Eigenschaften, Verarbeitung und Klassifizierung von Holz

Einführung in Holz und seine Bestandteile

Holz ist ein faseriger Werkstoff aus gesunden Zellen und besteht hauptsächlich aus Cellulose (ca. 40–50 %), Hemicellulose (verhindert Rissbildung, 20–25 %), Tannin (Farbe), Lignin (Imprägnierung, 25–30 %), Alkaloiden und weiteren Substanzen.

Wesentliche Elemente: Kohlenstoff (46–50 %), Sauerstoff (38–42 %), Wasserstoff (6 %), Stickstoff (1 %) und Spurenelemente wie Natrium, Kalium, Phosphor, Schwefel und Calcium (ca. 10 %). In der Fertigung wird Holz wegen seiner Elastizität, seiner isolierenden Kapazität und seiner Festigkeit geschätzt.

Teile des Stammes

• Borke: Die äußere, undurchlässige Schutzschicht.
• Splintholz (Alburnum): Der äußere Teil des Stammes mit jungen Geweben, enthält mehr Wasser und organische Substanzen, ist anfällig für Organismen und Parasiten, bildet den aktiven Bereich.
• Kernholz (Duramen): Der innere Teil des Stammes mit festem, dank Lignin widerstandsfähigem und gutem Holz.
• Mark: Der zentrale Bereich des Stammes, sehr porös mit lockerem Gewebe.

Physikalische Eigenschaften

Wassergehalt im Holz

Es gibt drei Zustände:

1. Konstitutionswasser: Chemisch gebundenes Wasser im Stamm, das nicht entweicht.
2. Sättigungswasser: In den Zellwänden gebundenes Wasser.
3. Freies Wasser: Wasser, das beim Fällen der Bäume entweicht (das Splintholz enthält mehr Wasser als das Kernholz). Trockenes Holz hat in der Regel 13 bis 18 % Wassergehalt.

Wärmeleitfähigkeit

Der Wert liegt bei ca. 0,12 kcal/m·°C und ist sehr gering, wodurch Holz ein besserer Wärmeisolator als Aluminium ist.

Mechanische Eigenschaften

Härte: Dichteres Holz ist härter. Je schneller Bäume wachsen, desto weicher ist das Holz in der Regel, es sei denn, es handelt sich um das Kernholz.

Klassifizierung nach Härte:

• Sehr hart: Ebenholz, Eiche, Eibe u. a.
• Halbhart: Kastanie, Buche, Nussbaum, Kiefer u. a.
• Weich: Tanne, Weide, Lärche u. a.
• Sehr weich: Pappel, Linde u. a.

Spaltbarkeit: Leichtigkeit, Holz in Längsrichtung zu trennen.

Mechanische Festigkeit:

• Biegefestigkeit: Sehr gut bei dichtem Holz.
• Zugfestigkeit: Sehr hoch in Faserrichtung.
• Druckfestigkeit: Sehr hoch in Faserrichtung (160–200), nimmt in radialer/tangentialer Richtung ab. Ideal für Balken und Stützen.
• Scherfestigkeit: Maß für den Widerstand gegen Verschiebung.
• Ermüdungsfestigkeit (Zähigkeit): Widerstandsfähigkeit des Materials gegen Wechsellast (Be- und Entlastung).

* Holz reagiert gut auf Feuer und kann durch Flammschutzmittel (Imprägnierung, feuerfeste Lacke) zusätzlich geschützt werden.

Klassifizierung der Holzarten

Nadelhölzer

Ältere Baumarten aus kalten und gemäßigten Zonen. Sie eignen sich gut für den Bau (gute mechanische Eigenschaften). Beispiele: Tanne, Zeder, Kiefer, Eibe, Zypresse, Lärche.

Laubhölzer

Robuste, kompakte und widerstandsfähige Hölzer aus gemäßigten oder tropischen Zonen.

• Hart: Akazie, Steineiche, Ulme, Eiche, Esche, Ahorn, Eukalyptus.
• Weich: Birne, Kirsche, Nussbaum, Linde, Birke, Olivenbaum.

