Institut für Naturstofftechnik (INT), Dresden


Die Mitgliedschaft des Instituts für Naturstofftechnik (INT) der TU Dresden wird durch die Professur für Holztechnik und Faserwerkstofftechnik (HFT) getragen. Die Professur forscht auf dem Gebiet der Werkstoffentwicklung und -verarbeitung. Dabei stehen Werkstoffe auf lignocelluloser Basis sowie aus anderen Naturfasern im Mittelpunkt der Forschung und Entwicklung.

Neben relevanten Themen zur Gestaltung und Herstellung von unterschiedlich strukturierten Werkstoffen werden auch technologische Aspekte der Weiterverarbeitung und des Anlagen- und Maschinenbaus bis hin zur Werkzeugentwicklung untersucht.

Das INT führt für die FPH derzeit das Forschungsvorhaben Strahlungswärme-Fügen durch.

Kontakt

Prof. Dr.-Ing. André Wagenführ
Technische Universität Dresden
Institut für Naturstofftechnik
Professur für Holztechnik und Faserwerkstofftechnik
Marschnerstraße 39
01307 Dresden
Tel.: +49-351-463-38101
andre.wagenfuehr@tu-dresden.de
https://tu-dresden.de/ing/maschinenwesen/int◥

Dr.-Ing. Christian Gottlöber
Technische Universität Dresden
Institut für Naturstofftechnik
Professur für Holztechnik und Faserwerkstofftechnik
Marschnerstraße 39
01307 Dresden
Tel.: +49-351-463-38115
christian.gottloeber@tu-dresden.de
https://tu-dresden.de/ing/maschinenwesen/int◥

 


 

Lasergestütztes Fügeverfahren am Beispiel der Kantenanleimung

Die Schmalflächenbeschichtung (Kantenanleimung) ist ein Hauptarbeitsgang in der maschinellen Möbelfertigung. Entsprechende Anlagen werden in der Industrie sowie im Handwerk eingesetzt und gehören dort zur Standardausrüstung. Überwiegend kommen Schmelzklebstoffe zur Anwendung, die im heißen Zustand mit einer Walze auf die Plattenschmalfläche bzw. auf das Beschichtungsmaterial aufgetragen werden, um diese anschließend miteinander zu verkleben. Folgende Faktoren kennzeichnen das konventionelle Fügeverfahren mit Klebstoffauftragswalze und bieten Raum für Verbesserungen:

Abb. 1: Verschmutzung durch Schmelzklebstoff in herkömmlichen Kantenbeschichtungsanlagen

Anliegen des Forschungsvorhabens war die Realisierung der Klebstofferwärmung direkt durch einen Laser sowie die Integration der Lasertechnik in den Produktionsprozess. Es wurden zuerst Grundlagenuntersuchungen zum Temperaturverhalten der Schmelzklebstoffe auch beim Einsatz unterschiedlicher Laser und unterschiedlicher Parameter als Basis für eine Verfahrensoptimierung durchgeführt. Die grundlegende Möglichkeit einer gezielten Erweichung des Schmelzklebstoffes mit Lasertechnik konnte dabei gezeigt und ein Laser und dessen Arbeitsparameter für weiterführende Versuche spezifiziert werden.

Abb. 2: Prinzip der Laserstrahlführung

Der zweite Schwerpunkt der Arbeiten lag auf der Adaption der Lasertechnik auf die Kantenanleimmaschine und der Integration in den Prozess der Schmalflächenbeschichtung. Der Beschichtungsprozess mit Lasertechnologie wurde schließlich erfolgreich auf einer Kantenanleimmaschine vom Typ Homag Optimat KL77 unter Produktionsbedingungen realisiert.

Abb. 3: Umgesetzte Technologie auf einer Kantenbeschichtungsanlage

Bei der Beurteilung der Qualität der Fuge wurden die Festigkeit nach einer im Projektzeitraum neu entwickelten Prüfmethode sowie die Wasseraufnahmefähigkeit der Verbindung getestet. Sowohl Festigkeit als auch Feuchtebeständigkeit der Schmalflächenverklebung werden gegenüber dem herkömmlichen Verfahren zur Schmalflächenbeschichtung wesentlich verbessert. Eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung stellte die Konkurrenzfähigkeit des neuartigen lasergestützen Verfahrens gegenüber dem herkömmlichen Fügeverfahren heraus. Mit der innovativen lasergestützten Fügetechnologie wird

möglich.

