Warum und wie sich Massivholz biegen lässt. Welche Holzarten lassen sich am leichtesten biegen?

Holz wird von den Menschen seit Jahrtausenden für viele Zwecke verwendet, vom Hausbau bis zur Herstellung von Möbeln und Kunstgegenständen. Eine Eigenschaft, die das Interesse von Ingenieuren, Designern und Künstlern gleichermaßen geweckt hat, ist seine Fähigkeit, sich in Formen zu bringen, die manchen unmöglich erscheinen, oder Bilder, die von künstlicher Intelligenz geschaffen wurden. Es handelt sich dabei um die Plastizität des Holzes, d. h. die Fähigkeit des Holzes, die einmal angenommene Form nach der Verformung beizubehalten, ohne dass es zu Rissen oder Faserbrüchen kommt. Diese Eigenschaft wird genutzt, um gebogene Holzelemente herzustellen, die bei der Fertigung von Möbeln, Musikinstrumenten, Dekorationsgegenständen oder Kunstwerken verwendet werden. Warum und wie Massivholz gebogen werden kann und welche Holzarten sich am besten für Biegeverfahren eignen, erfahren Sie weiter unten.

Das Biegen von Holz ist seit der Antike bekannt

Belege für das Biegen von Holz reichen weit in die Geschichte zurück: Die alten Ägypter, die amerikanischen Ureinwohner und die Wikinger "wetteiferten" um den ersten Platz bei der Herstellung verschiedener Objekte aus gebogenem Holz. Einige behaupten, die Ägypter hätten als erste gebogene Elemente für die Herstellung von Streitwagen und Booten verwendet. Andere behaupten, dass die amerikanischen Ureinwohner gebogenes Holz zur Herstellung von Schneeschuhen oder zum Tragen von Gewichten verwendeten. Die Wikinger sollen die ersten gewesen sein, die Holz gebogen haben, um ihre berühmten Schiffe zu bauen, von denen man annimmt, dass sie Amerika lange vor Kolumbus entdeckt haben. Unabhängig davon, wer der Erste war, besteht allgemein Einigkeit darüber, dass sich Holz formen lässt, nachdem es wiederholt in kochendes Wasser getaucht oder sogar in Wasser gekocht wurde, wenn die Größe dies zuließ.

Aber es war Michael Thonet, der das Holzbiegeverfahren revolutionierte. 1836 patentierte er das Verfahren, bei dem Massivholzelemente in speziellen Behältern fünf Stunden lang in Dampf gehalten und dann in kürzester Zeit in Formen gepresst und abgekühlt werden. Auf diese Weise wurden die ersten Stühle aus gebogenen runden Massivholzelementen hergestellt. Thonet war auch der erste, der das Konzept des zerlegbaren Zusammenbaus von Möbeln einführte, wodurch die Transportkosten gesenkt werden konnten. Infolgedessen sanken die Preise für die Möbel und wurden erschwinglicher. Tatsächlich ist das meistverkaufte Möbelstück aller Zeiten ein Thonet-Stuhl. Stuhl Nr.14 - das 1930 erschien und bis heute über 50 Millionen Exemplare verkauft haben soll.

Elastizität oder Plastizität?

Wir sind versucht zu glauben, dass Elastizität die Eigenschaft ist, die Massivholz biegsam macht. Nur elastisches Holz kann diese runden Formen annehmen, ohne zu brechen oder zu splittern. Aber Elastizität ist die Fähigkeit des Holzes, in seine ursprüngliche Form zurückzukehren, nachdem die auf es wirkende Kraft aufgehört hat. Oder gebogenes Holz bleibt so, nachdem die Behandlung, der es unterzogen wurde, beendet ist.

Die Eigenschaft, die es dem Holz ermöglicht, gekrümmt zu bleiben, ist die Plastizität, d. h. seine Fähigkeit, sich dauerhaft zu verformen, ohne zu brechen oder an Festigkeit zu verlieren. Plastizität ist die Eigenschaft von Materialien, ihre Form und ihre Abmessungen beizubehalten, nachdem die Einwirkung von äußeren Kräften aufgehört hat. Sie ist also der Gegenpol zur Elastizität. Normalerweise ist die natürliche Plastizität von Holz geringer und nimmt ab, je älter der Baum wird. Durch spezielle Behandlungen kann das Holz jedoch wesentlich plastischer werden. Da Holz kein einheitliches Material ist, ist und bleibt die Plastizität nicht gleichmäßig. Sie hängt von der Holzart, dem Alter des Baumes, den Wachstumsfehlern, dem Teil des Baumes, aus dem das Holz stammt, der Fällmethode usw. ab.

Das Biegen von massivem Holz ist eigentlich eine Kombination aus Elastizität und Plastizität. Das scheint kaum möglich zu sein, denn die Plastizität ist das Gegenteil der Elastizität. In diesem Fall heben sich die Eigenschaften jedoch nicht auf, sondern ergänzen sich gegenseitig. Die Elastizität ermöglicht es, das Holz so stark wie möglich zu verformen, ohne dass dies Auswirkungen auf die Integrität und Festigkeit des Elements hat, während die Plastizität bedeutet, dass das Holz seine neue Form beibehält. Dabei handelt es sich jedoch nicht um ein natürliches Phänomen, sondern um einen technologischen Prozess. Er umfasst eine Behandlung, um die Elastizität des Holzes zu erhöhen, und eine Form, um es vom Ende der Behandlung bis zur Rückkehr zu normalen Temperatur- und Feuchtigkeitsverhältnissen zu fixieren.

