Eignung und Möglichkeiten der Verwendung der Pappelhölzer zur Herstellung von Brettschichtholz

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1 Fachhochschule Rottenburg Hochschule für Forstwirtschaft Management Technik Ökologie -NACHDRUCK - DIPLOMARBEIT Eignung und Möglichkeiten der Verwendung der Pappelhölzer zur Herstellung von Brettschichtholz von Christian Härtel Wiesenstraße 36 A 65187Wiesbaden (Stand: August 2002)

2 von Christian Härtel Wiesenstraße 36 A Wiesbaden (Stand: Juli 2002) Erstprüfer: Prof. D. Hupperth Fachhochschule Rottenburg Zweitprüfer: Dipl.-Ing. B. Radovic Forschungs- und Materialprüfungsanstalt Stuttgart Fachhochschule Rottenburg Hochschule für Forstwirtschaft Schadenweilerhof Rottenburg a. N. fhr@fh-rottenburg.de 2001 D Rottenburg Alle Rechte, insbesondere das Recht der Vervielfältigung, Verbreitung und Übersetzung vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf in irgend einer Form ohne schriftliche Genehmigung reproduziert oder über elektronische Systeme verbreitet werden. Die Genehmigung ist bei der FHR einzuholen.

3 Vorwort Ich möchte dieses Vorwort dazu nutzen, um den Menschen und Institutionen zu danken, die mir bei der Verwirklichung des Projektes geholfen und zu dessen Gelingen beigetragen haben. Mein besonderer Dank gilt dem betreuenden Professor der Fachhochschule für Forstwirtschaft D. Hupperth, der die Arbeit stets mit einem offenen Ohr begleitet hat, für sein mir entgegengebrachtes Vertrauen und dem überlassenen Freiraum. Mein besonderer Dank gebührt auch dem Zweitkorrektor Dipl. - Ing. B. Radovic an der Forschungs- und Materialprüfungsanstalt, der durch seine wohlwollende Teilnahme und sein großes Interesse zum erfolgreichen Abschluss der Arbeit beigetragen hat, sowie dem gesamten Referat 14 der FMPA für die interessante und unkomplizierte Zusammenarbeit bei der Durchführung der Prüfverfahren. Weiter gilt mein besonderer Dank der Fa. Stephan Holzleimbau, stellvertretend Herrn Dipl. - Ing. G. Freudenthaler und Herrn Dipl. - Ing. T. König, welche mir durch Ihr ernsthaftes Interesse die Möglichkeit der Versuchsdurchführung und Herstellung der BSH - Bauteile, sowie durch die Übernahme der Kosten für das Material und die Herstellung, die Durchführung der Arbeit erst ermöglicht haben. Ich wünsche der Fa. Stephan bei einer evtl. Produkteinführung alles Gute und viel Erfolg. Ebenso gebührt mein außerordentlicher Dank der IKEA - Stiftung, stellvertretend Herrn M. Hildebrand, welche mir durch die Bewilligung eines großzügigen Stipendiums Bestätigung und Antrieb gab, und dadurch den Arbeitsfortschritt wesentlich erleichtert hat. Bedanken möchte ich mich bei den Vielen im In- und Ausland, die mir durch Rat und Tat zur Seite gestanden haben und ohne deren Hinweise und Vorschläge diese Arbeit nicht denkbar gewesen wäre. Stellvertretend dem Staatl. Forstamt Rastatt, dem Bundesministerium Ernährung, Landwirtschaft und Forsten und der Food and Agriculture Organization (FAO). Vielen Dank an diejenigen, welche bei den Übersetzungen und Berechnungen sowie durch ihre Korrekturlesearbeit mitgewirkt haben. Schließlich möchte ich meiner lieben Freundin Carmen Dege für die geschenkte Inspiration und Kraft im Sinne des nachfolgenden Zitates danken, welches zum grundlegenden Leitbild der vorliegenden Arbeit wurde. Das große Ziel der Bildung ist nicht Wissen, sondern Handeln (Herbert Spencer)

4 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis 1 1 Einleitung 3 2 Materialien und Methoden Teil A: Die Literaturrecherche über das Holz der Pappeln Teil B: Die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel Das Untersuchungsmaterial Sortierung des Schnittholzes Feuchtemessung, Darrprobe und Kalibrierung der Keilzinkenanlage Herstellung der Musterbinder Delaminierungsprüfung Keilzinkenbiegeprüfung Scherprüfung der Leimfugen Bestimmung der Rohdichte, des E - Moduls und der Biegefestigkeit Die Prüfung des Brettschichtholzes aus Pappel 12 Teil A 3 Die Pappeln Systematik der Pappeln Die Arten der Pappeln Hybride, Sorten und Klone Die Geschichte der Pappeln in unserer Kulturlandschaft Vom Umgang und der Verwendung der Pappelhölzer Sortierung des Rohholzes Die Preise der Pappelhölzer Die traditionelle und aktuelle Verwendung der Pappelhölzer 25 4 Das potentielle Rohholz - Aufkommen Das Rohholz - Aufkommen in Baden-Württemberg Das Rohholz - Aufkommen in Deutschland Die Bedeutung der Pappelhölzer in Europa und der Welt 31 5 Das Holz der Pappeln Beschreibung der Pappelhölzer Physikalische Eigenschaften der Pappelhölzer Die Dichte der verschiedenen Pappelhölzer Der Feuchtegehalt von frischem Holz Das Quellen und Schwinden der Pappelhölzer Die Trocknung der Pappelhölzer Besondere Eigenschaften der Pappelhölzer Mechanische Eigenschaften der Pappelhölzer Der E - Modul Die Biegefestigkeit Die Druckfestigkeit Die Schlagbiegefestigkeit, Bruchschlagbarkeit, Schlagzähigkeit Die Zugfestigkeit Die Härte Sonstige mechanische Eigenschaften 54 1

5 Inhaltsverzeichnis Teil B 6 Die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel Die Grundgesamtheit des Schnittholzes Die Sortierung des Schnittholzes Normative Grundlagen Die Sortierung des Untersuchungsmaterials Die physikalischen und mechanischen Eigenschaften des Untersuchungsmaterials Die Roh- und Darrdichte Der E - Modul Die Biegefestigkeit Die Herstellung von Muster - Trägern aus Pappel Herstellungsverfahren Die Verleimung des Pappelholzes Keilzinkenbiegeprüfung Scherprüfung der Leimfugen Delaminierungsprüfung Die werkstofftechnische Überprüfung der Muster - Träger Bisherige Versuche und Erkenntnisse mit dem Produkt BSH aus Pappel 85 7 Ergebnisse und Diskussion Die technische Eignung der Pappelhölzer zur Herstellung von Brettschichtholz Die Qualität, Sortierung und Dichte des Rund- und Schnittholzes Die mechanischen Eigenschaften der verwendeten Pappelhölzer Über die Herstellung und die ermittelten mechanischen Eigenschaften von Brettschichtholz aus Pappel Die wirtschaftliche Eignung und Möglichkeiten des Einsatzes von Pappelhölzern zur Herstellung von Brettschichtholz Aufkommen und Preise des Rund- und Schnittholzes der Pappeln Ausbeute, Herstellungskosten und Besonderheiten Einsatz- und Absatzbereiche aufgrund der ästhetischen Wirkung der Pappelhölzer Zusammenfassungen Zusammenfassung Abstract Résumé Riassunto Verzeichnisse Literaturverzeichnis Tabellenverzeichnis Abbildungsverzeichnis Anhang - Inhaltsverzeichnis Verzeichnis der in Deutschland zugelassenen Pappelsorten Skizzen der Lamellenlage innerhalb der Probe - Träger 123 2

6 1 Einleitung 1 Einleitung In früheren Zeiten wurden die Baumaterialien neben ihrer bestimmungsgemäßen Eignung vor allem nach ihrer regionalen Verfügbarkeit für das Bauwesen verwendet. Holz war über die Jahrhunderte hinweg ein sehr geschätzter Baustoff und hat die Architektur maßgeblich geprägt. Im Zuge der industriellen Revolution verlor der Baustoff Holz rasch an Bedeutung. Es folgte eine lange, oftmals modisch motivierte Periode der generellen Geringschätzung von Holz im Bauwesen, in der viel Wissen um Eigenschaften, Besonderheiten und Verwendungsmöglichkeiten der verschiedenen Holzarten in Vergessenheit geriet. Heute bemüht man sich in vielen Branchen zu einer nachhaltigen, auch nach ökologischen Gesichtspunkten geprägten Wirtschaftsweise zu gelangen. Dabei kommt Holz wieder eine enorme Bedeutung zu. Vergleicht man alle verfügbaren Materialien hinsichtlich ihrer mechanisch - technologischen Eignung, sowie ihrer ökonomischen und ökologischen Tauglichkeit für das Bauwesen, stellt man fest, dass Holz der zukunftsfähigste Baustoff ist, der uns in großen Mengen zur Verfügung steht. Langsam beginnen die pauschalierten Simplifizierungen über das Holz einer ausgewogenen, ganzheitlichen Betrachtungsweise zu weichen. Die Ansprüche an die einzelnen Baumaterialien haben sich vom alten Holzzeitalter zum möglichen Beginn eines Neuen jedoch grundlegend gewandelt. Zum heutigen Tage muss ein Baustoff standardisierbar, berechenbar und damit normfähig sein. Durch die technologischen Errungenschaften des Menschen sind neue Holzwerkstoffe wie das Brettschichtholz entstanden, die uns gänzlich neue Dimensionen von menschlicher Architektur erschlossen haben. Erstmals sind Konstruktionen aus Holz im Hochbau nicht mehr an die Abmessungen in der Natur gebunden. Das Produkt Brettschichtholz wird bis zum heutigen Tage neben geringen Mengen von Lärche und Douglasie in erster Linie aus Fichte hergestellt. Warum? Der nächste Schritt, um dem Werkstoff Holz wieder den berechtigten Stellenwert in unmittelbarer menschlicher Umgebung zurückzugeben, ist nun die logische Fortführung der sinnvollen Kombination von günstigen Eigenschaften des Naturproduktes Holz mit den technologischen Errungenschaften des Menschen. Dies bedeutet auch, dass wir die ganze Bandbreite der natürlichen Variabilität ausnützen, um für den Menschen und damit auch der Natur die bestmögliche Lösung zu bieten. Als ich mich Ende der neunziger Jahre, angestoßen durch ein Praxissemester während des Studiums der Forstwirtschaft, den Pappeln näherte, war schnell die Idee vom ungetrübten Forschergeist für eine Verwendung der Pappelhölzer im Bauwesen geboren. Das Vorhaben, die Produktentwicklung eines Brettschichtholzes aus Pappel im Entstehungsverlauf vom Rundholz bis zum Marketingkonzept umzusetzen, war damit als Ziel formuliert. Dabei ging es mir zu keinem Zeitpunkt um die politische Bewertung des Pappelanbaus, vielmehr sollte dieses vorhandenes Potential eine angemessene Wertschätzung erfahren. 3

7 1 Einleitung Während der Koordinierung und Organisation des Projektes wurde offensichtlich, was Bonnemann 1980 formulierte: Über die Verwertbarkeit des Pappelholzes aus deutschen Anbauten herrscht bei Erzeugern und Verbrauchern Unsicherheit. Heute, nach mehr als 20 Jahren, kommt diesem Satz leider immer noch große Bedeutung zu. Waren die Pappeln in den zwei Jahrzehnten davor Gegenstand großen Interesses und teils intensiver Forschungsbemühungen, so verschwanden sie in den beiden darauffolgenden Jahrzehnten fast in der Bedeutungslosigkeit....keine Nutzung mangels Nachfrage, schrieb mir Prof. Dr. H. Ollmann (2000). Von der Konzeption der Arbeit, alle Teilschritte der Wertschöpfungskette exemplarisch durchzuführen, wissenschaftlich zu begleiten und einen Vergleich zur Fichte herzustellen, musste Abstand genommen werden. Dabei musste insbesondere auf die technische Umsetzung und wirtschaftliche Bewertung des Einschnittes von Pappelholz und dessen technischer Trocknung verzichtet werden, da nur sehr beschränkt standardisierte und funktionierende Verfahren und Erfahrungswerte aufgrund mangelnder Nachfrage bei den Sägewerkern vorhanden sind. So war es nicht möglich, die geforderten Abmessungen von Schnittholz bzw. Lamellen für die Herstellung von Brettschichtholz und dessen Trocknung einfach zu ordern, ohne den Hinweis, dass gerade die Trocknung von frischem Schnittholz mit erheblichen Risiken und möglichem Fehlschlagen behaftet sei. Auch bei der Zusage eines mit Pappeln erfahrenen Betriebes über die Lieferung des geforderten Schnittholzes, war die Bestellung der Lamellen in produktüblichen Abmessungen ein Sonderauftrag, was allein schon den wirtschaftlichen Vergleich zur Fichte ausschließt. Der Teufelskreis, keine verlässlichen wirtschaftlichen Daten ohne eine genügend große Nachfrage und damit Erfahrungswerte zu erhalten und andererseits die technischen Möglichkeiten nicht erfassen zu können, ohne eine nachhaltige Nachfrage nach getrocknetem Pappel - Schnittholz garantieren zu können, kann also im Moment nur punktuell und versuchsweise durchbrochen werden. So ergab sich vom ursprünglichen, sich in der Wertschöpfungskette entwickelten Konzept eine klare Zweiteilung der Arbeit. Im Teil A werden die vorhandenen Erkenntnisse über das Holz der Pappeln dargestellt. Hier und da ist dies, auch aufgrund der fehlenden Daten, lediglich skizzenhaft gelungen. Dennoch wurde es als wichtig empfunden, ein möglichst umfassendes Bild der Pappeln zu zeichnen, um das Verständnis für die gegenwärtige Situation des Pappelholzes in Deutschland sichtbar zu machen und weiteren Bemühungen eine geeignete Grundlage zu bieten. Im Teil B der vorliegenden Arbeit werden sowohl die Grundlagen für die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel - Hölzern geschaffen, als auch der konkrete Produktionsprozess und anschließender Prüfung von Muster - Trägern dargestellt. Dazu wurden umfangreiche eigene Prüfverfahren zu den physikalischen und mechanischen Eigenschaften der Pappel - Hölzer, sowie die werkstofftechnische Überprüfung durch die Forschungs- und Materialprüfungsanstalt (FMPA) angestrengt. In der abschließenden Ergebnisdiskussion soll die Gesamtheit der Fakten, der ermittelten Teilergebnisse und der eigenen Erfahrungen beim Umgang mit den Pappelhölzern eine Verschmelzung erfahren. Das konkrete Ziel der kritischen, offenen und sachlichen Würdigung des Produktes soll dabei höchste Priorität erhalten. 4

8 1 Einleitung Ziel dieser Arbeit war es, gerade wegen weitverbreiteter Vorurteile, das Bewusstsein für die Vielfalt unserer verfügbaren Holzarten und deren Einsatzmöglichkeiten an dem praktischen Beispiel der Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel zu untersuchen und aufzuzeigen. Damit richtet sich diese Arbeit an alle, die mit Holz umgehen, vor allem aber an all diejenigen, die im Bereich der Leimholz - Herstellung tätig sind, oder vielleicht künftig tätig sein wollen und den konstruktiven Holzbau um ein ästhetisches Element, einem nahezu astfreien Brettschichtholz aus Pappel, bereichern möchten. 5

9 thoden 2 Materialien und Me- 2 Materialien und Methoden 2.1 Teil A: Die Recherche der Literatur über das Holz der Pappeln Die vorliegende Literaturrecherche möchte die Ergebnisse der Forschungsbemühungen über die Hölzer der Pappeln in Deutschland aufzeigen. Die Darlegung erfolgte thematisch nach Gruppierung der einzelnen physikalischen und mechanischen Kennwerte innerhalb der 3. Gliederungsebene. In diesen Kapiteln wurden die verfügbaren Ergebnisse chronologisch geordnet. Dabei wurde die jeweilige Erstausgabe einer Erscheinung in der chronologischen Gliederung zugrundegelegt, wodurch sich die Zitierweise von der Ordnung unterscheiden kann. Die Ausarbeitung beschränkt sich zunächst auf die Darstellung der zugänglichen Ergebnisse früherer Untersuchungen. Auf eine Auswertung innerhalb der Kapitel wird zugunsten einer ganzheitlichen Betrachtung in der Ergebnisdiskussion verzichtet. 2.2 Teil B: Die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel Untersuchungsmaterial Das Untersuchungsmaterial wurde aus ca. 13 Stammstücken von Schwarzpappel-hybriden gewonnen. Eine Unterscheidung nach Sorten und Herkunft ist aufgrund der betrieblichen Abläufe der Fa. Rettenmeier als Holzlieferant nicht möglich, da der Holzeinkauf das gesamte Bundesgebiet umfasst und darüber hinaus die Unterscheidung nach Sorten auch vom Waldbesitzer nicht vorgenommen wird. Es wurden äußerlich gute, astreine Erdstammstücke mit einem Zopfdurchmesser von 40 cm bis 50 cm (durchschnittlich 47,5 cm) ausgewählt. Der Einschnitt erfolgte mittels Bandsägen - Technik und einem Nachschnitt - Sägeaggregat. Das Schnittholz wurde sägefallend in einer Frischluft - Abluft Anlage auf eine Holzfeuchte von ca. 13% bis 14 % getrocknet und anschließend in einer Konditionierungsanlage auf die gewünschte Endfeuchte von ca. 10 % getrocknet. Für die Durchführung der Untersuchung zur Herstellung der Musterträger konnten zwei verschiedene Querschnittsmaße verwendet werden. Dies waren ca. 750 lfm. getrocknetes Pappel - Schnittholz mit den Abmessungen mm x 160 6

10 thoden 2 Materialien und Me- mm x 45 mm (Länge x Breite x Dicke), sowie ca. 160 lfm. trockenes Pappel - Schnittholz von sehr unterschiedlichen Längen zwischen 1600 mm und 5000 mm. Dieser Anteil wies eine Breite von ca. 110 mm und eine Dicke von 46 bis 47 mm auf. Damit standen insgesamt ca. 6,7 m 3 Pappelholz für die Versuchsreihen zur Verfügung. Das Schnittholz wurde am 02. Februar 2001 zur Fa. Stephan Holzleimbau angeliefert. Im Betrieb der Fa. Stephan wurden alle Herstellungs- und Prüfungsprozesse, mit Ausnahme der Überprüfung der verleimten Musterbinder, sowie der vierten und fünften Delaminierungsprüfung durchgeführt. Die Lagerung des Schnittholzes erfolgte zunächst für ca. 12 Tage im Schnittholzlager der Fa. Stephan bei einer durchschnittlichen Temperatur von 20 C (± 2,5 C) und einer relativen Luftfeuchtigkeit von rh = 35 % (± 3 %). Alle Klimawerte wurden mit Hilfe eines Rollen - Klimaschreibers erfasst Sortierung des Schnittholzes Zum Zwecke der besseren Sortierbarkeit wurden die Bretter zunächst auf den beiden Brett - Breitseiten von 44 mm 47 mm auf 42 mm und 44 mm Dicke in einer REX Hobel-maschine Typ Homs 630 K mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 20 bis 24 m gehobelt. Für die Sortierung des verwendeten Pappel Schnittholzes wurden in erster Linie die Bestimmungen aus der DIN 40 74, sowie ergänzend, die Aussagen der DIN EN 518 zu Rate gezogen. Das Schnittholz wurde in zwei modifizierte Güteklassen nach den Merk-malsausprägungen der Tabelle 6-1 sortiert. Die Klassenbezeichnungen S 13 und S 10 wurden aus der DIN übernommen, wobei Bretter mit Markröhre ausgeschlossen wurden, die zulässige Krümmung erhöht werden mußte und die Jahrringbreite vernachlässigt wurde. Die Sortierung nach der Ästigkeit erfolgte nicht absolut streng nach einzelnen Merkmalsausprägungen, sondern unter Beachtung der evtl. einzelne Fehler ausgleichenden allgemeinen guten Qualität eines Brettes. Gerade Bretter mit annähernd kantenparallelen Faserverlauf und sonstigen günstigen Merkmalen, die lediglich durch einen größeren Ast in eine niedrigere Sortierklasse eingestuft werden mussten, wurden durch markieren der Aststellen und dem damit verbundenen späteren Kappeschnitten der ungenügenden Bereiche in der ansonsten entsprechenden Sortierklasse gehalten. Die Sortierung wurde im Balkenlager am 14. Februar 2001 bei folgenden Klimadaten nach Aufzeichnung des Klimaschreibers durchgeführt: Durchschnittliche Temperatur von 20 C (± 2 C) und eine relative Luftfeuchtigkeit von rh = 35 % (± 2 %). Die Lagerung der Bretter erfolgte bis zur Verarbeitung am 27. Februar 7

11 thoden 2 Materialien und Me unter den mit genannten Klimabedingungen im Balkenlager bei geringen Schwankungen der klimatischen Verhältnisse Feuchtemessungen, Darrprobe und Kalibrierung der Keilzinkenanlage An 50 zufällig ausgewählten Brettern wurden durch elektrische Widerstandsmessung mit dem Holzfeuchtemessgerät H-Di-3.10 von Bollmann mit einer Ablesegenauigkeit von 0,1 % orientierende Werte gewonnen. Zur Kalibrierung der Dimter Keilzinkenanlage durchliefen 10 Bretter am 27. Februar 2001 die installierte, elektrische Widerstandsmessung von Bollmann, welche durch das Handmeßgerät (Bollmann H-DI-3.10) ergänzt wurde. Von 3 Brettern wurde an der Stelle der elektrischen Messung je ein ca. 7 cm langes Stück herausgetrennt. Von diesem wurden unmittelbar danach gespaltene Späne entnommen und einer Darrprobe unterzogen. Dabei wurden die Stücke mit dem gemessenen Höchst- und Niedrigstwert, sowie ein Stück welches dem Mittelwert entspricht, ausgewählt. In einer vierten Darrprobe wurden von allen 10 Brettern Proben zu gleichen Teilen für eine durchschnittliche Wertung entnommen. Die Darrprobe wurde mittels eines Sack - Darrautomates durchgeführt Herstellung der Musterbinder Die Verleimung der Keilzinkenstöße und die Flächenverleimung der Lamellen erfolgte mit Kauramin Leim 681 flüssig und Kauramin Härter 686 flüssig, welche von der Fa. BASF hergestellt werden. Dabei handelt es sich um die wäßrige Lösung eines Melamin-Harnstoff-Formaldehyd-Kondensations-Produktes. Alle Prüfstücke wurden unter denselben Bedingungen verleimt. Die Rohlamellen wurden am 27. Februar 2001 in einer Dimter Keilzinkenanlage mit der Fräsmaschine HK 200 L keilgezinkt und der anschließenden vierseitigen Hobelung in einer Kupfermühle Hobelmaschine unterzogen. Durch die Hobelung erfolgte die Reduzierung der Brettmaße auf eine Lamellenstärke von 38,3 mm und Lamellenbreite von 156 mm bzw. 105 mm. Am folgenden Tag wurde die Bürkle Verleimstraße mit den keilgezinkten Lamellen mit einem betriebsüblichen Leimauftrag von 400 g/m beschickt. Anschließend wurden 4 Stück Musterträger der Abmessungen 7000 mm x 612,8 mm x 156 mm (Länge x Höhe x Breite) in einer mit hydraulischen Druckstempeln arbeitenden Eisele - Presse bei einem Pressdruck von 0,6 N/mm gespannt. Weitere 4 Stück Musterträger des Abmessungen 4000 mm x 306,4 mm x 105 mm (Länge x Höhe x Breite) wurden in einer Spindelpresse mit Drehmomentschrauber gespannt. Die Aushärtung des Leimes erfolgte in gespannten über Nacht in gespanntem Zustand. 8

12 thoden 2 Materialien und Me- Am nächsten Tag wurden die Träger gehobelt und auf die vorgegebenen Maße abgelängt. Die Träger wurden mit den Bezeichnungen G 1 bis G 4 für die großen Musterträger und K 1 bis K 4 für die kleinen Binder versehen. Es wurden 2 Stück Musterträger (G 1 und G 2) mit den Abmessungen 6500 mm x 600 mm x 140 mm (Länge x Höhe x Dicke) zugerichtet, von denen je ein Stück mit Keilzinkenverbindungen und ohne Keilzinkenverbindungen im Bereich des Größten Biegemoments versehen war. 2 weitere Träger (G 3 und G 4) mußten aufgrund der nicht allseitig erfolgten Hobelung auf 130 mm Trägerbreite nachgehobelt werden. Der Träger G 3 wurde aus Lamellen nach der Sortierklasse S 10 hergestellt. 4 Stück Musterträger (K 1 bis K 4) wurden auf die Abmessungen 3000 mm x 300 mm x 90 mm abgelängt und ausgehobelt. Der Träger K 2 wies keine Keilzinkenverbindungen auf. Die Hobelung der Träger erfolgte mit einer Kupfermühle DOMA-X Hobelmaschine mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 3,4 m/min. Die Durchschnittstemperatur während der Lagerung der Träger betrug 22 C bis 23 C. Die durchschnittliche relative Luftfeuchtigkeit lag bei ca. 38 %. Zum Versand an die FMPA wurden die Muster - Träger in eine Schutzfolie eingepackt Delaminierungsprüfung Die Delaminierungsprüfungen bei der Fa. Stephan wurden in einem Jung Vakuum Druckbehälter und einer Novenco Typ UL EURO M Trockenanlage mit einer elektronischen Saas Steuerung durchgeführt. Es wurden 3 Durchgänge entsprechend dem Verfahren B nach DIN EN 391 mit gleichem Ablauf gefahren. Der erste Durchgang wurde am 01. März 2001, also einen Tag nach der Verleimung durchgeführt. Der zweite Delaminierungszyklus wurde 5 Tage nach der Verleimung, am 05. März 2001 und der dritte Zyklus am 13. März 2001, also am 13. Tage nach der Verleimung bewerkstelligt. Die Delaminierungsprüfungen wurden mit einem Vakuumdruck von 35 kpa, einem Überdruck bei der Druckprüfung von 5 bar und einem Trockenzyklus von 16 Stunden gefahren. Für die Trocknung auf die Ausgangsfeuchtigkeit ± 15 % wurde der Trockenzyklus entsprechend wiederholt. Abbildung 1: Die Vakuum - Druck - Kesselanlage, mit der die drei ersten Delaminierungsprüfungen durchgeführt wurden. Die Gewichtsbestimmung wurde mit einer digitalen Söhnle-Waage durchgeführt. 9

13 thoden 2 Materialien und Me- Eine 4. und 5. Delaminierungsprüfung wurde entsprechend der DIN EN 391 im Institut der FMPA am 10. April 2001 und 18. April 2001 nach dem gleichen Verfahren durchgeführt. Die Delaminierungsprüfung erfolgte mit einer Bollmann Druck - Vakuum Anlage, welche auf einen Vakuumdruck von 30 kpa und einen Druck von 5 bar eingestellt war. Die Trocknung der Proben erfolgte in einer Novenco ZL 06 Trockenanlage, welche ebenfalls mit einer Saas Steuerung ausgestattet war. Die Bestimmung des Gewichts erfolgte mit einer geprüften Mettler Waage, welche eine Genauigkeit von ± 10 g aufwies. Abbildung 2: Die Vakuum - Druck - Kesselanlage bei der FMPA, mit der die 4. und die 5. Delaminierung durchgeführt wurde Keilzinkenbiegeprüfung Insgesamt wurden 48 Keilzinkenbiegeprüfungen an einer Lübbert Biege- Scher-Prüfmaschine Typ UL EURO M durchgeführt. Dabei wurden die Prüfstücke nach den angewandten Sortierklassen S 13 und S 10 erfaßt. Zusätzlich wurden keilgezinkte Lamellenstücke mit rissigem Bereich um die Markröhre mit in die Prüfverfahren aufgenommen. Die Probekörper wurden am 27. Februar 2001 hergestellt und am 3. Tag nach der Verleimung, am 02. März 2001 geprüft. Die Prüfungen erfolgten nach den Maßgaben der DIN EN 385 und den Richtlinien der Studiengemeinschaft Holzleimbau e. V. von 1996 für die Durchführung von Keilzinkenbiegeprüfungen Scherprüfung der Leimfugen Die Scherprüfungen wurden anhand einer speziellen Vorrichtung an der Biege- Scher-Prüfmaschine Lübbert, Typ UL EURO M, nach den Maßgaben der DIN EN 392 und der Richtlinien zur Scherprüfung von der Studiengemeinschaft Holzleimbau e. V bewerkstelligt. Dabei wurden von den 90 mm breiten Bindern je ein Prüfstab, von den 160 mm breiten Bindern entsprechend 2 Prüfstäbe entnommen. Nach der Zurichtung mit der geforderten Genauigkeit auf 0,5 mm, wurden die Tests am 06. März 2001, dem 7. Tag nach der Verleimung absolviert. Dabei wurde jede Leimfuge geprüft, entsprechend ergab sich ein Prüfumfang von 148 Leimfugen. Aufgrund der Zerstörung von 4 Leimfugen während des Prüfverfahren konnten lediglich 144 getestet werden. 10

