Holz

Verschiedene Holzarten: Kiefer, Rotbuche, Ahorn, Eiche, Schwedische Birke, Vogelaugenahorn, Zebrano, Afrikanischer Rosenholz, Gabun-Mahagoni (Okoumé), Französische Walnussbaum (Echte Walnuss), Rio-Palisander, Makassar-Ebenholz

Schematischer Holzquerschnitt: 0 Mark, 1 Jahresringgrenze, 2 Harzkanäle, 3 primäre Holzstrahlen, 4 sekundäre Holzstrahlen, 5 Kambium, 6 Holzstrahlen des Bastes, 7 Korkkambium, 8 Bast, 9 Borke

Als Holz [hɔlt͡s] wird im allgemeinen Sprachgebrauch das harte Gewebe der Sprossachsen (also Stamm, Äste und Zweige) von Bäumen und Sträuchern bezeichnet. Botanisch ist Holz als das vom Kambium erzeugte sekundäre Xylem der Samenpflanzen definiert.^[1] Bis in die erste Hälfte des 19. Jahrhunderts war Holz der bedeutendste Energieträger für Gewerbe, Industrie und Haushalt.^[2] Heute wird Holz z. B. für die Energiegewinnung, für die Möbelherstellung oder als Naturbaustoff für Häuser oder Inneneinrichtung verwendet. Als Sammelbezeichnung für unterschiedliche Holzarten gibt es z. B. Nadelholz, Laubholz, Tropenholz, Eisenholz und Edelholz.

Man unterscheidet in der Biologie zwischen primärem und sekundärem Holz. Das primäre Holz ist nur in der Nähe der Vegetationspunkte (Apikalmeristem) angelegt und besteht aus wasserleitendem Gewebe (Protoxylem und Metaxylem). Das sekundäre Holz entsteht während des sekundären Dickenwachstums und erfüllt Wasserleitungs- (Leitungsgewebe), Festigungs- (Festigungsgewebe) und Speicherfunktionen.^[3]

Bei Bäumen wird zwischen Laubbäumen und Nadelbäumen unterschieden. Laubbäume haben Blätter, also Laub. Nadelbäume haben hingegen Nadeln. Entwicklungsgeschichtlich sind Nadelhölzer älter als Laubhölzer. Nadelhölzer haben einen einfacheren anatomischen Zellaufbau und besitzen nur zwei Zellarten (Tracheiden und Parenchymzellen). Die größere Bedeutung haben die Tracheiden. Sie sind sowohl für den Safttransport als auch die Festigkeit zuständig.^[4] Laubhölzer sind in drei funktionale Gruppen eingeteilt (Leitgewebe, Stütz- oder Festigungsgewebe, Speichergewebe).^[5]

Chemische Zusammensetzung

Die elementare Zusammensetzung des Holzes in den Ästen, Wurzeln oder dem Stamm eines Baumes ist nahezu immer gleich. Sowohl bei Laubbäumen als auch Nadelbäumen.

Kohlenstoff: zwischen 48 und 50 %
Sauerstoff: zwischen 43 und 45 %
Wasserstoff: zwischen 5 und 6 %
Stickstoff: zwischen 0,026 und 0,04 %^[6]

Bestandteile

Hauptbestandteile

Die elementare Zusammensetzung des Holzes ist nahezu immer gleich, Hölzer unterscheiden sich aber in der Zusammensetzung ihrer Haupt- und Nebenbestandteile. Die Zellen des Holzes bestehen aus den drei Substanzen Cellulose, Hemicellulose und Lignin. Deren Anteil ist bei jeder Holzart unterschiedlich verteilt. Laubhölzer enthalten beispielsweise generell weniger Lignin als Nadelhölzer. Die drei Hauptbestandteile des Holzes bilden ein natürliches Verbundmaterial. Cellulose sorgt für Stabilität, Hemicellulose und Lignin sorgen für die Festigung – die sogenannte Verholzung. Lignin spielt ebenso bei der Abwehr von Schädlingen eine wichtige Rolle.

