Schweissen von Holz
Christelle Ganne-ChédevilleInnovationstagung IPEK 24.06.2008, Rapperswil
2Christelle Ganne-Chédeville Schweissen von Holz
2. Innovationstagung: Werkstoffe / Leichtbauweise
Schweissen von Holz
1. Warum Holzschweissen?
2. Die Technologie – Wie wird Holz geschweisst?
3. Geschichte des Projektes
4. Forschung mit vernetzten Kompetenzen4.1 Wissenschaftliche Schwerpunkte4.2 Technologiepartner
5. Nidecker Snowboards: der erste Schritt zum Markt
6. Zusammenfassung
3Christelle Ganne-Chédeville Schweissen von Holz
2. Innovationstagung: Werkstoffe / Leichtbauweise
1. Warum wird Holz geschweisst?
Holzschweissen: eine Verbindung, frei von ChemikalienVerbindungen in der Holzindustrie: durch mechanischen
Konstruktionen oder Klebstoffe
Holzschweissen: Adhäsion durch das Material selbst
Geschweisste Verbindungen: kurze Prozesszeiten und umweltfreundlich
Weltweiter jährlicher Verbrauch an synthetischen Klebstoffen in der Holzbranche: 13.3 Millionen Tonnen
aboutpixel.de / Herbstlicher Morgennebel © SeVeNuP
4Christelle Ganne-Chédeville Schweissen von Holz
2. Innovationstagung: Werkstoffe / Leichtbauweise
2. Das Prinzip – Wie wird Holz geschweisst?
Eingesetzte Technologie für das Holzschweissen:Reibschweisstechnologie
5Christelle Ganne-Chédeville Schweissen von Holz
2. Innovationstagung: Werkstoffe / Leichtbauweise
2. Das Prinzip – Wie wird Holz geschweisst?
6Christelle Ganne-Chédeville Schweissen von Holz
2. Innovationstagung: Werkstoffe / Leichtbauweise
2. Das Prinzip – Wie wird Holz geschweisst?
Vernetzung der Holzfasern und ein Detail der Schweissfuge
Fuge
Teil 1 Teil 2
7Christelle Ganne-Chédeville Schweissen von Holz
2. Innovationstagung: Werkstoffe / Leichtbauweise
3. Geschichte des Projektes
1993: Erste Machbarkeitsstudie, Holzschweissen mit Ultraschall (BFH – Biel, CH)
1999: Erweiterung der Studie für andere Schweissverfahren: Vibration und Rotation
2001: Erstes Forschungsprojekt an der BFH zum linearen Holzschweissen mit thermoplastischen und duroplastischen Klebstoffen (KTI)
2002: Erste Holzschweissversuche ohne Klebstoff
Seither: Forschung an der BFH in Zusammenarbeit mit dem ENSTIB (Frankreich) zum Thema „Holzschweissen ohne Klebstoff“ (linear und rotativ)
aboutpixel.de / Spiel der Könige 2 © Ronald Leine
8Christelle Ganne-Chédeville Schweissen von Holz
2. Innovationstagung: Werkstoffe / Leichtbauweise
Internationale Zusammenarbeit
aboutpixel.de / InterNational © Sven Schneider
Projektverantwortlicher (BFH)Dr. F. Pichelin
Projekt Manager (BFH)Dr. M. ProperziProjekt Assistentin (BFH)Ing. C. Ganne-Chédeville
Charakterisierung physischer Eigenschaften (INRA)Dr. JM. Leban
Charakterisierung chemischer Eigenschaften (ENSTIB)Dr. A. Pizzi
Schweißmaschinen (Branson Ultraschall)J. Vetter et T. Köhler
9Christelle Ganne-Chédeville Schweissen von Holz
2. Innovationstagung: Werkstoffe / Leichtbauweise
4. Forschung mit vernetzen Kompetenzen:4.1 Forschungsschwerpunkte
Profil thermique du joint à t° max (ech.2)
0
50
100
150
200
250
300
0 15 29 44 58 73 87 102 116 131 145
Longueur éprouvette (mm)
Tem
péra
ture
(°C
)
22.4°C
249.5°C
50
100
150
200
• Funktionsprinzip und Grundforschung: Entwicklung der geschweissten Verbindung.
