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Aus der Forschung: Holz-Metall-Verbund

Das Fraunhofer-Institut hat aus Holz und Metall einen neuen Hybridwerkstoff für den Leichtbau entwickelt. Der so genannte Holz-Metall-Verbund könnte künftig zum Beispiel als Kernwerkstoff in Sandwichplatten eingesetzt werden oder auch als selbsttragendes Halbzeug für Leichtbau-Konstruktionen.

Holzschaummasse und Metallgerüst ergeben zusammen Holz-Metall-Schaum. Foto: Fraunhofer WKI / Manuela Lingnau

Holzschaummasse und Metallgerüst ergeben zusammen Holz-Metall-Schaum. Foto: Fraunhofer WKI / Manuela Lingnau

Über Dämmplatten aus Holzschaum haben wir auf baustoffwissen.de bereits Mitte 2017 informiert. Entwickelt wurden sie vom Fraunhofer-Institut für Holzforschung WKI (Wilhelm-Klauditz-Institut) – kurz: Fraunhofer WKI. Die Herstellung ist einfach: Man zermahlt Holzfasern unter Zugabe von Wasser in feine Partikel bis eine zähflüssige Suspension entsteht. Diese Masse wird anschließend mithilfe von Treibmittelgasen aufgeschäumt oder wahlweise auch nur durch kräftiges Rühren schaumig geschlagen.

Auf diese Weise lassen sich unterschiedliche Schaumstoffe herstellen, die vollständig aus dem Naturmaterial Holz bestehen: von elastischen Mattenprodukten bis hin zu druckfesten Hartschaumplatten. Nun hat das Fraunhofer WKI die eigene Idee erneut aufgegriffen und erweitert. Zusammen mit den Kolleginnen und Kollegen vom Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (Fraunhofer IWU) haben die Forscher einen Holz-Metall-Verbundwerkstoff entwickelt – abgekürzt: „HoMe-Verbund“.



    • Innovativer Materialmix

      Der stützende Metallschwamm wird zurzeit per Gießverfahren in der Plattengröße 250 x 250 x 30 mm hergestellt. Foto: Fraunhofer IWU

      Der stützende Metallschwamm wird zurzeit per Gießverfahren in der Plattengröße 250 x 250 x 30 mm hergestellt. Foto: Fraunhofer IWU

      Das neuartige Material besteht aus dem oben beschriebenen Holzschaum zuzüglich einer Platte aus so genanntem Metallschwamm. Nach Ansicht der Fraunhofer-Forscher passen diese so gegensätzlichen Werkstoffe durchaus zusammen. Der innovative Materialmix zeichne sich durch sehr gute dämmende Eigenschaften und eine – angesichts der geringen Masse des Materialverbunds – relativ hohe Biegefestigkeit aus.

      Durch die Verstärkung mit einem Metallskelett wird die Biegefestigkeit von Holzschaum deutlich erhöht. Sowohl Holzschaum als auch reiner Metallschwamm haben keine hohen Biegefestigkeiten. Die HoMe-Verbund-Biegefestigkeit liegt deutlich über der Biegefestigkeit der einzelnen Werkstoffkomponenten. Beim Metallschwamm handelt es sich um eine offenzellige Metallstruktur mit vielen kleinen Hohlräumen, die optisch einem Schwamm ähnelt. Metallschwammplatten werden am Fraunhofer IWU zurzeit in einer Größe von 250 x 250 x 30 mm im Gießverfahren hergestellt.

      Wie kommt der Schaum in den Schwamm?

      Der Holzschaum, eine steife Masse ähnlich dem Eischnee, muss nachträglich in die Metallschwammplatte eingebracht werden. Zuerst versuchte das Forscherteam, das Metallskelett durch ein Druckverfahren mit Holzschaum zu füllen. Dabei blieben aber die Holzfasern an der Oberfläche hängen und drangen nur in Randbereiche der Platte ein. Bessere Ergebnisse brachte eine spezielle Klopftechnik. Damit gelang es, die Schwämme vollständig mit Holzschaum zu verfüllen. Derzeit sucht die Arbeitsgruppe aber noch nach weiteren Lösungen für eine noch einfachere und schnellere Füllung der Metallteile. Zugleich forschen die Institute an einer weiteren Verbesserung der Prozesskette zur Holzschaumherstellung.

      Mögliche Einsatzbereiche

      „Der HoMe-Verbund bietet sich als Kernwerkstoff in Sandwichkonstruktionen oder aber als selbsttragendes Leichtbau-Halbzeug an“, sagt die Leiterin des Forschungsprojekts, Dr. Frauke Bunzel vom Fraunhofer WKI. Als konkrete Einsatzbereiche nennt sie zum Beispiel akustisch dämmende Bauteile in der Automobilindustrie – etwa versteifende Akustikmatten für den Motorraum oder die Bodenplatte. Aber auch andere Einsatzgebiete seien möglich und sollen in Folgeprojekten weiter untersucht werden. Im Baubereich seien zum Beispiel leichte Trockenbau-Trennwände aus dem neuen Verbundwerkstoff denkbar.

      Im neuen HoMe-Verbund bringt der Holzschaum als herausragende Eigenschaften eine hohe Schallabsorption und eine geringe Wärmeleitfähigkeit mit. Anders ausgedrückt: seine Dämmqualitäten. Dabei handelt es sich um einen sehr nachhaltigen Dämmschaum, der zu 100 % aus Holz besteht und ganz ohne synthetische Klebstoffe auskommt. Als Bindemittel für den Zusammenhalt der Holzfasern dient allein das natürliche, holzeigene Lignin.

      Die Metallkomponente von HoMe-Schaum sorgt dagegen für die Aussteifung des Materials. So entsteht ein leichter Hybridwerkstoff, der gut dämmt, aber eben eine höhere Funktionalität erreicht als das reine Dämmmaterial.


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      Über den Autor Roland Grimm ist seit Februar 2013 freier Journalist mit Sitz in Essen und schreibt regelmäßig Fachwissen-Artikel für baustoffwissen.de. Zuvor war er rund sechs Jahre Fachredakteur beim Branchenmagazin "baustoffmarkt" und außerdem verantwortlicher Redakteur sowie ab 2010 Chefredakteur der Fachzeitschrift "baustoffpraxis". Kontakt: rgrimm1968@aol.com