Cellulose: zwischen 40% und 60 %
Hemicellulose: zwischen 15% und 20 %
Lignin: zwischen 15% und 40 %^[6]

Nebenbestandteile

Bei den Nebenbestandteilen des Holzes wird zwischen Extraktstoffen (Harze, Terpene Fette, Wachse und Farbstoffe) und der Asche (nicht verbrennbaren Bestandteilen des Holzes wie Kalium, Natrium, Magnesium, Phosphor und Eisenoxid) unterschieden. Die Extraktstoffe haben einen deutlichen Einfluss auf die chemischen und mechanisch-physikalischen Eigenschaften des Holzes. Die organischen Bestandteile wie Harze, Fette, Öle und Gerbsäuren sind für den typischen Geruch der verschiedenen Holzarten verantwortlich. Gerbstoffe dienen dem Schutz vor Pilzbefall. Laubhölzer enthalten mehr Gerbstoffe als Nadelhölzer.

Extraktstoffe: zwischen 2% und 7 %
Asche: zwischen 0,2% und 0,6 %^[6]

Eigenschaften

Die Eigenschaften des Holzes sind durch seine organische Natur, seine Porosität, seine Anisotropie und seine Hygroskopizität geprägt. Holzeigenschaften sind grundsätzlich artspezifisch, variieren aber auch innerhalb einer Art bedingt durch die Herkunft des Holzes. Splintholz und Kernholz unterscheiden sich nur in Bezug auf Permeabilität und Dauerhaftigkeit, aber nicht in ihren technologischen Eigenschaften.^[7]

Hygroskopische Eigenschaften

Die hygroskopischen Eigenschaften von Holz bewirkt seine vergleichsweise geringe Dimensionsstabilität bei wechselnder Umgebungsfeuchte. Die Holzfeuchtigkeit gleicht sich naturgemäß dem Umgebungsklima an. Einige Holzarten, wie z. B. Teakholz haben aufgrund der Einlagerung hydrophober Substanzen ein geringes Schwindmaß. Ein technisches Verfahren zur Verminderung der Hygroskopie ist die Holzmodifikation.^[7]

Dichte und elastomechanische Eigenschaften

Die Rohdichte des Holzes schwankt mit der Holzfeuchte. Das Landungsgewicht von frischem Eichenholz liegt bei um 1000 kg/m³, im getrockneten Zustand (12 % Holzfeuchte) bei 670 kg/m³. Die Rohdichte gilt als Schlüsselvariable für die meisten technologischen Holzeigenschaften. Daher werden Dichtemessungen durch Bohrwiderstandsmessung häufig zur Prüfung der Holzgüte eingesetzt. Im Gegensatz zur Rohdichte ist die Reindichte der darrtrockenen, hölzernen Zellwand weitgehend unabhängig von der Holzart und liegt bei 1,5 g/cm³. Holz ist ein viskoelastischer Werkstoff und seine elastomechanischen Eigenschaften unterliegen daher dem Zeiteinfluss. Dichte, Belastungsrichtung, die Struktur des Holzes, seine Vorgeschichte und die Holzfeuchte beeinflussen die elastomechanischen Eigenschaften. Die Zugfestigkeit des Holzes hat den höchsten Wert der Festigkeiten des Holzes. Die Druckfestigkeit erreicht etwa 50 % der Zugfestigkeitswerte. Die Scherfestigkeit (Schubfestigkeit) erreicht sogar nur etwa 10 % der Zugfestigkeitswerte. Die Zugfestigkeit von Stahl ist zwar 5–6 mal höher als die Zugfestigkeit von Bauholz, letzteres ist aber etwa 16 mal leichter. Holz zeichnet sich daher durch sein günstiges Verhältnis von Festigkeit und Gewicht aus.^[7]

