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Foto: Ein kleiner Schubladenschrank entsteht

Holz entsteht in Bäumen.

Es entsteht nicht nach den Bedürfnissen des Schreiners sondern über Jahrzehnte unter sich ständig ändernden Bedingungen des Bodens, der Luft, des Lichts und des Wassers.

Jedes noch so kleine Stück Holz ist einzigartig.

Wenn der Schreiner aus Holz eine Idee zum Leben erwecken will, muss er sich dessen Eigenschaften anpassen.

Er muss wissen, wo das Holz wie hart oder weich ist, wo es wie quillt oder schwindet und auf Druck, Zug, Biegung oder Scherung reagiert.

Bei der Auswahl des Holzes muss er entscheiden, ob der Stamm in der Wachstums- oder in der Ruhephase geschlagen wurde, wissen ob er Flader-, Sehnen-, Block-, Einfach- oder Quartiergeschnittenes Holz braucht und entscheiden, wie trocken es sein soll.

Da sich jedes Brett wölbt, biegt, verdreht und nicht selten die Wuchsrichtung wechselt, muss der Schreiner wissen, dass er den Schrupphobel, der keinen Spanbrecher hat, auf einem Teil stoßen und einem anderen Teil der gleichen Fläche ziehen muss, um zu große Ausrisse zu vermeiden.

Bei jedem Brett ist das anders.

So einzigartig wie der Werkstoff sind meisterlich gefertigte Möbel aus Massivholz.

Laut FAO (Food an Agriculture Organization of the United Nations) betrugen 2010 alle weltweit kumulierten Waldflächen 40,33 Mio. km2, was etwa der 4-fachen Fläche der Volksrepublik China oder etwas weniger als einem Drittel der Landfläche der Erde entspricht.

Zwar wird in Europa nahezu flächendeckend nachhaltige Forstwirtschaft betrieben (Ernte und Nachwachsen sind im Gleichgewicht), dennoch schreitet die Entwaldung - hauptsächlich aufgrund der Folgen von Armut oder Profitgier - weltweit voran.

Darüber hinaus führt eine intensive Landwirtschaft mit schweren Maschinen zur Verdichtung und zum Auslaugen der Böden, so dass immer neue Flächen gebraucht werden.

Die Entwaldung ist nicht nur per se problematisch. Gehen relativ kleine Habitate spezifischer Ausprägung durch Entwaldung verloren, ist dies meist mit einem Artensterben verbunden, was wiederum zu Störungen im ökologischen Gleichgewicht größerer Habitate führt.

Da Ursache und Wirkung zeitlich meist weit auseinander liegen, lassen sich die Zusammenhänge fast nie unwissenschaftlich erklären, was die Vermittlung von Nachhaltigkeitsgrundsätzen gegenüber den meist ungebildeten Verursachern verhindert.

Foto: Ein kleiner Schubladenschrank entsteht

Foto: Ein kleiner Schubladenschrank entsteht

Insbesondere das Ansteigen der Weltbevölkerung ist ein weiterer wichtiger Grund sowohl für die Entwaldung wie auch die beschleunigte Verknappung aller übrigen natürlichen Ressourcen.

Nachdem sich die Weltbevölkerung zwischen 600 und 1500 n.Chr., also in 900 Jahren nur etwa verdoppelt hat, hat sie sich in den vergangenen 200 Jahren von ca. 1 Mrd. Menschen auf den heutigen Stand mehr als versiebenfacht. Jährlich kommen ca. 90 Mio. Menschen dazu.

In Asien leben alleine in den noch weitgehend industriellen Schwellenländern Indien und China heute mehr als 40% der Weltbevölkerung. Demgegenüber stellt Asien ohne die Russische Föderation weniger als 15% der gesamten weltweiten Waldflächen.

