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7. Holzfeuchtigkeit und Holzgewichte

Wie bereits angedeutet, kann sich der Wasser-(oder Saft-)Gehalt eines Holzes sehr stark ändern. Holz besteht aus sehr vielen kleinen Hohlkörpern, den Zellen, die aus Zellulose gebildet sind und im Inneren entweder Saft respektive Wasser oder Luft mit den entsprechenden Zwischenstufen (etwa halb Luft – halb Wasser usw.) enthalten. Dementsprechend wird sich auch das Gewicht des Holzes ändern, denn wir wiegen ja beim Holz das Gewicht von Zellwänden plus der eventuellen Füllung. Angaben über Holzgewichte sind deshalb nur dann korrekt, wenn der zu dem Gewicht gehörige Feuchtigkeitszustand genannt ist. Wird die Feuchtigkeit nicht genannt, so ist anzunehmen, daß es sich um sogenanntes „lufttrockenes“ Holz mit einem normalisierten Feuchtigkeitsgehalt von 15 % handelt. Aber man soll bei solchen Angaben durchaus vorsichtig sein. Außerdem unterliegt, wie bereits erwähnt, Holz auch gewichtsmäßig außerordentlichen Schwankungen, auch innerhalb derselben Holzart und selbst bei verschiedenen Stücken vom gleichen Stamm.

Außer dem Saft, der in den Hohlräumen der Zellen vorhanden ist, enthalten aber auch die Zellwände eine bestimmte Menge Saft, den sie am lebenden Baum zu ihrem eigenen Leben benötigen.

Frisch im Walde geschlagenes oder „grünes“ Holz, wie es der Fachmann nennt, enthält eine beträchtliche Menge von Wasser oder Saft, dessen Hauptbestandteil ja wiederum Wasser ist. Dieses Wasser wiegt je nach der Holzart unter Umständen mehr als das im Ofen getrocknete, völlig wasserfreie Holz. Wenn dieses Holz trocknet, verschwindet zunächst das frei in den Zellen vorhandene Wasser, während der Wassergehalt der Zellwände noch unverändert bleibt. Diese beginnen erst zu trocknen, wenn die Zellen selbst leer geworden sind. Von diesem Augenblick an beginnt das Holz zu schrumpfen. Deshalb ist dieser Zeitpunkt im Trocknungsprozeß recht wichtig; im Englischen wird er der Fiber-Sättigungspunkt genannt. Ihm entspricht bei den meisten Holzarten ein Feuchtigkeitsgrad von etwa 30 %, das heißt, ein Stück Holz, das ofentrocken, also in nullprozentigem Zustande 100 Gramm wiegen würde, würde jetzt 130 Gramm wiegen, weil es 30 Gramm Wasser (oder Saft) zusätzlich enthält. So ist es auch zu verstehen, daß die im vorigen Abschnitt erwähnten Schrumpfungskurven bei einem Feuchtigkeitsgrad von etwa 30 % auf Null gehen.

Beim weiteren Trocknen wird das Holz das restliche Wasser immer langsamer verlieren, bis der Trocknungsprozeß aufhört, weil die umgebende Luft entsprechend ihrer relativen Feuchtigkeit kein weiteres Wasser aufnehmen kann. Es ist jetzt ein Gleichgewichtszustand erreicht, der auch erhalten bleibt, solange sich nicht die relative Luftfeuchtigkeit und die Temperatur ändern. Dieser Gleichgewichtszustand wird hier als „wirkliche Lufttrockenheit des Holzes“ bezeichnet. Sie ändert sich, wie eben erwähnt, mit der Temperatur und der relativen Feuchtigkeit der Luft, in der sich das Holz lange genug befindet, um sich einzustellen, wobei naturgemäß kleine, besonders dünne Stücke schneller folgen können.

Das kleine Kurvenblatt (Zeichnung 16) zeigt den Zusammenhang zwischen Temperatur, relativer Luftfeuchtigkeit und der wirklichen Lufttrockenheit des Holzes. Zur Erklärung der Kurven sei die Aufgabe zu lösen, die wirkliche Lufttrockenheit eines Holzes zu finden, das bei 50 Grad Celsius in Luft von 8oprozentiger relativer Luftfeuchtigkeit lagert. Wir gehen dabei auf der senkrechten Linie „50 Grad“ nach oben bis zur Kurve „80 % relative Luftfeuchtigkeit“. Der Schnittpunkt liegt dicht über der Waagerechten, die links am Rande die wirkliche Lufttrockenheit von 14 % anzeigt. Untersuchen wir dasselbe Holz, das in gleicher relativer Luftfeuchtigkeit von nur 30 Grad Celsius lagert, so erhalten wir die wirkliche Lufttrockenheit von etwa 15,6 %.