14 2 Materialien und Methoden Bestimmung der Rohdichte, des E - Moduls und der Biegefestigkeit Das Arbeitsverfahren zur Bestimmung der Rohdichte, des E - Moduls und der Biegefestigkeit der verwendeten Probekörper setzte sich aus mehreren Teilschritten zusammen. Zunächst wurden aus den vorhanden Brettern 52 Probekörper in Gebrauchsabmessungen mit den Maßen 1180 mm x 90,2 mm x 30,2 mm (Länge x Breite x Dicke) ausgehobelt. Diese wurden am 07. März 2001, dem Tag der Prüfungsreihe mit einer digitalen Söhnle - Waage gewogen. Anschließend wurde die Lübbert - Biege-Scher-Prüfmaschine Typ UL EURO M mit einer auf Zehntel Millimeter genauen Meßuhr versehen, um die Durchbiegung f bei einer Druckbelastung mit der Kraft F ablesen zu können. Die Probestücke wurden im mittleren Bereich mit einer winkligen Markierung versehen, so dass das Prüfstück sowohl zwischen den paarigen Druckbalken und den Auflagerollen, als auch die Einrichtung der Messuhr exakt an der Mittenposition bewerkstelligt werden konnte. Bei einer Auslenkung von ca. 7 mm bis 10 mm wurde der Belastungsvorgang gestoppt, die Auslenkung und Krafteinwirkung notiert, bevor dann die Meßuhr entfernt und die Durchbiegung bis zum maximalen Kraftmoment fortgesetzt werden konnte. Nach dem Bruch der Proben, wurden mit dem Feuchtigkeitsmessgerät Bollmann H-DI-3.10 zwei Messungen unmittelbar neben der Bruchstelle durchgeführt, so dass der Abstand zum Hirnholzende der Bretter ca. 50 cm betrug. Die Ergebnisse der beiden Feuchtemessungen wurden gemittelt und dienen als Grundlage für die Dichteberechnungen. Die Werte für die E - Moduln und der Biegefestigkeit wurden nach den folgenden Bestimmungen der DIN berechnet. Biegefestigkeit (max. Biegespannung B ): 1 B max. = ( l l ) 3 F 2 b h? Elastizitätsmodul aus Biegung (E B ) bei zwei Lastangriffspunkten: 2 E B = 3 (2 l 3 l l 3 8 b h 2 + l 3 ) ÄF Äf Für die Einschätzung der Biegefestigkeiten von Brettern mit Ästen, sind 12 Bretter mit Erfassung der Ästigkeit nach DIN geprüft worden. Die Mes- 1 F = Bruchlast in Newton, l = Stützweite in mm, l = Abstand der Kraftangriffspunkte in mm, b = Probenbreite in mm, h = Probendicke in mm 2 l = Stützweite in mm, l = Abstand der Kraftangriffspunkte in mm, b = Probenbreite in mm, h = Probendicke in mm, F = beliebige Kraftdifferenz im elastischen Verformungsbereich der Probe in N, f = die der Kraftdifferenz F entsprechende Durchbiegung in Probenmitte in mm 11

15 thoden 2 Materialien und Me- sung der Ästigkeit und Einteilung der Sortierklassen erfolgte dabei nach den Bestimmungen und Definitionen der DIN Bei der Biegeprüfung wurden die Proben so aufgelegt, dass sich die linke Brettseite im Zugbereich befand. Die Berechnung der Rohdichte bei dem jeweils gemessenen und berechneten Feuchtegehalt erfolgte nach der Maßgabe der DIN mit Hilfe der Quotienten von der Masse m u und des Volumens V N in g/cm. Zur besseren Vergleichbarkeit wurden die Rohdichtewerte dann aufgrund der unterschiedlichen Feuchtegehalte linear auf die Darrdichte umgerechnet. Die Roh- und Darrdichtewerte wurden auf Hundertstel Gramm gerundet Die Prüfung der Brettschichtholzträger aus Pappel Von den hergestellten Muster - Trägern wurden von beiden hergestellten Querschnittsmaßen die Musterträger G1, G2, G3, sowie K 1, K 2 und K 3 am 16. März 2001 an die Forschungs- und Materialprüfungsanstalt (FMPA) geliefert. Die G - Träger mit den Querschnittsmaßen 600 mm x 140 mm bzw. 130 mm (Höhe x Breite) wiesen eine Länge von 6500 mm auf, die K - Träger mit einer Höhe von 300 mm und einer Breite von 90 mm waren 3000 mm lang. Die Prüfungen der Probe - Träger erfolgte am 26. und 27. März 2001 bei der FMPA, dem Otto-Graf-Institut an der Universität Stuttgart. Zum Einsatz kam dabei eine hydraulische Biegeprüfmaschine mit 8 Druckzylindern von je 200 KN Belastbarkeit, dem sog. Elefanten. Die G - Träger wurden mit 4 Druckkolben, die K - Träger mit 2 Druckkolben belastet. Zur Bestimmung der Rohdichte wurden die G - Träger mit Hilfe einer Kaiser + Kraft Kranwaage (Typ: ZKA 2/2t) mit einer Ablesegenauigkeit von 1 kg gewogen. Die Gewichtsermittlung der K - Träger erfolgte mit einer OHAUS Waage I 10 mit elektronischer Ableseeinrichtung IS 65 auf 0,005 kg genau. Daraufhin wurde mit Hilfe des Volumens die wahrscheinliche Rohdichte der Träger bei einem Feuchtegehalt von u = 10 ± 2 % ermittelt. Neben der Rohdichte wurden entsprechend der Abmessungen bei den Muster - Trägern Nr. G 1, G 2 und G 3 die max. Biegespannung und bei den Trägern K 1, K 2 und K 3 die max. Schubspannung errechnet. Die E - Moduln der G - Träger wurden aufgrund der nahezu gleichmäßig verteilten Laststellen auf der Grundlage einer idealisierten Gleichlast berechnet. Die Messung der Auslenkung erfolgte zweifach auf der Schwertlinie. Zum einen wurde die Messung der Durchbiegung mit Schnur und Spiegel bei okularer Ablesung, zum anderen ü- ber induktivem Wegaufnehmer mit computerunterstützter graphischer Auswertung bewerkstelligt. Folgende Kennwerte wurden dabei ermittelt. 12

16 2 Materialien und Methoden Gesamtdurchbiegung (W): 3 W = W M + W Q Schubfestigkeit ( ) der K - Träger: 4 = Q 1,5 A Biegefestigkeit (max. Biegespannung B ) der G - Träger: 5 B max. = E - Modul aus Biegung (E B ) der G - Träger: 6 E B = M 6 b h? Äq l I Äf 4 E - Modul aus Biegung (E B ) unter Berück- sichtigung der Schubverformung: 7 E B = 5 Äq l 384 I 4 ( Äf Äf ) Q Verformung infolge einer Kraftdifferenz des Schubanteils im elastischen Verformungsbereich des Trägers ( f Q ): 8 f Q = Trägheitsmoment I: 9 I = 2 Äf l 1,2 8 G b h b h 12 3 Kraftmoment M bei vier Lastangriffspunkten: 10 M = A la F lp 1 3 W M = Durchbiegung durch Biegebeanspruchung, W Q = Durchbiegung durch Schubverformung 4 Q = Bruchlast in N, A = Querschnittsfläche des Probekörpers in mm 5 M = max. Kraftmoment in N, b = Breite des Probeträgers, h = Höhe des Probeträgers 6 q = beliebige Kraftdifferenz im elastischen Verformungsbereich des Probeträgers in N, l = Stützweite in mm, I = Trägheitsmoment in mm 4, f = die der Kraftdifferenz q entsprechende Durchbiegung in Probenmitte in mm 7 q = beliebige Kraftdifferenz im elastischen Verformungsbereich des Probeträgers in N, l = Stützweite in mm, I = Trägheitsmoment in mm 4, f = die der Kraftdifferenz q entsprechende Durchbiegung in Probenmitte in mm, f Q = Durchbiegung in mm, infolge der Kraftdifferenz des Schubanteils im elastischen Verformungsbereich 8 f = die der Kraftdifferenz q entsprechende Durchbiegung in Probenmitte in mm, l = Stützweite in mm, G = angenommener Schubmodul (500 N/mm ), b = Breite in mm, h = Höhe in mm 9 b = Breite des Probekörpers in mm, h = Höhe des Probekörpers in mm 13

17 2 Materialien und Methoden Aus den Einzellasten (q) idealisierte Gleichlast: 11 q ideal = 4 F l Wirksame Querkraft (W Q ) bei Prüfung der G - Träger: 12 W Q = Wirksamer Stegquerschnitt (A St ): 13 A St = 2 q l 8 G A b h 1,2 St Abbildung 3: Schematische Prüfskizze der geprüften G - Träger 10 A = Auflagekraft in N, la = Wegstrecke vom Auflagenpunkt bis zum zweiten Kraftangriffspunkt in mm, F = Einfache Kolbenkraft in N, lp 1 = Abstand zwischen den Druckkolben in mm 11 F = Kraft pro Druckkolben in N, l = Stützweite in mm 12 q = max. Kraftmoment der Biegeprüfung in N, l = Stützweite in mm, G = angenommener Schubmodul mit 500 N/mm, A St = wirksamer Stegquerschnitt 13 b = Breite des Trägers, h = Höhe des Trägers 14

18 2 Materialien und Methoden Abbildung 4: Schematische Prüfskizze der geprüften K - Träger Abbildung 5: Versuchsaufbau bei der Prüfung der G - Träger Abbildung 6: Versuchsaufbau bei der Prüfung der K - Träger 15

19 Teil A 3 Die Pappeln 3 Die Pappeln 3.1 Systematik der Pappeln Arten der Pappeln Mit etwa Arten 1 sind die Pappeln (Populus spp.) neben den Weiden (Salix spp.), die wichtigste Gattung 2 in der Familie 3 der Weidengewächse (Saliaceen). Die meisten Arten finden sich in der nördlichen Hemisphäre, wobei sich die einzelnen Arten in ihrer Morphologie und ihren Ansprüchen an die standörtlichen Verhältnisse stark unterscheiden. Die verschiedenen Pappelarten sind in 6 Sektionen 4 zusammengefasst. Die Sektionen, welche in Mitteleuropa aufgrund der klimatischen Verhältnisse und der Historie beim menschlichen Umgang mit den Pappeln Bedeutung besitzen, sind die drei nachfolgend genannten: 1. Aigeiros 2. Tacamahaca 3. Leuce Des weiteren gibt es zahlreiche Arten innerhalb der Sektionen 4. Turanga 5. Leucoides 6. Abaso, welche aber in unseren Breiten nicht angebaut werden. Sie sollen deshalb im Folgenden außer Betracht bleiben. 1 (Species). Wichtigste systematische Grundeinheit im natürlichen System, welche durch die Übereinstimmung in allen wesentlichen Merkmalseigenschaften, potentieller Fortpflanzungsfähigkeit, und dabei durch das Hervorbringen fortpflanzungsfähiger Nachkommen, gekennzeichnet ist. Der Artname ist international durch den lateinischen Ausdruck der binären Nomenklatur festgelegt. (Gattung/Art, z. B. Populus nigra) 2 Zusammenfassung von Arten zu einer Gattung, welche zwar in einem engen Verwandtschaftsverhältnis stehen, sich aber dennoch in wesentlichen Punkten unterscheiden. 3 Verwandtschaft von verschiedenen Arten, welche durch Zuordnung innerhalb einer Familie zum Ausdruck kommt. 4 Die Sektion ist eine Einteilung in der Hierarchie der Taxone. Sie liegt zwischen dem Gattungs- und Artbegriff. 16

20 Teil A 3 Die Pappeln Die Sektionen und ihre Mitglieder im einzelnen: Zu Nr. 1.: Aigeiros, Schwarzpappeln: In dieser Sektion findet sich die bei uns heimische Schwarzpappel (Populus nigra), die in reiner Form heute selten anzutreffen ist. Schwarzpappel (Populus nigra), mit der aus dem Iran oder Afghanistan stammenden Variation der Säulen- oder Pyramiden-Pappel (var. italica, var. pyramidalis, var. fastigiata). Diese ist auch unter den Namen Spitzpappel, Napoleonspappel oder Lombardische Pappel bekannt. Amerikanische oder Kanadische Schwarzpappel (Populus deltoides, syn. Populus monilifera). Euamericana-Bastarde 5 (Populus x canadensis, syn. Populus euramericana). Hinter diesem Sammelbegriff verbergen sich ein Vielzahl von Hybriden wie z. B. die forstlich wichtige Robusta oder die Altsorte Harff. Zu Nr. 2: Tacamahaca, Balsampappeln: Große Bedeutung besitzen diese Arten bei der Entstehung von Bastarden. Westliche Balsampappel, Haarfrüchtige Balsampappel (Populus trichocarpa). Hierzu zählen Sorten wie Brühl, Muhle-Larsen, Scott Pauley und Fritzti Pauley. Schmalblättrige Balsampappel, (Populus angustifolia). Simons Pappel, (Populus simonii). Maximowiczs-Balsampappel, (Populus maximowiczii). Von dieser Art wurden mit Hilfe von Kreuzungen Sorten wie bspw. Oxford, Rochester und Androscoggin gebildet. Zu Nr. 3: Leuce, Weiß- und Filzpappeln: Zu dieser Sektion gehören zwei weitere der insgesamt drei heimischen Pappelarten. Dies sind die beiden eurasischen Arten 5 Syn. Hybrid. In der Forstbotanik versteht man darunter ein Kreuzungsprodukt von Eltern mit unterschiedlicher genetischer Struktur und Merkmalsausprägung. 17

21 Teil A 3 Die Pappeln Weiß- oder Silberpappel (Populus alba), welche heute ebenfalls selten in reiner Form vorkommt, sowie die Zitterpappel, Aspe, Espe (Populus tremula). Des weiteren gehört zu dieser Sektion auch der aus den o. g. Arten entstandene Bastard Graupappel (Populus canescens), sowie die Amerikanische Zitterpappel, amerikanische Aspe (Populus tremuloides), die ebenfalls Bastarde mit Populus alba hervorbringen kann Hybride, Sorten und Klone der Pappelarten Neben den zahlreichen Arten wird die Vielfalt der Pappeln aufgrund ihrer Befähigung zur natürlichen Bastardisierung erhöht. Durch diese Fähigkeit kamen die ersten Kreuzungen sehr wahrscheinlich ohne das Zutun des Menschen zustande. Anfänglich natürliche Kreuzungen von Pappeln, auch zwischen verschiedenen Sektionen, wurden systematisch fortgeführt, so dass neben den natürlichen Bastarden oder Hybriden, auch Sorten 6 und Klone 7 entstanden. Allein in Deutschland besaßen über die Jahre hinweg 72 verschiedene Sorten die Zulassung, von denen heute jedoch nur noch 51 zugelassen sind (siehe Zusammenstellung im Anhang). Einen guten Eindruck von der Vielfalt züchterischen Handelns bekommt man von den Darstellungen und Auflistungen der Veröffentlichung der Landesanstalt für Umweltschutz, Bd. 30, Handbuch Wasser 2, Pappeln an Fließgewässern. Aufgrund der forstlichen Aktivitäten der europäischen Länder in der Vergangenheit, in Bezug auf Vermehrung, Verbreitung und Anpflanzung der Sorten, ist heute die Sorte Populus nigra ssp. Robusta, die wirtschaftlich wohl wichtigste Pappel. Dies findet nicht zuletzt Ausdruck darin, dass Populus nigra ssp. Robusta, neben Populus alba die einzige Art ist, die in der EN DIN 386 für die Herstellung von Brettschichtholz aufgenommen wurde. Bei Populus nigra ssp. Robusta handelt es sich um einen Klon der Sektion Aigereiros / Schwarzpappeln. Die `robusta ist eine Auslese aus einer 1895 in der Baumschule Simon Louis in Plantières bei Metz aufgekommenen Sämlingsproduktion. Über die Zahl der 6 Cultivar. Die Sorte ist eine Gemeinschaft unterhalb der Artebene, die durch Züchtung hinsichtlich verschiedener Merkmale beständig ist. 7 Als Klon bezeichnet man Individuen mit identischem Erbmaterial. Damit sind alle vegetativ vermehrten Pflanzen Klone (Stecklingsvermehrung). 18

22 Teil A 3 Die Pappeln damals ausgelesenen Pflanzen, gehen die Ansichten weit auseinander. Jedenfalls wurde dieser Name schon sehr bald nach der erfolgten Auslese auf eine bestimmte Pflanze bezogen, die heute unter dem Namen `Robusta vermehrt wird. Die Sorte ist in ganz Europa, zumindest aber in Deutschland, Frankreich, Belgien, Niederlande, Österreich, und der Schweiz, die am häufigsten gepflanzte Sorte (Zycha et al. 1959). 3.2 Geschichte der Pappel in unserer Kulturlandschaft In unserer Landschaftsgeschichte waren die Pappeln mit den drei ursprünglich beheimateten Vertretern Populus nigra (Schwarzpappel), Populus tremula (Zitterpappel, Aspe) und Populus alba (Weiß- oder Silberpappel) wohl nur kleinflächig als herrschende und bestandesbildende Baumart in den heimischen Wäldern vorhanden. Natürliche Kreuzungen, wie etwa die Graupappel, geben ein Zeugnis der natürlichen Variabilität der Pappeln ab. Durch die alten Handelswege nach Osten und die Entdeckung der neuen Welt wurde durch die Aktivitäten der Reisenden auch die Vielfalt der Pflanzen in Europa erhöht. Bereits im 18. Jahrhundert kam es zu Pflanzungen fremder Herkünfte. Daneben entstanden bald die ersten von Menschen gelenkten Sorten. Dank der leichten Reproduzierbarkeit durch Stecklingsvermehrung, wurden die Pappeln über die Zeit hinweg oft Gegenstand von züchterischen Aktivitäten. Im Laufe des geschichtlichen Anbaus der Pappeln gab es verschiedene Hochphasen und auch Tiefphasen. Die erste wichtige Pappelwelle setzte Ende der 40iger Jahre ein. Damals befürchtete man eine akute Holzverknappung und setzte deshalb auf die schnellwachsende, alle anderen Baumarten in Volumenleistung übertreffende Baumart Pappel. Diese Wertschätzung setzte sich in kleineren Wellenbewegungen bis zum Ende der 60iger Jahre fort. Dabei etablierten sich die Pappeln regional unterschiedlich stark. Oft wurden die Pappeln als Alleenbäume an Wassergräben, Straßen oder als Feldgehölze in Reihen gepflanzt. Insgesamt waren die Pappelanbauten sehr verstreut und mit äußerst unterschiedlichen Ausgangspositionen ausgestattet. Verschiedene Arten und Sorten wurden auf für sie sehr unterschiedlich gut geeignete Standorte gepflanzt. So kam es neben hohen Wuchsleistungen auch zu vielen Misserfolgen und krankheitsbedingten Totalausfällen. Wurden die Pappeln ohne beengte Klonauswahl auf geeignete Standorte gepflanzt und erfuhren eine durch den Forstmann gelenkte und gezielte Baumerziehung, können wir heute nach Jahren hochwertiges Nutzholz in beachtlicher Dimension ernten. Der immer wieder aktuelle Streit über das Für und Wider von gezielten Pappelanbauten wird schon lange geführt. Hitzige Debatten darüber soll es schon Ende des 19. Jahrhunderts gegeben haben (Landesanstalt für Umweltschutz, 1996). 19

23 Teil A 3 Die Pappeln 3.3 Vom Umgang und der Verwendung der Pappelhölzer Zu unterscheiden sind die Pappeln oft genug nur sehr schwer, bei den vielen Sorten hat auch der Fachmann große Schwierigkeiten. Wird nur das Holz betrachtet, steigert sich diese Schwierigkeit ins Unmögliche. Oft wird von sogenannten Kultursorten oder Wirtschaftspappeln gesprochen. Um welche Sorten es sich dabei handelt, ist oftmals nicht mehr bekannt. Auch im Wirtschaftswald werden verschiedene Sorten lediglich als Balsampappeln oder aber als Robusta - Pappeln bezeichnet. Bei der Erfassung der Pappeln wird oft von Wirtschaftspappeln gesprochen. Diese Ungenauigkeit birgt aber spätestens dann Probleme, wenn über die Verwendung von Pappelholz aufgrund der EN DIN 386 für den statisch - konstruktiven Bereich nachgedacht wird. Falls die EN DIN 386 zu geltendem deutschen Recht würde und es damit zu einer Verwendung von Pappelholz im Hochbau kommen würde, könnten sich aufgrund der gängigen Praxis einer fehlenden und auch sehr schwer zu verwirklichenden Unterscheidung der Pappelhölzer nach Sorten und Klone, für die Verwendungssituation der Pappeln neue Schwierigkeiten ergeben. Auch deshalb erscheint es sinnvoll, Klongruppierungen wie z. B. Schwarzpappelhybriden als Einheit für die Sortierung nach der Festigkeit und somit der mechanischen und physikalischen Eigenschaften zu benennen. Dennoch sollte man sich darüber im Klaren sein, dass es zumindest rechtlich eine Grauzone bleibt, die verschiedenen Pappeln unter Sammelbegrifflichkeiten zusammenzufassen. Allerdings sollte bemerkt werden, dass die Situation in anderen Ländern Europas die nennenswerte Anteile von Pappelen aufzuweisen haben, wohl nicht wesentlich anders sein dürfte. Grundsätzlich sollte das wichtigste Unterscheidungskriterium, das nach den Erziehungsmethoden und damit den Holzeigenschaften der Pappeln sein. Zunächst müsste die Unterscheidung Feld- und Waldpappel für den Holzverwender im Vordergrund stehen. Die Feldpappeln genügen hinsichtlich der Qualität oft nur geringen Ansprüchen. Dies ist zumeist auf die nicht erfolgte Ästung der Erdstämme in der Jugendphase der Bäume zurückzuführen. Es ist auch wahrscheinlich, dass die Zugholzausbildung, mit der erhebliche technische Probleme einhergehen, bei den Feldpappeln signifikant höher liegt. Die Pappeln im Wald genießen zumindest dort, wo sie als eigenständiger Waldentwicklungstyp aufgrund ihrer Häufigkeit auftreten, eine standardisierte und erfolgreiche Erziehungsmethode. Ein homogen erzogener und geästeter Pappel - Bestand kann reichlich hochwertiges Holz hervorbringen. 20

24 Teil A 3 Die Pappeln Sortierung des Rohholzes Während bis in die 1. Hälfte des 19. Jahrhunderts eine Gebrauchs- und Verwendungssortierung angewandt wurde, gewannen nach Einführung des metrischen Maßsystems 1871 absolute Sortierungsnormen im Folgenden größere Bedeutung, was zum Rückgang der Gebrauchssortierungen führte. Die Sortierungspraxis fand dann schließlich um die Jahrhundertwende in Form der Mittenstärkensortierung, neben der Heilbronner Sortierung den Einzug in die deutschen Sortierungsvorschriften. Grundlage für die Rohholzsortierung in Deutschland ist seit 1969 die Verordnung über die gesetzlichen Handelsklassen für Rohholz (HKS). Diese wurde aufgrund der EWG - Richtlinie zur Angleichung der Rechtsvorschriften für die Rohholzsortierung geschaffen. In jüngerer Zeit gewinnen verwendungsorientierte Sortierungsaspekte wieder mehr an Bedeutung, welche aufgrund der gesetzlichen Bestimmungen meist zusätzlich zur Handelsklassensortierung Einzug findet. Dies gilt in besonderem Maße auch für die Pappelhölzer, bei welchen sich durch den anhaltenden schlechten Absatzmarkt eine stark verwendungsorientierte Sortierungspraxis eingebürgert hat. Hinsichtlich der im Wald erzeugten sog. Wirtschaftspappeln wird zwischen zwei groben Klassen unterschieden. Zum Einen ist das die schälfähige Ware, solche, die für die Herstellung von Schälfurnier geeignet ist. Dieses Holz entspricht den Güteklassen A und B. Zum Anderen ist dies die Sägeware, die überwiegend zur Palettenherstellung verwendet wird und der Güteklasse C entspricht. Des weiteren wird in B+ und B- Qualitäten unterschieden, die im Sinne der HKS eher einer Einteilung von A und B entsprechen würden. Da jedoch der Markt bisher kaum A - Qualitäten des Rohholzes honoriert, wird als A - Holz oftmals lediglich überstarkes und qualitativ hochwertiges Stammholz bezeichnet, das sich aufgrund der Dimension und dem damit sehr eingeschränkten Käuferkreis nur schwer verkaufen lässt. Dadurch kommt auch das Paradoxon zustande, das ein höherwertiges Produkt am Markt niedrigere Erlöse erzielt, als ein qualitativ weniger gutes, aber ansonsten gleiches Produkt. Die Qualität B+ entspricht daher faktisch oftmals einem Stamm der Qualität A. Für viele Verwendungszwecke ist die normale B - Qualität ein durchaus verlässliches Maß, wenn es klar und einheitlich definiert wird. So auch für den Rohstoff zur Herstellung von Brettschichtholz. Der nachfolgende Sortierungsvorschlag möchte versuchen, die Ansprüche an ein Pappelholz der Güte B, welches für die Herstellung von Brettschichtholz geeignet erscheint festzuhalten und zu verdeutlichen. 21

25 Teil A 3 Die Pappeln Tabelle 3-1: Pappel - Sortierungsvorschlag für die Güteklasse B Merkmal Grenzwerte Dimension Länge ab 2,5 m, Mittendurchmesser ab 35 cm o. R. Gesundheit Ästigkeit Aststärkebereiche Bis 4 cm 4 8 cm über 8 cm Rindenmerkmale Drehwuchs Krümmung Lage der Markröhre Risse Zulässig: Faulstellen bis 15 % des Durchmessers im Stammzentrum. Ausgeschlossen: Stauchung, Splitterung, Sonnenbrand, überwallte Stammverletzungen, Pappelkrebs (Braunfleckengrind) Zulässig: gesunde Äste Fauläste 2 Stk. / lfm. 1 Stk. / lfm. 1 Stk. / lfm. ½ Stk. / lfm. 0 0 Einzelne Siegel und Gallen zulässig 2 / lfm. Bis 6 cm / lfm. zulässig Bis 6 cm / lfm. Pfeilhöhe zulässig, einschnürig Bis 20 % des Durchmessers aus der Mitte verlagert Im inneren Drittel zulässig, Ringschäle, Wundfolgerisse unzulässig Auf europäischer Ebene wurde 1997 eine Qualitäts - Sortierung für die Pappeln verabschiedet. Die Inhalte der DIN EN , als zukünftige Sortieranweisung von Pappelholz ist in umseitiger Tabelle dargestellt. In der Norm wird darauf verwiesen, das die Klasse Po - B (Populus - B) eine normale Qualität des Holzes kennzeichnet. Die DIN EN lässt die vertragliche Vereinbarung weiterführender Merkmale des Rohholzes offen, wodurch auch hier die Verwendungssortierungspraxis bestätigt wird. 22