Da klassische Bauwerkstoffe knapper werden und Holz aufgrund seiner wiederentdeckten Werkstoffeigenschaften in Kombination mit neuen Verarbeitungsverfahren oder als Verbundstoffkomponente einen Boom erlebt, ist m.E. damit zu rechnen, dass sich die Entwaldung in Asien (möglicherweise nicht mal für den Eigenbedarf) beschleunigen wird.

Fast jedes größere Land auf der Welt besitzt ein oder mehrere wissenschaftliche Institute, die sich mit Holz beschäftigen.

In Deutschland hat beispielsweise das Institut für Holztechnologie und Holzbiologie am Johann Heinrich von Thünen-Institut (vTI) in Hamburg seit 1931 mit 12.000 Holzarten und über 30.000 Mustern eine der größten Holzsammlungen (Xylotheken) der Welt aufgebaut.

Bekannt sind etwa 30.000 Holzarten. Davon wären ca. 5.000 Arten für etwa 10.000 bekannte gewerbliche Anwendungen grundsätzlich geeignet.

Von diesen 5.000 Holzarten werden nur etwa 1.000 Arten weltweit gehandelt (in Europa nur etwa 50 Arten mit steigender Tendenz).

Die größte Artenvielfalt findet man in den Tropen. Immergrüne Bäume findet man hauptsächlich in den Subtropen. In den klimatisch gemäßigten Zonen überwiegen Laub-, in den subarktischen Zonen Nadelbäume.

Foto: Ein kleiner Schubladenschrank entsteht
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ROHDICHTE

ist die auf sein Volumen bezogene Dichte eines Werkstoffs, also unabhängig davon, ob er Hohlräume besitzt oder nicht. Würde man Holz oder Schaumstoff so weit verdichten, dass sie keine Hohlräume mehr hätten, wäre ihre Rohdichte identisch mit ihrer Reindichte.

Auf der Skala unten habe ich die Rohdichten verschiedener Materialien vom leichtesten Holz (Balsa), über das Schwerste (Pockholz) bis zum schwersten Metall (Osmium) aufgetragen, um ein Gefühl für die Verhältnisse zu entwickeln.

Alle Würfel wiegen gleich viel, nämlich 150 kg.

1 Balsaholz-Würfel mit einer Kantenlänge von einem Meter wiegt genau so viel (nämlich 150 kg), wie ein Pockholzwürfel mit einer Kantenlänge von ca. 50 cm oder ein Würfel aus Gold mit einer Kantenlänge von knapp 20 cm.

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HÄRTE QUER ZUR FASER (generell niedriger als längs zur Faser)

Eines der Verfahren zur Härteprüfung (auch für Holz) wurde von dem schwedischen Ingenieur Johan August Brinell (1849-1925) entwickelt und wird wie folgt durchgeführt:

Eine Prüfkugel aus Hartmetall (je nach Prüfobjekt mit den Durchmessern 1, 2, 2,5, 5 und 10 mm) wird für eine definierte Dauer mit einer definierten Kraft, bei einer definierten Temperatur und Feuchte des Prüfobjekts in das Prüfobjekt eingedrückt. Anschließend wird der Eindruckdurchmesser doppelt vermessen.

Beispiel einer Brinell-Notation:

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Da die gemessene Härte unterschiedlicher Proben der gleichen Holzart aufgrund unterschiedlicher Wuchsbedingungen verschieden sein kann, gebe ich eine Range an, welche die meisten Quellenangaben abdeckt.

Sinn ist nicht, eine absolute Härte von Holzarten zu beschreiben, sondern ein Gefühl für die ungefähre Größenordung der unterschiedlichen Härten zu entwickeln.

Die Härte einer Holzart ist für meine praktische Arbeit natürlich sehr interessant, weil sich aus ihr Anforderungen an meine Werkzeuge und das Verarbeitungsverfahren ableiten lassen.

Hätte ich beispielsweise europäische Birke zu bearbeiten, würde ich meine Stemmeisen nicht zwingend neu schärfen; bei Robinie unbedingt.

