DE102008004091B4

DE102008004091B4 - Verbundträger für hohe mechanische Belastungen und Verfahren zur Herstellung solcher Träger

Info

Publication number: DE102008004091B4
Application number: DE102008004091A
Authority: DE
Inventors: Peter Haller; Andreas Heiduschke; Mathias Hofmann; Rensteph Thompson; Martin Hamann; Tilo Birk
Original assignee: Hess Timber & Co KG GmbH; Inst Angewandte Forschung Im Bauwesen Iafb E V; Institut fur Angewandte Forschung Im Bauwesen (iafb) Ev; Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Hess Timber & Co Kg De GmbH; Institut fur Angewandte Forschung Im Bauwesen De; Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2008-01-07
Filing date: 2008-01-07
Publication date: 2013-11-28
Anticipated expiration: 2028-01-08
Also published as: DE102008004091A1

Abstract

Die Erfindung betrifft Verbundträger (1, 30, 40) für hohe mechanische Belastungen und ein Verfahren zur Herstellung solcher Träger (1, 30, 40) auf der Basis von geleimter Schichtholzausbildung (14), die aus mindestens einer Lamelle (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 18) natürlichen Holzes und aus mindestens einer als Decklamelle vorgesehenen Verstärkungslamelle (11, 12, 13) besteht, wobei die Lamelle (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 18) natürlichen Holzes eine derartige Dicke d aufweist, dass sie wahlweise ein Kantholz (18) oder eine Brettlamelle (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) darstellt. Die Aufgabe besteht darin, dass die Biegezugfestigkeit, die Steifigkeit und die Dauerhaftigkeit des Verbundträgers und von daraus hergestellten Bauteilen aus Holz und Brettschichtholz erhöht werden. Die Lösung besteht darin, dass zumindest in einer Zone (15) hoher mechanischer Beanspruchung die Verstärkungslamelle (12, 13) in ihrer Gesamtheit als eine Kunstharzpressholzlamelle ausgebildet oder die Verstärkungslamelle (11) zumindest teilweise mit mindestens einer Kunstharzpressholzlamelle versehen ist und als Schicht der Schichtholzausbildung (14) mit einer Lamelle (2, 9, 10, 18) natürlichen Holzes verbunden ist, wobei die Kunstharzpressholzlamelle (12, 13, 19) aus verdichteten, kunstharzgetränkten Furnieren besteht, wobei die kunstharzgetränkten, verdichteten Furniere je nach Anwendung unterschiedliche Tränkungsgrade – durch eingedrungenes oder injiziertes flüssiges und danach ausgehärtetes Harz – sowie je nach Anwendung unterschiedliche Verdichtungsgrade V mit V = 0,4 bis 0,9 aufweisen, wobei der Verdichtungsgrad V als das Verhältnis zwischen Furnierschichtholzdicke dFnV nach dem Verpressen und Furnierschichtholzdicke dFvV vor dem Verpressen definiert ist und der aufgewendete und vorgegebene Verpressungsdruck pV in einem Bereich von 3 MPa bis 10 MPa liegt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbundträger für hohe mechanische Belastungen und ein Verfahren zur Herstellung solcher Träger auf der Basis von geleimter Schichtholzausbildung.
Solche Verbundträger können vorzugsweise für Neubaukonstruktionen und zur Sanierung bestehender Biegeträger aus Holz eingesetzt werden.
Holz ist ein sprödes Material, dessen Festigkeit, insbesondere die Zugfestigkeit, sowohl durch natürliche Fehlstellen, z. B. durch Äste, als auch infolge von Verbindungen, z. B. von Keilzinkverbindungen, deutlich abgemindert wird. Die daraus resultierenden großen Streuungen bezüglich der Zug- und Biegefestigkeiten haben zur Folge, dass bei der Bemessung von tragenden Bauelementen aus Holz nur ein Bruchteil der Festigkeit des fehlerfreien Holzes angesetzt werden darf.
Zudem kommt es infolge des relativ geringen E-Moduls des Holzes zu großen Durchbiegungen von Biegeträgern bei hoher mechanischer Belastung.
Im Holzbau wird vorrangig Fichtenholz verwendet, das jedoch wegen der geringen Dauerhaftigkeit für den Einsatz im Außenbereich wenig geeignet ist. Deshalb sind diese Holzbauteile vor direkter Bewitterung zu schützen, z. B. durch konstruktive Maßnahmen oder aber Anstriche usw.
