Holz

Wissenswertes über Holz

Mit dem Vaporetto erreicht man den Markusplatz, vom Bahnhof Santa Lucia kommend, in nur wenigen Minuten. Es geht über den Canal Grande, Venedigs Hauptverkehrsader, vorbei an der architektonischen Wohltat der letzten Jahrhunderte. Ein Gewimmel von Booten und Gondeln säumt den Weg, bevor man nach Unterquerung der berühmten Rialto Brücke, den Dogenpalast mit den unzähligen Tauben auf dem Vorplatz erreicht. Unzählig sind vor allem auch die Holzpfähle, an denen die typischen Verkehrsmittel dieser Stadt halt machen. Scheinbar beliebig ragen sie aus dem Wasser empor. Doch die Pfosten erfüllen eine zentrale Funktion: Sie geben der Stadt den festen Halt auf dem sumpfigen Untergrund der Lagune. 

Venedig wurde auf 118 Inseln errichtet. Die größte ist die Insel Rialto mit ihren Nachbarn Ombriola, Luprio, Mendicola, Gemine, Spinalunga und Olivolo. Ablagerungen der zuströmenden Flüsse haben den Meeresgrund im Laufe der Zeit immer weniger tief werden lassen. Seit der Antike wurde die besondere Lage vor der Küste zur Besiedelung genutzt, um Zuflucht vor der kriegerischen Bedrohung durch Ostgoten, Hunnen oder Langobarden zu finden. Die Pfosten aus den Harthölzern von Ulme oder Eiche wurden bis tief in den Untergrund gerammt, um den Gebäuden Stabilität zu verleihen. Das Baumaterial stammt aus den Wäldern der Küstenregionen Istriens und Dalmatiens. Schon früh begann der Raubbau an der Natur, denn auch die Flotte der früheren Handelsmacht verschlang Unmengen des natürlichen Materials. Das heutige Freilichtmuseum Venedig hinterließ zum Teil irreparable vegetationslose Karstgebiete.

Holz ist einer der ältesten Bauwerkstoffe. Als praktische Lebenshilfe begleitet Holz die zivilisatorische Entwicklung von Beginn an. In grauen Vorzeiten waren Bäume und Wälder heilig, der Baum als Domizil überirdischer Mächte verlangte uns seit jeher Bewunderung und Ehrfurcht ab. Mai-, Pfingst- und Weihnachtsbäume oder indianische Totems geben noch immer Zeugnis alter Kulte um den Baum als Quell und Urbild des Lebens. Hörbar wird die mythische Kraft des Holzes durch den Korpus von Piano, Violine oder Didgeridoo, sichtbar in kunstvoll geschnitzten mittelalterlichen Madonnen oder zeitgenössischer Holzbildhauerei. Der 1999 anlässlich der Bundesgartenschau errichtete Jahrtausendturm in Magdeburg ist mit 60 Metern Deutschlands höchste Holzarchitektur. Als Zellstofflieferant ist Holz die Grundlage für die moderne Papierindustrie. Doch trotz der Qualitäten wird heute ein Großteil des geschlagenen Holzes immer noch verbrannt. Die aktuelle CO2-Diskussion wird hier hoffentlich zum Umdenken führen.

Holzstruktur und charakteristische Eigenschaften

Holz wächst auf natürliche Weise und ist ein organischer Rohstoff mit einer überaus komplexen Zellstruktur. Seine Qualität und Eigenschaft hängt, neben der Anordnung und Form der einzelnen Zellen, vor allem von den Stoffen im Zellgerüst und dem Grad der Verkernung ab. Die Zellstruktur wächst in den unterschiedlichsten Geometrien als Kugeln, Würfel, Prismen, Fasern und Schläuche in Größen von 25- 100 Mikrometern. Durch sie wird der Baum mit Nährstoffen und Wasser versorgt. Sind sie voll entwickelt, ist ihre Außenwand aus Zellulose und Lignin verholzt. Diese zwei Stoffe geben dem Holz die mechanischen Eigenschaften, die es für den Möbelbau und die Architektur so geeignet machen. Die Zellulose bildet das zugfeste Zellengerüst und das Lignin die verholzende Kittsubstanz, die dem Holzgefüge seine hohe Druckfestigkeit verleiht. Mitteleuropäisches Holz besteht zu 40 - 51 % aus Zellulose, zu 18 - 30 % aus Lignin und zu 24 - 40 % aus Holzpolyosen (zelluloseähnlich). Begleitstoffe wie Harze, Stärke, Gerbstoffe, Fette, Wachse, Asche oder Farbstoffe sind in ganz unterschiedlichen Mengen in jedem Holz enthalten. Bei Tropenhölzern kann der Anteil nicht brennbarer Bestandteile (Asche) bis zu 5 % betragen. Während Gerbstoffe vor allem in Laubbaumhölzer zu finden sind, die das Holz vor Schädlingen schützen, weisen Nadelhölzer einen hohen Harzanteil auf. Das Hauptelement des Holzes ist der Kohlenstoff. Sein Anteil von etwa 50 % gibt dem Holz den hohen Heizwert.

