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Im Projekt wurde das Ermüdungsverhalten eines hochgefüllten, extrudierten Holz- Polymer- Werkstoffes (Wood Polymer-Composite, kurz: WPC) und dessen technisches Halbzeug (WPC-Systemprofil) im Anwendungsfeld der Fördertechnik erforscht. Kernsegment im Projekt ist das hochgefüllte WPC-Extrusionsprofil als Trag- und Gleitelement im Hängefördersystem (HFS). Im ersten Schritt wurde das Kriechverhalten (langzeitstatisch) und Ermüdungsverhalten unter dynamisch-schwingender Belastung (langzeitdynamisch) am produktspezifischen WPC-Material und am WPC-Systembauteil untersucht. Das Prüfregime bezieht sich dabei auf das reale Belastungskollektiv in der Anwendung des Hängefördersystems, welches vorrangig einer Dreipunktbiegebelastung im WPC-Systemprofil und einer Zugbelastung in der Verbindungsstelle entspricht. Aufbauend auf die Material- und Bauteiluntersuchung wurde der Dauerlauftest am Funktionsprototyp (Hängefördersystem) durchgeführt. Dabei wurden die Kriechneigung des WPC-Systemprofils und der Vorspannkraftverlust in der Verbindungsstelle im praxisrelevanten Fall überwacht. In the research project the fatigue behavior of a high filled extruded Wood Polymer Composite (WPC) and its technical product were investigated in the application of material handling technology. The main focus of the project is the high filled WPC extrusion profile, which is applied as a sliding rail for the use in an overhead material handling system. In the first step the creep behavior (long-term static load) and fatigue behavior under dynamic-oscillating loads were studied on the product-specific WPC material and on the WPC component. The testing procedure refers to the real stress collection in the application of the overhead material handling system, which corresponds to a three-point bending load in the profile and a tensile load in the connection point. Furthermore, an endurance test was carried out under practical conditions on the overhead matrial handling system to oversee the long-term mechanical properties of the WPC sliding rail and the loss of the preloaded force in the connection point.

Gefördert im Rahmen des Projekts DEAL

Environmental changes force industries to use renewable and degradable materials for lightweight solutions to solve weight and therefore CO2. One highly prioritized topic is the combination of wood materials with biodegradable plastics. Especially when processing these materials, it is essential to develop efficient processes to reduce obstacles and enable the application in serial use. To take advantage of the mechanical behaviour of the wood structure it is necessary to investigate the combination of thin solid wood with plastic. Regarding large-scale production, an injection moulding process is addressed in this study. When processing raw material cutting operations are used. To use the shear cutting process has several advantages: it is a cost effective process with short cycle times. Also no thermal influence or water immersion occur on the working material (like in laser beam or water jet methods), so material sensitive on this can be worked by shearing. But as a disadvantage a working force is applied. This work aims to show the findings this working fore on 5mm wood solids and the influence of the created surface on the bonding between plastic and wood cutting edge. The process connections and dependencies of shear cutting and injection moulding are investigated. Different wood materials were used to analyse the effects of cutting and material parameters (e.g. moisture, forces) on the cutting edge quality (e.g. structural damage). To detect the effect of different cutting edge qualities on the joint between wood and plastic component tensile specimen were tested., Umweltveränderungen zwingen die Industrie, erneuerbare und abbaubare Materialien für Leichtbaulösungen zu verwenden, um Gewicht und damit CO2 einzusparen. Ein hochpriorisiertes Thema ist die Kombination von Holzwerkstoffen mit biologisch abbaubaren Kunststoffen. Besonders bei der Verarbeitung dieser Materialien ist es wichtig, effiziente Prozesse zu entwickeln, um Hindernisse für den Markteintritt zu reduzieren und die Anwendung im Serieneinsatz zu ermöglichen. Um das mechanische Verhalten der Holzfaserstruktur auszunutzen, ist es notwendig, die Kombination von dünnem Holz mit Kunststoff zu untersuchen. Im Hinblick auf die Großserienproduktion wird in dieser Studie das Spritzgussverfahren adressiert. Die Anwendung des Scherschneidverfahrens hat einige Vorteile: Es ist ein kostengünstiges Verfahren mit kurzen Zykluszeiten. Auch findet keine thermische Beeinflussung oder Eintauchen in Wasser auf das zu bearbeitende Material statt (wie beim Laserstrahl- oder Wasserstrahlverfahren), sodass darauf empfindliches Material durch Schneiden bearbeitet werden kann. Als Nachteil wird jedoch eine Arbeitskraft aufgebracht. Ziel dieser Arbeit ist es, die Erkenntnisse zu zeigen, die die scherende Bearbeitung an 5mm Holzwerkstoffen und der folgende Einfluss der erzeugten Oberfläche auf die Verbindung zwischen Kunststoff und Holz hat. Die Prozesszusammenhänge und -abhängigkeiten von Scherschneiden und Spritzgießen werden untersucht. Es wurden verschiedene Holzwerkstoffe verwendet, um die Auswirkungen von Schnitt- und Materialparametern (z.B. Feuchtigkeit, Kräfte) auf die Schnittkantenqualität (z.B. Strukturschäden) zu analysieren. Um den Einfluss unterschiedlicher Schnittkantenqualitäten auf die Verbindung zwischen Holz- und Kunststoffbauteil zu erkennen, wurden Zugproben untersucht.

