Vor diesem Hintergrund gewinnt Holz als nachwachsender Rohstoff eine immer größere Bedeutung. Das Forschungsprojekt CARpenTiER, gefördert im Rahmen von COMET, widmet sich der Entwicklung von Holz basierten Hybridmaterialien, die sowohl ökologische als auch technische Vorteile bieten. Ein besonderes Anwendungsbeispiel aus dem Projekt ist das Crash Management System (CMS), das zeigt, wie Holz-Hybride in sicherheitskritischen Bauteilen eingesetzt werden können, ohne Kompromisse bei Festigkeit und Crash-Performance einzugehen. Das Ziel des CMS Use Cases ist es, eine leichtere und umweltfreundlichere Alternative zu herkömmlichen Crashbauteilen aus Aluminium oder Stahl zu entwickeln. Dabei wird das Potenzial von Birkensperrholz in Kombination mit Hybridstrukturen untersucht. Diese Materialien werden so kombiniert, dass sie im Crashfall Energie absorbieren und gleichzeitig das Gewicht des Fahrzeugs reduzieren. Dies trägt nicht nur zur Verbesserung der CO2-Bilanz während der Nutzung des Fahrzeugs bei, sondern mindert auch die Emissionen während der Produktion.

Einblick in die Konstruktion

Ein zentraler Bestandteil der Bauteilentwicklung im Projekt CARpenTiER ist die digitale Produktentwicklung. Mithilfe moderner Simulationsmethoden, wie der Umform- und Crash-Simulation, wird die Geometrie des Bauteils optimiert, sodass die auftretenden Kräfte im Crashfall effizient abgeleitet werden. Durch diese Topologieoptimierung lassen sich kritische Belastungsstellen identifizieren und Anpassungen vornehmen, die das Risiko von Materialschwächungen minimieren. Ein Beispiel hierfür ist die Untersuchung der minimalen Biegeradien während des Umformprozesses. Dabei zeigte sich, dass kleine Radien die Wahrscheinlichkeit von Rissen in den Holzschichten erhöhen können. Durch eine Optimierung der Pressform und eine Anpassung der Prozessparameter konnte diese Schwachstelle behoben und die strukturelle Integrität des Bauteils verbessert werden.

Virtuelle Fabrik

Eine weitere Schlüsselinnovation im Projekt ist die so genannte funktionsorientierte Prozesskontrolle. Diese verfolgt einen Paradigmenwechsel in der Fertigung: Statt nur auf vorgegebene Toleranzen zu achten, werden die Produktionsprozesse dynamisch gesteuert, um die unmittelbare Funktion des Bauteils sicherzustellen. Dabei werden die Materialeigenschaften wie Dichte, Dicke und Faserorientierung der Holzschichten kontinuierlich gemessen und in digitalen Rohmaterial-Zwillingen erfasst. Diese Daten fließen direkt in die Simulationen ein und ermöglichen eine präzise Anpassung der Produktionsparameter an die spezifischen Anforderungen jedes Bauteils. So wird nicht nur die Variabilität der Produkteigenschaften reduziert, sondern auch die Effizienz der Fertigung gesteigert.

Das Crash Management System demonstriert eindrucksvoll die Vorteile dieser Methodik. Durch die Kombination von Birkensperrholz und Hybridmaterialien konnte das Gewicht des Bauteils im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen um bis zu 20% reduziert werden. Gleichzeitig blieb die Crash-Performance erhalten, sodass das System den hohen Sicherheitsanforderungen der Automobilindustrie entspricht. Darüber hinaus bietet Holz als nachwachsender Rohstoff erhebliche ökologische Vorteile: Während seines Wachstums bindet es Kohlenstoff aus der Atmosphäre und trägt so aktiv zur Reduzierung von Treibhausgasen bei. Im Vergleich zur energieintensiven Herstellung von Aluminium oder Stahl fallen bei der Produktion von Holzbauteilen zudem deutlich weniger CO2-Emissionen an.

