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Hochleistungsschraube für Hartlaubholz an der TU Graz entwickelt

Laub- und Mischwälder gewinnen an Boden und machen Hartlaubholz für das Bauwesen zunehmend attraktiv. Forschende an der TU Graz entwickeln gemeinsam mit Partnern im FFG BRIDGE-Projekt „hardwood_SCREWS“ nun spezielle Schrauben für hochleistungsfähige Bauprodukte aus Hartlaubhölzern: Gegenüber konventionellen Holzschrauben glänzen die Prototypen mit einer um 36 Prozent höheren Zugtragfähigkeit. Die Ausziehfestigkeit in Buche im Vergleich zur Fichte ist zudem vierfach höher.

Neue, für Hartlaubholz entwickelte Hochleistungsschraube, appliziert in Furnierschichtholz.
Neue, für Hartlaubholz entwickelte Hochleistungsschraube, appliziert in Furnierschichtholz BauBuche der Fa. Pollmeier Furnierwerkstoffe GmbH. © Institut für Holzbau und Holztechnologie - TU Graz

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Der Wald in Österreich, Deutschland und der Schweiz verändert sich: Unter anderem vom Klimawandel und der Biodiversität motiviert geht der Trend weg von Nadelholzreinbeständen hin zu Laub- und Mischwäldern. Mehr verfügbares Laubholz lässt auch in der Bauwirtschaft aufhorchen. Aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften eignet sich Hartlaubholz besonders für schlanke Bauteile und statisch wirksame Elemente für hoch beanspruchte Konstruktionen – insbesondere in Form von gegenwärtigen Produktentwicklungen wie Furnierschichtholz. Hartlaubhölzer wie etwa Buche und daraus gewonnene Bauprodukte weisen eine deutlich höhere Festigkeit und Steifigkeit gegenüber den noch dominierenden Bauprodukten aus Fichtenholz auf und ermöglichen daher Materialeinsparungen bei gleicher Tragfähigkeit.

Innovative Verbindungslösungen sind gefragt

Die feingliedrigen Strukturen, die mit Laubholz und Laubholzprodukten gebaut werden können, stellen mit einer hohen Knotenanzahl, also vielen Verbindungspunkten, höhere Anforderungen an die konstruktiven Details und Verbindungsmittel. „Der Vorteil von Verschraubungen gegenüber Klebeverbindungen ist die volle Tragfähigkeit unmittelbar nach dem Einbau. Gleichzeitig sind Verschraubungen unabhängig von klimatischen Verhältnissen einsetzbar. Insbesondere bei Buche, die bei hoher Luftfeuchte stark quillt, besteht die Gefahr, dass sich die Fugen bei Klebeverbindungen öffnen“, erklärt Reinhard Brandner vom Institut für Holzbau und Holztechnologie der TU Graz. Im Projekt „hardwood_SCREWS“ wurde im Team gemeinsam mit den Wirtschaftspartnern des Projektes Prototypen selbstbohrender Schrauben entwickelt, deren Gewindegeometrie für Hartlaubholz(produkte) optimiert ist.

Prototypen erfolgreich getestet

In statischen Kurzzeitprüfungen hat sich gezeigt, dass die Hartlaubholzschrauben eine Tragfähigkeitssteigerung auf Zug um bis zu 36 Prozent erreichen. „Gleichzeitig konnten wir für Verschraubungen in Hartlaubhölzern gegenüber Fichte eine 4-fache Festigkeit auf Herausziehen aus dem Holz nachweisen“, so Reinhard Brandner. Die innovativen Schrauben können in Hartlaubholzprodukten und Hartlaubholz mit mittleren Rohdichten bis rund 830 kg/m³ und ohne Vorbohren, sprich selbstbohrend, eingesetzt werden. Derzeit finden vertiefende Untersuchungen an verschiedenen zerstreut- und ringporigen Hartlaubhölzern im Benchmark mit der Fichte statt. Zudem testen die Forschenden das Langzeitverhalten der Schrauben. Weitere Ziele des Forschungsprojektes sind es, sehr kompakte, leistungsfähige Schraubenanschlüsse im Anschlussbereich „Holz-Metall“ zu ermöglichen und geschraubte Verbinder so zu optimieren, dass die Netto-Tragfähigkeit des Holzbauteils auf Zug in Faserrichtung weitgehend im Anschluss erhalten bleibt. Zudem gilt es eine „Metall-Metall-Montagelösung“ zu entwickeln, die im Anschlussbereich eine ausreichende Duktilität gewährleistet.

Das Projekt „hardwood_SCREWS“ wird von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft FFG finanziell unterstützt. Das Projektkonsortium umfasst das Institut für Holzbau und Holztechnologie an der TU Graz, die Schmid Schrauben Hainfeld GmbH, die Pollmeier Furnierwerkstoffe GmbH und die Landeskammer für Land und Forstwirtschaft (ARGE Holzwerbebeitrag).

Kontakt

Reinhard BRANDNER
Ass.Prof. Dipl.-Ing. (FH) Dr.techn.
Institut für Holzbau und Holztechnologie
Inffeldgasse 24
8010 Graz
Tel.: +43 316 873 4605
reinhard.brandnernoSpam@tugraz.at 

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Neue, für Hartlaubholz entwickelte Hochleistungsschraube, appliziert in Furnierschichtholz.
Feingliedrige ebene und räumliche Tragwerke als potentielle Anwendung von Hartlaubholz und der neu entwickelten Hochleistungsschraube, hier am Beispiel (Rendering) des Furnierschichtholzproduktes BauBuche der Fa. Pollmeier Furnierwerkstoffe GmbH. © Fa. Pollmeier Furnierwerkstoffe GmbH