Fachbeiträge & Interviews
Mittwoch, 13. November 2019
Ausgabe 6659 | Nr. 317 | 19. Jahrgang
Autor: Fabian Hesse
Herausgeber: bauingenieur24 Informationsdienst email-weiterempfehlendruckansicht

Selbstformende Holzplatten für nachhaltiges Bauen entwickelt

# 08.11.2019

Massive Holzbauelemente dank Zwei-Schichten-System ohne äußere Krafteinwirkung modellierbar. Verfahren nutzt natürliches Verziehen des Baustoffs aus. Forschende sprechen von energieeffizienter Holz-Programmierung

Intensive Forschung in Holzbauweise hält an

Eine zweischichtige Holzplatte (Bilayer) krümmt sich während der Trocknung (WMC = Feuchtigkeitsgehalt des Holzes). Foto: Universität Stuttgart, ICD / ITKE Eine zweischichtige Holzplatte (Bilayer) krümmt sich während der Trocknung (WMC = Feuchtigkeitsgehalt des Holzes). Foto: Universität Stuttgart, ICD / ITKE

Im Zusammenhang mit einer erhöhten Nachhaltigkeit des Bauens wird dem Baustoff Holz große Bedeutung beigemessen. Ziel der derzeitigen wissenschaftlichen Forschung und Entwicklung ist es dabei, die Möglichkeiten und funktionalen Eigenschaften von Beton und Stahl auf den Werkstoff Holz zu übertragen (vgl. Quellen und Verweise).

Während mittels spezieller Verbundverfahren bereits Lösungen gefunden wurden, um die statische Leistungsfähigkeit von Holz zu steigern, ist es bislang nicht möglich, Holzbauteile in effizienter Weise beliebig zu modellieren. Für gekrümmte oder verdrehte Strukturen braucht man bisher große und energieintensive Maschinen, welche die Bauelemente in die gewünschte Form pressen.

Deutsch-Schweizer Forschungsprojekt zur Selbstformung von Holz

Wie die internationale wissenschaftliche Fachzeitschrift Science Advances im September berichtete, haben Forschende der Universität Stuttgart, der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich und der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) einen Ansatz entwickelt, bei dem sich massive Holzbauelemente in einem kontrollierten Trocknungsprozess ohne äußere Krafteinwirkung selbst in eine vordefinierte Form biegen.

Hierfür übertrugen die Wissenschaftler aus der Natur bekannte Mechanismen, die bereits bei kleinen biomedizinischen Geräten zum Einsatz kommen, mit Hilfe modernster Modellierungstechnologien in einen großen Maßstab. Laut Forscher lassen sich so bogenförmige Holzgebäudeteile von bis zu fünf Metern Höhe von selbst formen.

Doppelschichtige Holzplatten natürlichem Trocknungsprozess ausgesetzt

Der Urbach-Turm im Remstal in Baden-Württemberg besteht aus Holzelementen, die sich entsprechend digitaler Berechnungen (Holz-Programmierung) selbst verformt haben. Foto: Universität Stuttgart, ICD / ITKE Der Urbach-Turm im Remstal in Baden-Württemberg besteht aus Holzelementen, die sich entsprechend digitaler Berechnungen (Holz-Programmierung) selbst verformt haben. Foto: Universität Stuttgart, ICD / ITKE

Das Verfahren der Selbstformung basiert auf dem natürlichen Quellen und Schwinden von Holz in Abhängigkeit seines Feuchtegehalts. Trocknet feuchtes Holz, zieht es sich senkrecht zur Faserrichtung stärker zusammen als längs der Faserung. Dieses Verziehen ist normalerweise unerwünscht.

Die Forschenden nutzen diese Eigenschaft jedoch gezielt, indem sie jeweils zwei Holzschichten so zusammenkleben, dass ihre Faserungen unterschiedlich orientiert sind.

Die "Bilayer" (d.h. "Zwei-Schichten, Anm. d. Red.) genannte Holzplatte mit ihrem zweilagigen Schichtaufbau ist der Grundbaustein der neuen Methode. Wenn der Feuchtigkeitsgehalt des "Bilayer" sinkt, schrumpft eine Schicht stärker als die andere.

Neue Perspektive für digitale Konstruktion und Fertigung von Holzbauteilen

Da die beiden Schichten fest miteinander verklebt sind, biegt sich das Holz. Je nach Dicke der Schichten, Orientierung der Fasern und dem Feuchtegehalt kann man nun mit einem Computermodel berechnen, wie sich das Grundbauelement während der Trocknung verformt. Die Forschenden nennen diesen Prozess "Holz-Programmierung".

"Das Verfahren eröffnet neue Wege für ein nachhaltiges und dennoch leistungsstarkes Bauen sowie eine neue Perspektive auf die digitale Konstruktion und Fertigung von hölzernen Groß-Bauteilen mit komplexen Geometrien", erläutert Dylan Wood, Leiter der Forschungsgruppe Materialprogrammierung am Institut für Computerbasiertes Entwerfen der Universität Stuttgart.

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