Materialkunde (Fach) / Holz (Lektion)

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• 1. Welche Farben treten bei welchen Pilzen auf? (x3) -> Holzzerstörende Pilze ernähren sich von den Bestandteilen des Holzes. - Pilze, die überwiegend Cellulose und Kohlehydrate abbauen, verfärben das Holz braun (Braunfäulepilze)- Pilze, die überwiegend Lignin abbauen, verfärben die befallenen Teile hell (Weiß-fäulepilze)
• 2. Ein wichtiger konstruktiver Baustoff wird zB. mit D18 bezeichnet. Um welchen Baustoff handelt es sich, was bedeutete die Zahl 18? D18 -> D - Laubholz, 18 - Biegefestigkeit ( 𝑓m,k = 18 N/mm2 ), zB. C14... C - Nadelholz, 14 - Biegefestigkeit ( 𝑓m,k = 14 N/mm2 ) 
• 3. Holz schwindet und quillt. Die Schwinddehnung von Holz ist proportional (Proportionalitätsfaktor: spezifisches Schwind- und Quellmaß) zur Änderung der Holzfeuchte. Schreiben Sie die entsprechende Gleichung an. -> Holz schwindet, wenn es austrocknet (Volumenverkleinerung) -> Holz quillt, wenn es Wasser aufnimmt (Volumenzunahme)  Δls = (α * Δw * l)/100Δls = Längenänderung infolge Quellen und Schwindenα = spezifisches Quell und SchwindmaßΔw = Änderung Holzfeuchte %l = Länge des betreffenden Bauteils
• 4. Holz hat in darrtrockenem Zustand eine spezielle Wärmekapazität c = 1360 J/kgK. Ist die spezifische Wärmekapazität bei üblichem Bauholz geringer oder höher? Bei üblichem Bauholz ist höher -> c = 2500 J/kgK  Luft c =1000 J/kgK Wasser c = 4190 J/kgK ➝ Die spez. Wärmekapazität c von Holz ist stark von Holzfeuchtigkeit abhängig. 
• 5. & 6. Was versteht man unter Holzfeuchte und wie wird sie berechnet? Welche Feuchtigkeitsbereiche werden bei Holz unterschieden? Beschreiben Sie diese incl. %-Angaben. Was bedeutet 12% Feuchte bei Holz? (5 Pkte.) -> unter Holzfeuchte versteht man jene Menge Wasser, die sich in den Zellwänden und in den Zellhohlräumen befindet  w = (mw - m0)/m0   * 100 [%]  w = Holzfeuchte in %mw = Feuchtmassem0 = Trockenmasse, Darrmasse w = 12 % - Bereich zwischen Fasersättigung und Darrzustand -> Feuchtegleichgewicht (8-12%) Feuchtigkeitsbereiche:-> Wassersättigung: w > 35% bis 50%- alle Hohlräume sind zwischen den Zellwänden mit freiem Wasser gefüllt - Fasern mit adsorbierter Feuchte gesättigt -> Bereich zwischen Wasser- und Fasersättigung: w > 30 % - die Hohlräume sind teilweise mit freiem Wasser gefüllt - die Fasern sind gesättigt - ein Zustand der z.B. bei stehenden Bäumen auftritt -> Fasersättigung: w ca. 30 % - in den Hohlräumen befindet sich kein freies Wasser - die Fasern sind jedoch gesättigt. -> Bereich zwischen Fasersättigung und Darrzustand: w zwischen 0% und 30 % - kein freies Wasser in den Hohlräumen - aber gebundenes Wasser in den Fasern, die Fasern sind jedoch nicht wassergesättigt - bei Zu- und Abnahme der Feuchtigkeit treten in diesem Bereich Volumsänderungen ein, das Holz quillt und schwindet - üblicher Bereich für die Verwendung des Holzes -> Darrzustand: w = 0% - kein Wasser befindet sich in den Hohlräumen oder in den Fasern - dieser Zustand dient nur als Bezugsgröße, da er eindeutig reproduzierbar ist - bei verbautem Holz kommt dieser Wert nicht vor. 