Zeichnung 16: Holz-Feuchtigkeit, Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit.

Frage: Welche Feuchtigkeit hat Holz, das in einem Raum bei 40° C und 70 % relativer Luftfeuchtigkeit lagert? Lösung: Gehe auf der Ordinate „40 °“ nach oben bis zur Kurve, „70 % relative Luftfeuchtigkeit“, von dort waagerecht nach rechts. Man findet ca. 12,2 %.

Antwort: Genügend lange Lagerzeit vorausgesetzt, hat das Holz 12,2 % Feuchtigkeit, bezogen auf sein Gewicht im Zustande mit 0 % Feuchtigkeit.

Wie bereits erwähnt, bezieht sich der Feuchtigkeitsgehalt des Holzes, also das Gewicht des im Holz enthaltenen Wassers, auf das Holzgewicht. So enthält bei gleichem Feuchtigkeitsgrad ein schwereres Holzstück von 20 % Feuchtigkeit mehr Wasser als ein gleich großes Stück Holz einer leichten Holzart. Beispiel: Ein Stück Buchenholz wiegt 700 Gramm. Es enthält dabei bei 20 % Feuchtigkeit genau 140 Gramm Wasser. Ein gleich großes Stück Tanne wiegt aber nur 400 Gramm und enthält bei 20 % Feuchtigkeit nur 80 Gramm Wasser.

In folgendem wird eine Methode beschrieben, nach der leicht und schnell der Feuchtigkeitsgehalt eines Probestückes Holz festgestellt werden kann. Dieses Stück Holz soll reines Holz sein, darf also Borke, Bast und dergleichen nicht enthalten. Es wird nunmehr gewogen. Danach wird das Holz bei einer Temperatur von gut 100 Grad Celsius so lange getrocknet, bis man bemerkt, daß keinerlei Gewichtsabnahme mehr erfolgt. Bei kleinen, dünnen Holzstücken ist dieser Zustand recht bald erreicht. Dieses „ofentrockene“ Holz mit einer Feuchtigkeit von 0% wird nunmehr nochmals gewogen. Die prozentuale Feuchtigkeit, in der das Holz, anfänglich gewesen ist, erhält man nach folgender Gleichung: Prozentuale Feuchtigkeit .

Hierin bedeutet „T“ das Gewicht des ofentrockenen Holzes und „F“ das Gewicht des feuchten Holzes, dessen Feuchtigkeitsgehalt untersucht werden sollte.

Bei Betrachtung der Holzgewichte fällt zunächst die Tatsache auf, daß die eigentliche Holzmasse, die Holzsubstanz, bei allen Holzarten ziemlich gleich schwer ist. Das spezifische Gewicht der Holzsubstanz beträgt 1,50 bis 1,56, das heißt also ein Kubikzentimeter dieser Masse wiegt 1,50 bis 1,56 Gramm. Da nun aber ein Kubikzentimeter Wasser nur 1 Gramm wiegt (Wasser hat das spezifische Gewicht von „1,0“), so folgt, daß die Holzsubstanz nicht im Wasser schwimmt. Wenn Holz selbst leichter ist und darum schwimmt, so kommt es daher, daß wir es bei Holz ja mit einem Gebilde zu tun haben, das nur zu einem Teil aus der oben erwähnten Holzmasse besteht, die im Holz selbst die Zellen und andere Bauteile bildet. Es sind aber zahlreiche Hohlräume vorhanden, die teils mit Wasser oder Saft, teils mit Luft gefüllt sind. Von der Größe dieser Hohlräume hängt es hauptsächlich ab, ob wir eine leichte oder eine schwere Holzart vor uns haben; von dem Grad ihrer Füllung mit Wasser hängt es ab, ob wir innerhalb der Spezies trockenes (leichtes) oder nasses (schweres) Holz vor uns haben.

Ein Beweis für das hohe Gewicht der Holzmasse scheint mir die bekannte Tatsache zu sein, daß (dünne!) Hobelspäne eines jeden Holzes sofort im Wasser untergehen. Die Dicke dieser Späne ist so gering, daß alle Zellen oder sonstigen möglichen Hohlräume offen zutage liegen und Wasser in sie eindringen kann. Bei Sägemehl ist es nicht anders.

Neben der Größe der Zellen spielt auch die Dicke der Zellwandungen eine Rolle; hauptsächlich aus diesen beiden Faktoren ergeben sich die recht verschiedenen Gewichte der Holzarten. Hinzu kommt dann noch der Einfluß des im Holz enthaltenen Wassers, also die Holzfeuchtigkeit, die soeben besprochen worden ist.