Die Ergebnisse des Forschungsprojektes flossen in die Entwicklung des laserTec-Verfahrens der Fa. Homag, Schopfloch, ein und mittlerweile ist das Verfahren in vielen Anlagen umgesetzt.

Das Forschungsprojekt (Nr. 193970 BR) wurde über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e. V. (AiF) finanziell gefördert und 2009 mit dem Wilhelm-Klauditz-Preis für Holzforschung des Internationalen Vereins für Technische Holzfragen (iVTH) in Braunschweig ausgezeichnet◥.

Weiterführende Informationen finden Sie hier◥.

 


 

Fräswerkzeuge mit extremen Werkzeug-Neigungswinkeln für die Holzbearbeitung

Die moderne Holzbearbeitung ist durch steigende Mengenleistung bei erhöhten Anforderungen an die Qualität der Bearbeitung gekennzeichnet. Gleichzeitig sind zunehmend strengere Grenzwerte für Lärm- und Staubemissionen einzuhalten. Um dies zu erreichen, können u. a. neuartige Werkzeuge eingesetzt werden. Eine Möglichkeit stellt die Verwendung von Werkzeugen mit extremen Neigungswinkeln λs von über 45° bis nahezu 90° dar. Dabei werden durch das Prinzip des ziehenden Schnittes Veränderungen im Zerspanungsverhalten erreicht. Es kommt zu einem harmonischen, sanften Schneideneingriff ohne schlagartige Anregungen des Systems Werkzeug/Werkstück. Eine Passivkraftkomponente wirkt nun zusätzlich quer zur Schnittrichtung und beeinflusst den Trennprozess. Außerdem verändern sich die Schneidenwinkel.

Abb. 1: Geometrie und Kinematik des Umfangsfräsens mit extremen Werkzeug-Neigungswinkeln

Im Forschungsprojekt sollten die Grundlagen für das neues Werkzeugprinzip mit extrem geneigten Schneiden geschaffen werden. Dazu erfolgten systematische Untersuchungen für optimale Werkzeuggeometrien. Es war u. a. das Potenzial zur Lärmsenkung, zur Verbesserung der Span- und Stauberfassung und zur Erfüllung der Oberflächenqualitätsanforderungen zu ermitteln. Außerdem stand die Erarbeitung sinnvoller Herstellungs- und Schärftechnologien im Vordergrund.

Abb. 2: Selbstgefertigte und untersuchte Werkzeugvarianten mit unterschiedlichen Werkzeug-Neigungswinkeln

In den Untersuchungen konnte ein deutlicher Einfluss des Neigungswinkels λs auf Lärm und Schnittleistung festgestellt werden. Es sind gute Oberflächenqualitäten ohne Zellverdichtungen möglich. Das Kantenausrissproblem durch Schneidenneigung ist mit Gegenschneiden lösbar. Der Spanflug erfolgt mit steigendem Neigungswinkel auch in zunehmender axialer Richtung mit sinkender kinetischer Energie. Der Verschleiß nimmt mit größer werdendem Neigungswinkel λs durch die sinkende Schneidenbelastung und veränderte Schneidenwinkelkonstellation stark ab. Es konnten Konzepte zur Werkzeuggestaltung, -herstellung und Wartung erarbeitet werden.

Abb. 3: Untersuchungsergebnisse bzgl. des Lärms, der Schnittenergie und des Verschleißes bei der Bearbeitung von Fichte (Picea abies Karst.) in Abhängigkeit vom Neigungswinkel λs und der Spanungsdicke hm bzw. des Schnittwegs lc

Das Forschungsprojekt (Nr. 15424 BR) wurde durch die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) über die Deutsche Gesellschaft für Holzforschung (DGfH) und den internationalen Verein für Technische Holzfragen (iVTH) gefördert.

Weiterführende Informationen finden Sie hier◥.

 


 

Weitere abgeschlossene Forschungsvorhaben

Entwicklung von Profilwerkzeugen mit innenliegender Spanabführung (2000) — AiF 11893 B◥

Entwicklung von Fräswerkzeugen mit innenliegender Spanabführung (1998) — AiF 11056 B◥

Verbesserung der Oberflächenbearbeitung von Holz mit geometrisch bestimmten Schneiden durch lineare Schnittbewegung (1998) — AiF 10811 B◥

 

 


Bildnachweis: INT der TU Dresden