Formholzprofile

Der nachwachsende Rohstoff Holz besitzt einen hohen Stellenwert nicht nur als Ausbauwerkstoff, sondern auch als konstruktives Material. Holz ist ein leichtes und tragfähiges Material, verfügt jedoch als Naturprodukt nicht über durchgängige Materialeigenschaften. Die Tragfähigkeit eines Profils ist stark von seinem Querschnitt und dem daraus resultierenden Flächenmoment abhängig. Die konstruktiv verwendbaren Querschnitte von Vollholz resultieren aus der natürlichen Wuchsform des Baumes.

Eine geschickte Sägetechnik, die den Stammquerschnitt effektiv ausnutzt, beeinflusst so die Rentabilität von Vollholz. Möglichst gerade, hochgewachsene und homogene Sorten wie etwa Fichte eignen sich besser für die Verwertung als beispielsweise Laubholzarten wie die astreiche Eiche oder Buche. Dies führt in der Wiederaufforstung zu einem einseitigem Anbau der Holzsorten. Darüber hinaus fällt beim Her-aussägen der Querschnitte viel Spanmaterial als Verlust an. Rechteckige Vollholzquerschnitte wie etwa Kantholz haben einen strukturellen Nachteil in der Effektivität des tragenden Querschnittes im Vergleich mit technischen Profilquerschnitten wie Rohren oder T-Trägern.

Die Fakultät für Bauingenieurwesen an der technischen Universität Dresden hat für diese Problemstellung einen interessanten Lösungsansatz entwickelt. Am Lehrstuhl von Professor Dr. Ing. Peer Haller wird Holz zu konstruktiv effizienten Profilen geformt. Diese sogenannten Formholzprofile zeichnen sich durch einen Querschnitt aus, der weder in Längs- noch in Querrichtung durch die Abmessungen des Baumes begrenzt ist. Die Profile weisen ein hohes Flächenmoment und somit eine verbesserte Tragfähigkeit auf und können in großen Mengen kostengünstig produziert werden.

Die neue, patentierte Technologie arbeitet mit der materialeigenen Zellstruktur. Holz besitzt ein großes Porenvolumen, das unter Hitze und Druck ähnlich wie Schaumstoff reagiert. Die Poren lassen sich zunächst durch Stauchen verdichten, wodurch Verformungsreserven geschaffen werden, die beim darauf folgenden Biegen des Materials das Reißen verhindern. Zunächst wird bei diesem Verfahren Laub- oder Nadelholz bei rund 140 ºC durch Pressen senkrecht zur Faserrichtung auf etwa die Hälfte seines Volumens verdichtet. Hierdurch falten sich die Holzzellen in Ihrer Struktur auf und der Werkstoff bekommt ein hohes elastisches Potential für weitere Umformungen.

Mehrere verdichtete Holzstücke werden zu einer Platte verleimt und können durch erneute Wärmezufuhr und Druck gebogen, gewickelt oder gerollt werden. Durch diesen zweiten Erhitzungsprozess beginnt das in den Zellen enthaltene Lignin zu plastifizieren und das Holz bleibt nach dem Abkühlen in seiner neuen Form fixiert.

Durch dieses wirtschaftliche Verfahren entstehen Querschnitte, die sich durch eine hohe Materialeffizienz auszeichnen. Selbst minderwertige Holzqualitäten können aufgewertet werden. Anwenden lassen sich die Formhölzer im Innenausbau oder Möbelbau, als röhrenförmige Behälter, sowie als Stützen in tragenden Funktionen. Vorverdichtete Hirnholzplatten können sogar zu zweiachsig gekrümmten Platten verformt werden. Es wäre denkbar, diese im Automobilinnenraum als Leichtbaualternative zu Druckgussteilen einzusetzen.

Formholzrohre lassen sich darüber hinaus durch Oberflächenbehandlungen oder Kombinationen mit technischen Textilien noch weiter verstärken oder witterungsbeständiger gestalten. Möglich sind Umkleidungen mit Glasfasergeweben, Kohlefasergeweben oder Aramidgeweben, die nicht nur eine vollflächige Bewehrung, sondern zusätzlich einen wirksamen konstruktiven Witterungsschutz bilden.

Die Formholz-Technologie nutzt geschickt die strukturellen Vorteile der Mikrostruktur des nachwachsenden Rohstoffes und erschließt so ein traditionelles Material für neue, gleichermaßen konstruktiv und wirtschaftlich interessante Anwendungen.

Christiane Sauer