Verfahren für Träger im Bauwesen aus Buchenholz niedriger Qualität

Baukomponenten im konstruktiven Holzbau sind fast ausschließlich aus Fichte, da sie einfach hergestellt werden können.

Doch mit dem Klimawandel wird ihr Bestand zurückgehen. Eine Alternative könnte Buchenholz sein. Der äußere Teil des Stamms ist im Möbel- und Treppenbau von Bedeutung. Der innere Teil, der Kern, findet meist nur als Lagerholz oder als Brennstoff Verwendung. Ändern möchte dies ein Team um Professor Dr.-Ing. Jürgen Graf vom Fachbereich Architektur der TU Kaiserslautern (TUK) und des Laubholzsägewerks Pollmeier Massivholz GmbH & Co.KG. Es entwickelt ein neues Verfahren, mit dessen Hilfe das Buchenholz im Bauwesen für standardisierte Träger und Stützen genutzt werden soll.

Die Carl-Zeiss-Stiftung fördert das Vorhaben mit 75.000 Euro.

Die Bauwirtschaft verursacht 40 Prozent aller weltweiten CO2-Emissionen. Um dies zu ändern, braucht es in den kommenden Jahren unter anderem einen Wandel hin zum Einsatz von ressourcenschonenden und nachhaltigen Materialien. Für diese kreislaufeffektive Bauweise spielt Holz eine große Rolle.

Allerdings sieht es für die Fichte, die beim Bau derzeit meist Verwendung findet und eigentlich ein nordisches Holz ist, aufgrund des Klimawandels nicht gut aus. Die Bestände schrumpfen. Eine Alternative im konstruktiven Holzbau könnte Buchenholz sein, das aktuell mit circa 70 Prozent überwiegend als Brennholz verwendet wird. „Bislang kommt für Schnittholz von Holzbaukomponenten 96 Prozent Nadelholz zum Einsatz, der größte Teil davon stammt von der Fichte“, sagt Professor Dr.-Ing. Jürgen Graf, der im Fachbereich Architektur der TU Kaiserslautern (fatuk) zu Holzarchitektur und Holzwerkstoffen forscht. Das habe mehrere Gründe: „Fichte wächst einfach gerade und ist leicht zu verarbeiten“, fährt er fort. „Buchen wachsen hingegen mit wechselnden und schrägen Triebspitzen mehrseitig krummwüchsig und sind deshalb für die Verwendung als Bauholz forstwirtschaftlich kostspielig zu erziehen.“ Auch trockne das Holz der Buche schwerer und ist aufwändiger zu verarbeiten als Nadelholz. „Die Buche dient meist für den Innenausbau – als Möbelholz oder für Holztreppen“, so der Bauingenieur weiter. Verwendung findet hier der äußere Teil des Stammes. Das Innere, der Kern, wird oft energetisch verwertet. Teilweise wird es niederschwellig auch zur Produktion von Paletten verwendet.

Das Team um Graf beschäftigt sich schon länger mit den Eigenschaften dieses Laubholzes. „Wir haben beispielsweise untersucht, ob der Holzkern eine hohe Tragfähigkeit besitzt, wenn wir ihn als Bretter schneiden; ähnlich wie die guten äußeren Teile für den Möbelbau“, sagt er. „Dabei haben wir festgestellt, dass es sich sehr gut im Bauwesen nutzen lässt, beispielsweise im Steg von I-profilierten Trägern.“

Bei Buchenholz besteht jedoch das Problem, dass es sich beim Trocknen stark verformt – eine Tatsache, die nachteilig ist, wenn man Bretter durch Keilzinkung verbinden will. Hierbei werden die Bretter an ihren Enden durch Zinken zusammengebracht und verklebt. Bei Fichtenholz ist es mit dieser Verbindung zum Beispiel problemlos möglich, Endlosbretter für Träger großer Spannweite zu erzeugen. „Mit Buchenholz geht dies bisher im industriellen Maßstab nicht. Wir haben große Schwierigkeiten, die Tragfähigkeit des Grundmaterials über die Keilzinken hinweg zu gewährleisten“, so der Bauingenieur weiter.

Hier setzt nun das neue Vorhaben an: Dazu arbeitet das Team um Graf eng mit dem Unternehmen Pollmeier Massivholz im thüringischen Creuzburg zusammen. Sie möchten ein neues Verfahren entwickeln, mit dem eine stabile Keilzinkung auch bei Buchenholzträgern möglich ist. „Wir werden aus einzelnen Buchenholzbrettern zunächst einen Brettschichtholzträger, kurz BSH-Träger, kleben. Die einzelnen Bretter haben dabei rund eine Länge von drei Metern“, erläutert Graf die geplante Methode. In seiner Gesamtheit ist der BSH-Träger im Gegensatz zum Einzelbrett dann formstabil. „Im Anschluss soll eine Mechanik zum Einsatz kommen, die solch große Träger zusammenschiebt, um sie über Universalkeilzinken miteinander zu verkleben“, sagt Graf. „Diese Technik wollen wir im industriellen Maßstab im Rahmen des Projekts entwickeln.“

Mit dem neuen Verfahren ließen sich mit Buchenholz Träger und Stützen mit großen Längen realisieren. Sie könnten beispielsweise als Bauelemente bei Gebäuden und Hallentragwerken zum Einsatz kommen. Darüber hinaus erforscht das Team Verbindungselemente, mit denen sich die Träger wieder leicht lösen lassen, um wiederverwendet zu werden und dadurch Ressourcen einzusparen.

Das Projekt „Standardisiertes Holzbauelement im Hallenbau – Ressourceneffizienz mit Buchenholz niedriger Qualität (ResBu)“ wird von der Carl-Zeiss-Stiftung gefördert. Die Arbeiten an der TU Kaiserslautern finden im Forschungsschwerpunkt „t-lab – Holzarchitektur und Holzwerkstoffe“ statt, dessen Sprecher Professor Graf ist. Ingenieure und Architekten arbeiten unter anderem an neuen Bauweisen, -techniken und -strukturen und daran, wie Holz im Bauwesen künftig stärker Verwendung finden kann. Auch neue digitale Techniken und Fertigungsprozesse spielen hierbei eine wichtige Rolle. Die Forschung ist dabei an der Schnittstelle von Architektur, Bauingenieurwesen, Fertigungstechnik und Informatik angesiedelt.

Über die Carl-Zeiss-Stiftung
Die Carl-Zeiss-Stiftung hat sich zum Ziel gesetzt, Freiräume für wissenschaftliche Durchbrüche zu schaffen. Als Partner exzellenter Wissenschaft unterstützt sie sowohl Grundlagenforschung als auch anwendungsorientierte Forschung und Lehre in den MINT-Fachbereichen (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik). 1889 von dem Physiker und Mathematiker Ernst Abbe gegründet, ist die Carl-Zeiss-Stiftung eine der ältesten und größten privaten wissenschaftsfördernden Stiftungen in Deutschland. Sie ist alleinige Eigentümerin der Carl Zeiss AG und SCHOTT AG. Ihre Projekte werden aus den Dividendenausschüttungen der beiden Stiftungsunternehmen finanziert.

Fragen beantwortet:
Prof. Dr.-Ing. Jürgen Graf
Tel.: 0631 205-2758
E-Mail: juergen.graf(at)architektur.uni-kl.de
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