Sitzungsthema Der Werkstoff Holz (inkl. Wald)

--- tags: Klassifikation und Verwendung von Werkstoffen title: Sitzungsthema Der Werkstoff Holz (inkl. Wald) description: ... image: set note default image (for link preview) robots: noindex, nofollow lang: de slideOptions: parallaxBackgroundImage: 'https://s3.amazonaws.com/hakim-static/reveal-js/reveal-parallax-1.jpg' parallaxBackgroundSize: '2100px 900px' # Transition style for full page slide backgrounds: none/fade/slide/convex/concave/zoom # Number of pixels to move the parallax background per slide # - Calculated automatically unless specified # - Set to 0 to disable movement along an axis parallaxBackgroundHorizontal: 150 parallaxBackgroundVertical: 150 backgroundTransition: 'fade' # transition options: none/fade/slide/convex/concave/zoom transition: slide # Display a presentation progress bar progress: true # Display the page number of the current slide slideNumber: false # Enable the slide overview mode overview: true spotlight: enabled: true ---    <div style="float: left;"> <img src="https://www.lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Logo_Werken_Grundschule.svg" alt="Logo Werken Grundschule" width="190" /> </div> # Seminar: Klassifikation und Verwendung von Werkstoffen ## Sitzung: Der Werkstoff Holz > *Dr. Stefan Blumenthal* --- ## Ziele für heute: - [ ] Aneignung von Wissen über Wälder - [ ] Aneignung von Wissen über verschiedene Arten von Holz - [ ] Aneignung von Wissen über Anwendungsbereiche von Holz - [ ] Aneignung von Wissen über Nachhaltigkeit --- # Wälder Wälder sind Ökosysteme und ein wichtiger Bestandteil der weltweiten biologischen Vielfalt. Sie weisen häufig eine größere Bandbreite von Pflanzen und Tieren auf als andere Ökosysteme. Der Wald ist aber nicht nur Lebensraum für Pflanzen und Tiere, er bietet bspw. auch Schutz für den Boden (verhindert oberflächliches Abfließen von Regenwasser und damit das Bilden von Schwemmungen) oder ist Lieferant für Rohstoffe, wie Holz. ## Impressionen {%slideshare StefanBlumenthal1/impressionen-wald %} --- ## Definition :::info :page_facing_up: Aufgabe Nachfolgend sehen Sie 3 verschiedene Definitionen zum Thema Wald. Welches Bild von Wald wird in Ihnen erweckt? Skizzieren Sie diese Vorstellung grob. Teilen Sie Ihre Skizze gerne auf folgender [:link: Online-Leinwand (Padlet)](https://padlet.com/stefanblumenthal/def_wald). ::: > [name=Gesetz zur Erhaltung des Waldes und zur Förderung der Forstwirtschaft (Bundeswaldgesetz)] [color=red] § 2 Wald (1) Wald im Sinne dieses Gesetzes ist jede mit Forstpflanzen bestockte Grundfläche. Als Wald gelten auch kahlgeschlagene oder verlichtete Grundflächen, Waldwege, Waldeinteilungs- und Sicherungsstreifen, Waldblößen und Lichtungen, Waldwiesen, Wildäsungsplätze, Holzlagerplätze sowie weitere mit dem Wald verbundene und ihm dienende Flächen. > [name=Das Kosmos Wald- und Forstlexikon] [color=green] Wald ist ein vernetztes Sozialgebilde und Wirkungsgefüge seiner sich gegenseitig beeinflussenden und oft voneinander abhängigen biologischen, physikalischen und chemischen Bestandteile, das praktisch von der obersten Krone bis hinunter zu den äußersten Wurzelspitzen reicht. Kennzeichnend ist die konkurrenzbedingte Vorherrschaft der Bäume. Dadurch entsteht auch ein Waldbinnenklima, das sich wesentlich von dem des Freilandes unterschiedet. Dieses kann sich nur bei einer Mindesthöhe, Mindestfläche und Mindestdichte der Bäume entwickeln. > [name=Food and Agriculture Organization of the United Nations] [color=blue] Flächen von mehr als 0,5 Hektar mit über 5 Meter hohen Bäumen und einem Überschirmungsgrad von mehr als 10 Prozent oder Bäume, die diese Schwellenwerte an Ort und Stelle erreichen können. Nicht dazu gehören Flächen die überwiegend landwirtschaftlich oder städtisch genutzt werden. :::info :::spoiler Hier klicken, um das Padlet einzublenden <iframe width="100%" height="500" src="https://padlet.com/stefanblumenthal/def_wald" frameborder="0" scrolling="auto"></iframe> ::: --- ## Verbreitung <div style="float: right;"> <img src="https://i.imgur.com/BPfeerA.png" alt="Pflanzenzelle" width="500" />                  *(Quelle: [:link: FAO, 2020](http://www.fao.org/state-of-forests/en/))* </div> Wälder bedecken 31 Prozent der globalen Landfläche. Die gesamte Waldfläche beträgt 4,06 Milliarden Hektar, das sind etwa 5.000 m2 (oder 50 x 100 m) pro Person, aber die Wälder sind nicht gleichmäßig über den Globus verteilt. Etwa die Hälfte der Waldfläche ist relativ intakt. Mehr als ein Drittel ist sog. Primärwald. Es handelt