Bedingt durch Jahreszeitenwechsel fällt das Wachstum eines Baumes und damit die Ausbildung der Zellstruktur sehr unterschiedlich aus. Die im Frühjahr entstehenden Holzzellen sind großvolumig, dünnwandig und von heller Farbigkeit (Frühholz). Später im Jahr werden die Zellen immer kleiner und die Wände dicker, so dass Härte und Festigkeit des sich im Herbst bildenden, dunklen Spätholzes das des Frühjahrsübersteigen. In den Wintermonaten ist die Nährstoffversorgung nicht gewährleistet. Das Zellwachstum stoppt. Den Wechsel zwischen guten und schlechten Wachstumsbedingungen kann man an den Jahresringen erkennen. Ein weiterer grundlegender Unterschied in den Holzqualitäten besteht zwischen dem inneren Kernholz eines Stamms und dem äußeren Splintholz. Die Zellen im Kern sind abgestorben und verholzt. Das Holz ist dunkel, sehr kompakt und fest (Hartholz) und daher wertvoll für die Weiterverarbeitung. In der Zellstruktur des Splintholzes ist der Wasser- und Nährstofftransport nach wie vor intakt. Es ist daher wenig verkernt, hat eine geringe Dichte und weiche Struktur. Daher wird es auch als Weichholz bezeichnet. Zur Bildung von weichen Hölzern neigen Pappel, Fichte, Tanne, Buche oder Birke. Für hartes Holz (Kernholz) bekannt sind Eiche, Mahagoni, Teak, Kiefer, Walnuss, Kirschbaum und Lärche.

Das ausschlaggebende Merkmal für die meisten technischen Holzeigenschaften ist die Rohdichte. Je höher sie ausfällt, desto härter, fester und dauerhafter ist das Holz. Zudem nimmt die Abriebfestigkeit mit steigender Rohdichte zu. Hartholz ist schwerer zu trocknen und zu imprägnieren als Weichholz. Während die Eigenschaften zur Dämmung von Wärme bei steigender Rohdichte abnehmen, nimmt der Widerstand vor Entflammbarkeit zu. Da die Holzdichte das Verhältnis von Zellwandanteil und Volumen der Poren angibt, kann sie je nach Holzart und Jahreszeit stark variieren. Spätholz ist daher dichter als Frühholz.

Außerdem ist für die Rohdichte und die mechanischen Eigenschaften der Feuchtigkeitsgehalt von ganz entscheidender Bedeutung. Holz neigt bei Aufnahme von Flüssigkeit zum Quellen, was mit einer nicht unwesentlichen Veränderung der Dimensionen einhergeht. Durch Verdunstung des in den Zellwänden gebundenen Wassers verliert Holz an Volumen. Das Ausmaß der Schwindung steigt daher proportional zum Verlust an gebundenem Wasser und der Rohdichte des Holzes. In Faserrichtung schwindet das Holz relativ wenig (0,1 - 0,3 % vom grünen zum trockenen Zustand), während in radialer Richtung eine Schwindung von 3 - 5 % zu erwarten ist. In tangentialer Richtung muss sogar ein Wert von 5 - 2 % berücksichtigt werden. Da das natürliche Material sehr leicht Wasser aufnimmt und wieder abgibt (Hygroskopie), passt sich der Flüssigkeitshaushalt ständig der Umgebung an, in der es Verwendung findet. Holz arbeitet! Daher werden die Kennwerte eines Holzes immer mit Nennung der Holzfeuchte angegeben. Die besten mechanischen Eigenschaften sind natürlich in trockenem Zustand zu erwarten. Durch die ständigen Dimensionsänderungen von Massivholz bei wechselnden Bedingungen, kann es bei unterschiedlichen Schwindmaßen in radialer und tangentialer Richtung zu Verwerfungen und Rissen kommen. Es werden daher gerne Hölzer verwendet, die sich in diese beiden Richtungen ähnlich stark ausdehnen. Soll Massivholz Anwendung in der Architektur oder für hoch belastete Bauteile finden, muss die Veränderung der mechanischen Eigenschaften besonders berücksichtigt werden. In der Regel greift man in diesen Bereichen aber auf Holzwerkstoffe zurück, die auf Grund ihrer Zusammensetzung aus einer Vielzahl von Fasern und Spänen eine homogene Eigenschaftsverteilung aufweisen und auf Feuchtigkeitsänderungen wenig bis gar nicht reagieren.

