MINDWOOD: Grundstein für smarte Holzbauteile

Mit einem innovativen Konzept zum Feuchtemonitoring hat das ACR-Institut Holzforschung Austria (HFA) in Kooperation mit der tagtron GmbH das Fundament für digitalisierte Holzbauteile gelegt. Die fortschrittliche Forschungs- und Entwicklungsarbeit wird nun mit dem ACR-Innovationspreis 2023 honoriert.

Der Holzbau gilt als großer Zukunftsträger im Bauwesen, basiert er doch auf einer nachwachsenden Rohstoffquelle, die in Europa und insbesondere in Österreich in großen Mengen verfügbar ist. Holz ist nicht nur in der Lage, CO2 zu speichern, sondern erlaubt auch einen hohen Vorfertigungsgrad, der zu maximaler Planungssicherheit sowie kurzen Bauzeiten führt. Damit diese Vorteile vollständig zum Tragen kommen, muss – wie bei anderen Baustoffen auch – jeglicher Feuchtigkeitseintritt in die Bauteile möglichst vermieden werden. Anderenfalls kann es zu einem Befall mit holzzerstörenden Pilzen kommen. Insbesondere an exponierten Stellen verursachen unbemerkte Feuchteansammlungen mitunter große Schäden, die aufwändige Sanierungsarbeiten notwendig machen.

Damit soll jetzt Schluss sein. Denn im Projekt „MINDWOOD“ haben das ACR-Institut HFA und die tagtron GmbH ein gedrucktes Feuchtemonitoringkonzept entwickelt, in dem die Holzfeuchtigkeit mittels leitfähiger Schichten auf Graphitbasis laufend gemessen wird. So kann es gelingen, Schäden hinkünftig frühzeitig abzuwenden. „Die gedruckten Sensoren erlauben es, Baustellzeiten und Fehlerquellen zu reduzieren“, fasst Shaher Meshraki, Geschäftsführer der tagtron GmbH, weitere wesentliche Vorteile der neuen Methode zusammen. In enger Zusammenarbeit haben die Projektpartner verschiedene Druckmethoden entwickelt, wobei ein starker Fokus auf den sogenannten Inkjet-Druck gelegt wurde. Dieser bietet zahlreiche Vorteile: Zum einen zeichnet er sich im Vergleich zu Laserdruckern durch seine hohe Bildqualität aus, zum anderen sind jederzeit Adaptierungen möglich. Damit kann das Druckmuster individuell an das Bauteil angepasst werden. Um den Eintrag von schädlichen Fremdstoffen in die Umwelt zu vermeiden, kommen beim Druck ausschließlich Graphit-basierte Tinten zum Einsatz. Durch das Auftragen mehrerer Schichten wird eine ausreichende Leitfähigkeit sichergestellt.

a Gedruckte Feuchtesensoren auf einem Brettsperrholzelement
b Gedruckte Feuchtesensoren auf einem Brettsperrholzelement unter einem Fussbodenaufbau

„Die gedruckten Sensoren erlauben es, Baustellzeiten und Fehlerquellen zu reduzieren.“

Shaher Meshraki, Geschäftsführer der tagtron GmbH

Der funktionelle Druck mit leitfähigen Tinten hat wahren Pioniercharakter im Holzbau, zumal sich Druckverfahren bisher vorwiegend auf dekorative Zwecke beschränkten. Mit den im Projekt entwickelten leitfähigen Schichten können nun erstmals analoge und digitale Signale übertragen werden, was den Weg für eine Digitalisierung von Holzbauteilen ebnet. Gleichzeitig lassen sich die Produkte durch die Verwendung von Graphit als Füllstoff in der Druckfarbe uneingeschränkt recyceln. Wird das Feuchtemonitoring mit Machine Learning Algorithmen kombiniert, können in einem nächsten Schritt „smarte“ Holzbauteile mit integrierter Zustandsüberwachungsfunktion hergestellt werden. Die Bauelemente weisen damit selbstständig auf einen beginnenden Schaden hin. Eine verlängerte Lebensdauer von Holzgebäuden wirkt sich wiederum positiv auf die CO2-Bilanz aus.

Die derzeit am Markt erhältlichen Monitoring-Instrumente basieren großteils auf dem elektrischen Widerstandsverfahren, das zwar genaue Ergebnisse liefert, aber hauptsächlich für lokal begrenzte Holzfeuchtemessungen in Frage kommt und mit einem hohen Energieaufwand verbunden ist. Das im Projekt „MINDWOOD“ entwickelte Verfahren zur großflächigen Zustandskontrolle mittels gedruckter Sensoren stellt eine Marktneuheit dar, die sich allem voran für den Einsatz im derzeit boomenden Massivholzbau eignet. Neben der Holzindustrie profitieren davon Hauseigentümer bzw. Hauseigentümerinnen und Bauträger ebenso wie Liegenschaftsverwaltungen. Schließlich zählen Feuchteschäden zu den teuersten Schäden im Holzbau. Mit ihrem Projekt „MINDWOOD“ tragen die HFA und die tagtron GmbH entscheidend dazu bei, die Wettbewerbsfähigkeit der österreichischen Holzbauindustrie zu stärken. Und das Potenzial dürfte längst nicht erschöpft sein. „Die Technologie bietet noch viele andere Anwendungsmöglichkeiten“, unterstreicht Boris Forsthuber, Projektleiter an der HFA, mit Blick in die Zukunft.