sich um natürlich regenerierte Wälder mit einheimischen Arten, in denen es keine sichtbaren Anzeichen für menschliche Aktivitäten gibt und die ökologischen Prozesse nicht wesentlich gestört sind. Mehr als die Hälfte der weltweiten Wälder befinden sich in folgenden fünf Ländern (FAO, 2020): Russische Föderation, Brasilien, Kanada, USA und China. Zwei Drittel des globalen Waldbestands sind in insgesamt zehn Ländern zu verorten. Auch in Deutschland verteilt sich der Waldbewuchs nicht gleichmäßig auf das Bundesgebiet. In nachfolgender Karte ist die Verteilung unterschiedlicher Waldformen in Deutschland dargestellt. {%pdf https://www.lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Holz/II_3_1_1_Waldformen_D.pdf %} *(Quelle: [:link: Bundesamt für Naturschutz](https://www.bfn.de/infothek/daten-fakten/nutzung-der-natur/forstwirtschaft-und-waelder/ii-31-1-waldformen-in-dl.html))* :::info :page_facing_up: Aufgabe Wie lässt sich die Verteilung der Wälder beschreiben. Fassen Sie den Inhalt für sich in 2-3 Sätzen zusammen. ::: --- ## Aufbau eines Baumstammes Ein Baumstamm besteht aus verschiedenen Schichten, die alle eine spezielle Aufgabe erfüllen. Die äussere Rinde heisst Borke und schützt den Baum vor Wasserverlust, Umwelteinflüssen oder Pilz- und Insektenbefall. Darunter liegt die innere Rinde, der Bast. Diese Schicht leitet Nährstoffe durch den Stamm. Auf den Bast folgt die Wachstumsschicht, das Kambium. Sie ist sehr dünn und bildet den eigentlichen wachsenden Teil des Stamms. Jahr für Jahr erzeugt das Kambium nach aussen neuen Bast und nach innen neues Holz. Das vom Kambium gebildete Holz heisst Splintholz. Es speichert und leitet das Wasser im Baumstamm. Im Zentrum des Baumstamms befindet sich das Kernholz. Es ist sehr hart und bildet den tragenden Teil des Baums. Je nach Jahreszeit sind die neu gebildeten Holzzellen unterschiedlich gross und haben eine leicht andere Farbe. Dadurch entstehen die charakteristischen Jahresringe, anhand derer man das Alter eines Baumes bestimmen kann. <img src="https://i.imgur.com/wW9WT4H.jpg" alt="Aufbau eines Stamms" width="500" style="float: right;" /> <div style="clear: both"></div> *(Quelle: Blumenthal, CC BY 4.0)* Bei einigen Baumarten fällt die Färbung des Kern- und Splintholz unterschiedlich aus. Man spricht in diesen Fällen von Kernholzbäumen, hierzu zählen z.B. Lärche und Nussbaum. Gibt es keinen Farbunterschied zwischen Kern- und Splintholz nennt man den Baum Splintholzbaum. Hierzu zählen bspw. Fichten, Rotbuchen oder Linden). <img src="https://i.imgur.com/XIQDIMh.jpg" alt="Eibe ist ein Kernholzbaum" width="250" style="float: left;" /> <img src="https://i.imgur.com/EKTN2RY.jpg" alt="Birke ist ein Splintholzbaum" height="253" style="float: left;" /> <div style="clear: both"></div> *Eibe ist ein Kernholzbaum             Birke ist ein Splintholzbaum* *(Quelle: [MPF, CC BY-SA 3.0](https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=539591)           (Quelle: [Pezibear, CC0](https://pixabay.com/de/photos/holz-baumst%C3%A4mme-birke-birkenholz-498736/))* --- ## Bedeutung des Waldes im Kontext zukunftsfähiger Baustoffe Um eine Tonne Holz zu produzieren, entziehen Bäume der Atmosphäre rund 1,9 Tonnen Klima schädigendes Kohlendioxid und speichern 500 Kilogramm Kohlenstoff. Wenn das Holz genutzt wird, insbesondere auch als Bauholz, wird dieser im Holz gespeicherte Kohlenstoff und damit das entsprechende CO2-Äquivalent während der Nutzungsdauer des Holzes der Atmosphäre entzogen. Dadurch wirkt die Holzverwendung der Akkumulation von CO2 und somit dem Treibhauseffekt entgegen. Ein weiterer Vorteil des Baustoffs Holz liegt darin, dass zur Herstellung von Schnittholz und auch von Holzwerkstoffen nur vergleichsweise wenig Energie benötigt wird. Damit genügt Holz zeitgemäßen Kriterien, die an Baustoffe gestellt werden: - Rohstoffgewinnung ohne schädliche Eingriffe in die Natur, - umweltverträgliche Produktherstellung, - umweltverträglicher Gebrauch, speziell ohne gesundheitsgefährdende Potenziale, - einfaches Entsorgen und Wiedereingliedern in den natürlichen Kreislauf durch stoffliche oder thermische Nutzung, - geringer Energieaufwand über den gesamten Lebensweg. Vor diesem Hintergrund widmen wir uns nun dem Werkstoff Holz, der nicht nur bautechnisch überzeugt, sondern auch im Werkunterricht der Grundschule eine große Rolle spielt. --- # Holz Bäume erzeugen durch ihr stetiges Wachstum den Rohstoff Holz. Holz besteht im Wesentlichen aus folgenden Komponenten, die als Gerüstsubstanz bezeichnet werden (Pichelin, 2019): <div