Tropische Hölzer und Exoten

Aus tropischen Zonen, dekorativ, für Parkett geeignet, sehr schwer und dicht. Beispiele: Bubinga, Sapelli, Teak, Ebenholz, Mahagoni, Palisander (Jatoba), Merbau.

Handelsübliche Morphologie von Holz

Schnittholz oder verarbeitetes Holz

• Balken: Rechteckiger Querschnitt, scharfe Kanten, für Konstruktionen (z. B. 25x35 cm, 15x20 cm, Länge 4–10 m).
• Kantbalken: Kleiner, für Decken und Konstruktionen (8x8 bis 15x15 cm, Länge bis 5 m).
• Brett: Rechteckiger Querschnitt, dünn, für Hilfszwecke (5x10 bis 10x30 cm).
• Latte: Dünneres Holz für Schalungen.
• Parkett / Fußbodenbelag: Verleimte Elemente, Dicke 2,3–5 cm.
• Furnierblatt: Sehr dünne Holzstücke (unter 1 mm Dicke) für hochwertige Oberflächen.

Holzderivate und Holzwerkstoffe

• Furnierplatten: Günstigere Trägerplatte mit einer Schicht edleren Holzfurniers verkleidet.
• Sperrholz: Überlagerung kreuzweise verleimter Furnierschichten für hohe Dimensionsstabilität.
• Tischlerplatte / Stäbchenplatte: Holzplatten mit einem Kern aus verleimten Massivholzleisten.
• Regeneriertes Holz (Faser- und Spanplatten):
  • Faserplatten (MDF u. a.): Aus Holzfasern und Harzen gepresst, homogen, langlebig und formstabil.
  • Spanplatten: Aus Holzspänen und Kunstharzen (Harnstoff, Melamin) unter Druck verpresst.
  • Kunststoffbeschichtete Platten: Mit Melamin, Resopal (Formica), Bakelit oder PVC beschichtet.
  • Zement- oder Gipsgebundene Spanplatten: Mineralisch gebundene Platten mit sehr guter Feuerbeständigkeit oder Akustik.
  • Korkplatten: Aus gekochtem Korkgranulat, ausgezeichneter Wärmeisolator.
• Brettschichtholz (Glulam): Aus verleimten Lamellen hergestellte Bauteile mit hoher mechanischer Festigkeit und kontrollierter Herstellungsqualität.

Oberflächenbehandlungen und Oberflächenschutz

Zum Schutz und zur Veredelung von Holz werden eingesetzt:

• Öle und Lacke: Bilden eine schützende, harte und wasserabweisende Filmschicht (z. B. auf Basis von Harzen).
• Wachse: Natürliche oder künstliche Pflegemittel.
• Farbstoffe: Zum Einfärben des Holzes.
• Lasuren: Dringt in das Holz ein (keine Schichtbildung), reguliert die Feuchtigkeit und schützt vor Pilzen und Insekten.
• Farben: Lacke mit Pigmenten.

Fehler und Veränderungen des Holzes

Anomalien (Wachstumsbedingt)

• Äste: Entstehen durch eingewachsene Astansätze; mindern die Zugfestigkeit des Balkens.
• Drehwuchs: Spiraliger Faserverlauf durch ungleichmäßiges Wachstum der äußeren Fasern; erschwert die Bearbeitung.
• Exzentrisches Mark: Das Mark liegt nicht in der Mitte, was zu asymmetrischem Stammwachstum und geringerer Elastizität führt.

Holzfehler

• Rinde im Holz (eingewachsene Rinde): Entsteht beim Zusammenwachsen von Ästen, mindert die Festigkeit erheblich.
• Doppelter Splint: Abgestorbene Zonen im Inneren, die sich zersetzen; macht das Holz für den Bau unbrauchbar.

Alters- und Umwelteinflüsse

• Risse und Spalten: Längsverlaufende Trennungen im Holz, oft verursacht durch schnelle Trocknung oder Frost.
• Schwirkung und Verzug: Durch extreme Witterungseinflüsse oder Frosteinwirkung verursachte Formveränderungen.
• Kernrisse (Sterben des Baumes): Bis zum Mark reichende Risse durch Überalterung des Baumes, die das Holz unbrauchbar machen.