BMBF-Vordr. 3831/03.07_2

Berichtsblatt

1. ISBN oder ISSN

2. Berichtsart (Schlussbericht oder Veröffentlichung) Schlussbericht

3. Titel Entwicklung modifizierter Furniere mit verbesserter Verformbarkeit für 3D-Beschichtung mittels Multiformpressen

5. Abschlussdatum des Vorhabens 30.09.2008 6. Veröffentlichungsdatum 31.03.2009

4. Autor(en) [Name(n), Vorname(n)] Prof. Dr.-Ing. Wagenführ, André Dipl.-Ing. Buchelt, Beate Dr.-Ing. Fuchs, Ingrid Dipl.-Ing. Wenk, Simone Dipl.-Ing. (FH) Mayer, Klaus-Dieter 7. Form der Publikation

9. Ber. Nr. Durchführende Institution 10. Förderkennzeichen 01RI05115; 01RI05116; 01RI05118

8. Durchführende Institution(en) (Name, Adresse) Institut für Holztechnologie Dresden gemeinnützige GmbH Technische Universität Dresden Institut für Holz- und Papiertechnik Schorn & Groh GmbH

11. Seitenzahl 153

13. Literaturangaben 17

14. Tabellen 20

12. Fördernde Institution (Name, Adresse) Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) 53170 Bonn

15. Abbildungen 204

16. Zusätzliche Angaben - 17. Vorgelegt bei (Titel, Ort, Datum) -18. Kurzfassung Im Rahmen der Forschungsarbeiten wurde ermittelt, ob Möbelfronten (Bauteilhöhe von 19 mm) unter Nutzung der herkömmlichen Membranpresstechnik mit modifizierten Furnieren beschichtet werden können. Ausgangspunkt waren Untersuchungen an verschiedenen Furnieren (Buche, Eiche, Esche Maserfurnier), vlieskaschierten Furnieren und 3D-Furnieren (Buche, Amerikanische Eiche und ALPI-Eiche). Bei diesen Materialien wurden für die Beschichtung wesentliche Eigenschaften wie Furnierdicke, Holzarten, Kaschiervliesarten und Nachbehandlung (geflext oder ungeflext) variiert Zur Charakterisierung der Furniere und Furniermaterialien wurden verschiedene Werkstoffeigenschaften ermittelt. Dabei wurden u.a. Querzugfestigkeit, Bruchdehnung und E-Modul parallel und senkrecht zur Faserrichtung sowie die Formbarkeit mittels Universalprüfmaschinen, Mikrozugeinrichtung bzw. Tiefungsprüfmaschine bestimmt. Für die Beschichtungsversuche auf einer Multiformlaborpresse wurden Prüfkörper der Abmessung 230 mm x 130 mm x 19 mm mit unterschiedlichen Kanten- (20 mm – 10 mm) und Eckradien (40 mm – 14 mm) verwendet. In 2 Versuchsreihen wurden je 8 unterschiedliche Prüfkörpergeometrien mit verschiedenen Furniermaterialien mittels Multiformlaborpresse beschichtet. Für die Bewertung der beschichteten Bauteile wurde ein spezielles Beurteilungskonzept erarbeitet, das die Ausprägung, die Häufigkeit und den Ort des Auftretens von Falten und Rissen berücksichtigte. Damit ergab sich eine numerische Bewertung der Bauteile, die einen Vergleich der unterschiedlichen Furniermodifikationen und Beschichtungsvarianten erlaubte. Die Ergebnisse können wie folgt zusammengefasst werden: - Die Anzahl von Falten und Rissen kann nur durch ein materialgerecht gestaltetes Verfahren reduziert werden. Dabei ist das primäre Ziel für die Gestaltung des Umformprozesses ein reproduzierbares Ergebnis mit möglichst geringem Aufwand an Nacharbeiten. - Eine rückseitige Verstärkung des Furniers durch Vlies oder Textil ist zur Verbesserung der Verformbarkeit nicht zweckmäßig. Die maßgebende Größe bei der dreidimensionalen Verformung ist die Steifigkeit des Werkstoffes. Durch die flächige Verklebung des Furniers mit einem Trägermaterial wird die Steifigkeit des Werkstoffs derart erhöht, dass sich die Verformbarkeit insgesamt nicht verbessert. - Als zweckmäßiger erwiesen sich lokale Modifizierungen am Beschichtungsmaterial und Änderungen des Umformverfahrens in Bereichen kritischer Beanspruchungen. - Notwendige Voraussetzungen für einen solchen Beschichtungs- bzw. Umformprozess sind ein genauer Zuschnitt mit geringem Materialüberstand, genaues Positionieren unter Zuhilfenahme einer Positionierhilfe sowie das Fixieren des genau positionierten Furniers auf der Bauteiloberfläche vor dem eigentlichen Umformprozess. - Die Bildung von Rissen kann durch die Verwendung eines Zugbandes, das das Furnier umfasst und am Rand mit dem Furnier zusammen geklemmt wird, verhindert werden. Damit wird der Bereich, in dem kritische Zugspannungen auftreten, unterstützt, eine Erhöhung der Steifigkeit vermieden, aber eine Erhöhung der Querzugfestigkeit in den erforderlichen Bereichen erreicht. - Zur Reduzierung der Faltenbildung können verfahrensangepasste „Niederhalter“ in Form einfacher Klemmen genutzt werden, die durch Aufstecken das Furnier ausschließlich an den für die Faltenbildung gefährdeten Bereichen unterstützen. - Bei den Beschichtungsversuchen mit der Multiformlaborpresse zeigte sich, dass das 3D-Furnier den anderen Furnierwerkstoffen bzgl. Fugenöffnung und Faltenbildung bei den untersuchten Bauteilgeometrien überlegen war. Die Erwartung, durch den Einsatz einer Ziehrahmenkonstruktion diese Ergebnisse noch zu verbessern und die weitere Verringerung der Trägerbauteilradien zu ermöglichen, wurde nicht erfüllt. 19. Schlagwörter Furnier, 3D-Furnier, 3D-Beschichtung, Verformung 20. Verlag

21. Preis

BMBF-Vordr. 3832/03.07_2

Document Control Sheet

1. ISBN or ISSN

2. type of document (e.g. report, publication) Final report

3. title Development of modified veneers with improved formability for a three-dimensional coating with 3D presses

5. end of project 30.09.2008 6. publication date 31.03.2009

4. author(s) (family name, first name(s)) Prof. Dr.-Ing. Wagenführ, André Dipl.-Ing. Buchelt, Beate Dr.-Ing. Fuchs, Ingrid Dipl.-Ing. Wenk, Simone Dipl.-Ing. (FH) Mayer, Klaus-Dieter 7. form of publication

9. originator’s report no. 10. reference no. 01RI05115; 01RI05116; 01RI05118

8. performing organization(s) (name, address) Institut für Holztechnologie Dresden gemeinnützige GmbH Technische Universität Dresden Institut für Holz- und Papiertechnik Schorn & Groh GmbH

11. no. of pages 153

13. no. of references 17 14. no. of tables 20

12. sponsoring agency (name, address) Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) 53170 Bonn

15. no. of figures 204

16. supplementary notes - 17. presented at (title, place, date) - 18. abstract In the context of the research it was determined, whether furniture fronts (component height of 19 mm) can be coated with modified veneers under use of the conventional membrane pressing technique. At first examinations at different veneers (beech, oak, ash tree maser veneer), fleece laminated veneers and 3D-veneers (beech, American oak and ALPI oak) were carried out. At these materials significant properties for coating were varied like veneer thickness, type of wood, kind of laminated fleece, flexing postprocessing or not. Tensile and bending tests were carried out for the characterization of the veneers and veneer materials. Among others the internal bond strength, the strain at failure and the Young's modulus parallel and vertically to fibre direction were measured by means of universal testing machines, micro tensile facilities . The formability was tested with a special deformation test. For the coating tests at a multiform laboratory press test samples with dimensions of 230 mm x 130 mm x 19 mm with different edges - (20 mm - 10 mm) and corner radii (40 mm - 14 mm) were used. In 2 test series each 8 different sample geometries were coated with different veneer materials by means of multiform laboratory press. For the assessment of the coated components a special judgement concept was worked out which took into account the intensity, the frequency and the local position of the appearance of folds and rips. Thereby a numeric assessment of the components was established which permitted a comparison of the different veneer modifications and coating variants. The results can be summarized as follows: - The number of folds and rips can only be reduced by a suitably procedure adapted for the material. The primary aim for the

configuration of the forming process is a reproducible result with only postprocessing efforts as low as possible. - It is not useful to apply veneer rear reinforcements by fleece or textile for improvement of the formability. The decisive parameter

for the three-dimensional deformation is the inherent stiffness of the material. By the areal glueing of the veneer with a carrier material the stiffness of the material increases so much that the formability does not improve.

- Local modifications at the coating material and changes in the forming process in regions of critical loads proved to be more useful.

- Necessary requirements for such a coating or forming process are an exact cutting with low dimension excess of the material, an accurate positioning by a positioning device as well as fixing of the veneer placed exactly on the component surface before starting the real forming process.

- The formation of rips can be prevented by the use of a tensile tape which covers the veneer and clamps it together each other at the edge of the veneer. The area in which critical tensile strengths appear will so be supported, a rise of the stiffness will be avoided but a rise of the internal bond strength in the required areas is reached.

- For the reduction of the appearance of folds "toe dogs" referring to the procedure can be applied in form of simple clamps by slipping on these ones, which support the veneer exclusively at the areas endangered for folding formation.

- At the coating tests with the multiform laboratory press it was turned out that at the examined component geometries the 3D-veneer had advantages compared with the other veneer materials concerning joint opening and folding formation. The idea still to improve these results and to reach a further reduction of the carrier component radii by applying a drawing framework was not fulfilled. 19. keywords veneer, 3D-veneers, 3D coating, formability 20. publisher

21. price

Danksagung

Das Verbundforschungsprojekt (01RI05115, 01RI05116 und 01RI05118) wurde im

Rahmen des Programms „Innovationen als Schlüssel für Nachhaltigkeit in der Wirtschaft“

vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) finanziert und vom

Projektträger im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) - Umwelt, Kultur,

Nachhaltigkeit - begleitet.