style="float: right;"> <img src="https://i.imgur.com/TkMmFXb.jpg" alt="Pflanzenzelle" width="500" />                  *(Quelle: [Caroline Dahl, CC BY-SA 3.0](https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=16078444))* </div> - **Zellulose** (40-50%): Zellulose ist ein Polysaccharid, das aus langen Ketten von Glukosemolekülen besteht. Zellulose nimmt die Zugkräfte, die auf den Baum wirken auf. - **Lignin** (20-40%): Aus chemischer perspektive ist Lignin ein Gemisch aus vielen verschiedenen Substanzen. Lignin wird in die pflanzliche Zellwand eingelagert und verknüpft Pflanzenbestandteile wie Zellulose und Hemicellulose. Dadurch kommt es zur Verholzung der Zelle. Lignin gibt dem Holz seine Festigkeit, ohne Lignin wäre es nicht möglich, dass Pflanzen viele Meter hoch wachsen können. - **Hemizellulose** (20-30%): Hemicellulose ist ebenfalls ein Polysaccharid, das neben Glukose aus verschiedenen weiteren Zuckerarten zusammengesetzt ist. Hemicellulose dient im Baum als Füll- und Stützmaterial, es nimmt die von außen wirkenden Druckkräfte auf. Holz besteht zudem aus sogenannten Inhaltsstoffen (auch Extraktstoffen; ca. 1-3%), die in ihrer Zusammensetzung und den Anteilen variieren. Zu den meist vorkommenden Inhaltsstoffen zählen Terpene, Fette, Wachse, Pektine, Sterine und Harz. --- ## Einteilung von Holz Holz kann in verschiedenste Arten unterschieden werden. Grundsätzlich werden Bäume in Nadel- und Laubbäume eingeteilt, entsprechend wird Holz ebenfalls in diese beiden Arten unterschieden. Zu den Nadelhölzern zählen unter anderem Fichte, Tanne, Lärche und Kiefer, Eibe und Douglasie. Laubhölzer sind u. a. Ahorn, Birke, Buche, Ebenholz, Eiche, Erle, Esche, Espe, Kirsche, Linde, Pappel, Robinie, Ulme, Walnuss, Weißbuche und Tulpenbaum. Nachfolgend finden Interessierte Steckbriefe ausgewählter, recht bekannter Baumarten. {%slideshare StefanBlumenthal1/holzarten-250376192 %} *(Quelle: Monte von DUMONT - Holz. Verarbeitung, Werkzeugkunde, Möbelentwürfe, Schritt-für-Schritt-Anleitungen)* --- Die häufigste Baumart in deutschen Wäldern ist die Fichte, die ca. 2,8 Millionen Hektar Waldfläche einnimmt, gefolgt von Kiefer (rund 2,4 Millionen Hektar), Buche (ca. 1,7 Millionen Hektar) und Eiche (1,1 Millionen Hektar). <img src="https://i.imgur.com/Xx3CakT.png" alt="Baumartenzusammensetzung der Wälder (BfN, 2020)" width="800" /> (Quelle: [:link: Bundesamt für Naturschutz](https://www.bfn.de/infothek/daten-fakten/nutzung-der-natur/forstwirtschaft-und-waelder/ii-31-2-baumartenzusammensetzung.html)) --- Die Zusammensetzung, der Aufbau und die Eigenschaften von Nadelholz und Laubholz sind verschieden. Laubholz hat gegenüber Nadelholz einen komplexeren Aufbau. Bei Nadelbäumen übernehmen Tracheiden sowohl die Wasserleitung als auch die Festigung, wohingegen bei Laubbäumen die Wasser- und Nährstoffversorgung über Tracheen und die Festigung durch Holzfasern erfolgt. :::info :page_facing_up: Aufgabe Recherchieren Sie: Was sind Tracheiden, was Tracheen? Welche Gemeinsamkeiten lassen sich finden, welche Unterschiede? ::: Holz ist zudem nach seiner Dichte (Härte) klassifizierbar. Man unterteilt hierbei Hart- und Weichhölzer. Die Einteilung der verschiedenen Holzarten in Hart- bzw. Weichhölzer erfolgt anhand ihrer Darrdichte. Die Darrdichte bezeichnet das Gewicht des Holzes, wenn es vollständig durchgetrocknet ist und wird als Verhätnis des Gewichts zum Volumen angegeben: $$ ρ_{Darr} = {m \over V} = {Gewicht \over Volumen}. $$ Liegt die Darrdichte bei mehr als 0,55 Gramm pro Kubikzentimeter oder 550 Kilogramm pro Kubikmeter, handelt es sich um Hartholz, liegt sie darunter, um Weichholz. |>0,55 g/cm^3^|0,55 g/cm^3^|<0,55 g/cm^3^| |:--:|:--:|:--:| |Hartholz<img width=160/>|<--><img width=160/>|Weichholz<img width=160/>| Zum Hartholz gehören die meisten Laubhölzer (z.B. Eiche, Buche und Esche) und die Gruppe der Weichhölzer besteht vor allem aus Nadelhölzern (z.B. Fichte, Tanne, Lärche und Kiefer). Es gibt jedoch einige Ausnahmen von Laubhölzern (bspw. Pappelholz, Lindenholz, Weidenholz), die zu den Weichhölzern zählen. Die Annahme, dass Laubholz zugleich Hartholz ist und Nadelholz zugleich Weichholz ist in meisten Fällen korrekt, aber nicht immer. --- # Holz als Werkstoff Hochwertiges Holz ist bei gleicher Tragfähigkeit leichter als Stahl und war deshalb vor 60 Jahren noch ein unverzichtbarer Werkstoff im Flugzeugbau. Holz hat annähernd die gleiche Druckfestigkeit wie Beton und kann im Gegensatz zu diesem auch Zugkräfte aufnehmen. Aufgrund seines hohen Hohlraumanteils hat Holz günstige