• 8. Beschreiben Sie das Feuchtegleichgewicht von Holz und Holzwerkstoffen. = man spricht von einem Feuchtegleichgewicht wenn sich die Holzfeuchte im Bereich zwischen Fasersättigung und Darrzustand der relativen Luftfeuchtigkeit anpasst  -> Feuchtegleichgewicht ist auch von der Temperatur abhängig: bei hoher Luftfeuchtigkeit ist die Holzfeuchte hoch, bei niederer ist sie nieder -> bei mittlerer Raumluftfeuchte liegt das Feuchtegleichgewicht bei ca. 8 bis 12% -> bei einer Änderung der Luftfeuchtigkeit ändern sich mit der Holzfeuchte auch die Masse, Abmessungen, Festigkeit und Verformbarkeit des Holzes. Es ist daher sehr wichtig das Holz bereits beim Einbau dem späteren Verwendungszweck anzupassen. 
• 9. Beschreiben Sie das Quellen und Schwinden von Holz, sowie materialtechnische und konstruktive Maßnahmen gegen die daraus resultierenden Verformungen. Wie gross ist das Schwind- oder Quellverhalten von Holz in den verschiedenen Schnittrichtungen? DIAGRAMM -> Holz schwindet, wenn es austrocknet (Volumenverkleinerung) -> Holz quillt, wenn es Wasser aufnimmt (Volumenzunahme) -> das Schwinden beginnt, sobald der Feuchtigkeitsgehalt zu Fasersättigung nicht mehr ausreicht (bei 20 - 30 % Wassergehalt) -> das Schwinden des Holzes ist nach den drei Hauptrichtungen verschieden (tangential: bis zu 10%; radial: bis zu 5%; in Faserrichtung: praktisch 0%)  Maßnahmen:-> Wahl von Holzarten die ein geringeres Schwindmaß aufweisen-> Wahl einer Holzfeuchte die bereits dem späteren Gebrauchszustand angepasst ist-> Günstige Anordnung der Jahresringe, bzw. zweckmäßige Dimensionierung und Schnittart -> Tränkung des Holzes mit wasserabstoßenden und quellmindernden Stoffen-> Verwendung von abgesperrtem Holz-> Abdecken der Holzoberfläche mit feuchtigkeitshemmenden Anstrichen 
• 10. Wovon ist die Festigkeit des Holzes abhängig? Beschreiben Sie die Druck-, Biege- und die Zugfestigkeit von Vollholz. Festigkeit des Holzes abhängig von (durch Zellstruktur):-> von der Holzart-> der Lage der Kraftrichtung zur Faserrichtung -> dem Feuchtigkeitsgehalt-> der Dichte-> der Temperatur-> der Ästigkeit-> der Probengröße Druckfestigkeit:-> ändert sich proportional mit der Rohdichte -> der Proportionalitätsfaktor ist dabei abhängig von der Holzart und vom Feuchtigkeitsgehalt-> bei Nadelhölzern: Rohdichte und damit Druckfestigkeit steigt vom Mark gegen Splint an-> bei Laubhölzern: Höchstwert der Rohdichte und Druckfestigkeit liegt in Mitte-> Druckfestigkeit nimmt bei steigendem Feuchtigkeitsgehalt ab (bis 25-30% -> dann kein Einfluss mehr) -> Druckfestigkeit ist abhängig von Lage der Kraftrichtung zur Faserrichtung Zugfestigkeit:-> Zugfestigkeit abhängig von Lage der Kraft zur Faserrichtung-> Äste, Verwachsungen usw. für Zugfestigkeit von großer Bedeutung Biegefestigkeit:-> Druckfestigkeit ist kleiner als Zugfestigkeit -> deshalb gibt Holz in Druckzone nach -> bricht schließlich in Zugzone-> durch inhomogenen Aufbau: aufnehmbare Kraft von Holz stark beeinflusst -> deshalb werden die Sicherheiten sehr hoch gewählt-> z.B. reicht schon ein einziger Ast im Bereich des max. Biegemomentes um Traglast auf 25 – 50% abzumindern  -> siehe Diagramm!
