Holzbewehrtes Holz vor der Markteinführung

Holzbewehrtes Holz verbindet die bewährten Eigenschaften von Nadel-Brettschichtholz mit einer gezielten Verstärkung durch Laubholzfurniere – der sogenannten „Superlamelle“. Hierfür wurden jetzt wirtschaftliche und digital gestützte Produktionsprozesse entwickelt. Die Ergebnisse zeigen neue Marktchancen für den Holzbau und ermöglichen eine Steigerung der Tragfähigkeit und Robustheit von Holzbauteilen – insbesondere bei konstruktiven Schwachstellen wie Durchbrüchen oder Anschlüssen.

Kern des holzbewehrten Holzes ist die „Superlamelle“. Dieses Bild zeigt, wie die Furniere in der Forschungswerkstatt der TU München verpresst werden
Foto: Niklas Kainz, TUM

Die Entwicklung des Brettschichtholzes (BSH) Anfang des 20. Jahrhunderts war ein Meilenstein für den modernen Holzbau, da durch das Verleimen mehrerer Holzschichten deutlich größere und belastbarere Bauteile möglich wurden. Doch trotz seiner hohen Tragfähigkeit und Formstabilität weist BSH durch die Verwendung von Nadelholz materialtypische Schwächen auf – insbesondere bei Beanspruchungen quer zur Faser.

Brettschichtholz und hochfeste ­Furnierlagen kombiniert

Vor diesem Hintergrund wurde Anfang der 2020er Jahre am Lehrstuhl für Holzbau und Baukonstruktion der Technischen Universität München das Konzept des holzbewehrten Holzes (HBH) entwickelt. In einem ersten Forschungsvorhaben konnten die grundlegenden mechanischen Eigenschaften untersucht und nachgewiesen werden, dass sich durch die Kombination von Brettschichtholz mit hochfesten Furnierlagen die Tragfähigkeit in kritischen Bereichen deutlich steigern lässt. Im nun abgeschlossenen Forschungsvorhaben „HBH Teil 2“ lag der Fokus auf der Weiterentwicklung des Konzepts hin zu einer wirtschaftlichen Herstellung sowie der Vorbereitung der praktischen Anwendung.

„Superlamelle“ als Schlüssel zur höheren Tragfähigkeit

Kern des HBH-Konzepts ist die sogenannte „Superlamelle“ aus Furnierschichtholz. Sie wird gezielt in den Querschnitt inte-griert und trägt dazu bei, die je nach Richtung unterschiedlichen Festigkeiten – also die sogenannten anisotropen Materialeigenschaften des Holzes – auszugleichen.

So entsteht ein stabförmiges Holzprodukt mit deutlich verbesserter Tragfähigkeit und Robustheit, das insbesondere eine Alternative zur Verstärkung von Holzkonstruktionen mit speziellen Geometrien ist, etwa bei Satteldachträgern oder Trägern mit Durchbrüchen. Außerdem bietet es Laststeigerungspotenzial bei einer Vielzahl von Anschlusssituationen wie biegesteifen Stößen oder Hirnholzverbindungen.

Getrennte Produktion – gemeinsam stabiler

Stirnansicht eines Trägers aus holzbewehrtem Holz (HBH): In der Mitte des Holzbauelements ist die integrierte Furnierbewehrung, die sogenannte „Superlamelle“, zu erkennen. Sie trägt zur Steigerung der Biege- und Zugfestigkeit bei
Foto: Niklas Kainz, TUM

Ein zentrales Ergebnis des Projekts ist ein Produktionskonzept, bei dem die Herstellung von „Superlamellen“ und Gesamtbauteil voneinander getrennt wird. Diese Aufteilung ermöglicht eine flexible Fertigung und führt zu Zeitersparnis. Zugleich eröffnet sie neue Marktchancen für kleine und mittelständische Unternehmen: Während die „Superlamellen“ beispielsweise bei Furnier- oder Sperrholzherstellern produziert werden können, erfolgt die Weiterverarbeitung zu holzbewehrtem Holz etwa in Zimmereien mit etablierten Verfahren wie der Blockverklebung.

Ein Furnierschichtholz-Produzent (FSH) stellt die Furnierebene her, macht den Abbund der Platten und versendet diese an Produzenten von Brettschichtholz und holzbewehrtem Holz. Letztere fertigen wie gewohnt BSH-Träger und verarbeiten die Furnierebene zusätzlich zu einer „Superlamelle“ (Zuschnitt, Hobeln, Fräsen von Plattenverstößen). Anschließend erfolgt die Verklebung mit dem BSH mittels Blockverklebung zu HBH.

Digitale Fertigung und Materialwahl

Ein weiterer Schwerpunkt lag auf der Entwicklung digital gestützter Fertigungsansätze. Durch robotergestützte Verfahren und digitale Planung können ­„Superlamellen“ künftig anforderungsgerecht ­ausgelegt und mit entsprechend angepasster Leistungsfähigkeit hergestellt werden.

Hierfür wurden verschiedene Produktionsmethoden untersucht, darunter das robotergestützte Ablegen von Furnierstreifen, der CNC-Zuschnitt individueller Furniersegmente sowie segmentierte ­Fertigungskonzepte. Als besonders geeignetes Material für die Furniere wurde die Buche aufgrund ihrer hohen Festigkeit und guten Verfügbarkeit identifiziert. Für die Verklebung haben sich insbesondere PRF- und MUF-Klebstoffe bewährt.

Perspektiven für die Praxis

Die Ergebnisse des Projekts zeigen, dass HBH eine leistungsfähige und wirtschaftlich herstellbare Weiterentwicklung des Brettschichtholzes ist. Eine Anwendung ist bereits heute möglich, beispielsweise im Rahmen von Pilotprojekten mit Zustimmungen im Einzelfall. Damit wurde ein entscheidender Schritt zur praktischen Umsetzung und Markteinführung dieses neuen Holzbauprodukts erreicht.

Hintergrund

Das Vorhaben wurde vom Bundesministerium für Landwirtschaft, Ernährung und Heimat über den Projektträger Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. gefördert. Der Abschlussbericht steht unter  www.fnr.de unter dem Förderkennzeichen „2221HV076X“ zur Verfügung.