Folgenden Unternehmen gilt unser Dank für Ihre Unterstützung, konstruktive

Zusammenarbeit und die Bereitstellung von Materialien:

Reholz GmbH

Furwa Furnierkanten GmbH

Möbelfabrik Denkinger

PWG VeneerBackings GmbH

Ing. Gerhardt Höfer & Co. Maschinenproduktionsgesellschaft mbH

Robert Bürkle GmbH

1

Inhaltsverzeichnis

I Aufgabenstellung, Voraussetzungen, Stand der Wissenschaft..........................6

1 Aufgabenstellung.......................................................................................................6

1.1 Gesamtziel des Vorhabens .......................................................................................6

1.2 Bezug des Vorhabens zu den förderpolitischen Zielen (Nachhaltigkeit) ...................6

1.3 Wissenschaftliche und/oder technische Arbeitsziele des Vorhabens........................7

1.4 Wissenschaftlicher und technischer Stand................................................................8

2 Planung und Ablauf des Vorhabens ........................................................................12

3 Verwendete Fachliteratur sowie benutzte Informations- und Dokumentationsdienste.................................................................................................................................15

4 Zusammenarbeit mit anderen Stellen......................................................................15

II Darstellung der erzielten Ergebnisse ..................................................................17

1 Materialien, Methoden und Vorversuche.................................................................17

1.1 Materialauswahl.......................................................................................................17 1.1.1 Rohfurniere..............................................................................................................17 1.1.2 Verstärkungsmaterialien..........................................................................................18 1.1.3 3D-Furniere .............................................................................................................18 1.1.4 Furnierwerkstoffbearbeitung....................................................................................20

1.2 Angewandte Prüfverfahren und Methoden..............................................................21 1.2.1 Zugfestigkeitsprüfung ..............................................................................................21 1.2.2 Biegeversuche an Furnierwerkstoffen .....................................................................22 1.2.3 Tiefungsversuch ......................................................................................................22 1.2.4 Methode zur Bewertung und Vorhersage des Umformverhaltens...........................23 1.2.5 REM-Untersuchungen .............................................................................................24

1.3 Herstellung, Beschichtung und Bewertung der 3D-Prüfkörper ................................24 1.3.1 Prüfkörpergestaltung ...............................................................................................24 1.3.2 3D-Beschichtungsprinzip mit Membran...................................................................26 1.3.3 Temperaturerfassung in der Klebfuge .....................................................................29 1.3.4 Beurteilungsmethode zur Auswertung der Falten und Risse...................................30 1.3.4.1 Beurteilung der Falten .............................................................................................30 1.3.4.2 Beurteilung der Risse ..............................................................................................32

1.4 Vorversuche ............................................................................................................33 1.4.1 Charakterisierung der Ausgangsmaterialien ...........................................................33 1.4.1.1 Untersuchungen an Rotbuchenfurnier.....................................................................33

2

1.4.1.2 Untersuchungen an Eichenfurnier ...........................................................................35 1.4.1.3 Untersuchungen an Esche Maser ...........................................................................39 1.4.1.4 Untersuchungen an Vliesen als Verstärkungsmaterial ............................................40 1.4.1.5 3D-Beschichtung mit Vliesmaterial pur....................................................................42 1.4.1.6 Erfassung der Temperaturkurven bei der Beschichtung .........................................44

2 Untersuchungen zur Verformbarkeit handelsüblicher Furnierwerkstoffe.................45

2.1 Versuchsreihe 1.......................................................................................................45 2.1.1 Charakterisierung der verwendeten Furnierwerkstoffe............................................45 2.1.1.1 Eingesetzte Materialien ...........................................................................................45 2.1.1.2 Ergebnisse der Dickenmessung..............................................................................47 2.1.1.3 Ergebnisse der Zugversuche...................................................................................48 2.1.1.4 Untersuchungen an der Klebfuge............................................................................51 2.1.2 Ergebnisse aus den Tiefungsversuchen .................................................................55 2.1.3 Bewertung der Materialeigenschaften hinsichtlich der Verformbarkeit....................57 2.1.4 Ergebnisse der 3D-Beschichtungsversuche............................................................58 2.1.4.1 Beschichtung der Prüfkörper mit Multiformlaborpresse...........................................58 2.1.4.2 Auswertung der Faltenbildung.................................................................................59 2.1.4.3 Auswertung der Rissbildung....................................................................................67 2.1.5 Schlussfolgerungen zu Versuchsreihe 1 .................................................................75

2.2 Versuchsreihe 2.......................................................................................................76 2.2.1 Charakterisierung der verwendeten Furnierwerkstoffe............................................76 2.2.1.1 Ergebnisse und Wertung der Zugversuche .............................................................78 2.2.1.2 Ergebnis und Wertung der Biegeversuche..............................................................79 2.2.2 Ergebnisse aus den Tiefungsversuchen .................................................................80 2.2.3 Bewertung der Materialeigenschaften hinsichtlich der Verformbarkeit....................82 2.2.4 Ergebnisse der 3D-Beschichtungsversuche............................................................83 2.2.4.1 Beschichtung in Multiformlaborpresse.....................................................................83 2.2.4.2 Auswertung der Faltenbildung bei vlieskaschierten Varianten ................................84 2.2.4.3 Auswertung der Rissbildung bei vlieskaschierten Varianten ...................................89 2.2.4.4 Auswertung der Faltenbildung bei 3D-Furnier-Varianten ........................................93 2.2.4.5 Auswertung der Fugenbildung bei 3D-Furnier-Varianten ........................................94 2.2.4.6 Weitere Auswertung der 3D-Furnier-Varianten .......................................................95 2.2.5 Schlussfolgerungen zu Versuchsreihe 2 .................................................................95

2.3 Ausblick auf weiterführende Untersuchungen .........................................................96

3 Untersuchungen zur Verformbarkeit neuartiger Werkstoffkombinationen...............96

3.1 Ausgangssituation ...................................................................................................96

3.2 Alternative Klebstoffe...............................................................................................97

3

3.2.1 Elastische Klebstoffe ...............................................................................................97 3.2.2 Klebwebs .................................................................................................................98 3.2.3 Latexklebstoffe ........................................................................................................99 3.2.4 Wertung der alternativen Klebstoffe ........................................................................99

3.3 Alternative Beschichtungen ...................................................................................100 3.3.1 Textile Verstärkungsmaterialien ............................................................................100 3.3.1.1 Baumwollgewebe ..................................................................................................101 3.3.1.2 Leinengewebe .......................................................................................................102 3.3.1.3 Glasfaserbeschichtung ..........................................................................................102 3.3.1.4 Wertung der textilen Beschichtungen....................................................................103 3.3.2 Sperrholz ...............................................................................................................103

3.4 Beschichtungsversuche in der Multiformpresse mit ausgewählten Werkstoffen...104 3.4.1 Textilverstärkte Furniere........................................................................................104 3.4.2 Sperrholz ...............................................................................................................106 3.4.3 Perforierter Furnierwerkstoff ..................................................................................107 3.4.4 Doppellagiges 3D-Furnier......................................................................................108 3.4.5 Mikrofurnier............................................................................................................109

3.5 Schlussfolgerungen zur Verformbarkeit neuartiger Werkstoffkombinationen........110

4 Untersuchungen zur verfahrenstechnischen Verbesserungen des Umformverfahrens...............................................................................................................................111

4.1 Versuche mit der Ziehrahmenkonstruktion............................................................111 4.1.1 Aufbau des Ziehrahmens ......................................................................................111 4.1.2 Funktionsprinzip des Ziehrahmens........................................................................112 4.1.3 Erprobung des Ziehrahmens .................................................................................115 4.1.4 Auswertung der Versuche mit Ziehrahmenkonstruktion........................................119

4.2 Voraussetzungen für ein werkstoffgerechtes Umformverfahren............................119

4.3 Beschichtungsversuche mit Verstärkung auf der zugbeanspruchten Seite des Furniers .................................................................................................................120

4.3.1 Verfahren...............................................................................................................120 4.3.2 Verstärkungen .......................................................................................................121 4.3.2.1 Ausgangsmaterial- Rohfurnier...............................................................................121 4.3.2.2 Klebebandmaterialien............................................................................................121 4.3.3 Bewertung .............................................................................................................123

4.4 Beschichtungsversuche mit verschiedenen Schnittformen ...................................123 4.4.1 Verfahren...............................................................................................................123 4.4.2 Versuchsreihe U1 ..................................................................................................125

4

4.4.2.1 Schnittform a .........................................................................................................125 4.4.2.2 Schnittform b .........................................................................................................126 4.4.2.3 Schnittform d .........................................................................................................126 4.4.2.4 Bewertung der Versuchsreihe U1..........................................................................127 4.4.3 Versuchsreihe U2 ..................................................................................................127 4.4.3.1 Schnittform e .........................................................................................................127 4.4.3.2 Schnittform f ..........................................................................................................128 4.4.3.3 Schnittform g .........................................................................................................129 4.4.3.4 Bewertung der Versuchsreihe U2..........................................................................129 4.4.4 Versuchsreihe U3 ..................................................................................................130 4.4.4.1 Schnittform fLK ......................................................................................................130 4.4.4.2 Schnittform fLE ......................................................................................................130 4.4.4.3 Schnittform fE ........................................................................................................131 4.4.4.4 Schnittform h .........................................................................................................132 4.4.4.5 Bewertung der Versuchsreihe U3..........................................................................132 4.4.5 Schlussfolgerungen für die Arbeit mit Schnittformen.............................................133

4.5 Beschichtungsversuche mit ausgewählten Furnierwerkstoffen.............................133 4.5.1 Vlieskaschierte Furniere ........................................................................................133 4.5.1.1 Ziel.........................................................................................................................133 4.5.1.2 Ergebnisse für Werkstoffe mit Rotbuche ...............................................................134 4.5.1.3 Ergebnisse für Werkstoffe mit Esche Maser Furnier .............................................135 4.5.1.4 Bewertung vlieskaschierter Furniere .....................................................................135 4.5.2 Beschichtungsversuche mit 3D-Furnier.................................................................136 4.5.2.1 Ziel.........................................................................................................................136 4.5.2.2 Durchführung der Beschichtung ............................................................................136 4.5.2.3 Ergebnis ................................................................................................................136

4.6 Theoretische Betrachtungen zur mechanischen Beanspruchung des Furniers beim Beschichten ...........................................................................................................138

5 Zusammenfassung ................................................................................................141

III Nutzen und Verwertung ......................................................................................143

1 Voraussichtlicher Nutzen insbesondere der Verwertbarkeit des Ergebnisses ......143

2 Während der Durchführung des Vorhabens bekannt gewordener Fortschritt auf dem Gebiet des Vorhabens bei anderen Stellen...........................................................143

3 Erfolgte oder geplante Veröffentlichungen der Ergebnisse ...................................143

IV Abbildungsverzeichnis .......................................................................................146

5

V Tabellenverzeichnis ............................................................................................152

VI Literaturverzeichnis ............................................................................................153

6

I Aufgabenstellung, Voraussetzungen, Stand der Wissenschaft

1 Aufgabenstellung

1.1 Gesamtziel des Vorhabens

Im Projekt sollte eine innovative Produktentwicklung zur Erschließung neuer Anwendungsfel-

der von Furnier und um eine Verbesserung der Technologie zur Herstellung von dreidimensio-

nal geformten Echtholzoberflächen erfolgen. Die daraus entstehenden Produkte sollten in un-

terschiedlichen Bereichen, insbesondere in der Möbelindustrie und in der Automobilindustrie,

einsetzbar sein.

Das Gesamtziel des Vorhabens bestand in der Entwicklung modifizierter Furniere und Fur-

nierwerkstoffe, die durch eine verbesserte Verformbarkeit gekennzeichnet sind. Gleichzeitig

sollte innerhalb des Projektes der Einsatz von Multiformpressen für eine vereinfachte 3D- Be-

schichtungstechnologie mit diesen neuen Materialien untersucht, angepasst und optimiert

werden.