Die mechanischen Eigenschaften von Holz, insbesondere Brettschichtholz – BSH, lassen sich durch dessen Sortierung klassifizieren. Im Fall von Brettschichtholz bedeutet das, dass qualitativ hochwertige, höherfeste Brettlamellen in hoch beanspruchten Bereichen – Zug- und/oder Druckzonen von Biegeträgern – angeordnet werden. Diese sogenannten kombinierten Brettschichtholz-Träger besitzen eine im Vergleich zu unsortierten Trägern höhere Festigkeit und Steifigkeit.
Probleme bestehen darin, dass bei der Herstellung eines kombinierten Brettschichtholzes die Sortierung der Brettlamellen relativ aufwendig ist. Zudem müssen die sortierten, hochfesten Brettlamellen noch keilgezinkt werden, was wiederum zu geringeren Festigkeiten führt.
Ein Träger mit einer Schichtholzausbildung ist in der Druckschrift EP 1 199 140 A2 beschrieben, bei dem ein als Träger ausgebildeter Holzverbundbalken aus verleimten Schichten besteht, die jeweils in der gleichen Schichtebene verschnitten und unterbrochen sind.
Ein Problem besteht darin, dass die Schichten in sich unterbrochen sind und somit bei hoher mechanischer Belastung die Stabilität und Biege-, Zug- und/oder Druckfestigkeit des gesamten Trägers herabsetzen.
Es sind Verbundträger mit einer Schichtholzausbildung in der Druckschrift WO 96/08366 A1 beschrieben, dessen Biegefestigkeiten auch durch das Aufleimen hochfester und hochmoduliger faserverstärkter Kunststofflamellen in der Biegezone erhöht werden.
Die Nachteile der mit Glas-, Aramid- oder Kohlefasern verstärkten Verbundträger sind die geringe Effizienz der Verstärkung sowie der hohe Preis der Verstärkungslamellen. Die Verstärkung besitzt zwar eine hohe Festigkeit, die jedoch aufgrund der Steifigkeitsverhältnisse nicht ausgenutzt werden kann. Zudem sind die Verstärkungslamellen aus brandschutztechnischen Gründen mit einer Holzlamelle abzudecken. Das führt dazu, dass die verstärkten Träger nur eine geringfügig höhere Traglast und Steifigkeit aufweisen. Maßgebend für das Versagen der Träger bleibt die mangelnde Zugfestigkeit des Holzes.
Ein aus Brettlamellen angefertigter Holzverbund in Schichtholzausbildung ist in der Druckschrift US 6,050,047 A beschrieben, wobei die einzelnen Schichten, die z. B. aus Douglasie bestehen, längsgerichtete Aussparungen aufweisen, in denen Verstärkungselemente eingebracht sind.
Ein Problem besteht darin, dass die Verstärkungselemente nicht über die ganze Breite des Schichtstapels wirken, so dass nur eine geringe Verbesserung der Biegefestigkeit erreicht wird. Außerdem erfolgt erst nach dem Einsetzen der Verstärkungselemente und der Ausbildung des Schichtstapels ein Verpressen des gesamten Schichtstapels, was einen größeren Energieeinsatz erfordert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verbundträger für hohe mechanische Belastungen und ein Verfahren zur Herstellung solcher Träger anzugeben, die derart ausgebildet sind, dass die Biegezugfestigkeit, die Steifigkeit und die Dauerhaftigkeit des Verbundträgers und von daraus hergestellten Bauteilen aus Holz und Brettschichtholz erhöht werden.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 12 gelöst. In dem Verbundträger für hohe mechanische Belastungen auf der Basis von geleimter Schichtholzausbildung
besteht gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1
die Schichtholzausbildung aus mindestens einer Lamelle natürlichen Holzes und aus mindestens einer als Deckelement vorgesehenen Verstärkungslamelle,
wobei die Lamelle natürlichen Holzes eine derartige Dicke aufweist, dass sie wahlweise ein Kantholz oder eine Brettlamelle darstellt, und
wobei zumindest in einer Zone hoher mechanischer Beanspruchung die Verstärkungslamelle in ihrer Gesamtheit als eine Kunstharzpressholzlamelle ausgebildet oder zumindest teilweise mit mindestens einer Kunstharzpressholzlamelle versehen ist und als Schicht der Schichtholzausbildung mit einer endseitigen Lamelle natürlichen Holzes verbunden ist, wobei die Kunstharzpressholzlamelle aus verdichteten kunstharzgetränkten Furnieren besteht.
