ROBINIA

Motivation

Neben der Bindung von atmosphärischem CO₂ in der Zellstruktur des nachwachsenden Rohstoffs, bietet die Holzbauweise ein erhebliches Potential zur CO₂-Einsparung durch die Substitution der aktuell im Außenbereich dominierenden Werkstoffe Stahl und Beton. Das Hartholz der schnellwachsenden Robinie (Robinia pseudoacacia – auch falsche Akazie genannt) zeichnet sich durch gute mechanische Eigenschaften und eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Feuchte, Hitze, Kälte sowie Schädlingen aus. Damit ist das Holz für die forstwirtschaftliche Nutzung im Bereich tragender Strukturen im Außenbereich für Anwendungen wie Brücken oder Türmen von Windkraftanlagen prädestiniert. Da die trocken- und hitzeresistente Robinie auch auf nährstoffarmen Böden wächst, tritt sie natürlicherweise als Pioniergewächs auf und bietet damit die Chance einer klimaresistenten, bodenstabilisierenden Wiederaufforstung und forstwirtschaftlichen Nutzung stillgelegter Tagebaugebiete.

Eine wirtschaftliche Nutzung des Robinienholzes als lasttragender Bauwerkstoff erfordert ein homogenes Eigenschaftsprofil sowie geometrische Abmaße, die nur in Form von Brettschichtholz, also mehrlagig übereinander gestapelter und verleimter Holzlamellen gleicher Ausrichtung erreicht werden. Da die Oberfläche des Robinienholzes sehr dicht ist und die Robinie eine Vielzahl an Extraktionsstoffen aufweist, gilt das Holz als schwer klebbar. Hindernisse der wirtschaftlichen Produktion von Brettschichtholz stellen zudem die langen Aushärtezeiten der verwendeten Klebstoffe sowie der gesteigerte Verschleiß von Zerspanungswerkzeugen, die für die Einbringung einer Keilzinkung in der Hirnholzseite für eine längsseitige Verbindung der einzelnen Holzlamellen genutzt werden, dar.

Zielsetzung und Lösungsansatz

Die Oberflächenvorbehandlung wird derzeit in der Fügetechnik hauptsächlich als Vorbereitung für eine anschließende Klebung verwendet. Die Verfahren zur Oberflächenvorbehandlung können hinsichtlich ihrer Wirkung grob in Verfahren zur Veränderung der Oberflächentopologie und in Verfahren zur Veränderung der chemischen Struktur eingeteilt werden. Es wurde bereits nachgewiesen, dass eine Plasmavorbehandlung die Klebbarkeit von Holz mit thermoplastischen Matrizes verbessert. Zudem zeigt der Einsatz von Laser- und Plasmaquellen Potential für die Herstellung von Holz-Metall-Verbundwerkstoffen. Die Oberflächenvorbehandlungen werden daher in den Herstellungsprozess von Robinienbrettschichtholz miteingegliedert.

Um die langen Aushärtezeiten der konventionell genutzten Klebstoffe zu minimieren, wird eine Verbindung der Holzlamellen mithilfe einer thermoplastischen Matrix hergestellt, die aus granulierten CFK-Abfällen der Automobilindustrie sowie der Luftfahrt gewonnen werden. Die in dem Granulat vorliegenden Kohlenstofffasern können aufgrund ihrer elektrischen Leitfähigkeit induktiv erwärmt werden, schmelzen die thermoplastische Matrix indirekt auf und ermöglichen so eine stoffschlüssige Verbindung (thermische Direktfügen). Die Prozesszeiten lassen sich hierdurch von mehreren Stunden auf wenige Minuten reduzieren.