26 Teil A 3 Die Pappeln Tabelle 3-2: Sortierregeln für Pappeln nach DIN EN Klasse Qualitätsmerkmale Po - A Po - B Po - C Mindestmaß Länge (m) (1) Zopfdurchmesser ohne Rinde (cm) (1) Äste (mm) Gesunder unüberwallter Ast Toter Ast Faulast Überwallter Ast Durchmesser < 60 mm 3 30 (2) unzulässig unzulässig 2 25 (3) (3) unzulässig 2 20 zulässig zulässig zulässig (2) zulässig zulässig Durchmesser 60 mm unzulässig unzulässig zulässig Exzentrizität > 10 % unzulässig zulässig zulässig Krümmung (cm / m) < 2 < 5 zulässig Ovalität (%) < 10 zulässig zulässig Kernriss (4) keine durchgehenden Risse zulässig Ringschäle unzulässig unzulässig zulässig Frostriss unzulässig unzulässig zulässig Blitzriss unzulässig unzulässig zulässig Schwindrisse unzulässig zulässig zulässig Braunstreif unzulässig unzulässig zulässig Insektenfraßgänge unzulässig unzulässig zulässig ANMERKUNGEN: 1 Länge und Durchmesser müssen mit dem in pren 1309: 1994 festgelegten Messverfahren ermittelt werden. 2 Zwei Ausnahmen sind zulässig: entweder ein gesunder Ast (unüberwallt) mit Durchmesser < 20 mm auf der Mindestlänge des Abschnitts, oder ein überwallter Ast mit Durchmesser < 60 mm auf der Mindestlänge des Abschnitts 3 Drei Ausnahmen sind zulässig: entweder zwei gesunde Äste (unüberwallt) mit Durchmesser < 40 mm auf der Mindestlänge des Abschnitts, oder zwei tote Äste (unüberwallt) mit Durchmesser < 20 mm auf der Mindestlänge des Abschnitts, oder ein gesunder Ast (unüberwallt) mit Durchmesser < 40 mm und ein toter Ast mit Durchmesser < 20 mm auf der Mindestlänge des Abschnitts. 4 Risse sind im inneren ¼ des Durchmesser zulässig. 23

27 Teil A 3 Die Pappeln Die Preise der Pappelhölzer Da die Verbuchung der Pappelhölzer im öffentlichen Wald der Bundesrepublik Deutschland meist zusammen mit der Baumart Buche erfolgt, sind die Möglichkeiten einer Auswertung und Beurteilung über die Erlössituation sehr beschränkt. Auch in Baden - Württemberg, welches jährlich als Datengrundlage die Forststatistischen Jahrbücher vorlegt, sind Erlösauswertungen nur für den Staatswald möglich. In Tabelle 3-3 sind die durchschnittlichen Erlöse für den Staatsforstbetrieb Baden - Württemberg ersichtlich. Darin erfasst sind die nach der für das Land gültigen Mittenstärken - Sortierung (L - Sortierung) verkauften Mengen der Güteklasse B. Unberücksichtigt bleiben dagegen die Mengen, welche in Form eines L-Mischloses, d. h. vermischt mit anderen Güteanteilen verkauft wurden. Tabelle 3-3: Durchschnittliche Erlöse für den Staatsforstbetrieb Baden - Württemberg Forstwirtschaftsjahr Wirtschaftspappel nach L - Sortierung Verkaufte Menge Durchschnittlicher Erlös ,37 Efm 97,23 DM ,80 Efm 109,39 DM ,45 Efm 109,74 DM ,89 Efm 103,74 DM ,59 Efm 92,06 DM ,67 Efm 81,03 DM ,31 Efm 78,75 DM ,25 Efm 83,63 DM ,27 Efm 92,43 DM ,45 Efm 101,91 DM ,81 Efm 108,19 DM Durchschnittswerte: 3.879,29 Efm 105,81 DM Der durchschnittliche Erlös im Staatswald lag demnach in den Jahren 1989 bis 1999 bei 105,81 DM / Efm. Für das verkaufte Pappel Stammholz der Güteklasse A / F / TF ergibt sich ein Durchschnittserlös von 96,92 DM je Efm. Damit liegen die Erlöse des A - Holzes unter dem durchschnittlichen Preis des B Holzes. Der Grund hierfür ist in der überstarken Dimension des Holzes zu finden, für die es aufgrund des im Durchmesser beschränkten Gatterschnittvermögens nur einen kleinen Käuferkreis gibt, welche über Bandsägentechnik verfügt. 24

28 Teil A 3 Die Pappeln Das Staatliche Forstamt Rastatt nimmt mit einem durchschnittlichen Einschlag von Efm Pappelholz für die Jahre 1996 bis 1999 zusammen mit den Forstamt Kehl ( Efm) eine herausragende Stellung innerhalb von Baden - Württemberg bei der Bewirtschaftung der Pappeln ein. Der Holzhof Oberschwaben ist seit zwei Jahren ein Abnehmer des Staatlichen Forstamtes Rastatt für starkes Pappelholz. Nachfolgend sollen die Forstwirtschaftsjahre 1998 und 1999 als Grundlage zur Darstellung der aktuellen Erlössituation dienen. Berücksichtigt wurden bei der Preisermittlung lediglich die Stärkeklassen 8 B 4, B 5 und B 6, da diese Dimensionen für die Herstellung von Brettschichtholz sowohl in technologischer, als auch in wirtschaftlicher Hinsicht besonders geeignet scheinen. Dabei wurden folgende Preise in Abhängigkeit der Stärkeklasse erzielt. Klasse B 4: 85,- DM Klasse B 5: 105,- DM Klasse B 6: 115,- DM Der Durchschnittserlös über die drei Stärkeklassen lag 1998 bei 106,27 DM und 1999 bei 108,44 DM Die traditionelle und aktuelle Verwendung der Pappelhölzer Gute Qualitäten von Pappelhölzer wurden traditionell zu Schälfurnier aufgearbeitet. Auch heute geht ein großer Teil des Holzes in diesen Industriezweig. Die Einsatzgebiete haben sich jedoch im Laufe der Zeit gewandelt. War früher die Zündholzindustrie ein wichtiger Abnehmer, so sind es heute die Verpackungsmittelhersteller, die das Schälfurnier zu Spankörben für Obst und Gemüse, sowie Käseschachteln verarbeiten. Mindestens ein Hersteller von Snowboards in der Schweiz verwendet Pappelholz als Trägermaterial. Die Lagen der Sperrhölzer wurden in früherer Zeit ebenso aus Pappelholz gefertigt. Die leichter zu handhabenden und offensichtlich billigeren Importe von Sperrhölzern aus Tropenholz wie etwa aus Gabun, haben die einheimische Sperrholzproduktion auf ein sehr niedriges Niveau gesenkt. Eine Anwendung als Messerfurnier findet lediglich das aufgrund von Maserkröpfen sehr dekorative Holz der heimischen Schwarzpappeln. Die Pappelhölzer wurden und werden in der Papier- und Zellstoffindustrie verwendet. Diese hatte aufgrund von Versorgungsnöten mit Rohholz in den 50er Jahren den Pappelanbau gefordert. Nach und nach gelang es jedoch andere 8 Hierbei handelt es sich um die auf Grundlage der gesetzlichen Handelsklassensortierung angewandte Mittenstärken Sortierung. Dabei werden die Mittendurchmesser ohne Rinde in dm Stufen unter Voranstellung der Güteklassen angegeben. 25

29 Teil A 3 Die Pappeln Rohstoffquellen wie die Abfälle der Sägeindustrie zu nutzen (Ollmann, 1970), so dass zum heutigen Tage relativ wenig Pappelholz in diesen Industriezweig fließt. Auch für die Herstellung von Plattenmaterialien wie MDF (Mitteldichte Faserplatte), OSB (Oriented Strand Board) und Spanplatten werden die Pappelhölzer wenn auch hier nur zu geringen Teilen eingesetzt. Eine Ausnahme stellt das Intrallam (LSL = Laminated Strand Lumber) dar, das in Nord - Amerika ausnahmslos aus Pappelholz herstellt wird. Als zweiter bedeutender Pappelholzverarbeiter neben der Schälindustrie tritt schließlich die Sägeindustrie auf. Dabei wird der überwiegende Anteil des Holzes für die Palettenherstellung und Verpackungskisten verbraucht. Daneben finden die Pappelhölzer in Nischenbereichen Verwendung. So z. B. im Prothesenbau, früher auch für Holzschuhe und Zeichenbretter. In Nordamerika werden Pappelhölzer für die Möbelproduktion (American Hardwood Export Council), in der Schweiz zur Sargherstellung eingesetzt. Zycha et al. (1959), FAO (1979) nennen die Verwendung der Pappelhölzer im Bauwesen mit einer langen Tradition in Italien und dem vorderen Orient. Bont (1996) berichtet aus dem Thurgau von über 100jährigen Häusern und Ställen, wo sich Pappelholz bestens bewährt hat. Es wurde für Balken, Decken, Wände, Böden, Außenschalungen und Möbel verwendet. Nicht haltbar dagegen sind nach eigenen Recherchen die Ausführungen von Lange (1976), wonach der Dachstuhl des Königlichen Palastes zu Prag, dem Hradschin, sowie das Dachgebälk des Wiener Stephansdoms aus Graupappelholz bestehen sollen. Nach Auskunft des Wiener Dombaumeisters Zehetner (mündlich, 2001), bestand der Dachstuhl des Wiener Stephansdoms bis zum völligen Ausbrennen während der letzten Kriegswochen im 2. Weltkrieg aus Lärchenholz. (Die IG - Farben nahm noch kurz vorher eine Brandschutzbehandlung vor, dabei wurden Aufzeichnungen über die verwendete Holzart gemacht). Nach dem Krieg erhielt der Dom einen Dachstuhl aus Stahl. Nach Auskunft des Präsidentenamtes und der Verwaltung der Prager Burg, teilte mir Skuhravý (2001) mit, dass die Dachkonstruktion des königlichen Palastes zu Prag aus Tannen- und Fichtenholz erbaut wurde. 26

30 Teil A 4 Das potentielle Rohholzaufkommen 4 Das potentielle Rohholz - Aufkommen 4.1 Das Rohholz - Aufkommen in Baden - Württemberg Eine wesentliche Voraussetzung für den reibungslosen Ablauf einer Wertschöpfungskette in der produzierenden Industrie ist die Sicherung einer kontinuierlichen Rohstoffversorgung. Für die holzbe- und holzverarbeitenden Unternehmen ist es deshalb von großer Wichtigkeit, Kenntnisse zum Pappelholz - Vorrat und dessen perspektivischem Aufkommen zu erlangen. Einen Beitrag für die betrieblichen Entscheidungsprozesse sollen die nachfolgenden Ausführungen über den Stand und die Entwicklung des Pappelholz - Aufkommens leisten. Als geeignete Grundlage dienen die Forststatistischen Jahrbücher der Jahrgänge 1989 bis 1999 der Landesforstverwaltung Baden - Württemberg. Der Pappelholz - Einschlag in Baden-Württemberg ist aus untenstehender Tabelle ersichtlich. Dabei lag die Einschlagsmenge über alle Waldbesitzarten während der Forstwirtschaftsjahre (FWJ) 1989 bis 1999 im Mittel bei 68030,60 Erntefestmeter 1 (Efm). Betrachtet man nur die Jahre 1996 bis 1999, ergibt sich ein durchschnittlicher Einschlag von 79583,60 Efm. Tabelle 4-1: Pappelholzeinschlag nach Waldbesitzarten getrennt in Baden-Württemberg (Datenquelle: Forststatistische Jahrbücher 1989 bis 1999) Holzeinschlag FWJ Gesamtwald in Efm Staatsforst in Efm Körperschaftswald in Efm k. A Privatwald in Efm Mittelwert 68030, , , ,33 1 Als Erntefestmeter wird das Derbholz (Durchmesser > 8 cm mit Rinde) eines Baumes bezeichnet, nachdem ein Volumenabzug für den allg. Ernteverlust wie z. B. das Stockholz und ein Rindenabzug erfolgt ist. Dieser entspricht i. d. R. 20 %. => 1 Vorratsfestmeter (Vfm) x 0,8 = 1 Erntefestmeter (Efm). 27

31 Teil A 4 Das potentielle Rohholzaufkommen Abbildung 7: Entwicklung des Pappelholzeinschlages in Baden - Württemberg von (Datenquelle: Forststatistische Jahrbücher 1989 bis 1999) Pappelholzeinschlag in Baden- Württemberg in Efm Forstwirtschaftsjahr Nach einer Untersuchung der Forstlichen Versuchsanstalt (FVA) berichtet Klebes (1986) für Baden - Württemberg von einem durchschnittlichen jährlichen Pappelholzeinschlag von ca fm seit Die damals angestellten Prognosen eines vermehrten Einschlages auf fm aufgrund der gegebenen Alterstruktur und der zurückhaltenden Nutzungen in der Vergangenheit sind wie in Tabelle 4-1 ersichtlich, erst Mitte der 90iger Jahre eingetreten, was wiederum für eine Vorratshäufung von Pappelholz in Baden - Württemberg spricht. 4.2 Das Rohholz - Aufkommen in Deutschland Für die Ermittlung von Flächen- und Vorratsanteilen der verschiedenen Baumarten werden in Deutschland für gewöhnlich die Ergebnisse der Bundeswaldinventur sowie für die neuen Bundesländer, die Ergebnisse des Datenspeichers Waldfonds 1993 herangezogen. Dabei handelt es sich um grundsätzlich unterschiedliche Methoden der Datenerfassung. Die Bundeswaldinventur liefert als großräumige Stichprobeninventur, unter Zuhilfenahme eines quadratischen, systematisch angeordneten Gitternetzes leider nur unzureichend genaue Ergebnisse über Baumarten, die in ihrem Aufkommen sehr verstreut und mit nur geringen Anteilen an der Gesamtwaldfläche beteiligt sind. Auswertungen für die Pappel sind wegen des geringen Stichprobenumfanges mit hohen Stichprobenfehlern behaftet. Des weiteren werden in der Bundeswaldinventur das Vorkommen von Reihenpflanzungen und Ähnliches außerhalb von Wirtschaftswäldern nicht erfaßt (BMELF, mündlich 2000). Der Datenspeicher Waldfonds ist eine Sammlung von Daten, die im Rahmen periodischer Forsteinrichtungsinventuren erhoben und jährlich über die nachgewiesenen Nutzungen und entsprechend des Zuwachses nach den Ertragstafeln fortgeschrieben wurden. 28

32 Teil A 4 Das potentielle Rohholzaufkommen Darin sind Baumarten mit weniger als 10 % Anteil nicht erfaßt (BMELF, Pappelkommission 1996). Bei der Herleitung der Flächenanteile für die Pappeln, ermittelte die nationale Pappelkommission der Bundesrepublik Deutschland (BEMLF, 1996) folgende Werte: ha nach der Bundeswaldinventur im früheren Bundesgebiet ha nach dem Datenspeicher Waldfonds in den neuen Bundesländern ha im gesamten Bundesgebiet Dies entspricht einem Anteil an der Gesamtwaldfläche der Pappel von ca. 1 %. Der jährliche Zuwachs der Pappeln wird auf 5 bis 10 m³/ha, entsprechend einem Gesamtzuwachs von bis m³ geschätzt. Der Pappelholz - Vorrat im Wirtschaftswald wird mit ca m³ angegeben. Der durchschnittliche jährliche Einschlag von Pappelrohholz wurde auf m³ bis m³ geschätzt (BEMLF, Bericht der Pappelkommission der Bundesrepublik Deutschland 1996). Im aktuellen Bericht der Pappelkommission der Bundesrepublik Deutschland 1999 finden die fehlenden Datengrundlagen aufgrund der gemeinsamen Erfassung mit der Baumart Buche über den Pappelholz - Einschlag Erwähnung. Der geschätzte Einschlag wird auf m³ bis m³ korrigiert. Durch eine Umfrage bei den Länderministerien und Forstdirektionen erhielt Burian 2000 interessante Ergebnisse bezüglich der Vorrats- und Einschlagsdaten für die Pappeln, sowie deren Alterklassenstruktur. Nachfolgend sollen einige Ergebnisse aus der Diplomarbeit von Burian zitiert werden. Danach ermittelte er einen Pappelholz-Anteil an der Gesamtwaldfläche der Bundesrepublik von 0,6 %. Dies entspricht einer Fläche von ca ha (Burian, 2000). Den Vorrat ermittelt Burian mit einem Wert von 13,7 Mio. Vfm m. R., und weist gleichzeitig auf den Repräsentationsgrad von 65 % seiner Untersuchungsergebnisse hin. Damit erhält er einen wesentlich größeren Vorrat im Vergleich zur Deutschen Pappelkommission (10 Mio. Vfm m. R.), welche eine nahezu doppelt so große Fläche zugrunde gelegt hatte. Burian geht davon aus, dass der Gesamtvorrat an Pappelholz höher einzustufen ist, als in seinen Untersuchungen und der Schätzung der Pappelkommission ermittelt wurden. Burian gibt für Nordrhein Westfalen, Baden - Württemberg und Rheinland Pfalz folgende Vorratsanteile an (Burian, 2000). Nordrhein Westfalen: ca Vfm m. R. Baden - Württemberg: ca Vfm m. R. Rheinland Pfalz: ca Vfm m. R. 29

33 Teil A 4 Das potentielle Rohholzaufkommen Brandenburg und Hessen reichen an eine Million Vfm m. R. heran. Alle anderen Bundesländer erreichen nicht die Bevorratung einer halben Million Vfm m. R., bzw. besitzen wie z. B. das Saarland und Sachsen verschwindend geringe Vorratsanteile von Pappeln (Burian, 2000). Bei der Beurteilung der Rohholzversorgung sind neben den Einschlagsstatistiken auch die Alterstruktur, und damit die künftig zu erwartenden Einschlagsmengen von großer Bedeutung. Hinsichtlich der Alterklassenverteilung ermittelte Burian (2000) folgende Werte: Tabelle 4-2: Altersklassenverteilung der Pappelbestände in Deutschland nach Burian, 2000 Altersklassen (Akl.) Vorrat Vfm m. R. der Pappelbestände Akl. I: 0 20 Jahre Vfm m. R. Akl. II: Jahre Vfm m. R. Akl. III: Jahre Vfm m. R. Akl. IV: Jahre Vfm m. R. Akl. V: Jahre Vfm m. R. Akl. VI: Jahre Vfm m. R. Bundesweit gibt es eine starke Konzentration in der zweiten und dritten Altersklasse, verursacht durch die Aufforstungsaktivitäten in der Nachkriegszeit und der Pappeleuphorie der 50er und 60er Jahre. In der ersten Altersklasse dagegen ist der Flächenanteil der Pappel Arten gering (Burian, 2000). Abbildung 8: Pappelvorräte nach Altersklassen in der Bundesrepublik Deutschland nach Burian, Jahre Jahre Jahre Jahre Jahre Jahre Vorrat (Vfm m. R.) 30

34 Teil A 4 Das potentielle Rohholzaufkommen Für die Vorratsverteilung des Pappelholzes in Deutschland lässt sich ein deutliches Bild zeichnen. Die Anteile der zweiten und dritten Altersklasse beinhalten ca. 80 % des gesamten Vorrates. Dabei zeigen fast alle Bundesländer eine ähnliche Vorratsverteilung, wie das Bundesergebnis sie aufweist (Burian, 2000). Burian (2000) nennt für den jährlichen Einschlag in Nordrhein - Westfalen, Werte zwischen und Festmetern. Dabei kommen 77 % der Masse aus dem Privatwald. Weiter werden für Nordrhein - Westfalen sehr hohe Vorratswerte von Vfm m. R. und Mecklenburg - Vorpommern mit Vfm m. R genannt. Vergleicht man die Werte von Baden - Württemberg mit denen von Nordrhein - Westfalen, kann man leicht feststellen, dass in Baden - Württemberg etwa die gleiche Menge Pappelholz jährlich eingeschlagen wird, obwohl nur ca. 30 % des Vorrates von Nordrhein - Westfalen beherbergt werden. Klebes (1986) wies darauf hin, daß die Pappel in Baden - Württemberg den Nachhaltigkeitsüberlegungen des Altersklassenwaldes unterliegt und somit in den jüngeren Altersklassen entsprechend mehr Fläche vorhanden ist. Entsprechend wurde auch für das Wuchsgebiet Oberrheinebene ein Waldentwicklungstyp Pappel aufgenommen. Betrachtet man weiter die genannten Bevorratungswerte, kann davon ausgegangen werden, daß eine große Menge von starkem Pappelholz in den nächsten Jahren in Nordrhein - Westfalen geerntet werden könnte. 4.3 Die Bedeutung des Pappelholzes in Europa und der Welt Für die Charakterisierung des Bedeutungsumfanges der Pappel in der Weltforstwirtschaft ist in vielen Ländern die Unterscheidung von Plantagenanbau und natürlichen, meist Mischstandorten mit Dominanz der Pappel sinnvoll. Zum Einen sind die Pappeln unter den schnellwachsenden Laubbaumarten nach den Eukalyptus - Arten die zweitbedeutendsten Plantagenbaumarten der Welt (Müller, 1991 nach Keresztesi, 1980), zum Anderen sind sie in diesen Gebieten der nördlichen Hemisphäre meist ursprünglich vorhanden gewesen. Als geeignetes Datenmaterial wurden hauptsächlich die Länderberichte der Pappelkommissionen, welche im FAO - Bericht der International Poplar Commission (2000) zusammengefasst sind herangezogen. Des weiteren hat die Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft Arbeitsberichte über die Mittel-ost-europäischen Staaten (MOE) herausgegeben, aus denen sich die Flächen und Vorratsanteile der Pappeln bzw. Aspen leicht ersehen lassen. In vielen Ländern Europas besitzen die Pappeln eine weitaus größere Bedeutung als in Deutschland. In den südeuropäischen Staaten findet dabei die wohl größte Wertschöpfung statt und auch in den ehemaligen sozialistischen Staaten 31

35 Teil A 4 Das potentielle Rohholzaufkommen versprach man sich mit dem Anbau von Pappeln eine gesicherte Holzversorgung. Nachstehende Tabelle 4-3 gibt Auskunft über die Mengen an Pappelhölzern in verschiedenen europäischen Staaten. Tabelle 4-3: Die Pappelwaldfläche in Europa Staat / Land Plantagenfläche in ha Natürliche (Misch-) Standorte in ha Produktion / Vorrat von Pappelholz Belgien Gesamtfläche Pappeln: ha* Bulgarien * ha* > 1 Mio. m³ Vorrat* Deutschland 100 ha**** ha***** Ca m³ bis m³ Einschlag* Estland Gesamtfläche Aspen: ** fm Vorrat** Finnland ha A m³ spen* Vorrat* Frankreich ha* m³ Vorrat* Großbritannien Gesamtfläche Pappeln: ha* Italien Gesamtfläche Pappeln: ha* Jugoslawien ha* Kroatien ha* ha* Lettland Gesamtfläche Aspen: ha** fm Vorrat** Litauen Gesamtfläche Aspen: ha** fm Vorrat** Niederlande m³ Jahreseinschlag*** Polen Gesamtfläche Pappeln: ha** fm Vorrat** Rumänien ha* ha* Schweden Einige hundert ha* Spanien ha* Türkei ha* ha* Ungarn ha* ha* fm Vorrat** Gesamtfläche Pappeln: ha** 32

36 Teil A 4 Das potentielle Rohholzaufkommen Abbildung 9: Die Pappelwaldfläche Deutschlands im europäischen Vergleich (Fläche in ha) Deutschland Frankreich Italien Ungarn Spanien Obenstehende Abbildung zeigt die Dimension des Pappelanbaus in Europa. Frankreich kann mit ha in Europa die mit Abstand größten Pappelwaldflächen aufweisen. Auch in holzarmen Ländern wie Italien und Spanien besitzen die Pappeln größere Flächenanteile, als in Deutschland. Außerhalb Europas haben die Pappeln hinsichtlich der Holzversorgung in verschiedenen Staaten eine erhebliche Bedeutung. Kanada besitzt mit 3,7 Milliarden m³ Vorrat die weltweit größten Pappelholz Vorräte. Aber auch die USA mit ca. 707 Millionen m³ Vorrat und China mit 9 Millionen ha Pappelanbaufläche weisen riesige Flächen von Pappelhölzern aus. Tabelle 4-4: Die Pappelwaldfläche in verschiedenen Ländern der Erde Staat / Land Plantagenfläche in ha Natürliche (Misch-) Standorte in ha ha* Produktion / Vorrat von Pappelholz Ägypten Argentinien ha* Tonnen Einschlag* Chile ha* ha m³ in Reihen* Vorrat* China ha* ha* Indien ha* Irak ha* ha* Iran ha* Kanada ha* m³ Vorrat* Marokko ha* ha* Neuseeland m³ Vorrat* USA Gesamtfläche Pappel: ha + Millionen von ha nicht erfasster Flächen* ca m³ Vorrat* 33

37 Teil A 4 Das potentielle Rohholzaufkommen * Quelle: FAO: International Poplar Commission. Roma, 2000 ** Quelle: Roering, H.-W.: Arbeitsberichte des Instituts für Ökonomie. Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft, Hamburg 1999 / 2000 *** Quelle: Fraanje, P. J.: Poplar wood for purlins; an evaluation of options and environmental aspects **** Quelle: BEMLF: Bericht der Pappelkommission. Bonn, 1999 ***** Quelle: Burian, B.: Pappelvorkommen in der Bundesrepublik Deutschland. Dipl.-Arb. Freiburg,

38 Teil A 5 Das Holz der Pappeln 5 Das Holz der Pappeln 5.1 Beschreibung der Pappelhölzer Die Pappeln liefern ein feines, zerstreutporiges und dadurch schlichtes Holz, dessen Markstrahlen mit bloßem Auge nicht erkennbar sind. Bonnemann (1980) weist darauf hin, dass gelegentlich vorkommende Porenhäufungen im Frühholzbereich kein Differenzierungsmerkmal für eine Zuordnung sind. Die Hölzer der Pappeln sind weich, zäh - elastisch und leicht. Mit Ausnahme der Aspe/Zitterpappel besitzen alle Pappelarten und deren Sorten in frischem Zustand einen deutlich farblich abgesetzten Splint- und Kernholzbereich. Auch wenn es sich dabei nicht um eine echte Kernholzbildung im Sinne der damit einhergehenden Inkrustation der Zellen und Verthyllung der Gefäße handelt, sind die Eigenschaften des Holzes vom Kernbereich zumindest teilweise verändert (Mayer-Wegelin, 1951). Die Farbenpalette des Kernholzes bewegt sich dabei in grünlich - bräunlichen Tönen, während das Splintholz der Pappeln und das Holz der Aspe eine weißlich - gelbliche Farbe aufweist. Beim Trocknen des Holzes gleichen sich die Farbunterschiede stark an. Teils nähert sich das farbige Erscheinungsbild des grau-braunen und dunklen Farbkernholzes dem des hellen Splintholzes, teils ist auch beim getrockneten Pappelholz eine deutliche farbliche Abgrenzung des dunklen Kernholzes sichtbar. Das Farbenspektrum des Kernholzes ist dabei durchaus vielseitig. Gelegentlich auftretende sog. schlafende Knospen, können zu einem augenartigen Erscheinungsbild führen. Oft jedoch, zeigt das Schnittholz einen minder deutlich abgesetzten Farbkern, der sich zu einem undeutlichen Streifenbild auflösen kann. Tiedemann (1975) bestätigt eine mit der Trocknung einhergehenden Farbangleichung von Splint- und Kernholz. 5.2 Physikalische Eigenschaften der Pappelhölzer Die Dichte der verschiedenen Pappelhölzer Die Dichtewerte der verschiedenen Holzarten schwanken mehr oder weniger stark um einen Mittelwert. Betrachtet man die Verteilung der Dichtewerte von verschiedenen Holzarten stellt man fest, dass sich insgesamt für jede Holzart eine Gauß sche Normalverteilung ergibt. 35