Das Verbundvorhaben wurde von einem Unternehmen und zwei Forschungseinrichtungen

bearbeitet. Durch die Beteiligung der TU Dresden und des IHD wurde neben der Nutzung wis-

senschaftlicher Untersuchungsmethoden, ein breiter Informationsfluss in Richtung Lehre und

Öffentlichkeit gewährleistet.

Das Projekt wurde von Industrievertretern begleitet, in dem potenzielle Anwender sowohl aus

dem Bereich der Furnierverarbeiter- und -veredler, als auch aus dem materialverarbeitenden

Bereich vertreten waren. Durch diesen Verbund sollte die Verwertung der Ergebnisse des Vor-

habens sichergestellt werden.

Im Folgenden wird die Gesamtheit von geförderten Industrievertreter (Projektpartner) und be-

gleitenden Industrievertretern (Projektinteressenten) als Verbundpartner bezeichnet.

1.2 Bezug des Vorhabens zu den förderpolitischen Zielen (Nachhaltigkeit)

Furnier vermittelt wie Vollholz ein Abbild der Natur, ist einzigartig und unvergleichlich, somit ein

Unikat. Holz gehört zu den ökologischen Materialien, deren Bestand durch Nachwachsen ge-

währleistet ist. Dabei ist jedoch der wirtschaftliche Umgang und eine effektive Nutzung des

Rohstoffes anzustreben.

Holzoberflächen als dekoratives und individuelles Gestaltungselement werden aus Gründen

der Ressourcenschonung aus Furnier hergestellt. Mit Holz liegt zwar bereits ein nachwach-

sendes Naturprodukt vor, aber die Materialausnutzung kann durch den Einsatz als Furnier,

insbesondere beim Einsatz wertvoller oder seltener Holzarten (Tropen- und Maserhölzer), er-

höht werden. Der Furniereinsatz ist die geeignete und schon jahrelang praktizierte ökono-

7

mischste Alternative zu Vollholz. Das Furnier bewahrt die Optik und Ausstrahlung des Vollhol-

zes, hat aber bei gleicher Holzmenge einen größeren Nutzungsumfang.

Durch die Weiterentwicklung und Modifizierung des Werkstoffes Furnier hinsichtlich der Ver-

besserung der Verformbarkeit und einer gleichzeitigen Entwicklung geeigneter Verarbeitungs-

technologien dieser neuen Furnierwerkstoffe und der damit verbundenen erhöhten Einsatzfä-

higkeit wird der innovative Beitrag deutlich.

Die Furnierumfrage von 2008 des Gesamtverbandes Deutscher Holzhandel (GD Holz) bei Fur-

nier produzierenden oder handelnden Unternehmen [1] ergab rückblickend auf 2007 einen

stark rückläufigen Furnierabsatz im Inland gegenüber einem Anstieg im Exportbereich, vor

allem auf dem europäischen Markt. Die Hauptkunden der Furnierbranche bleiben die verarbei-

tende Industrie (Möbel-, Türen- und Holzwerkstoffindustrie) mit einem Anteil von 37 % und der

Handel mit 30 %. Deren Anteil hat sich gegenüber 2006 leicht erhöht. Im Handwerkerbereich

(17 %), Innenausbau (14 %) und sonstigen Bereichen (2 %) ging der Absatz von 2007 gegen-

über 2006 zurückging.

Die Initiative Furnier + Natur e. V (IFN) konnte 2004 mit dem entwickelten Furniersiegel „ Fur-

nier - Echt Holz“ weitere Erfolge erzielen. Inzwischen nutzen 1200 Unternehmen im Möbel-

handel das Furniersiegel. Seit Mai 2008 wird der Holzhandel in die Furniersiegelkampagne

eingebunden [2].

Das Vorhaben nahm somit Bezug auf den BMBF-Förderschwerpunkt „Innovationen als Schlüs-

sel für Nachhaltigkeit in der Wirtschaft“.

Gemäß der Thematik dieser Forschungs- und Entwicklungsarbeit sind die potenziellen Nutzer

der Ergebnisse verschiedenen Wirtschaftsbereichen zuzuordnen.

Die Zusammensetzung der am Projekt beteiligten Industrievertretern aus gestandenen Mit-

telstandsunternehmen, hochinnovativen jungen Unternehmen und wissenschaftlich versierten

und erfolgreichen Instituten, sowie das große Interesse der Anwender, die das Forschungs-

vorhaben unterstützten, unterstreichen die Potenziale des Projektes. Eine praxisrelevante For-

schung hinsichtlich Material- und Technologieweiterentwicklung wurde damit gewährleistet.

Die Verbundpartner aus den betreffenden Industriezweigen sichern eine hohe Breitenwirkung

im Bereich der Zulieferer und Anwender. Die dargestellten Aspekte zeigen, dass es sich bei

dem Projekt um einen hochinnovativen Ansatz handelt, der weitreichende neue Märkte sowohl

national, als auch international erschließen kann und damit die entsprechenden Effekte für den

Standort Deutschland erzielen soll.

1.3 Wissenschaftliche und/oder technische Arbeitsziele des Vorhabens

Um dem Furnier als Beschichtungsmaterial weitere Einsatzgebiete zu erschließen, war es er-

forderlich das Beschichtungsmaterial Furnier zu modifizieren und, in Zusammenarbeit von Fur-

nierindustrie, Pressenhersteller und Furnierverarbeiter, die Voraussetzungen für das 3D-

Furnieren von profilierten Trägerwerkstücken in verschiedenen Wirtschaftsbereichen (Fahr-

zeug- und Möbelindustrie, Innenausbau) mit vereinfachten und ökonomischen Beschichtungs-

8

technologien zu schaffen. Dazu gehörte u.a. das Ausloten der materialseitigen Grenzen ver-

schiedener zu verarbeitender Furniere und Furnierwerkstoffe. Diese Grenzen sollten in Ab-

hängigkeit z. B. von Furnierdicke und Modifizierungen, wie z. B. Kaschierung mit verschiede-

nen Trägermaterialien (Vlies, textile Gewebe), Flexen oder Furnierschnitttechnik bzgl. der zu

beschichtenden Trägergeometrie (Profiltiefen und -radien) ermittelt werden. Gleichzeitig sollten

optimale technisch-technologische Beschichtungsparameter abgeleitet werden.

Im Rahmen dieses Verbundprojektes wurden durch die Projektpartner folgende Arbeitsziele

angestrebt:

- Entwicklung bzw. Weiterentwicklung von Modifikationen von Furnier / Furnierwerk-

stoffen für die 3D-Beschichtung mittels Multiformpressen,

- Bestimmung relevanter mechanischer Kenngrößen zur Bewertung und Vorhersage

des Verformungsverhaltens (z. B. Zug- und Druckfestigkeiten parallel und senkrecht

zur Faserrichtung, Dehn- und Stauchvermögen) der innerhalb des Projektes entwi-

ckelten bzw. weiterentwickelten Furnierwerkstoffe aller beteiligter Partner,

- Bestimmung der erforderlichen Verarbeitungsbedingungen des Beschichtungsmate-

rials für eine optimale 3D-Beschichtung (Feuchte, Temperatur, Dicke),

- Erarbeitung geeigneter technisch- technologischer Parameter (Beleimung, Be-

schichtung) für die 3D-Beschichtung mittels Multiformpressen,

- Ermittlung der Möglichkeiten und Grenzen geeigneter Furniermaterialien für die 3D-

Beschichtung in Abhängigkeit von Profiltiefe, Innen- und Außenradius,

- Entwicklung von Programmfunktionen für die Pressensteuerung zur 3D-

Furnierbeschichtung ausgewählter Furnierwerkstoffe,

- Ableitung geeigneter praxisrelevanter geometrischer Formen und Abmessungen

künftiger 3D-Bauteile (Festlegung von Grenzgeometrien),

- Ableitung der Anforderungen an die Furnierzulieferindustrie bezüglich der Furnier-

vorbereitung bzw. modifizierter Furniere (Marktnische).

1.4 Wissenschaftlicher und technischer Stand

Bisher wird Furnier vornehmlich für ebene und wenig verformte Flächen eingesetzt.

Um seinen berechtigten Platz bei der Oberflächengestaltung verschiedener Teile (Möbelfron-

ten, Türen, Innenausbauelemente) zu behaupten bzw. weiter ausbauen zu können, ist es er-

forderlich, dass Furnier auch im gestalterischen Bereich den Modetrends folgen kann. Furnier

ist mit einer thermoplastischen Folie hinsichtlich seiner Verformbarkeit nicht vergleichbar. Da

sich abgerundete Möbelfronten außer im Küchenbereich auch zunehmend im Wohn- und

Schlafmöbelbereich durchsetzen, fordert Soine in [3], dass sich Furnier als ökonomischer na-

türlicher Werkstoff diesen Nutzungsbereich im Interesse der Furnierhersteller, -veredler, -

verarbeiter und Kunden mehr erschließt.

9

Zu den festen Beschichtungswerkstoffen gehören neben den Furnieren thermoplastische Fo-

lien und Laminate (dekorative Schichtpressstoffe, wie HPL und CPL). Während die Breitflä-

chen plattenförmiger Werkstoffe aus Holz mit all diesen Materialien in ausgereiften technologi-

schen Verfahren kontinuierlich (Folien, CPL) oder diskontinuierlich (Furnier, HPL) beschichtet

werden können, bereitet das Naturprodukt Furnier bei der Beschichtung von profilierten Breit-

oder Schmalflächen bzw. Formteilen aus Holzwerkstoffen Probleme. Der Grund liegt in der

begrenzten Dehnbarkeit von Holz und der damit verbundenen Rissgefahr sowie in der Neigung

zur Faltenbildung, insbesondere bei der Beschichtung doppelt gekrümmter Flächen.

Die Fahrzeug- und Möbelindustrie sowie der Innenausbau sind stark an verbesserten Lösun-

gen zur dreidimensionalen Formbarkeit von Furnier interessiert. Dabei werden zunehmend

engere Radien und größere Profiltiefen bei dem Beschichten mit Furnieren gefordert, die bis-

her noch nicht in dem gewünschten Maße realisierbar sind.

Holz als inhomogenes, nicht fließfähiges Material ist für eine Verformung, wie sie bei einer 3D-

Beschichtung verlangt wird, nicht geeignet. Heterogener Aufbau und Anisotropie sind für Holz

eigenschaftsbestimmend. Bezüglich der mechanischen Eigenschaften ist Holz den spröden

Materialien mit geringer Bruchdehnung zuzuordnen. Bei mechanischer Beanspruchung ist der

plastische Anteil sehr gering, d. h. dieser Werkstoff besitzt nur ein geringes plastisches Ver-

formungsvermögen. Daher ist die Umformfähigkeit von Holz deutlich eingeschränkt [4].

Umfangreiche Untersuchungen zur dreidimensionalen Verformung von Furnier werden seit

Jahren an der TU Dresden durchgeführt [4], [5]. Dabei konnten den verschiedenen Beanspru-

chungsarten, die bei einer Umformung auftreten, materialspezifische Versagensmechanismen

zugeordnet werden. Folgende Materialbeanspruchungen sind bei der Furnierformung als kri-

tisch zu betrachten:

- Zugbeanspruchung senkrecht zur Faserrichtung,

- Druckbeanspruchung in der Ebene des Furniers,

- Starke Dehnungen parallel und senkrecht zur Faser.