Akustische Eigenschaften

Die Schallgeschwindigkeit erreicht in Holz faserparallel Werte von 4000 bis 6000 m/s, quer zur Faser nur 400 bis 2000 m/s. Einflussparameter sind Dichte, Elastizität, Faserlänge, Faserwinkel, Holzfeuchte und Holzfehler wie Äste oder Risse.^[7]

Thermische Eigenschaften

Holz ist aufgrund seiner Porosität ein schlechter Wärmeleiter. Daher eignet sich Holz sehr gut als Wärmedämmung, z. B. beim Bau von Gebäuden. Zum Beispiel hat Fichtenholz eine Wärmeleitfähigkeit von 0,22 W/mK. Zum Vergleich hat Beton eine Wärmeleitfähigkeit von 0,69 W/mK) und Spanplatten, die teilweise aus Holz bestehen, haben eine Wärmeleitfähigkeit von 0,14 W/mK. Die nötige Wärmekapazität um 1 kg eines Materials zu erwärmen, ist bei Holz etwa 4 mal größer als bei Eisen. Die Wärmedehnung kann bei Holz in der Praxis vernachlässigt werden, da sie durch das Schwindverhalten infolge Trocknung überkompensiert wird. Die thermische Zersetzung von Holz setzt bei Temperaturen über 105 °C ein. Ab 200 °C beschleunigt sich die thermische Zersetzung stark. Der Höhepunkt der thermischen Zersetzung von Holz liegt bei 275 °C. Ein thermischer Holzabbau findet bei längerer Exposition schon bei Temperaturen unter 100 °C statt. Der Flammpunkt von Holz liegt zwischen 200 und 275 °C. Bei Abwesenheit von Sauerstoff kommt es zur Pyrolyse.^[7]

Optische Eigenschaften

Die Farbe und Struktur des Holzes werden als ästhetisch ansprechend empfunden. Holzfehler können diesen Eindruck jedoch trüben. Infolge der Wirkung des ultravioletten Lichts dunkelt Holz nach. Über einen langen Zeitraum schädigt Ultraviolettstrahlung das Holz sogar oberflächlich. Dabei wird vor allem das Lignin denaturiert und abgebaut.^[7]

Biologische Eigenschaften

Holz ist biologisch abbaubar. Dadurch ist Holz aber anfällig gegenüber biotischen Schädlingen. Schädlinge wie Insekten, Pilze oder Bakterie greifen Holz an und können es stellenweise zerstören. Der biotische Holzabbau lässt sich weitgehend durch konstruktiven Holzschutz vermeiden oder vermindern.^[7] Bei einem Baum kann durch die Larven holzzerstörender Insekten wie dem Hausbock, Nagekäfer oder Borkenkäfer der ganze Baum sogar absterben.

Normen und Standards

DIN 68364:2003-05: Kennwerte von Holzarten – Rohdichte, Elastizitätsmodul und Festigkeiten^[8]
DIN 4074-1:2012-06: Sortierung von Holz nach der Tragfähigkeit - Teil 1: Nadelschnittholz^[9]
DIN 4074-2:2021-01: Sortierung von Holz nach der Tragfähigkeit - Teil 2: Baurundholz (Nadelholz)^[10]
DIN 4074-3:2008-12: Sortierung von Holz nach der Tragfähigkeit - Teil 3: Apparate zur Unterstützung der visuellen Sortierung von Schnittholz; Anforderungen und Prüfung^[11]
DIN 4074-4:2008-12: Sortierung von Holz nach der Tragfähigkeit - Teil 4: Nachweis der Eignung zur apparativ unterstützten Schnittholzsortierung^[12]
DIN 4074-5:2008-12: Sortierung von Holz nach der Tragfähigkeit - Teil 5: Laubschnittholz^[13]
DIN EN 13556:2003-10: Rund- und Schnittholz - Nomenklatur der in Europa verwendeten Handelshölzer^[14]
DIN EN 350:2016-12: Dauerhaftigkeit von Holz und Holzprodukten - Prüfung und Klassifizierung der Dauerhaftigkeit von Holz und Holzprodukten gegen biologischen Angriff^[15]

