Holzbewehrtes Holz verbindet die bewährten Eigenschaften von Nadel-Brettschichtholz mit einer gezielten Verstärkung durch Laubholzfurniere – der sogenannten Superlamelle. Durch die Entwicklung digital gestützter und wirtschaftlicher Produktionsprozesse steht das neue Holzbauelement vor der Markteinführung.
Die Entwicklung des Brettschichtholzes (BSH) Anfang des 20. Jahrhunderts war ein Meilenstein für den modernen Holzbau: Durch das Verleimen mehrerer Holzschichten wurden deutlich größere und belastbarere Bauteile möglich. Doch trotz seiner hohen Tragfähigkeit und Formstabilität weist BSH durch die Verwendung von Nadelholz materialtypische Schwächen auf – insbesondere bei Beanspruchungen quer zur Faser.
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 untersuchten die Forschenden die grundlegenden mechanischen Eigenschaften. Dabei wiesen sie nach, dass sich durch die gezielte 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 hin zu einer wirtschaftlichen Herstellung sowie der Vorbereitung der praktischen Anwendung. Das Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Landwirtschaft, Ernährung und Heimat (BMLEH) über die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) gefördert.
Superlamelle als Schlüssel zur höheren Tragfähigkeit
Kern des HBH-Konzepts ist die sogenannte Superlamelle aus Furnierschichtholz. Sie wird gezielt in den Querschnitt integriert 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.
Flexibilität und Zeitersparnisse durch getrennte Produktion
Ein zentrales Ergebnis des Projekts ist ein Produktionskonzept, bei dem die Herstellung von Superlamelle und Gesamtbauteil voneinander getrennt wird. Diese Aufteilung ermöglicht eine flexible Fertigung und führt zu Zeitersparnissen. Zugleich eröffnet sie neue Marktchancen für kleine und mittelständische Unternehmen: Während die Superlamellen beispielsweise bei Furnier- oder Sperrholzherstellern produziert werden können, kann die Weiterverarbeitung zu holzbewehrtem Holz mit etablierten Verfahren wie der Blockverklebung bei Zimmereien erfolgen.
Das Produktionskonzept sieht also folgenden Ablauf vor: Ein Furnierschichtholz-Produzent (FSH) stellt die Furnierebene her, macht den Abbund der Platten und versendet diese an Brettschichtholz- und Holzbewehrtes-Holz-Produzenten. 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.
Mit digital gestützter Fertigung zu anforderungsgerechten Superlamellen
Ein weiterer Schwerpunkt lag auf der Entwicklung digital gestützter Fertigungsansätze. Durch robotergestützte Verfahren und digitale Planung können Superlamellen künftig anforderungsgerecht ausgelegt und dann 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 identifiziert, die aufgrund ihrer hohen Festigkeit und guten Verfügbarkeit in Deutschland überzeugt. Für die Verklebung haben sich insbesondere PRF- und MUF-Klebstoffe bewährt.
Bereits heute ist der Einsatz von HBH möglich, beispielsweise im Rahmen von Pilotprojekten mit Zustimmungen im Einzelfall. Damit wurde ein entscheidender Schritt zur praktischen Umsetzung und Markteinführung dieses neuen Holzbauprodukts erreicht. Weitere Informationen >>>