Eine Beschichtung geformter Bauteile mit Furnier ist derzeit nur in bestimmten Grenzen mög-

lich. Die Kenntnis der kritischen Belastungen ermöglicht, durch gezielte Beeinflussung des

Materials sowie Anpassung der Verarbeitungstechnologie, die Bedingungen für die Verfor-

mung so zu verbessern, dass die Grenzwerte so spät wie möglich erreicht werden [4].

Die Beschichtung von Mitteldichten Faserplatten (MDF) mit Folien mittels 3D-Formpressen

(Multiformpressen) ist ein etablierter Prozess bei der Herstellung profilierter Fronten. Dieses

Prinzip ist für die Furnierbeschichtung aufgrund der holzspezifischen Eigenschaften problema-

tisch.

In der holzverarbeitenden Industrie ist in den letzten Jahren die Anwendungsbreite der Fur-

nierbeschichtungen stetig erweitert worden.

Es sind derzeit folgende Beschichtungen mit Furnier in diesem Bereich möglich [3]:

- Furnieren auf ebenen Flächen,

10

- Profilummantelungen mit Furnier,

- Furnieren von echten Füllungen [6]

- Furnieren runder und teilrunder Tischplatten mit Halbstabprofil [7]

- 3D-Furnieren umlaufend außenprofilierter Werkstücke mit gerundeten Ecken.

Die Anwendung dieser Presstechnik gilt es für die 3D-Furnierbeschichtung in Verbindung mit

den geeigneten Parametern weiter auszubauen.

Die Schwachstelle bei den o.g. Beschichtungsvarianten stellt das 3D-Furnieren von profilierten

Werkstücken mit umlaufendem Außenprofil, insbesondere Viertelstabprofil und gerundeten

Ecken, in einem Pressgang dar. Dieses nicht nur modische sondern eher praktische Design,

z.B. für Möbelfronten, wird sich nach den Küchen zunehmend im Wohn- und Schlafbereich

etablieren. Um den Echtholzeffekt zu erhalten, werden Fronten aus Massivholz gefertigt oder

aufwendig furniert. Die Möbelfronten werden aus einzeln gefertigten furnierten Füllungen und

Rahmen (Strangware) zusammengesetzt. Bei dieser Art der Beschichtung herrscht in der in-

dustriellen Umsetzung internes Betriebs-Know-How vor, das stark von den Erfahrungen des

Anlagenpersonals geprägt wird. Eine 3D-Beschichtung profilierter Trägerbauteile in Anlehnung

an die Folienbeschichtung in einem Pressvorgang ist derzeitig nicht möglich.

Bei großen Außenradien der Kante (25 mm) bzw. Ecke (50 mm) sind 3D-Beschichtungen mit

speziell behandeltem Furnier möglich, wie sie u.a. auch bei Tischplatten genutzt werden. Die

Verarbeitungstechnologie ist aber noch sehr zeit- und arbeitsaufwändig im Vergleich zur Fo-

lienbeschichtungstechnologie. Im Möbelfrontenbereich sind Außenprofilierungen mit geringen

Kanten- und Eckradien (ca. 5 mm) üblich. Die Schwierigkeit bei der Beschichtung dieser Geo-

metrien mit Furnier bzw. Furnierwerkstoffen besteht in der großen verbleibenden senkrechten

Bauteilresthöhe im Schmalflächenbereich.

Diese kleinen Radien und die senkrechte Resthöhe sind aus ästhetischen Gründen und für

eine spätere Beschlagsbefestigung im Randbereich erforderlich.

Wissenschaftliche Untersuchungen bzgl. Materialmodifikationen und Optimierung technologi-

scher Parameter sind in diesen Bereichen kaum bekannt.

Bei einem 3D-Beschichtungsversuch im Jahre 2003 wurden speziell gefertigte 3D-Fronten der

Fa. Hörnlein GmbH mit mechanisch modifiziertem Furnier (3D-Furnier der Fa. Reholz – gemäß

Patentschrift DE 101 24913 C1 von 2002 [8]) auf der Multiformlaborpresse der Fa. Bürkle im

IHD beschichtet. Dabei konnte bei dem Innenprofil mit sanften Konturen eine gute Furnierbe-

schichtung realisiert werden. Das Außenprofil erfüllte im Eckbereich noch nicht die Anforde-

rungen einer 3D-beschichteten Front. Gleichzeitig musste festgestellt werden, dass der tech-

nologische Ablauf einen verhältnismäßig großen Zeitaufwand erforderte.

Furnierausgangsmaterialien unterscheiden sich nicht nur hinsichtlich der Holzart, sondern

auch in der Vorbehandlung. Es werden Furniere pur, mit rückseitigen Kaschierungen (Papier,

Vlies [9] Folie) oder mit deckseitiger Lackapplikation (elastischer Kunstharzüberzug [10] bzw.

Schutzfolie [11]) angeboten. Alternativen sind geflextes oder in Längsstreifen geteilte und

durch Leimfäden im Querverbund fixierte Furniere der Fa. Reholz GmbH.

11

Auch bei der Herstellung von Holzzierteilen für die Kfz-Innenausstattung werden teilweise Ge-

ometrien gefordert, die eine starke 3-dimensionale Verformung verlangen. Durch die starke

thermische und mechanische Belastung der Furniere bei der Verarbeitung in Formpressen

treten häufig, trotz aufwändiger Konditionierung der Furniere vor der Verarbeitung, Risse in

den kritischen Bereichen der 3D-Teile auf, die eine zeit- und kostenaufwändige Nacharbeit

erfordern.

Bei Versuchen mit vlieskaschierten Furnieren in der Formpresse konnten Anzahl und Größe

der Risse verringert werden. Die Teile erfüllen bisher jedoch noch nicht die Anforderungen der

Automobilindustrie. Untersuchungen zur Nutzung der Membranpresstechnologie für die Be-

schichtung der Holzzierteile liegen bisher nicht vor. Durch die schonendere Verarbeitung des

Furniers hinsichtlich Druck- und Temperaturbelastung bei dieser Technologie, anstatt der der-

zeitigen Technologie mit Formpressen, wird sowohl ein positiver Einfluss auf die Produktquali-

tät als auch auf den zeitlichen und materiellen Arbeitsaufwand erwartet.

Relevante bisher geförderte Forschungsarbeiten

IHD:

- Untersuchungen zur Aufwertung einheimischer Holzarten mittels mechanisch-

thermischer Behandlung (1998 FNR/BML)

- Herstellung neuartiger Verbundwerkstoffe auf der Basis der Vergütung von Furnier-

sperrholz (2000 FhS)

- Optimierung der Eigenschaften nachformbarer Furnier-Verbundwerkstoffe (1999

SMWA)

- Variabel Wohnen - Möbelvision 2020 (2000 BMWi, Weltweites Projekt der EXPO

2000 in Sachsen)

TU Dresden:

- Grundlegende Untersuchungen zum Verhalten von unbehandelten und thermome-

chanisch modifizierten Holzstrukturen beim dreidimensionalen Formen von Furnier

(2001-2004, DFG (WA 1540/2-1))

- Dreidimensionale Verformung von Furnieren (2002-2004, AiF (DGfH))

Vorarbeiten

- Versuche zur 3D-Beschichtung von Möbelfronten der Fa. Hörnlein mit Furnier der

Fa. Reholz GmbH auf einer Multiformlaborpresse des IHD

- Untersuchungen zur Zugfestigkeit und Gesamtdehnung von Furnieren verschiede-

ner Holzarten in Abhängigkeit von der Furnierdicke (TU Dresden)

- Versuche zum Flexen kaschierter Maserfurniere zur Erhöhung der Flexibilität des

Furnierwerkstoffes (Schorn & Groh GmbH)

12

2 Planung und Ablauf des Vorhabens

Das Vorhaben war in 10 Arbeitsschwerpunkte, die durch die Projektpartner teilweise parallel

und teilweise in Zusammenarbeit miteinander bearbeitet wurden, gegliedert.

Die Projektlösung wurde nach dem folgenden Arbeitsprogramm erarbeitet.

Für das Projekt war eine Laufzeit von 30 Monaten vorgesehen.

1. Auswahl und Herstellung der Furnierwerkstoffe

Innerhalb dieses Schwerpunktes war die Auswahl und Bereitstellung der notwendigen Materia-

lien - Holz, Furniere, Klebstoffe, Kaschiervliese – entsprechend der Erfordernisse der einzel-

nen Projektpartner zu realisieren. Folgende Furnierwerkstoffe waren zu entwickeln und herzu-

stellen:

A Modifizierte Furnierwerkstoffe, insbesondere aus Mikrofurnieren, z. B. durch Schich-

tung, Beschichtung, spezielle Verklebung (Verbundpartner: TU Dresden)

B Vlieskaschierte Lang – und Maserfurniere in ungeflexter und geflexter Ausführung

(Verbundpartner: Schorn & Groh GmbH)

C Mechanisch modifizierte 3D-Furniere in verschiedenen Ausführungen, z. B. hinsichtlich

Holzart, Furnierstärke (Verbundpartner: Reholz GmbH)

Gleichzeitig wurde mit dem Tele-T-Profiler ein Messgerät erworben, das zur Überprüfung, der

bei der 3D-Beschichtung anliegenden Temperatur – und Druckverhältnisse an den verschie-

denen Seiten des zu beschichtenden Bauteils dient.

2. Bestimmung relevanter Eigenschaften aller Varianten der Furnierwerkstoffe

Dieser Arbeitspunkt beinhaltete die objektive Bewertung der zum Einsatz kommenden Materia-

lien aller Verbundpartner durch die TU Dresden mit Unterstützung durch die anderen Partner.

Dabei waren die Erfahrungen der TU aus vorangegangenen Forschungsarbeiten zu nutzen,

um geeignete Prüfkriterien für die Untersuchungen zu finden.

Zunächst wurden relevante Eigenschaften der bei den Furnierwerkstoffen eingesetzten Ein-

zelmaterialien (Furniere, Vliese, Aluminiumfolie), erfasst. Dabei wurden auch mechanische

Eigenschaften, wie z.B. Zugfestigkeiten und E-Module, bestimmt. Diese Kennwerte wurden

ebenso für die Furnierwerkstoffe (Materialverbunde) mit ihren Modifizierungen ermittelt.

3. Entwurf und Herstellung geeigneter Prüfkörper verschiedener Geometrien

Dieser Arbeitsschwerpunkt wurde in zwei Phasen erarbeitet.

In der Anfangsphase des Projektes erfolgte zwischen den Verbundpartnern zunächst eine Ab-

stimmung hinsichtlich der Größe und Gestaltung der Prüfkörper. Ausgehend von den realisier-

baren Parametern wurden die Stufen der Verformungsgrößen an den Trägerbauteilen (Prüf-

körpern), z. B. der Innen- und Außenradien, festgelegt, um die Zielgrößen für die verschiede-

nen Anwendungsbereiche zu erreichen. Bezüglich des Anforderungsprofils war dabei die Ab-

13

stimmung mit dem Projektinteressent der Fa. Denkinger als Hersteller furnierter 3D-

Möbelfronten notwendig.

