| dc.contributor.advisor | Militz, Holger Prof. Dr. | |
| dc.contributor.author | Stolze, Hannes | |
| dc.date.accessioned | 2025-08-18T15:54:28Z | |
| dc.date.available | 2025-08-25T00:50:11Z | |
| dc.date.issued | 2025-08-18 | |
| dc.identifier.uri | http://resolver.sub.uni-goettingen.de/purl?ediss-11858/16167 | |
| dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.53846/goediss-11354 | |
| dc.format.extent | 214 | de |
| dc.language.iso | eng | de |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International | * |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | * |
| dc.subject.ddc | 634 | de |
| dc.title | Structural finger-jointing of European beech and birch – Studies on the joining and bonding mechanisms | de |
| dc.type | doctoralThesis | de |
| dc.contributor.referee | Militz, Holger Prof. Dr. | |
| dc.date.examination | 2025-06-03 | de |
| dc.description.abstractger | In der Vergangenheit wurde die Keilzinkung von Laubhölzern im Vergleich zu
Nadelhölzern weniger erforscht und genormt. Dies ist mit mangelnden Kenntnissen und
Unsicherheiten bei der Herstellung von tragenden, auf Laubholz basierenden Holzwerkstoffen,
verbunden. Der Schwerpunkt der Untersuchungen in dieser Dissertation lag auf der tragenden
Keilzinkung der europäischen Laubholzarten Rotbuche (Fagus sylvatica, L., kurz Buche) und
Moorbirke (Betula pubescens, Ehrh.) sowie Hängebirke (Betula pendula, Roth), kurz Birke. Mittels
einer semi-industriellen Keilzinkenanlage für Kurzholz und handelsüblicher Klebstoffsysteme
wurden verschiedene Parameter hinsichtlich der Füge- und Verklebungsmechanismen
untersucht. Die wissenschaftlichen Veröffentlichungen dieser Dissertation befassten sich mit
der Bestimmung und Bewertung der Delaminierungsbeständigkeit von Buchen-
Keilzinkenverbindungen (Publication I), der Charakterisierung des Fügeverhaltens in
Abhängigkeit von der Holzart und der Feuchtebelastung (Publication II) und der Analyse der
Oberflächeneigenschaften von Keilzinkenverbindungen in Abhängigkeit vom Fräsprozess
(Publication III). Weiterhin wurden die Verklebungsfestigkeit und die elasto-mechanischen
Eigenschaften von Laubholz-Keilzinkenverbindungen bestimmt (Publication IV und
Publication V), die Keilzinkengeometrie angepasst und die elasto-mechanischen Eigenschaften
angepasster Keilzinkenverbindungen ermittelt (Publication VI und Publication VII). Darüber
hinaus wurden Keilzinkenverbindungen in weiteren Laubholzwerkstoffen charakterisiert
(Publication VIII). Die Ergebnisse dieser Studien sollen als Grundlage für die Herstellung und
für Anpassungen im Zusammenhang mit tragenden Laubholz-Keilzinkenverbindungen
dienen. Insgesamt wurde in dieser Arbeit festgestellt, dass sich Buche und Birke aufgrund ihrer
ähnlichen physikalischen und anatomischen Eigenschaften bei der Keilzinkenverbindung sehr
ähnlich verhalten. Es wurde bestätigt, dass ihre höhere Dichte der Faktor ist, der sie am meisten
von den Nadelhölzern unterscheidet und bei ihrer Keilzinkung berücksichtigt werden muss. In
der Publication I erfüllten die PRF verklebten Buchen-Keilzinkenverbindungen die
Normanforderungen der Delaminierungsprüfung, während die MUF Verklebungen die
Normanforderungen nicht erfüllten. PUR verklebte Keilzinkenverbindungen waren
beständiger gegen Delaminierung, wenn das Holz mit einem höheren Feuchtigkeitsgehalt
verklebt wurde. Die Publication II zeigte die hohe Bedeutung der Selbsthemmung für die
Anfangsfestigkeit der Keilzinkenverbindung und für die Ausbildung der Klebefuge. Es wurde
festgestellt, dass Holzarten mit höherer Dichte dazu neigen, sich weniger zu verdichten als
Holzarten mit niedriger Dichte, wenn sie keilgezinkt werden. Die Verdichtung schien bei den
Holzarten mit höherer Dichte, Buche und Birke, in Richtung der Zinkenspitze des
Keilzinkenprofils zuzunehmen, während die Verdichtung im Keilzinkenprofil der Pappel eher
konstant war. Es wurde festgestellt, dass die Passgenauigkeit des Keilzinkenprofils von großer
Bedeutung ist und sich bei Laubhölzern noch stärker auswirkt als bei Nadelhölzern.