Die benachbart und schichtweise aneinandergereiht gestapelten Brettlamellen können an/in ihrer verleimten Schichtholzausbildung zumindest eine Kunstharzpressholzlamelle als Verstärkungslamelle aufweisen.
Beidseitig zur Mittenachse beabstandet kann an/in der Brettlamellen-Schichtholzausbildung mindestens eine an/eingebrachte Kunstharzpressholzlamelle als Decklamelle vorhanden sein.
Die Verstärkungslamelle kann je nach Bedarf über die gesamte Verbundträger-Bauteillänge l oder/aber nur zu einem Teil aus Kunstharzpressholz bestehen, z. B. in einer mechanisch hoch beanspruchten Zone – im Bereich des maximalen Biegemomentes, wobei die weniger beanspruchte/n Zone/n der Verstärkungslamelle aus mindesten einem Lamellenteil natürlichen Holzes bestehen, die mittels Keilzinkenverbindung oder Schäftung mit der Kunstharzpressholzlamelle verleimt sind.
Die kunstharzgetränkten Furniere weisen je nach Anwendung unterschiedliche Tränkungsgrade – durch eingedrungenes oder injiziertes flüssiges und später ausgehärtetes Harz – auf.
Die Furniere weisen je nach Anwendung unterschiedliche Verdichtungsgrade V mit V = 0,4 bis 0,9 auf, wobei der Verdichtungsgrad V als das Verhältnis zwischen Furnierschichtholzdicke d_FnV nach dem Verpressen und Furnierschichtholzdicke d_FvV vor dem Verpressen definiert ist und der aufgewendete und vorgegebene Verpressungsdruck p_V in einem Bereich von 3 MPa bis 10 MPa liegt.
Die unverdichteten Furniere können eine Dicke d_FvV in einem Bereich von 1 mm bis 5 mm aufweisen.
Die Faserorientierung der verdichteten Furniere ist parallel der Faserorientierung der Lamellen natürlichen Holzes bzw. der Brettlamellen und somit parallel zur Richtung der Hauptbeanspruchung.
Je nach Bedarf können zur Versteifung der Schichtholzausbildung ein bis zwei Furnierlagen senkrecht zur Faserorientierung der Lamellen natürlichen Holzes bzw. der Brettlamellen orientiert sein.
Die Anzahl k mit k = 1, 2 ... n und die Dicke d der für die Schichtholzausbildung eingesetzten Lamellen natürlichen Holzes in Form von Brettlamellen können beliebig sein, wobei die Dicke d einer Brettlamelle zwischen 2 cm und 5 cm liegt. Brettlamellen größerer Dicke können als Vollholz oder Kantholz bezeichnet werden.
Ein symmetrischer Querschnitt der Schichtholzausbildung kann mit querschnittsbeidseitig und mit gleicher Dicke d_FnV versehenen Kunstharzpressholzlamellen ausgebildet sein, die als Decklamellen ausgebildet sind.
Die Furniere der Kunstharzpressholzlamellen können aus Nadel- und Laubholz, vorzugsweise aus Buchenholz, bestehen.
Die Lamellen natürlichen Holzes und die Verstärkungslamellen können aufeinander geschichtet zu einem Querschnitt verleimt sein, wobei ein zu natürlichem Holz und Kunstharz adhäsiv kompatibler Leim einsetzbar ist.
In dem Verfahren zur Herstellung von Verbundträgern für hohe mechanische Belastungen auf der Basis von geleimter Schichtholzausbildung werden gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 12
Lamellen natürlichen Holzes und zumindest eine Verstärkungslamelle mit einer Kunstharzpressholzlamelle oder zumindest eine Verstärkungslamelle als eine Kunstharzpressholzlamelle aufeinander geschichtet und danach die finale Schichtung zur Schichtholzausbildung verleimt, wobei die Verstärkungslamelle zumindest in den mechanisch hoch beanspruchten Zonen – z. B. Zugzone, Druckzone oder Druck- und Zugzone – als Decklamelle der Schichtholzausbildung angebracht wird,
wobei vor der finalen Schichtung die Furniere der angebrachten Kunstharzpressholzlamelle mit Kunstharz getränkt und verdichtet werden.