39 Teil A 5 Das Holz der Pappeln Im Vergleich zur Fichte scheinen die Werte für die Pappeln eine wesentlich geringere Standardabweichung zu besitzen. Dennoch wurde in der Vergangenheit darüber diskutiert, ob nun die Streuung der Dichtewerte bei den Pappeln artspezifischer Natur ist, oder gar von den verwendeten Klonen und Sorten abhängen. Bereits 1959 wird von im Mittel nur geringen Unterschieden der Pappelhölzer zwischen den Sektionen, den Arten und Sorten berichtet (Zycha et al. 1959). Kollmann gibt die Dichtewerte für die verschiedenen Pappelarten wie folgt an: Tabelle 5-1: Festigkeitswerte des Pappelholzes nach Kollmann (1982) Holzart: Darrdichte (u = 0 %) Rohdichte (u = 15 %) Balsampappel 0,35 g/cm³ 0,39 g/cm³ Kanadische Pappel 0,43 g/cm³ 0,47 g/cm³ Schwarzpappel 0,37...0,41 g/cm³...0,52 0,41...0,45 g/cm³...0,56 Amerikanische Aspe 0,40 g/cm³ 0,44 g/cm³ Fichte 0,30...0,43 g/cm³...0,64 0,33...0,47 g/cm³...0,68 Mayer-Wegelin (1951) berichtet ebenfalls über sektionelle Darrdichten von: Schwarzpappeln: r 0 = 0,41 g/cm³ Aspen: r 0 = 0,45 g/cm³ Weißpappeln: r 0 = 0,46 g/cm³ Balsampappeln: r 0 = 0,36 g/cm³ Vor allem Hanno Sachsse vom Institut für Forstbenutzung der Universität Göttingen ist es zu verdanken, dass heute eine Reihe von Dichte- und Festigkeitswerten der Pappelhölzer vorliegen. Bereits 1961 führte er eine vergleichende Untersuchung von einigen Festigkeitswerten mit den Sorten Oxford und Regenerata durch. Bei einer Anzahl von 600 geprüften Probestücken ergaben sich folgende Durchschnittswerte für die Darrdichte: Oxford -Pappel: r 0 = 0,479 g/cm³ Regenerata -Pappel: r 0 = 0,373 g/cm³ (Sachsse, 1961) Bei dieser Untersuchung ist nicht nur der signifikante Unterschied der Werte von Interesse, sondern des weiteren die Tatsache, dass die Oxford -Pappel trotz relativ hoher Darrdichte, die weitaus höhere Zuwachsleistung erbrachte (Sachsse, 1961). 36

40 Teil A 5 Das Holz der Pappeln Dieses Ergebnis bestätigte einen Vorversuch, bei dem die Rohdichte des Balsampappel-Schwarzpappelbastards Oxford mit r 0 = 0,402 g/cm³, die Regenerata als Schwarzpappelhybrid mit r 0 = 0,334 g/cm³ ermittelt wurde. Als weiterer Gegenstand der Prüfung wurde für die Wettstein -Pappel eine Rohdichte von r 0 = 0,400 g/cm³ ermittelt (Sachsse, 1961). In einem weiteren Versuch 1965, bei dem der Einfluss der Ästung auf das Farbkern- und Zugholz der Pappel untersucht wurde, stellte Sachsse für Kernbereich und Splintbereich getrennt, die in Tabelle 2 wiedergegebenen Werte fest. Da sich ausschließlich bei der Sorte Robusta die mittlere Darrdichte des Kernholzes signifikant von der des Splintholzes unterschied, wurde in einem zweiten Versuch dieser Unterschied bestätigt. Tabelle 5-2: Dichtewerte verschiedener Pappel - Sorten nach Sachsse (1965) Sorte: Darrdichte r 0 Kernholz Darrdichte r 0 Splintholz Robusta 0,367 g/cm³ 0,390 g/cm³ Regenerata 0,329 g/cm³ 0,326 g/cm³ Oxford 0,426 g/cm³ 0,421 g/cm³ Rochester 0,369 g/cm³ 0,358 g/cm³ Wettstein 0,409 g/cm³ 0,393 g/cm³ Robusta 0,372 g/cm³ 0,406 g/cm³ In seiner Arbeit über die Eigenschaften schnellwachsender Pappeln, zitiert N. Ghelmeziu (1967) Ergebnisse nach Čemerikič (1962) und Curró (1962). Bei deren Untersuchungen wurden folgende Ergebnisse ermittelt: Tabelle 5-3: Darrdichte nach Čemerikič (1962), zitiert bei Ghelmeziu (1967) Klon / Sorte Darrdichte r 0 Populus Serotina 0,430 g/cm³ und 0,402 g/cm³ Populus Marilandica 0,413 g/cm³ Populus tremula 0,502 g /cm³ Tabelle 5-4: Darrdichte nach Durró (1962), zitiert bei Ghelmeziu (1967) Klon / Sorte Darrdichte r 0 P. euramericana I. Kl , ,358 g/cm³ P. euramericana I. Kl , ,349 g/cm³ P. euramericana Kl. 45 / 51 0, ,370 g/cm³ P. deltoides Kl. 63 / 51 0, ,410 g/cm³ P. deltoides Kl. 77 / 51 0, ,384 g/cm³ 37

41 Teil A 5 Das Holz der Pappeln Ghelmeziu (1967) ermittelte für verschiedene Klone eine ganze Reihe von physikalisch - mechanischen Kenngrößen. Er stellte nur ziemlich unbedeutende Unterschiede zwischen den Rohdichten der verschiedenen geprüften schnellwachsenden Pappeln fest. Damit widersprechen diese Resultate den meisten Angaben in der Literatur doch etwas. Die Ergebnisse sind in umseitiger Tabelle wiedergegeben. Tabelle 5-5: Rohdichte verschiedener schnellwachsender Pappelsorten nach Ghelmeziu (1967) Klone / Sorten Rohdichte r 0 Rohdichte r 15 P. Marilandica 0,393 g/cm³ 0,451 g/cm³ P. Robusta 0,394 g/cm³ 0,444 g/cm³ P. Celei 0,386 g/cm³ 0,443 g/cm³ P. Serotina 0,388 g/cm³ 0,423 g/cm³ P. Grandis Arges 0,344 g/cm³ 0,386 g/cm³ P. Virginiana Cetate 0,366 g/cm³ 0,410 g/cm³ Populus tremula 0,531 g/cm³ 0,540 g/cm³ Eine weitere Studie, die 1975 von Sachsse veröffentlicht wurde, kam bei einem Vergleich von Populus Trichocarpa Hook Senior mit Regenerata und Oxford zu folgenden Rohdichte-Mittelwerten: Senior : Regenerata : Oxford : r 0 = 0,367 g/cm³ r 0 = 0,399 g/cm³ r 0 = 0,415 g/cm³ Tiedemann (1975) gibt für Populus nigra ssp. Robusta Darrdichte-Werte innerhalb des Rahmens von r 0 = 0,32 g/cm³ und 0,48 g/cm³ an. Eine weitere Untersuchung zur besseren Einschätzung der Eigenschaften der Pappelsorten führte Sachsse 1979 durch. Dabei wurden verschiedene Balsampappelhybriden auf unterschiedliche Kennwerte geprüft. Tabelle 5-6: Rohdichte von Balsampappelhybriden nach Sachsse (1979) Untersuchter Klon Darrdichte r 0 0,366 g/cm³ Harff (Vergleichssorte der Sektion Aigeiros) Oxford Rochester Androscoggin Tichocarpa Senior Trichocarpa 603/52 Muhle Larsen Scott Pauley Fritzi Pauley 0,439 g/cm³ 0,385 g/cm³ 0,395 g/cm³ 0,367 g/cm³ 0,397 g/cm³ 0,333 g/cm³ 0,327 g/cm³ 0,324 g/cm³ 38

42 Teil A 5 Das Holz der Pappeln In einer 1980 herausgegebenen Schrift des Forschungsinstitutes für schnellwachsende Baumarten Hannoverisch Münden, wurden die Ergebnisse einer relativ umfangreichen Untersuchungsreihe zusammengefasst. Trotz der untersuchten Anzahl von 2360 Proben von 165 Bäumen der Sektion Aigeiros, 1646 Proben von 189 Bäumen der Sektion Tacamahaca und 505 Proben von 62 Bäumen der Sektion Leuce konnten einige Fragen nicht abschließend beantwortet werden. Dennoch liegen von der zusammenfassenden Arbeit viele wichtige Teilergebnisse vor, von denen einige nachfolgend zitiert werden sollen. Durch die insgesamt nur geringe Betrachtung der sortenweisen Auswertung der Messreihen, konnten eventuell vorhandene Zusammenhänge nicht hinreichend sichtbar gemacht werden. Bei einer sortenweisen Betrachtung der Dichtewerte von Proben mit und ohne Zugholz wurden folgende Werte ermittelt. Tabelle 5-7: Darrdichte von Proben mit und ohne Zugholz nach Bonnemann (1980) Sorte Darrdichte r 0 mit Zugholz Darrdichte r 0 ohne Zugholz Robusta 0,4050 g/cm³ 0,3745 g/cm³ Harff 0,3527 g/cm³ 0,3436 g/cm³ Rochester 0,4040 g/cm³ 0,4040 g/cm³ Marilandica 0,4209 g/cm³ 0,3930 g/cm³ Über alle Sorten hinweg wurden folgende Darrdichten der verschiedenen Pappelsorten ermittelt. Tabelle 5-8: Darrdichte des Holzes verschiedener Pappelsektionen nach Bonnemann (1980) Sektion Mittel aus Sorten Darrdichte r 0 Aigeiros 26 0,356 g/cm³ Tacamahaca 18 0,385 g/cm³ Leuce 8 0,419 g/cm³ Der Zusammenhang zwischen Jahrringbreite und Dichte, welcher von vielen Autoren festgestellt wurde (R. W. Kennedy (1968) zitiert 15 Arbeiten), dass weitringiges Holz leichter sei als engringiges, konnte nicht bestätigt werden (Bonnemann 1980). Insgesamt stellt Bonnemann fest, dass zwar art- bzw. sortenspezifische Unterschiede bezüglich der Dichte festzustellen sind, diese aber je nach Einfluss überlagernder Faktoren wie Standort, Alter und Zugholzvorkommen variieren. In einem ebenfalls 1980 durchgeführten Versuch, bestätigt Sachsse seine früheren Ergebnisse über die Rohdichte der verschiedenen Pappelsorten. Bei der Untersuchung von 8 Klonen der Sektion Tacamahaca und 3 Klonen der Sektion Aigeiros, stellte Sachsse Zugholzanteile von 4,5 % (Harff) und 41,9 % (I 45/51) 39

43 Teil A 5 Das Holz der Pappeln fest. Die festgestellten Rohdichtewerte schwankten von r 0 = 0,32 g/cm³ (Scott Pauley und Fritzi Pauley) bis r 0 = 0,42 g/cm³ (Tannenhoeft und Oxford). Damit betrugen die ermittelten Unterschiede zwischen den verschiedenen Klonen nahezu 30 % (Sachsse 1980). Kreße ermittelte 1987 in seiner Diplomarbeit eine Rohdichte für das geprüfte Pappelholz von r 12 = 0,43...0,51 g/cm³, ohne dabei Angaben über die untersuchten Sorten zu machen. Als Mittelwert gibt Kreße eine Rohdichte von r 12 = 0,46 g/cm³ an. Wagenführ nennt für die Schwarzpappel eine Darrdichte r 0 = kg/m³ (Wagenführ 1996). Kućera und Gfeller geben eine Darrdichte mit einer Spannweite von r 0 = 0,40...0,45 g/cm³ an (Kućera, Gfeller 1994). Gruss und Becker stellten bei der Untersuchung von Prüfkörpern der Klone Androscoggin, Muhle Larsen, Scott Pauley und Oxford eine Darrdichte zwischen r 0 = 0,38 g/cm³ bis r 0 = 0,53 g/cm³ fest. Dabei kristallisierte sich ein Zusammenhang zwischen der Jahrringbreite und der Dichte des Holzes heraus. Danach wurde bei engringigem Holz eine höhere Dichte als bei schnell erwachsenem Holz festgestellt (Gruss, Becker 1994) Der Feuchtegehalt von frischem Holz Hinsichtlich des Feuchtegehaltes von frischem Holz lässt sich bei den verschiedenen Autoren ein hohes Maß an Übereinstimmung feststellen. Knigge bezeichnet das saftfrische Holz als ausgesprochen nass und nennt einen Feuchtegehalt von 150 % und mehr (Zycha et al., 1959). Entgegen heute verbreiteter Ansicht, geht Knigge allerdings davon aus, dass der Feuchtigkeitsgehalt im Stamm vom Kern zum Splint zunimmt (Zycha et al., 1959). An anderer Stelle berichtet Mayer-Wegelin von Untersuchungsergebnissen an frisch gefällten Schwarzpappeln von einem durchschnittlichen Wassergehalt von 150 % innerhalb des Bereiches von 120 % bis 180 (Deutscher Pappelverein, 1951). Tiedemann (1975) fand Feuchtewerte bei Populus nigra ssp. robusta von 100 % bis 150 % im Splintholz und Spitzenwerte bis 290 % für den Bereich des Naßkernholzes. Pappeln besitzen zu jeder Jahreszeit ein hohes Maß an Feuchtigkeit, wobei das Kernholz stets feuchter als das Splintholz ist (Bonnemann, 1980). Eine Übersicht der Feuchtigkeitsgehalte der verschiedenen Sektionen, gibt nachstehende Tabelle wieder. 40

44 Teil A 5 Das Holz der Pappeln Tabelle 5-9: Mittlere Feuchtigkeit in Kern und Splint von Pappeln dreier Sektionen nach Bonnemann (1980) Sektion Stammzahl N Holzfeuchtigkeit im Kern Holzfeuchtigkeit im Splint Aigeiros ,73 % 113,09 % Tacamahaca ,23 % 89,63 % Leuce ,56 % 116,71 % Die mittleren Werte für den Wassergehalt frisch gefällter Stämme von 120 % für Weißpappeln, 145 % für Balsampappeln und 185 % für Schwarzpappeln werden an anderer Stelle genannt, ohne allerdings eine Unterscheidung der Werte für den Kern- und Splintbereich vorzunehmen (Grosser/Teetz 1998) Das Quellen und Schwinden der Pappelhölzer Die von Kollmann (1982) angegebenen Werte für die Schwindmaße der Pappelhölzer sind aus untenstehender Tabelle ersichtlich. Tabelle 5-10: Die Schwindmaße der Pappelhölzer vom grünen bis zum darrtrockenen Zustand nach Kollmann (1982) Pappelart Axiales Schwindmaß ß l Radiales Schwindmaß ß r Tangentiales Schwindmaß ß t Volumenschwindmaß ß v Balsampappel 0,7 % 3,0 % 7,1 % 10,8 % Kanad. Pappel 0,6 % 3,9 % 9,2 % 13,7 % Schwarzpappel 0,3 % 5,2 % 8,3 % 13,8 % Amerik. Aspe 0,5 % 3,5 % 6,7 % 10,7 % Mayer-Wegelin (1951) nennt für die Pappeln Schwindmaße, die in etwa deren von Kollmann für die Schwarzpappel entsprechen. Weiter weist er auf das Verhältnis des Radialschwundes zum Tangentialschwund hin, das sich bei der Pappel wie etwa 2:3, anstatt wie bei anderen Hölzern 1:2 verhält (Mayer- Wegelin, 1951). Ghelmeziu (1967) stellt bei den Schwindmaßen nur unbedeutende Unterschiede zwischen den Sorten fest. Er zitiert die Arbeiten von E. Curró (1962) und M. Čemerikič (1962), die für verschiedene Pappelsorten die umseitig genannten Schwindmaße ermittelten. 41

45 Teil A 5 Das Holz der Pappeln Tabelle 5-11: Die Holzschwindung nach P. Curró 1962, zitiert nach Ghelmeziu (1967) Holzart P. euramericana I. Kl P. euramericana Kl. 45 / 51 P. deltoides Kl. 63 / 51 P. deltoides Kl. 77 / 51 ß l (längs) 0, ,25 % 0, ,21 % 0, ,19 % 0, ,20 % ß t (radial) 2, ,45 % 4, ,20 % 3,90 % 3, ,02 % ß t (tangential) 6, ,00 % 6, ,54 % 6, ,26 % 6, ,57 % ß v (Volumen) 9, ,64 % 11, ,58 % 10, ,82 % 10, ,10 % Tabelle 5-12: Die Holzschwindung nach M. Čemerikič 1962, zitiert nach Ghelmeziu (1967) Holzart ß r (radial) ß t (tangential) ß v (Volumen) P. Serotina 3,11 % 8, ,55 % 12, ,51 % P. Marilandica 2,93 % 8,50 % 11,50 % P. tremula 3,67 % 9,59 % 13,37 % Tabelle 5-13: Die Schwindmaße verschiedener schnellwachsender Pappelsorten nach Ghelmeziu (1967) Klone / Sorten ß l (längs) ß t (radial) ß t (tangential) ß v (Volumen) P. Marilandica 0,5 % 3,1 % 8,7 % 12,0 % P. Robusta 0,2 % 3,5 % 9,0 % 12,4 % P. Celei 0,4 % 3,1 % 8,8 % 12,0 % P. Serotina 0,4 % 2,7 % 8,7 % 11,5 % P. Grandis Arges 0,4 % 2,3 % 8,2 % 10,6 % P. Virginiana Cetate 0,4 % 2,9 % 8,1 % 11,0 % Populus tremula 0,5 % 2,3 % 7,3 % 9,9 % Tiedemann (1975) gibt die Schwindungswerte für die untersuchten Exemplare von Populus nigra ssp. Robusta mit axial: 0,1 bis 0,4 %, radial: 2,6 bis 4,1 % und tangential mit 5,4 bis 10,5 % an. Das Raumschwindmaß der Splintholzproben lag zwischen 10 und 11 %, das der Kernproben zwischen 10 und 14 % (Tiedemann, 1975). Bonnemann (1980) bescheinigt den Pappelhölzern relative Dimensionsstabilität und ordnet es seiner Dichte entsprechend bezüglich der mittleren Raumschwindung der Fichte zu. Die berechnete Verhältniszahl von 1 : 2,48 zwischen Radial- und Tangentialschwund wird als negativ beurteilt (Bonnemann, 1980). Die von Bonnemann gemessenen Mittelwerte sind in Tabelle 4-14 wiedergegeben. 42

46 Teil A 5 Das Holz der Pappeln Tabelle 5-14: Schwindmaße des Holzes verschiedener Pappelsektionen nach Bonnemann (1980) Sektion Axiales Schwindmaß ß l Radiales Schwindmaß ß r Tangentiales Schwindmaß ß t Volumenschwindmaß ß v Aigeiros 0,3 % 3,2 % 7,8 % 11,4 % Tacamahaca 0,4 % 3,2 % 8,8 % 12,4 % Leuce 0,3 % 4,1 % 8,3 % 12,6 % Mittel aus 49 Sorten 0,4 % 3,3 % 8,2 % 11,9 % Die Trocknung der Pappelhölzer Wie im Abschnitt dargestellt, besitzt Pappelholz in frischem Zustand erhebliche Mengen an Wasser. Da saftfrisches Pappelholz nach einhergehendem Feuchteverlust schnell von holzbesiedelnden Pilzen angenommen wird, ist eine waldseitige Vortrocknung des Stammholzes praktisch nicht möglich. In der Praxis wird deshalb Pappelstammholz mit hohen Holzfeuchten eingeschnitten. Entsprechend weist das Schnittholz Holzfeuchten auf, die nur unwesentlich unterhalb der Stammfeuchte liegen. Dies führt dazu, dass das frische Schnittholz in der Praxis zunächst min. 3 4 Monate einer Freilufttrocknung unterzogen wird, bevor eine eventuelle technische Holztrocknung eingeleitet wird. Da aber die Nachfrage nach getrocknetem Pappelschnittholz sehr gering ist, liegen kaum standardisierte und vergleichbare Umgangsweisen für Pappelholz vor. Nach Rücksprache mit einigen Sägewerkern, ist die Trocknung von Pappelholz nicht ganz so einfach, wie vielfach in der Literatur erwähnt. Des weiteren liegen beim Umgang mit frischem Holz meist keinerlei Erfahrungswerte vor. Pappelholz ist aufgrund seiner Fasermorphologie als sehr permeabel einzustufen. Größte Schwierigkeiten bereiten auch bei offensichtlich erfolgreicher Trocknung sog. Feuchtenester (Welling 2000, mündlich). Dabei handelt es sich um punktuelle, scheinbar wahllos auftretende Nassstellen, die teilweise auch optisch leicht wahrnehmbar sind. Bei den Untersuchungen von Tiedemann (1975) stellte sich heraus, dass hinsichtlich der Trocknung zwischen Splint- und Kernholz kein Qualitätsunterschied besteht, sondern lediglich eine längere Trocknungsdauer für das Kernholz veranschlagt werden muss. In ihren Versuchen, trocknete Tiedemann (1975) Splint- und Kernholzproben bei Normalklima bis zur Gewichtskonstanz. Dabei zeigte sich eine Trocknungsdauer für das Splintholz von 125 bis 165 Stunden, während die Kernholzproben erst nach 213 Stunden die Gewichtskonstanz erreichten. 43

47 Teil A 5 Das Holz der Pappeln Für gewöhnlich wird Pappelholz in der Praxis nach vorangegangener Freilufttrocknung im Frischluft - Abluft - Verfahren oder im Vakuum - Trockenverfahren getrocknet. Vansteenkiste, Stevens und van Acker (1997) weisen in ihrer Untersuchung der Hochtemperaturtrocknung von frisch gesägtem Pappelholz in einem Umlufttrockner auf sieben Arbeiten hin, welche Zugholz, Feuchtenester und/oder juveniles Holz als störende Elemente bei der technischen Trocknung von Pappelholz nennen. In diesem Modellversuch kamen gute Ergebnisse und wertvolle Erkenntnisse beim Umgang mit den Pappeln hinsichtlich der technischen Trocknung zu Tage. Ein weiteres mögliches, weitgehend noch zu ergründendes Verfahren für die Trocknung von Pappelholz ist die Inkubations-/Dekompressions-Trocknung (I/D-Trocknung). Schill (1995) berichtet von guten Ergebnissen bei Modell - Versuchen mit dem neuen Verfahren, bei dem mittels Druckluft Inkubation und anschließender Dekompression die Flüssigkeit aus dem Holz ausgetrieben wird. Aufgrund ihrer Permeabilität und des hohen Anteils an freiem Wasser scheinen die Pappelhölzer für dieses Verfahren sehr interessant. Versuche wurden bisher allerdings noch nicht unternommen. Die Vermutung liegt nahe, dass beim Umgang mit den Pappeln mögliche Besonderheiten und damit notwendige Forschung im Bereich der technischen Holztrocknung in der Vergangenheit wenig Beachtung fanden. Die Angaben in der Literatur und die der Praxis, liegen nach meinen Erfahrungen doch oft sehr weit auseinander. So wird kaum gesondert auf die technische Trocknung von Pappelholz eingegangen, während Steimle (1965) in seinen Trockenfahrplänen im Vergleich zur Fichte eine um den Faktor drei höher liegende Trockenzeit für die Pappeln aufzeigt. Ähnlich muss wohl die Situation in Frankreich gewesen sein. Dort kam es Ende der Neunziger Jahre zu Bemühungen hinsichtlich der technischen Trockenbarkeit von Pappelholz. Alèon et al. (1989) fanden in einem Forschungsprojekt gute Verfahren für die technische Holztrocknung, v. a. im Bereich der Hochtemperaturtrocknung. Schnittholz in 25 mm und 49 mm Dicke wurde von verschiedenen Klonen in unterschiedlichen Verfahren getrocknet. Dabei offenbarten sich bei Anwendung von Trockenfahrplänen mit hohen Temperaturen von bis zu 120 C sehr gute Ergebnisse. Zellkollapse, Rissbildungen, Verformungen und Feuchtenester lagen bei niederen Temperaturen stets höher. Dabei musste allerdings mit einem sog. Top load (ein auf den Holzstapel gesetztes Gewicht) gearbeitet werden um gute Ergebnisse zu erhalten. Dieses Ergebnis wurde auch von Vansteenkiste et al. (1997) bestätigt. Krümmungen waren nur dann problematisch, wenn sie schon vor der Trocknung vorhanden waren. Sie wurden bei den Trocknungsverfahren mit Top load nur unwesentlich erhöht. Häufig auftretende Wassernester bei Trocknungsdurchgängen mit geringeren Temperaturen konnten entweder durch Nachtrocknung bei Normalklima innerhalb von Tagen oder bis 24 Tagen bei Lagerung unter Dach im Freien beseitigt werden. 44

48 Teil A 5 Das Holz der Pappeln Die technische Nachtrocknung bei 120 C eliminierte vorhandene Wassernester welche Holzfeuchten bis zu 80 % aufwiesen ebenso. Für Schnittholz von Populus nigra ssp. Robusta mit 25 mm Stärke erhielten Alèon et al. (1989) das beste Ergebnis bei einer konstanten Trockentemperatur von 120 C, einem Top load von 840 kg/m² und einer Luftgeschwindigkeit von 6 m/s. Dabei wurde die Luftfeuchtigkeit nicht beeinflusst und die Trockentemperatur schnell erreicht. Die Trockendauer bis zum Erreichen einer Holzfeuchtigkeit von 7,9 % betrug 50 Stunden. Auch in Frankreich besitzen die Pappelholz - Verarbeiter keine Trockenöfen, in denen solch hohe Temperaturen erreicht werden könnten. Oft wird deshalb mit schlechteren Ergebnissen und/oder natürlicher Vortrocknung gearbeitet. Als weitere wichtige Voraussetzungen für eine erfolgreiche technische Holztrocknung werden neben einem schnellen Erreichen der Trockentemperatur durch rasches Aufheizen, eine hohe (Anfangs-) Luftfeuchtigkeit genannt (Alèon et al.1989) Besondere Eigenschaften der Pappelhölzer Zugholz wird von Laubbäumen als Reaktionsgewebe in sehr unterschiedlichen Mengen ausgebildet. Bei den Pappeln ist der Zugholzanteil von besonderem Interesse, da diese in dem Ruf stehen, besonders viel Richtungsgewebe auszubilden berichtete Sachsse von einem Zusammenhang zwischen erfolgter Ästung und vermehrter Bildung von Zugholz. Dagegen konnte Ghelmeziu (1967) weder einen Einfluss auf das Wachstum des Zugholzes durch die künstliche Ästung feststellen, noch eine systematische Beziehung zwischen Zugholzanteil und Baumhöhe bestätigen. Sachsse (1980) berichtet von praktischen Erfahrungen der holzbe- und holzverarbeitenden Industrie, welche spürbare Nachteile bei der mechanischen Bearbeitung (fräsen, hobeln, rundschälen) bei einem Richtgewebeanteil von % nennen. Auch bei seinen Untersuchungen hat Sachsse den Richtgewebeanteil bestimmt, und berichtet darüber zusammenfassend 1980 von einer Schwankung der Zugholzanteile zwischen 4,5 % und 41,9 %. Bonnemann (1980) erhielt bei seinen Auswertungen bezüglich des Richtgewebeanteils nach Aufteilung der verschiedenen Sektionen folgendes Bild: Aigeiros: 34 % Tacamahaca: 56 % Leuce: 51 % 45

49 Teil A 5 Das Holz der Pappeln 5.3 Mechanische Eigenschaften der Pappelhölzer Der E - Modul 7 Im Vergleich zur Rohdichte und anderen Kennwerten ist die Anzahl der verfügbaren Daten zum E - Modul der Pappeln ausgesprochen bescheiden. Die von Kollmann ermittelten Werte sind in nachfolgender Tabelle wiedergegeben. Tabelle 5-15: E - Moduln verschiedener Pappelarten nach Kollmann (1982) Holzart E Modul (E 12 ll ) Balsampappel kg/cm² Kanadische Pappel kg/cm² Schwarzpappel kg/cm² Amerikanische Zitterpappel kg/cm² Zycha et al. (1959) zitieren verschiedene Autoren, die neben Kollmann Untersuchungen zum E-Modul der Pappelhölzer durchführten. Dabei wurde nach verschiedenen Sorten unterschieden, weshalb sie besonders interessant erscheinen. Auch diese Angaben sollen hier wiedergegeben werden. Tabelle 5-16: E - Moduln verschiedener Pappelhölzer, zitiert nach Zycha et al. (1959) Art / Sorte / Klon E Modul bei u = 12% Zitierte Quelle Populus alba kg/cm² Kubinsky, Vojtus, Patocka Populus x. canescens kg/cm² Kubinsky, Vojtus, Patocka Populus tremuloides kg/cm² Kubinsky, Vojtus, Patocka Robusta kg/cm² Campredon Marilandica kg/cm² Kubinsky, Vojtus, Patocka Regenerata kg/cm² Kubinsky, Vojtus, Patocka Serotina kg/cm² Giordano 7 Durch den E Modul wird der Widerstand gegen elastische Verformung angegeben. Als wichtige mechanische Kenngröße, wird der E Modul in den einschlägigen Normenwerken im Hochbau und Herstellung von Brettschichtholz als charakteristische Festigkeitsgröße betrachtet. Der E-Modul wird in N/mm² oder MN/m², in älteren Veröffentlichungen auch in kg/cm² oder kp/cm² angegeben. 46