Extrusionsprofile aus hochgefüllten Holz-Polymer-Werkstoffen sind u. a. wegen ihres vorteilhaften tribologischen Verhaltens in der Fördertechnik interessant. Sie besitzen das Potential kunststoffbasierte Gleitleisten und aluminiumbasierte Gestellprofile zu substituieren. Für deren Anwendung in der Baugruppe und als Anbauteil in fördertechnischen Anlagen sind Direktverschraubungen und Quergewindebolzen-Steckschraubverbindungen als vorgespannte Einschraubverbindungen relevant. Für das Verschrauben von WPC-Bauteilen mittels Einschraubverbindungen fehlen bislang konstruktive Gestaltungsempfehlungen und Montagehinweise, um die sichere Gebrauchstauglichkeit zu gewährleisten. Hier knüpft die Zielstellung dieser Arbeit an. Im Grundlagenteil werden werkstofftypische Einflussfaktoren von WPC beschrieben und relevante Einschraubverbindungen branchenübergreifend vorgestellt. Mittels Montageversuche und Schraubenauszugversuche werden in dieser Arbeit die vorteilhaften konstruktiven Parameter beider Einschraubverbindungen herausgearbeitet. Für die Direktverschraubung sind das die Gewindegeometrie, der Kernlochdurchmesser die Einschraublänge sowie die Bauteildimension. Für die QGB-Steckschraubverbindung sind es der Bolzendurchmesser, die Eindringtiefe und die Bauteildimension. Hierbei werden die Einflüsse der Einschraubrichtung, des WPC-Werkstoffes und die Feuchtigkeitsaufnahme mit berücksichtigt. Auf Basis der erarbeiteten konstruktiven Verbindungsparameter wird der Verlust der Vorspannkraft beider Schraubverbindungen in Langzeitversuchen abgebildet. Dabei fließen zwei Klimaszenarien in diese Messung mit ein. Abschließend wird mit dem Nachziehen der Schraubverbindung eine Montagestrategie aufgezeigt, den Vorspannkraftverlust in der Schraubverbindung von WPC zu reduzieren.

In this study, we investigated injection molded wood-polypropylene composites based on various wood sources and their decay resistance against white rot (Trametes versicolor) and brown rot (Coniophora puteana) in a laboratory test according to EN 15534-1:2014. The manufactured composites consisted of poplar (Populus spp.), willow (Salix spp.), European beech (Fagus sylvatica L.), Norway spruce (Picea abies (L.) H. Karst.), and a commercial wood source (Arbocel&reg, C100), respectively. All formulations were compounded on a co-rotating twin screw extruder and subsequently injection molded to wood&ndash, PP specimens with a wood content of 60% or 70% by weight. It was found that the test procedure had a significant effect on the mechanical properties. Loss in mechanical properties was primarily caused by moisture and less by fungal decay. Moisture caused a loss in the modulus of rupture and modulus of elasticity of 34 to 45% and 29 to 73%, respectively. Mean mass and wood mass losses were up to a maximum of 3.7% and 5.3%, respectively. The high resistance against fungal decay was generally attributed to the encapsulation of wood by the polymer matrix caused by sample preparation, and enhanced by reduced moisture uptake during the preconditioning procedure. Notable differences with respect to the wood particle source and decay fungi were also observed. Structural characterization confirmed the decay pattern of the fungi such as void cavities close the surface and the deposition of calcium oxalates.

Im Projekt wurden lösbare Verbindungstechniken für hochgefüllte Holz-Polymer-Werkstoffe für das statisch-dynamische Belastungskollektiv des Maschinenbaus erarbeitet. Im Fokus der Untersuchungen standen vorgespannte Schraubverbindungen in den konstruktiven Ausführungen als Durchsteckschraubverbindung und Einschraubverbindungen. Die Direktverschraubung und die Quergewindebolzen-Steckschraubverbindung wurden aus technisch-wirtschaftlicher Sicht für den Werkstoff als Sonderverfahren der Einschraubverbindung favorisiert. Für die benannten Verschraubungsarten wurden Montageempfehlungen, Grenzlastbereiche und Einflussfaktoren der Verbindungen unter Berücksichtigung des Werkstoffes erarbeitet. Abschließend wurden die erarbeiteten Kenntnisse zu lösbaren Verbindungstechniken auf einen Demonstrator in der Fördertechnik übertragen. In the project removable connection methods for high filled wood polymer composites for static and dynamic loads were worked out. The focuses of studies were pre-stressed screw connections in a constructive style as push-through screw connection and screw in connection. On the basis of the material and the technical-economic reasons the 'direct-screw-connection' and 'cross-threaded bolt plug-in screw connection' were favored as a special method of the screw-in connection. Installation recommendations, limit load ranges and influencing factors of the connections based on the material were compiled for the named types of bolting. Finally the compiled knowledges of the removable connections were transferred into demonstrator for conveying systems.

