Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Weiterentwicklung der Schraubenpressklebung im Holzbau

Mit der Schraubenpressklebung existiert im Holzbau ein relativ einfach umzusetzendes Verfahren, um Klebeverbindungen für tragende Bauteile im Neu- und Altbau ohne Hydraulik- oder Vakuumpressen herzustellen. Aktuell unterliegt dieses Verfahren starken normativen Restriktionen, sodass der Anwendungsbereich gravierend eingeschränkt ist.

Neuere Untersuchungen, die eine Erweiterung des Verfahrens zum Ziel haben, liegen nur sehr begrenzt vor. Erste Erfahrungen aus der Praxis konnten jedoch bereits belegen, dass Ansätze, die über die Norm hinausgehen, ebenfalls zu sehr beachtlichen Ergebnissen führen können. Im Forschungsprojekt werden demzufolge an der Hochschule RheinMain (HSRM) sowie dem Fachgebiet Werkstoffprüftechnik (WPT) der TU Dortmund unter Einbezug eines umfangreichen projektbegleitenden Ausschusses Modifikationsmöglichkeiten der Schraubenpressklebung untersucht, die zur Erweiterung der Normen und des Anwendungsbereichs genutzt werden sollen. Genauere Berücksichtigung finden verschiedene Schraubentypen, die sich im Kopf, Gewinde und Material unterscheiden. Diese werden mit unterschiedlichen Hölzern unter der Verwendung diverser Klebstoffe verklebt. Anhand der Verwendung von Druckmessfolien sollen die auf eine Fläche induzierten konischen Verläufe der Pressdrücke genau analysiert werden, ohne die Versuchsergebnisse zu beeinflussen. Parallel zur Versuchsdurchführung findet eine FE-Modellierung des Pressdruckverlaufs über der Fläche statt, um auf Basis von Simulationen ausgewählter Versuchskonstellationen die Pressdruckverläufe zu verifizieren.

Das Ziel besteht darin, die Anwendbarkeit der Schraubenpressklebung für KMU durch Ergänzung der restriktiven Normung zu erweitern, was eine entscheidende Erleichterung bei der Entwicklung von Bauelementen impliziert und die Wettbewerbsfähigkeit der Holzbaubetriebe und der Materiallieferanten erhöht. Das Forschungsprojekt wurde in der GAK-Sitzung am 29.06.2016 durch Industrievertreter priorisiert.

Ergebniszusammenfassung:

Die Schraubenpressklebung (Spk) im Holzbau ist ein Verfahren zur Herstellung von Klebeverbindungen für tragende Bauteile. Dabei wird der benötigte Pressdruck über Verschraubungen ohne Einsatz von Hydraulik oder Vakuumpressen aufgebracht. Grundlegende Einstellgrößen für die Ausbildung der Klebstofffuge als lasttragende Verbindung der Schraubenpressklebung sind die Art der Verschraubung, die eingesetzten Holzmaterialien sowie Klebstoffe. Im Projekt wurde der erreichte Pressdruck in der Fuge an nachgebildeten Spk über die Auswertung von hochsensiblen Druckmessfolien systematisch erfasst. Nach der Auswahl von jeweils einer Schraube von insgesamt 3 Herstellern fand eine Untersuchung des Beplankungsmaterials statt. Dabei wurden zum einen reale Verschraubungen an zwei unterschiedlichen Beplankungsmaterialien (Laub- und Nadelholz) durchgeführt, zum anderen fand eine maschinengestützte Ermittlung des Einflusses unterschiedlicher Beplankungsmaterialdicken auf die Druckausbreitung der Fuge statt. Diese legte eine Ausbreitung in zwiebelförmigen Druckisobaren sowie eine bevorzugte Druckausbreitung entlang der Holzfasern nahe. Zur näheren Untersuchung des Klebstoffs wurden 15 Großprüfkörper mit einer Variation von 3 Klebstoffen, 3 Schrauben sowie weiteren Beplankungs- und Basismaterialien hergestellt. Aus diesen Prüfkörpern konnten 35 Kleinprobenkörper gewonnen werden, an denen die Fugendicke über Lichtmikroskopie und Computertomographie ausgewertet. wurden Des Weiteren wurde eine Analyse der Klebstofffugenporosität über CT durchgeführt. Diese ergab, dass eine reale Anbindung des Klebstoffs am Beplankungs- und Basismaterial im Bereich von 87% bis 92% liegt. Vergleichsmessungen an hydraulisch gepressten Prüfkörpern ergaben eine ungestörte Anbindung. Die über experimentelle Verfahren erlangten Daten wurden zur modellbasierten Darstellung der Schraubenpressklebung mit einer FE-Software nachgebildet.