WT 4 sec. Increasing rates of 47.5°C/s
Volatile extractives (40-
90°C)
Softening temperatures
(180°C)
WTProfil thermique du joint à t° max (ech.2)
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0 15 29 44 58 73 87 102 116 131 145
Longueur éprouve tte (mm)
Tem
péra
ture
(°C
)
22.4°C
249.5°C
50
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Thermal conversion &
damage on wood structure (200°C)
Wood pyrolysis
270°C
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2. Innovationstagung: Werkstoffe / Leichtbauweise
4. Forschung mit vernetzen Kompetenzen:4.1 Forschungsschwerpunkte
Profil thermique du joint à t° max (ech.2)
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0 15 29 44 58 73 87 102 116 131 145
Longueur éprouvette (mm)
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(°C
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22.4°C
249.5°C
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• Charakterisierung der Eigenschaften von geschweissten Fugen.
- Festigkeit- Verdichtung- Anatomie
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.5 11
Temps de vibration (s)
Rés
ista
nce
méc
aniq
ue (M
Pa)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
Ecar
t-typ
e
sigma Ecart type
FDR
PDR
MZ
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2. Innovationstagung: Werkstoffe / Leichtbauweise
4. Forschung mit Vernetzen Kompetenzen:4.1 Forschungsschwerpunkte
Profil thermique du joint à t° max (ech.2)
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0 15 29 44 58 73 87 102 116 131 145
Longueur éprouvette (mm)
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(°C
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22.4°C
249.5°C
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• Werkstoffe und Anwendungsmöglichkeiten- Tests mit Holzwerkstoffen- Grössere Dimensionen- Geschweisstes Brettschichtholz
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2. Innovationstagung: Werkstoffe / Leichtbauweise
Branson Ultraschall: Partner im Projekt seit 2002 Gemeinsamer Linzenz-Vertrag Branson/BFH
4. Forschung mit Vernetzen Kompetenzen:4.2 Partner für die Technik
Druck+
GeschweissteVerbindung
Reibung T°
Änderung der Oberfläche
ADHÄSION
Vibration (100Hz)
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2. Innovationstagung: Werkstoffe / Leichtbauweise
- 1. Kontakt mit Fa. Nidecker: Sommer 2006- 1. Prototyp mit kurzen Holzlamellen Ende Sommer 2006- Studie und Optimierung: Schweissen von leichten
Holzarten (Pappel) Herbst 2006
5. Nidecker Snowboards: der erste Schritt zum Markt
- 1. geschweisster Block auf dem Maschinenprototypen (Dezember 2006)
- Produktion von 25 Blöcken im Februar 2007
14Christelle Ganne-Chédeville Schweissen von Holz
2. Innovationstagung: Werkstoffe / Leichtbauweise
5. Nidecker Snowboards: der erste Schritt zum Markt
15Christelle Ganne-Chédeville Schweissen von Holz
2. Innovationstagung: Werkstoffe / Leichtbauweise
Vorteile der Technologie:- Kurze Prozesszeit- Kein zusätzlicher Rohstoffeinsatz (nur Holz)- Keine Härtungszeiten- Recyclierbar (Produkte bestehen nur aus Holz)- Holzwerkstoffe und gemischte Holzarten sind schweissbar
Zukünftige Arbeit:- Expertisen - Branson: Kommerzialisierung der Schweissmaschinen- Optimierung der Festigkeiten, Erhöhung des Widerstandes
gegenüber Wasser, Optimierung der Produktionsprozesse und Maschinenwerkzeuge
- Einsatz weiterer Holzarten- Neue KTI-Projekte mit Schweizer Partnern
Zusammenfassung
16Christelle Ganne-Chédeville Schweissen von Holz
2. Innovationstagung: Werkstoffe / Leichtbauweise
5 Jahre Entwicklung : erstes ProduktBudget : ~ 350 000 CHF3 Semesterarbeiten (Bachelor) / 3 Masterarbeiten / 1 Doktorarbeit
Preise : Schweighofer Prize (2004), Prix de la société industrielle de l‘Est (2005), Swiss Technology Award (2006)
Presse: RSR, NZZ Format, Handelszeitung, Sonntagszeitung, Holzzentralblatt, Schreinerzeitung, Möbelfertigung, Holzzeitung, die Zeit…
Wiss. Veröffentlichungen +35 (J. Adh. Sci, Holzforschung, Holz als Roh- und Werkstoff, J. of Applied Polymer Sci. ScandinavianForest Prod. J. etc… )
Anerkennung der BFH-AHB durch die Entwicklung dieser Technologie
Bilanz des Projektes
17Christelle Ganne-Chédeville Schweissen von Holz
2. Innovationstagung: Werkstoffe / Leichtbauweise
Christelle Ganne-Chédeville, Dr. Ing.Projektleiterin, Werkstoffe und HolztechnologieForschung und Entwicklung_________________________________________________Berner FachhochschuleArchitektur, Holz und BauSolothurnstrasse 102, Postfach, CH-2500 Biel 6T direkt: +41 32 344 03 86, Fax: +41 32 344 02 [email protected]
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