50 Teil A 5 Das Holz der Pappeln Ghelmeziu (1967) ermittelte die folgenden Werte für den E-Modul verschiedener Pappelsorten: Tabelle 5-17: E-Modul verschiedener Pappelhölzer nach Ghelmeziu (1967) Sorte / Klon Elastizitätsmodul aus Biegeversuch Zugversuch P. Marilandica 78,0 kp/cm² 92,5 kp/cm² P. Robusta 92,2 kp/cm² 104,9 kp/cm² P. Celei 72,4 kp/cm² 107,0 kp/cm² P. Serotina 70,4 kp/cm² 87,7 kp/cm² P. Grandis Arges 59,9 kp/cm² 69,9 kp/cm² P. Virginiana Cetate 76,8 kp/cm² Populus tremula 109,0 kp/cm² 122,3 kp/cm² Bei der Untersuchung von 161 Stämmen von 20 verschiedenen Sorten wurde ein Mittelwert von E ll 12 = 8300 N/mm² festgestellt. Dabei zeigte sich zwischen der Darrdichte und dem E - Modul ein statistischer Zusammenhang von r = 0,74 (Bonnemann 1980). Kreße ermittelte bei einem Stichprobenumfang von 64 Proben einen E - Modul von ,1 N/mm², ohne dabei Angaben über das verwendete Material zu machen (Kreße, 1987). Kućera und Gfeller (1994), sowie Sell (1989) geben für das Holz der Pappeln einen E - Modul von E ll 12 = N/mm² an Die Biegefestigkeit Die Biegefestigkeit gibt Auskunft über den Kraftaufwand der benötigt wird, um ein Holz mithilfe einer einseitig, senkrecht wirkenden Kraft zu zerstören. Da solche Belastungen im Bauwesen häufig vorkommen und die Ermittlung der Biegefestigkeit relativ einfach ist, wird sie als charakteristische Kenngröße betrachtet. Kollmann (1982) gibt für die Biegefestigkeit der Pappeln folgende Werte an. Tabelle 5-18: Biegefestigkeit der Pappeln nach Kollmann (1982) Holzart Biegefestigkeit δ bb Balsampappel 480 kg/cm² Kanad. Pappel 600 kg/cm² Schwarzpappel kg/cm² Amerik. Zitterpappel 590 kg/cm² 47

51 Teil A 5 Das Holz der Pappeln Nach farbiger Zentralzone und Splintholzzone differenzierte Eigenschaften für die Biegefestigkeit ermittelte Ghelmeziu Tabelle 5-19: Biegefestigkeit verschiedener schnellwachsender Pappelsorten nach Ghelmeziu (1967) Sorte / Klon Biegefestigkeit Mittelwert farbige Zentralzone Splintholz P. Marilandica 593 kp/cm² 544 kp/cm² 598 kp/cm² P. Robusta 649 kp/cm² 564 kp/cm² 672 kp/cm² P. Celei 542 kp/cm² 479 kp/cm² 600 kp/cm² P. Serotina 542 kp/cm² 531 kp/cm² 543 kp/cm² P. Grandis Arges 477 kp/cm² 459 kp/cm² 479 kp/cm² P. Virgininana 467 kp/cm² 413 kp/cm² 560 kp/cm² Cetate Populus tremula (783) kp/cm² 763 kp/cm² 763 kp/cm² Auch Sachsse ermittelte in einer Reihe von Untersuchungen immer wieder charakteristische Werte für die Biegefestigkeiten der Pappelhölzer. Die vielen unterschiedlichen Literaturquellen sind in Tabelle 5-19 zu einer Übersicht zusammengefasst. Tabelle 5-20: Werte für die statische Biegefestigkeit verschiedener Klone nach Untersuchungen von Sachsse (1975, 1979, 1980) Klon / Sorte Statische Biegefestigkeit Stichproben- Quelle δ b umfang N Senior 548,81 kp/cm² 160 Sachsse 1975 Regenerata 598,70 kp/cm² 159 Sachsse 1975 Oxford 626,23 kp/cm² 159 Sachsse 1975 Rochester 460,89 kp/cm² 60 Sachsse 1975 Trichocarpa Senior 548,81 kp/cm² 160 Sachsse 1975 Trichocarpa 603/52 474,91 kp/cm² 60 Sachsse 1975 Androscoggin 598,00 kp/cm² 308 Sachsse 1979 Muhle Larsen 524,00 kp/cm² 49 Sachsse 1979 Scott Pauley 558,00 kp/cm² 46 Sachsse 1979 Fritzi Pauley 457,00 kp/cm² 15 Sachsse 1979 Tannenhoeft 598,00 dan/cm² 160 Sachsse 1980 Harff 512,00 dan/cm² 150 Sachsse 1980 I 45 / ,00 dan/cm² 160 Sachsse 1980 Einen Mittelwert von 76 N/mm² erhielt Bonnemann bei seinen Untersuchungen zur statischen Biegefestigkeit von Pappelholz. Dabei zeigte sich, dass vier von fünf untersuchten Aspensorten, sowie die Klone Brabantica, Leipzig und Oxford Werte von mehr als 85 N/mm² aufwiesen (Bonnemann, 1980). 48

52 Teil A 5 Das Holz der Pappeln Kreße (1987) gibt hinsichtlich der Biegefestigkeit der untersuchten Pappeln einen Mittelwert von δ bb = 91,36 N/mm² an. Sell (1989) nennt Biegefestigkeitswerte von δ bbll = N/mm². Wagenführ (1996) gibt die Spannweite der Festigkeitswerte für die max. Biegebeanspruchung zwischen N/mm², mit einen mittleren Wert von 60 N/mm² an Die Druckfestigkeit Die Druckfestigkeit δ d ist der Widerstand gegen eine Kraft F, die parallel oder senkrecht zur Holzfaser drückt (Lohmann, 1998). Die Druckfestigkeit parallel zur Holzfaser wird auch nachfolgend dabei mit δ dll, die Druckfestigkeit quer zur Faser mit δ d angegeben. Von Bedeutung ist dabei v. a. die Druckfestigkeit längs zur Holzfaser. Bei der Recherche über Versuche zur Druckfestigkeit liegen Daten nach Sorten getrennt vor. So ermittelte Sachsse in verschiedenen Untersuchungen folgende durchschnittliche Werte für die statische Druckfestigkeit parallel zur Faser: Tabelle 5-21: Werte für die statische Längsdruckfestigkeit verschiedener Klone nach Untersuchungen von Sachsse (1961, 1975, 1976, 1979, 1980) Klon / Sorte Statische Längsdruckfestigkeit δ dll Stichprobenumfang N Quelle Oxford 339 kg/cm² 574 Stk. Sachsse 1961 Regenerata 289 kg/cm² 302 Stk. Sachsse 1961 Wettstein kg/cm² 228 Stk. Sachsse 1961 Senior 281,68 kp/cm² 99 Stk. Sachsse 1975 Regenerata 368,01 kp/cm² 100 Stk. Sachsse 1975 Oxford 322,35 kp/cm² 100 Stk. Sachsse 1975 Regenerata 271,45 kp/cm² 60 Stk. Sachsse 1975 Rochester 229,05 kp/cm² 60 Stk. Sachsse 1975 Trichocarpa senior 281,68 kp/cm² 99 Stk. Sachsse 1975 Trichocarpa ,91 kp/cm² 60 Stk. Sachsse 1975 Harff 271,45 kp/cm² 60 Stk. Sachsse 1976 Androscoggin 259 kp/cm² 100 Stk. Sachsse 1979 Muhle Larsen 283 kp/cm² 283 Stk. Sachsse 1979 Scott Pauley 265 kp/cm² 343 Stk. Sachsse 1979 Fritzi Pauley 214 kp/cm² 113 Stk. Sachsse 1979 Harff 249 dan/m² 160 Stk. Sachsse 1980 Tannenhoeft 248 dan/m² 160 Stk. Sachsse 1980 I 45/ dan/m² 160 Stk. Sachsse

53 Teil A 5 Das Holz der Pappeln Für die 1961 durchgeführten Untersuchungen wurde ein Korrelationskoeffizient von Rohdichte und Längsdruckfestigkeit von r = 0,73 ermittelt (Sachsse 1961). Bonnemann erhielt einen Korrelationskoeffizienten von r = 0,79 bei den 1980 veröffentlichten Forschungsergebnissen, bei denen 25 Sorten (183 Stämme) untersucht wurden (Bonnemann, 1980). Im Mittel erhielt Bonnemann einen Wert für die Längsdruckfestigkeit von 36 N/mm². Der Klon Robusta brachte es sogar auf 46 N/mm² und übertrifft damit den Wert von Fichte mit 42 N/mm² (Bonnemann, 1980). Ebenfalls hohe Werte wurden bei der Querdruckfestigkeit ermittelt. Bonnemann nennt hier einen Mittelwert für δ d = 3,5 N/mm² (Fichte: 2,65 N/mm²). Dabei zeigten die Klone Brabantica mit 5,36 N/mm², Robusta 4,86 N/mm² und Oxford 5,49 N/mm² erstaunlich günstiges Verhalten (Bonnemann, 1980). Auch Ghelmeziu (1967) liefert nach Splint- und Kernholz getrennte Werte für die Druckfestigkeit parallel zur Faser. Diese sind im Einzelnen: Tabelle 5-22: Druckfestigkeit parallel zur Faser verschiedener schnellwachsender Pappelsorten nach Ghelmeziu (1967) Sorte / Klon Druckfestigkeit II Mittelwert farbige Zentralzone Splintholz P. Marilandica 243 kp/cm² 215 kp/cm² 263 kp/cm² P. Robusta 279 kp/cm² 250 kp/cm² 308 kp/cm² P. Celei 240 kp/cm² 208 kp/cm² 275 kp/cm² P. Serotina 238 kp/cm² 229 kp/cm² 249 kp/cm² P. Grandis Arges 207 kp/cm² 198 kp/cm² 218 kp/cm² P. Virgininana Cetate 200 kp/cm² 182 kp/cm² 254 kp/cm² Populus tremula 477 kp/cm² 477 kp/cm² 477 kp/cm² Kreße ermittelte die Druckfestigkeit für Pappel mit δ dll 12 = 39,7 N/mm². Die Druckfestigkeit quer zur Faser gibt er mit δ d 12 = 5,42 N/mm² an (Kreße 1987) Die Schlagbiegefestigkeit, Bruchschlagbarkeit, Schlagzähigkeit Für die Prüfung der dynamischen Biegefestigkeit werden verschiedene Begrifflichkeiten verwendet. Die Schlagbiegefestigkeit, Bruchschlagbarkeit oder auch Schlagzähigkeit kennzeichnet den Widerstand des Holzes gegen eine schlagartige Beanspruchung quer zur Faser, welche mit Hilfe eines Pendelschlagwerkes ermittelt wird. Ghelmeziu (1967) berichtet hinsichtlich der Schlagzähigkeit von folgenden Werten: 50

54 Teil A 5 Das Holz der Pappeln Tabelle 5-23: Die Schlagzähigkeit verschiedener Pappeln nach Ghelmeziu (1967) Sorte / Klon Schlagzähigkeit Mittelwert farbige Zentralzone Splintholz P. Marilandica 0,33 mkp/cm² 0,28 mkp/cm² 0,37 mkp/cm² P. Robusta 0,34 mkp/cm² 0,26 mkp/cm² 0,37 mkp/cm² P. Celei 0,25 mkp/cm² 0,23 mkp/cm² 0,28 mkp/cm² P. Serotina 0,22 mkp/cm² 0,22 mkp/cm² 0,23 mkp/cm² P. Grandis Arges 0,20 mkp/cm² 0,21 mkp/cm² 0,21 mkp/cm² P. Virgininana Cetate 0,21 mkp/cm² 0,22 mkp/cm² 0,21 mkp/cm² Populus tremula 0,35 mkp/cm² 0,35 mkp/cm² 0,35 mkp/cm² Auch Sachsse untersuchte in verschiedenen Prüfungen die Bruchschlagbarkeit verschiedener Pappelsorten. Tabelle 5-24: Werte für die Bruchschlagbarkeit verschiedener Pappelklone nach Untersuchungen von Sachsse (1975, 1979, 1980) Klon / Sorte Bruchschlagbarkeiumfang Stichproben- Quelle N Senior 34,69 kp/cm² 160 Stk. Sachsse 1975 Regenerata 29,64 kp/cm² 159 Stk. Sachsse 1975 Oxford 34,84 kp/cm² 160 Stk. Sachsse 1975 Rochester 29,73 kp/cm² 60 Stk. Sachsse 1975 Trichocarpa senior 34,69 kp/cm² 160 Stk. Sachsse 1975 Trichocarpa 603/52 35,88 kp/cm² 60 Stk. Sachsse 1975 Androscoggin 4,50 J/cm² 388 Stk. Sachsse 1979 Muhle Larsen 3,00 J/cm² 112 Stk. Sachsse 1979 Scott Pauley 3,50 J/cm² 129 Stk. Sachsse 1979 Fritzi Pauley 3,00 J/cm² 45 Stk. Sachsse 1979 Tannenhoeft 6,27 J/cm² 160 Stk. Sachsse 1980 I 45 / 51 6,18 J/cm² 140 Stk. Sachsse 1980 Harff 3,36 J/cm² 157 Stk. Sachsse 1980 Bonnemann berechnete einen Mittelwert für die Bruchschlagbarkeit verschiedener Pappelklone von 3,91 N/cm². Dabei zeigten sich für die Sektionen folgende Werte: Tacamahaca: 4,43 N/cm² Leuce: 4,87 N/cm² Aigeiros: 3,08 N/cm² Einzelne Klone wiesen auch bei der Bruchschlagbarkeit deutlich höhere Werte auf. So die Aspen mit 6,28 N/cm², Generosa 6,42 N/cm² und Robusta 6,02 N/cm². Die Abhängigkeit der Schlagbiegezähigkeit von der Rohdichte wurde mit r = 0,79 angegeben (Bonnemann, 1980). 51

55 Teil A 5 Das Holz der Pappeln Die Zugfestigkeit Über die Zugfestigkeit, welche den Widerstand gegen eine Kraft die parallel oder senkrecht zur Holzfaser zieht angibt, liegen über die Pappelhölzer nur sehr vereinzelt Ergebnisse vor. Auch Kollmann (1982) liefert nur wenige Werte, so z. B. für die Kanadische Pappel eine Zugfestigkeit quer zur Faser von δ zb 12 = 41 kg/cm². Die Längszugfestigkeit der Balsampappel gibt Kollmann (1982) mit δ zbll 10 = 850 Kg/cm², die Querzugsfestigkeit mit δ zb 12 = 25 kg/cm² an. Weiter für die Schwarzpappel: δ zbll 12 = 770 Kg/cm², und für die Amerikanische Zitterpappel: δ zb 12 = 18 kg/cm². Gehmelziu (1967) gibt auch hinsichtlich der Zugfestigkeit die umseitig aufgeführten und detaillierten Werte an. Tabelle 5-25: Zugfestigkeit verschiedener Pappelsorten nach Ghelmenziu (1967) Sorte / Klon Zugfestigkeit Mittelwert farbige Zentralzone Splintholz P. Marilandica 786 kp/cm² 695 kp/cm² 856 kp/cm² P. Robusta 816 kp/cm² 736 kp/cm² 839 kp/cm² P. Celei 767 kp/cm² 746 kp/cm² 803 kp/cm² P. Serotina 591 kp/cm² 569 kp/cm² 630 kp/cm² P. Grandis Arges 694 kp/cm² 659 kp/cm² 710 kp/cm² P. Virgininana Cetate 669 kp/cm² 582 kp/cm² 825 kp/cm² Populus tremula 1108 kp/cm² 1108 kp/cm² 1108 kp/cm² Die Zugfestigkeit senkrecht zur Holzfaser, gibt Ghelmenziu (1967) für P. Robusta radial (r) und tangential (t) mit 19 kp/cm² an. Mit Ausnahme von Populus tremula, die mit 28 kp/cm² Zugfestigkeit radial und tangential zur Faser erheblich über diesem Wert liegt, sind die anderen überprüften Sorten nahezu identisch in den ermittelten Werten. Bonnemann (1980) gibt als Mittelwert für die Längszugfestigkeit der untersuchten Pappeln einen Wert von δ zbll 12 = 69 N/mm² an. Etwas günstigere Werte nennen Sell (1989) mit δ zbll 12 = N/mm², und Wagenführ (1996) mit δ zbll 12 = N/mm², sowie δ zb 12 = 1,7...2,8 n/mm². 52

56 Teil A 5 Das Holz der Pappeln Die Härte 1 Ebenso wie bei der Zugfestigkeit, liegen auch bei der Härte keine Daten aus neueren Untersuchungen vor. Eine Einschätzung möglicher Sortenunterschiede ist also auch hier nur beschränkt möglich, da alte Untersuchungen zwischen den Pappeln oft nicht unterscheiden. Nachfolgende Tabellenwerte sind von Kollmann entnommen. Tabelle 5-26: Die Härte verschiedener Pappelhölzer nach Kollmann (1982) Pappelarten 12 Jankahärte H ll 12 Jankahärte H Balsampappel 210 kg/cm² 170 kg/cm² Kanadische Pappel 320 kg/cm² 240 kg/cm² Schwarzpappel 320 kg/cm² - Amerikanische Zitterpappel 230 kg/cm² 160 kg/cm² Ghelmenziu (1967) gibt nach Sorten getrennte Werte für die Härte der Pappelhölzer an. Die von ihm ermittelten Werte für die Schwarzpappelhybriden liegen deutlich unter denen von Kollmann (1951) ermittelten Werte für Schwarzpappel und Kanadische Schwarzpappel. Tabelle 5-27: Die Holzhärte nach Brinell verschiedener Pappelsorten nach Ghelmenziu (1967) Sorte / Klon Härte nach Brinell HB II r t P. Marilandica 3,60 kp/mm² 1,25 kp/mm² 1,28 kp/mm² P. Robusta 3,00 kp/mm² 1,29 kp/mm² 1,23 kp/mm² P. Celei 3,03 kp/mm² 1,30 kp/mm² 1,40 kp/mm² P. Serotina 2,71 kp/mm² 1,01 kp/mm² 0,96 kp/mm² P. Grandis Arges 2,61 kp/mm² 0,97 kp/mm² 1,03 kp/mm² P. Virgininana Cetate 3,20 kp/mm² 1,20 kp/mm² 1,26 kp/mm² Populus tremula 3,73 kp/mm² 1,73 kp/mm² 1,71 kp/mm² Tabelle 5-28: Die Holzhärte nach Janka verschiedener Pappelsorten nach Ghelmenziu (1967) Sorte / Klon Härte nach Janka HB II r t P. Marilandica 248 kp/cm² 181 kp/cm² 197 kp/cm² P. Robusta 278 kp/cm² 196 kp/cm² 199 kp/cm² P. Celei 265 kp/cm² 199 kp/cm² 200 kp/cm² P. Serotina 241 kp/cm² 161 kp/cm² 173 kp/cm² P. Grandis Arges 213 kp/cm² 140 kp/cm² 155 kp/cm² P. Virgininana Cetate 241 kp/cm² 162 kp/cm² 177 kp/cm² Populus tremula 323 kp/cm² 260 kp/cm² 268 kp/cm² 1 Als Härte des Holzes ist der Widerstand zu sehen, den das Holz dem Eindringen fremder Körper in seine Oberfläche entgegensetzt (Lohmann, 1998) 53

57 Teil A 5 Das Holz der Pappeln Mit Werten von H Bll 12 = N/mm² (Wagenführ N/mm²), sowie H B 12 = N/mm² geben Sell (1989), Kućera und Gfeller (1994), sowie Wagenführ (1996) Werte an, die in einem sehr engen Spektrum nahezu gleich liegen Sonstige mechanische Eigenschaften In seiner umfangreichen Untersuchung macht Ghelmeziu (1967) auch Angaben zur Scherfestigkeit 2, Spaltfestigkeit 3 und Verdrehfestigkeit 4 der geprüften Sorten. Tabelle 5-29: Scherfestigkeit in Faserrichtung verschiedener Pappelsorten nach Ghelmeziu (1967) Sorte / Klon Scherfestigkeit in Faserrichtung radial tangential P. Marilandica 59 kp/cm² 77 kp/cm² P. Robusta 56 kp/cm² 78 kp/cm² P. Celei 55 kp/cm² 79 kp/cm² P. Serotina 51 kp/cm² 70 kp/cm² P. Grandis Arges 43 kp/cm² 63 kp/cm² P. Virginiana Cetate 42 kp/cm² 58 kp/cm² Populus tremula 68 kp/cm² 91 kp/cm² Tabelle 5-30: Spaltfestigkeit verschiedener Pappelsorten nach Ghelmeziu (1967) Sorte / Klon Spaltfestigkeit radial tangential P. Marilandica 4,9 kp/cm² 6,6 kp/cm² P. Robusta 4,6 kp/cm² 6,5 kp/cm² P. Celei 4,7 kp/cm² 6,4 kp/cm² P. Serotina 5,0 kp/cm² 6,4 kp/cm² P. Grandis Arges 3,7 kp/cm² 5,6 kp/cm² P. Virginiana Cetate 4,6 kp/cm² 6,7 kp/cm² Populus tremula 6,0 kp/cm² 8,5 kp/cm² 2 Die Scherfestigkeit (Abscherfestigkeit) ist der Widerstand des Holzes gegen das Abschieben oder Abscheren von Holzschichten durch eine in der Ebene oder seltener quer zur Ebene der Holzschichten wirkende Kraft (Lohmann, 1998) 3 Die Spaltfestigkeit ist der Widerstand, den das Holz senkrecht einer Auftrennung durch keilförmige Werkzeuge entgegensetzt. 4 Die Verdrehfestigkeit wird auch als Torsionsfestigkeit bezeichnet und gibt Auskunft über den Widerstand eines Holzstabes gegen den Bruch durch Verdrehen um die eigene Achse. 54

58 Teil A 5 Das Holz der Pappeln Tabelle 5-31: Drehfestigkeit verschiedener Pappelhölzer nach Ghelmeziu (1967) Klon / Sorte Drehfestigkeit P. Marilandica 135 kp/cm² P. Robusta 136 kp/cm² P. Celei 141 kp/cm² P. Serotina 134 kp/cm² P. Grandis Arges 119 kp/cm² P. Virginiana Cetate 122 kp/cm² Populus tremula 161 kp/cm² Eine besondere Eigenschaft der Pappelhölzer ist die Verwollung oder Verfilzung der Oberfläche bei Abriebsbeanspruchung. Dabei wird durch den Effekt der Verwollung der Abnutzungswiderstand 5 des weichen Pappelholzes wesentlich erhöht. So ist bekannt, dass Pappelholz in der Vergangenheit für Stallböden eingesetzt wurde (Hesmer, 1951; Grosser, Teetz 1998). 5 Unter Abnutzungswiderstand soll der Widerstand des Holzes gesehen werden, der gegen eine mechanische auf Reibung beruhende Abnutzung entgegengebracht wird. 55

59 Teil B 6 Die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel 6 Die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel 6.1 Die Grundgesamtheit des Pappel - Schnittholzes Der Einkauf von Pappel - Schnittholz in Form von Rohlamellen, wie es für die Herstellung von Brettschichtholz benötigt wird, ist nach den vorliegenden Erfahrungswerten bei der derzeitigen Organisationsstruktur der deutschen Sägeindustrie ein Sonderauftrag. Der Grund hierfür liegt in der kaum vorhandenen Verwendung von Pappel - Schnittholz außerhalb der Palettenerzeugung. Im Anschluss an eine Betriebsbesichtigung, sagte schließlich die Fa. Rettenmeier, welche im Auftrag für die Bleistifterzeugung beachtliche Mengen an Pappelholz einschneidet, die Lieferung des gewünschten Schnittholzes zu. Nach Auskunft der Fa. Rettenmeier wurden äußerlich gute, astreine Erdstammstücke mit einem Zopfdurchmesser von 40 cm bis 50 cm (durchschnittlich 47,5 cm) für die Bestellung ausgewählt. Für die werkstofftechnische Überprüfung durch die Forschungs- und Materialprüfungsanstalt (FMPA) sollten min. drei Stück Musterbinder mit den Maßen 6,5 m Länge, 60 cm Höhe und 14 cm Breite hergestellt werden. Nach Wunsch des Leiters im Referat 14 Holz Herrn Radovic, sollte dabei mindestens ein Träger Keilzinkenverbindungen im Bereich des größten Biegemoments aufweisen. Ebenso wurde ein Biegeträger ohne Keilzinkenverbindungen im Bereich des größten Biegemoments angestrebt. Alternativ dazu, könnten Musterbinder von den Maßen 3 m Länge, 30 cm Höhe und 9 cm Breite produziert werden, die für die Überprüfung seitens der FMPA ebenfalls aussagekräftig wären. Entsprechend erfolgte die Bestellung und Lieferung von Pappelschnittholz in folgenden Mengen und Abmessungen: ca. 750 lfm. Rohlamellen Pappel mit 5 m Länge, 16 cm Breite und mm Dicke, sowie ca. 160 lfm. Rohlamellen Pappel mit sehr unterschiedlichen Längen zwischen 1,6 m und 5 m, 14 cm Breite und mm Dicke Bei der ersten optischen Einschätzung der gelieferten Rohlamellen zeigte sich, dass die gelieferte Ware nicht der gewünschten Qualität einer A Sortierung entsprach. Laut Lieferschein handelte es sich bei der Ware um Schnittholz der Güteklasse II III. 56

60 Teil B 6 Die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel Teilweise war das Schnittholz mit großen Ästen durchsetzt und v. a. die teils erhebliche Krümmung in Längsrichtung bereitete bei der Sortierung große Probleme. Das ursprünglich angestrebte nahezu astreine Brettschichtholz konnte ohne häufige Kappschnitte von Astbereichen nur bei ca. 40 % des gelieferten Pappel - Schnittholzes eingehalten werden. Die schmälere Brettware dagegen wies eine deutlich höhere Qualität auf. Insgesamt kann festgehalten werden, dass bei einer qualitativ guten Trocknung und dem Trennschnitt der Markröhre bei den eingeschnittenen Dimensionen des Rohholzes von geästeten Beständen hochwertiges Schnittholz erwartet werden kann. 6.2 Die Sortierung des Schnittholzes Normative Grundlagen In Deutschland erfolgt die Sortierung des Schnittholzes für die Verwendung in Holzbauwerken aufgrund der Maßgaben der DIN Holzbauwerke (Teil 1 3). Danach muss das dort definierte Brettschichtholz charakteristische Materialkennwerte qualitativer Ausprägung aufweisen. Dies führt zu einer qualitäts- und festigkeitsorientierten Sortierung von Schnittholz für die Verwendung im Bauwesen. Diese Grundlagen für die Sortierung von Schnittholz schlagen sich in der DIN über die Sortierung von Nadelholz nach der Tragfähigkeit nieder. Eine Sortierung nach der Tragfähigkeit von Laubholz gibt es derzeit in Deutschland nicht. Während die DIN bei der Definition von Vollholz das Laubholz explizit erwähnt, sieht sie für die Herstellung von Brettschichtholz lediglich Nadelholz vor. Eine Verwendung von Pappelhölzern für tragende Zwecke dagegen, ist in der DIN EN 336 vorgesehen, in der die Maße und zulässigen Abweichungen geregelt sind. Dementsprechend finden sich auch in den normativen Ausführungen zu den Leistungs- und Mindestanforderungen an die Herstellung von Brettschichtholz der DIN EN 386 Anmerkungen über die geeigneten Holzarten. Als einzig geeignetes Laubholz wird dort die Pappel mit der Art Populus alba (Weißpappel) und die Sorte Populus Robusta genannt. Zwar ermöglicht die DIN EN 386 eine Verwendung von Pappel - Schnittholz für die Herstellung von Brettschichtholz, doch gibt es auch für die anderen Holzarten auf europäischer Ebene keine eigenständige Sortierungsnorm die der DIN vergleichbar wäre. Allgemeine Anforderungen an Normen über die visuelle Sortierung nach der Festigkeit finden sich in der DIN EN 518, Bauholz für tragende Zwecke - Sortierung. Die maschinelle Festigkeitssortierung betreffend, werden die Merkmale entsprechend in der DIN EN 519 definiert. So wurde zur Durchführung der Untersuchung eine Sortieranweisung für Pappelholz analog den Sortierklassen S 13 und S 10 der DIN 4074 entworfen und angewendet. 57

