Holz in stabilisierter Form

Das von der Deutschen Gesellschaft für Holzforschung (DGfH) in Auftrag gegebene und vom Bayrischen Wirtschaftsministerium geförderte Forschungsvorhaben will neue Ansätze für die Konstruktion von Fenstern und Fassaden aus Holz vermitteln. Das Vorhaben wird zum Jahresende abgeschlossen, so dass danach mit weiteren Ergebnissen gerechnet werden kann.

Trotz eines großen Interesses an Fenstern aus Holz ist die Kaufbereitschaft weiter rückläufig. Umfrageergebnissen zur Folge, lässt sich diese Feststellung auf einen Nenner bringen: Der Bauherr und der Nutzer wünschen zwar Holz, scheuen aber die mit der Nutzung verbundenen Probleme.

Eine Schwachstellenanalyse bringt uns schnell auf den richtigen Weg und zu dem notwendigen Ansatz zur Verbesserung der Holz-Akzeptanz für Fenster und Fassaden: Es geht um die Oberflächenbeschichtung. Bei näherer Betrachtung erkennt man schnell, dass Feuchteeinwirkungen die Grundursache allen Übels ist und die Schadensentwicklung durch UV-Strahlen begünstigt wird. Der Feuchtigkeitseintritt in den Holzquerschnitt erfolgt dabei über mehrere Wege: Während der kalten Jahreszeit diffundiert das Wasser aufgrund des Dampfdruckgefälles von der Raumseite zur Außenseite des Bauelements. Niederschlags- und Tauwasser kann an Schwachpunkten der Konstruktion, offenen Rahmenverbindungen oder an Rissen sowie durch nicht geschlossene Anstrichfilme eintreten.

Daraus folgt, dass zur Eignungsverbesserung des Fensterholzes mehrere Maßnahmen notwendig wären:

• Optimierung der Feuchtigkeitsaufnahme und der -abgabe im Bereich des flüssigen Wassers und des Wasserdampfes

• Minimierung des Quell- und Schwindverhaltens

• Verminderung der Rissbildung aufgrund des Feuchtigkeitsgefälles im Holz

• Veränderungen durch Strahlungseinwirkung vermindern.

Die zur Verfügung stehenden Produkte aus den verschiedenen Verfahren der Holzvergütung sind deshalb besonders unter diesen Gesichtspunkten zu überprüfen. Fenster- und Fassadenkonstruktionen sind dann den Werkstoffeigenschaften und den Möglichkeiten der Herstellung und Verarbeitung des vergüteten Holzes anzupassen.

Die verschiedenen Wirkprinzipien, um die Holzeigenschaften durch Dimensionsstabilisierung zu verbessern, werden nachfolgend beschrieben und im Bild schematisch dargestellt. Die damit erreichbaren Veränderungen der Holzeigenschaften zeigen sich im wesentlichen beim Quell- und Schwindverhalten und der Dauerhaftigkeit:

• Hitzebehandlung: z. B. Kondensation von Karbonylgruppen mit Hydroxylgruppen durch Erhitzung des Holzes. Energieübertragendes Medium: Luft, Öl, Wasserdampf, Stickstoff (Kurzzeichen HT)

• Acetylierung: Anlagerung von Acetylgruppen an Hydroxylgruppen unter Wasserabspaltung (Kurzzeichen A)

• Holzvernetzung mit DMDHEU: Einlagerung und Reaktion von DMDHEU-Harz in der Zellwand durch Imprägnierung und Erhitzung (Kurzzeichen DRT)

• Harzbehandlung mit Melaminharz: Einlagerung und Reaktion von Melamin-Harz in den Lumina, durch Imprägnierung und Erhitzung (Kurzzeichen MRT)

• Wachs und Harzimprägnierung: Einlagerung von Wachs und Harz in die Lumina; dadurch Verschluss der oberflächennahen Lumina (primäres Ziel hier: Verringerung der Wasseraufnahme, Kurzzeichen HRT).

Verklebung: Insgesamt erfolgreiche Verklebungen bei allen vergüteten Hölzern wurden mit dem PUR-System erreicht. Das Epoxid- und das Melaminsystem lassen sich bei bestimmten Vergütungsverfahren zur Verklebung anwenden. Als ungeeignet hat sich dagegen der PVAC-Leim erwiesen.

Feuchteverhalten: Ziel der Untersuchung ist es, das Verhalten von Holz bei unmittelbarem Kontakt mit Wasser und bei der Trocknung zu beschreiben. Es geht zum einen um die kapillare Wasseraufnahme bei Benetzung der Oberfläche z.B. durch Schlagregen. Zum anderen geht es um die Wasserabgabe als Folge von Stoffübergängen an der Oberfläche (Verdunstung) und als Folge interner Transportvorgänge (Kapillarleitung und Wasserdampfdiffusion).