Betreffs des Wassergehaltes unterscheidet man im allgemeinen vier verschiedene Gewichtsarten des Holzes:

A) Grüngewicht. Hierunter verstehen wir das Gewicht des soeben gefällten Holzes. Es schwankt nach der Jahreszeit, da der Saftgehalt im Verlaufe des Jahres durchaus unterschiedlich ist. Bei der Besprechung der Fällzeiten des Holzes wurde dieses erwähnt. Der Prozentsatz an Wassergehalt ist bei den verschiedenen Holzarten unterschiedlich.

B) Naßgewicht. In fast allen Fällen ist das Naßgewicht größer als das Grüngewicht. Dies kommt zweifellos daher, daß beim grünen Holz zwar die äußeren Schichten mit Säften angefüllt sind, nicht aber das Kernholz, das besonders bei älteren Stämmen recht geringe Feuchtigkeitsgrade aufweisen kann. Liegt das Holz aber völlig unter Wasser, so dringt das Wasser auch in diese trockneren Schichten ein und füllt dort alle vorhandenen Zwischenräume aus. Es sei aber bemerkt, daß das Holz mitunter sehr viel Zeit braucht, bis wirklich alle Hohlräumeausgefüllt worden sind und das Holz kein weiteres Wasser mehr aufnehmen kann – bis also der Zustand erreicht ist, bei dem das „Naßgewicht“ gemessen werden kann. Gerade das Kernholz, auf das es besonders ankommt – wenngleich auch die anderen Holzschichten noch Wasser aufzunehmen vermögen –, hat eine große Widerstandskraft gegen das Eindringen von Wasser. Da das Wasser leichter in der Längsrichtung (in der Faserrichtung) eindringt, behalten besonders die langen Hölzer am längsten einen im Inneren noch nicht völlig durchtränkten Teil. Es kann daher bei großen und langen Stücken eine Anzahl von Jahren dauern, bis sie wirklich „naß“ geworden sind.

Das Naßgewicht ist das größte der möglichen Gewichte. Bei sehr vielen Holzarten liegt es über 1,00, was bedeutet, daß derartige Stücke im Wasser untergehen und sich auf den Grund legen.

C) Lufttrockengewicht. Dieses wurde bereits erwähnt und hängt grundsätzlich von der Temperatur und der relativen Feuchtigkeit der Luft ab, in der das Holz lagert. So wird also das Gewicht stark schwanken. Man ist deshalb übereingekommen, ein „normales“ Lufttrockengewicht zu verwenden, das sich auf Holz mit einem Feuchtigkeitsgrad von 15 % bezieht. Man spricht hierbei von „Normalfeuchtigkeit“.

D) Darrgewicht. Hierunter verstehen wir das Gewicht von Holz ohne Wasser, einen Zustand, der lediglich im Darr- oder Trockenofen, also auf künstliche Weise erreicht werden kann.

Man kann übrigens leicht beobachten, daß schon einmal wirklich gut durchgetrocknetes Holz bei erneuter Berührung mit Wasser nur in den Außenschichten naß wird und diese offenbar das Weitervordringen der Nässe nach innen weitgehend verhindern. Man kann sich diesen Vorgang wohl so erklären, daß die Spannung der inneren trockenen Teile die Volumenänderung der äußeren Teile – zumindest in einer Richtung – nicht ausreichend zuläßt. So entsteht eine Pressung in der äußeren Schicht, die das Eindringen von Wasser nach innen verhindert oder doch verlangsamt.

Bei der Aufstellung von Gewichtsrechnungen für hölzerne Schiffe muß sehr überlegt werden, welches der angeführten drei ersten Holzgewichte in die Rechnung übernommen werden kann. Für die Inneneinrichtung von Schiffen, Booten usw. wird etwa das normale Luftfeuchtigkeitsgewicht zutreffen, wenn auch im Winter in ungeheizten Räumen höhere Feuchtigkeit beziehungsweise höheres Gewicht auftreten können. Zum Ausgleich dürften aber die Hölzer in geheizten Räumen trockener, das heißt leichter sein. Schwieriger wird es, wenn man an das Holz denkt, das sich im Freien befindet, wo es ständig der Witterung ausgesetzt ist. Schutz durch Farbe oder Lack muß berücksichtigt werden. Decksholz hat diesen Schutz nicht und bleibt somit am längsten mit dem auf ihm angesammelten Wasser in Berührung. Wer will aber sagen, welcher durchschnittliche Feuchtigkeitsgrad erreicht wird?