In einer zweiten Phase erfolgten unter Berücksichtigung der Ergebnisse von Pkt. 2., in Ab-

stimmung aller Partner, Anpassungen an den im 1.Teil festgelegten Prüfgeometrien.

Die für die 3D-Beschichtungsversuche notwendigen Trägerbauteile (Prüfkörper) wurden in

Anlehnung an die 3D-Fronten der Möbelindustrie im IHD aus mitteldichter Faserplatte (MDF)

hergestellt. Insgesamt kamen 4 verschiedenen Prüfkörpergeometrien zum Einsatz.

4. Erarbeitung der 3D- Beschichtungstechnologien für die Multiformlaborpresse

Die 3D-Beschichtungstechnologien wurden unter Verwendung der Multiformlaborpresse (Her-

steller: Fa. Bürkle GmbH) des IHD erarbeitet.

Dabei wurden sowohl Variationen der Pressparameter (Membrantemperatur, Pressdruck,

Presszeit), technologische Prozesse (Befeuchtung, Beleimung, Rampenfunktion T, p = f(t)) als

auch verschiedene Materialien (Membranmaterial, Klebstoffe) berücksichtigt und variiert.

Durch Vorversuche wurde der Pressparameterbereich für die verschiedenen Furniermateria-

lien bestimmt. Dabei war die beratende Unterstützung der aller Verbundpartner hinsichtlich

„ihrer Furnierwerkstoffe“ unerlässlich.

5. Durchführung und Bewertung der 3D-Beschichtungen mit den verschiedenen Furnierwerk-

stoffen

Die 3D-Beschichtungen wurden mit den von den Verbundpartnern hergestellten Furnierwerk-

stoffen (u. U. ausgewählte Varianten) mittels Mutiformlaborpresse im IHD durchgeführt. Teil-

weise nahmen die jeweiligen Verbundpartner daran teil, um auf vorab nicht kalkulierbare Fak-

toren fachgerecht einzuwirken bzw. gleichzeitig an der Bewertung der Beschichtungsergebnis-

se der Varianten mitzuwirken.

Parallel dazu erfolgten mikroskopische Auswertungen an ausgewählten Varianten für eine ver-

besserte optische Nachweisführung von Materialverhalten bei mehrdimensionaler Verformung

(Bestimmung der Art und Lage der Materialschwachpunkte innerhalb der Verformung).

6. Zwischenauswertung

Die bis zu diesem Zeitpunkt erreichten Ergebnisse für die verschiedenen Furniervarianten wur-

den zusammenfassend dargestellt. Dabei wurden die ermittelten Materialparameter und ihre

Grenzen analysiert.

Weiterhin erfolgte eine Bewertung der getesteten Beschichtungstechnologie, die gleichzeitig

eine Analyse des Beschichtungsprozesses hinsichtlich Praxistauglichkeit darstellte.

Darauf aufbauend wurden für Weiterentwicklungen Modifizierungen ausgewählter Furniere und

Furnierwerkstoffe und deren technisch/ technologischer Prozessgrößen für die weitere Pro-

jektbearbeitung erarbeitet und festgelegt.

14

7. Umsetzung der unter Pkt. 6. festgelegten Änderungen bzgl. Material und Technologie

Als Ergebnis der bis Pkt.6 erreichten Resultate wurde eine 2. Versuchsreihe erarbeitet und die

Materialbeschaffung und Herstellung ausgewählter Furnierwerkstoffe durchgeführt. Gleichzei-

tig erfolgten entsprechende Anpassung der Pressparameter.

8. Bestimmung der Eigenschaften der veränderten Furnierwerkstoffe

Analog Pkt. 2 wurden die in Pkt. 7 hergestellten, veränderten Furnierwerkstoffe untersucht und

hinsichtlich ihres Verformungsverhaltens charakterisiert.

9. Durchführung von Beschichtungen mit unter 6. festgelegten Veränderungen

Ähnlich wie in Pkt. 5 wurden mit den „neuen“ Furnierwerkstoffen (Pkt. 7) 3D-

Beschichtungsversuche auf der Muliformlaborpresse durchgeführt und die Ergebnisse mit den

entsprechenden Projektpartnern bewertet. Zusätzlich war eine Umsetzung der Beschichtungs-

technologie von ausgewählten Furnierwerkstoffen für Bauteile mit größeren Abmessungen

geplant. Die vorgesehene Durchführung einer Versuchsreihe in Möbelfrontenformatgröße auf

der Industriepresse bei der Fa. Denkinger wurde aufgrund der erreichten Ergebnisse als nicht

sinnvoll eingeschätzt.

10. Entwicklung, Bau, Erprobung und Einsatz eines Ziehrahmens

Zusätzlich zum ursprünglichen Arbeitsprogramm wurde die Verwendung eines Ziehrahmens

als Hilfsmittel für eine riss- und faltenarme Beschichtung mit Unterstützung des Projektpartners

Reholz GmbH getestet. Dabei wurden folgende Schwerpunkte gesetzt:

- Entwicklung und Bau der Ziehrahmenkonstruktion für die Anwendung in der Multiform-

presse,

- Erprobung des Ziehrahmens und eines geeigneten Pressregimes unter Einsatz des

Ziehrahmens,

- Festlegung des Versuchsumfangs für die Versuche mit Ziehrahmen, Bestimmung der

Eckenradien und Furniervarianten,

- Beschaffung der erforderlichen Materialien (MDF, Klebstoffe) und Herstellung der Pro-

bekörper (Fräsen auf CNC-Oberfräse),

- Durchführung der Beschichtungsversuche,

- Zusammenfassung der Ergebnisse.

11. Ergebnisauswertung, Abschlussbericht

Neben der abschließenden Auswertung und Zusammenfassung der erreichten Ergebnisse

wurde als Dokumentation der Projektarbeit in Zusammenarbeit aller Projektpartner der ge-

meinsame Abschlussbericht erstellt.

15

3 Verwendete Fachliteratur sowie benutzte Informations- und Dokumentati-onsdienste

Die verwendeten Literaturangaben sind am Ende des Schlussberichtes im Literaturverzeichnis

zusammengestellt.

Als Informations- und Dokumentationsdienst wurde die Datenbank Holz und weitere Quellen

(Internet) genutzt:

Außerdem erfolgte während der Projektlaufzeit (II/2006 – III/2008) eine Patentüberwachung zu

3D-verformbaren Furnieren vom Patentinformationszentrum der Technische Universität Dres-

den.

4 Zusammenarbeit mit anderen Stellen

Für das Verbundvorhaben wurde zwischen den Verbundpartnern der Inhalt und die arbeitstei-

lige Bearbeitung abgestimmt. Die Verbundpartner bestätigten die Notwendigkeit der Bearbei-

tung dieser Problematik. Sie hatten ihre Bereitschaft zur Mitarbeit an diesem Projekt zum Aus-

druck gebracht und entsprechende eigene Anträge zu diesem Verbundvorhaben gestellt.

Zu den Verbundpartnern gehören folgende Unternehmen und Institutionen:

Projektpartner:

Institut für Holztechnologie Dresden gemeinnützige GmbH

Zellescher Weg 24

01217 Dresden

- Projektkoordinierung und -leitung

- Herstellung der Prüfkörper

- Entwicklung und Testung der Beschichtungstechnologie für verschiedene Furnier-

modifikationen für Multiformlaborpresse

- Durchführung der 3D-Beschichtungen mit den entwickelten Furnierwerkstoffen mit-

tels vorhandener Multiformlaborpresse (2 Versuchsreihen)

- Bewertung der hergestellten Prüfkörper

- Erprobung der Ziehrahmenkonstruktion mit der Multiformlaborpresse

Technische Universität Dresden

Institut für Holz- und Papiertechnik

Mommsenstraße 13

01062 Dresden

- Entwicklung und Weiterentwicklung von Modifikationen von Furnier/ Furnierwerk-

stoffen durch Schichtung, Beschichtung u.ä. insbesondere von Mikrofurnieren

- Unterstützung bei der Umsetzung der Beschichtungstechnologie dieser Furnier-

werkstoffe

16

- Eigenschaftsbestimmung der Furnierwerkstoffe aller Projektpartner bzgl. der Ver-

formbarkeit

Schorn & Groh GmbH

Industriestr. 34

74927 Eschelbronn

- Bereitstellung und Entwicklung von kaschierten Maser- und Langfurnieren

- Umsetzung von Furniermodifizierungen

Die Reholz GmbH (kmU) erbrachte folgende Leistungen (Leistungen Dritter):

- Bereitstellung des patentierten 3D-Furniers in verschiedenen Ausführungen

- Entwicklung weiterer Modifizierungen des 3D-Furniers (Furnierdicke, Glasfaserver-

stärkungen)

- Entwicklung und Bau der Ziehrahmenvorrichtung

- Unterstützung bei der Umsetzung der Beschichtungstechnologie mit und ohne Zieh-

rahmen

Folgenden Firmen beteiligen sich an dem Verbundvorhaben durch kostenfreie Bereitstellung

von Versuchsmaterial bzw. Bereitstellung von Produktionsanlagen und Geräten als Projektinte-

ressenten:

Robert Bürkle GmbH (kmU)

- Unterstützung bei der Erarbeitung und Entwicklung geeigneter Beschichtungstech-

nologien für die zu verarbeitenden Furnierwerkstoffe

PWG VeneerBackings GmbH (kmU)

- Lieferung verschiedener Kaschiervliese für die Furnierverstärkung

- Flexen der erforderlichen Furniervarianten

Möbelfabrik Denkinger (kmU)

- Unterstützung durch Kenntnisse und Erfahrungen bei Furnierbeschichtung in der

Möbelfrontenherstellung

- Beratende Funktion bei Erstellung praxisrelevanter Beschichtungsgeometrien und

Erarbeitung von geeigneten 3D-Beschichtungstechnologien

FURWA Furnierkanten GmbH (kmU)

- Bereitstellung von Furnieren und Furnierwerkstoffen

- Umsetzung notwendiger neuer Furniermodifizierungen

Ing. Gerhardt Höfer & Co. Maschinenproduktionsgesellschaft mbH (kmU)

- Unterstützung bei der Herstellung geflexter Furniere durch Bereitstellung der Anla-

gentechnik

17

II Darstellung der erzielten Ergebnisse

1 Materialien, Methoden und Vorversuche

1.1 Materialauswahl

1.1.1 Rohfurniere

Holzarten

In Zusammenarbeit mit den beteiligten Verbundpartnern wurden Holzarten und Verstärkungs-

materialien sowie Maßnahmen zur Flexibilisierung festgelegt.

Bei der Auswahl der Holzarten der Furniere wurden verschiedene Kriterien berücksichtigt.

