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. Eine Vorhersage über die Reaktion des Holzes kann auf der Grundlage seiner mechanischen Eigenschaften getroffen werden. 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 darüber, wie sich das Holz in den verschiedenen Verarbeitungsphasen verhält oder wie stark es als Teil der endgültigen Konstruktion (Häuser, Möbel) sein wird.

Der Widerstand gegen die Einwirkung verschiedener Kräfte ist messbar, so dass ein Vergleich zwischen den Holzarten möglich ist. Für diesen Vergleich muss er jedoch unter den gleichen Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen an identischen Holzproben mit bestimmten Formen bestimmt 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 Holzrahmenbauten erdbebensicherer macht

Wir sagen über Häuser in Holzrahmenbauweise sind erdbebensicherer als Beton oder Ziegel, weil Holz elastisch ist. Das heißt, es hat die Fähigkeit, in seine ursprüngliche Form zurückzukehren, nachdem die auf es einwirkende Kraft (im Falle von Häusern die seismische Kraft) aufgehört hat, vorausgesetzt, dass diese Kraft seine Elastizitätsgrenze nicht überschreitet. Die Elastizität von Holz ist nicht unbegrenzt. Jede Holzart hat eine Grenze, bei deren Überschreitung das Holz versagt und die Verformung dauerhaft wird. Die Elastizität von Holz wird ausgedrückt durch Elastizitätsmoduldie in N/m² gemessen wird und sich je nach Ausrichtung der Faser - längs oder quer - und der einwirkenden Kraft - Zug, Druck, Biegung oder Verdrehung - unterscheidet.

Ein elastisches Holz kann Stöße besser abfedern und die Schläge werden abgefedert. Auf diese Eigenschaft stützt sich die Wahl bestimmter Holzarten für die Herstellung von Sportartikeln (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 wird Nadelholz für die tragenden Strukturen von Häusern und Buche für Möbel verwendet.

Plastizität

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

Normalerweise ist Holz elastisch und ab einer bestimmten Grenze gibt es nach, es ist spröde. Je elastischer es ist, desto mehr verzieht es sich, ohne zu brechen. Buche ist ein solches Holz. Durch verschiedene Behandlungen - Dampf, Chemikalien, Hochfrequenzströme (HFC) - wird es noch elastischer und kann geformt werden, ohne zu brechen. Auf einer Form fixiert, 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 lässt es sich biegen, denn die Verholzung führt zur Versteifung.

Druckfestigkeit

Die Druckkraft ist die wichtigste Kraft im Bauwesen, da sie auf die Festigkeitskonstruktion eines Hauses wirkt. Bei Holzhäusern müssen die Pfosten und tragenden Wände in der Lage sein, diese Kraft, die durch das Eigengewicht des Hauses und zusätzlich auftretende Kräfte (hohe Schneelast auf dem Dach) entsteht, ohne Setzungen oder Verformungen in das Fundament und den Boden abzuleiten. 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. In Holzrahmenhäusern wird der Druck in Faserrichtung durch die Pfosten und der Druck in Querrichtung durch die Haussohle am Kontakt zwischen Sohle und Pfosten unterstützt. Die Druckfestigkeit von Holz in Querrichtung beträgt nur 15-20% derjenigen in Längsrichtung. Die Druckfestigkeit steigt mit zunehmender Dichte und sinkt mit zunehmendem Feuchtigkeitsgehalt des Holzes. Beispielsweise kann eine Erhöhung des Feuchtigkeitsgehalts des Holzes um 1% zu einer Verringerung seiner Druckfestigkeit um 4% führen.

Arten mit guter Druckfestigkeit sind harzhaltig, EicheEsche, Hainbuche, Ulme. LärcheDie Hainbuche, die als 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.