• 11. Beschreiben Sie Aufbau und Bauformen von Brettschichtholz und Massivholzplatten, sowie die Eigenschaften von geeigneten Leimen. Massivholzplatten:-> einschichtige Platten - in den Dicken von 14 mm bis 60 mm - werden aus in der Faserrichtung parallel laufenden miteinander verleimten Holzteilen (Stäbe, Bretter oder Pfosten) ab 18mm Breite hergestellt-> mehrschichtige Platten - in den Dicken von 12 mm bis 60 mm - weisen im Normalfall einen drei-, vier- oder fünfschichtigen über die Plattendicke symmetrischen Aufbau auf und werden aus zwei Decklagen und der Mittellage durch eine klebende Verbindung hergestellt-> Anwendung: Fußbodenkonstruktion, Schalungsplatten, Möbelbau  Brettschichtholz: -> Massivholz ist durch seine vorgegebenen Länge und Abmessungen in der Anwendung beschränkt, deshalb wird bei größeren Konstruktionen Brettschichtholz verwendet. Dadurch können auch Störzonen (Äste, Risse etc.) aus dem Holz entfernt werden -> Aufbau erfolgt aus mind. 3 Einzelbrettern, die an den Breitseiten übereinander verleimt sind -> Brettdicken: höchestens 30mm, bei geraden Bauteilen bis 40mm -> Brettbreite: üblich: 20cm -> bei Binderbreiten über 20 cm -> 2 nebeneinander liegende Bretter werden übereinander längs versetzt -> Längsstöße zwischen den einzelnen Brettern werden keilverzinkt -> Regelabmessungen von Brettschichtholzträgern: Länge bis 35 m; Höhe bis 2,20 m -> Anwendung: Träger mit großen Spannweiten, Hallenbauten, Brückenkonstruktionen, Holzskelettbauten  Leime -> je nach Anwendung: verschiedene Kunstharzleime-> meist auf Basis von Harnstoffen und Resorcinharzbasis
• 12. Was versteht man unter Brettsperrholz und Brettschichtholzbinder. SKIZZE Brettsperrholz:-> Brettsperrholz ist eine Bezeichnung für Kreuzlagenholz (KLH)-> besteht aus kreuzweise übereinander gestapelten Fichtenlamellen, die unter einem hohen Pressdruck zu großformatigen Massivholzelementen verleimt werden.  Brettschichtholzbinder:-> Aufbau erfolgt aus mind. 3 Einzelbrettern, die an den Breitseiten übereinander verleimt sind -> Brettdicken: höchestens 30mm, bei geraden Bauteilen bis 40mm-> Brettbreite: üblich: 20cm-> bei Binderbreiten über 20 cm -> 2 nebeneinander liegende Bretter werden übereinander längs versetzt -> Längsstöße zwischen den einzelnen Brettern werden keilverzinkt-> Regelabmessungen von Brettschichtholzträgern: Länge bis 35 m; Höhe bis 2,20 m-> Anwendung: Träger mit großen Spannweiten, Hallenbauten, Brückenkonstruktionen, Holzskelettbauten  -> SKIZZE siehe unterlagen!!
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• 13./14. Für konstruktives Bauholz gibt es Festigkeitsklassen. Wie lautet die Bezeichnung der Holzfestigkeitsklassen, welche Festigkeit wird hier angegeben? (x2) D - Laubholz -> 18, 24, 30, 35, 40, 50, 60, 70 - Biegefestigkeit ( 𝑓m,k = N/mm2 ) C - Nadelholz -> 14 - 50 - Biegefestigkeit ( 𝑓m,k = N/mm2 ) ➝ D18... D - Laubholz, 18 - Biegungswert ( 𝑓m,k = 18 N/mm2 ) ➝ C14... C - Nadelholz, 14 - Biegungswert ( 𝑓m,k = 14 N/mm2 ) 
• 15. Was versteht man unter Sperrholzplatte und Pressspanplatte. SKIZZE Sperrholz: -> Sperrholz wird nach dem Aufbau in Paneel- oder Tischlerplatten (Ti) und Sperr- oder Furnierplatten (FU) unterteilt -> die Platten sind mindestens dreilagig kreuzweise aufeinander geleimt, jedoch eine ungerade Schichtanzahl -> Furnierplatte: alle Lagen bestehen aus Furnieren und sind kreuzweise verleimt; die Furnier einer Platte können aus gleichen oder verschiedenen Hölzern bestehen -> Tischlerplatte: ist Sperrholz, das mindestens aus den Deckfurnieren und einer Mittellage aus nebeneinanderliegenden Holzleisten besteht -> Anwendung: Verkleidungen, aussteifende Beplankungen, FBkonstruktion, Dachinenausbau, Unterdachausbau, Möbelbau.  SKIZZE siehe Unterlagen