Die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Festigkeitswerte bei Belastung auf Zug, Druck oder Biegung, sind neben dem Feuchtegehalt, der Holzart und -beschaffenheit vor allem von der Richtung der einwirkenden Beanspruchung abhängig. Parallel zur Faser weist Holz die besten Qualitäten auf. So erreicht die Zugfestigkeit quer zur Faser gerade einmal einen Wert von 5 - 10 %. Parallel zur Faser ist Holz um das 5- bis 8-fache druckfester als quer dazu. Die Biegefestigkeit von dünnen Holzbrettern, -stäben und -leisten ist insbesondere abhängig von Feuchtegehalt und Rohdichte. In trockenem Zustand werden vor allem bei dichten Holzarten (z. B. Steineiche) die höchsten Biegefestigkeiten erzielt. Sehr gut biegen lässt sich das Holz von Esche und Kiefer. Äste, Risse und Drehwuchs wirken sich negativ auf das mechanische Verhalten der Hölzer aus.

Neben den Einflüssen durch die hygroskopischen Eigenschaften von Naturholz, führen vor allem auch Fehler im Holz, beispielsweise infolge eines ungleichmäßigen Wachstums oder durch Astansätze, zu Veränderungen im Eigenschaftsprofil. Auch ist der Befall durch Holzschädlinge wie Pilze oder Insekten nicht zu unterschätzen. Damit Holz in der Außenanwendung nicht vorzeitig verrottet, werden Holzoberflächen in der Regel mit Schutzmitteln versehen. Hierzu stehen zahlreiche Lacke, chemische Substanzen, Öle, Lasuren oder Wachse zur Verfügung. Bei der Verwendung umweltbelastender Mittel sollte die Menge auf die Anwendung und den gewünschten Effekt angepasst sein. In neuesten Entwicklungen werden die Potenziale von Nanopartikeln zum Schutz vor UV-Strahlung genutzt. Eingebracht in Holzschutzmittel können diese das Ausbleichen und Vergilben reduzieren.

Als weiterführende Literatur zu Verarbeitungsmöglichen von Hölzern empfehlen wir das „Handbuch für technisches Produktdesign“. Insbesondere zum Biegen werden sehr hilfreiche Hinweise gegeben.

Holzarten

Iroko, Jequitiba, Courbaril, Ozigo, Cupay, Jelutong: Die Liste der Holzgewächse ist lang. Über 60.000 unterschiedliche Arten sind wissenschaftlich erfasst, und wahrscheinlich gibt es noch viel mehr. Die größte Artenvielfalt begegnet uns in den tropischen Regionen der Erde. Daher sind den Europäern die meisten Namen vollkommen unbekannt. Nur wenige werden gewerblich genutzt, und das ist auch gut so. Denn im Dickicht des Regenwaldes ist eine wirtschaftliche Verwertung einzelner Holzsorten praktisch unmöglich. Der brasilianische Amazonasraum weist etwa nur 400 Baumarten auf, deren Eigenschaften sich kommerziell verwerten ließen. Für den örtlichen Gebrauch werden sogar nur 150 genutzt. Und für den internationalen Export sind lediglich zwei Dutzend interessant. Tatsächlich reduziert sich die Menge an potenziellen „Werthölzern“ auf nur wenige Stämme pro Hektar. Selbst bei selektiver Entnahme ist der Schaden für das Ökosystem Tropenwald beträchtlich. Baumkronen und Äste benachbarter Bäume werden beschädigt. Nach der „Ernte“ bleiben die Zufahrtswege, Verladestationen und Holzfällercamps zurück. Sie bieten anschließend die Basis für eine weitere Besiedlung der Gebiete durch Kleinbauern, die sich auf den Holzeinschlagsflächen niederlassen und Brandrodungsfeldbau betreiben. In der Regel sind die Böden dann nach ein bis zwei Ernten verbraucht, die Bauern dringen weiter in den Wald vor und hinterlassen einen Gürtel unfruchtbaren Landes.

