Wie man durch Analyse der mechanischen Eigenschaften herausfindet, welche Holzarten für gebogene Möbel, Hartriegel oder Bauwerke geeignet sind

Auf Holz, das bei der Herstellung von Möbeln oder im Bauwesen verwendet wird, wirken verschiedene Kräfte ein, die das Holz verformen oder brechen können. Die Reaktion auf diese Kräfte hängt von der Holzart, der Struktur, der Faserrichtung, der Dichte, dem Wassergehalt, dem Wachstum oder den Verarbeitungsfehlern, aber auch von der Art, Dauer und Intensität dieser Kräfte ab. Die Reaktion des Holzes lässt sich anhand seiner mechanischen Eigenschaften vorhersagen. Die Kenntnis dieser Eigenschaften hilft uns zu wissen, welche Holzart am besten geeignet ist, um beispielsweise das Gewicht eines Hauses zu tragen oder zu gebogenen Möbeln verformt zu werden. Die mechanischen Eigenschaften geben Aufschluss über das Verhalten des Holzes in den verschiedenen Verarbeitungsphasen oder über die Festigkeit des Holzes als Teil der endgültigen Konstruktion (Häuser, Möbel).

Der Widerstand gegen die Einwirkung verschiedener Kräfte ist messbar und kann zwischen den Holzarten verglichen werden. Um diesen Vergleich anstellen zu können, muss die Bestimmung jedoch unter denselben Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen an identischen Holzproben mit bestimmten Formen durchgeführt werden. Alle diese Bestimmungen sind genormt. In diesem Artikel finden Sie die wichtigsten mechanischen Eigenschaften von Holz, die Größenordnung und wie sie je nach Holzart, Faserrichtung oder anderen spezifischen Merkmalen variieren.

Elastizität, die Eigenschaft, die Gebäude in Holzrahmenbauweise erdbebensicherer macht

Wir sagen über Häuser in Holzrahmenbauweise sind erdbebensicherer als Beton oder Ziegel, weil Holz elastisch ist. Das bedeutet, dass es in der Lage ist, in seine ursprüngliche Form zurückzukehren, sobald die auf es einwirkende Kraft (im Falle von Häusern die seismische Kraft) nachlässt, sofern diese die Elastizitätsgrenze nicht überschreitet. Die Elastizität von Holz ist nicht unbegrenzt. Bei jeder Holzart gibt es eine Grenze, ab der das Holz nachgibt und die Verformung dauerhaft wird. Die Elastizität von Holz wird ausgedrückt durch Elastizitätsmodul die in N/m² gemessen wird und je nach Faserorientierung - längs oder quer - und der einwirkenden Kraft - Zug, Druck, Biegung oder Verdrehung - unterschiedlich ist.

Ein elastisches Holz ist stoßdämpfender und federt den Aufprall besser ab. Diese Eigenschaft ist der Grund für die Wahl bestimmter Holzarten für Sportartikel (Ahorn, Buche oder Bambus für Baseballschläger) oder Werkzeuggriffe (karpfen). Eine von der Elastizität abgeleitete Eigenschaft ist Biegefestigkeit. Zum Beispiel in Bezug auf das spezifische Gewicht, harzig haben eine viel höhere Biegefestigkeit als fagul. Daher werden Nadelhölzer für die tragenden Strukturen von Häusern und Buche für Möbel verwendet.

Plastizität

Sie erinnern sich vielleicht Thonet-Stuhldas meistverkaufte Möbelstück aller Zeiten. Es ist ein einfacher, aber sehr eleganter Stuhl aus zylindrisch gebogenen Buchenholzelementen. Die Plastizität ist die grundlegende Eigenschaft von gebogenen Möbeln. Es ist die Fähigkeit von Materialien, ihre Form zu behalten, nachdem die auf sie wirkende Kraft nachgelassen hat. Das gebogene Holz ist in der Tat eine Kombination aus Elastizität und Plastizität des Holzes. Das scheint kaum möglich zu sein, denn die Plastizität ist das Gegenteil der Elastizität und sollte sich nach mathematischen Grundsätzen gegenseitig aufheben. Und doch heben sie sich nicht auf, sie ergänzen sich gegenseitig.