Maßgeblich waren die Häufigkeit der Verwendung und wiederholt auftretende Probleme beim

Verformen bestimmter Furniere. Als problematische Holzarten wurden Streifenfurniere der

Europäischen Eiche (Quercus robur L. / Quercus petraea Liebl.) sowie Esche Maserfurnier

(Fraxinus excelsior L.) gewählt. Beide Holzarten sind ringporig. Ringporige Hölzer besitzen

Frühholzgefäße, die wesentlich größer sind als die Spätholzgefäße. Dadurch entstehen zwi-

schen Früh- und Spätholz deutliche Dichte- und Strukturunterschiede, die zusätzlich zur Ani-

sotropie des Holzes erschwerend bei der Kraftaufnahme und –verteilung wirken. Beim Maser-

furnier der Esche kommt der völlig unregelmäßige, richtungslose Aufbau des Furniers er-

schwerend hinzu.

Zusätzlich zu diesen beiden Holzarten wurde Rotbuche (Fagus sylvatica L.) als sehr gut zur

verarbeitende Holzart gewählt. Rotbuche ist eine zerstreutporige Holzart. Zerstreutporige Höl-

zer besitzen ungefähr gleich große Gefäße, die gleichmäßig über die Jahrringe verteilt sind,

was eine homogenere Struktur des Holzes zur Folge hat.

Herstellungstechnologie

Zur Herstellung von Furnieren existieren prinzipiell drei verschiedene Schnitttechnologien: das

(Quer) -Messern, das Längsmessern und das Schälen.

Beim Quermessern erfolgt die Schnittführung senkrecht (quer) zur Faserrichtung.

Beim Längsmessern erfolgt die Schnittführung parallel (längs) zur Faserrichtung. Dadurch tritt

im Gegensatz zum Quermessern eine geringere Schädigung und damit Festigkeitsreduzierung

des Furniers ein. Diese Messertechnik ist in Deutschland unüblich und wird hauptsächlich in

Asien und Amerika verwendet.

Beim Schälen erfolgt die Schnittführung senkrecht zur Faser, wobei sich der Stamm dreht.

Dadurch erhält man größere Furniere bzw. Furnierabschnitte. Alle Maserfurniere werden durch

Schälen hergestellt.

In Absprache mit den beteiligten Partnern wurden für die Holzarten Rotbuche und Europäische

Eiche Streifenfurniere verwendet. Streifenfurniere entsprechen in etwa einem in radialer Rich-

tung geschnittenen Furnier. Die Streifenfurniere dieser beiden Holzarten wurden sowohl durch

Längs- als auch durch Quermessern hergestellt, um einen daraus resultierenden Einfluss auf

18

die Eigenschaften zu untersuchen. Die mit beiden Messertechniken erzeugten Furniere wur-

den aus verschiedenen Stämmen hergestellt. Alle längs gemesserten Furniere stammen da-

gegen von einem Flitch (Stammabschnitt). Die exakte Messertechnik zur Herstellung der ver-

wendeten quer gemesserten Furniere (Riftschälen, Faux-Quartier-Messern oder Echt-Quartier-

Messern) ist nicht bekannt.

1.1.2 Verstärkungsmaterialien

Als Verstärkungsmaterialien wurden ausschließlich für die Furnierverarbeitung übliche Ka-

schiervliese gewählt, die rückseitig mit dem Furnier verklebt werden.

Die Trägervliese bestehen aus ca. 80 % langfasriger Zellulose, ca. 20 % Polyester und gerin-

gen Mengen Acrylbinder. Sie variieren im Flächengewicht. Wahlweise sind die Trägervliese

beleimt, wobei Klebstoffart und -auftragsmenge variiert werden können. Für Verklebungen mit

hohen Anforderungen, wie z. B. in Automobilen, werden auch Klebstoffe der Beanspruchungs-

gruppe D4 eingesetzt. Für die Untersuchungen wurden die in Tabelle 1 dargestellten Ka-

schiervliese verwendet.

Im Rahmen der Versuchsreihen wurden zur Verklebung von unbeschichteten Vliesen

(50 P raw) eine Melaminharzfolie und eine Schmelzklebstofffolie auf Basis eines polymeren

Ethylenvinylacetats (PEVA) getestet.

Tabelle 1: Kaschiervliese

Bezeichnung der Kaschiervliese

Flächengewicht Trägervlies [g/m²]

Klebstoffart Flächengewicht Klebstoff [g/m²]

VC 150+ 30 Polyvinylacetat (PVAc) 45

50 P / 50 50 PVAc 50

50 P / 50 D4 50 PVAc D4 50

50 P raw 50 unbeschichtet -

VC 300+ 90 PVAc 70

1.1.3 3D-Furniere

Parallel zu den Furnierwerkstoffen wurde das von der Fa. Reholz entwickelte und patentrecht-

lich geschützte 3D-Furnier in verschiedenen Ausführungen eingesetzt. Das Furnier gestattet

eine Verschiebung des Furnierblattes in der Flächenebene bei gleichzeitiger Biegung. Ermög-

licht wird das durch Auftrennen des Furnierblattes in eine Vielzahl von Streifen, welche rück-

seitig durch quer laufende Multifilament- Polyethylenfäden, die mittels Schmelzklebstoff auf der

Furnierunterseite fixiert wurden, gehalten werden (siehe Bild 3).

19

Bild 1: Prinzip der 3D-Verformung des 3D-Furniers (Quelle: Reholz GmbH)

Die Streifen des 3D-Furniers müssen sich gleichzeitig biegen und zueinander verschieben

können (Flächenverzug). Die Bewegungsfreiheit der Streifen muss dabei bis zur vollständigen

Ausbildung der dreidimensionalen Form gewährleistet sein. Ist das nicht der Fall, d.h. kommt

es zu einem „Einklemmen“ der Streifen vor Ausbildung der Geometrie, führt das zu einer Auf-

hebung des „3D-Effektes“ (der freien Beweglichkeit der Streifen) und damit zu Fehlerbildern

wie Überwerfungen, Falten, etc [12]

Besondere Beachtung bei der Verarbeitung von 3D-Furnier muss dem verwendeten Klebstoff

geschenkt werden. Da das Spezialfurnier über eine Vielzahl feinster, nach dem Verpressen

optisch nicht erkennbarer Fugen zwischen den Furnierstreifen verfügt, ist ein Klebstoff mit ge-

ringer Durchschlagsneigung zu verwenden. Besonders geeignet sind wässrige Systeme, da in

diesem Fall das Lösemittel Wasser ins Holz eindringt. Wässrige Systeme, wie z.B. UF-Harz,

sind bei Bedarf noch zu füllen. Bei Verwendung lösemittelhaltiger Systeme muss das Durch-

schlagen entweder durch Antrocknen und Reaktivieren des Klebstofffilmes verhindert werden,

oder es sind anderweitige geeignete Sperren hinter das 3D-Furnier zu bringen, die dem Durch-

schlagen entgegen wirken [12].

Im Projekt wurden für die Herstellung der 3 D-Furniere geschälte Furniere aus Rotbuche und

Europäischer Eiche, sowie ALPI-Eichenfurnier in den Dicken von 0,6 mm und 0,8 mm ver-

wendet. Die Streifenbreite betrug immer 1,2 mm.

Bild 2: 3D-Buche-Schälfurnier – Vorderseite (Quelle: Reholz GmbH)

20

Bild 3: 3D-Buche-Schälfurnier – Rückseite (Quelle: Reholz GmbH)

Damit wird bei geringerer Dicke des Furniers die Fläche zwischen den Längsstreifen kleiner.

Dies bewirkt bei Biegung parallel zur Streifenschnittrichtung, dass bei gleicher Neigung zum

Biegedrillknicken eher Überwerfungen der Furniere möglich sind (s. Bild 4). Eine Kompensati-

on dieser Erscheinung bei dünneren Furnieren wäre durch eine geringere Streifenbreite mög-

lich, was derzeit technisch noch nicht zuverlässig realisierbar ist.

0,8 mm Furnier 0,6 mm Furnier

Bild 4: Wirkung verschiedener Furnierdicken auf Biegung in Streifenschnittrichtung

1.1.4 Furnierwerkstoffbearbeitung

Aus den genannten Ausgangsmaterialien wurden verschiedene Furnierwerkstoffe hergestellt.

Ein Teil der Furniere wurde geflext. Das Flexen ist ein Quetschen von kaschierten Furnieren

durch einen Liniendruck. Die Furniere werden zwischen zwei Gummiwalzen (Bild 5) hindurch-

geschoben. Dadurch treten Gefügeschädigungen (Brüche) im Furnier auf, die das Material

flexibler machen. Die Brüche sind mikroskopisch sichtbar, makroskopisch jedoch unauffällig.

21

Bild 5: Flexer FLX 72 (Quelle: PWG VeneerBackings GmbH)

Das Flexen wurde bei der Firma PWG VeneerBackings GmbH mit einem Flexer FLX 72 der

Firma Ing. Gerhardt Höfer & Co. Maschinenproduktionsgesellschaft mbH mit folgenden Pro-

zessparameter durchgeführt:

Spalteinstellung: 0,2 mm

Vorschubgeschwindigkeit: 10 m/min

Flexdurchgänge:

bei gemesserten Furnieren: 2 Flex-Durchgänge, d.h. quer zur Faserrichtung Ober- und

Unterseite

bei Wurzelmaserfurniere: 4 Flex-Durchgänge, d.h. längs und quer je Ober- und Un-

terseite

Prinzipiell würde ein Flex-Durchgang zum Brechen der Holzfasern ausreichen und zwar mit

der Oberseite zur Gummiwalze. Der jeweilige 2. Durchgang (Unterseite zur Gummiwalze) dient

lediglich dazu, die durch den 1. Durchgang entstandene Krümmung wieder zu glätten. Das

Maserfurnier wird aufgrund der fehlenden Orientierung der Fasern längs und quer geflext.

1.2 Angewandte Prüfverfahren und Methoden

1.2.1 Zugfestigkeitsprüfung

Zur Charakterisierung der Ausgangsmaterialien hinsichtlich der für eine dreidimensionale Ver-

formung relevanten mechanischen Eigenschaften wurden Zugversuche parallel und senkrecht

zur Faserrichtung durchgeführt.

22

Die Zugprüfungen in Faserlängsrichtung wurden mit Probenabmessungen von

14 mm x 120 mm an einer Universalprüfmaschine der Firma Hegewald & Peschke durchge-

führt. Die Dehnungsmessung erfolgte mit einem Videoextensometer. Die Querzugprüfungen

am Furnier konnten mit diesen Prüfparametern nicht befriedigend durchgeführt werden. Auf-

grund ihrer geringen Steifigkeit beulen die Proben beim Einspannen aus. Da Kraft und Weg bis

zum Auseinanderziehen der Ausbeulung mit in die Messung eingehen, sind die gemessenen

Werte stark fehlerbehaftet. Aus diesem Grund wurden die Zugprüfungen senkrecht zur Faser-

richtung an einer Mikrozugeinrichtung mit geringeren Probenabmessungen (6 mm x 60 mm)

durchgeführt. Die Wegmessung erfolgte über die zum Antrieb genutzte Schrittmotorsteuerung.

Aufgrund der geringeren Probenabmessungen wurde auf die Furnierfläche bezogen weniger

Material geprüft, wodurch eine geringere Streuung im Vergleich zu den Werten der Längszug-

prüfung entsteht.

