Holz ist ein nachwachsender Rohstoff, der seit Jahrtausenden als Bau- und Konstruktionsmaterial verwendet wird. Holz ist als Material nachhaltig, wenn die Wälder intakt sind und auf natürliche Weise bewirtschaftet werden.

Holzkonstruktionen bestehen meistens aus mehreren Einzelteilen, die in der Regel durch Klebstoffe oder mechanische Verbindungselemente zusammengefügt werden, beispielsweise durch Schrauben und Nägel. Somit entstehen Materialkombinationen, die eine Herausforderung für das Schließen der Materialkreisläufe darstellen. Um die Zirkularität von Produkten und Komponenten auf Holzbasis sowie die Zirkularität der Holzwerkstoffe selbst zu verbessern, ist ein Fügeverfahren wünschenswert, das ohne den Einsatz artfremder Materialien funktioniert.

Das Ultraschallschweißen ist als energieeffizientes, schnelles und sauberes Fügeverfahren bekannt, das keine weiteren Komponenten oder Zusatzstoffe erfordert. Hochfrequente Schwingungen erzeugen beim Ultraschallschweißen Verbindungen, die für viele Metalle und Kunststoffe etabliert sind. Mit diesem Verfahren lassen sich auch Holzwerkstoffe verschweißen (sogenanntes Wood Welding), allerdings zeigt sich auf diesem Gebiet noch ein großer Forschungsbedarf.

In dieser Studie werden verschiedene Holzwerkstoffe mit variierenden Geometrien verschweißt. Hierzu werden 20 kHz-Versuche mit paralleler und senkrechter Schwingungsrichtung durchgeführt. Dabei wird der Einfluss und die Geometrie von Energierichtungsgebern untersucht. Die Prozessparameter für das Ultraschallschweißen werden bestimmt und auf eine hohe Festigkeit der Holz-Verbindungen optimiert. Sowohl der Schweißprozess als auch die Verbindungen werden untersucht und ausgewertet. Während des Ultraschallschweißens werden Temperaturmessungen an der Schweißstelle mithilfe von Thermoelementen und einer Infrarotkamera durchgeführt.

Dr.-Ing. Michael Becker