Normalerweise ist Holz elastisch und ab einer bestimmten Grenze gibt es nach, es ist spröde. Je elastischer es ist, desto mehr verformt es sich, ohne zu brechen. Buche ist ein solches Holz. Durch verschiedene Behandlungen - Dampf, Chemikalien, hochfrequente Ströme (CIF) - wird es noch elastischer und kann geformt werden, ohne zu brechen. Wenn es in eine Form gelegt wird, nimmt es die gewünschte Form an und behält sie dank der durch die Behandlung erworbenen Plastizität auch nach Beendigung der Behandlung bei.

Arten, die sich gut biegen, sind auch frasin und ulmul. Und je jünger es ist, desto leichter biegt es sich, denn die Verholzung führt zur Versteifung.

Druckfestigkeit

Die Druckkraft ist die wichtigste Kraft im Bauwesen, da sie auf die Festigkeitskonstruktion eines Hauses wirkt. Bei Fachwerkhäusern müssen die Pfosten und tragenden Wände in der Lage sein, diese Kraft, die durch das Eigengewicht des Hauses und eventuell auftretende zusätzliche Kräfte (dicke Schneedecke auf dem Dach) entsteht, ohne Setzungen oder Verformungen auf das Fundament und den Boden abzutragen. Dazu muss die Druckfestigkeit der Holzelemente größer sein als die ausgeübte Druckkraft.

Der Druck kann parallel zur Faser oder quer (radial oder tangential zu den Jahresringen) erfolgen. Bei Holzrahmenhäusern wird der Druck in Faserrichtung von den Ständern und in Querrichtung von der Haussohle am Kontakt zwischen Sohle und Ständer getragen. Die Holzdruckfestigkeit in Querrichtung beträgt nur 15-201TPTP3T derjenigen in Längsrichtung. Die Druckfestigkeit steigt mit zunehmender Dichte und sinkt mit zunehmender Holzfeuchte. So kann beispielsweise eine Erhöhung der Holzfeuchte um 1% zu einer Abnahme der Druckfestigkeit um 4% führen.

Holzarten mit guter Druckfestigkeit sind Nadelhölzer, EicheEsche, Hainbuche, Ulme. LärcheDie Hainbuche, die als die Eiche der Harzeiche gilt, hat eine noch höhere Druckfestigkeit in Längsrichtung als die Eiche. Die Hainbuche hat die höchste Druckfestigkeit, sowohl in Längs- als auch in Querrichtung.

Zugkraft oder Zugfestigkeit

In diesem Fall ist das Holz Kräften ausgesetzt, die es verlängern, seine Dimensionen vergrößern wollen. Es ist im Grunde das Gegenteil von Kompression. Auch hier ist die Reaktion unterschiedlich, je nachdem, ob die Fasern in Längs- oder in Querrichtung verlaufen, aber die Zugfestigkeit in Querrichtung ist bei der Verwendung von Holz selten. Und das ist auch gut so, denn die Zugfestigkeit in Querrichtung ist schlecht. Die Zugfestigkeit in Längsrichtung nimmt mit zunehmender Dichte zu und mit zunehmendem Feuchtigkeitsgehalt ab.

Holz hat eine hohe Längszugfestigkeit, die praktisch die höchste von allen mechanischen Festigkeiten ist. Sie ist doppelt so hoch wie die Druckfestigkeit in derselben Richtung. Die höchste Festigkeit ist bei Harthölzern mit hoher Dichte und Härte (Eiche, AkazieDer Widerstand nimmt ab, wenn Defekte wie Äste oder verdrehte Fasern.

Biegefestigkeit

Es ist die Reaktion des Holzes auf Biegekräfte. Statische Biegefestigkeit bestimmt die Höhe der Kraft, bei der das Holz bricht. Sehr wichtig ist dabei, wie das Holz bricht. Je mehr der Bruch mit großen, ungleichmäßigen Faserausrissen erfolgt, desto stärker ist das Holz. Die statische Biegefestigkeit hängt mit der Elastizität zusammen: Je elastischer das Holz ist, desto stärker ist es. Holzart und Holzfehler beeinflussen die Höhe der statischen Biegefestigkeit.

Bei Häusern in Holzrahmenbauweise ist das Knicken die Kraft, die ausgeübt wird, wenn Wind oder seismische Seitenkräfte auf Balken oder Pfosten einwirken, die nicht in ausgesteiften Konstruktionen starr mit dem Boden verbunden sind. Als Folge dieser Einwirkungen wird das Element in Bezug auf seine Längsachse verformt.