Wärmedämmeigenschaften. --- Hier finden Sie einen Podcast zur Geschichte des Holzbaus. Es handelt sich um Textauszüge von [Baunetzwissen (2021)](https://www.baunetzwissen.de/holz/fachwissen/einfuehrung/geschichte-des-holzbaus-6640622). :::info :page_facing_up: Aufgabe Hören Sie sich den nachfolgenden Podcast an. Welche Bedeutung hat Holz im Bauwesen aus geschichtlicher Perspektive? Notieren Sie für sich in Stichpunkten. ::: <iframe width="800" height="100" src="https://lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Holz/podcast.php" frameborder="0" scrolling=F>:headphones:</iframe> :::info :::spoiler Text zum Podcast Holz gehört zu den ältesten Baustoffen der Menschheit. Häuser, Brücken, Möbel, Böden und unzählige weitere Dinge werden aus Holz hergestellt, denn die Eigenschaften der verschiedenen Holzarten ermöglichen ein unendliches Spektrum des Holzeinsatzes. Aus der Jungsteinzeit bis in die Bronzezeit sind Überreste von Pfahlbauten erhalten, die eine frühe Holzbaukultur in der Bodenseeregion und der Ostschweiz dokumentieren. Auch bei den Ägyptern wurde Holz u.a. als Baustoff genutzt. Sie waren die ersten, die um 3.000 vor Christus die Idee entwickelten, Holz edler Baumsorten in feine Lagen zu schneiden und sie auf Trägermaterialien zu kleben. In Nord- und Mitteleuropa blieb Holz bis in die Neuzeit wichtigster Baustoff. Gebäude wurden zunächst vor allem als Blockbauten – aus horizontal geschichteten und über Eck ausgesteiften Wänden – oder als Pfostenbauten – als Skelettbau mit in den Erdboden gerammten Pfosten – errichtet. Pfostenbauten hatten einen wesentlich geringeren Holzbedarf als Blockbauten und waren daher auch in weniger waldreichen Gebieten verbreitet. Die Wände zwischen den Pfosten konnten mit Lehm, Lehmsteinen oder (lehm)verputztem Flechtwerk gefüllt werden und benötigten kein hochwertiges Holz. Die Lebensdauer von Pfostenbauten war jedoch auf 20 bis 30 Jahre begrenzt, denn die in den Boden gerammten Hauptstützen waren dauerhafter Feuchtigkeit ausgesetzt. Vor diesem Hintergrund stellt die Einführung des Fachwerkbaus eine bautechnische Revolution dar. Obwohl in Südeuropa seit der Antike bekannt, setzten sich verschiedene Arten des Fachwerkbaus nördlich der Alpen erst seit dem 12. Jahrhundert durch und entwickelten sich hier nach und nach zur mit Abstand am häufigsten eingesetzten Bauweise. Die Wände des Fachwerkbaus bestehen aus Pfosten und diagonalen Streben, die zusammen mit weiteren Holzteilen Wandscheiben ausbilden, auf denen die Deckenbalken aufgelegt werden. Ab dem 19. Jahrhundert werden die traditionellen Holzbauten – vor allem in den Städten – zunehmend durch Mauerwerksbauten ersetzt. Zunächst nur äußerlich – denn nach wie vor war Holz das einzige, in großen Mengen verfügbare stabförmige Material, sodass Decken-, Dach- und Treppenkonstruktionen fast ausschließlich aus Holz bestanden. Das änderte sich, als Stahl und Beton mit der Industrialisierung zum Massenprodukt wurden. Bis Mitte des 20. Jahrhunderts war Holz in Mitteleuropa weitgehend aus dem Materialkanon moderner Gebäudetragwerke verschwunden. Seit der Jahrtausendwende erlebt dieser uralte Baustoff jedoch eine erstaunliche Renaissance, denn die ökologischen Vorteile von Holz gewinnen zunehmend an Bedeutung. Bereits seit den 1970er-Jahren wurden immer mehr neue Materialien und Konstruktionsmethoden im Holzbau eingesetzt. Aus den USA wurden Holzwerkstoffe wie OSB-Platten eingeführt, oder Konstruktionen wie der standardisierte Ständerbau übernommen und zum Tafel- oder Rahmenbau weiterentwickelt. ::: --- {%youtube dmX1ulRAapU %} --- Im Video wurde es bereits angesprochen: Damit Holz als Baustoff verwendet werden kann, muss es zunächst getrocknet werden, da frisches Holz viele Wasseranteile beinhaltet. Man unterscheidet gebundenes und freies Wasser, wobei man je nach Gehalt beispielsweise von saftfrisch, waldfrisch, halbtrocken, lufttrocken, darrtrocken oder trocken spricht. Abhängig von der Luftfeuchtigkeit und der Temperatur stellt sich im Holz bei genügend Lagerung eine sog. Gleichgewichtsfeuchte (auch: Ausgleichsfeuchte oder praktischer Feuchtegehalt) ein. Für Holz liegt dieser Wert bei etwa 15% der Masse. Das Holz wird dann als lufttrocken bezeichnet. Ein weiterer wichtiger Aspekt im Zusammenhang mit der Trocknung von Holz ist der sog. Fasersättigungspunkt. Dieser beschreibt den Feuchtezustand von Holz, zu dem kein Wasser aus der Umgebung mehr in die Zellwände des Holzes eingelagert wird (gebundenes Wasser). Eine weitere Wasseraufnahme kann dann nur noch in den