Forschende an der TU Kaiserslautern arbeiten an einem Verfahren, um Buchenholz niedriger Qualität als Stützen und Träger im Bauwesen nutzbar zu machen.

Das Team um Professor Dr.-Ing. Jürgen Graf forscht im Fachbereich Architektur der TU Kaiserslautern (fatuk) zu Holzarchitektur und Holzwerkstoffen. Es arbeitet in diesem Projekt mit dem Laubholz-Spezialisten Pollmeier Massivholz zusammen (das unter anderem die “BauBuche” produziert). Die Carl-Zeiss-Stiftung fördert das Vorhaben mit 75.000 EUR.

Die Klimakrise wird für Fichtenholz zunehmend problematisch – Buchenholz als Alternative

Für eine kreislaufgerechte Bauweise spielt Holz eine wichtige Rolle. Meist wird beim Bauen mit Holz allerdings Fichtenholz verwendet, denn es lässt sich leicht verarbeiten. Komponenten im konstruktiven Holzbau sind daher besonders häufig aus Fichte. Doch für die Fichte (die eigentlich ein nordisches Holz ist) wird die sich verschärfende Klimakrise zum Problem, die Bestände schrumpfen.

Eine Rohstoffalternative für den konstruktiven Holzbau könnte Buchenholz sein. Zur Zeit wird es noch überwiegend als Brennholz verwendet wird.

„Bislang kommt für Schnittholz von Holzbaukomponenten 96 % Nadelholz zum Einsatz, der größte Teil davon stammt von der Fichte. Fichte wächst einfach gerade und ist leicht zu verarbeiten. Buchen wachsen hingegen mit wechselnden und schrägen Triebspitzen mehrseitig krummwüchsig und sind deshalb für die Verwendung als Bauholz forstwirtschaftlich kostspielig zu erziehen.“

Professor Dr.-Ing. Jürgen Graf, Fachbereich Architektur der TU Kaiserslautern (fatuk)

Auch trockne Buchenholz schwerer und ist aufwändiger zu verarbeiten als Nadelholz, sagt Graf: „Die Buche dient meist für den Innenausbau – als Möbelholz oder für Holztreppen“, so der Bauingenieur weiter. Verwendung findet hier der äußere Teil des Stammes. Das Innere, der Kern, wird oft energetisch verwertet. Teilweise wird es niederschwellig auch zur Produktion von Paletten verwendet.

Buchenholz im konstruktiven Holzbau: Auch der Holzkern liesse sich sehr gut nutzen

Das Team um Graf beschäftigt sich schon länger mit den Eigenschaften dieses Laubholzes. „Wir haben beispielsweise untersucht, ob der Holzkern eine hohe Tragfähigkeit besitzt, wenn wir ihn als Bretter schneiden; ähnlich wie die guten äußeren Teile für den Möbelbau“, sagt er. „Dabei haben wir festgestellt, dass es sich sehr gut im Bauwesen nutzen lässt, beispielsweise im Steg von I-profilierten Trägern.“

Bei Buchenholz besteht jedoch das Problem, dass es sich beim Trocknen stark verformt – eine Tatsache, die nachteilig ist, wenn man Bretter durch Keilzinkung verbinden will. Hierbei werden die Bretter an ihren Enden durch Zinken zusammengebracht und verklebt.

Bei Fichtenholz ist es mit dieser Verbindung zum Beispiel problemlos möglich, Endlosbretter für Träger großer Spannweite zu erzeugen. „Mit Buchenholz geht dies bisher im industriellen Maßstab nicht. Wir haben große Schwierigkeiten, die Tragfähigkeit des Grundmaterials über die Keilzinken hinweg zu gewährleisten“, so der Bauingenieur weiter.

Brettschichtholzträger (BSH-Träger) als Grundlage für die Nutzung von Buchenholz niedriger Qualität

Hier setzt nun das neue Vorhaben an: Gemeinam mit Pollmeier Massivholz im thüringischen Creuzburg möchten die Forschenden ein neues Verfahren entwickeln, mit dem eine stabile Keilzinkung auch bei Buchenholzträgern möglich ist. „Wir werden aus einzelnen Buchenholzbrettern zunächst einen Brettschichtholzträger, kurz BSH-Träger, kleben. Die einzelnen Bretter haben dabei rund eine Länge von drei Metern“, erläutert Graf die geplante Methode.

In seiner Gesamtheit ist der BSH-Träger im Gegensatz zum Einzelbrett dann formstabil. „Im Anschluss soll eine Mechanik zum Einsatz kommen, die solch große Träger zusammenschiebt, um sie über Universalkeilzinken miteinander zu verkleben”, sagt Graf. „Diese Technik wollen wir im industriellen Maßstab im Rahmen des Projekts entwickeln.“

Mit dem neuen Verfahren ließen sich mit Buchenholz Träger und Stützen mit großen Längen realisieren. Sie könnten beispielsweise als Bauelemente bei Gebäuden und Hallentragwerken zum Einsatz kommen. Darüber hinaus erforscht das Team Verbindungselemente, mit denen sich die Träger wieder leicht lösen lassen, um wiederverwendet zu werden und dadurch Ressourcen einzusparen.

Über das Forschungsprojekt

Das Projekt „Standardisiertes Holzbauelement im Hallenbau – Ressourceneffizienz mit Buchenholz niedriger Qualität (ResBu)“ wird von der Carl-Zeiss-Stiftung gefördert. Die Arbeiten an der TU Kaiserslautern finden im Forschungsschwerpunkt „t-lab – Holzarchitektur und Holzwerkstoffe“ statt, dessen Sprecher Professor Graf ist.

Ingenieure und Architekten arbeiten unter anderem an neuen Bauweisen, -techniken und -strukturen und daran, wie Holz im Bauwesen künftig stärker Verwendung finden kann. Auch neue digitale Techniken und Fertigungsprozesse spielen hierbei eine wichtige Rolle. Die Forschung ist dabei an der Schnittstelle von Architektur, Bauingenieurwesen, Fertigungstechnik und Informatik angesiedelt.