Verformungen in Folge von Änderungen der relativen Luftfeuchtigkeit wirkten sich negativ
auf die Selbsthemmung von Buchen-Keilzinkenverbindungen aus. Die Publication III
verdeutlichte die Komplexität der Keilzinkenoberfläche nach verschiedenartigen
Fräsprozessen und dass die Oberfläche durch die Wahl der Bearbeitungsparameter beeinflusst
werden kann. Der Zusammenhang zwischen der Leistungsfähigkeit und der Gestaltung der
Keilzinkenoberfläche ist jedoch nicht untersucht worden. Bei den getesteten Klebstoffsystemen
waren die Festigkeiten der Keilzinkenverbindungen von Buche und Birke höher als bei
herkömmlichen Nadelholz-Keilzinkenverbindungen. PUR Verklebungen erreichten
tendenziell etwas geringere Keilzinkenfestigkeiten als PRF und MUF Verklebungen
(Publication IV und Publication V). Zusammenfassend wurde in dieser Arbeit die hohe Relevanz der Klebstoffauswahl für die tragende Laubholz-Keilzinkung deutlich. Für die hohe Festigkeit, hohe Steifigkeit und geringe Dimensionsstabilität (z.B. Buche) der Laubhölzer sind leistungsfähige Klebstoffsysteme erforderlich. Die anatomische Struktur und die chemische Zusammensetzung der Laubhölzer sollten bei der Formulierung des Klebstoffs und bei dessen Verarbeitung berücksichtigt
werden. Frühere Studien (erörtert in Publication IV und Publication V) haben die Schwächen der
heutigen tragenden Keilzinkenverbindungen aufgezeigt, insbesondere für hochfeste
Laubhölzer. Im Rahmen dieser Dissertation wurde ein neuartiges Keilzinkenprofil entwickelt,
das bei Buche und Birke zu hohen Keilzinkenfestigkeiten führte, die über denen herkömmlicher
Keilzinkenprofile lagen. Die generelle Machbarkeit der Keilzinkung wurde in dieser Arbeit für
viele Werkstoffe nachgewiesen. | de |
| dc.description.abstracteng | In the past, the finger-jointing of hardwoods was less researched and standardised compared
to softwoods. This is associated with a lack of knowledge and uncertainties in the production
of load-bearing hardwood engineered wood products (EWPs, used synonymously with
building products). The focus of the studies of this dissertation was set on the structural finger-
jointing of the European hardwood species beech (Fagus sylvatica, L.) and
birch (Betula pubescens, Ehrh. and Betula pendula, Roth). Various parameters regarding the
joining and bonding mechanisms were investigated using a commercial finger-jointing line for
short pieces of wood and commercial adhesive systems. The scientific publications of this
doctoral thesis addressed the determination and evaluation of the delamination resistance of
beech finger joint bondings (Publication I), the characterisation of the joining behaviour
depending on the wood species and exposure to varying relative humidity (Publication II) and
the analysis of surface properties related to finger joint bonding depending on the cutting
process (Publication III). Furthermore, the bonding strength and elasto-mechanical properties
of hardwood finger joints were determined (Publication IV and Publication V), the finger joint
geometry adjusted and the elasto-mechanical properties of adjusted finger joints determined
(Publication VI and Publication VII). In addition, finger joints in further hardwood-based
materials were characterised (Publication VIII). The results of these studies are intended to
serve as a basis for the production and for adaptations related to structural hardwood
finger joints. Overall, this thesis found that beech and birch behave very similarly in finger-
jointing due to their similar physical and anatomical properties. It was confirmed that their
higher density is the factor that most distinguishes them from softwoods and must be
considered when finger-jointing. In Publication I the normative requirements of the resistance
to delamination test were met by PRF bonded beech finger joints, whereas the MUF bondings
did not meet the standard requirements. PUR bonded finger joints were more resistant to
delamination when wood with a higher moisture content was bonded. Publication II showed
the high relevance of self-locking for the initial strength of the finger joint and for the formation
of the bondline. It was found that higher-density wood species tend to densify less than low-
density wood species, when finger jointed. Densification appears to increase towards the tip of
the finger joint in the higher-density wood species beech and birch, whereas densification in
the poplar finger joint tended to be more constant. The accuracy of fit of the finger joint profile
was found to be highly relevant and even more for hardwoods than for softwoods.
Deformations due to varying relative humidity’s had a negative effect on the self-locking of
beech finger joints. The Publication III highlighted the complexity of the finger joint surface
after different mechanical treatment, and that the surface can be influenced by the choice of
machining parameters. However, the relation between the performance and the design of the
finger joint surface has not been investigated. With the adhesive systems tested, beech and birch
finger joint strengths were higher compared to conventional softwood finger joints. PUR bonds
tended to achieve slightly lower finger joint strengths than PRF and MUF bonds
(Publication IV and Publication V). In summary, the high relevance of the adhesive selection
for the structural hardwood finger-jointing became evident in this thesis. High-performance
adhesive systems are necessary for the high strength, high stiffness and low dimensional
stability (e.g. beech) of the hardwoods. The anatomical structure and chemical composition of
the hardwoods should be considered when formulating the adhesive, as well as the further
processing. Previous studies (discussed in Publication IV and Publication V) have highlighted the
weaknesses of today's structural finger joints, especially in the high strength range of
hardwoods. A novel finger joint profile was developed as part of this dissertation, resulting in
beech and birch finger joint strengths that were higher compared to conventional finger joint
profiles. The general feasibility of finger-jointing has been demonstrated for many materials in
this thesis. | de |
| dc.contributor.coReferee | Euring, Markus PD Dr. | |
| dc.contributor.thirdReferee | Albert, Matthias PD Dr. | |
| dc.contributor.thirdReferee | Konnerth, Johannes Prof. Dipl.-Ing. Dr. | |
| dc.contributor.thirdReferee | Brischke, Christian Prof. Dr. | |
| dc.contributor.thirdReferee | Schlotzhauer, Philipp Dr. | |
| dc.subject.eng | Engineered wood products | de |
| dc.subject.eng | finger joints | |
| dc.subject.eng | hardwood | |
| dc.identifier.urn | urn:nbn:de:gbv:7-ediss-16167-5 | |
| dc.affiliation.institute | Fakultät für Forstwissenschaften und Waldökologie | de |
| dc.subject.gokfull | Forstwirtschaft (PPN621305413) | de |
| dc.description.embargoed | 2025-08-25 | de |
| dc.identifier.ppn | 1933576839 | |
| dc.identifier.orcid | 0000-0001-5389-2397 | de |
| dc.notes.confirmationsent | Confirmation sent 2025-08-18T19:45:01 | de |