Während der Zeitdauer der Verleimung der Schichtholzausbildung mit den Kunstharzpressholzlamellen wird ein vorgegebener Verpressungsdruck auf die Schichtholzausbildung ausgeübt.
Der Verpressungsdruck auf den Verbundträger bei der abschließenden Schichtholzausbildung kann durch mechanische oder hydraulische Pressen oder durch Schraubenpressung erzeugt werden.
Erfindungsgemäß werden somit die Verstärkungslamellen in den mechanisch hoch beanspruchten Bereichen eines Biegeverbundträgers – der Zugzone, Druckzone oder Druck- und Zugzone – angeordnet. Analog dem Herstellungsverfahren von Brettschichtholz nach dem Stand der Technik werden Brettlamellen und Verstärkungslamellen aufeinander geschichtet zu dem vorgesehenen Querschnitt verleimt.
Aufgrund der geschichteten Verleimung der Furniere und deren Verdichtung besitzt Kunstharzpressholz einen hohen E-Modul und sehr hohe Festigkeiten. Die zusätzliche Tränkung der Furniere mit Kunstharzen macht das Material formstabil und dauerhaft.
Im Vergleich zu faserverstärkten Biegeträgern nach dem Stand der Technik ist der Verstärkungseffekt der Kunstharzpressholzlamellen deutlich höher, da es wegen der hohen Biegesteifigkeit – große Querschnittsfläche – nicht zu deren Delaminierung kommt. Beim Versagen der äußeren Brettlamellen kommt es zu einer Umverteilung der Spannungen in die Verstärkungslamelle, bis auch deren Zugfestigkeit erreicht wird.
Die wesentliche Neuerung der Erfindung ist die Vereinigung von Verstärkungs- und Schutzfunktion. Die Verstärkung von Holzbauteilen erfolgt dabei mit hochfesten und gleichzeitig dauerhaften Schichtwerkstoffen aus getränkten und verdichteten Furnieren. Aufgrund der guten mechanischen und bauphysikalischen Materialeigenschaften der Kunstharzpressholzlamellen, wird neben einer erheblichen Steigerung von Steifigkeit und Tragfähigkeit auch eine Verbesserung der Dauerhaftigkeit des Verbundträgers erreicht. Da es sich bei den aufzubringenden Verstärkungslamellen um Holzwerkstoffe im engeren Sinne handelt, können zum Verkleben des Verbundträgers auch zugelassene konventionelle Leime aus dem Holzbau zum Einsatz kommen. Eine Fertigung der auch als Hybridträger bezeichneten erfindungsgemäßen Verbundträger im konventionellen und weitgehend automatisierten Verfahren der Brettschichtholzherstellung ist daher ohne weiteres möglich, was den Einsatz im Ingenieurholzbau breite Marktchancen eröffnen dürfte. Auch die Weiterverarbeitung (Abbund, Beschichten usw.) kann mit weitgehendkonventionellen Prozessen im Holzbau erfolgen. Eine besondere Vergütung von Werkzeugen oder aufwändige Anpassung von Anstrichsystemen ist nicht erforderlich.
Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mittels Zeichnungen näher erläutert: Es zeigt
1 eine Isometrie eines symmetrisch aufgebauten ersten Verbundträgers aus Brettschichtholz in Schichtholzausbildung mit als Decklamellen ausgebildeten Verstärkungslamellen aus Kunstharzpressholz in einer Belastungszone,
2 einen Querschnitt des symmetrisch aufgebauten ersten Verbundträgers aus Brettschichtholz mit als Decklamellen ausgebildeten Verstärkungslamellen aus Kunstharzpressholz nach 1,
3 einen Querschnitt eines asymmetrisch aufgebauten zweiten Verbundträgers aus Vollholz bzw. Kantholz mit einer als Decklamelle ausgebildeten Verstärkungslamelle aus Kunstharzpressholz und
4 eine Isometrie eines asymmetrisch aufgebauten dritten Verbundträgers aus Brettschichtholz mit einer als Decklamelle ausgebildeten Verstärkungslamelle, wobei der mittlere Bereich der Decklamelle aus einer Kunstharzpressholzlamelle in der Belastungszone besteht, an die beidseitig konventionelle Brettlamellen aus natürlichem Holz in einer Anbindung angezinkt oder angeschäftet sind.
Im Folgenden werden die 1 und 2 gemeinsam betrachtet In 1 und 2 ist ein Verbundträger 1 für hohe mechanische Belastungen auf der Basis von geleimter Schichtholzausbildung 14 dargestellt.