• 16. Was versteht man unter HFH-platte und MDF-platte. -> sind Holzfaserplatten -> Holzfaserplatten sind plattenförmige Werkstoffe, die überwiegend aus Holzfasern bzw. aus mechanisch unter Dampfeinwirkung zerfaserten Holzabfällen durch Zusammenpressung und Entwässerung des Faserbreis hergestellt werden HFH - harte Holzfaserplatte; 𝜌 > 900 kg/m3 HFM - mittelharte; 𝜌 = 450 bis 900 kg/m3 HFD - poröse; 𝜌 ≤ 900kg/m3MDF - mitteldichte Holzfaserplatte - allgemeine Zwecke, trocken MDF.H - allgemeine Zwecke, feuchtMDF.LA - tragende Zwecke, trockenMDF.HSL - tragende Zwecke, feucht 
• 17. Was versteht man unter OSB-Platte und Sperrholzplatten. OSB-Platten: = oriented structural board oder strandboard -> bestehen aus langen Spänen (längsorientiert oder überkreuzt) mit querliegender Mittelschicht -> besteht aus Furnierstücken Sperrholz: -> Sperrholz wird nach dem Aufbau in Paneel- oder Tischlerplatten (Ti) und Sperr- oder Furnierplatten (FU) unterteilt -> die Platten sind mindestens dreilagig kreuzweise aufeinander geleimt, jedoch eine ungerade Schichtanzahl -> Furnierplatte: alle Lagen bestehen aus Furnieren und sind kreuzweise verleimt; die Furnier einer Platte können aus gleichen oder verschiedenen Hölzern bestehen -> Tischlerplatte: ist Sperrholz, das mindestens aus den Deckfurnieren und einer Mittellage aus nebeneinanderliegenden Holzleisten besteht -> Anwendung: Verkleidungen, aussteifende Beplankungen, FBkonstruktion, Dachinnenausbau, Unterdachausbau, Möbelbau 
• 20. In welcher Größenordnung liegen die Dichte und die Wärmeleitzahl von Holz? Massivholz: 𝜌 = 500 – 700 kg/m3 𝜆 = 0,14 – 0,17 W/mK 
• 21. Was versteht man unter Tischlerplatten? = Sperrholz, das mindestens aus den Deckfurnieren und einer Mittellage aus nebeneinanderliegenden Holzleisten besteht 
• 22. Was versteht man unter Kreuzlagenholz? = besteht aus kreuzweise übereinander gestapelten Fichtenlamellen, die unter einem hohen Pressdruck zu großformatigen Massivholzelementen verleimt werden -> wird auch als Brettsperrholz bezeichnet 
• 24. Zur Bestimmung der Festigkeit werden die Bruchspannungen der Materialien ermittelt. Welche Festigkeit verwendet man bei Holz bei der normenmassigen Bezeichnung und wie wird die Bruchspannung ermittelt? Biegefestigkeit - da die Druckfestigkeit kleiner ist als die Zugfestigkeit, muss das Holz im Balken zuerst auf der Druckseite nachgeben. Im Bruchstand treten örtliche Ausknickungen der gedrückten Röhrenbündel auf. Die Nachgiebigkeit des Holzes in der Druckzone wird damit viel größer, die Nullinie des Balkens wandert deshalb zur Zugseite hin, schließlich bricht das Holz in der Zugzone. Durch den inhomogenen Aufbau des Holzes wird die tatsächlich aufnehmbare Kraft des Holzes stark beeinflusst. Aus diesem Grund werden die Sicherheiten sehr hoch gewählt. Daraus ergeben sich niedrige Werte für die zulässigen Spannungen. Äste beeinflussen die Biegefestigkeit. Ein einziger Ast im Bereich des max. Biegemomentes genügt, um die Traglast auf 25 bis 50 % abzumindern. 