61 Teil B 6 Die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel Die Sortierung des Untersuchungsmaterials Zur Zeichnung der rechten Brettseite für die Zuführung in der Keilzinkenanlage mussten bei der Sortierung die Hirnholzenden zum Teil angeschnitten werden, um die Jahrringgrenzen von den Sägestreifen unterscheiden zu können. Aufgrund des bei Bäumen mit höheren Durchmessern häufig auftretenden welligen und unrund gezeichneten Jahrringverlaufs, war in einigen Fällen die Identifikation der Brettseiten erschwert. Zur Erleichterung der visuellen Sortierung wurde die Brettware auf beiden Breitseiten vorgehobelt. Abbildung 10: Die Dimension der Äste und der Rissbildungen im Bereich der Markröhre bei der 160 mm breiten Brettware Abbildung 5 zeigt zwei wichtige und häufig aufgetretene Ausschlussgründe für die Sortierklasse S 13. Das Brett im Hintergrund weist im Bereich der Markröhre und des juvenilen Holzes starke Rissbildung auf. Das Brett im Vordergrund zeigt gut die Dimension von Ästen, welche - sofern vorhanden -, unweigerlich zu Kappschnitten des Bereiches führten. Abbildung 11: Sortierausschuss Abbildung 6 zeigt die schlechtesten Bretter, welche selbstverständlich nicht repräsentativ für das Schnittholz waren. Dennoch vermitteln sie einen Eindruck von der Dimension der Krümmungen, die auch bei anderen Untersuchungen erhebliche Probleme beim Umgang mit dem Schnittholz verursachten. Für die Sortierung des Untersuchungsmaterial wurde ein Sortiervorschlag in enger Anlehnung an die in der DIN 4074 aufgeführten Merkmale entworfen. Mit dem Ziel ein ästhetisch anspruchsvolles Brettschichtholz erzeugen zu wollen, wurden für die Sortierklasse S 13 Kantenäste und Kantenflächenäste ausgeschlossen, während sie innerhalb der Sortierklasse S 10 zulässig waren. Es zeigte sich jedoch, dass aufgrund der Größe der Äste, diese auch bei Sortierung nach S 10 i. d. R. zu einem Kappschnitt des astigen Bereichs führten, so daß der Unterschied zwischen den Sortierklassen nur wenig in Gewicht fiel. Die Sortierung von Laubholz nach der Ästigkeit auf den Breitseiten der Bretter fiel 58

62 Teil B 6 Die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel dabei stärker ins Gewicht, wobei auch hier, bedingt durch die geringere Anzahl der Äste aufgrund der Baummorphologie gegenüber Nadelholz eine Abstufung hinsichtlich der erwarteten Festigkeit der Träger als eher unwahrscheinlich zu erwarten war. Die Abbildungen 12 und 13 zeigen repräsentative Bilder für Qualität und die Unterscheidung der beiden Sortierklassen. Die linke Abbildung zeigt das nach S 10 sortierte Schnittholz. Gut sichtbar ist die Dimension der Äste, und der Einfluss der Markröhre. Hauptkriterium jedoch, war in den meisten Fällen die vorhandene Krümmung. Rechts das nahezu astfreie nach S 13 sortierte Schnittholz. Abbildung 12: Schnittholz nach S 10 sortiert Abbildung 13: Schnittholz nach S 13 sortiert Da es keinen wissenschaftlich abgesicherten Zusammenhang zwischen Jahrringbreite und Rohdichte gibt, und eine visuelle Sortierung nach Breite der Jahrringe aufgrund der undeutlichen Zeichnung nicht praktikabel erschien, wurde auf eine Berücksichtigung der Jahrringbreite verzichtet. Hauptkriterium für die Klassenbildung bei der Sortierung waren die Krümmungen der Bretter. Dabei traten die vorhandenen Krümmungen der nach S 10 sortierten Bretter offensichtlich ins Augenmerk gegenüber dem durchschnittlichen Schnittholz der Fichte, während die nach S 13 sortierten Bretter hinsichtlich der Krümmungen nur geringfügig schlechter als das durchschnittliche Fichtenholz waren. Auf diesen Grundlagen wurde der umseitige Entwurf einer Sortierungsanweisung auf der Grundlage der DIN 4074 erstellt und bei der Sortierung des Untersuchungsmaterials entsprechend angewendet. 59

63 Teil B 6 Die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel Tabelle 6-1: Sortierungsentwurf für die Pappelhölzer auf der Grundlage der DIN Sortierkriterium S 13 S 10 Baumkante: nicht zulässig nicht zulässig Äste: Kantenäste und Kantenflächenäste nicht zulässig. Flächenast bis 1/5 und Astansammlung bis 1/3 zulässig Jahrringbreite: unerheblich unerheblich Kantenäste und Kantenflächenäste bis 1/5 der Schmalseite zulässig. Flächenast bis 1/3 und Ast-ansammlung bis ½ zulässig Faserneigung: bis 50 mm/m bis 80 mm/m Risse: nicht zulässig Radiale Schwindrisse zulässig, Blitz- und Frostrisse, sowie Ringschäle nicht zulässig Verfärbungen: Bläue und Fäule nicht zulässig Bläue und Fäule nicht zulässig Zugholz: bleibt außer Betracht bleibt außer Betracht Mistelbefall: nicht zulässig nicht zulässig Insektenfraßgänge: Krümmung: Längskrümmung / Verdrehung: Querkrümmung: Gehäuft auftretende braune Fraßgänge der Kambiumminerfliege, sowie Fraßgänge von Frischholzinsekten über 2 mm Durchmesser unzulässig bis 8 mm / 2 m bis 1/50 Fraßgänge des großen Pappelbocks und Weidenbohrers unzulässig bis 12 mm / 2 m bis 1/30 Markröhre: nicht zulässig nicht zulässig Anmerkung: Die Messung der Merkmale erfolgt analog zur DIN 40 74, bei strittigen Fällen ist diese als subsidiäre Rechtsgrundlage zu benutzen. 60

64 Teil B 6 Die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel Tabelle 6-2: Ergebnis der Sortierung des Pappel - Schnittholzes Nach der Sortierung des gesamten Schnittholzes zeigte sich folgende Mengenverteilung Gesamtmenge Breite der Bretter S 13 S 10 Ausfälle 159 Stück á 4-5 m = ca. 750 lfm. 160 mm 78 Stück á 4-5 m = ca. 368 lfm. 57 Stück á 4-5 m = ca. 269 lfm. 24 Stück á 4-5 m = ca. 113 lfm. 36 Stück á 4-5 m = ca. 160 lfm. 110 mm 29 Stück á 4-5 m = ca. 129 lfm. 4 Stück á 4-5 m = ca. 18 lfm. 3 Stück á 4-5 m = ca. 13 lfm. (Stücke von 1,6 m (Stücke von 1,6 m bis (Stücke von 1,6 m bis (Stücke von 1,6 m bis 3,8 m wurden 3,8 m wurden zu- 3,8 m wurden zu- bis 3,8 m wurden zusam-mengefaßt) sammengefaßt) sammengefaßt) zusammengefaßt) Die Ausfälle wurden entweder durch massive Rissbildung im Bereich des juvenilen Holzes und der Markröhre oder extreme Krümmungen verursacht. Abbildung 14: Nach S 13 sortiertes Pappel - Schnittholz mit farblich deutlich abgesetztem Kernholzbereich Abbildung 15: Aufgrund von Faserabweichung und Krümmungen nach S 10 sortiertes Pappel - Schnittholz 61

65 Teil B 6 Die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel 6.3 Die physikalischen und mechanischen Eigenschaften des Untersuchungsmaterials Die Roh- und Darrdichte Für die Rohdichte bei einem Feuchtegehalt von u = 10 % ± 2 % ergibt sich ein Mittelwert von 0,447 g/cm³ und ein Zentralwert von 0,452 g/cm³. Die Standardabweichung beträgt 0,03. Der Variationskoeffizient liegt bei 6,71 %. Damit liegt bei den verwendeten Schwarzpappelhybriden ein relativ homogenes Ergebnis vor. Die Rohdichten der 52 Proben mit dem jeweils gemessenen Feuchtegehalt sind in Tabelle 6-3 dargestellt. Tabelle 6-3: Die Rohdichten der verwendeten Pappelhölzer Nr. Feuchtigkeit Rohdichte r u Nr. Feuchtigkeit Rohdichte r u 1 8,05 % 0,386 g/cm³ 27 12,00 % 0,425 g/cm³ 2 12,25 % 0,409 g/cm³ 28 9,70 % 0,423 g/cm³ 3 11,00 % 0,448 g/cm³ 29 9,40 % 0,473 g/cm³ 4 11,25 % 0,470 g/cm³ 30 8,30 % 0,476 g/cm³ 5 8,06 % 0,423 g/cm³ 31 8,85 % 0,464 g/cm³ 6 10,50 % 0,457 g/cm³ 32 11,05 % 0,439 g/cm³ 7 8,65 % 0,400 g/cm³ 33 8,30 % 0,476 g/cm³ 8 10,90 % 0,457 g/cm³ 34 9,45 % 0,473 g/cm³ 9 9,95 % 0,408 g/cm³ 35 8,25 % 0,468 g/cm³ 10 12,60 % 0,446 g/cm³ 36 10,80 % 0,481 g/cm³ 11 11,85 % 0,420 g/cm³ 37 11,00 % 0,504 g/cm³ 12 9,50 % 0,409 g/cm³ 38 11,25 % 0,422 g/cm³ 13 9,90 % 0,425 g/cm³ 39 9,65 % 0,471 g/cm³ 14 8,10 % 0,481 g/cm³ 40 10,85 % 0,431 g/cm³ 15 14,20 % 0,456 g/cm³ 41 7,85 % 0,467 g/cm³ 16 12,05 % 0,478 g/cm³ 42 15,10 % 0,426 g/cm³ 17 11,00 % 0,415 g/cm³ 43 9,85 % 0,436 g/cm³ 18 12,70 % 0,496 g/cm³ 44 8,80 % 0,411 g/cm³ 19 9,75 % 0,499 g/cm³ 45 9,70 % 0,474 g/cm³ 20 9,15 % 0,439 g/cm³ 46 11,05 % 0,386 g/cm³ 21 10,45 % 0,493 g/cm³ 47 9,10 % 0,464 g/cm³ 22 16,70 % 0,425 g/cm³ 48 10,60 % 0,417 g/cm³ 23 11,15 % 0,453 g/cm³ 49 11,05 % 0,481 g/cm³ 24 15,35 % 0,448 g/cm³ 50 9,30 % 0,464 g/cm³ 25 11,15 % 0,389 g/cm³ 51 13,65 % 0,451 g/cm³ 26 10,40 % 0,481 g/cm³ 52 8,65 % 0,454 g/cm³ 62

66 Teil B 6 Die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel Die entsprechenden Kenngrößen für die Darrdichte sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt. Tabelle 6-4: Die Darrdichten der verwendeten Pappelhölzer Nr. Darrdichte r 0 Nr. Darrdichte r 0 1 0,357 g/cm³ 27 0,379 g/cm³ 2 0,364 g/cm³ 28 0,386 g/cm³ 3 0,404 g/cm³ 29 0,432 g/cm³ 4 0,422 g/cm³ 30 0,440 g/cm³ 5 0,390 g/cm³ 31 0,426 g/cm³ 6 0,414 g/cm³ 32 0,395 g/cm³ 7 0,368 g/cm³ 33 0,440 g/cm³ 8 0,412 g/cm³ 34 0,432 g/cm³ 9 0,371 g/cm³ 35 0,433 g/cm³ 10 0,396 g/cm³ 36 0,434 g/cm³ 11 0,375 g/cm³ 37 0,454 g/cm³ 12 0,374 g/cm³ 38 0,379 g/cm³ 13 0,386 g/cm³ 39 0,430 g/cm³ 14 0,445 g/cm³ 40 0,389 g/cm³ 15 0,399 g/cm³ 41 0,433 g/cm³ 16 0,426 g/cm³ 42 0,370 g/cm³ 17 0,374 g/cm³ 43 0,396 g/cm³ 18 0,440 g/cm³ 44 0,377 g/cm³ 19 0,455 g/cm³ 45 0,432 g/cm³ 20 0,402 g/cm³ 46 0,347 g/cm³ 21 0,446 g/cm³ 47 0,425 g/cm³ 22 0,364 g/cm³ 48 0,377 g/cm³ 23 0,407 g/cm³ 49 0,433 g/cm³ 24 0,388 g/cm³ 50 0,424 g/cm³ 25 0,350 g/cm³ 51 0,397 g/cm³ 26 0,435 g/cm³ 52 0,418 g/cm³ Bei der Messung und Berechnung der Darrdichte wurde eine Spannweite zwischen 0,347 g/cm³ und 0,455 g/cm³ festgestellt. Für die Darrdichte ergibt sich ein arithmetischer Mittelwert von 0,405 g/cm³ (Median: 0,403 g/cm³). Die Standardabweichung beträgt 0,029. Daraus ergibt sicht ein Variationskoeffizient von 7,16 %. Damit liegen die Mittelwerte im Bereich der in der Literatur angegebenen Größen. 63

67 Teil B 6 Die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel Der E - Modul Das arithmetische Mittel für den E - Modul betrug für die 52 geprüften weitgehend fehlerfreien Gebrauchsproben 10899,62 N/mm². Für den Median errechnet sich ein Wert von N/mm². Die Standardabweichung beträgt dabei 1534,82. Daraus errechnet sich ein Variationskoeffizient von 7,1 %. Es zeigte sich ein Zusammenhang zwischen E - Modul und Rohdichte durch einem Korrelationskoeffizienten nach Pearson von r = 0,68; für die Beziehung von Darrdichte zu E - Modul ergab sich ein Korrelationskoeffizient von 0,74. Den gleichen Wert stellte Bonnemann (1980) fest. Abbildung 16: Der Versuchsaufbau zur Ermittlung der E - Moduln Tabelle 6-5: Die E Moduln der verwendeten Pappelhölzer Nr. E - Modul E B Nr. E - Modul E B Nr. E - Modul E B N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² N/mm² Der nach DIN errechnete Mittelwert für den E - Modul von rd N/mm² zeigt ein unerwartet gutes Ergebnis. Der ermittelte E - Modul ist damit deutlich höher gegenüber den Angaben von Bonnemann (1980), welcher einen mittleren E - Modul von 8300 N/mm² festgestellt hatte. Dagegen liegt das Un- 64

68 Teil B 6 Die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel tersuchungsergebnis im Bereich anderer Werte, die in der Literatur genannt werden. Abbildung 17: Abhängigkeit des E - Moduls von der Rohdichte Mit einem Korrelationskoeffizienten nach Pearson von r = 0,68 liegt ein enger Zusammenhang von E - Modul und Rohdichte vor. Dabei steht einer mittleren Rohdichte von 0,447 g/cm³ ein mittlerer E - Modul von 9673 N/mm² gegenüber Die Biegefestigkeit Die mittlere Biegefestigkeit der nach S 13 sortierten, Lamellen Stücke lag bei den 52 durchgeführten Versuchen bei 65, 736 N/mm², bei einer Standardabweichung von 15, 963. Die Berechnung des Medians ergab einen Wert von 67,659 N/mm². Der Variationskoeffizient liegt bei 24,28 %. Die Prüfkörper wiesen im Belastungsbereich keine Äste auf. Abbildung 18: Biegefestigkeitsversuch 65

69 Teil B 6 Die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel Neben langfaserigen, splittrigen Bruchbildern kam es auch zu erstaunlich kurzfaserigen Brüchen. Der Bruch erfolgte dabei meist schnell und kam plötzlich ohne deutliche Ankündigung zustande. Abbildung 19: Ansicht der kurzfaserige Brüche Tabelle 6-6: Die Biegefestigkeit der verwendeten Pappelhölzer Nr. Biegefestigkeit B ll Nr. Biegefestigkeit B ll 1 68,776N/mm² 27 42,763 N/mm² 2 58,984 N/mm² 28 59,046 N/mm² 3 54,984 N/mm² 29 40,106 N/mm² 4 75,430 N/mm² 30 71,729 N/mm² 5 71,020 N/mm² 31 88,354 N/mm² 6 80,514 N/mm² 32 38,050 N/mm² 7 72,739 N/mm² 33 89,982 N/mm² 8 82,757 N/mm² 34 87,240 N/mm² 9 61,824 N/mm² 35 74,214 N/mm² 10 62,946 N/mm² 36 82,270 N/mm² 11 54,872 N/mm² 37 85,184 N/mm² 12 61,301 N/mm² 38 68,301 N/mm² 13 56,890 N/mm² 39 92,296 N/mm² 14 75,505 N/mm² 40 55,275 N/mm² 15 73,786 N/mm² 41 94,439 N/mm² 16 70,496 N/mm² 42 63,073 N/mm² 17 46,499 N/mm² 43 51,076 N/mm² 18 73,113 N/mm² 44 77,813 N/mm² 19 88,887 N/mm² 45 69,586 N/mm² 20 79,318 N/mm² 46 33,080 N/mm² 21 55,545 N/mm² 47 67,016 N/mm² 22 57,488 N/mm² 48 47,734 N/mm² 23 54,722 N/mm² 49 48,162 N/mm² 24 48,592 N/mm² 50 57,675 N/mm² 25 27,423 N/mm² 51 54,846 N/mm² 26 83,298 N/mm² 52 81,241 N/mm² 66

70 Teil B 6 Die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel Abbildung 20: Die Abhängigkeit von Biegefestigkeit zur Rohdichte Die Beziehung von der Biegefestigkeit zur Roh- und Darrdichte ist mit r = 0,51 und r = 0,53 nicht so eng wie bei Betrachtung der Beziehungen der E Moduln zur Roh- und Darrdichte. Für eine orientierende Aussage wurde an 12 Brettern mit Ästen im Bereich des größten Biegemomentes die Biegefestigkeit bestimmt. Die Ästigkeit der verwendeten Bretter wurde nach DIN gemessen. Die Querschnittsmaße der Bretter betrugen 129,5 mm Breite x 42,2 mm Dicke. Die ermittelten Ergebnisse der Festigkeitswerte in Abhängigkeit der Ästigkeit sind in Tabelle 6-6 enthalten. Tabelle: 6-7: Biegefestigkeit von astigen Brettern Nr. Sortierklasse (nach DIN 4074) Ästigkeit (nach DIN 4074) Astbeschreibung Biegefestigkeit 1 S % Kantenast (schwarz) 39,99 N/mm² 2 S % Einzelast (gesund) 43,78 N/mm² 3 S % Astansammlung 48,80 N/mm² 4 S % Einzelast (gesund) 45,07 N/mm² 5 S % Einzelast (gesund) 43,67 N/mm² 6 S % Einzelast (gesund) 29,26 N/mm² 7 S 7 44 % Einzelast (gesund) 13,59 N/mm² 8 S % Streifast (gesund) 66,12 N/mm² 9 S % Einzelast (gesund) 59,86 N/mm² 10 S 7 35 % Kantenflächenast 32,39 N/mm² 11 S 13 5 % Kantenast (gesund) 49,27 N/mm² 12 S % Einzelast (gesund) 57,26 N/mm² Mittelwert: 20,17 % 44,09 N/mm² 67

71 Teil B 6 Die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel Abbildung 21: Bruchbild von Brett Nr. 7 Der schräg verlaufende Ast, welcher zu einer Ästigkeit von 44 % führt, ist die Ursache für den geringen Wert der ermittelten Biegefestigkeit von 13,59 N/mm². Gut sichtbar ist der gesunde Flächenast auf der rechten Brettseite, welche sich auf der linken Brettseite als nicht gesund überwallter Kantenast zeigt. Abbildung 22: Bruchbild von Brett Nr. 4 Die Abbildung 15 stellt den Rissverlauf des einseitig aufgetreten Astes im Brett Nr. 4 gut dar. Bei einer Ästigkeit von 15 % erreichte das Brett eine Biegefestigkeit von 45,07 N/mm². Abbildung 23: Bruchbild von Brett Nr. 10 Der Riss am Kantenflächenast von 19 mm Durchmesser, welcher zu einer Sortierung nach S 7 führt, zeigt mit der erreichten Biegefestigkeit von 32,39 N/mm² deutlich seine Wirkung. Gut sichtbar ist der kurzfaserige Bruch vor dem Kantenflächenast mit Fortsetzung im Bereich des gestörten Faserverlaufes am Streifast. 68

72 Teil B 6 Die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel 6.4 Die Herstellung von Muster - Trägern aus Pappel Herstellungsverfahren Für die Kalibrierung der Keilzinkenanlage durchliefen 10 zufällig ausgewählte Bretter die stationäre, elektrische Holzfeuchtemesseinrichtung. Die ermittelten Werte wurden mit den Messungen des elektrischen Handfeuchte - Messgerätes abgeglichen. Dabei zeigten sich zwischen stationärer und mobiler elektrischer Feuchtemessung Abweichungen von durchschnittlich 0,6 %. Der festgestellte Höchstwert der Abweichung betrug dabei 3 %. Betrachtet man lediglich die anderen neun Werte, beträgt die Differenz der beiden Mittelwerte nur 0,2 %. Um beide Geräte kalibrieren zu können, wurden von den beiden Brettern mit dem Höchst- und Niedrigstwert, sowie einem Brett, welches dem gemessenen Mittelwert von 8,4 % entsprach, unmittelbar an den Messstellen Späne für Darrproben entnommen. Für eine orientierende Aussage wurde eine Mischdarrprobe aus Spänen aller Bretter zu etwa gleichen Anteilen gebildet. Aufgrund der Ergebnisse in Tabelle 6-7 konnten für die Abweichungen der Werte zwischen den Darrproben der für Fichte eingestellten stationären elektrischen Widerstandsmessung und des für Weißpappel eingestellten mobilen elektrischen Widerstandsmessgerätes, keine wesentlichen Zusammenhänge festgestellt werden. Aufgrund der Ergebnisse wurden die Einstellungen der el. Wiederstandmessung an der Keilzinkenanlage von 10 % ± 2 % für den Versuch beibehalten. Tabelle 6-8: Gemessene Feuchewerte mit unterschiedlichen Verfahren Probe Darrprobe Stationäre elektrische Holzfeuchtemessung (Keilzinkenanlage) Maximalwert Minimalwert Mobile elektrische Holzfeuchtemessung 13,5 % 16,3 % 13,3 % 7,2 % 7,5 % 7,5 % Mittelwert 9,0 % 8,4 % 8,2 % Misch- 9,1 % 9,23 % (errechneter probe Mittelwert) 8,56 % (errechneter Mittelwert) Vergleicht man den arithmetischen Mittelwert der 50 durchgeführten Messungen mit dem mobilen elektrischen Feuchtemessgerät von 10,6 % mit dem an 111 gemessenen Werten der 140er Brettware an der Keilzinkenanlage von 10,24 %, scheint doch nur ein geringer Unterschied zwischen mobiler und stationärer Messeinrichtung zu bestehen. Und dies, obwohl die Einrichtungen für unterschiedliche Holzarten (Weißpappel und Fichte) eingestellt waren. 69

73 Teil B 6 Die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel Insgesamt wurden 111 Bretter mit den Querschnittsmaßen 155 mm x (44) mm (Breite x Dicke) und 44 Bretter mit den Abmessungen 110 x (44) mm (Breite x Dicke) durch die Keilzinkenanlage geführt. Bei der 160er Brettware wurden 18 Bretter wegen zu hoher Holzfeuchte und 14 Bretter aufgrund zu geringem Feuchtegehalts ausgeworfen. Dies entspricht zusammen einer Fehlerquote von 28,8 %. Hinsichtlich der 110er Brettware mußten 2 Stück aufgrund erhöhter Feuchte und 11 Stück aufgrund zu geringer Holzfeuchte ausgesondert werden. Die Fehlerquote liegt entsprechend bei 29,5 % Die Verleimung des Pappelholzes Im allgemeinen wird von einer guten Verleimfähigkeit der Pappelhölzer berichtet. Auch in anderen Bereichen der Pappelholzverarbeitung werden im allg. keine Sonderbehandlungen durchgeführt. Manchmal wird den Pappelhölzern allerdings eine besondere Saugfähigkeit zugeschrieben, wodurch es zu der Erfordernis eines höheren Leimauftrages kommt. Bei der durchgeführten Flächenverleimung zur Herstellung der Musterträger wurde die für den modifizierten Melaminharz Leim übliche Auftragsmenge von 400 g/m² gewählt. Besonderheiten konnten dabei nicht beobachtet werden. Abbildung 24: Die Lamellen nach der Keilzinkung und Hobelung Schwierigkeiten bereiteten die Krümmungen der Lamellen. Bei der Keilzinkung führte die Pressung der Verbindung des öfteren zum Scherbruch der äußeren Zinkenflanken, welche durch die Hobelung der Träger jedoch wieder beseitigt wurden. Die vierseitige Hobelung im Anschluss der Keilzinkenpressung reichte nicht aus, um die für den reibungslosen Pressvorgang notwendigen Geradlinigkeit der Lamellen zu sorgen. So mussten beim Pressvorgang in der Spindelpresse mit Hilfe eines ca kg Gewichtes die Lamellen plangedrückt werden. Abbildung 25: Lamelle nach der Leimbenetzung auf der Förderstrecke zur Spannvorrichtung 70

74 Teil B 6 Die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel Abbildung 26: Die mit Leim benetzten Lamellen vor dem Pressen Der Querdruck der Spannstäbe in der hydraulischen Presse reichte nicht aus, um ein befriedigendes Ergebnis hinsichtlich der Lamellenüberstände beim ausgehärteten Träger zu erreichen. Abbildung 27: Die Lamellenüberstände vor der Pressung in der hydraulischen Presse Abbildung 27: Die Lamellenüberstände vor der Pressung in der hydraulischen Presse Abbildung 28: Ausgehärteter Träger vor der Hobelung Aufgrund der Lamellenüberstände bei den ausgehärteten Trägern von bis zu 30 mm, mussten zwei Stück der insgesamt vier hergestellten großen Träger (6500 mm 600 mm 140 mm) auf 130 mm Breite gehobelt werden, um eine saubere Oberfläche zu erreichen. 71