Das Bild unten zeigt die "Brinell-Härte" HB I (quer zur Faser) verschiedender Holzarten bei 12% Holzfeuchte, welche ich aus verschiedenen Quellen zusammengestellt habe.

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Aus der Grafik lässt sich erkennen, dass z.B. Weißbuche als mittelhartes Holz zwar in den meisten Fällen weicher ist als z.B. die sehr harte Robinie, in Einzelfällen aber sogar gleich hart oder ein bisschen härter sein kann.

SCHWINDMASS & QUELLMASS

Verdunstet das im Holz gebundene Wasser, schwindet das Holz, d.h. es verliert an Volumen. Nimmt Holz Wasser auf, quillt es, d.h. es legt an Volumen zu. Schwind- und Quellmaße misst man tangential, radial und längs zur Faser, weil Holz richtungsabhängig unterschiedlich stark schwindet oder quillt (tangential am meisten, längs am wenigsten).

Im nebenstehenden Stammquerschnitt habe ich die typischen Schwind- und Quellveränderungen unterschiedlicher Abschnitte übertrieben dargestellt. Das Längsschwinden und Längsquellen erfolgt analog in Stammrichtung.

Besonders im Massivholzbau hat das Schwinden und das Quellen eine erhebliche Bedeutung, weil Konstruktion und Holzverbindungen die Veränderungen der Abmaße aushalten müssen, ohne dass sich das Holz verzieht, löst, reißt oder infolge Quetschung oder Sperrung aufwirft.

Tischlerplatte, Multiplex, Sperrholz und Bambus umgehen das Problem, indem mehrere flächige Schichten oder kantige Abschnitte faserverkehrt miteinander verleimt werden, so dass das Schwinden und Quellen kleinerer Abschnitte per se klein bleibt und sich gegenseitig aufhebt. Daher müssen bei der Verwendung solcher Platten weitgehend weder Schwund- noch Quellmaße berücksichtigt werden.

Foto: Ein kleiner Schubladenschrank entsteht

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SCHERUNGS-, DRUCK-, BIEGUNGS- UND ZUGWIDERSTAND

sind die Widerstände in N/mm2 bis zu deren Erreichen das jeweilige Holz noch nicht abschert oder abschiebt, zerquetscht, zerdrückt, gestaucht, zerbrochen oder zerrissen wird.

Nachdem ich jetzt schon all diese Grafiken gebastelt habe, wäre es schade, es dabei zu belassen, statt sie sukzessive zu ergänzen. Also habe ich mich entschlossen, eine kleine Holzdatenbank aufzubauen. Vorerst will ich dort Rohdichte, Härte II, Schwind- und Quellmaße, Scherungs-, Druck-, Biegungs- und Zugwiderstände eintragen.

Foto: Ein kleiner Schubladenschrank entsteht

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ELASTIZITÄTSMODUL

Eine technisch sehr interessante, wenn auch eine Eigenschaft bei der Holz anderen Werkstoffen unterlegen ist, ist der unterschiedliche Elastizitätsmodul quer und längs zur Faser. Holz ist generell nicht besonders elastisch (quer zur Faser fast unelastisch).

Der Elastizitätsmodul beschreibt - salopp formuliert - wie elastisch ein Werkstoff ist. Setzt man Werkstoffe einer mechanischen Spannung aus, dann verformen sie sich bis zum Bruch. In einem gewissen Bereich ist diese Verformung elastisch, d.h. dass Werkstoffe in ihre Ausgangsform zurückkehren, sobald die Spannung weggenommen wird; ab einem bestimmten Bereich findet unter Spannung ein "Fließen" der Werkstoffe mit anschließender plastischer Verformung statt, die sich um den Betrag der elastischen Verformung reduziert, sobald die Spannung vom Werkstoff weggenommen wird. In gewissen Grenzen ist das für fast alle Werkstoffe gleich, wobei sich die einzelnen Phasen unterscheiden.

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