliffen und mit einem Trennmittel überzogen.
Handlaminieren von Glasfaserverstärkten Kunststoff
Zunächst wird eine weniger als 1mm dicke Harzschicht auf die Form aufgetragen.
Danach werden Textilien in die Form eingebracht.
Handlaminieren von Glasfaserverstärkten Kunststoff
Die Gewebe wird mit flüssigem Harz getränkt. Die Gewebe wird durch Rollen angepresst bzw.entlüftet.
Handlaminieren von Glasfaserverstärkten Kunststoff
Dieser Prozess wird mehrfach bis zum Erreichen der gewünschten Laminatstärke wiederholt.
Handlaminieren von Glasfaserverstärkten Kunststoff
Vakuumverfahren
Press- und Injektionsverfahren
Pultrusion
Faserwickeln
Faserspritzen
Automated Fiber Placement
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
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
Alexander Paul 2519612Oliver David Krieg 2346416
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
WS 10/11 Performative Morphologie - Holz: PlattenmaterialienICD Prof. A. Menges, S. Reichert, K. Dierichs, M. IrlwekITKE Prof. J. Knippers, M. Gabler
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
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
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
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).
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
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
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
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
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
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
Alexander Paul 2519612Oliver David Krieg 2346416
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
WS 10/11 Performative Morphologie - Holz: PlattenmaterialienICD Prof. A. Menges, S. Reichert, K. Dierichs, M. IrlwekITKE Prof. J. Knippers, M. Gabler
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
Alexander Paul 2519612Oliver David Krieg 2346416
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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!
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!
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"
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 !
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 !
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!
Penrose tiles"aperiodisch!
Robinson tiles"aperiodisch!
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.!
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!
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)!
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!
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!
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!
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!
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!
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.!
Schraub- und Wälzfräsen "• Erzeugt werden
rotationssymetrische, kreiszylindrische Flächen!
• Bei geringer thermischer Belastung des Werkstücks kann das Verfahren als Alternative zum Drehen eingestzt werden!
Rundfräsen"• Erzeugt werden
rotationssymetrische, kreiszylindrische Flächen!
• Bei geringer thermischer Belastung des Werkstücks kann das Verfahren als Alternative zum Drehen eingestzt werden!
Profilfräsen"• Die Form des
Werkzeuges wird im Werkstück abgebildet!
• Eignet sich zur Erzeugung von Nuten, besondere Führungen, Radien oder Verzahnungen in Bauteilen!
Formfräsen"• Flexibler Materialabtrag zur
Herstellung von beliebigen Formen!• Das Formfräsen findet deswegen
bei Formenbau eine breite Anwendung, sowie bei formgebende Prozesse und Prototypenentwurf!
Fräsverfahren Anwendung"• in fast allen
industriellen Bereichen (Fertigung und Formgebende Verfahren(Spritzgiessen, Druckgiessen))!
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!
Reiser, J. (2006). Atlas!Of Novel Tectonics.!
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_!
http://www.glform.com/Blobwall.html!
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!
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!
Sägeschnitt 1250" Rundholz"
Blockbohle" Stack-TJI-2"
http://www.hundegger.de/de/maschinenbau/produkte/abbundmaschinen.html!
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
PERFORMATIVE MORPHOLOGIE VERFORMUNGSMETHODEN
ICD ITKE YI YU RICHARD BARTH
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
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
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
PERFORMATIVE MORPHOLOGIE VERFORMUNGSMETHODEN
ICD ITKE YI YU RICHARD BARTH
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)
PERFORMATIVE MORPHOLOGIE VERFORMUNGSMETHODEN
ICD ITKE YI YU RICHARD BARTH
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)
PERFORMATIVE MORPHOLOGIE VERFORMUNGSMETHODEN
ICD ITKE YI YU RICHARD BARTH
3. Geeignete Materialien
Kunststoff, Metall, Edelstahl, Aluminium, usw.
Abb. 4: Ablauf des Modellbaus
PERFORMATIVE MORPHOLOGIE VERFORMUNGSMETHODEN
ICD ITKE YI YU RICHARD BARTH
4. Praktische Beispiele
Abb. 5: Dachfenster(Quelle: www.google.de)
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)
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 )
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
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
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
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
PERFORMATIVE MORPHOLOGIE VERFORMUNGSMETHODEN
ICD ITKE YI YU RICHARD BARTH
Danke für Ihre Aufmerksamkeit
Holz als Vollmaterial
boyan mihaylov / silvia funieru
performative morphologie ws 10/11
icd / prof. achim menges
itke / prof. jan knippers
material-
eigenschaften
materialbearbeitung
material-
eigenschaften
materialbearbeitung
material-
eigenschaften
baukonstruktion
1. materialeigenschaften
struktur eigenschaften
1. materialeigenschaften
struktur eigenschaften
[form] [performance]
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
1. materialeigenschaften
struktur eigenschaften
_molekular
_submikroskopisch
_mikroskopisch
_chemisch
_physikalisch
_mechanisch
_makroskopisch
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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)
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
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
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
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
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
1.1. struktur
bioimetische konstruktion?
_hauptmerkmale der holzstruktur, die auf eine makroebene übertragen werdenübertragen werden können:
hierarchie
anisometrie
periodik
konzentrizität
porösität
?
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
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
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
http://www.proholz.at/holzistgenial/2007/holz-arten-1.htm; http://www.tischler-ole-welzel.de/
http://www.proholz.at/holzistgenial/2007/holz-arten-1.htm; http://www.tischler-ole-welzel.de/
http://www.proholz.at/holzistgenial/2007/holz-arten-1.htm; http://www.tischler-ole-welzel.de/
2. materialbearbeitung
stammuntersuchung
schneiden
trocknung
weiterbearbeitung
_oberflächenbehandlung
verleimen_verleimen
_biegen
_beschichtungen
2. materialbearbeitung
stammuntersuchung
schneiden
materialgerechte
trocknung
bearbeitung?
weiterbearbeitung
_oberflächenbehandlung
verleimen_verleimen
_biegen
_beschichtungen
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/
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
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
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
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
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
2.5. biegen
_plastifizierung durch
erhöhung der temperatur und
der holzfeuchte
http://www.ghebavaria.de/biegeholz.jpg
3. baukonstruktion
bauteildimensionierung
˜moderne˜ verbindungsmittel
˜traditionelle˜ holz−holz−verbindungenverbindungen
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
3.2. “moderne” verbindungsmittel
Natterer, Herzog, Volz, Holzbauatlas 2
3.3. “traditionelle” verbindungen
Zwerger, Das Holz und seine Verbindungen
Zwerger, Das Holz und seine Verbindungen
Zwerger, Das Holz und seine Verbindungen
Zwerger, Das Holz und seine Verbindungen
Zwerger, Das Holz und seine Verbindungen
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!