Zellhohlräumen (freies Wasser) erfolgen. Bei den meisten Holzarten liegt der Fasersättigungspunkt um die 30% mittlerer Holzfeuchte. Bei einer Holzfeuchte über dem Fasersättigungspunkt können Pilze und Mikroben wachsen und materialschädigend wirken. Unterhalb des Fasersättigungspunkts kann es, aufgrund von Wasseraufnahme- und abgabe zum Quellen oder Schwinden des Holzes kommen. Grundsätzlich ist Holz trocken zu verbauen. Durch weitere bauliche Maßnahmen ist zudem sicherzustellen, dass die Holzfeuchte dauerhaft 20% nicht übersteigt. <img src="https://i.imgur.com/mSz5Ouv.png" alt="Gleichgewichtsfeuchte im Holz" width="" /> *(Quelle: [Baunetz Wissen](https://www.baunetzwissen.de/imgs/2/4/6/0/2/2/6/Holzschutz_01-1ae6674a56ab0f79.jpg))* *Anmerkung: Die Holzfeuchte u ergibt sich als Verhältnis der im Holz enthaltenen Wassermasse zu seiner Trockenmasse.* --- ## Verwendung von Holz Holz ist ein Material mit vielfältigen Eigenschaften. Die verschiedenen Holzarten und Wuchsbedingungen, das Baumalter sowie die verschiedenen Holzarten innerhalb des Baums (Kern- und Splintholz) bieten eine extreme Breite biologischer, chemischer, und technologischer Eigenschaften. Entsprechend viele Bestandteile des Holzes können bzw. sollen zur Herstellung von Baustoffen genutzt werden.  ```graphviz {engine="dot"} digraph hierarchy { nodesep=0.5 // increases the separation between nodes node [color=black,fontname=Arial,shape=oval] //All nodes will this shape and colour edge [color=black, style=dashed] //All the lines look like this Schnittholz [href="", fontcolor=black, color=black, label=Schnittholz]; Rundholz->{Schnittholz Furniere Späne Fasern Kunststoffe} Schnittholz->{Tischlerplatten} Furniere->{Tischlerplatten Furnierplatten Formsperrholz "Furnierte Spanplatten"} Späne->{Spanplatten OSB} Fasern->{Papier "LDF, MDF, HDF" "Holz-, Polymer-Werkstoffe"} Kunststoffe->{"Holz-, Polymer-Werkstoffe"} Spanplatten->{"Furnierte Spanplatten" "HPL-Elemente" "Beschichtete Spanplatten"} Papier->{"Beschichtete Spanplatten" Kunststoffplatten Melaminkante} "Beschichtete Spanplatten"->{Möbelkorpus} Melaminkante->{Möbelkorpus} Kunststoffplatten->{"HPL-Elemente"} {rank=same;Schnittholz Furniere Späne Fasern Kunststoffe} {rank=same;Tischlerplatten Furnierplatten Spanplatten OSB Papier "LDF, MDF, HDF" "Holz-, Polymer-Werkstoffe"} {rank=same;Formsperrholz "Furnierte Spanplatten" "Beschichtete Spanplatten" Kunststoffplatten Melaminkante} } ``` *(Quelle: Pichelin, 2020)* --- ## Vollholz & Massivholz Aus den Stämmen wird zunächst Holzware in verschiedenen Formaten geschnitten. Man spricht hierbei von **Vollholz**. Man unterscheidet folgende Schnittholztypen: |Bezeichnung|Abmaße| |---|---| |Kantholz|B ≥ 60 mm, H ≥ B| |Bohle|S ≥ 40 mm, B > 2S| |Brett|S = 8-40 mm, B = 80-300 mm| |Latte|B ≤ 40 mm; H ≤ 80 mm| *Anmerkungen: B = Querschnittsbreite; H = Querschnittshöhe; S = Stärke.* ![Baumstamm](https://i.imgur.com/Pw4HBW5.jpg) *(Quelle: [Manfred Antranias Zimmer, CC0](https://pixabay.com/de/photos/baumstamm-holzstamm-holz-zuschnitt-5182198/)* Entsprechend der verschiedenen Formate gibt es für Vollholz ein großes Einsatzspektrum. Neben der Nutzung zur Konstruktion von Bauwerken (im sichtbaren und nicht-sichtbaren Bereich) wird es bspw. auch zum Möbelbau genutzt. <img src="https://i.imgur.com/MOvG2Iz.jpg" alt="Keilverzinktes Massivholz" width="800" /> *Vollholz (oben) vs. Massivholz (unten)* *(Quelle: Blumenthal, CC BY 4.0)* **Massivholz** besteht ebenso wie Vollholz vollständig aus echtem Holz, die verarbeiteten Teile müssen dabei jedoch nicht aus einem durchgehenden Holzabschnitts entstammen, sondern können aus einzelnen Stücken zusammengesetzt sein. Bei der Erstellung von Massivholz werden gleichgroße Holzstücke mittels Keilverzinkung miteinander verleimt, gehobelt und verarbeitet. <img src="https://i.imgur.com/5CD4EcP.jpg" alt="Keilverzinktes Massivholz" width="800" /> *Keilverzinktes Massivholz* *(Quelle: Blumenthal, CC BY 4.0)* Aus den Schnittresten und kleineren Stämmen können weitere Holzwerkstoffe hergestellt werden. Weitere aus Holz produzierte Produkte sind bspw. Papier oder Pellets zur Energiegewinnung. --- ## Brettsperrholz & Mehrschichtplatten <div style="float: right;"> <img src="https://i.imgur.com/kvnvqr9.jpg" alt="Schematische Darstelliung von Brettschichtholz" width="400" />                   *Schematische Darstellung von Brettschichtholz* *(Quelle: [Elke Wetzig, CC BY-SA 3.0](https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=8383391)* </div> **Brettsperrholz** ist ein flächiger, als Platte oder