Erfindungsgemäß besteht die Schichtholzausbildung 14 aus mehreren Lamellen 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 natürlichen Holzes und aus je einer als Decklamelle vorgesehenen Verstärkungslamelle 12, 13, wobei die Lamellen 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 natürlichen Holzes eine derartige Dicke d aufweisen, dass sie Brettlamellen darstellen, und wobei die Verstärkungslamellen 12, 13 zumindest in einer Zone 15 hoher mechanischer Beanspruchung als Kunstharzpressholzlamelle 12, 13 ausgebildet sind und als weitere Schichten der Schichtholzausbildung 14 mit je einer Lamelle 2, 10 natürlichen Holzes verbunden sind, wobei die Kunstharzpressholzlamellen 12, 13 aus verdichteten, kunstharzgetränkten Furnieren bestehen.
Die benachbart und schichtweise aneinandergereiht gestapelten Brettlamellen 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 mit der Dicke d weisen damit jeweils endseitig an den Stirnseiten des Schichtholzes der verleimten Schichtholzausbildung 14 zumindest eine Kunstharzpressholzlamelle 12, 13 als Verstärkungslamelle auf.
Somit kann beidseitig beabstandet zur Mittenachse 17 des Verbundträgers 30 an der letzten Brettlamelle 2, 10 der Brettlamellen-Schichtholzausbildung 14 eine angebrachte Kunstharzpressholzlamelle 12, 13 vorhanden sein. Die Verstärkungslamellen 12, 13 stellen in 1 und 2 die Schichtholzausbildung 14 schützende Decklamellen dar.
Als Verstärkungslamellen ausgebildete Kunstharzpressholz-Lamellen 12, 13 können, wie in 1 gezeigt ist, in mechanisch hoch beanspruchten Zonen 15 – einer vorgesehenen Zugzone, Druckzone oder Druck- und Zugzone – angeordnet sein.
Die aus verdichtetem Kunstharzpressholzschichten bestehenden Verstärkungslamellen 12, 13 mit einer Dicke d_FvV bestehen aus Furnieren, die je nach Anwendung unterschiedliche Tränkungsgrade – durch eingedrungenes oder injiziertes flüssiges und später ausgehärtetes Harz – aufweisen und zusätzlich beim Ver-leimen/Verpressen bis zu 60% durch einen vorgegebenen Verpressungsdruck verdichtet werden.
Die Furniere dienen in ihrem mit Kunstharz getränkten sowie verdichteten Zustand zur Verstärkung und zum Schutz gegen schädigende Umweltfaktoren.
Die Brettlamellen 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 und Verstärkungslamellen 12, 13 sind, wie in 2 gezeigt ist, aufeinander geschichtet zu einem Querschnitt 16 verleimt.
In 3 ist ein zweiter Verbundträger 30 für hohe mechanische Belastungen auf der Basis von geleimter Schichtholzausbildung 14 dargestellt. Erfindungsgemäß besteht die Schichtholzausbildung 14 aus einer Lamelle natürlichen Holzes und aus einer als Decklamelle vorgesehenen Verstärkungslamelle 12,
wobei die Lamelle natürlichen Holzes eine derartige Dicke d aufweist, dass sie ein Kantholz 18 darstellt, und
wobei in der Zone hoher mechanischer Beanspruchung die Verstärkungslamelle 12 als eine Kunstharzpressholzlamelle ausgebildet ist und als Schicht der Schichtholzausbildung 14 mit dem Kantholz 18 natürlichen Holzes verbunden ist, wobei die Kunstharzpressholzlamelle 12 aus verdichteten, kunstharzgetränkten Furnieren besteht.
In 4 ist ein dritter Verbundträger 40 für hohe mechanische Belastungen auf der Basis von geleimter Schichtholzausbildung 14 dargestellt. Erfindungsgemäß besteht die Schichtholzausbildung 14 aus den Lamellen 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 natürlichen Holzes und aus einer als Decklamelle vorgesehenen Verstärkungslamelle 11,
wobei eine Lamelle 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 natürlichen Holzes eine derartige Dicke aufweist, dass sie eine Brettlamelle darstellt, und
wobei in der Zone 15 hoher mechanischer Beanspruchung die Verstärkungslamelle 11 zumindest teilweise mit einer Kunstharzpressholzlamelle 19 versehen ist und als Schicht der Schichtholzausbildung 14 mit der Lamelle 9 natürlichen Holzes verbunden ist, wobei die Kunstharzpressholzlamelle 19 aus verdichteten, kunstharzgetränkten Furnieren besteht.