Man wird denken, daß der Teil der Außenhaut, der ständig unter Wasser liegt, „Naßholz“ sein müsse. Dies trifft jedoch in den wenigsten Fällen zu, weil die innere Fläche der Außenhaut oberhalb der mit Bilgewasser mehr oder minder angefüllten Bilge ständig mit Luft in Berührung steht und daher ständig Wasser verdunstet. So wird dieser Teil der Außenhaut nicht vollkommen naß werden. Aber welchen Grad von Nässe erreicht sie und welchen die übrigen Teile, die ganz, teilweise oder zeitweise im Wasser liegen?

Die Erfahrung zeigt, daß man gut daran tut, das Holzgewicht lieber zu hoch als zu niedrig anzunehmen. Angaben über das Grüngewicht von Hölzern liegen vor, nicht aber über das Naßgewicht. Man könnte dieses mit Hilfe der Konstanten errechnen, die die Zunahme oder Abnahme des Gewichtes bei Änderung des Feuchtigkeitsgehaltes um 1 % angibt, wenn diese Konstante auch über einen Feuchtigkeitsgrad von mehr als 30 % gelten würde, wenn also die Kurve weiterhin geradlinig oder doch nahezu geradlinig verlaufen würde, und schließlich wenn der Feuchtigkeitsgehalt des nassen Holzes für die verschiedenen Holzarten bekannt wäre. So wird es also auch hier beim Schätzen bleiben müssen, und man wird das Grüngewicht für die angeführten Unterwasserteile, vielleicht um 10 % vergrößert, nehmen.

Für Vergleichszwecke sind im folgenden verschiedene spezifische Gewichte für einige Holzarten wie auch die bereits erwähnte Konstante angegeben:

Rechenbeispiel für die Konstante: Gegeben Darrgewicht von Mahagoni mit 0,51. Es soll das Gewicht für 15 % Feuchtigkeit („Normal lufttrocken“) errechnet werden. Das Gewicht wird sein: 0,51 + (15 × 0,00273) = 0,510 + 0,041 = 0,551.

Das spezifische Gewicht ist bekanntlich das auf die Volumen-Einheit bezogene Gewicht, mithin Gramm/Kubikzentimeter oder Tonnen/Kubikmeter. Beim Holz ändert sich nun aber mit dem Feuchtigkeitsgrad, sofern er innerhalb des Schrumpfgebietes, also unterhalb des Fiber-Sättigungspunktes liegt, das Volumen. Es entsteht die Frage, welches der verschiedenen uns zur Verfügung stehenden Volumina in unserer Rechnung erscheinen soll. Zwei verschiedene Verfahren sind üblich geworden: Einmal das Volumen des grünen Holzes, zum anderen dasjenige des ofentrockenen Holzes zugrunde zu legen. Dieses letzte Volumen ist ja eigentlich für eine gegebene Holzprobe konstant, sofern man eben den Trockenzustand des Holzes erhalten kann. Dies ist aber, genau genommen, nur innerhalb des Trockenofens möglich, während das der Witterung ausgesetzte Holz sofort Wasser aufzunehmen beginnt und sich dann auch im Volumen ändert. Das grüne Holz ändert dagegen sein Volumen nicht so schnell.

Die Meßmethode mit dem grünen Holz geht etwa so vor sich: Die Holzprobe wird zu einem rechtkantigen Stück zugearbeitet, so daß seine Längenmaße leicht gemessen und danach sein Volumen berechnet werden kann. Darauf wird die Probe gewogen. Nun läßt man das Holz trocknen und wiegt es in gewissen Zeitabständen immer wieder. Wenn man glaubt, dabei auch die wirkliche Lufttrockenheit erreicht zu haben, trocknet man mit entsprechenden Wägungen im Trockenofen weiter. Nachdem man feststellt, daß weitere Gewichtsabnahmen nicht mehr erfolgen, man also das Trocken- oder Darrgewicht erhalten hat, ist der Versuch beendet. Die Auswertung der verschiedenen Messungen erfolgt nun in der Weise, daß die ermittelten Gewichte durch das Volumen, und zwar durch das anfänglich und endgültig gemessene „Grünvolumen“ geteilt werden, und man erhält die verschiedenen spezifischen Gewichte, bezogen auf Grünvolumen. Den Feuchtigkeitsgrad für die verschiedenen Werte erhält man nach der bereits erwähnten Formel .

Entsprechend würde auch das Verfahren aussehen, wenn man das ofentrockene Volumen für alle Messungen verwendet, wobei allerdings dieses Volumen erst bei der letzten Wägung festgestellt werden kann.