Scheibe verwendbarer Holzwerkstoff, der primär im Baukonstruktionswesen Verwendung findet. Zur Produktion von Brettsperrholz werden jeweils kreuzweise verschiedene Lagen von Brettern miteinander verleimt. In der Regel ist die Anzahl der Schichten ungerade und variiert zwischen meist drei bis elf. Die Schichten sind kreuzweise verleimt, um den Quill- bzw. Schwundeffekt des Holzes zu minimieren. Die kreuzweise Verleimung "sperrt" also die Anordnung der Schichten. Damit ist Brettsperrholz sehr maß- und formstabil. Zur Herstellung von Brettsperrholz wird meist Fichten-, Tannen-, Kiefer- oder Lärchenholz verwendet. Zur Verleimung werden hauptsächlich Melamin-Harnstoff-Formaldehydharze (MUF), aber auch Klebstoffe aus Polyurethan (PU) benutzt. Die optischen und bautechnischen Eigenschaften können noch weiter beeinflusst werden, indem bspw. die Flanken verklebt werden oder Decklagen aus Dekorhölzern wie Eiche oder Birke zusätzlich aufgebracht werden. Je nach Brettstärke und Lagenanzahl varrieren Stärken von ca. 60 bis 400 mm. Die Größe der Platten ist im Endeffekt nur durch Einschräkungen bei ihrer Herstellung und ihrem Transport beschränkt. **Mehrschichtplatten** ähneln Brettsperrholz, bestehen jedoch aus drei oder fünf dünnen Brettlagen, die zu vergleichsweise dünnen Platten verleimt sind. Die Mittellage ist oft etwas stärker als die Decklagen. Meist werden Nadelhölzer wie Fichte, Tanne, Kiefer, Douglasie oder Lärche verwendet. Zur Verleimung werden hauptsächlich Melamin-Harnstoff-Formaldehydharze (MUF) verwendet. Dreischichtplatten werden als nicht tragende, teilweise tragende und vor allem als aussteifende Beplankung von Tafelbauwänden, Decken- und Dachkonstruktionen oder als Fassadenbekleidung verwendet. --- ## Brettschichtholz & Balkenschichtholz <div style="float: right;"> <img src="https://i.imgur.com/5fdfCmV.png" alt="Schematische Darstelliung von Brettschichtholz" width="300" />                   *Schematische Darstelliung von Brettschichtholz* *(Quelle: Blumenthal, CC BY 4.0)* </div> **Brettschichtholz** besteht aus mehreren flachseitig faserparallel miteinander verleimten Brettern. In der Länge sind die Bretter mittels Keilzinkungen verbunden. Ähnlich wie beim Brettsperrholz können sehr große Längen und Höhen der Bauteile erzielt werden. Zur Herstellung von Brettschichtholz wird häufig Fichten-, Tannen-, Kiefern-, Lärchen- oder Douglasienholz verwendet, Laubhölzer finden hingegen nur selten Einsatz. Zur Verleimung werden hauptsächlich Melamin-Harnstoff-Formaldehydharze (MUF) verwendet. Weniger in der Flächenklebung, dafür aber umso häufiger in der Verklebung der Keilzinkungen kommt Polyurethan (PU) zum Einsatz. Brettschichtholz wird universell für stabförmige Konstruktionen für weit spannende Tragwerke eingesetzt. Im Gegensatz zu Brettschichtholz besteht **Balkenschichtholz** nicht aus Brettern, sondern aus 2 bis 5 Bohlen oder Kanthölzern, die flachseitig faserparallel miteinander verleimt werden. Häufig werden dazu Balken aufgetrennt und gespiegelt wieder miteinander verklebt, sodass Balkenschichtholz beim Quellen oder Schwinden formstabil bleibt und zu geringerer Rissbildung neigt. Aufgrund der Stabilität wird Balkenschichtholz meist zur Fertigung von Deckenbalken benutzt. --- ## Furniersperrholz & Furnierschichtholz <div style="float: right;"> <img src="https://i.imgur.com/AqpZ50I.jpg" alt="Furniersperrholzplatten in unterschiedlicher Stärke" width="400" />                   *Sperrholzplatten in unterschiedlicher Stärke* *(Quelle: Blumenthal, CC BY 4.0)* </div> Furniersperrholz besteht aus mehreren Lagen Schälfurnier von etwa 3 mm Stärke, deren Faserrichtung lagenweise um 90 Grad verdreht ist. Dadurch entsteht ein sehr formstabiler Plattenwerkstoff. Meist werden Nadelhölzer wie Fichte, Kiefer, Seekiefer oder Douglasie verwendet, es gibt aber auch Furniersperrholz aus Buche. Zur Verleimung werden hauptsächlich Melamin-Harnstoff-Formaldehydharze (MUF) oder Phenol-Formaldeydharze (PF) verwendet. Aufgrund der vielen dünnen Schichten ist der Leimanteil im Vergleich mit Brettsperrholz oder Mehrschichtplatten relativ hoch (etwa 3% Volumenanteil). Furniersperrholz-Platten werden als nicht tragende, teilweise tragende und vor allem als aussteifende Beplankung von Tafelbauwänden, Kasten-, Rippen-, Balkendecken und Dachkonstruktionen verwendet. <img src="https://i.imgur.com/pM4PvDd.jpg" alt="Furniersperrholzplatten in unterschiedlichen Ausführungen" width="800" /> *Sperrholzplatten in unterschiedlichen Ausführungen* *(Quelle: Blumenthal, CC BY 