Knäckebrot, Brötchen und Stahl - Dichte, Elastizität und Festigkeit

Knäckebrot ist steif, aber nicht fest. Ein Brötchen ist fest, aber nicht steif. Stahl ist steif und fest. Demnach folgt aus einer hohen Steifigkeit (E-Modul) nicht zwingend eine hohe Festigkeit. Dennoch: Elastizität und Festigkeit der Hölzer stehen über ihre Rohdichte in engem Zusammenhang. Vergleicht man die Mittelwerte von 79 Handelsholzarten, so zeigt sich: Biegefestigkeit und Biege-E-Modul sind hoch korreliert (s. Grafik). In der Sägeindustrie werden daher zum Teil Maschinen eingesetzt, die das Schnittholz nach E-Modul sortieren ("stress grading"). Vorteil: Die maschinelle Sortierung ist genauer als die visuelle Sortierung, kann aber nach wie vor keine optimalen Ergebnisse liefern, da sich etwa 1/3 der Festigkeitsvarianz nicht aus der Elastizität erklären lässt.

Eine Variante des Stress-Grading sind Zugversuche an Bäumen zur Bestimmung der Bruchsicherheit. Hier wird aus der, durch eine Seilwinde erzeugten Biegespannung auf den Stamm und der daraus resultierenden Zugdehnung an der Stammoberfläche das E-Modul bestimmt. Daraus wiederum wird die maximale Bruchlast errechnet. Problem: Was an Schnittholz nur eingeschränkt möglich ist, lässt sich kaum auf einen unregelmäßigen und verzweigten Baumkörper übertragen.

Festigkeit und E-Modul werden entscheidend durch die Rohdichte des Holzes bestimmt. So lässt sich die Varianz von Biegefestigkeit und Biege-E-Modul zu etwa 2/3 aus der Darrdichte des Holzes erklären. Ähnliches gilt für die Zug- und die Scherfestigkeit. Die Varianz der Druckfestigkeit ist sogar zu etwa 3/4 aus der Darrdichte erklärbar, während die Bruchschlagarbeit (dynamischer Bruch durch abrupte Belastung) nur zu etwa 40% von der Dichtevarianz abhängt. Hier zeigt sich, dass auch solche Strukturmerkmale des Holzes, die sich nicht auf die Rohdichte auswirken, noch stets einen deutlichen Einfluss auf Festigkeit und Elastizität des Holzes haben.

 

 

 


Korrelation von Biege-E-Modul und Biegefestigkeit. Das E-Modul der Eiche ist etwa 1/5 höher als das der Fichte. Ihre Festigkeit liegt allerdings etwa um 2/3 höher. Strukturmerkmale sind für diese Unterschiede bestimmend. (Datenquelle: Holz-Handbuch von Ulf Lohmann)

 

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