Die Zugprüfungen wurden an Furnieren mit einer Dicke von ca. 0,35 mm und 0,5 mm durchge-

führt.

Aus diesen Prüfungen wurden der E-Modul, die Gesamtdehnung sowie die Bruchfestigkeit

ermittelt. Die Prüfungen wurden bei 21 °C und einer relativen Luftfeuchte von ca. 45 % durch-

geführt.

Gleichartige Prüfungen der 3D-Furniere von Reholz waren aufgrund des speziellen Material-

aufbaus nicht sinnvoll.

1.2.2 Biegeversuche an Furnierwerkstoffen

Zur Bewertung der Verformbarkeit von Furnierwerkstoffen wurden Biegeprüfungen senkrecht

zur Faser als zweidimensionale Verformung durchgeführt.

Um den Anforderungen an eine 3-Punkt-Biegung mit vernachlässigbarer Scheibenwirkung

gerecht zu werden, sollte der Auflagerabstand mehr als das 15fache der Probendicke betra-

gen. Aufgrund der geringen Werkstoffdicke waren demzufolge die Probenabmessungen sehr

klein. Werkstoffe mit einer Dicke zwischen 0,43 ... 0,6 mm wurden mit einem Auflagerabstand

von 15 mm geprüft, die Probenabmessungen betrugen 5 mm x 19 mm. Werkstoffe mit einer

Dicke zwischen 0,3 ... 0,4 mm wurden mit einem Auflagerabstand von 10 mm geprüft, die Pro-

benabmessungen betrugen 5 mm x 14 mm.

Die Prüfungen wurden bei 22 °C und 60 % rel. Luftfeuchte durchgeführt.

Auch bei dieser Prüfung wurden die Varianten der 3D-Furniere von Reholz nicht geprüft.

1.2.3 Tiefungsversuch

Zur Bewertung der dreidimensionalen Formbarkeit von Furnier wurden sogenannte Tiefungs-

versuche (Laborumformversuche) in Anlehnung an DIN EN ISO 20482 (Tiefungsversuch an

Blechen und Bändern) durchgeführt. Dabei wird ein kreisrunder Furnierzuschnitt auf eine Mat-

rize gelegt und mit einem halbkugelförmigen Stempel soweit eingedrückt, bis ein Riss im Fur-

23

nier entsteht. Als Matrize dient eine Platte mit einer Bohrung. Der Stempel hat einen Durch-

messer von 20 mm, die Matrize hat eine Bohrung mit einem Durchmesser von 23 mm, die

Bohrung ist zur Auflagefläche hin abgerundet. Das Furnier hat einen Durchmesser von 27 mm,

so dass es am Rand 2 mm aufliegt (Bild 6).

Stempel

Matrize

Furnier

unverformt verformt

R4

Bild 6: Prinzipielle Funktionsweise der Umformeinrichtung

Das Maß für die Verformbarkeit ist der Stempelweg, der zwischen Furnierkontakt und Versa-

gen zurückgelegt wird.

Diese Prüfung zur 3D-Formbarkeit hat zwei verschiedene Versagensmechanismen zur Folge:

entweder einen Riss in Furniermitte senkrecht zur Faser (bei dicken Furnieren) oder Faltenbil-

dung am Rand des Furnierzuschnittes (bei dünnen Furnieren). Die Faltenbildung ist ein Stabili-

tätsproblem und daher nicht direkt mit den Materialeigenschaften des Werkstoffes in Zusam-

menhang zu bringen. Der Riss in Furniermitte ist eindeutig ein Versagen infolge zu hoher Zug-

belastung senkrecht zur Faserrichtung.

Alle Prüfungen wurden bei 23°C und 45% relativer Luftfeuchte mit einer Universalprüfmaschi-

ne durchgeführt.

1.2.4 Methode zur Bewertung und Vorhersage des Umformverhaltens

Ziel der Untersuchungen an der TU Dresden war die Charakterisierung der Furnierwerkstoffe

mittels möglichst einfach durchzuführenden Prüfungen. Im Ergebnis sollten Zusammenhänge

zwischen Materialeigenschaften und Umformbarkeit der neuen Furnierwerkstoffe gefunden

werden. Diese Zusammenhänge sollten eine Vorhersage zum Umformverhalten ermöglichen

(Bild 7).

Zur Charakterisierung der Furnierwerkstoffe wurden Zugversuche durchgeführt (siehe

Pkt.1.2.1).

24

Versuch: Tiefungsversuch komplizierter Versuch

Zugprüfung einfacher Versuch

Ergebnis: Stempelweg Materialeigenschaften

Zusammenhang?

Ziel: 1. einfacher Versuch2. Ermittlung wichtiger Kenngrößen3. Rückschlüsse auf erforderliche Eigenschaften

des Furnierwerkstoffes

Bild 7 Bewertung der Furnierwerkstoffe

Alle Prüfungen wurden bei 23°C und 45 % relativer Luftfeuchte mit einer Universalprüfmaschi-

ne durchgeführt.

1.2.5 REM-Untersuchungen

Die Rasterelektronenmikroskopie (REM) nutzt Elektronenstrahlen, die in einem bestimmten

Muster über das vergrößert abzubildende Objekt geführt (gerastert) werden. Durch die Wech-

selwirkungen der Elektronen mit dem Objekt entsteht ein Bild des Objekts. Die mit einem Ras-

terelektronenmikroskop erzeugten Bilder sind Abbildungen der Objektoberflächen und weisen

eine hohe Schärfentiefe auf. Dabei wird die Manipulierbarkeit von Elektronen zur Erreichung

hoher Auflösungen (Vergrößerungen) genutzt. Das Verfahren eignet sich zur Darstellung lei-

tender Oberflächen.

Holz als elektrischer Nichtleiter bedarf daher einer speziellen Probenpräparation. Die Holzpro-

ben werden für die Betrachtung im REM durch Aufdampfen eines Metallfilms (i. d. R. Gold)

leitend gemacht. Dabei erfolgt die Präparation der Holzproben in mehreren Schritten. Nach

dem Zuschnitt und der Reinigung ist eine Trocknung der Proben erforderlich. Danach werden

sie auf dem Probenhalter montiert und mit der leitfähigen Schicht beschichtet.

1.3 Herstellung, Beschichtung und Bewertung der 3D-Prüfkörper

1.3.1 Prüfkörpergestaltung

Als Trägermaterial für die Verformung der Furniere bzw. Furnierwerkstoffe wurden in der Mö-

belindustrie übliche MDF (mitteldichte Faserplatten) mit einseitiger Gegenzugbeschichtung

verwendet.

Die Abmessungen der Prüfkörper waren 230 mm x 130 mm x 19 mm. Die Kanten– und Eckra-

dien wurden, beginnend bei 20 mm bzw. 40 mm, mit dem Ziel der Minimierung variiert.

25

Bild 8: Beispiele für verschiedene Eckradien der Prüfkörper (40 mm und 30 mm)

Bild 9: Beispiele für verschiedene Kantenradien der Prüfkörper (20 mm und 14 mm)

In Tabelle 2 sind alle im Verlauf der Projektbearbeitung verwendeten Bauteilgeometrien hin-

sichtlich der Variationen der Eck- und Kantenradien zusammengefasst.

Tabelle 2: Verwendete Prüfkörpergeometrien (Kanten- und Eckradien)

Prüfkörpergeometrie Kantenradius (umlaufend) [mm] Eckradius [mm]

1 20 40

2 20 30

3 14 40

4 20 30

5 20 20

6 14 20

7 14 14

8 10 20

26

1.3.2 3D-Beschichtungsprinzip mit Membran

Das Prinzip der 3D-Beschichtung mit Membranpressen ist ein etabliertes Verfahren bei der

Herstellung von 3D-Möbelfronten mit Kunststofffolien.

Bei der Beschichtung mit Membran dient eine ca. 4 mm dicke Naturkautschukmembran zur

Wärmeübertragung. Zunächst erfolgt die Belegung des Presstisches mit den beleimten Bautei-

len. Nach dem Schließen der Presse gibt, die Membran, die über die Heizplatte warm gehalten

wird, Wärme an das jeweilige Beschichtungsmaterial ab. Nach der Vorwärmzeit erfolgt durch

das Anlegen von Vakuum unter den Bauteilen und Druckluft über der Membran die Beschich-

tung der Bauteile. Die über die Heizplatte aufgenommene Wärme der Membran kann dabei

kontinuierlich ohne sprunghaften Temperaturverlust über einen Zeitraum von mehreren Se-

kunden während der Beschichtung in der Presse an das Beschichtungsmaterial und den dar-

unter befindlichen Klebstoff abgegeben werden. Nach der Presszeit erfolgt zur Abkühlung der

beschichteten Teile das Einblasen von Kühlluft zwischen Membran und Furnier. Anschließend

öffnet die Presse und der Presstisch verlässt die Presse.

Im Gegensatz zu dem dargestellten Prozessschema mit Folie ist bei der Beschichtung mit Fur-

nier eine allüberspannende Belegung mit Furnier nicht erforderlich. Es genügt eine blattweise

Belegung der einzelnen Bauteile. Die Membran dient in diesem Fall als Trennwand zwischen

dem oberen und unteren Pressenraum, die die Umsetzung des Vakuums bzw. der Druckbe-

aufschlagung ermöglicht.

Prozessschritt 1: Vorbereitetes Tablett in der Presse

Prozessschritt 2: Vorwärmzeit

Prozessschritt 3: Presszeit

Heizplatte

Membrane

Multifunktionsrahmen

Folie

Werkstück

Heizplatte

Membrane

Multifunktionsrahmen

Folie

Werkstück

27

Prozessschritt 4: Trenn-/Kühlzeit

Bild 10: Funktionsweise System mit Membran (Quelle: Wemhöner Surface Technologie GmbH

& Co. KG)

Für die 3D-Beschichtung mit Furnierwerkstoffen wurde Türmer Weissleim WB 215 F (D3) ver-

wendet.

Die folgenden Pressparameter wurden in Vorversuchen getestet und bei den folgenden Ver-

suchsreihen verwendet.

Pressdruck: 5 bar

Presstemperatur: 120 °C

Vorwärmzeit: 120 s

Presszeit: Furnierwerkstoffe: 180 s

3D-Furnier: 300 s

Vakuum: 0 s /6 s

Unterlagenhöhe: 12 mm

Die Unterlagen unter den MDF-Trägerteilen sind erforderlich, um einen vollständigen Andruck

des Furniers bis an die Unterkante des Bauteils durch die Membran zu gewährleisten.

Im folgenden sind die Arbeitsschritte, die in den ersten beiden Versuchsreihen zur Anwendung

kamen, dokumentiert (Bild 11 - Bild 14).

28

Bild 11: Prüfkörperpositionierung auf beleimten Furnierwerkstoffen

Bild 12: Prüfkörper mit aufgelegten Furnierwerkstoffen

Bild 13: Beschichtete Prüfkörper mit Gleitstoffabdeckung

29

Bild 14: Beschichtete Prüfkörper

Der in Bild 13 sichtbare Stoff (Polyamidgewebe) bewirkt, dass die Membran beim Auflegen auf

das Bauteil auf dem Stoff abgleiten kann und dadurch eine geringere Belastung auf den Fur-

nierwerkstoff wirkt und die Gefahr einer vorzeitigen Rissbildung verringert werden kann.