Für genauere Berechnungen ist es von Wichtigkeit zu wissen, welches der beiden angeführten Volumina, oder ob gar noch ein Volumen eines anderen Feuchtigkeitsgrades, der Angabe des spezifischen Gewichtes zugrunde gelegt wurde. Ich möchte annehmen, daß bei sehr vielen der kursierenden Gewichtsangaben das „etwa“ lufttrockene, gut abgelagerte Holz gewogen und auch das Volumen in eben diesem Zustande genommen worden ist. Diese Methode erscheint recht plausibel, liefert allerdings nur einen Wert.

Für solche Untersuchungen sei noch ein Verfahren erwähnt, daß diejenigen Leser begeistern wird, die nicht gern rechnen. Von dem zu untersuchenden Holz schneide und hoble man sich ein Stück zurecht, das einen überall gleichmäßigen Querschnitt besitzt, sagen wir 1 × 2 cm, 3 × 2 cm oder ähnlich. Das Stück mache man genau 20 oder 30 cm lang und teile diese Länge auf dem Holze selbst, etwa durch kleine Bleistiftstriche markiert, in 10 Teile, so daß jeder Teil genau 2 oder 3 cm lang ist. Diese Teilstriche werden von einem zum anderen Ende numeriert, von 0 an einem bis 10 am anderen Ende. Dieses Holz läßt man nun in einem passenden, engen zylindrischen Gefäß, beispielsweise in einem Weck-Glase oder in einer Blechdose von 5 oder 6 cm Durchmesser, aufrecht stehend schwimmen, so daß Teilstrich „o“ unten ist. Das Holz wird nun einen bestimmten „Tiefgang“ im Wasser haben, den man an der Grenze der Benetzung, ähnlich wie an einem Peilstock, feststellen kann und sofort durch einen Bleistiftstrich markieren wird. Dieser Strich zeigt nun innerhalb der vorerwähnten Zehnerteilung das spezifische Gewicht an. Liegt die Schwimm-Wasserlinie der Holzprobe in der Mitte der Teilstriche 4 und 5, so beträgt das spezifische Gewicht der Probe genau 4,50 (vergleiche Zeichnung 17). Es empfiehlt sich übrigens, das Holz nach der Schwimmprobe sofort abzutrocknen, damit sich kein Wasser in sein Inneres hineinziehen kann, und es sodann zur Kontrolle noch einmal „über Kopf“ schwimmen zu lassen, wobei bei Markierung der neuen Schwimmlinie daran gedacht werden muß, daß nunmehr die Zahlen für die Unterteilung des Holzes nicht mehr stimmen und berichtigt werden müssen.

Zeichnung 17: Schwimmversuch eines prismatischen Holz-Stückes mit Dezimal-Längen-Teilung. Die mittlere Tauchtiefe gibt das spezifische Gewicht an, in diesem Falle 4,5.

In späteren Kapiteln werden die Gewichte verschiedener im Schiffbau verwendeter Hölzer bei Besprechung der Eigenschaften dieser Hölzer genannt werden; bei der Gewichtsangabe wird es sich wohl immer um die soeben erwähnten „Lufttrockengewichte“ handeln. Es sei aber nochmals darauf hingewiesen, daß Holz kein homogener Stoff ist und sehr verschieden heranwächst, daß also die gegebenen Gewichte stets Mittelwerte sein werden, die ein bestimmter Fachmann gefunden hat; ein anderer hat wahrscheinlich ähnliche, aber doch andere gefunden.

8. Festigkeit von Holz

Unter „Festigkeit“ wird diejenige Kraft in kg verstanden, die auf 1 cm² des betreffenden Querschnittes wirkt und dabei den Bruch des Stoffes, in unserem Falle also des Holzes, herbeiführt. Dabei müssen wir bei Holz zwischen Festigkeit für Zug und Druck parallel zur Faser und senkrecht zur Faser unterscheiden, wobei übrigens die Zugfestigkeit senkrecht zur Faser im allgemeinen mit null angenommen wird. Ferner ist die Festigkeit bei Biegung zu erwähnen (selbstverständlich nur parallel zur Faser, wobei die die Biegung hervorrufende Kraft meist senkrecht zur Faser auftritt). Sie ist bei dem gebogenen Holz auf der konvexen Seite praktisch dieselbe wie Zugfestigkeit und auf der konkaven Seite wie Druckfestigkeit wobei die größte Belastung des Querschnittes übrigens am Rande des gebogenen Stabes auftritt. Zu erwähnen ist ferner noch die Festigkeit bei Abscheren und bei Verdrehung, deren Werte immer unter denjenigen für Zug und so weiter liegen, nur daß hier das Holz senkrecht zur Faser bedeutend mehr trägt als parallel zur Faser. – Der Fachmann nennt übrigens die auf die Einheit des Querschnittes bezogene Kraft die „Spannung“, in unserem Falle, in dem die Kraft ja die obere Grenze der Belastung darstellt, die zum Bruch führt, die „Bruch-Spannung“.