4.0)* **Furnierschichtholz** besteht aus mehreren Lagen Schälfurnier von etwa 3 mm Stärke, die faserparallel miteinander verleimt sind. Hierin ist der Unterschied zum Furniersperrholz zu sehen. Die parallel angeordneten Faserrichtungen erzeugen eine sehr hohe einachsige Tragfähigkeit und aufgrund der hohen Schichtanzahl eine sehr große Homogenität. Die Herstellung von Furnierschichtholz ermöglicht eine optimale Materialausnutzung, insbesondere bei ungeraden Buchenstämmen etc. Vornehmlich werden Nadelhölzer zur Produktion von Furnierschichtholz verwendet, zur Verleimung werden hauptsächlich Melamin-Harnstoff-Formaldehydharze (MUF) oder Phenol-Formaldehydharze (PF) benutzt. Furnierschichtholz wird bereits im Bauwesen lange Zeit als Beplankungsmaterial verwendet, dickere Platten werden als flächige Tragwerksteile im Holzbau eingesetzt. --- ## Holzspanwerkstoffe Zur Herstellung von Spanwerkstoffplatten werden meist Abfallstoffe aus der holzverarbeitenden Industrie genutzt, sodass der Rohstoff Holz annähernd zu hundert Prozent stofflich verwertet werden kann. Je nach Länge der Späne werden Plattenwerkstoffe unterschiedlicher Qualität und für unterschiedliche Anwendungsbereiche hergestellt. Dazu werden meist beleimte Späne zu Platten verpresst. Die **OSB-Platte** (Oriented Strand Boards: Platte aus langen, ausgerichteten Spänen) ist das am häufigsten eingesetzte Spanplattenmaterial (z.B. zur Aussteifung von Tafelbauwänden oder Schalungen), da sie relativ kostengünstig ist. <img src="https://i.imgur.com/Sg3hj1R.jpg" alt="Oriented Strand Boards (OSB)" width="800" /> *Oriented Strand Boards (OSB)* *(Quelle: Blumenthal, CC BY 4.0)* Im Möbelbau oder auch im Ausbau findet die **Spanplatte** häufig Verwendung. Die Späne sind hier kleiner und nicht orientiert, wodurch die Platten weniger stabil sind als OSB. Spanplatten gibt es in unterschiedlicher Ausführung, z.B. beschichtet bzw. furniert, wenn die Platte im Sichtbereich verwendet wird. Je nach Anwendung kann auch Zement als Bindemittel verwendet werden (zementgebundene Spanplatte). <img src="https://i.imgur.com/YsXvkxl.jpg" alt="Beschichtete (links) und unbeschichtete Spanplatte (rechts)" width="800" /> *Beschichtete (links) und unbeschichtete Spanplatte (rechts)* *(Quelle: Blumenthal, CC BY 4.0)* --- ## Holzfaserplatten **Holzfaserplatten** werden aus einzelnen Holzfasern, Faserbündeln oder Faserbruchstücken hergestellt. Diese Fasern werden durch Kochen, Dämpfen, chemisches oder mechanisches Aufschließen oder mit Hilfe von Enzymen meist aus Abfällen der Holzverarbeitung oder aus Restholz gewonnen. Die Platten werden in Nass- oder Trockenverfahren hergestellt. Die Fasern werden meist durch Verfilzen oder durch im Holz enthaltene Bindemittel (Lignin) miteinander verbunden. Die schonende Verpressung ermöglicht einen homogenen Holzwerkstoff. Je nach Herstellungsverfahren und den zugefügten Bindemitteln ergeben sich eine Reihe verschiedener Plattenmaterialien, die überwiegend im Möbelbau oder Gebäudeausbau verwendet werden. Die für den Holzbau wichtigsten Faserplatten sind Mitteldichte Faserplatten (MDF) und Hochdichte Faserplatten (HDF). <img src="https://i.imgur.com/j66omTq.jpg" alt="Beschichtete (links) und unbeschichtete Spanplatte (rechts)" width="800" /> *MDF-Platten (links), beschichtete bzw. gefärbte MDF-Platten (mittig) und MDF-Tischlerplatte (rechts)* *(Quelle: Blumenthal, CC BY 4.0)* --- # Hindernisse bei der Nutzung des Werkstoffs Holz Trotz der vielen positiven Eigenschaften des Rohstoffs Holz und seiner Verwendung als Baustoff, gibt es unterschiedliche Aspekte zu bedenken: --- ## Anfälligkeit von Holz Die bautechnischen als auch dekorativen Eigenschaften von Holz können durch verschiedene Aspekte beeinflusst werden und sollten insofern bedacht werden. Typisch sind Veränderungen der Holzmerkmale durch: :::warning :::spoiler Äste Äste sind ein natürliches Merkmal des Baumstammes. Je nach Einschnittrichtung des Schnittholzproduktes erscheinen sie als runde oder ovale oder Flügeläste. Es wird zwischen gesunden, festverwachsenen oder losen Ästen unterscheiden. ::: :::warning :::spoiler Risse Risse entstehen durch Trennung der Holzfasern in Längsrichtung des Holzes. Trocken- oder Schwindrisse entstehen beim Trocknen des Holzes unter Fasersättigung, wenn durch die Schwindung die Querzugsfestigkeit des Holzes überschritten wird. ::: :::warning :::spoiler Harz Bei Hölzern mit Harzkanälen können sich mit Harz gefüllte Hohlräume zwischen den Jahrringen bzw. im Holzgefüge sog. Harzgallen bilden. ::: :::warning :::spoiler Sonneneinstrahlung