1.3.3 Temperaturerfassung in der Klebfuge

Für die Online- Temperaturerfassung während des Beschichtungsvorganges wurde ein Tele-T-

Profiler verwendet. Dieses Messgerät gestattet die Erfassung der Temperatur im Klebfugenbe-

reich (Breitfläche, Schmalfläche) in der Presse. Die Messwerte werden per Funk zu einer au-

ßerhalb der Presse befindlichen Erfassungseinheit übertragen.

Empfänger

Sender

Sensor für Temperatur an der

Bauteiloberfläche

Sensor für Temperatur an der

Bauteilschmalfläche

Bild 15: Schematischer Aufbau des Tele-T-Profilers

30

Sender

Sensor für Temperatur an der

Bauteiloberfläche

Sensor für Temperatur an der

Bauteilschmalfläche

Bild 16: Gerätekonfiguration des Tele-T-Profilers

Eine Pressdruckerfassung auf dem Bauteil ist für Beschichtungen mit Kunststofffolien ausge-

legt, wobei sich die Folie an die Drucksensorvertiefung anlegen und die Druckerfassung erfol-

gen kann. Bei Verwendung von weniger flexibleren Material erfolgt auch eine Druckaufnahme,

aber diese weicht in Abhängigkeit vom Material um etwa 0,5 bar von dem tatsächlich angeleg-

ten Druck in der Presse ab. Die erworbenen Messgerätekonfiguration einschließlich Software

ist für die Beschichtung mit Folien ausgelegt und erlaubt keine weiteren Veränderung seitens

des Gerätenutzers z.B. bzgl. von Veränderungen an der Drucksensorik.

1.3.4 Beurteilungsmethode zur Auswertung der Falten und Risse

1.3.4.1 Beurteilung der Falten Die Auswertung der Beschichtungsqualität der verschiedenen Furniervarianten und Bauteilge-

ometrien bezüglich auftretender Falten erfolgte nach einem festgelegten Auswertungsschema

bezüglich des Prüfkörpers. Dafür wurde, ausgehend von der Beschriftung des Bauteils auf der

Unterseite (Bauteilnummer), die Bezeichnung der Ecken (Nr. 1 – 4) links oben beginnend im

Uhrzeigersinn festgelegt. Jede Ecke wiederum wurde in jeweils 3 Sektoren, von der kurzen

Bauteilseite beginnend, von I – III eingeteilt (siehe Bild 17 und Bild 18).

31

Bild 17: Auswertungsschema zur Beurteilung der Beschichtung auf dem Prüfkörper

Bild 18: Prüfkörperansicht auf Deckfläche mit Eckbezeichnung (I – IV) und Sektorenuntertei-

lung

Für die Auswertung der Lage der Falten wurde der zu beurteilende Prüfkörper auf die Sekto-

renvorlage gelegt und die Faltenanzahl je Sektor und Ecke erfasst. Gleichzeitig wurden die

dabei auftretenden Faltenhöhen bestimmt. Dafür wurde die Höhe der Falte bezogen auf den

Trägerboden mittels Messschieber (siehe Bild 19) gemessen.

Bild 19: Bestimmung der Faltenhöhe

32

Aufgrund der ermittelten Werte war bezüglich der Falten eine Auswertung möglich von:

Faltenhöhe auf dem Bauteil

Anzahl der Falten

Verteilung der Falten auf dem Bauteil

Häufigkeit der auftretenden Faltenhöhen

Es wurden je Variante der Mittelwert der Messwerte von 3 Prüfkörpern angegeben.

1.3.4.2 Beurteilung der Risse Die Beurteilung der Risse erfolgte in 3 Kategorien:

Größe der Risse:

1 = keine Risse (mit bloßem Auge nicht erkennbar) 2 = mit bloßem Auge gerade sichtbar 3 = deutlich sichtbar 4 = breite Risse (bis 1 mm breit) 5 = sehr breite Risse (> 1 mm breit)

Bild 20: Beurteilungsbeispiel für Rissgröße 3

Bild 21: Beurteilungsbeispiel für Rissgröße 5

Anzahl der Risse:

1 = keine Risse 2 = einige Risse (10) 3 = mäßig viele Risse 4 = viele Risse 5 = sehr viele Risse

33

Verteilung der Risse:

1 = keine 2 = auf einzelnen Ecken 3 = auf allen Ecken 4 = auf den Ecken und Kanten 5 = auf der gesamten Bauteilfläche

Es wurden je Variante der Mittelwert des Beurteilungskriteriums von 3 Prüfkörpern angegeben.

Bild 22: Beurteilungsbeispiel für Verteilung der Risse = 4

Bild 23: Beurteilungsbeispiel für Lage der Risse = 5

1.4 Vorversuche

1.4.1 Charakterisierung der Ausgangsmaterialien

1.4.1.1 Untersuchungen an Rotbuchenfurnier Zugprüfungen parallel zur Faserrichtung

Die Werte in Tabelle 3 zeigen, dass die Furnierdicke keinen Einfluss auf die Zugeigenschaften

parallel zur Faser hat. Die Werte für E-Modul, Bruchfestigkeit und Bruchdehnung sind für beide

Furnierdicken in gleichen Größenbereichen. Die Herstellungsart hat offenbar einen Einfluss auf

die Zugeigenschaften des Furniers. Die quer gemesserten Furniere haben deutlich höhere

Bruchfestigkeiten, auch die Bruchdehnung ist tendenziell höher. Bei der Wertung ist jedoch zu

beachten, dass das Ausgangsmaterial für längs und quer gemesserte Furniere von verschie-

denen Stämmen stammt. Das könnte ein Grund für die unerwarteten höheren Festigkeits- und

Dehnungswerte der quer gemesserten Furniere sein.

34

Tabelle 3: Werte aus Zugprüfungen in Faserlängsrichtung für Rotbuchenfurnier

Herstellungsart Furnier-dicke E-Modul Bruch-

festigkeit Bruch-

dehnung

[mm] [MPa] [MPa] [MPa]

0,40 Mittelwert

Standardabweichung 12.170

576

79,0

12,8

0,70

0,09

längs gemessert ungeschliffen

0,53 Mittelwert

Standardabweichung 12.271

1.672

86,2

19,5

0,78

0,09

0,36 Mittelwert

Standardabweichung 13.773

1.038

86,8

16,2

0,71

0,01

längs gemessert geschliffen

0,48 Mittelwert

Standardabweichung 11.881

566

71,0

9,4

0,63

0,09

0,35 Mittelwert

Standardabweichung 14.031

709

117,7

29,3

0,87

0,02

quer gemessert geschliffen

0,50 Mittelwert

Standardabweichung 12.064

1.546

111,8

23,9

1,08

0,22

Der zusätzliche Schleifprozess der längs gemesserten Furniere hat offensichtlich keinen Ein-

fluss auf die Zugeigenschaften parallel zur Faserrichtung.

Zugprüfungen senkrecht zur Faserrichtung

Aus Tabelle 4 ist ersichtlich, dass die Furnierdicke nur im Zusammenhang mit der Herstel-

lungsart einen Einfluss auf die Zugeigenschaften senkrecht zur Faser hat. Alle Werte liegen im

selben Größenbereich, außer die der dünnen, 0,36 mm dicken Furniere, die durch Quermes-

sern hergestellt wurden. Bei diesen Furnieren ist die Festigkeit nahezu null und es ist fast kei-

ne Steifigkeit vorhanden. Möglicherweise wird das Furnier durch die Beanspruchung senkrecht

zur Faser beim Messervorgang bereits in dieser Richtung beschädigt (Entstehen von Querris-

sen). Durch das Schleifen auf die geringe Dicke wird diese Vorschädigung maßgebend, so

dass das Furnier nur sehr geringe Festigkeits- und Steifigkeitswerte aufweist. Eine Schädigung

des Furniers durch das Quermessern sollte jedoch auch bei den 0,5 mm dicken Furnieren

messbar sein, was bei den durchgeführten Messungen nicht der Fall ist.

35

Tabelle 4: Werte aus Zugprüfungen senkrecht zur Faserrichtung für Rotbuchenfurnier

Herstellungsart Furnier-dicke E-Modul Bruch-

festigkeit Bruch-

dehnung [mm] [MPa] [MPa] [MPa]

0,37 Mittelwert

Standardabweichung 562

15

5,5

0,7

0,92

0,16

längs gemessert ungeschliffen

0,51 Mittelwert

Standardabweichung 497

7

5,7

0,6

1,23

0,16

längs gemessert geschliffen

0,41 Mittelwert

Standardabweichung 650

16

7,3

0,7

1,12

0,12

längs gemessert geschliffen

0,52 Mittelwert

Standardabweichung 634

16

7,9

1,0

1,26

0,18

quer gemessert geschliffen

0,36 Mittelwert

Standardabweichung 44

5

0,3

0,1

0,79

0,33

quer gemessert geschliffen

0,50 Mittelwert

Standardabweichung 500

62

5,4

1,1

1,09

0,19

Wertung

Grundsätzlich sind die für Furnier ermittelten Werte deutlich geringer als die Werte für Vollholz

der entsprechenden Holzarten. Interessant ist, dass die Werte für die Bruchdehnung senkrecht

zur Faserrichtung tendenziell größer sind als die in Längszugrichtung. Bruchfestigkeit und E-

Modul senkrecht zur Faser fallen erwartungsgemäß um einen Faktor von 10 ... 20 niedriger

aus als in Längszugrichtung.

Generell ist weder ein Einfluss der Herstellungsart bzw. des zusätzlichen Schleifprozesses zur

Dickenkalibrierung noch der Furnierdicke auf die Zugeigenschaften zu erkennen.

1.4.1.2 Untersuchungen an Eichenfurnier Zugprüfungen parallel zur Faserrichtung

Die Unterteilung der einzelnen Messreihen nach dominanten Strukturmerkmalen in den Probe-

körpern verdeutlicht schon den starken Einfluss der anatomisch bedingten Struktur des Fur-

niers auf die Zugeigenschaften. Eiche ist eine ringporige Holzart und zudem sehr ungleichmä-

ßig aufgebaut. Die Gefäße sind z. T sehr groß (im Frühholz bis 0,35 mm im Durchmesser), die

Holzstrahlen können eine Höhe von bis zu 80 mm erreichen. Durch diese teilweise sehr gro-

ßen Strukturelemente werden die verhältnismäßig kleinen und dünnen Proben in ihrem Bruch-

verhalten sowie in der Festigkeit und Steifigkeit stark beeinflusst, sie erklären auch die z. T.

sehr großen Streuungen (längs gemesserte, ungeschliffene Proben, hier wurde noch keine

Unterteilung nach Strukturelementen vorgenommen).

36

Tabelle 5: Werte aus Zugprüfungen in Faserlängsrichtung für Eichenfurnier

Herstellungsart Furnier-

dicke

E-Modul

Bruch-festigkeit

Bruch-dehnung