Eine besondere Art der Biegefestigkeit ist Unverwüstlichkeit, Je nach ihrer Widerstandsfähigkeit gegenüber dynamischer Biegung werden die Holzarten in elastisch (oder zäh) und spröde eingeteilt. Elastische Holzarten werden für den Bau und für Bereiche empfohlen, in denen Stöße und Vibrationen auftreten können (Sportartikel, Werkzeuggriffe). Elastische Holzarten sind Esche, FichteLärche, Ulme und die zerbrechlichen, Kastanie oder Pappel. Wachstumsstörungen oder Verarbeitung verringern die Widerstandsfähigkeit des Holzes erheblich. Esche ist eine der stoßfestesten Holzarten.

Scherfestigkeit

Scherung ist eine weitere Kraft, die hauptsächlich im Bauwesen auftritt. Die Scherkraft wirkt in einer bestimmten Ebene. Je nach der Kombination aus der Art der Krafteinwirkung und der Ebene gibt es 3 Arten von Scherung: quer (Kraft und Ebene wirken quer zur Faser), längs parallel zur Faser (Kraft und Ebene wirken parallel zur Faser) und längs senkrecht zur Faser (Kraft wirkt entlang der Faser und Ebene wirkt quer).

Die Scherfestigkeit nimmt mit der Dichte zu und ist bei einer Holzfeuchte von 10% am höchsten. Einige Defekte, wie z. B. gekreppte Fasern, erhöhen die Scherfestigkeit, andere (verdrehte Fasern, Risse) verringern sie. Die Scherfestigkeit ist 8-10 mal geringer als die Längszugfestigkeit und 6-8 mal geringer als die Druckfestigkeit parallel zur Faser. Buche und Eiche sind 50-75% schubfester als Fichte oder Tanne.

Härte

Sie ist der Widerstand, mit dem das Holz reagiert, wenn ein harter Körper in es eindringt. Die Härte teilt die Holzarten in hart und weich ein und sagt uns, wie leicht sie sich bearbeiten lassen, wie sie sich verhalten, wenn Nägel oder Schrauben eindringen, wie hart sie geschliffen werden können und wie sehr sie dem Verschleiß widerstehen.

In absoluten Werten gibt es die Janka-Härte und die Brinell-Härte, je nach Bestimmungsmethode. Die höchste Härte liegt im Querschnitt vor, und die Härte im Radialschnitt ist mit der tangentialen Härte vergleichbar. Nach der Härte werden Fichte, Pappel und Weide sind weiche Arten, Birke und Lärche, sowie Eiche und Akazie harte Arten.

Widerstandsfähigkeit gegen Spaltung

Es ist eine Eigenschaft, die uns hilft, das richtige Holz für die Herstellung von Dauben, Schindeln oder Schindeln auszuwählen, oder die uns sagt, wie schwer Brennholz zu spalten ist. Sie ist der Widerstand des Holzes gegen die Kraft, die die Fasern in Längsrichtung spaltet. Diese Kraft durchtrennt die Fasern nicht, sondern trennt sie nur. Die Festigkeit ist auch im Bauwesen wichtig, wenn Bauteile zusammengefügt werden. Dicke Schrauben, mit denen zum Beispiel Pfosten befestigt werden, können zum Spalten des Holzes führen.

Holz spaltet sich am leichtesten in der Axialebene, der Ebene der Markstrahlen. Wie bei der Scherung kommt es auch hier auf die Ebene an, in der die Kraft wirkt. Der Widerstand in der radialen Ebene ist geringer als in der tangentialen Ebene, weshalb die Spaltung axial, also in radialer Richtung, erfolgt. Defekte wie verdrehte Fasern, Kreppfasern, Knotenpunkte erhöhen die Spaltfestigkeit, während Risse sie verringern. Die Spaltfestigkeit ist die niedrigste mechanische Festigkeit von Holz.

Über die mechanischen Eigenschaften von Holz ließe sich viel sagen, aber damit will ich es bewenden lassen. Ich wollte Ihnen nur zeigen, warum nicht jedes Holz überall verwendet werden kann und wie die überwiegende Verwendung einer Holzart in einem bestimmten Gebiet zu erklären ist. Ergänzungen von Ihnen sind willkommen, insbesondere wenn es Beispiele für die Verwendung verschiedener Holzarten gibt. Und wenn Sie ein Projekt verpasst haben, weil Sie das falsche Holz gewählt haben, teilen Sie uns bitte Ihre Erfahrungen mit, das wird sehr hilfreich sein. Diejenigen, die Fragen haben, können diese wie üblich in dem dafür vorgesehenen Bereich stellen. Ich werde sicherlich antworten.