Sonnenlicht insbesondere die UV-Strahlung führt zur Braunverfärbung der Holzoberfläche und Harzaustritt bei Hölzern mit Harzkanälen. ::: :::warning :::spoiler Niederschläge Niederschläge führen zur Vergrauung der Holzoberfläche und zu Auswaschung von Holzinhaltsstoffen. Gerbstoffreiche Hölzer wie z.B. Eiche zeigen oxidative Verfärbungen (Eisengerbstoffreaktion) in Verbindung mit Metallen und können diese erodieren. ::: :::warning :::spoiler Klimaschwankungen Jahreszeitlich bedingte Klimaschwankungen führen zu Feuchtewechsel im Außenbereich und führen so zu Rissbildungen, Quell- und Schwindverformungen, Krümmungen und Verdrehungen im Holz. ::: :::warning :::spoiler Schmutz und Mikroorganismen Schmutz und Mikroorganismen führen bei im Außenbereich genutzten Holz zur [:link: Verblauung](https://noe.lko.at/verblautes-holz-ursache-und-auswirkung+2400+2624155) des Holzes und begünstigen den Bewuchs durch Algen, Moose und bei hoher Luftreinheit zu Flechten. Dies beeinflusst z.B. die Rutschigkeit von Terrassenbelägen. ::: :::warning :::spoiler Insektenbefall Durch Insekten bzw. durch deren Larven werden sog. Fraßgänge im Holz hervorgerufen. Kleine Löcher durch Würmer und Käfer sind nicht festigkeitsrelevant. Die großen Fraßgänge von Frischholzinsekten (z.B. Bockkäferarten) mindern die Festigkeit und das Holz wird meist schon im Sägewerk aussortiert. ::: ## Holz als nachhaltiger Baustoff? Insgesamt ist ein leichter Rückgang des weltweiten Waldbestandes über die Jahre zu verzeichnen, wobei dieser in den vergangenen Jahren sich immer weniger deutlich abzeichnet: *Jährliche Änderung des Waldbestandes – weltweit (Food and Agriculture Organization, 2015)* |Durchschnitt|in 1.000 ha|in %| |:---:|:---:|:---:| |2010-2015|-3.308|-0,08| |2005-2010|-3.414|-0,08| |2000-2005|-4.572|-0,11| |1990-2000|-7.267|-0,18| Schon vor fast 300 Jahren definierte Hannß Carl von Carlowitz, dass nicht mehr Holz geerntet werden darf als nachwächst. Dies stellt das Grundprinzip der Nachhaltigkeit dar. Holz kann entsprechend genutzt werden, solange dem Ökosystem Wald kein Schaden zuteil wird. Die gesetzlich verankerte nachhaltige Forstwirtschaft umfasst heute weit mehr als die ursprüngliche Flächennachhaltigkeit. Ökologische und soziale Komponenten werden ebenso berücksichtigt wie der ökonomische Aspekt. Die Dokumentation nachhaltigen Wirtschaftens und die fortlaufende Kontrolle durch unabhängige Dritte hat im Zuge der Globalisierung der Märkte ständig an Bedeutung gewonnen. In Deutschland sind bereits mehr als 70% der Waldfläche (im Vergleich: knapp 8% weltweit und 52% in Europa) gemäß den drei Nachhaltigkeitsprinzipien zertifiziert: Ökologische, ökonomische und soziale Nachhaltigkeit. Ausschlaggebend für das Drei-Säulen-Modell ist der Grundgedanke, dass die an ein Bauwerk gestellten Nachhaltigkeitskriterien sich nicht allein auf die Phase der Errichtung beschränken, sondern ebenso auf die Nutzungsphase sowie die Frage nach der Verwertung der Bausubstanz nach der Nutzungsphase. :::warning Übrigens: Ein natürlicher, also nicht bewirtschafteter Wald ist in etwa klimaneutral, d.h., dass er so gut wie keine Auswirkungen auf die CO~2~-Menge in der Atmosphäre hat. Durch einen systematisch bewirtschafteten Wald kann jedoch eine deutlich höhere Menge an CO~2~ eingespart werden. ::: --- :::info :page_facing_up: Aufgabe Überlegen Sie: Welchen der aufgeführten Holzbaustoffen kommt im Werkunterricht der Grundschule wohl die größte Bedeutung zu und warum? ::: --- # Abschluss ## Wie war das noch? - Übungsfragen <iframe src="https://learningapps.org/watch?v=pqhsqroia21" style="border:0px;width:100%;height:500px" allowfullscreen="true" webkitallowfullscreen="true" mozallowfullscreen="true"></iframe> --- ## Selbsteinschätzung Inwieweit haben Sie die Ziele für diese Einheit erreicht? |Ziele|:smiley:|:confused:|:disappointed:| |---|---|---|---| |Aneignung von Wissen über Wälder|<input type="checkbox">|<input type="checkbox">|<input type="checkbox">| Aneignung von Wissen über verschiedene Arten von Holz|<input type="checkbox">|<input type="checkbox">|<input type="checkbox">| Aneignung von Wissen über Anwendungsbereiche von Holz|<input type="checkbox">|<input type="checkbox">|<input type="checkbox">| |Aneignung von Wissen über Nachhaltigkeit|<input type="checkbox">|<input type="checkbox">|<input type="checkbox">| :::info :mega: Sollte Ihnen ein Ziel zu kurz gekommen sein oder wenn Sie jegliches Feedback oder Kritik haben, nutzen Sie bitte die Kommentarfunktion und geben Sie mir Hinweise zum Überarbeiten. :::