• 25. Zimmermannsmäßiges Schnittholz -> scharfkantiges Bauholz -> vollkantiges Bauholz -> fehlkantiges Bauholz -> baumkantiges Bauholz 
• 30. Bindemittel von Holz ? -> zur Anwendung kommen je nach Art der Beanspruchung verschiedene Kunstharzleime -> im Holzleimbau vor allem Kunstharzleime auf der Basis von Harnstoffen oder Resorcinharzbasis -> z.B. thermoplastische Kunstharzleime, Kaseinleime, Resorcinleime, Epoxidharze 
• 26. Brandschutz bei Holz -> Temperaturen oder Feuer können Festigkeit von Holz stark herabsetzen -> die Geschwindigkeit in der das Holz geschädigt wird, ist dabei stark von Temperaturhöhe abhängig -> je höher Temperatur desto schneller Holzzerstörung -> brennendes Holz bildet bei 250-300°C an der Oberfläche eine Holzkohleschicht, die nur langsam brennt - > durch die geringe Wärmeleitzahl von Holzkohle verlangsamt sich Wärmezufuhr in Holzinneres und verlangsamt dadurch die Abbrandgeschwindigkeit -> Abbrandgeschwindigkeit je nach Holzart: zwischen 0,5 – 2,0 mm/min -> deshalb muss Holz gegen Entflammen geschützt werden -> mit Flammschutzmittel 2 Gruppen von Flammschutzmittel: - salzhaltige Mittel (in der Regel Phosphate) - Schaumschichtbildende Mittel -> alle Flammschutzmittel dürfen nur für Holz, welches unter Dach verbaut wurde, verwendet werden  -> salzhaltige Mittel:- Verdampfen und Verschmelzen (-> Wärmeentzug durch Freiwerden von Wasser, Schmelzvorgänge )- Chemische Salze, Schutz durch Zerfallsprodukte und Fernhaltung von Luft  -> Schaumschichtbildende Mittel:- Bildung von Schaumschichten durch Aufschäumen bei Temperatureinwirkung 
• 31. Welches Holz wird am meisten verwendet? (x2) -> Fichte ist unser wichtigstes heimisches Bauholz -> Verwendung für: Dachstühle, Zwischenwandkonstruktionen, Leimbinder, Schalungsbretter etc. 
• 34. Brennbarkeit, Qualmbildung, Tropfenbildung -> Brennendes Holz bildet im Bereich zwischen 250 und 300°C an der Oberfläche eine Holzkohleschicht, welche vergleichsweise langsam verbrennt. Die Wärmeleitfähigkeit der Holzkohle liegt in etwa bei 0,03 W/mK. Durch die geringere Wärmeleitung verlangsam sich die Wärmezufuhr in das Holzinnere und verringert dadurch die Abbrandgschwindigkeit. Bei längerer Branddauer wird allerdings meist der gesamte Holzquerschnitt zerstört. -> Zur Ermittlung des Brandverhaltens wird Abbrandgschwindigkeit gerechnet. Poröse Holzwerkstoffe brennen im allgemeinen wesentlich besser als Bauhölzer, dabei spielt auch die Dicke der Querschnitte eine Rolle, d.h. dünne Profile brennen vergleichsweise gut. Die Abbrandgschwindigkeit liegt je nach Holzart zwischen 0,5 und 2,00 mm/min, d.h. mit dieser Geschwindigkeit verringern sich die Dicken der brennenden Holzquerschnitte. -> Brandverhalten: A1, A2, B, C, D, E, F -> Rauchentwicklung: s1, s2, s3 -> Abtropfen bzw. Abfallen: d0, d1, d2 
• 35. Holzschutz - chemische Holzschutzmittel -> Schutz gegen Schädlinge erfolgt mit chemischen Holzschutzmitteln -> soll die Dauerhaftigkeit des Holzes erhöhen -> die Mittel sind so auszuwählen, dass sie nur für die Holzschädlinge, nicht aber für den Menschen giftig wirken -> die meisten Mittel wirken, indem sie dem Holz einen Giftstoff zuführen, der das Holz für die Schädlinge ungenießbar macht -> alle Holzschutzmittel sind zulassungspflichtig -> Voraussetzungen an Holzschutzmittel: - gutes und leichtes Eindringen in das Holz - dauerhafte Wirkung - nicht oder schwer auswaschbar - neutrales Verhalten gegen Holzbestandteile und sonstige Baustoffe - keine schädliche Auswirkung auf Mensch oder Tier - billig und leicht verfügbar - geruchslos und sauber -> Holzschutzmittel werden bezüglich ihrer Zusammensetzung und Anwendungsbereiche in Gruppen unterteilt: - wässrige Holzschutzmittel - lösemittelhältige Holzschutzmittel- Emulsionen- ölige Holzschutzmittel 
