Leichtbau

Wenn Gewicht, Ästhetik und Haptik gefragt sind

| Redakteur: Dorothee Quitter

Die dreidimensionalen Rohrkonstruktionen können mit vielen Eigenschaften von Aluminium mithalten. Sie sind dabei leichter und ökologischer.
Die dreidimensionalen Rohrkonstruktionen können mit vielen Eigenschaften von Aluminium mithalten. Sie sind dabei leichter und ökologischer. (Bild: K.Juschkat/konstruktionspraxis)

Das Start-up Lignoa fertigt dreidimen­sionale Rohrkonstruktionen aus Holz. Geschäftsführer Yves Mattern klärt in diesem Interview über die Herstellung, Eigenschaften sowie Anwendungsmöglichkeiten dieser bisher noch seltenen Leichtbaulösung auf.

konstruktionspraxis: Herr Mattern, Sie haben bis 2017 an der TU Dresden Maschinenbau studiert. 2018 gründeten Sie zusammen mit ihrem Partner Philipp Strobel die Firma Lignoa. Warum Leichtbau mit Holz?

Yves Mattern: Alles fing mit einem Rollstuhl an. Aus persönlichen Gründen wollten wir es Rollstuhlfahrern ermöglichen, nicht nur einen funktionellen, sondern auch einen schönen, leichten, nachhaltigen Rollstuhl zu fahren, der zur Persönlichkeit passt. Dieser Gedanke intensivierte sich so sehr, dass Philipp Strobel und ich in unserer gemeinsam Hobbywerkstatt anfingen zu tüfteln. Es war einfach weltweit keine Technologie verfügbar, um geschwungene Leichtbauprofile aus Holz herzustellen. Deshalb haben wir sie selbst erfunden. Meine Professoren am Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) ermöglichten mir dabei, jede Beleg-, Projekt-, und auch die Diplomarbeit über dieses Thema zu verfassen. Die Leichtbaueigenschaften von Holz stellten sich schnell als hervorragend dar. Mit unserem Verfahren können wir zeigen, dass diese Eigenschaften vor allem in Faserrichtung genutzt werden können – das W3T-Verfahren war geboren.

konstruktionspraxis: Wie funktioniert das Wooden-3D-Tubing- Verfahren genau?

Mattern: Für die Herstellung einer Holzrohrkonstruktion werden zunächst wie beim klassischen Formholz viele Lagen Furnier entsprechend der gewünschten Bauteildicke übereinander geschichtet. Dabei hat jede Lage die identische Faserrichtung. Die Schichten werden dann zu einem Formling verpresst und verklebt. Der Formling wird danach wieder in Furniere geschnitten, so dass quasi Sägefurniere mit einem definierten Faserverlauf entstehen. Diese Sägefurniere werden nun wieder mit einer definierten Form verpresst und verklebt und der entstehende Formling in zwei Teile zerteilt, welche im Folgenden die Schalen darstellen. Denn mittels CNC-Fräse werden die Schalen an ihrer Fügefläche ausgefräst und ein Hohlhraum erschaffen. Danach erfolgt spanend die Herstellung der Außengeometrie.

konstruktionspraxis: Was ist bei der Arbeit mit Holzrohrkonstruktionen zu beachten?

Mattern: Je nach Bauteildicke muss beachtet werden, dass eine Umformung der Furniere möglich ist. So gibt es minimale Biegeradien, welche eingehalten werden müssen. Außerdem sollten bei der Konstruktion Zusatz- und funktionsinte­grative Elemente beachtet werden, da diese sehr einfach im Holzprofil integriert werden können.

konstruktionspraxis: Sind Gewichtsoptimierungen auch konstruktiv möglich?

Mattern: Vor allem die Profilmaße, veränderliche Flächenträgheitsmomente und die entsprechende Topologieoptimierung bestimmen den Leichtbaugrad im Konstruktionsprozess erheblich. Dabei hilft Topologieoptimierung, die Wandstärke und die Frässtruktur im Detail zu berechnen, wodurch der Leichtbaugrad erheblich steigt. Auch die Profilbiegungen und entsprechend die Faserorientierung wird stets möglichst nah am Spannungsverlauf ausgerichtet.

konstruktionspraxis: Welche Vorteile ergeben sich gegenüber Leichtmetallen?

Mattern: Die mittels W3T-Verfahren hergestellten Furniere weisen zunächst ein 30 % niedrigeres Gewicht auf als ein Rohr aus Aluminium (Legierung 6061-T6) mit ähnlicher Performance. Dazu kommen schwingungsdämpfende Eigenschaften, höhere Dauerfestigkeit, niedrigere Wärmeleitfähigkeit und natürlich der Designaspekt. Da wir in der Holzauswahl weitgehend frei sind, können neben einer extrem guten CO2-Bilanz auch neue Optiken oder auch eine hoher Grad an Funktionsintegration erreicht werden.

konstruktionspraxis: Was sind die Nachteile dieser Holzrohr- konstruktionen?

Mattern: Das Verfahren ist noch sehr jung. Prototypen und Kleinserien herzustellen ist zwar sehr einfach, aber für große Stückzahlen müssen zum Teil Maschinen neu entwickelt werden. Um hier von einer ähnlichen Wirtschaftlichkeit wie bei Metallrohren sprechen zu können, braucht es noch ein bisschen Zeit. Eine Medienbeständigkeit zu erzeugen, ist auch nicht so einfach wie bei metallischen Werkstoffen – mit einem entsprechenden Klebstoff und einer Beschichtung ist es jedoch meist kein Problem.

konstruktionspraxis: Wo liegen die Einsatzmöglichkeiten?

Mattern: Kinderwagen, Rollstühle, Fahrräder und Golfcaddys sind Produkte, bei denen die genannten Vorteile von Holz wirklich relevant sind und auf der Hand liegen. Darüber hinaus sind aber auch Türgriffe in Autos, Sitzstrukturen und Armlehnen im Flugzeug, Haltegriffe in Zügen Bauteile, bei denen die Kombination von Gewicht, Design und Haptik, oder Geräuschentwicklung ohne die W3T-Profile stets einen Kompromiss erfordern.

Vielen Dank Herr Mattern!

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