Die in 4 gezeigte Verstärkungslamelle 11 besteht nur zu einem Teil aus Kunstharzpressholz 19, wobei das Teil aus Kunstharzpressholz 19 je nach Erfordernis nur in der mechanisch hoch beanspruchten Zone 15, z. B. im Bereich des maximalen Biegemomentes, vorhanden ist. Die weniger beanspruchten randseitigen Zonen der Verstärkungslamelle 11 können aus Lamellenteilen 20, 21 natürlichen Holzes bestehen, wobei die Lamellenteile 20, 21 mittels einer Anbindung in Form einer Keilzinkenverbindung 22, 23 oder einer Schäftung mit der Kunstharzpressholzlamelle 19 verleimt sind.
Das Verfahren zur Herstellung von Verbundträgern 1, 30, 40 für hohe mechanische Belastungen auf der Basis von geleimter Schichtholzausbildung 14 besteht darin, dass Lamellen 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 natürlichen Holzes und zumindest eine Verstärkungslamelle 11 mit einer darin enthaltenen Kunstharzpressholzlamelle 19 oder zumindest eine Verstärkungslamelle 12, 13 als eine Kunstharzpressholzlamelle aufeinander geschichtet und danach die finale Schichtung zur Schichtholzausbildung 14 verleimt werden, wobei die Verstärkungslamelle 11, 12, 13 zumindest in den mechanisch hoch beanspruchten Zonen 15 – Zugzone, Druckzone oder Druck- und Zugzone – als Decklamelle 11, 12, 13 angebracht wird, wobei vor der finalen Schichtung die Furniere der angebrachten Kunstharzpressholzlamelle 12, 13, 19 mit Kunstharz getränkt und verdichtet werden.
Während der Zeitdauer der Verleimung der Schichtholzausbildung 14 mit den Kunstharzpressholzlamellen 12, 13, 19 kann ein vorgegebener Verpressungsdruck auf die Schichtholzausbildung 14 ausgeübt werden.
Die verdichteten, kunstharzgetränkten Furniere werden beim Verleimen/Verpressen bis zu 60% durch einen vorgegebenen Verpressungsdruck verdichtet.
Der Verpressungsdruck auf die Verbundträger 1, 30, 40 kann durch mechanische oder hydraulische Pressen oder aber auch durch Schraubenpressung aufgebracht werden.
Die erfindungsgemäßen Verbundträger 1, 30, 40 haben durch den Einsatz der aus Furnieren gebildeten Kunstharzpressholzlamellen 12, 13, 19 folgende Vorteile:

– Eine effektive Verstärkung von Brettholzträgern 1, 30, 40 in Bezug auf Festigkeit und Steifigkeit bei gleichzeitigem Schutz des Bauteils vor Umwelteinflüssen.
– Aufgrund des massiven Querschnitts der Kunstharzpressholzlamellen 12, 13 können diese erste Risse oder Unstetigkeiten in der angrenzenden Brettlamelle 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 18 relativ gut aufnehmen, ohne dass es sofort zum Versagen des gesamten Verbundträgers 1, 30, 40 kommt.
– Eine große Querschnittsfläche bei hoher Biegefestigkeit verhindert vorzeitige Delaminierung der Verstärkungslamellen 11, 12, 13. Dadurch werden die Festigkeiten der Verstärkung besser ausgenutzt. Das verdeutlicht das nichtlineare Last-Verformungsverhalten der Verbundträger 1, 30, 40 mit plastischen Verformungen in der Träger-Belastungszone 15.
– Eine Erhöhung von Festigkeit und Steifigkeit ermöglicht den Einsatz schlanker Bauteile (geringer Höhe).
– Eine Kombination von Verstärkungs- und Schutzfunktion – die Erhöhung von Tragfähigkeit und Dauerhaftigkeit kombiniert oder getrennt in Funktion ist möglich.
– Eine Anwendung im Augenbereich durch die ober- und unterseitige Versiegelung der Hauptangriffsflächen ist ohne besondere Schutzmaßnahmen möglich, wobei ein Schutz des Verbundträgers 1, 30, 40 vor Oberflächenwasser und an den Auflagern vor aufsteigender Feuchtigkeit erreicht wird.