75 Teil B 6 Die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel Keilzinkenbiegeprüfungen Von den 48 durchgeführten Keilzinkenbiegeprüfungen entfielen 35 auf Lamellenstücke der Sortierklasse S 13, 9 Stück auf die Sortierklasse S 10 und 4 Stück mit Markröhre. Die statistischen Daten sind in Tabelle 6-9 aufgeführt. Tabelle 6-9: Die Mittelwerte der Keilzinkenbiegeprüfungen Sortierklasse Arithmetischer Mittelwert Median (Zentralwert) Gesamt: 39,13 N/mm² 39,76 N/mm² S 13 40,86 N/mm² 40,94 N/mm² S 10 34,13 N/mm² 34,44 N/mm² Markröhre 35,24 N/mm² 34,05 N/mm² Insgesamt ergab sich eine Standardabweichung von 6,41. Daraus errechnet sich ein Variationskoeffizient von 16,38 %. Der Durchschnittswert der Keilzinkenbiegefestigkeit liegt damit über dem geforderten Wert für die Nadelholzsortierklasse S 13. Der Maximalwert der geprüften Keilzinkenverbindungen lag bei 51,49 N/mm². Mit Ausnahme der beiden Proben Nr. 43 und Nr. 48 lagen alle geprüften Stücke in dem geforderten Rahmen der Festigkeitswerte für Keilzinkenbiegeprüfungen der Studiengemeinschaft Holzleimbau e. V.. Danach darf keine Probe den charakteristischen Wert der jeweiligen Sortierklasse um mehr als 10 % unterschreiten. Abbildung 29: Keilzinkenbiegeprüfung der Sortierklasse S 13 Bei der Beurteilung des Bruchbildes wird für gewöhnlich zwischen einem Scherbruch in den Zinkenflanken (S), dem Bruch im Zinkengrund (G), dem Bruch neben der Zinkung (A) und einem Mischbruch (M) zwischen S,G und A unterschieden. Von den 48 geprüften Keilzinkenverbindungen wurden 25 Scherbrüche in den Zinkenflanken, 15 Mischbrüche, 2 Brüche am Zinkengrund und 6 Brüche neben der Zinkung festgestellt. 72

76 Teil B 6 Die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel Abbildung 30: Bruchbild eines Scherbruches in den Zinkenflanken Tabelle 6-10: Die Keilzinkenbiegefestigkeit des Untersuchungsmaterials Nr. Nr. Sortierklasse Keilzinkenbiegefestigkeit Sortierklasse Keilzinkenbiegefestigkeit 1 S 13 49,11 N/mm² 25 S 13 41,67 N/mm² 2 S 13 35,81 N/mm² 26 S 13 35,75 N/mm² 3 S 13 34,60 N/mm² 27 S 13 39,61 N/mm² 4 S 13 39,84 N/mm² 28 S 13 44,13 N/mm² 5 S 13 37,27 N/mm² 29 S 13 37,75 N/mm² 6 S 13 39,68 N/mm² 30 S 13 42,89 N/mm² 7 Markröhre 34,05 N/mm² 31 S 13 36,59 N/mm² 8 Markröhre 33,38 N/mm² 32 S 13 50,03 N/mm² 9 Markröhre 41,17 N/mm² 33 S 13 51,49 N/mm² 10 S 10 27,89 N/mm² 34 S 13 40,65 N/mm² 11 S 10 30,50 N/mm² 35 S 13 40,47 N/mm² 12 S 13 40,21 N/mm² 36 S 13 35,00 N/mm² 13 S 13 43,67 N/mm² 37 S 13 49,42 N/mm² 14 S 10 35,87 N/mm² 38 S 13 44,23 N/mm² 15 S 13 43,94 N/mm² 39 S 13 47,35 N/mm² 16 S 13 41,53 N/mm² 40 S 13 44,72 N/mm² 17 S 10 38,89 N/mm² 41 S 13 45,12 N/mm² 18 S 10 36,65 N/mm² 42 S 10 43,40 N/mm² 19 S 10 34,75 N/mm² 43 S 13 24,75 N/mm² 20 S 10 29,32 N/mm² 44 S 13 32,30 N/mm² 21 S 13 37,82 N/mm² 45 S 13 42,36 N/mm² 22 Markröhre 32,36 N/mm² 46 S 13 45,51 N/mm² 23 S 10 29,90 N/mm² 47 S 13 49,12 N/mm² 24 S 13 40,94 N/mm² 48 S 13 24,67 N/mm² 73

77 Teil B 6 Die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel Scherprüfung der Leimfugen Zur Qualitätsüberprüfung der Leimfugen wurden entsprechend den Anforderungen der Studiengemeinschaft Holzleimbau e. V. nach dem Gütezeichen Holzleimbau RAL RG 421 Festigkeitsprüfungen der Leimfugen durchgeführt. Bei insgesamt 144 Prüfungen ergibt sich ein Mittelwert von 8,44 N/mm². Der Median liegt bei 8,51 N/mm². Für die Standardabweichung ergibt sich ein Wert von 1,67 und für den Variationskoeffizienten entsprechend ein Wert von 19,78 %. Abbildung 31: Detailbild einer gebrochenen Leimfuge Abbildung 32: Ein Prüfstab in der Apparatur zur Bestimmung der Scherfestigkeit der Leimfugen Mit einem Mittelwert von 8,44 N/mm² ist die Verleimfestigkeit als ausgesprochen gut zu beurteilen. Die Verleimfestigkeit liegt damit deutlich über der von der Studiengemeinschaft Holzbau e. V. geforderten Festigkeit von i.d.r. 6,0 N/mm². Diesen guten Ergebnissen kommt insbesondere Aufmerksamkeit zu im Hinblick auf die Beurteilung der Güte der Verleimung im Zusammenhang mit den Ergebnissen der Delaminierungsversuche. Durch die erzielten Werte kann der Pappel eine ausgesprochen gute Verleimfähigkeit zugesprochen werden. Wie aus umseitiger Tabelle 6-11 ersichtlich, lagen nur wenige Werte unterhalb des tolerierbaren Rahmens für die Verleimgüte. Diese Probestücke besaßen sichtbar offene Leimfugen welche vermutlich nicht mit dem erforderlichen Pressdruck gespannt worden, was wahrscheinlich auf die vorhandenen Krümmungen und Minderdicken der Lamellen zurückzuführen ist. Lässt man die 3 Minimalwerte der fehlerhaften Verleimungen außer Betracht, ergibt sich für das arithmetische Mittel ein Wert von 8,57 N/mm². Es ergibt sich dann eine Standardabweichung von 1,42 und daraus entsprechend ein Variationskoeffizient von 16,57 %. 74

78 Teil B 6 Die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel Tabelle 6-11: Die Scherfestigkeit der Leimfugen aller hergestellten Probeträger Nr. Scherfestigkeit Nr. Scherfestigkeit Nr. Scherfestigkeit Nr. Scherfestigkeit 1 11,40 N/mm² 37 12,51 N/mm² 73 9,56 N/mm² ,09 N/mm² 2 10,12 N/mm² 38 7,01 N/mm² 74 8,51 N/mm² 110 1,83 N/mm² 3 11,40 N/mm² 39 7,90 N/mm² 75 9,94 N/mm² 111 8,42 N/mm² 4 9,05 N/mm² 40 8,51 N/mm² 76 8,03 N/mm² 112 8,68 N/mm² 5 9,50 N/mm² 41 9,60 N/mm² 77 8,80 N/mm² 113 7,56 N/mm² 6 9,09 N/mm² 42 8,45 N/mm² 78 8,86 N/mm² 114 9,79 N/mm² 7 10,10 N/mm² 43 7,20 N/mm² 79 7,55 N/mm² 115 7,23 N/mm² 8 8,74 N/mm² 44 9,16 N/mm² 80 9,77 N/mm² 116 7,39 N/mm² 9 8,10 N/mm² 45 7,38 N/mm² 81 8,56 N/mm² 117 8,31 N/mm² 10 7,28 N/mm² 46 8,12 N/mm² 82 8,00 N/mm² 118 8,69 N/mm² 11 9,80 N/mm² 47 7,84 N/mm² 83 8,47 N/mm² 119 7,04 N/mm² 12 8,92 N/mm² 48 7,02 N/mm² 84 10,43 N/mm² 120 8,42 N/mm² 13 10,34 N/mm² 49 9,36 N/mm² 85 7,10 N/mm² 121 8,90 N/mm² 14 10,81 N/mm² 50 8,30 N/mm² 86 10,46 N/mm² 122 7,51 N/mm² 15 9,16 N/mm² 51 8,39 N/mm² 87 8,41 N/mm² 123 6,98 N/mm² 16 8,19 N/mm² 52 7,78 N/mm² 88 8,10 N/mm² 124 8,87 N/mm² 17 9,02 N/mm² 53 9,65 N/mm² 89 9,30 N/mm² 125 6,48 N/mm² 18 9,53 N/mm² 54 11,00 N/mm² 90 8,12 N/mm² 126 4,59 N/mm² 19 10,14 N/mm² 55 11,19 N/mm² 91 8,49 N/mm² 127 6,50 N/mm² 20 10,82 N/mm² 56 10,20 N/mm² 92 8,47 N/mm² 128 8,31 N/mm² 21 10,34 N/mm² 57 10,11 N/mm² 93 6,24 N/mm² 129 7,04 N/mm² 22 10,14 N/mm² 58 9,93 N/mm² 94 7,31 N/mm² 130 7,89 N/mm² 23 8,83 N/mm² 59 4,87 N/mm² 95 7,79 N/mm² 131 8,78 N/mm² 24 11,57 N/mm² 60 9,00 N/mm² 96 8,04 N/mm² 132 8,99 N/mm² 25 9,33 N/mm² 61 10,44 N/mm² 97 11,12 N/mm² 133 8,50 N/mm² 26 8,39 N/mm² 62 6,86 N/mm² 98 9,94 N/mm² 134 7,68 N/mm² 27 5,02 N/mm² 63 6,32 N/mm² 99 9,72 N/mm² 135 2,00 N/mm² 28 7,88 N/mm² 64 8,62 N/mm² 100 9,02 N/mm² 136 8,50 N/mm² 29 7,92 N/mm² 65 7,20 N/mm² 101 7,86 N/mm² 137 7,18 N/mm² 30 6,40 N/mm² 66 7,16 N/mm² 102 9,85 N/mm² 138 7,86 N/mm² 31 7,87 N/mm² 67 9,92 N/mm² 103 8,94 N/mm² 139 8,96 N/mm² 32 4,75 N/mm² 68 8,60 N/mm² ,34 N/mm² ,10 N/mm² 33 7,72 N/mm² 69 6,18 N/mm² 105 8,12 N/mm² 141 2,91 N/mm² 34 6,38 N/mm² 70 9,06 N/mm² 106 9,41 N/mm² 142 8,51 N/mm² 35 8,16 N/mm² 71 10,74 N/mm² 107 9,75 N/mm² 143 5,11 N/mm² 36 8,97 N/mm² 72 7,67 N/mm² 108 8,58 N/mm² 144 8,61 N/mm² 75

79 Teil B 6 Die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel Delaminierungsprüfungen Insgesamt sind 5 Delaminierungsprüfungen durchgeführt worden. Alle Proben wurden von den hergestellten Musterträgern entnommen. Dabei wurde der 1. Delaminierungszyklus bereits am 1. Tag nach der Verleimung begonnen. Durch die Aushärtezeit des verwendeten modifizierten Melaminharz-Leimes, welche vom Hersteller BASF mit 3 Tagen angegeben wird, fiel das Ergebnis entsprechend schlecht aus. Bei diesem Durchgang betrug der Anteil der delaminierten Leimfugen nahezu 90 %. Die Ergebnisse der weiteren 4 Delaminierungszyklen, die hinsichtlich des zeitlichen Abstandes der guten fachlichen Praxis entsprechen, sind in Tabelle 6-8 wiedergegeben. Die Resultate der Delaminierungsprüfungen sind von hohen Anteilen offener Leimfugen geprägt. Nach den Ergebnissen wurde kein Probestück den Anforderungen nach DIN EN 391, welche eine max. zulässige Delaminierung von 4 % der Leimfugen zulässt, gerecht. Wichtiger jedoch als das Ergebnis an sich, sind die Betrachtungen und Bemühungen um mögliche Ursachen für diese Resultate. Tabelle 6-12: Ergebnisse der Delaminierungsprüfungen Entspricht dem...tag nach der Verleimung Tag der Delaminierung Durchschnittlicher Anteil der offenen Leimfugen Anteil der offenen Leimfugen nach G und K Trägerabschnitten getrennt G - Träger K - Träger 05. März Tag 54,07 % 53,38 % 54,75 % 12. März Tag 44,96 % 45,11 % 44,80 % 10. April Tag 14,31 % 19,52 % 9,10 % 18. April Tag 11,48 % 11,24 % 11,71 % Bei den Delaminierungsversuchen bestätigte sich die enorme Wasseraufnahmefähigkeit der Pappelhölzer. Die nach dem Verfahren B der DIN EN 391 behandelten Probestücke wiesen nach der Vakuum/Druck Behandlung Wassergehalte von ca. 220 % bis 260 % auf. Auch Tiedemann (1975) nennt eine maximale Wasseraufnahme von Populus nigra ssp. Robusta von 250 %. Entsprechend dauerten die Trockenvorgänge sehr lange. Nach ca. 40 Stunden Trockenzeit lagen die meisten Probestücke im Bereich des ursprünglichen Gewichtes ±15 %. Damit liegt die Trocknungszeit bei dem ca. 2,5fachen des gewöhnlichen Zeitrahmens für die Fichte. Ähnliches ist auch von dem Holz der Weißtanne bekannt, welches ebenso wie das der Pappeln auch im lebenden Baum einen Nasskern mit sehr hohem Wassergehalt besitzen kann. Im Einzelnen können folgende Faktoren von Bedeutung sein. Sofern man die mangelhafte Mischung des Leimes ausschließen kann, welches die guten Resultate aus den Scherprüfungen der Leimfugen nahe legen, richtet sich das Augenmerk der Betrachtung auf die Vorgänge während des Trocknens. 76

80 Teil B 6 Die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel Abbildung 33: Delaminierungsprobe nach dem Trocknen Bei einer Temperatur im Trockenofen von 65 C bis 75 C, einer relativen Luftfeuchte von 8 % bis 10 % und einer zirkulierenden Luftgeschwindigkeit von 2 m/s bis 3 m/s kann von einer scharfen Trocknung gesprochen werden. Dies hat zur Folge, dass die äußeren Schichten des Holzes sehr schnell trocknen, während im inneren des Holzes über lange Zeit noch sehr hohe Feuchtegehalte vorhanden sind. Nach 20stündiger Trocknung wiesen die Proben noch Feuchtegehalte von über 40 % auf und lagen damit noch oberhalb des Fasersättigungspunktes. Zu diesem Zeitpunkt war bereits eine Volumenänderung des Holzes in Verbindung mit lokalen Einfällen an der Holzoberfläche eingetreten. Auch waren erste delaminierte Leimfugen vorhanden. Der Verdacht des Zellkollapses bestätigte sich mit dem Blick durch die Lupe. Aufgrund der unterschiedlichen Feuchtegehalte während der Trocknung entstehen im Holz enorme kapillare Zugspannungen welche in Verbindung mit kollabierten Zellen den Wassertransport zur Oberfläche abreißen lassen können (Welling, mündl. Mitteilung 2001). Abbildung 34: Detailaufnahme einer Delaminierungsprobe nach dem Trockenvorgang mit Schwundrissen 77

81 Teil B 6 Die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel 6.5 Die werkstofftechnische Überprüfung der Muster - Träger Für die bei der Forschungs- und Materialprüfungsanstalt geprüften Träger ergaben sich die in Tab. 6-9 festgestellten Rohdichten. Der Mittelwert für die Rohdichte lag dabei bei 428,20 kg/m³. Tabelle 6-13: Die Rohdichten der geprüften Musterträger Träger Nr. Rohdichte bei u = 10 ± 2 % G 1 (6500 mm x 600 mm x 140 mm) G 2 (6500 mm x 600 mm x 140 mm) G 3 (6500 mm x 600 mm x 130 mm) K 1 (3000 mm x 300 mm x 90 mm) K 2 (3000 mm x 300 mm x 90 mm) K 3 (3000 mm x 300 mm x 90 mm) 417,77 kg/m³ 443,42 kg/m³ 438,08 kg/m³ 421,57 kg/m³ 417,73 kg/m³ 430,65 kg/m³ Im folgenden sollen der Prüfablauf der einzelnen Träger und die jeweiligen Ergebnisse dokumentiert werden. Die G - Träger wurden mit Laststufen von 15,5 KN pro Kolben, entsprechend bei 4 Kolben mit 62 KN belastet. Nach dem Erreichen der ersten Laststufe wurden die Träger entlastet und erneut mit der ersten Laststufe belastet. Dabei zeigten die Träger G 1, G 2 und G 3 jeweils die gleiche Durchbiegung. Insgesamt wurden 4 Laststufen angefahren und jeweils die Durchbiegung zur Berechnung der E - Moduln abgelesen. Abbildung 35: Der Träger G 1 im Biegeversuch 78

82 Teil B 6 Die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel Der Träger G 1 wies im Bereich des größten Biegemoments innerhalb der 4 untersten Lamellen keine Keilzinkenverbindungen auf (siehe Anhang Lamellenskizze - Trägeraufbau). Bei einer Gesamtbelastung von 400 KN erfolgte der Anbruch der untersten Lamelle. Bei der weiteren Belastung kam es unter einer Bruchlast von 488,8 KN zur Zerstörung des Trägers. Abbildung 36: Der Träger G 1 beim Bruch der ersten Lamelle Daraus errechnet sich für die Biegefestigkeit bei einer Bruchlast von 400 KN eine max. Biegespannung von 48,21 N/mm². Für die Bruchlast von 488,8 KN entsprechend eine Biegefestigkeit von 58,92 N/mm². Abbildung 37: Das Bruchbild des Trägers G 1 Unter Berücksichtigung des Schubverformungsanteils von ca. 12 % errechnet sich für den Träger G 1 ein E - Modul von 9652 N/mm². Der Träger G 2 wies Keilzinkenverbindungen im Bereich des größten Biegemoments auf (siehe Anhang Lamellenskizze - Trägeraufbau. Der Bruch des Trägers erfolgte bei einer Gesamtlast von 330 KN. Daraus errechnet sich eine Biegefestigkeit von 39,78 N/mm². 79

83 Teil B 6 Die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel Abbildung 38: Biegeprüfung des Trägers G 2 Abbildung 39: Bruchbild des Trägers G 2 Dabei erfolgte der Bruch im Holz, während die Keilzinkenverbindungen der Belastung standhielten. Unter Berücksichtigung des Schubverformungsanteils von ca. 12 % berechnet sich für den Träger G 2 ein E - Modul von 9981 N/mm². Das Bruchbild war kurzfaserig, Schubfalten waren nicht vorhanden. Abbildung 40: Bruchbild des Trägers G 3 Der aus S 10 sortierten Brettern hergestellte Träger G 3 wies eine Bruchlast von insgesamt 386 KN auf. Entsprechend ergibt sich eine Biegefestigkeit von 50,11 N/mm². Unter Berücksichtigung des Schubverformungsanteils von ca. 12 % berechnet sich der E - Modul von 9868 N/mm². 80

84 Teil B 6 Die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel Tabelle 6-14: Ergebnisse der Biegeprüfung der G - Träger Träger Nr. Sortierklasse der Lamellen Biegefestigkeit E - Modul mit Schubverformung G 1 S 13 48,21 N/mm² 9852 N/mm² (58,92 N/mm²) G 2 S 13 39,78 N/mm² 9981 N/mm² G 3 S 10 50,11 N/mm² 9868 N/mm² Mittelwert 46,03 N/mm² (49,60 N/mm²) 9900 N/mm² Die Abbildung 31 zeigt die Prüfverlauf als Auszug eines Rollenschreibers. Dabei gibt die x Achse die Durchbiegung pro Teilstrich in 10mm und die y Achse die dazugehörige Kraft pro Kolben in 10 KN pro Teilstrich an. Gut zu sehen ist der Bruch der untersten Lamelle des Trägers G 1 bei (4 x)100 KN, bevor dann die Zerstörung bei 120,2 KN (x 4 Kolben) erfolgte. Abbildung 41: Prüfdiagram der G - Träger Belastung in KN G 1 G 2 G Durchbiegung in mm 81

85 Teil B 6 Die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel Die Prüfung der K - Träger erfolgte entsprechend den Abmessungen (Länge: Höhe < 10) auf Schubfestigkeit. Hierbei wurde lediglich eine Laststufe von 22 KN pro Kolben, entsprechend 44 KN Gesamtlast angefahren, bei der die Durchbiegung abgelesen wurde. Nach der Entlastung und Wiederbelastung wurde keine Differenz hinsichtlich der Durchbiegung festgestellt. Anschließend wurde unter stetiger Kraftzunahme bis zum Schubbruch der Träger hochgefahren. Abbildung 42: Prüfung des Trägers K 1 Der Träger K 1 wurde mit einer Gesamtlast von 146,6 KN belastet. Bei dieser Last erfolgte ein Schubbruch im Bereich des rechten Auflagers. Der Bruch erfolgte dabei im oberen Drittel des Trägers, d. h. außerhalb des größten Schubmoments. Bei der Betrachtung zeigte sich die fehlerhafte 2. Leimfuge am rechten Auflager des Trägers. Damit hatte der Träger seine max. Schubspannung nicht erreichen können. Entsprechend errechnet sich für den Träger eine Schubfestigkeit von 4,07 N/mm². Abbildung 43: Der Bruch durch die Leimfuge des Trägers K 1 Abbildung 44: Prüfung des Trägers K 2 Der Träger K 2 war ohne Keilzinkenverbindungen gefertigt worden. Die Zerstörung erfolgte bei einer Belastung mit 210 KN. Dies entspricht einer max. Schubspannung von 5,83 N/mm². Der Bruch erfolgte am rechten Auflagers, im unteren Drittel des Trägers, welcher somit wiederum nicht im Bereich der max. Schubspannung lag. 82

86 Teil B 6 Die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel Abbildung 45: Schubfalten nach Belastung des Trägers K 2 Der Bruch des Trägers K 3 erfolgte im Bereich der max. Schubspannung bei einer Belastung von 214 KN. Damit erreichte der Träger K 2 eine Schubfestigkeit von 5,94 N/mm². Abbildung 46: Schubbruch des Trägers K 3 Abbildung 46 zeigt den Bruch des Trägers K 3 durch den mittleren Bereich. Damit erfolgte der Bruch im Bereich der maximalen Schubspannung. Die Ergebnisse der Träger sind in Tabelle 6-15 zusammengestellt. Es ergibt sich für die drei geprüften Probe - Träger ein Mittelwert für die Schubfestigkeit von 5,28 N/mm². Tabelle 6-15: Die Ergebnisse der Schubfestigkeitsprüfungen Träger Nr. Sortierung der Schubfestigkeit Lamellen K 1 S 13 4,07 N/mm² K 2 S 13 5,83 N/mm² K 3 S 13 5,94 N/mm² Mittelwert 5,28 N/mm² 83

87 Teil B 6 Die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel Abbildung 47 zeigt die Belastungskurven der K - Träger. Auf der x - Achse ist wiederum die Durchbiegung in 10 mm pro Teilstrich aufgetragen, auf der y - Achse ist die Krafteinwirkung in 10 KN pro Teilstrich und Druckkolben zu entnehmen. Abbildung 47: Prüfdiagramm der K - Träger Belastung in KN K 2 K 1 K Durchbiegung in mm 84

88 Teil B 6 Die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel 6.6 Bisherige Versuche und Erkenntnisse mit dem Produkt BSH aus Pappel Abhängig von der Umsetzung der Europäischen Normen in national - staatliches Recht ist es möglich, dass in anderen Ländern der Europäischen Union bereits Brettschichtholz aus Pappel hergestellt und verwendet werden könnte. Hinweise auf ein solches Produkt liegen insbesondere aus Frankreich vor, wo das Centre Technique du Bois et de l`ameublement (CTBA) aufgrund fehlender Verwendungsmöglichkeiten und steigenden Holzeinschlages der Pappeln in der Vergangenheit verschiedene Untersuchungen zur Verwendung der Pappelhölzer durchführte. Insbesondere die Untersuchung von Blachon (1987) beschäftigte sich mit der Sortierung und Herstellung von BSH Träger aus den Pappelhölzern. Aufgrund der französischen Norm NF B ist es dort möglich, Pappelhölzer im Hochbau zu verwenden, was in den 80er Jahren bereits zum Einsatz von BSH aus Pappel in einigen Pilotprojekten geführt haben soll (Fraanje, 1998). Im Jahre 1993 gab es an der Universität Metz Untersuchungen zu den Festigkeitseigenschaften glasfaserverstärkten Brettschichtholzes aus Pappelholz. Fraanje (1998) berichtet von der Verwendung der Pappelhölzer für die Herstellung von Brettschichtholz in Ungarn (Kaijli, 1977) und dem ehemaligen Jugoslawien (Milosavljevic, 1983). In der ehemaligen DDR arbeitete Kreße (1987) in Zusammenarbeit mit der Bauforschungsanstalt (Baufa) und dem Fertighaushersteller des Kombinates Neuruppin an der Verwirklichung und Erforschung der Möglichkeiten des Einsatzes von Pappelhölzern für die Herstellung von Brettschichtholz. Aber auch auf dem Gebiet der alten Bundesrepublik Deutschland wurden in der Vergangenheit Musterträger aus Pappelholz hergestellt. Die FMPA prüfte bereits 1974 einige solcher Brettschichthölzer. Die Ergebnisse der mechanischen und physikalischen Eigenschaften der 1974 durch die Forschungs- und Materialprüfungsanstalt (FMPA) durchgeführten Untersuchungen sind in umseitiger Tabelle aufgeführt. 85

89 Teil B 6 Die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel Tabelle 6-16: Prüfergebnisse der FMPA von Pappel - Brettschichtholzträgern 1974 Trägermaß Breite x Höhe Auflagelänge Laststellen Bruchlast Maximale Biegespannung Maximale Schubspannung E - Modul Mittlere Holzfeuchte 159 mm x 622 mm 120 mm x 1013 mm 120 mm x 600 mm 120 mm x 600 mm 120 mm x 600 mm 6000 mm 9000 mm 6000 mm 6000 mm 6000 mm kp kp kp kp kp 383 kp/cm² 233 kp/cm² 221 kp/cm² 328 kp/cm² 266 kp/cm² 39,7 kp/cm² 26,3 kp/cm² 22,0 kp/cm² 32,8 kp/cm² 26,5 kp/cm² kp/cm² kp/cm² kp/cm² kp/cm² kp/cm² 10,5 % 9,9 % 7,0 - >24 % 7,0 22,2 % 6,6 16,9 % Tabelle 6-17: Einfluss der Sortierung auf die Festigkeitseigenschaften der Lamellen nach Blachon (1987) Bei den 1987 durchgeführten Untersuchungen von Blachon kamen die Klone Robusta, I 45/51 und I 214 zum Einsatz. Dabei wurden bei einer Holzfeuchte von u = 12 % durchschnittliche Rohdichten von 450 kg/m³ für das Holz von Robusta, 410 kg/m³ für den Klon I 45/51 und 380 kg/m³ für I 214 festgestellt. Geprüft wurden bei der Untersuchung auch unterschiedliche Sortierklassen der visuellen und maschinellen Sortierung und deren Festigkeitseigenschaften. Verschiedene Sortierklassen und Klone wurden dann auch bei der Fertigung der BSH - Träger verwendet und getestet. Zum Einsatz kam dabei ein Resorzinharz - Kleber. Dabei zeigten sich zwischen den Klonen Robusta und I 45/51 bezüglich der mechanischen und physikalischen Eigenschaften nur wenig Unterschiede, während der Klon I 214 hinsichtlich der Rohdichte und den Festigkeitswerten geringere Werte aufwies (Blachon, 1987). In der nachfolgenden Tabelle sind die nach Sortierklassen getrennten Festigkeitseigenschaften wiedergegeben. Sortierklasse Mittelwert Biegefestigkeit Mittelwert E - Modul Mittelwert Rohdichte Classe B Panache Classe S Visuel Iso- grecomat 30,3 Mpa 39,0 Mpa 43,0 Mpa 44,5 Mpa 44,8 Mpa Mpa Mpa Mpa Mpa Mpa 432 kg/m³ 474 kg/m³ 482 kg/m³ 476 kg/m³ 472 kg/m³ 86