Zugfestigkeit

In diesem Fall ist das Holz Kräften ausgesetzt, die es in die Länge ziehen und seine Abmessungen vergrößern wollen. Es ist praktisch das Gegenteil von Kompression. Auch hier ist die Reaktion unterschiedlich, je nachdem, ob die Maserung in Längs- oder in Querrichtung verläuft, aber eine Zugfestigkeit in Querrichtung ist bei der Verwendung von Holz selten anzutreffen. 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 ist sehr widerstandsfähig gegenüber Zugspannungen in Längsrichtung, was praktisch die höchste aller mechanischen Festigkeiten ist. Sie ist doppelt so hoch wie die Druckfestigkeit in der gleichen Richtung. Die höchste Festigkeit weisen Harthölzer mit hoher Dichte und Härte auf (Eiche, AkazieDer Widerstand nimmt jedoch ab, wenn Defekte wie Äste oder verdrehte Fasern.

Biegefestigkeit

Es ist die Reaktion von Holz, wenn es Kräften ausgesetzt ist, die es verbiegen. Statische Biegefestigkeit bestimmt die Höhe der Kraft, bei der das Holz nachgibt und bricht. In diesem Fall ist es sehr wichtig, wie das Holz bricht. Je ungleichmäßiger das Holz bricht, desto stärker ist es. Die statische Biegefestigkeit hängt mit der Elastizität zusammen, und je elastischer das Holz ist, desto fester ist es. Holzart und Holzfehler beeinflussen die Höhe der statischen Biegefestigkeit.

Bei Fachwerkhäusern ist das Knicken die Kraft, die ausgeübt wird, wenn durch Wind oder Erdbeben verursachte Seitenkräfte auf Balken oder Pfosten einwirken, die nicht ausgesteift und 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 der Widerstandsfähigkeit gegenüber dynamischer Biegung werden die Holzarten in elastisch (oder zäh) und spröde unterteilt. 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. Fraserholz ist eine der Holzarten, die am widerstandsfähigsten gegen Stöße sind.

Scherfestigkeit

Eine weitere Kraft, die hauptsächlich im Bauwesen auftritt, ist die Scherkraft. 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 (die Kraft wirkt entlang der Faser und die Ebene quer).

Die Scherfestigkeit nimmt mit der Dichte zu und ist bei einer Holzfeuchte von 10% am höchsten. Einige Defekte, wie z. B. Faserausbrüche, erhöhen die Scherfestigkeit, während andere (verdrehte Fasern, Risse) sie verringern. 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 auf das Eindringen eines harten Körpers reagiert. 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 schleifen und wie sehr sie dem Verschleiß widerstehen.

Als absoluten Wert 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. Der Härte nach sind Fichte, Pappel und Weide sind weiche Arten, Birke und Lärche, sowie Eiche und Akazie harte Arten.

Spaltfestigkeit

Es ist eine Eigenschaft, die uns bei der Auswahl des richtigen Holzes für die Herstellung von Dauben, Schindeln oder Schindeln hilft oder uns sagt, wie schwer es ist, Brennholz zu spalten. Sie ist der Widerstand des Holzes gegen die Kraft der in Längsrichtung gespaltenen Fasern. Diese Kraft durchtrennt die Fasern nicht, sondern trennt sie nur. Festigkeit ist auch im Bauwesen wichtig, wenn Elemente zusammengefügt werden. Dicke Schrauben, die beispielsweise Pfosten an ihrem Platz halten, können dazu führen, dass das Holz spaltet.

Holz spaltet sich am leichtesten in der Axialebene, der Ebene des Markstrahls. Wie bei der Scherung kommt es auch hier auf die Ebene an, in der die Kraft einwirkt. Die Kraft in der radialen Ebene ist geringer als in der tangentialen Ebene, daher erfolgt die Spaltung axial, in radialer Richtung. Defekte wie verdrehte Fasern, gekräuselte Fasern, Knotenpunkte erhöhen die Spaltfestigkeit, und Risse verringern sie. 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 einfach jedes Holz überall verwendet werden kann und wie sich die überwiegende Verwendung einer Holzart in einem bestimmten Gebiet erklären lässt. 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 Ihre Erfahrungen mit uns, das wird sehr hilfreich sein. Diejenigen, die Fragen oder Zweifel haben, können diese wie üblich in dem dafür vorgesehenen Bereich stellen. Ich werde sie sicherlich beantworten.