– Es wird eine erhöhte Querdruckfestigkeit des am Auflager und an Lasteinleitungen erreicht.
– Die Kunstharzpressholzlamellen 12, 13, 19 besitzen hohe Festigkeiten, da natürliche Holzfehler, wie z. B. Äste, durch die schichtweise Anordnung der Furniere über den Querschnitt verteilt sind.
– Für die Verleimung der verschiedenen Lamellen 2 bis 13 oder 12 und 18 im Holzleimbaubetrieb in einem Arbeitsgang, ist keine Umstellung des konventionellen Brettschichtholz-Herstellungsprozesses erforderlich. Die Verklebung kann mittels zugelassener Leime durchgeführt werden.
– Ein nachträgliches Aufbringen der Kunstharzpressholzlamellen 12, 13, 19 ist möglich. Dies ermöglicht die nachträgliche Verstärkung bereits vorhandener Biegeträger aus Vollholz, Kantholz 18 oder aber Brettschichtholz – Ertüchtigung und Sanierung alter Holzkonstruktion.
- Das verdichtete Material ist schwer entflammbar, was eine hohe Feuerbeständigkeit bedeutet, wodurch zumindest eine zusätzliche Decklamelle zur finalen Schichtholzausbildung 14 entfällt.

Bezugszeichenliste

1: Verbundträger
2: Erste Brettlamelle
3: Zweite Brettlamelle
4: Dritte Brettlamelle
5: Vierte Brettlamelle
6: Fünfte Brettlamelle
7: Sechste Brettlamelle
8: Siebente Brettlamelle
9: Achte Brettlamelle
10: Neunte Brettlamelle
11: Erste Verstärkungslamelle
12: Zweite Verstärkungslamelle
13: Dritte Verstärkungslamelle
14: Schichtholzausbildung
15: Belastungszone
16: Querschnitt
17: Mittenachse
18: Kantholz
19: Kunstharzpressholzlamelle
20: Erstes Lamellenteil
21: Zweites Lamellenteil
22: Erste Anbindung
23: Zweite Anbindung
30: Zweiter Verbundträger
40: Dritter Verbundträger
l: Trägerlänge
d: Dicke einer Lamelle
d_FvV: Furnierschichtholzdicke vor der Verpressung
d_FnV: Furnierschichtholzdicke nach der Verpressung

Claims

Verbundträger (1, 30, 40) für hohe mechanische Belastungen auf der Basis von geleimter Schichtholzausbildung (14), die aus mindestens einer Lamelle (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 18) natürlichen Holzes und aus mindestens einer als Decklamelle vorgesehenen Verstärkungslamelle (11, 12, 13) besteht, wobei die Lamelle (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 18) natürlichen Holzes eine derartige Dicke d aufweist, dass sie wahlweise ein Kantholz (18) oder eine Brettlamelle (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) darstellt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einer Zone (15) hoher mechanischer Beanspruchung die Verstärkungslamelle (12, 13) in ihrer Gesamtheit als eine Kunstharzpressholzlamelle ausgebildet oder die Verstärkungslamelle (11) zumindest teilweise mit mindestens einer Kunstharzpressholzlamelle versehen ist und als Schicht der Schichtholzausbildung (14) mit einer Lamelle (2, 9, 10, 18) natürlichen Holzes verbunden ist, wobei die Kunstharzpressholzlamelle (12, 13, 19) aus verdichteten, kunstharzgetränkten Furnieren besteht, wobei die kunstharzgetränkten, verdichteten Furniere je nach Anwendung unterschiedliche Tränkungsgrade – durch eingedrungenes oder injiziertes flüssiges und danach ausgehärtetes Harz – sowie je nach Anwendung unterschiedliche Verdichtungsgrade V mit V = 0,4 bis 0,9 aufweisen, wobei der Verdichtungsgrad V als das Verhältnis zwischen Furnierschichtholzdicke d_FnV nach dem Verpressen und Furnierschichtholzdicke d_FvV vor dem Verpressen definiert ist und der aufgewendete und vorgegebene Verpressungsdruck p_V in einem Bereich von 3 MPa bis 10 MPa liegt.
Verbundträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die benachbart und schichtweise aneinandergereiht gestapelten Brettlamellen (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) an/in ihrer verleimten Schichtholzausbildung (14) zumindest eine Kunstharzpressholzlamelle (12, 13) als Verstärkungslamelle aufweisen.