Die Festigkeitswerte der einzelnen Hölzer sind recht verschieden, wie noch dargelegt werden wird. Es erscheint durchaus sinnvoll, daß die Festigkeit der schweren Holzarten größer ist als die der leichten Hölzer. Es trifft dies auch ziemlich genau bei Betrachtung der reinen Druck- und Zugfestigkeit zu, die sich ziemlich genau proportional mit dem spezifischen Gewicht der betreffenden Hölzer ändern. So hat etwa ein um 50 % schwereres Holz auch eine um 50 % höhere Druckfestigkeit als das zu vergleichende leichte Holz. Da es bei der reinen Druckfestigkeit lediglich auf die tragende Querschnittfläche, also auf die Holzsubstanz, ankommt, folgt hieraus, daß diese Fläche proportional mit dem spezifischen Gewicht des Holzes zu- oder abnimmt. Denn die eigentliche Holzsubstanz ist, wie angegeben wurde, in allen Hölzern annähernd gleichartig.

Es gibt aber auch hier Ausnahmen, die vermutlich davon herrühren, daß einige Holzarten in ihren Zellen außer Wasser auch noch andere Stoffe enthalten wie Harze und dergleichen, die zwar etwas zur Festigkeit beitragen, aber nicht so stark, wie es das gleiche Gewicht von Holzsubstanz tun würde.

Auch die Festigkeit bei Biegung (genauer: die Biege-Bruchspannung) verhält sich etwa proportional dem Holzgewicht. Bei der Biegung bedeutet es aber nicht, daß ein auf Biegung beanspruchter Stab in gleichem Maße an Belastungsmöglichkeit oder Tragkraft zunimmt wie das Holz, aus dem er gefertigt worden ist, an Gewicht und damit an Bruchspannung zunimmt. Umgekehrt ist die Belastung eines auf Biegung beanspruchten Stabes, die zum Bruch führen möge, größer bei einem Stabe aus leichtem Holz als bei einem Stabe aus schwererem, mithin festerem Holz, selbstverständlich bei gleichem Gewichte beider Stäbe. Hierzu sei einmal als Beispiel eine kleine vergleichende Festigkeitsrechnung durchgeführt, von denen beim Bau eines Schiffes über hundert angestellt werden müssen. Derjenige, der nicht gern rechnet, mag sie überschlagen, muß dann aber das Ergebnis ohne „Beweis“ hinnehmen.

Ein runder Stab, etwa der innere Teil eines im Querschnitt runden Riemens, sei durch eine Kraft K in 100 cm Abstand von der Dolle auf Biegung bis zum Bruch belastet (Zeichnung 18). Wie groß wird K bei Verwendung von Eichen- und von Tannenholz, bei gleichem Gewicht beider Riemen?

Zeichnung 18: Riemen in einer Dolle.

Hieraus folgt eindeutig, daß bei gleichem Gewicht der beiden Stäbe und gleichem Hebelarm (hier 100 cm) der aus dem leichteren Tannenholz angefertigte Stab 41 % mehr an Kraft aufnehmen kann als der Eichenstab, bis er bricht. Diese Betrachtung gibt einen Hinweis für den Bau von auf Biegung beanspruchten Rundhölzern wie Masten und Spieren, aber auch Riemen, Bootshaken und dergleichen, die ja auch gern aus leichtem Holz gebaut werden.

Von Interesse ist es zu verfolgen, wie der Feuchtigkeitsgehalt die Festigkeitseigenschaften ein und desselben Holzes beeinflußt. Es zeigt sich nämlich, daß mit wachsender Trockenheit des Holzes die Festigkeit zunimmt. Man erklärt sich diese Feststellung vielleicht so, daß die Festigkeit des Holzes davon abhängt, wie bei Belastung die einzelnen Moleküle, aus denen sich das Holz zusammensetzt, aneinanderhaften oder gleiten. Nässe scheint dabei wie ein Schmiermittel zu wirken; die einzelnen Moleküle können besser oder leichter aufeinander gleiten und setzen dadurch die Festigkeit des Holzes herab. Die Physiker mögen mir verzeihen, wenn ich hier etwas grob mit ihren Molekülen umgehe. Aber für uns mag dieser Vergleich recht anschaulich sein.

Merkwürdig ist es nun aber, daß beim Tränken des Holzes mit Teeröl unter Druck (Rüping-Verfahren, siehe Abschnitt 10 „Holz-Schutz“) die Festigkeit wiederum etwas zunimmt.