Neben den ökologischen Vorteilen stärkt die Verwendung von Holz auch die regionale Wertschöpfung. Durch den Einsatz von heimischen Hölzern wie Buche oder Birke kann die Abhängigkeit von importierten Rohstoffen reduziert und die lokale Forstwirtschaft unterstützt werden. Dies schafft neue Absatzmöglichkeiten und Arbeitsplätze in der Region, ohne die Nachhaltigkeit zu gefährden. Ein optimales Beispiel für die Verbindung von Technologiekompetenz und Marktpotenzial zeigt sich in der Partnerschaft der Weitzer Woodsolutions GmbH und des Innovationszentrums W.E.I.Z., die gemeinsam an der Industrialisierung und Skalierung der entwickelten Holz-Hybrid-Technologien arbeiten.

Nische oder Serie

Die Ergebnisse aus dem Projekt CARpenTiER verdeutlichen, dass der nachhaltige Leichtbau mit Holz-Hybriden nicht nur technisch realisierbar, sondern auch wirtschaftlich attraktiv ist. Das Crash Management System zeigt exemplarisch, wie sich innovative Ansätze im Holz-Leichtbau auf die Mobilität der Zukunft übertragen lassen. Durch die Kombination aus digitaler Produktentwicklung, präziser Prozesskontrolle und nachhaltigen Materialien entstehen Lösungen, die den ökologischen Fußabdruck der Fahrzeugproduktion und -nutzung deutlich reduzieren können. Die Erkenntnisse aus dem Projekt ebnen den Weg für eine neue Generation von Fahrzeugkomponenten, die höchste technische Anforderungen mit nachhaltigen Zielsetzungen vereinen. Holz wird so zu einem zentralen Werkstoff der Zukunft, der nicht nur im Bauwesen, sondern auch im Mobilitätssektor eine Schlüsselrolle einnehmen kann. Mit dem Einsatz von Holz-Hybriden und der konsequenten Integration digitaler Fertigungsmethoden wird der nachhaltige Leichtbau zu einem wichtigen Baustein einer umweltfreundlicheren und ressourcenschonenderen Industrie.

Forschung trifft Praxis: Neue Anwendungen für Holz-Hybride

Ein weiterer Meilenstein im Bereich der holzbasierten Leichtbautechnologien ist die Gründung des „Wood Vision Lab“ in Weiz/Österreich. Dieses neue Zentrum widmet sich der Weiterentwicklung von Holz als Hightech-Material und verfolgt das Ziel, Holzbauteile nicht nur im Automobilbau, sondern auch in Hochgeschwindigkeitszügen, bei E-Ladestationen und sogar im Flugzeugbau als Alternative zu Aluminium oder Stahl zu etablieren. Erste Serienanwendungen sind bereits Realität: Für den neuen ICE Velaro von Siemens Mobility werden stark beanspruchte Außenbauteile aus Holz gefertigt. Für KEBA wurden erste Wallboxen aus Holz entwickelt. Diese Beispiele unterstreichen das Potenzial von Holz-Hybriden über klassische, bisher bekannte Einsatzbereiche hinausgehend.

Das Wood Vision Lab ist eng in ein Netzwerk aus Wissenschaft, Wirtschaft und öffentlichen Institutionen, wie die steirischen Cluster Holzcluster Steiermark oder ACstyria Mobilitätscluster, eingebettet. Eine vom Land Steiermark geförderte Laufbahnprofessur an der TU Graz sowie ein neues Technikum zur Durchführung von Machbarkeitsstudien unterstützen die fortführende Forschung. Insgesamt sollen rund 16 Mio Euro in den Ausbau dieses neuen, europäischen Forschungszentrums investiert werden. Diese Entwicklungen stärkt nicht nur die Innovationsregion Steiermark als Hotspot für nachhaltige Werkstoffentwicklung, sondern eröffnet auch neue Marktchancen für die Holzindustrie im Bereich der Hochleistungsanwendungen.

www.innovationszentrum-weiz.at