Vorbohren für Vollgewindeschrauben mittels Laserstrahlung
Der Einsatz von selbstbohrenden Vollgewindeschrauben zur Verstärkung und Fügung von Holzbauteilen ist gängige Praxis des Ingenieurholzbaus und durch zahlreiche Praxisbeispiele belegt. Weiterhin zeigen Forschungsprojekte das Potenzial des „Bewehrens“ von Holzbauteilen, wobei durch systematischen Einsatz von Vollgewindeschrauben das Tragverhalten gezielt beeinflusst werden kann. Dabei kommen auch lange Vollgewindeschrauben (länger als 30 cm) zum Einsatz, bei denen sich die genaue Positionierung als schwierig erweist. Inhomogenitäten des Holzes (Faserstruktur, Jahresringe, Äste,…) sorgen dafür, dass die Schrauben von ihrer vorgesehenen Position abweichen, sie „verlaufen“ beim Einbringen ins Holz. Dabei ist das Verlaufen von dem Holz, der Schrauben sowie der Einschraubgeometrie abhängig. Durch das Vorbohren lässt sich die Richtung der Schraube zwar vorgeben, allerdings unterliegt das mechanische Vorbohren der gleichen Problematik, wobei der Bohrer in ähnlicher Weise verläuft.
Das pyrolytische Verfahren des Vorbohrens mithilfe von Laserstrahlung stellt eine vielversprechende Alternative zum mechanischen Vorbohren dar, welches eine geradlinige Führung ermöglicht.
Die Bearbeitung des Forschungsthemas erfolgte im Rahmen des DFG Projektes „Durchbildung und Beanspruchbarkeit von in Holz und Brettschichtholz mittels Laserstrahlung vorgebohrten Schraubenverbindungen“ in Kooperation mit dem Lehrstuhl für Lasertechnik (LLT) und dem Institut für Bauforschung (ibac). Das Projekt beinhaltet die Beschreibung des Verlaufens von Vollgewindeschrauben, die Entwicklung des Bohrverfahrens mithilfe unterschiedlicher Laserstrahlquellen sowie Untersuchungen zum Verbundverhalten von pyrolytisch vorgeborten Schraubenverbindungen. In den bisherigen Untersuchungen konnte das Potenzial des Vorbohrens mithilfe von Laserstrahlung, wodurch im Vergleich zum mechanischen Vorbohren eine geradlinige Führung der Vollgewindeschrauben ermöglicht wird, gezeigt werden. Aktuell wird in einem Fortsetzungsprojekt (ebenfalls gefördert durch die DFG) das Verfahren weiterentwickelt.
Verbundverhalten vorgebohrter Schraubenverbindungen
Zur Beurteilung des Verbundverhaltens von Vollgewindeschrauben in pyrolytisch vorgebohrten Führungslöchern werden Ausziehversuche durchgeführt und mit Ergebnissen von nicht vorgebohrten und mechanisch vorgebohrten Referenzproben verglichen. Dabei werden für das Vorbohren zwei verschiedene Laserstrahlquellen verwendet. Die Vorbohrung erfolgt über die gesamte Einschraubtiefe und einem Durchmesser entsprechend des Schraubenschaftes.
Im Vergleich zu den ersten durchgeführten Pilotversuchen konnte durch die Optimierung der Bohrparameter die Bohrlochgeometrie deutlich verbessert werden und das Verbundverhalten wesentlich erhöht werden, sodass durch das Vorbohren keine Reduzierung der Tragfähigkeit einhergeht.
Externe Links:
https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/406036741
Kontakt
Denis Grizmann