Holzverarbeitung für zwischendurch: Holz

Holz ist der Werkstoff der Holzverarbeitung, das Material. Daneben sind Werkzeuge nötig. Drittens muss man wissen, wie man arbeitet. Man braucht einen Plan, eine Methode. Zuerst also das Material Holz.

Holz ist vielseitig, man kann viele Sachen damit machen. Holz wächst wieder nach. Holz war immer schon ein wichtiges Produkt aus Pflanzen für den Menschen, und das ist es immer noch. Mit Holz hat die menschliche Kultur und Zivilisation angefangen. Alles, was die ersten Menschen gebaut haben, war aus Naturmaterialen wie Holz, Stein, Leder. Damit machten sie Werkzeuge, Häuser, damit haben sie gekocht und gekämpft.

Hier werden die Eigenschaften des Holzes untersucht. Zuerst geht es um den Aufbau und das Wachstum des Holzes (es ist innen hohl), dann kommen die Eigenschaften (es brennt) und schließlich die besonderen Eigenschaften der verschiedenen Holzarten (Buchenholz brennt lang).

Aufbau

• 
  Dunkles Kernholz, helles Splintholz
• 
  Im Kambium entsteht Holz und Rinde

Das Holz eines Baumes besteht aus vielen langen, kleinen Zellen. In denen werden Wasser und Nährstoffe transportiert. Bei einem alten Baum leitet oft nur noch die äußere Schicht das Wasser hinauf, das ist das Splintholz. Das innere Kernholz eines solchen gesunden Baumes ist tot und fest. Es macht den Baum stabiler.

Zwischen Splintholz und Rinde ist das Kambium, eine Wachstumsschicht, die den Baum dicker werden lässt. Sie bildet innen neue Splintholzellen und außen neue Rinde.

• 
  Osmose
• 
  Kapillar­wirkung
• 
  Melanzani­osmose

Das Wasser bewegt sich im Baum in dünnen, langen Röhren, die von Zellen gebildet werden. Wie das genau funktioniert, ist eine Theorie. Ein Baum kann Wasser chemisch bewegen, wie in einer gesalzenen Melanzani (nur nicht mit Salz sondern mit Zucker). Außerdem spielt die Kapillarwirkung eine wichtige Rolle. Die langen Wasserleitungszellen sind ja sehr dünn, und am Ende verdunstet das Wasser im Blatt. Dann wird neues 'angesaugt'.

• 
  Zug und Druck

Chemisch besteht Holz vor allem aus Cellulose und Lignin. Die langen Cellulosemoleküle bilden reißfeste Fasern. Sie halten starken Zug aus, wie ein Seil, wie der Stahl in Stahlbeton. Das Lignin hält starken Druck aus, wie ein Stapel Bücher, wie der Beton in Stahlbeton. Zusammen machen sie das Holz stabil.

Mikroskopisch besteht Holz eben aus Holzzellen. Viele davon sind innen hohl. Sie wachsen im Frühling anders als im Sommer. Im Frühling wachsen größere Zellen mit einer dünneren Wand. Das Frühholz ist dann weich und leicht. Im Spätsommer sind die Zellen schmal, und die Zellwand ist dick. Das Holz ist hart und dunkel. Beide zusammen bilden einen Jahresring, den man am abgeschnittenen Baum leicht sehen kann. Der Baum im Foto oben hat 27 Jahresringe.

Allgemeine Holzeigenschaften

• 
  Schnittebenen
• 
  Richtungen

Beim Fällen (Abschneiden) eines Baumes und bei der folgenden Verarbeitung trocknen die Holzzellen aus. Die Zellen-Hohlräume sind nach der Trocknung mit Luft gefüllt, nicht mehr mit Wasser. Das Holz ist porös und wird beim Trocknen leichter. Holz trocknet aber nicht nur an der Luft, sondern es nimmt in feuchter Umgebung auch wieder Wasser auf. Dabei wird es etwas größer, man nennt das quellen. Bei der Trocknung wird es kleiner, man nennt das schwinden. Für die Arbeit mit dem Holz ist das unangenehm, man muss sich Tricks überlegen, damit das nicht stört oder nicht passiert.

• 
  Spaltbarkeit hängt von der Richtung ab.
• 
  Alte Holz­schindel

Holz hat nicht die gleichen Eigenschaften in allen Richtungen. In axialer Richtung ist das Holz viel stärker belastbar als zum Beispiel in radialer Richtung. Holz ist nur in bestimmte Richtungen spaltbar. Das Quellen und Schwinden ist auch stark von der Richtung abhängig. Holz schrumpft und quillt am stärksten in tangentialer Richtung. Der Kern schwindet weniger als der Rand. Bei großen Holzstücken entstehen dann leicht Risse. Deswegen schneidet man Holz vor dem Trocknen zu Brettern.

Eine wichtige Eigenschaft von Holz ist, dass es in jeder Richtung anders ist. Eine andere Eigenschaft ist die Wasseraufnahme aus der Luft, und die Wasserabgabe an die Luft. Die sind zwar störend, wegen der Bewegung und der Sprünge, aber es ist in einem Zimmer auch angenehm, eben wegen der Luft. Weitere Eigenschaften: Rohes Holz ist ungiftig und biologisch vollständig abbaubar. Durch die kleinen, luftgefüllten Hohlräume ist Holz ein schlechter Wärmeleiter, jedenfalls schlechter als Beton und viel schlechter als Stahl. Das heißt, es isoliert die Wärme und Kälte ganz gut, es fühlt sich warm an. Das ist auch angenehm. Das heißt weiters, es brennt immer langsam von außen nach innen und hält Feuer eine Zeit lang aus. Die Brennbarkeit selbst kann gut oder schlecht sein. Sonnenlicht und Regen beschädigen die Holzoberfläche, sie wird grau. Holz kann von Pilzen, Bakterien oder vom Holzwurm kaputt gemacht werden. Das ist nicht gut. Ein Stück Holz hat gute und weniger gute Stellen, es ist nicht gleichmäßig wie etwa Stahl oder Beton. Das ist auch nicht so praktisch.