Literatur

1978: Kleines Holzlexikon, Klaus-Günther Dahms, 120 Seiten, Wegra-Verlagsgesellschaft, 2. Auflage, ISBN 978-3921546031
1982: Holzkunde: Band 1: Mikroskopie und Makroskopie des Holzes, Hans Heinrich Bosshard, 224 Seiten, Birkhäuser, 2. Auflage, ISBN 978-3764313289
1984: Holzkunde: Band 2: Zur Biologie, Physik und Chemie des Holzes, 312 Seiten, Birkhäuser, 2. Auflage, ISBN 978-3764313777
1984: Holzkunde: Band 3: Aspekte der Holzbearbeitung und Holzverwertung, Hans Heinrich Bosshard, 286 Seiten, Birkhäuser, 2. Auflage, ISBN 978-3764313784
1994: Physical and Related Properties of 145 Timbers: Information for practice, Jan F. Rijsjdijk und Peter B. Laming, 380 Seiten, Springer Science+Business Media, ISBN 978-0792328759 (Englisch)
2003: Die Hölzer Mitteleuropas: Ein mikrophotographischer Lehratlas, Dietger Grosser, 217 Seiten, Verlag Norbert Kessel, 2. Auflage, ISBN 978-3935638227
2005: Holz: Das fünfte Element, Anselm Spring und Maximilian Glas, 192 Seiten, Frederking & Thaler, ISBN 978-3894055233
2010: Holzlexikon - 1440 Seiten, 15700 Stichwörter, 2050 Abbildungen, Ulf Lohmann, 1440 Seiten, Nikol, 4. Auflage, ISBN 978-3868200867
2017: Holzphysik: Physik des Holzes und der Holzwerkstoffe, 580 Seiten, München: Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, ISBN 978-3446445260
2018: Holz: Wie ein Naturstoff Geschichte schreibt, Joachim Radkau, 352 Seiten, oekom verlag, ISBN 978-3962380687
2020: Holzführer: Einheimische Holzarten mit Makroaufnahmen. Detailfotos von Blüten, Blättern, Früchten, Knospen und Rinden, Jean-Denis Godet, 128 Seiten, Verlag Eugen Ulmer, 2. Auflage, ISBN 978-3800184385
2021: Holz erkennen und benutzen: Das Nachschlagewerk für die Praxis - Über 200 Holzarten und ihre Verwendung, Terry Porter, 288 Seiten, Vincentz Network, korrigerter Nachdruck, ISBN 978-3866309500
2021: Holzatlas, Rudi Wagenführ und André Wagenführ, 928 Seiten, Carl Hanser Verlag, 7. vollständig überarbeitete Auflage, ISBN 978-3446468382

Weblinks

Quellen

[1] Studyflix | Kambium • Dickenwachstum, faszikuläres Kambium

[2] Historisches Lexikon der Schweiz (HLS) - Schweizer Geschichte | Holzwirtschaft

[3] Spektrum.de | Holz - Lexikon der Biologie

[4] Nadelholz | Holzwurm-page, Holz mit Know How

[5] Schreiner-Seiten.de - Holzlexikon

[fnrholz-6] 6,0 ^6,1 ^6,2 Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. | Themenportal Holz - Eigenschaften und Aufbau

[chemiede-7] 7,0 ^7,1 ^7,2 ^7,3 ^7,4 ^7,5 ^7,6 chemie.de - Holz

[8] DIN 68364 - 2003-05 - Beuth.de

[9] DIN 4074-1 - 2012-06 - Beuth.de

[10] DIN 4074-2 - 2021-01 - Beuth.de

[11] DIN 4074-3 - 2008-12 - Beuth.de

[12] DIN 4074-4 - 2008-12 - Beuth.de

[13] DIN 4074-5 - 2008-12 - Beuth.de

[14] DIN EN 13556 - 2003-10 - Beuth.de

[15] DIN EN 350 - 2016-12 - Beuth.de

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]