Den Einfluß der Feuchtigkeit gibt Janka für Fichtenholz in folgender Form an:

Es ist schon des öfteren darauf hingewiesen worden, daß Holz kein homogener Stoff, kein Stoff einheitlicher Art, sondern vielmehr ein in der Natur gewachsenes Etwas ist, das sich nach den vielfältigen Bedingungen der Natur entwickelt hat. So kommt es, daß die Gewichts- und Festigkeitswerte, die über Holz vorliegen und von verschiedenen Forschern und Prüfern stammen, niemals gleiche Werte haben können, ohne daß man zu sagen vermag, die eine Angabe sei „richtig“ oder die andere Angabe sei „falsch“. Einmal sind Unterschiede dadurch erklärlich, daß bei den Messungen verschiedene Voraussetzungen zugrunde gelegt wurden – wie etwa beim spezifischen Gewicht, bei dem das Gewicht einmal auf das Grünvolumen, sodann auf das zur vorliegenden Messung gehörige oder aber auf das ofentrockene Volumen bezogen sein kann, wenn nicht genaue Angaben hierüber vorliegen. Aber Holz derselben Spezies kann sehr verschieden aufwachsen. Am Standort des einen Baumes haben wir anderen Boden, andere Luftfeuchtigkeit und anderes Klima als am Standort des anderen Baumes. So müssen ja beide Bäume ganz verschiedene Hölzer hervorbringen. Für die meisten Holzarten kann übrigens gesagt werden, daß das Holz um so besser, dichter, fester und wohl auch dauerhafter, allerdings auch schwerer wird, je langsamer der Baum zu wachsen gezwungen ist, je mehr er also magerem Boden, kaltem Klima und so weiter ausgesetzt ist. Am bekanntesten ist ja der Qualitätsunterschied beim Kiefernholz, bei dem wir etwa Holz aus Mitteldeutschland oder aus entsprechenden Gegenden Rußlands mit der „nordischen“ Kiefer vergleichen können, die nördlich des Polarkreises kümmerlich auf Felsenboden zu wachsen versucht.

Wenn nun im Folgenden einige Angaben über die Festigkeit von Hölzern gemacht werden, so wird um Verständnis dafür gebeten, daß in den verschiedenen Tabellen für das gleiche Holz gleichwohl verschiedene Werte auftreten mögen.

Gustav Lang gibt in seinem Buch „Das Holz als Baustoff“ (Kreidel, Wiesbaden) als zulässige Spannungen für gesundes, lufttrockenes, möglichst gerade gewachsenes Nadelholz, ohne Äste in den gefährdeten Querschnitten, folgende Werte in kg/cm² an, ohne indessen die Sicherheit, nämlich das Verhältnis von Bruchspannung zu zulässiger Spannung zu nennen:

Für sehr feuchte Hölzer sind die Werte um 10 bis 30 % zu verkleinern, bei Wasserbauten bis zu 40 %. Für einheimische Harthölzer können Zug- und Biegespannung (sie sind ja eigentlich genau dasselbe, haben nur andere Ursachen) nur wenig vergrößert werden. Dagegen können Druck- und Scherspannung, beide quer, bei ringporigen Harthölzern wie Eiche auf das 1,5 fache, bei zerstreutporigen Harthölzern wie Buche sogar auf das 1,8fache gesteigert werden, wie Lang ermittelt hat.

In der folgenden Tabelle wird noch ein Wert aufgeführt, die sogenannte Elastizitätszahl „E“, die bei der Berechnung auf Knickfestigkeit benötigt wird. Es handelt sich bei E um diejenige Spannung, die im Stoff auftreten würde, wenn er auf die doppelte Länge gedehnt würde, gleichgültig, ob der Stoff dieses überhaupt aushalten würde. Die Werte dieser Tabelle sind im Ingenieur-Taschenbuch der Hütte angegeben. Alle Werte in kg/cm².

Die folgende Tabelle entstammt dem Schiffbau-Handbuch von Henschke. Auch diese Tabelle gibt wiederum Bruchspannungen in kg/cm² an. Alle Spannungen parallel zur Faser, nur die Scherspannungen senkrecht zur Faser.

Als letzte Tabelle über Festigkeitswerte von Holz sei noch diejenige mitgeteilt, die im Taschenbuch für den Maschinenbau von Dubbel (Verlag J. Springer) zu finden ist. Sie bezieht sich auf Holz von etwa 15 % Feuchtigkeit, aber jeweils für drei verschieden schwere Holzproben. Die Bruchspannungen sind hier, raumsparend, in kg/mm² (statt kg/cm²) angegeben.