Holzarten

• 
  Harz

Weitere Eigenschaften hängen mit der Holzart zusammen. Die wichtigsten Holzarten für Baukonstruktionen sind Fichte, Tanne und Kiefer (=Föhre). Das sind alles helle Nadelhölzer. Sie sind ausreichend fest und wachsen schnell, deshalb sind sie relativ billig. Im Innenausbau von Häusern, z.B. für Treppen und Möbel, sind auch Eiche und Buche beliebt, z.B. für Treppenstufen, die hart sein müssen. Im Außenbereich sind Hölzer besser geeignet, die viel Harz enthalten (Bild), z.B. Lärche. Das Holz ist dann im Regen besser haltbar.

Nadelholzart und Besonderheiten	Dichte / Härte	Verwendung	Preis
Fichte
helles Holz, Kernholz und Splintholz sehen gleich aus	470kg/m³ leicht, weich bis mittelhart	Bauholz für Beton­schalungen und Konstruktionen im Haus	~19€ /m²

Tanne 🎄
helles Holz, Kernholz und Splintholz sehen gleich aus	450kg/m³ leicht, weich	Bauholz für Beton­schalungen und Konstruktionen im Haus	~19€ /m²

Kiefer = Föhre
Kernholz gelblich bis rötlich, Splintholz hell, harzreich (riecht man)	520kg/m³ leicht, weich bis mittelhart	Bauholz für Beton­schalungen und Konstruktionen im Haus, Fenster und Außentüren	~12€ /m²

Lärche
Kernholz braunrot, Splintholz hellgelb, harzreich (riecht man)	590kg/m³ mittelschwer, mittel­hart, hält Regenwetter aus	Treppen und Fußböden, Fenster und Außentüren, Balkone, Brücken	~34€ /m²

Laubholzart und Besonderheiten	Dichte / Härte	Verwendung	Preis
Eiche
Kernholz gelb-braun, Splintholz hell, riecht nach Gerbsäure	750kg/m³ schwer, sehr hart, hält Regenwetter aus	Treppen und Parkettböden, Fenster und Außentüren, Wikingerschiffe, Weinfässer	~53€ /m²

Rotbuche
gelb-rötlich, Kernholz und Splintholz sehen meistens gleich aus	720kg/m³ schwer, hart, starke Schwindung	Treppen und Parkettböden, Möbel	~25€ /m²

Die Dichte in der Tabelle gibt an, wie schwer ein 1×1×1m großer Holzstapel bei einer Feuchtigkeit von etwa 15% ist. Reines Wasser hätte dann eine Dichte von 1000kg/m³, also alle Holzarten in der Tabelle schwimmen auf dem Wasser. Leichte Holzarten sind normalerweise auch weich, denn sie haben große Luftlöcher. Sie sind nämlich schnell gewachsen. Deswegen sind sie auch billig. Eine Fichte wird z.B. mit ca. 100 Jahren gefällt (abgeschnitten), eine gleich große Eiche braucht 140 Jahre.

Ähnlich der Härte ist die Festigkeit. Harte Hölzer sind meistens auch fest (nur manchmal brüchig). Es gibt die Biegefestigkeit, Druckfestigkeit, Zugfestigkeit, Spaltfestigkeit und andere. Sie sind von der Holzart und von der Holzrichtung abhängig. Druck- und Zugfestigkeit in axialer Richtung ist viel größer als in radialer Richtung, also quer zur Faser. Auch die Spaltfestigkeit hängt von der Holzsorte und Holzrichtung ab. Wenig spaltfest sind z.B. Eichen. Schrauben am Rand eines Bretts muss man vorbohren. Schwere Hölzer brennen klarerweise länger als leichte.

Weitere Eigenschaften sind die Elastizität und die Biegsamkeit. Ein Lattenrost unter der Matratze im Bett ist aus einem elastischen Holz. Manche Hölzer sind leicht biegsam, z.B. die Außenbretter von einem Ruderboot. Auch die Haltbarkeit hängt von der Holzart ab. Lärche, Eiche und Kiefer, die alle viel Harz haben, sind auch im Regen relativ haltbar. Das Kernholz der Eiche ist besonders robust gegen Insekten und gegen feindliche Pilze. Die Baumarten in der Tabelle wachsen im Wald relativ gerade und haben einen langen, relativ astfreien Stamm. Das ist eine gute Eigenschaft für die Weiterverarbeitung.

• 
  Hirnholz­seite (beschriftet)

Die Eigenschaften von Holz allgemein und die Eigenschaften der einzelnen Holzarten sind wichtig für die richtige Verwendung. Für eine Konstruktion muss man zuerst wissen, was jeder Teil aushalten muss und in welche Richtung. Danach muss man sich überlegen, welchen Werkstoff man nimmt und wie man ihn einbaut. Auch wenn man einfach eine Schraube in die axiale Richtung schrauben will, also ins Hirnholz, muss man wissen, dass man vorbohren muss. Die Eigenschaft in dieser Richtung ist nämlich: leicht spaltbar.