Holz als Oberfläche

Mittels Bildverarbeitung ist es möglich, große Flächen hochauflösend zu erfassen. Zwar können innenliegende Defekte nicht erfasst werden, jedoch sind strukturelle Veränderungen in der Regel auch an der Oberfläche sichtbar.

Materialeigenschaften

Die konstruktive Auslegung von Holzwerkstoffen hängt stark vom Anwendungszweck ab. Mittels mathematischer Verfahren ist es möglich, Eigenschaften von Materialien vorauszusagen. Im ITWM Holzanalyse- und Berechnungslabor wird diesen auf den Grund gegangen

Holzanalyse- und Berechnungslabor

Holz ist als Werkstoff sehr vielseitig einsetzbar. Allerdings ist es auch ein sehr kompliziertes Material. In Deutschland gibt es einige Forschungseinrichtungen, die sich mit Holzforschung befassen, aber bisher gibt es nur im ITWM ein Labor, das innovative Bildverarbeitung mit konstruktivem Holzbau verbindet. Grundlegende Idee dabei: nicht nur verschiedenste Analysetechniken zu kombinieren, sondern auch klassische Prüfverfahren (zumindest teilweise) durch Modellierung und Simulation der Holzwerkstoffe zu ersetzen oder zu ergänzen.
Das Labor beabsichtigt nicht, mit anderen Labors in Kaiserslautern (TUK, Institut für Verbundwerkstoffe IVW ) zu konkurrieren, sondern um sie mit neuen Methoden und Simulationen zu ergänzen.

Die konstruktive Auslegung von Holzwerkstoffen hängt stark vom Anwendungszweck ab, da die Anforderungen an Belastbarkeit, Resistenz gegen Feuchtigkeit und Temperaturschwankungen, Wärmeisolation, Schallabsorption usw. je nach Einsatzgebiet stark variieren. Das gilt sowohl für das Holzmaterial selbst als auch für die Verbindung von Holzteilen untereinander und mit anderen Werkstoffen. Ähnlich verhält es sich mit Verbundwerkstoffen, die auf anderen Naturfasern basieren (z.B. Flachs, Hanf).

Mittels mathematischer Verfahren ist es möglich, Eigenschaften von Materialien vorauszusagen. Im ITWM Holzanalyse- und Berechnungslabor wird diesen auf den Grund gegangen.

Typische Eigenschaften sind beispielsweise:

  • Festigkeit
  • Feuchteeintrag/Feuchteresistenz
  • Eigenschaften der Klebe- und Fügeverbindungen
  • Wärmeleitung
  • Akustik usw.

Mikrostrukturanalyse, -modelle und -simulationen

Meist erfolgt die Mikrostrukturanalyse auf der Basis von Bilddaten, die mittels Computertomografie gewonnen werden. Das ITWM hat leistungsfähige Methoden zur Faseranalyse entwickelt, mit denen Faserrichtungsverteilungen, Faserdurchmesser- und in Zukunft Faserlängenverteilungen ermittelt werden können.

Weiterhin sind Aussagen über die Topologie des Materials möglich. Zusätzlich können Defekte und Einschlüsse detektiert werden. Ähnliches gilt für Füge- und Klebeverbindungen, die wichtig sind, da dort der Krafteintrag besonders kritisch ist.

Alle diese Eigenschaften haben Einfluss auf die physikalischen Eigenschaften des Werkstoffs/Bauteils. Mikrostrukturmodelle bilden die Eigenschaften realer Materialien nach.

Mikrostrukturanalyse, -modelle und -simulationen
© Foto ITWM

Mikrostrukturanalyse, -modelle und -simulationen

Oberflächenerfassung und -prüfung

Mittels Bildverarbeitung ist es möglich, große Flächen hochauflösend zu erfassen. Zwar können innenliegende Defekte nicht erfasst werden, jedoch sind strukturelle Veränderungen in der Regel auch an der Oberfläche sichtbar. Die Möglichkeiten der Berechnung von Struktureigenschaften bleiben zwar hinter denen der Mikrostrukturanalyse zurück, können aber ohne Probenentnahme von großen Flächen schnell ermittelt werden.

Damit liegen 2d-mikroskopisch-makroskopische Eigenschaften vor, die teilweise komplementär zu denen der Mikrostrukturanalyse sind und zur Gesamtbewertung des Bauteils genutzt werden können. Zusätzlich können solche Systeme bei der Qualitätskontrolle in der Produktion eingesetzt werden.

Technik und Geräte

Die folgenden Geräte und Technik stehen zur Verfügung:

  • Computertomograf (3kx3k-Sensor, Laminografie, Helix)
  • Optik-Labor (hochauflösende Scanner, Messtisch, Hyperspektral-Nahinfrarot-Kamera)
  • Ultraschall-Labor (bildgebende Sensortechnik)
  • Messgerät zur frequenz- und temperaturabhängigen Ermittlung der elastischen Modul- und Dämpfungswerte (DMA/DMTA) zur Ermittlung von Materialeigenschaften
  • Leistungsfähige Computerhardware zur Analyse, Simulation
Computertomograf
© Foto ITWM

Techniken wie die Computertomografie (CT) erlauben den Blick ins Innere. Sie können nicht nur Menschen durchleuchten, sondern auch Materialien.