Wie aus den verschiedenen Tabellen hervorgeht, ist die Festigkeit des Holzes, ausgedrückt in der Bruchspannung, insofern verschieden, als es darauf ankommt, ob die Belastung, beispielsweise Zugbelastung, längs oder quer zur Faser erfolgt. Bei der Querbelastung könnte noch zwischen den Richtungen radial und tangential unterschieden werden; dieser Unterschied ist aber unwichtig. Die Bruchspannungen für Zug quer zur Faser, ebenso wie auch für Schub längs zur Faser, sind für alle Holzarten so gering (sie werden manchmal mit null angegeben), daß man vermeidet, Holz in dieser Richtung überhaupt zu belasten. Es trifft dies besonders für die Holzarten zu, die sich leicht spalten lassen, wie zum Beispiel Fichte. Holzkonstruktionen müssen deshalb so durchgeführt werden, daß die eingebauten Hölzer stets in der „richtigen“ Richtung in dem betreffenden Bauwerk liegen.

Der Nachteil dieser so verschiedenartigen Festigkeits-Eigenschaften wird weitgehend bei Sperrholz vermieden. Hierunter verstehen wir Holztafeln, die aus einer ungeraden Anzahl von Holzfurnieren (vergleiche Abschnitt 9 „Holzeinschnitt“) mit Hilfe von feuchtigkeits- oder wasserbeständigen Leimen zusammengebaut sind. Im allgemeinen legt man in den Holztafeln die einzelnen Furniere so, daß die Faserrichtung der sich einander berührenden Furniere um 90 Grad gegeneinander versetzt ist. Bei einer fünfschichtigen Platte liegen mithin die beiden äußeren und die mittlere Furnierschicht mit ihrer Faser längs zur (zum Beispiel rechteckigen) Platte, die zweite und vierte Schicht hingegen quer. Wird nun eine solche Platte oder eine aus ihr geschnittene Planke auf Biegung beansprucht, etwa wie ein auf zwei Auflagern liegender Balken, so hält die Sperrholzplanke weniger als eine gleich starke und gleich breite Planke aus massivem Holz der gleichen Spezies. Denn bei Biegung werden alle Teile des Träger-Querschnittes entweder auf Zug oder auf Druck beansprucht, und dafür ist die längsgerichtete Faser (im massiven Holz) sehr viel besser geeignet als die quergerichtete Faser in der Sperrholzplanke in deren zweiter und vierter Lage.

Dafür hat aber die Sperrholzplanke den sehr großen Vorteil, daß man sie auch auf Biegung quer zur bisherigen Längsachse belasten kann, in welchem Falle alsdann die zweite und vierte Schicht „richtig“ belastet und somit voll ausgenutzt wird, während „nur“ die Schichten eins, drei und fünf „falsch“ belastet sind. Da sie in dieser Richtung ja praktisch nichts tragen können, leisten sie also auch keinen Beitrag zur Tragkraft des ganzen Trägers. Immerhin wird die angeführte Sperrholzplatte im zweiten Falle weniger tragen können als im ersten, da die wichtigste Zone des Trägers, die äußerste Schicht oben und unten, sozusagen ausfallen muß, während bei der zuerst angeführten Belastung gerade in dieser Schicht die tragenden Furniere liegen. Aber: Der vergleichsweise herangezogene massive Träger kann quer auf Biegung belastet überhaupt nichts tragen. Zusammenfassend kann gesagt werden: Bei günstiger Belastungsrichtung trägt Massivholz mehr, aber dieses auch nur in einer Richtung. Das Sperrholz trägt zwar etwas weniger, dafür aber in allen Richtungen der Belastung wenigstens ungefähr gleich viel.

Die Festigkeitswerte von fertig verleimten Sperrhölzern sind sehr schwer zu erfassen. Diese Werte hängen ja nicht nur von der Spezies der verwendeten Hölzer ab, wobei oftmals innen und außen verschiedene Hölzer verwendet werden, sondern noch von der Qualität der Hölzer, ferner von der Anzahl der zu einem Verband zusammengeleimten Furniere, von dem verwendeten Leim, von der Sorgfalt, die beim Zusammenlegen und beim Verleimen (unter Druck und Hitze) angewendet wurde, und schließlich noch von der Dicke der einzelnen Furniere. Die Festigkeitswerte des Sperrholzes mögen sich auch im Laufe der Zeit ändern, wenn das Holz in feuchter oder nasser Umgebung Feuchtigkeit aufnimmt und der Leim hierauf reagiert. Solches Sperrholz ist im Schiffs- und Bootsbau nicht verwendbar, zumal es heute Leimarten gibt, die durch Nässe nicht in ihrer Klebekraft beeinflußt werden (vergleiche Abschnitt 16 und 17 „Verleimen“).