Anisotropie Holz

Bei einer Holzanisotropie verläuft der Wachstumsprozess eines Baumes anders als erwartet.

Ein Werkstoff verhält sich anisotrop, wenn seine mechanischen, chemischen und physikalischen Eigenschaften richtungsabhängig sind. Holz ist anisotrop. Seine Festigkeit und sein Dehnverhalten sind quer oder parallel zur Faserrichtung unterschiedlich. Die Anisotropie von Holz beschreibt die Abhängigkeit der Holzeigenschaften von seinen anatomisch gewachsenen Hauptrichtungen.

Holzanisotropie und deren Besonderheiten

Eine natürliche Zellorientierung von Holz ist inhomogen. Schreiner beachten die Schnittrichtung bei der Bearbeitung des Rohstoffs genau. Außerdem unterscheiden sie zwischen der Querrichtung, auch Hirnschnitt genannt, und der Längsrichtung. Zudem spielen der Tangential- und der Radialschnitt eine Rolle. Die Anisotropie beeinflusst besonders die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs Holz.

Die Hauptrichtungen in der Holzanisotropie

Der Begriff Holzanisotropie beschreibt die Richtungs-Abhängigkeit der Eigenschaften im Holz als Werkstoff. Zimmerer, Tischler und Schreiner unterscheiden bei Holz zwischen drei anatomischen Hauptrichtungen. Diese sind wuchsbedingt und haben großen Einfluss auf:

• Das Schwind- und Quellverhalten von Holz.
• Die mechanischen Merkmale von Holz.
• Die elektrische und akustische Leitfähigkeit des Holzes.

Die Eigenschaften von verschiedenen Holzarten

Holz ist ein auf natürlichem Weg gewachsener organischer Rohstoff. Die Vielfalt der Holzarten unterscheidet sich auch hinsichtlich der Eigenschaften innerhalb derselben Sorte. Desweiteren sind die Einflussfaktoren auf die Struktur, und dadurch auf die Eigenschaften von Holz, vielfältig. Diese sind abhängig von folgenden Faktoren:

• Der Baumart.
• Dem Standort.
• Dem Alter eines Baumes.
• Den Wuchsbedingungen.
• Der Vorgeschichte eines Baumes.

Holzanisotropie in Bezug auf die Festigkeit des Holzes

Die Festigkeit stellt allgemein die Grenzspannung dar, bei der ein Körper unter Belastung bricht. Abhängig von der Krafteinleitung sind verschiedene Festigkeiten angegeben:

• Torsionsfestigkeit.
• Druckfestigkeit.
• Biegefestigkeit.
• Scherfestigkeit.
• Zugfestigkeit.

In der Faserrichtung des Holzes ist die Festigkeit stärker als senkrecht zu den Fasern. Vorsicht bei steigenden Temperaturen und abnehmender Holzfeuchte. In diesen Fällen nimmt die Festigkeit im Holz ab.

Holzanisotropie in Bezug auf elastische Eigenschaften von Holz

Elastizität bezeichnet die Eigenschaft eines Körpers, Verformungen durch äußere Kräfte entgegenzuwirken. Daher gibt es unterschiedlich elastische Holzsorten. Genauso entscheidend sind die anatomischen Hauptrichtungen des Holzes. Laub- und Nadelhölzern verformen sich unterschiedlich stark. Das Laubholz ist schwerer, härter und fester. Dadurch verformt es nicht so schnell wie Nadelholz. Zimmerer setzen es daher gerne im Möbelbereich ein.

Holzanisotropie in Bezug auf die Wasseraufnahme von Holz

Holz nimmt Wasser auf und gibt es wieder ab. Somit ist es ein hygroskopisches Material.
Die Holzfeuchte bestimmt die Eigenschaften des Werkstoffes stark. Holz nimmt flüssiges Wasser auf. Die Wasseraufnahme in Faserrichtung läuft schneller ab als eine, die senkrecht zu der Faserrichtung verläuft.

Holzanisotropie in Bezug auf Wuchsfehler bei Holz

Typische Wuchsmerkmale betreffen die Faserlänge oder Rohdichte. Es gibt auch Fehler im Holz, die die Anisotropie beeinflussen. Die Ausprägung von Wuchsfehlern steht im direkten Verhältnis zum Wert des Werkmaterials. Mögliche Holzfehler sind:

• Das Reaktionsholz: welches sich aufgrund äußerer Einflüsse bildet. Es besteht aus einem anomalen und halbring-förmigen Holzgewebe.
• Eine Faser-Abweichung, die ebenfalls wegen der abweichenden Holzgewebe-Struktur den Wert des Rohstoffes senken.
• Ein exzentrischer Wuchs bei Bäumen, der einen ebenmäßigen, runden Stamm verhindert.

Verfahren zur Verringerung der Holzanisotropie

Die Anisotropie wirkt sich auf die mechanischen Eigenschaften und die Verarbeitbarkeit des Werkstoffes aus. Daher ist es wichtig, die Anisotropie zu verstehen und gezielt zu reduzieren. In der Industrie werden unterschiedliche Verfahren zur Verringerung der Anisotropie eingesetzt:

• Querverleimung: Durch die Verleimung von Holzstäben oder -platten in Querrichtung ist es möglich, die Holzanisotropie zu reduzieren.
• Pressen: Das Pressen von Holzstäben oder -platten in einer bestimmten Richtung reduziert die Anisotropie des Holzes.
• Lamination: Holzplatten werden in unterschiedlichen Richtungen aufeinandergestapelt.
  Schleifen: Das Holz wird in einer bestimmten Richtung geschliffen.
• Trocknen: Die Holzanisotropie reduziert sich durch Trocken-Prozesse und trägt zur Stabilisierung bei.
• Epoxidharzverstärkung: Epoxidharz wird auf die Oberfläche von Holz aufgetragen.

Messmethoden zur Bestimmung von Holzanisotropie

Die Bestimmung der Anisotropie im Holz ist von großer Bedeutung für die optimale Verarbeitung. Durch das Verstehen der Eigenschaften des Werkstoffs sind stabilere Produkte möglich. Es gibt verschiedene Messmethoden, die vor allem in der Industrie Anwendung finden:

• Optische Mikroskopie.
• Schallgeschwindigkeitsmessungen.
• Werkstoffprüfungen.
• Nondestructive Methoden (z.B. Röntgen).