Nicht zu vernachlässigen ist die Ausbildung von Feuchtigkeitsprofilen im Holz bei Wasseraufnahme und -abgabe. Wegen der ausgeprägten Quelleigenschaften bestimmen die Feuchteunterschiede im Inneren des Holzes die Rissbildung an der Holzoberfläche.

Der bekannte Kennwert zur Beschreibung der kapillaren Saugeigenschaften von Baustoffen bei Kontakt mit Wasser ist der so genannte Wasseraufnahmekoeffi-zient w [kg/(m²h0,5)]. Welche Feuchtigkeitsprofile sich nach einem 24-stündigen Saugversuch in Faserrichtung und quer zur Faserrichtung im Inneren des Holzes einstellen, wird anhand eines Diagramms demonstriert. Es zeigt den Holzfeuchtegehalt im Inneren von unterschiedlich behandelten Kiefernholzproben. Durch die thermische Behandlung des Kiefernholzes wird die Feuchtigkeitsaufnahme deutlich verändert.

Die bisherigen Versuche lassen erkennen, dass bei dimensionsstabilisiertem Holz das Feuchtigkeitsprofil zur freien Oberfläche hin gegenüber dem unbehandelten Holz verändert wird. Danach ist im oberflächennahen Bereich ein geringeres Feuchtigkeitsgefälle zu erwarten. Damit verringert sich auch die Gefahr der Rissbildung im Holz und zwar in Holz-Längsrichtung wie auch senkrecht zur Faser.

Wenn bei dimensionsstabilisiertem Holz eine geringere Schichtdicke zur Vermeidung der Rissbildung ausreichend ist, lässt sich daraus schließen, dass die Instandhaltung der Anstriche einfacher wird. Damit kann ein wesentliches Hemmnis für das Holzfenster behoben werden.

Viele Modifizierungsverfahren haben zum Ziel, die Ausgleichsfeuchtigkeit des Holzes zu reduzieren. Diese Reduktion verursacht eine Änderung auch anderer Holzeigenschaften wie z.B. die Reduzierung von Quellen und Schwinden und den besseren Schutz vor Abbau durch Pilz und Insekten. Die Ergebnisse zeigen, dass bei allen Modifizierungsarten eine Reduktion der Ausgleichsfeuchte erreicht wurde. Die Effekte des Quellens und Schwindens beeinflussen in einem hohen Maß die Materialqualität, die besonders bei Fenstern eine große Rolle spielen. Deshalb ist es ein Hauptziel aller Modifizierungen, dieses Verhalten zu verringern. Versuche haben gezeigt, dass bei allen modifizierten Hölzern eine Minderung der Quellung im Vergleich zu den unbehandelten Hölzern vorhanden ist.

Mechanische Eigenschaften von Holz und Holzwerkstoffen können sich verändern, wenn sie – im Zuge ihrer Bearbeitung oder auch während der Gebrauchsdauer – physikalischen und/oder chemischen Einflüssen ausgesetzt sind. Hier ist eine abschließende Interpretation der laufenden Untersuchungen unter der Berücksichtigung wesentlicher Parameter wie Jahrringstrukturen und Rohdichte jedoch noch nicht möglich.

Für die Erarbeitung von Konstruktionskonzepten für Fenster und Fassaden aus dimensionsstabilisiertem Holz sind neue Ansätze notwendig. Berücksichtigen muss man dabei die veränderten Eigenschaften und technischen Möglichkeiten bei der Herstellung. Wichtig dabei: Auch hier sind bisher bekannte Schwachpunkte der Holzfenster zu vermeiden. Als Ausgangsmaterial stehen folgende Profilaufbauten zur Verfügung:

• Vollholz: monolithisch

• Verbundholz: alle Lagen aus gleichem oder aus unterschiedlichem Holz (verklebt)

• Als Verbund- oder Schichtaufbau: Decklagen aus Holz, auch aus unterschiedlichen Holzarten, Mittellage aus verschiedenen Werkstoffen (verklebt oder mechanisch verbunden).

Die bisherigen Arbeiten an dem Projekt „Dimensionsstabilisiertes Holz für den Fenster- und Fassadenbau“ zeigen, dass das gesteckte Ziel erreicht wird. Es geht darum, die Marktposition des Holzfensters zu verbessern und zugleich die Voraussetzungen für innovative Ansätze zur Weiterentwicklung der Fenster zu schaffen.

Lösungsansätze, die in der Forschungsgruppe diskutiert wurden, geben eine berechtigte Hoffnung, dass sich Fenster und Fassaden aus vergütetem Holz auch in einem schwierigen Markt und bei einem geänderten Anforderungsprofil behaupten können. o