• 40. Witterungswiderstand bei Holz. -> Lebensdauer von Holz an der freien Atmosphäre im allgemeinen relativ hoch -> wenn Angriff von tierischen oder pflanzlichen Schädlingen verhindert wird -> Holz ist sowohl bei andauernder Luftlagerung als auch bei ständiger Wasserlagerung sehr beständig -> Schlecht für die Dauerhaftigkeit ist ein ständiger Wechsel von feucht und trocken, da diese Bedingung der idealen Lebensbedingung der Holzschädlinge entspricht -> ungeschütztes Holz verfärbt sich unter Einwirkung von UV-Strahlen -> wirken zusätzlich Niederschläge ein, so kommt eine Ausbleichung und Verrauung der Oberfläche des Holzes hinzu, da die UV-bedingten Abbauprodukte des Lignins wasserlöslich sind und ausgewaschen werden -> dies Bedeutet Schwächung der oberflächennahen Teile des Holzes. -> Lebensdauer von unbehandelten Hölzern im Boden sehr gering (z.B. Eisenbahnschwellen)  für die Praxis vereinfachte Einteilung: -> sehr dauerhaft: Lärche, Eiche, Ulme -> ziemlich dauerhaft: Fichte, Kiefer, Tanne, Buche -> wenig dauerhaft: Ahorn, Birke, Pappel, Weide  hinsichtlich Haltbarkeit unter Wasser: -> sehr gut haltbar (> 500 J.) : Kiefer, Lärche, Eiche, Rüster -> ziemlich haltbar (50 - 100 J.) : Fichte, Tanne -> wenig und nicht haltbar (< 20 J.) : Ahorn, Birke, Pappel, Weide 
• 44./ 41. Welche Sortierklassen/ Festigkeitsklassen von Nadelholz kennen Sie, welche Möglichkeiten der Sortierung kennen Sie? (5 Punkte) Schnittarten von Bauholz: -> Kantholz und Latten: Markstück, markdurchschnittenes Stück mit Streifmark, markfreies Stück (ohne Mark), Riftstück -> Bretter: Markbrett, Riftbrett, Halbriftbrett, Seitenbrett, markgetrennte Bretter, Schwartenbrett besäumt  Schnittklassen:-> scharfkantiges Bauholz -> vollkantiges Bauholz-> fehlkantiges Bauholz -> baumkantiges Bauholz Festigkeitsklassen:Nadelholz: (C14 - C50) -> C14, C16, C18, C20, C22, C24, C27, C30, C35, C40, C45, C50 Laubholz: (D18 - D70) -> D18, D24, D30, D35, D40, D50, D60, D70 Nadelholz: Fichte, Kiefer, Lärche Laubholz: Eiche, Buche, Ahorn
• 42. Was sind Holzspanplatten? Welche Verleimungsqualitäten gibt es für Holzspanplatten und für welche Anwendungen sind diese jeweils geeignet? (3 Punkte) = ein plattenförmiger Werkstoff, der aus Holzspänen und/oder anderen holzartigen Faserstoffen mit einem Bindemittel unter Druck und Wärme verleimt wird. Man unterscheidet: Flachpreßplatten FP - das sind mehr als 95% erzeugten Spanplatten mit parallel zur Plattenebene liegenden Spänen Strangpreßplatten (SV = ohne, SR = mit Röhren) - mit senkrecht zur Plattenebene liegenden Spänen. Typischer Vertreter dieser Spanplatte ist die “Röhrenspanplatte”, welche für Türeinlagen und im furnierten Zustand für Decken- und/oder Wandverkleidungen verwendet werden. In Österreich erfolgt keine Produktion nach diesem Verfahren. Anwendung: Fußbodenkonstruktion, Wandaufbauten 

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