Verbundträger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig zur Mittenachse (17) beabstandet an/in der Brettlamellen-Schichtholzausbildung (14) mindestens eine an/eingebrachte Kunstharzpressholzlamelle (12, 13) als Decklamelle vorhanden ist.
Verbundträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungslamelle (11) je nach Bedarf über die gesamte Verbundträger-Bauteillänge l oder/aber nur zu einem Teil aus Kunstharzpressholz (19) besteht, z. B. in einer mechanisch hoch beanspruchten Zone (15) – im Bereich des maximalen Biegemomentes, wobei die weniger beanspruchten Zone/n der Verstärkungslamelle (11) aus mindesten einem Lamellenteil (20, 21) natürlichen Holzes bestehen, die mittels Keilzinkenverbindung (22, 23) oder Schäftung mit der Kunstharzpressholzlamelle (19) verleimt sind.
Verbundträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die unverdichteten Furniere eine Dicke d_FvV in einem Bereich von 1 mm bis 5 mm aufweisen.
Verbundträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserorientierung der verdichteten Furniere (12, 13, 19) parallel der Faserorientierung und somit parallel zur Richtung der Hauptbeanspruchung ist.
Verbundträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass je nach Bedarf können zur Versteifung der Schichtholzausbildung (14) ein bis zwei Furnierlagen senkrecht zur Faserorientierung der Lamellen natürlichen Holzes bzw. der Brettlamellen orientiert sein.
Verbundträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl k (mit k = 1, 2 ... n) und die Dicke d der für die Schichtholzausbildung (14) eingesetzten Lamellen (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 18) natürlichen Holzes in Form von Brettlamellen beliebig sind, wobei die Dicke d einer Brettlamelle (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 18) zwischen 2 cm und 5 cm liegt, wobei eine Brettlamelle mit größerer Dicke d als Vollholz oder Kantholz (18) bezeichnet wird und möglich ist.
Verbundträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein symmetrischer Querschnitt (16) der Schichtholzausbildung (14) mit querschnittsbeidseitig und mit gleicher Dicke d_FnV versehenen Kunstharzpressholzlamellen (12, 13) vorhanden ist, die als Decklamellen ausgebildet sind.
Verbundträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Furniere der Kunstharzpressholzlamellen (12, 13, 19) aus Nadel- und Laubholz, vorzugsweise aus Buchenholz, bestehen.
Verbundträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 18) natürlichen Holzes und Verstärkungslamellen (11, 12, 13) aufeinander geschichtet zu einem Querschnitt (16) verleimt sind, wobei ein zu natürlichem Holz und Kunstharz adhäsiv kompatibler Leim einsetzbar ist.
Verfahren zur Herstellung von Verbundträgern (1, 30, 40) nach den vorhergehenden Ansprüchen 1 bis 11 für hohe mechanische Belastungen auf der Basis von geleimter Schichtholzausbildung (14), wobei während der Zeitdauer der Verleimung der Schichtholzausbildung (14) ein vorgegebener Verpressungsdruck auf die Schichtholzausbildung (14) ausgeübt wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Schichtholzausbildung (14) Kunstharzpressholzlamellen (12, 13, 19) aus kunstharzgetränkten und verdichteten Furnieren hergestellt werden, wobei die Lamellen (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 18) natürlichen Holzes und zumindest eine Verstärkungslamelle (11) mit einer Kunstharzpressholzlamelle (19) oder zumindest eine Verstärkungslamelle (12, 13) als eine Kunstharzpressholzlamelle aufeinander geschichtet und danach die finale Schichtung zur Schichtholzausbildung (14) verleimt werden, wobei die Verstärkungslamelle (11, 12, 13) zumindest in den mechanisch hoch beanspruchten Zonen (15) als Decklamelle in der Schichtholzausbildung (14) angebracht wird, wobei vor der finalen Schichtung die Furniere der angebrachten Kunstharzpressholzlamelle (12, 13, 19) mit Kunstharz getränkt und verdichtet werden, und wobei die verdichteten, kunstharzgetränkten Furniere beim Verleimen/Verpressen bis zu 60% durch einen vorgegebenen Verpressungsdruck bei der Kunstharzpressholzlamellenausbildung verdichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verpressungsdruck auf den Verbundträger (1, 30, 40) durch mechanische oder hydraulische Pressen oder durch Schraubenpressung aufgebracht wird.