Holz als Vorbild für Faserverbundwerkstoffe.

proHolzBW veranstaltet Cross Cluster innovativ gemeinsam mit AFBW und DITF.

Ostfildern, 18. Januar 2012. Am 24. November beleuchtete der Holzbau-Donnerstag mit dem Veranstaltungsformat Cross Cluster innovativ das Themenfeld Leichtbau aus verschiedenen Blickwinkeln. Dabei wurde proHolzBW von den Kooperationspartnern Allianz Faserbasierte Werkstoffe Baden-Württemberg e.V. (AFBW) und den Deutschen Instituten für Textil- und Faserforschung (DITF) unterstützt. Der stellvertretende Leiter des Kompetenzzentrums Polymere & Faserverbunde der DITF, Prof. Markus Milwich, führte die Teilnehmenden in die Thematik ein, präsentierte einen Überblick über die in seinem Institut bisher bearbeiteten Projekte und moderierte die digitale Veranstaltung.

Der Leichtbau hat unmittelbaren Einfluss auf alle drei Säulen der Nachhaltigkeit: Ökologie, Ökonomie und Soziales. Er verbessert zunächst die CO₂-Bilanz. Aber auch Investitions-, Transport- und Instandhaltungskosten lassen sich mit Leichtbau senken.  Zudem besteht ein Zusammenhang mit den Auflagen zum Arbeitsschutz im Produktionsumfeld. Bauen mit Holz ist per se Leichtbau, da das Material eine poröse Grundstruktur aufweist und letztlich das Zusammenspiel aus luftgefüllten Röhren und Zellwandsubstanz die Eigenschaften des Holzes bestimmen.

Inspirationen aus der Natur: DI Stefan Kain von der Fachhochschule Salzburg präsentierte ressourcenleichte Lösungen aus dem FFF (Fused Filament Fabrication) 3D-Druck. Dieses 3D-Druckverfahren zählt zu den materialsparenden additiven Fertigungstechniken, denn hierbei wird ausschließlich die Menge an Material verarbeitet, welche zur Objektfertigung benötigt wird. Bei der Materialherstellung für den FFF 3D-Druck verfolgt der Forscher einen überaus nachhaltigen Ansatz. Anstelle von Thermoplasten auf fossiler Basis verwendet Kain bio-basierte Thermoplaste und zudem natürliche Faserfüllstoffe. Diese Faserfüllstoffe kommen vor allem aus der Land- und Forstwirtschaft und sind hauptsächlich Reststoffe. Außerdem lassen sich die vom Forscher hergestellten FFF 3D-Druck Materialien im Sinne der Kreislaufwirtschaft problemlos rezyklieren. Des Weiteren ist die Produktion von funktionalisierten Strukturen möglich, die nach der Fertigung (4-D-Druck) durch Energieeintrag ihre Formen verändern. So kann beispielsweise Feuchtigkeit oder Wärme eine reversible Bewegung im Material verursachen. Eine praktische Anwendung sieht der Forscher bei sich selbstöffnenden und -schließenden Lüftungsklappen in Feuchträumen wie z.B. in der Küche oder im Badezimmer.

Entwerfen und Bauen mit dem Computer: MSc. Hans Jakob Wagner vom Institut für computerbasiertes Entwerfen der Universität Stuttgart referierte zum Thema “Leichtbau mit Holz durch digitales Planen und Konstruieren”. Seine Kernbotschaft: “Im Sinne einer nachhaltig gebauten Umwelt gilt es, möglichst viele zukünftiger Bauprojekte aus Holz auszuführen. Mit klassischen Holzleichtbausystemen lassen sich heute allerdings nur Gebäudetypologien umsetzen, die ein strenges Planungsraster aufweisen. Hierdurch ist der Einsatz von Holzgeschoßdecken vor allem im innerstädtischen Kontext mit langfristig flexiblen Grundrissen bisher schwer möglich“. In seinem Vortrag stellte er ein Bausystem für punktgestützte Flachdecken aus Holz vor, welches als materialeffizientes Hohldeckensystem an der Universität Stuttgart entwickelt wird und bis zu 11m bei 42cm Deckenstärke multi-axial spannenkann. Durch digitale Planungsmethoden und robotische Fertigungsprozesse kann dieses flexibel eingesetzt werden. Zusätzlich wurden Methoden entwickelt, mit denen ohne Zusatzschichten ein akustisches Schalldämmmaß vergleichbar zu einer Ortbetondecke erreicht werden kann.