Methoden zum Biegen von Holz

Die älteste Methode, mit der Holz gebogen werden konnte, war wiederholte Behandlung mit abgekochtem Wasser. So hat man früher Schiffe gebaut. Bei kleineren Elementen wurden sie direkt in Wasser gekocht, bis sie sich leicht biegen ließen. Sobald sie elastisch waren, wurden sie in eine Form gelegt oder in die gewünschte Form gebogen (im Falle der großen Balken, die in Schiffen verwendet wurden) und bis zur vollständigen Abkühlung fixiert.

Dampf ist die bekannteste und am häufigsten angewandte Methode zum Biegen von Holz. Dabei wird das Holz mit Dampf erhitzt, so dass es sich leicht formen lässt. Das Verfahren findet in einer speziell gebauten Kammer statt, in der das Holz in einer Umgebung mit hoher Temperatur, Dampf und Feuchtigkeit gehalten wird. Der Grund dafür ist, dass das Lignin (ein Bestandteil der Holzzelle, der zusammen mit der Zellulose und den Hemizellulosen für die Steifigkeit des Holzes verantwortlich ist) bei einer Temperatur von 99 °C und mehr seine Steifigkeit verliert und sich das Holz ohne nennenswerten Widerstand biegen lässt. Das Holz verbleibt je nach Dicke des Stücks und der Holzart eine gewisse Zeit in dieser Hülle. Einige Quellen geben an, dass pro 25 mm Dicke eine Stunde erforderlich ist. Nach der Entnahme aus der Dampfkammer sollte das Holzstück sofort in eine Form gelegt und eingespannt werden. Nachdem das Holz abgekühlt und getrocknet ist, bleibt das Stück in der Form.
Die Methode kann für industrielle, kleine oder Heimwerkerprojekte verwendet werden. Der Unterschied liegt in der Art des Gehäuses, den verwendeten Formen und der Einfachheit der Bearbeitung. Diejenigen, die ein Projekt mit gebogenen Elementen vorschlagen, finden hier eine einfache Möglichkeit, sie zu dämpfen.

Heißpressen ist eine weitere Biegemethode, bei der das Holz auf hohe Temperaturen erhitzt und unter Druck geformt wird. Während des Formprozesses wird das Holz Hitze und Druck ausgesetzt, wodurch es seine Form in eine bestimmte Matrix oder Form verändern kann. Das Verfahren ist flexibel und effizient, da das Pressen in relativ kurzer Zeit erfolgt.

Hochfrequenz-Strombiegen (CIF) ist auch das Heißpressen, bei dem die Temperatur erhöht wird, indem das Holz einem hochfrequenten elektromagnetischen Feld ausgesetzt wird, das das Holz schnell und gleichmäßig erwärmt. Das Heißpressen bei CIF hat den Vorteil einer sehr kurzen Biegezeit (bis zu 2 Minuten) und einer gleichmäßigen Wärmeübertragung im Inneren des Werkstücks. Beide Heißpressverfahren werden hauptsächlich für die industrielle Produktion von geformtes Tauwerk.

Holz kann auch durch verschiedene Eingriffe gebogen werden. Unter Lamellenbalken (Brettschichtholz) durch paralleles Übereinanderlegen und Verkleben mehrerer Holzschichten ist eine davon. Eine andere besteht darin, das Holz teilweise zu schneiden, indem Teile davon entfernt werden, und dann die verbleibenden Segmente so zu verleimen, dass die Oberfläche des modellierten Objekts eine durchgehende Maserung aufweist. Diese Methoden sind jedoch nicht mehr von der Elastizität und Plastizität des Holzes abhängig und können bei jeder Holzart angewendet werden.

Holzarten, die sich bei Temperatur und Feuchtigkeit gut biegen

Nicht alle Holzarten haben das gleiche plastische Verformungsvermögen. Einige Arten sind für ihre überragende Flexibilität und Plastizität bekannt. Hier sind einige von ihnen:

Fagul ist vielleicht die Holzart, die am besten für ihre Biegefähigkeit bekannt ist. Thonet hat seine Biegemethode an diesem Holz geübt. In der Vergangenheit wurden die Bugholzstühle, die in Rumänien in der Fabrik in Comănești oder in der Nähe von Arad hergestellt wurden, aus Buche gefertigt. Der Nachteil dieses Holzes ist seine sehr geringe Widerstandsfähigkeit gegen Feuchtigkeit und Umwelteinflüsse, weshalb es nicht für Projekte im Freien verwendet werden kann.

Sie kann jedoch verwendet werden EicheEine weitere Holzart, die sich gut biegen lässt und an der Außenseite zäh ist. Im Vergleich zur Buche kann es etwas schwieriger zu biegen sein und eine höhere Spaltneigung aufweisen. Äste und unregelmäßige Fasern tragen zum Risiko von Rissen bei.

Frasin ist bekannt für seine Flexibilität und leichte Biegbarkeit. Deshalb wird es für die Herstellung von Musikinstrumenten und Sportgeräten (z. B. Tennisschlägern) verwendet. Und ulmul ist elastisch und lässt sich unter Dampf leicht biegen.

Quellen sagen, dass Teakholz Es lässt sich leicht biegen und wurde in der Vergangenheit zum Bau von Schiffen verwendet. Es ist ein dauerhaftes und plastisches Holz und wird häufig für Außenmöbel verwendet.

Im Allgemeinen biegt sich Laubholz viel besser als harziges, jüngeres Holz besser als älteres, biegt sich in Längsrichtung unendlich besser als in radialer oder tangentialer Richtung, Holz mit gerader Maserung besser als solches mit verdrehter oder unregelmäßiger Maserung, Holz ohne Äste und Fehler besser als solches mit Wachstumsstörungen.

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