Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Baustellenoptimierte Schnellaushärtung im Holzbau

Obgleich das Kleben im Holzbau ein sehr großes Potential besitzt, ist der Klebprozess selbst sehr zeitintensiv: die üblicherweise eingesetzten 2-K Silikone, Polyurethane oder Epoxidharze benötigen unter Produktions- oder Baustellenbedingungen mehrere Stunden bis hin zu mehreren Tagen zur Aushärtung. Weiterhin sind Mindesttemperaturen einzuhalten, die auf der Baustelle nicht immer vorliegen; wenn die Temperaturen auf der Baustelle allerdings zu hoch sind, wirkt es sich negativ auf die Topfzeit der Klebstoffe aus. Hierdurch entstehen insb. KMU erhebliche Einschränkungen.

Eine Möglichkeit, den Klebprozess zu beschleunigen, besteht in der Erwärmung des Klebstoffs bei der Aushärtung. Während in anderen Industrien ganze Bauteile erwärmt werden, ist dies im Bauwesen aufgrund der Bauteilgrößen oft nicht ohne weiteres möglich. Deshalb konzentriert sich die aktuelle Forschung auf die gezielte und lokalisierte Erwärmung der Klebfuge. Eine der Methoden dies zu erreichen, ist die Erwärmung von Klebstoffen mit metallischen Partikeln über elektromagnetische Induktion. Allerdings hat die induktive Erwärmung in der Vergangenheit nicht immer die in sie gesetzten Hoffnungen erfüllt. Die Problemstellungen der induktiven Erwärmung sind hier vielfältig: zum einen hat es sich in der Vergangenheit beim induktiven Tempern als (sehr) schwer erwiesen, die Temperatur in der Klebfuge zu regulieren ohne ein aufwändiges Monitoring zu betreiben. Zum anderen gibt es in der Literatur (sehr) wenige Hinweise zur Partikelauswahl und -dosierung.

Das übergeordnete Ziel ist die Erarbeitung einer für KMU geeigneten praxistauglichen Prozedur zur überhitzungssicheren induktiven Schnellaushärtung von Klebstoffen (im Holzbau) zum Verkleben von nichtmetallischen Werkstoffen (Holz, GFK und Glas). Der Wärmeeintrag erfolgt dabei direkt im Klebstoff, durch Zusatz von metallischen Partikeln. Die Kontrolle des Induktionsprozesses soll dabei über den Einsatz von Partikeln bestehend aus Curie-Material erfolgen.

Ergebniszusammenfassung:

Durch die Ergebnisse aus diesem Projekt können künftig die werkstoffbedingten Vorteile von Laubhölzern, wie bessere mechanische Eigenschaften, architektonische Qualitäten und erhöhte Dauerhaftigkeit, besser genutzt werden. Alle Beteiligten der Prozesskette des Holzbaus profitieren letztlich davon, weil sich die werkstoffbedingten Vorteile bei intelligenter Auslegung über die Knotenpunkte bis hin zum Bauwerk fortsetzen. Durch Verwendung des nachwachsenden Werkstoffs Holz liefert das Projekt letztlich einen bedeutenden Beitrag zur Nachhaltigkeit und zum Schutz unserer Umwelt, da Laubholz gegenüber Beton und Stahl deutlich umweltfreundlicher ist.

Anhand der durchgeführten aufwendigen Auswahl und Charakterisierung des Klebstoff-Partikel- Gemisches gelang es, dieses kontrolliert, ohne zusätzliche Kontrollmechanismen, wie z.B. Thermoelemente, induktiv zu erhitzen ohne die jeweiligen Klebstoffsysteme zu beschädigen. Die Tatsache, dass der sogenannte Curie-Effekt sich erst nach längerer Induktionsdauer einstellt, ist der verwendeten großen Probengeometrie zuzuordnen.

Die wirtschaftliche Relevanz des Projekts zeigt sich insgesamt auch in der Zusammensetzung des PA, dem derzeit diverse Unternehmen / Institutionen aus wichtigen Branchen angehören. Dazu gehören Hersteller und Vertreiber von Laubhölzern, Klebstoffen, Stahlstäben und GFK-Stäben, konstruktive Holzbauunternehmen, Planer, Statiker, Beratungsunternehmen und Verbände. Die Unternehmen beteiligten sich an dem Projekt auch in Form von vorhabenbezogenen Aufwendungen.