Holzvergütung aus der Materialwissenschaft:  Prof. Dr. Ingo Burgert von der ETH Zürich, Institut für Baustoffe, ist Experte für Holzmodifikation und Holzfunktionalisierung. In einer übersichtlichen Präsentation erläuterte er aktuelle Projekte aus seinem Department „Wood material Science“ und die Möglichkeiten, die Holzeigenschaften zu beeinflussen. Wesentliche Ziele seiner Arbeit sind die Performance-Optimierung bestehender Produkte sowie die Entwicklung neuer holzbasierter Produkte. Die Vergütung der Materialeigenschaften von Hölzern gewinnt insbesondere vor dem Hintergrund der künftig tendenziell abnehmenden Verfügbarkeit der gängigen Leitbaum-Sortimente weiter an Bedeutung. Auch zusätzlich eingebaute Funktionalitäten sind aus Sicht des Forschers skalierbar und können künftig im Bauwesen vermehrt Verwendung finden. Beispielsweise nannte Burgert die Möglichkeiten der Anwendung in der Gebäudehülle sowie in der Inneneinrichtung für die Steuerung des Raumklimas, das Lichtmanagement, die Akustik, Energieeinsparung oder Formanpassung von Bauteilen.  Weitere Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkte an der ETH in diesem Kontext sind unter anderem „Maschinelles Lernen“, Magnetische Papiere, öl-absorbierende Zellulose-Komposite, verdichtete zellulosebasierte Materialien, hochfeste Komposite, delignifizierte Holz-Polymere, piezoelektrische Eigenschaften durch die semikristalline Struktur der Zellulose sowie der kontrollierte bidirektionale Wassertransport in einer Holzmembran. Letzterer kann als Grundlage für die Konstruktion von Nebelfängern genutzt werden.

Nach dem Vortragsteil der Veranstaltung schloss sich eine muntere Frage- und Diskussionsrunde an, in der es auch um Herausforderungen in der Forstbewirtschaftung ging. Die fachkundige Runde erläuterte, die Möglichkeiten der modernen Holzernteverfahren und stellte dabei den Aspekt der Bodenschonung heraus. Es zeigte sich schließlich, dass trotz aller Herausforderungen sowohl die Forst- als auch die Holzwirtschaft Lösungen für eine ressourceneffiziente und zukunftsfähige Material- und Bauwende hat.

Abschließend kann festgehalten werden, dass die Welt der Faserverbundwerkstoffe immer noch sehr viel vom Werkstoff Holz, als optimiertem Faserverbundwerkstoff, lernen kann. Insbesondere im Bereich Einbettung von Fasern und optimierte Faserlage in der Matrix, UV-Stabilität, wasserleitende Funktion und CO₂-Speicher. Insgesamt ermöglichte das Cross Cluster innovativ den gelungenen Erfahrungsaustausch zwischen den Welten der textilen Faserverbundwerkstoffe und der Holzfaserstoffe.

Der Holzbau-Donnerstag
Der “Holzbau-Donnerstag” bietet vier Formate, um Sie mit auf die Reise in den modernen Holzbau und die gebaute Zukunft zu nehmen: Jeden ersten Donnerstag im Monat findet “Der Werkvortrag” statt, jeden zweiten Donnerstag im Monat das Seminar “Im Detail”, jeden dritten Donnerstag im Monat das Seminar “Cluster Innovativ” und jeden vierten Donnerstag im Monat das Seminar “Ressource Wald und Holz”. Der Holzbau-Donnerstag ist eine Veranstaltung von proHolzBW im Auftrag der Holzbau-Offensive BW.