Zahlreiche Aufrufe und Demonstrationen zur Beendigung der Umweltzerstörung hatten bislang nicht den gewünschten Effekt, angesichts der aktuellen Klimadiskussion eine verheerende Entwicklung. Während der Wald in den gemäßigten Zonen Europas und Nordamerikas in den letzten Jahren wieder aufgeforstet wird und zahlreiche neue Schutzgebiete entstehen (z. B. Nationalpark Eifel seit 2006), werden die Wälder in den tropischen Gebieten immer kleiner. In Indonesien existieren nur noch 25 % (Stand: 2007) der ursprünglichen Fläche. Als Folge des Raubbaus ist die Tierund Pflanzenwelt bedroht. Manche Holzarten wie Pockholz, Afrormosia und Rio- Palisander stehen kurz vor der Ausrottung. Grund genug, auf die Verwendung von Tropenhölzern zu verzichten.

Das Modulor-Sortiment enthält derzeit noch drei Tropenholzsorten: Balsa, Abachi und Mahagoni. Eine Substitution des Modellbauholzes Balsa erscheint schwer möglich, denn ein Holz mit den Eigenschaften des Balsaholzes ist in den gemäßigten Klimazonen leider nicht zu finden. Auch wenn Balsa vornehmlich aus Plantagenpflanzungen stammt, sind die ökologischen Folgen einer kommerziellen Verwertung nicht ganz unproblematisch. Denn Monokultur-Plantagen bieten im Vergleich zur Vielfalt des tropischen Urwalds nur einen beschränkten Artenreichtum

Das westafrikanische Abachi wird für den Modellbau verwendet, da es keine Jahresringe besitzt, und deswegen in verschiedenen Maßstäben zur Darstellung von Holz geeignet ist. Die Abachi-Nutbrettchen würden wir gerne durch Brettchen aus Hölzern gemäßigter Klimazonen ersetzen. Bislang haben wir jedoch keinen Anbieter gefunden; für diesbezügliche Hinweise sind wir dankbar. Mahagonileisten und -brettchen hatten wir zwischenzeitlich aus dem Sortiment genommen. Auf Grund zahlreicher Nachfragen wurde das dunkle Holz jedoch wieder ins Programm genommen. Jeder Kunde sollte sich aber fragen, ob er das Tropenholz nicht durch eine europäische Sorte ersetzen kann

In den gemäßigten Zonen der Erde teilt man die Holzarten in Nadelhölzer und Laubhölzer ein: Nadelbäume sind vor allem auf der nördlichen Hemisphäre zu finden. Sie wachsen schnell und ihr Holz hat eine einfache und regelmäßige Zellstruktur. Man kann es an der hellen Färbung gut erkennen, die von blassem Gelb bis zu rötlichem Braun reicht. Nadelhölzer zählen zu den Weichhölzern und sind billiger als die Laubholzsorten. Es dient als traditioneller Lieferant von Zellstoff für die Papierindustrie und wird als Konstruktionswerkstoff im Baugewerbe eingesetzt. Außerdem werden aus Nadelholzresten Sperr- und Faserplatten hergestellt. Typische Nadelhölzer sind Kiefer, Tanne oder Fichte. Die Jahresringe treten meist klar zum Vorschein.

Da Laubbäume entwicklungsgeschichtlich wesentlich jünger sind als Nadelbäume, ist die Zellstruktur ihres Holzes wesentlich komplexer und unregelmäßiger im Aufbau. Laubholz weist eine höhere Beständigkeit auf als Nadelholz, ist dichter und härter. Die Gefäßstruktur ist manchmal durch kleine Löcher im Holzquerschnitt erkennbar. Auf Grund des höheren Wertes wird Laubholz vor allem zu Furnieren verarbeitet oder kommt im Möbelbau zur Anwendung. Zu den Laubhölzern zählen Ahorn, Birne, Birke, Buche, Eiche, Nuss- und Kirschbaum.