Erneuerbare Werkstoffe (z.B. WPC) können metallische substituieren, indem eine Kombination aus technischen, wirtschaftlichen und ökologischen Vorteilen in Bauweise und Bauteilen in der Intralogistik Anwendung finden. Vorgestellt werden die wichtigsten Schritte zur Entwicklung eines Hängefördersystems mit einem Trag- und Gleitprofil aus WPC. Schwerpunkte sind die Verbindungsstellen, die Kurvensegmente und die Weiche. Es erfolgt eine Beurteilung der Gebrauchstauglichkeit des Gesamtsystems.

eingereicht von: Martin Schlaffer Zusammenfassung in deutscher Sprache Universität für Bodenkultur Wien, Univ., Masterarbeit, 2016

Autor: Michael Poszvek Universität für Bodenkultur Wien, Univ., Masterarbeit, 2016

Es wird die Bauteilentwicklung für ein Rad aus WPC (Wood Polymer Composite) vorgestellt. Das Rad ist der Demonstrator für eine WPC-Radbauweise zur Anwendung in der Intralogistik. Das Rad hat eine Lastgrenze von 150kg. Es werden statisch-mechanische Untersuchungen zu verschiedenen Materialrezepturen und Radkonstruktionen vorgestellt. Ergänzend werden tribologische Versuche von ausgewählten Rädern dargestellt, um die Praxistauglichkeit des Demonstrators und der Bauweise abzuschätzen. A component- and material development for a wheel made from WPC (Wood Polymer Composite) is presented. The wheel is the demonstrator for a WPC-wheel design for the use in the intralogistics. The wheel has a load limit of 150kg. Staticmechanical investigations of different material compositions and wheel designs are presented. Tribological investigations of selected wheels are shown, to give an estimation of the prototype’s usability and the effectiveness of the general wheel design.

Aufbauend auf Forschungsarbeiten mit einer Hybridstruktur aus Aluminium und WPC (Wood Polymer Composite) werden die wichtigsten Entwicklungsschritte zur Synthese eines kompletten Tragprofils aus WPC vorgestellt. Dieses Tragprofil ist für den Einsatz in Hängefördersystemen vorgesehen. Based on research with an sectional beam in hybrid design made from aluminium and WPC (Wood Polymer Composite), the important steps for developing a fully implemented sectional WPC-beam are presented. This sectional beam is intended for the use in an overhead conveying system.

Das Schweißen von WPC stellt zunächst aufgrund der thermoplastischen Matrix eine effektive Fügetechnologie dar. Der Beitrag behandelt das Heizelementschweißen von WPC und liefert Aussagen zur Wirkung der Prozessparameter auf die mechanischen und geometrischen Nahteigenschaften, dem Rezeptureinfluss und der thermischen Instabilität der Holzfaser. An den WPC-Rezepturen auf Basis von Polypropylen mit 40 Gew.-% und 50 Gew.-% Holzfasern sowie des Einsatzes von PET-Fasern im Compound, werden die Zusammenhänge untersucht und die Versagensmechanismen aufgezeigt.

Es werden die tribologische Eigenschaften von extrudierten WPC, gefüllt mit 70 mass.% ver-schiedener Holzarten, welche in einer PP-Matrix verarbeitet wurden charakterisiert. Weiterhin werden Untersuchungen zum Einfluss verschiedener Lager- und Umgebungsmedien auf die mechanischen Eigenschaften von WPC mit PP- und PE-Matrix bei einem Füllgrad von 30 bis 50 mass% vorgestellt. Auf Basis beider Untersuchungen wird eine Einschätzung der Dauergebrauchsfähigkeit von WPC für den Einsatz als Maschinenbaukomponente vorgenommen. The tribological properties of extruded WPC are destined. The WPC was filled with 70 mass.% of various types of wood, which were processed in aPP matrix. Furthermore the influences of the environmental andvarious storage conditions with focus on the mechanical properties of WPC are examined. These specimens were made with a filling ratio of 30-50 mass % wood in a PP- and PE -Matrix. Based on this both studies, the serviceability and long term usability of WPC for the use as a functional machine element is investigated.

Ill., graph. Darst.

Ill., graph. Darst.

Ill., graph. Darst.

Ill., graph. Darst.