90 Teil B 6 Die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel Insgesamt wurden bei der Untersuchung 30 Muster - Träger geprüft. Die dabei ermittelten Festigkeitswerte sind in Tabelle 6-18 aufgezeichnet. Tabelle 6-18: Zusammenfassung der Ergebnisse der BSH-Trägerprüfung aus Pappel nach Blachon (1987) Rèf poutre Clône Classement Humidité Versuchsträger Klon / Klongemische Masse Volumique Module élasticité Rohdichte E - Modul Contrainte rupture Sortierklasse Holzfeuchte Biegefestigkeit A1 Robusta C % 487 kg/m³ MPa 29,3 MPa A2 Robusta C % 487 kg/m³ MPa 46,5 MPa A3 Robusta C % 478 kg/m³ MPa 45,7 MPa A4 Robusta C % 475 kg/m³ MPa 38,0 MPa A5 Robusta C % 481 kg/m³ MPa 45,6 MPa B1 I 45/51 C % 481 kg/m³ MPa 49,9 MPa B2 I 45/51 C % 463 kg/m³ MPa 45,4 MPa B3 I 45/51 C % 487 kg/m³ MPa 33,6 MPa B4 I 45/51 C % 500 kg/m³ MPa 39,0 MPa B5 I 45/51 C % 493 kg/m³ MPa 25,7 MPa C1 I 214 C % 438 kg/m³ MPa 30,2 MPa C2 I 214 C % 460 kg/m³ MPa 39,8 MPa C3 I 214 C % 402 kg/m³ 9500 MPa 23,8 MPa C4 I 214 C % 420 kg/m³ 9500 MPa 32,1 MPa C5 I 214 C % 438 kg/m³ MPa 25,7 MPa P1 Robusta/ C % 475 kg/m³ MPa 42,0 MPa I 214 P2 Robusta/ C % 463 kg/m³ MPa 42,5 MPa I 214 P3 Robusta/ C % 463 kg/m³ MPa 40,9 MPa I 214 P4 Robusta/ C % 469 kg/m³ MPa 44,3 MPa I 214 P5 Robusta/ C % 500 kg/m³ MPa 25,3 MPa I 214 V1 Robusta Visuel 10 % 481 kg/m³ MPa 40,7 MPa V2 Robusta Visuel 13 % 487 kg/m³ MPa 39,6 MPa V3 Robusta Visuel 13 % 475 kg/m³ MPa 47,6 MPa V4 Robusta Visuel 12 % 472 kg/m³ MPa 47,5 MPa V5 Robusta Visuel 13 % 469 kg/m³ MPa 46,9 MPa I1 Robusta ISO grecomat 13 % 484 kg/m³ MPa 41,3 MPa I2 Robusta ISO grecomat 13 % 463 kg/m³ Mpa 28,7 MPa I3 Robusta ISO grecomat 11 % 463 kg/m³ MPa 42,8 MPa I4 Robusta ISO grecomat 12 % 469 kg/m³ MPa 50,2 MPa I5 Robusta ISO grecomat 12 % 490 kg/m³ MPa 36,1 MPa 87

91 Teil B 6 Die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel Das Kombinat Baufa, Forschungsinstitut prüfte 1989 ebenfalls BSH Bauteile für den Einsatz in landwirtschaftlichen Stallungsgebäuden mit den Querschnittsmaßen 288 mm x 97 mm (Höhe x Breite). Die ermittelten Kennwerte bei Prüfung der Träger sind in Tabelle 6-19 aufgeführt. Tabelle 6-19: Prüfwerte von 6 Prüfbalken aus Pappelholz nach Baufa (1989) Träger Nr. Holzfeuchte u Rohdichte Biegefestigkeit KZV (250 mm) 1 9,8 % 487 kg/m³ 27,8 N/mm² 2 10,1 % 578 kg/m³ 26,2 N/mm² 3 10,2 % 448 kg/m³ 28,2 N/mm² 4 10,1 % 472 kg/m³ 30,4 N/mm² 5 10,7 % 460 kg/m³ 26,6 N/mm² 6 10,6 % 486 kg/m³ 22,0 N/mm² E - Modul aus Biegung Bemerkungen Mittelwerte 10,3 % 479 kg/m³ 26,9 N/mm² 9130 N/mm² 9050 N/mm² 9230 N/mm² N/mm² 9310 N/mm² 8610 N/mm² 9230 N/mm² < Astbruch > Keilzink. < Keilzink. > Astbruch < Astbruch < Astbruch Vor dem Hintergrund, dass manche Klone der Pappeln nur sehr bedingt für die Herstellung von Brettschichtholz und die Verwendung als Bauholz geeignet sind und auch in Frankreich sehr viel Holz unterschiedlicher Klone vorhanden ist, wurde 1993 an der Universität Metz die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von BSH aus Pappel durch Glasfaserverstärkung untersucht. In Modellversuchen verfolgte man v. a. die beiden Ziele der Stabilitätssteigerung und der Homogenisierung der Festigkeitseigenschaften von schlechteren Lamellen. In dieser Untersuchung wurden 275 Lamellenstücke hinsichtlich der E - Moduln untersucht. Dabei erhielten Jodin et al. (1993) eine zweigipflige Verteilung. Insgesamt lagen die Werte zwischen 3000 MPa und MPa, die beiden Hochpunkte kamen durch die Beiden Sorten I 214 bei 6000 MPA bzw. für Robusta bei MPa zustande. Der E - Modul auf Zugbelastung lag bei 8616 MPa. Die Rohdichte der verwendeten Pappelsorten betrug zwischen 0,36 kg/dm³ und 0,48 kg/dm³. 88

92 Teil B 6 Die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel Valeurs moyennes du module d`élasticité et de la contrainte à rupture en flexion de poutres lamellées renforcées Tabelle 6-20: Durchschnittliche E - Moduln- und Biegefestigkeitswerte von Brettschichtholz - Trägern Die nachfolgende Tabelle 6-20 zeigt die ermittelten Festigkeitseigenschaften der Musterstücke bei verschiedener Lamellenanzahl mit und ohne Glasfaserverstärkung. Nombre de plis Type de poutre E (MPa) δ E (renforcé non renforcé) δ rupt (MPa) Lamell enanzahl Trägertyp / Anzahl der Glasfaserschichten E Modul in MPa Veränderung der modifizierten Träger Biegefestigkeit in MPa non renforcé* 7453 (± 3%) - 61 (± 8%) 5 renforcé une couche** 8223 (± 5%) 10 % 59 (± 17%) renforcé deux couche*** 8960 (± 4%) 20 % 60 (± 23%) non renforcé* 6274 (± 6%) - 44 (± 16%) 7 renforcé une couche** 6687 (± 3%) 7 % 49 (± 7%) renforcé deux couche*** 7035 (± 1%) 12 % 54 (± 14%) non renforcé* 6384 (± 9%) renforcé une couche** 6275 (± 4%) - 2 % - renforcé deux couche*** 6310 (± 1%) - 1 % - * ohne Glasfaserverstärkung ** modifizierte Träger mit einer Glasfaserschicht *** modifizierte Träger mit zwei Glasfaserschichten Bei der Interpretation der Werte obenstehender Tabelle ist zu beachten, dass es sich bei den Untersuchungen um Modellversuche handelte, der Nachweis über die Auswirkungen in Gebrauchsmuster Größe muss dabei erst noch erbracht werden. Beachtlich ist auch, dass mit steigender Lamellenanzahl die positiven Eigenschaften der Glasfaserlage verloren gehen. Interessant war das Bruchverhalten, welches beobachtet wurde. Jodin et al. (1993) berichten von Brüchen der untersten Lamellen bis zu den Glasfaserschichten. Danach konnten die Träger noch mit 90 % der Beanspruchung tragen. Weiter weisen Jodin et al. (1993) darauf hin, dass bei nachweislich verbesserten Festigkeitseigenschaften von Pappel - BSH - Trägern mit Glasfaserverstärkung die Sortierung des Pappel-Schnittholzes vereinfacht werden könnte. 89

93 Teil B 7 Ergebnisse und Diskussion 7 Ergebnisse und Diskussion Mit der Betrachtung der Untersuchungsergebnisse, deren Einbindung in bereits vorhandene Erkenntnisse über die Pappelhölzer und die Herstellung von Brettschichtholz aus Pappel, gehen verschiedene Diskussionsebenen einher. Zum einen ist dies die technische Eignung der Pappelhölzer zur Herstellung von Brettschichtholz, welche zumindest zu Teilen relativ klar und eindeutig beurteilt werden kann, zum anderen die wirtschaftliche Beurteilung, welche aufgrund des fehlenden Materials von sehr vielen theoretischen Annahmen ausgehen muss. Schließlich kann die Frage nach der Ästhetik, der optischen Wirkung eines Produktes von hoher Bedeutung für eine wirtschaftliche Umsetzung, und damit der Gesamtbeurteilung einer Produktentwicklung und dessen potentielle Einsatzbereiche und Anwendungsmöglichkeiten sein. Diese Betrachtung soll deshalb innerhalb der Diskussion der wirtschaftlichen Eignung und Möglichkeiten mit einbezogen werden. Daraus ergeben sich die zwei nachfolgenden Diskussionsebenen der technischen und wirtschaftlichen Betrachtungsweise. 7.1 Die technische Eignung der Pappelhölzer zur Herstellung von Brettschichtholz Die Qualität, Sortierung und Dichte des Rund- und Schnittholzes Die vorliegende Untersuchung hatte zum Ziel, ein nahezu astfreies Brettschichtholz herzustellen. Dies erfordert eine bestimmte Behandlung und Erziehung der Bäume, sowie eine geeignete Dimension des Rohholzes. Das angebotene Pappel - Rohholz in Deutschland ist aufgrund der vielfältigen Anbauformen als Wald- und Alleenbaum, in Streifen, Reihen, Trupps oder Gruppen innerhalb und außerhalb des Waldes entsprechend inhomogen. Damit einher gehen v. a. große Unterschiede in Ästigkeit und Zugholzausbildung. Beide Merkmale sind für die Herstellung eines Brettschichtholzes aus Pappelholz nachteilig. Gesunde, primäre Äste sind aufgrund des physiologischen Erscheinungsbildes von Laubbäumen wegen ihrer Dimension enorm festigkeitsverringernd. Nicht gesund überwallte Äst aufgrund der häufig auftretenden Faulstellen im Bereich des Astes gleichsam. Das übermäßige Auftreten von Richtungsgewebe (Zug- 90

94 Teil B 7 Ergebnisse und Diskussion holz) erschwert erheblich die mechanische Bearbeitung (Sachsse, 1980). Die Einschnittstechnik scheint dabei von großer Bedeutung zu sein. Schlechte Ergebnisse erzielten Mahler, Klebes (1989) mit dem Einschnitt von Pappelholz mittlerer Dimension unter Verwendung von Profilspanertechnik. Im gleichen Versuch dagegen zeigte das mit Gattertechnik eingeschnittene Pappelholz eine deutlich höhere Qualität hinsichtlich der auftretenden Krümmungen. Bei der Betriebsbesichtung eines Bandsägewerkes, welches vorwiegend starkes Pappelholz einschneidet, konnte ich mich von den guten Resultaten mit dieser Technik überzeugen. Die Bemessung der Ästigkeit des Pappel - Schnittholzes nach den Maßgaben der DIN 4074, wie sie auch bei dieser Untersuchung angewendet wurde, bedingt eine größere Dimension des Rohholzes. Damit können Wasserreiser und die überwallten Astnarben nach erfolgter Ästung im Jugendstadium der Bäume meist toleriert werden, während Primäräste aufgrund ihrer Dimension unweigerlich zu Kappschnitten am Schnittholz führen. Damit sind äußerlich fehlerfreie, in der Jugend geästete Stämme ab einer Stärkeklasse B 4 für die Herstellung eines astfreien Brettschichtholzes aus Pappelholz geeignet. Dieses wird i. e. L. im Wald erzeugt, die Feld- und Flurpappeln dagegen wurden meist nicht geästet und haben einen entsprechend geringeren astfreien Stammmantel. Das in dieser Untersuchung verwendete Schnittholz stammte von äußerlich guten Stämmen, was im Idealfall an 5 m langen ast- und schadstellenfreien Brettern zu sehen war. Probleme bereiteten die Krümmungen des Schnittholzes, welche aufgrund des wohl geeigneten Bandsägeeinschnitts vermutlich durch die technische Trocknung hervorgerufen wurden. Nach meinen Recherchen stellt die technische Trocknung den ausschlaggebenden Faktor bei der Erzeugung von qualitativ hochwertigen Pappel - Schnittholz dar. Dies spiegeln auch die Erfahrungen von Sägewerkern wider, welche beim Umgang mit Pappelschnittholz hinsichtlich der technischen Trocknung von vielen Schwierigkeiten berichten. Dagegen wird in der Literatur oft die Problemlosigkeit der Pappel - Schnittholz - Trocknung genannt (vgl. Grosser, Teetz, 1998). Derzeit erfolgt die Bereitstellung von hochwertigem, künstlich getrocknetem Pappelschnittholz der zumeist kleinen Laubholzsägewerke im Anschluss an eine Vortrocknung von mehreren Monaten Dauer an der Luft. Aufgrund der wirtschaftlichen Notwendigkeiten wird es bei einer größeren Nachfrage nach getrocknetem Pappel - Schnittholz jedoch kaum möglich sein, mit der schonenden Freiluft - Vortrocknung zu arbeiten. Die Bewerkstelligung der erfolgreichen, qualitativ hochwertigen technischen Trocknung, ist und bleibt somit ein wichtiges Erfolgsmoment hinsichtlich einer höherwertigen Verwendung der Pappelhölzer. Die Bewältigung der auftretenden Probleme hinsichtlich Krümmungen und lokalen Feuchtenestern bleibt die dringlichste Aufgabe zur Bereitstellung von Pappel - Schnittholz. Die auftretenden Feuchtenester führen entweder zum Ausschluss des betreffenden Brettes bei der Holzfeuchtemessung der Keilzinkenanlage oder aber zur Verleimung von Holzstellen mit nicht geeigneten Holzfeuchtewerten. 91

95 Teil B 7 Ergebnisse und Diskussion Die strittige Frage, ob die botanischen Arten, die Sorten oder gar Klone der Pappeln Holz von stark unterschiedlichen physikalisch - mechanischen Eigenschaften hervorbringen, kann mit der Auswertung und Interpretation der verwendeten Literatur und den eigenen Beobachtungen nicht abschließend beantwortet werden. Jedoch kann die vorliegende Arbeit einen Beitrag zum möglichen Umgang mit den gegebenen Unsicherheiten leisten. Die Rohdichte wird als Leitgröße für eine erste grobe Charakterisierung eines Holzes zu Rate gezogen. Betrachtet man die Rohdichten eines genügend großen Kollektivs einer Holzart, ergibt sich hinsichtlich der Rohdichte eine statistische Normalverteilung (Gauß sche Glockenkurve). Diese erhält man auch bei der Betrachtung verschiedener Arten, Sorten und Klone der Pappelhölzer. Von hoher beschreibender Bedeutung ist dabei auch die Streuung der Werte um den Mittelwert (Standardabweichung bzw. Variationskoeffizient). Vergleicht man die Angaben und Ergebnisse verschiedener Autoren, kommt man zu dem überraschenden Ergebnis, das die Dichtewerte der Pappeln weniger stark variieren, als z. B. die der Fichte (vgl. Kollmann 1951, Bonnemann 1980). Kollmann (1982) gibt die Minimal- und Maximalwerte für die Rohdichte der Fichte mit 0,33 g/cm³ bis 0,68 g/cm³, für die Schwarzpappel mit 0,41 g/cm³ bis 0,56 g/cm³ an. Die Schwierigkeiten der Verwendung und Sortierung von Pappelholz kann also nicht in der Heterogenität der Rohdichten der verschiedenen Pappelhölzer manifestiert werden. Der nicht eindeutige Zusammenhang zwischen Jahrringbreite und Rohdichte wirft jedoch Schwierigkeiten bei der Klassifizierung in verschiedene Sortierklassen auf. Es ist davon auszugehen, dass der von einigen Autoren festgestellte Zusammenhang zwischen Jahrringbreite und Dichte der Pappelhölzer wohl von anderen Faktoren wie Zugholzausbildung und Standort ü- berlagert wird (vgl. Bonnemann, 1980). Für die praktische Verwendung der Pappelhölzer hinsichtlich einer Sortieranweisung wäre eine klare Definition eines gesetzmäßigen Zusammenhanges ohnehin nicht von hohem Nutzen, da aufgrund der oft undeutlichen Zeichnung der Jahrringgrenzen eine visuelle Sortierung nach Jahrringbreite nahezu unmöglich wäre. Damit wäre eine Klassifizierung von Pappel - Schnittholz nach der Rohdichte lediglich mit einer zumindest teilweisen maschinellen Sortierung möglich. Das verwendete Untersuchungsmaterial von Schwarzpappelhybriden wies bei einer mittleren Rohdichte von 0,447 g/cm³ eine Standardabweichung von 0,03 auf. Daraus ergibt sich ein Variationskoeffizient von 6,7 %. Trotz der wahrscheinlichen Verwendung verschiedener Sorten von Pappeln, da die Stämme von großen Kollektiven nach äußeren Merkmalen ausgesucht wurden, ist das Ergebnis der Schwarzpappelhybriden sehr homogen. Eine Zusammenfassung von Sortenkollektiven mit einem ohnehin zu erwartenden hohen Anteil der häufigsten Sorte Robusta und deren relativ gut bekannten Eigenschaften erscheint deshalb sinnvoll und erstrebenswert. Ebenso könnte eine Negativauslese von Sorten vorgenommen werden, welche nachweislich geringere Festigkeitswerte aufzeigen. Dies würde v. a. die in früherer Zeit angebauten Sorten der Sektion Tacamahaca wie z. B. Scott Pauley und Fritzi 92

96 Teil B 7 Ergebnisse und Diskussion Pauley oder I 214 betreffen. Ob allerdings eine entsprechende Unterscheidung v. a. im Hinblick auf die Holzströme aus dem Privatwald möglich wäre, ist doch sehr zweifelhaft. Daraus folgt, dass entweder der Kreis der Holzlieferanten für eine Verwendung im Hochbau nach dem Kriterium der Sortenherkunft entsprechend geführt werden sollte, oder sich eine Verwendung an die ganze Bandbreite der natürlichen Variabilität anpassen muss. Die DIN EN 386 in welcher die geeigneten Holzarten zur Herstellung von Brettschichtholz definiert werden, sieht neben der Art Populus alba, lediglich Populus nigra ssp. Robusta vor. Damit würde sich die Verwendung aufgrund der selten vorkommenden Populus alba auf die Sorte Robusta beschränken. Eine baurechtliche Zulassung mit der Verwendung eines Sortenkollektives wäre deshalb von grundlegender Bedeutung für den erfolgreichen Einsatz von Pappelhölzern zur Herstellung von Brettschichtholz Die mechanischen Eigenschaften der verwendeten Pappelhölzer In der vorliegenden Untersuchung wurden als wichtige mechanische Kenngrößen der E - Modul und die Biegefestigkeit des verwendeten Schnittholzes untersucht. Dabei zeigte sich ein statistischer Zusammenhang zwischen Darrdichte und E - Modul durch einen Korrelationskoeffizienten nach Pearson von r = 0,74, während der Zusammenhang von Darrdichte zu Biegefestigkeit lediglich mit r = 0,58 festgestellt wurde. Der mit N/mm² ermittelte mittlere E - Modul der Prüfstücke in Gebrauchsabmessungen liegt über den Angaben von Kollmann (1981), Ghelmeziu (1967) und Bonnemann (1980), welche jedoch eine ähnlich deutliche statistische Beziehung zur Dichte ermittelten. Auch dem von Kreße (1987) ermittelten E - Modul von 11266,1 N/mm² steht eine Rohdichte von 0,46 g/mm³ gegenüber. Somit kann mit Hilfe der Literaturrecherche und der eigenen Erfahrungen ein enger Zusammenhang von der Dichte zum E - Modul bei den Pappelhölzern unterstellt werden. Die ermittelten Werte für die Biegefestigkeit mit einem Mittelwert von 66,736 N/mm² liegen in ihrer Einordnung zur der, in Literatur angegebenen Größen, in einem mittleren Bereich. Sachsse (1961,1975,1979 und 1980) lieferte stets niedrigere Werte. Während Kollmann (1982) und Ghelmeziu (1967) nur geringfügig niedrigere Werte nennen. Bonnemann (1980) gibt trotz des geringen E Moduls von 8300 N/mm² eine mittlere Biegefestigkeit von 76 N/mm² an. In der vorliegenden Untersuchung liegt für den Zusammenhang von Biegefestigkeit und Darrdichte mit r = 0,58 im Vergleich zum E Modul ein niedriger Korrelationskoeffizient vor. Auch Bonnemann (1980) erhielt diesbezüglich einen Korrelationskoeffizienten von r = 0,56 g/cm³. Bei den Untersuchungen von Sachsse (1979) war der Zusammenhang von Darrdichte und Biegefestigkeit 93

97 Teil B 7 Ergebnisse und Diskussion ebenfalls gering, während die Ergebnisse Ghelmezius (1967) einen engen Zusammenhang aufweisen. Insgesamt lässt sich jedoch feststellen, dass der Zusammenhang von Dichte und Biegefestigkeit im Vergleich von Dichte und E - Modul wesentlich geringer ist. Die ermittelten Biegefestigkeiten, sowie der Vergleich zu den in der Literatur benannten Größen weisen die relativ leichten Pappelhölzer als zähe und tragfähige Holzarten aus. Kollmann (1982) gibt die Biegefestigkeit der Fichte mit N/mm² an. Damit könnte man die Biegefestigkeit der Pappelhölzer geringfügig unter denen der Fichte einordnen. Auch hinsichtlich weiterer mechanischer Festigkeitseigenschaften der Pappelhölzer liegen eine Reihe von Untersuchungen der bereits genannten Autoren vor. So erhält Sachsse (1961,1975,1979,1980) signifikant niedrigere Werte gegenüber der Fichte, als Kollmann (1982), der für die Schwarzpappel umgerechnet einen mittleren Wert von 35 N/mm² angibt, oder Bonnemann (1980), welcher über alle Sorten einen Mittelwert von 36 N/mm², für Robusta sogar einen Größe von 46 N/mm² benennt. Die Druckfestigkeit parallel zur Faser wird für Fichte nach DIN mit 40 N/mm² und nach HRW (1939) und Kollmann (1982) mit N/mm² angegeben (Grosser, Teetz 1998). Auch hinsichtlich der Zugfestigkeit liegen die Angaben von Kollmann (1982) und Bonnemann (1980) nur wenig unterhalb der Kennwerte für Fichte. Die in der vorliegenden Untersuchung ermittelten charakteristischen Kennzahlen für die geprüften Pappelhölzer sind in nachfolgender Tabelle den bekannten Werte für die Fichte gegenübergestellt. Tabelle7-1: Vergleichende Darstellung der ermittelten Kennwerte für die geprüften Pappelhölzer mit den Werten für Fichte Kennwerte Pappel Fichte Darrdichte 0,405 g/cm³ 0,43 g/cm³ (Grosser, Teetz 1998) Biegefestigkeit bei u = ca. 12 % E - Modul bei u = ca. 12 % 66,736 N/mm² 68 N/mm² (Grosser, Teetz 1998 nach DIN 68364) N/mm² N/mm² N/mm² (Grosser, Teetz 1998 nach DIN bzw. HRW und Kollmann) 94

98 Teil B 7 Ergebnisse und Diskussion Über die Herstellung und die ermittelten mechanischen Eigenschaften von Brettschichtholz aus Pappel Die mechanischen Eigenschaften eines Brettschichtholzes sind neben dem verwendeten Holz, v. a. von der Güte der Keilzinkenverbindungen, sowie der Verleimung der Lamellenlagen abhängig. Die durchgeführten 48 Keilzinkenbiegeprüfungen ergaben über die Sortierklassen hinweg einen arithmetischen Mittelwert von 39,13 N/mm². Für die nach S 13 sortierten Lamellen errechnet sich im Mittel ein Wert von 40,86 N/mm². Für die nach S 10 sortierten Lamellen 34,13 N/mm² und für die Probestücke mit Markröhre ergibt sich eine Keilzinkenbiegefestigkeit von 35,24 N/mm². Damit erfüllt der Mittelwert die Anforderungen der DIN für Keilzinkenverbindungen von Holz, welche für die Sortierklasse S 13 eine charakteristische Biegefestigkeit von 35 N/mm² fordert. Auch die darüber hinausgehende Forderung der Qualitätsbestimmungen der Studiengemeinschaft Holzleimbau e. V., wonach keine geprüfte Probe den charakteristischen Wert der jeweiligen Sortierklasse um mehr als 10 % unterschreiten darf, wurde mit zwei Ausnahmen erfüllt. Damit kann davon ausgegangen werden, dass die Anwendung der Bestimmungen von Nadelhölzern hinsichtlich der Keilzinkenprüfung ohne eine Modifizierung möglich und auch sinnvoll wäre, da die Pappelhölzer auch hier in der Tendenz nur geringfügig niedrigere Werte als die Nadelhölzer liefern. Bei der Beurteilung der Bruchbilder präsentierte sich häufiger ein glattes Bruchbild in den Zinkenflanken, an welchen nur schlecht sichtbar Leimbelag vorhanden war. Erst durch das Heraustrennen der Zinken und der genaueren Betrachtung wurde der vorhandene Leimbelag auch mit Hilfe der Ziehklinge sichtbar. Bei der Herstellung der Keilzinken, war das Bild des aus den Fugen austretenden Leimes als normal zu beurteilen. Hier kommt eventuell die Fähigkeit zur hohen Feuchtigkeitsaufnahme des Pappelholzes zum Tragen. Zur Findung der optimalen Leimauftragsmenge wäre diesbezüglich zu prüfen, ob ein erhöhter Leimauftrag auch zu höheren Keilzinkenfestigkeiten führt. Zur Einschätzung der Verleimgüte zwischen den Lamellen, wurden entsprechend der DIN EN 392 und den Bestimmungen der Gütegemeinschaft Holzleimbau e. V. insgesamt 144 Scherprüfungen der Leimfugen durchgeführt. Gefordert wird dabei eine Verleimfestigkeit von 6,0 N/mm². Mit einem arithmetischen Mittelwert von 8,46 N/mm² ist die Verleimgüte mit einem Leimauftrag von 400 g/m² Melamin-Harnstoff-Formaldehyd-Kondensations-Leim als ausgesprochen gut zu beurteilen. Die Delaminierungsprüfungen, welche durch die gezielte Aufnahme und Abgabe von Wasser das Quellen und Schwinden des Holzes verursachen und aufgrund des Feuchtegefälles im Holz zu Zugspannungen führt, wird bei Nadelholz zur Gütebeurteilung der Leimfugen benützt. Wie im Kapitel Delaminierungsprüfungen aufgezeigt, führt die Anwendung der Delaminierungsprüfungen nach DIN EN 391 bei einem Holz mit enormer Wasseraufnahmefähigkeit, extremerem Trocknungsgefälle und kapillarem Sog sowie Zellkollapsen offensicht- 95

99 Teil B 7 Ergebnisse und Diskussion lich zu anderen Ergebnissen als bei den Nadelhölzern. Erst nach 7 Wochen Aushärtezeit wurden passable Ergebnisse erzielt. Eine praktikable und praxisorientierte Anwendung der Delaminierung zur Beurteilung der Verleimgüte ist nach den gemachten Erfahrungen bei den Pappelhölzern sehr fraglich. Zunächst sollten neben den Vorgängen im Holz, der Einfluss von verschiedenen Leimen in umfangreicheren Versuchsreihen aufgezeigt werden. Die Pappeln besitzen nach Kollmann (1982) mit 13,7 % Volumenschwindung für die Kanadische Pappel, 13,8 % für die Schwarzpappel eine höhere Volumenschwindung als die Fichte mit 12 % nach Grosser, Teetz (1998). Tiedemann (1975) nennt für die Schwarzpappelsorte Robusta eine Volumenschwindung für den Splintbereich von 10 % - 11 %, für den Kernbereich von 10 % - 14 %. Bonnemann (1980) gibt die durchschnittliche Volumenschwindung der Sorten aus der Sektion Aigeiros mit 11,4 % an. Damit liegt die Volumenschwindung der Schwarzpappelhybriden wohl etwas über der Volumenschwindung von Fichte. Das äußerst unterschiedliche Verhalten der Hölzer beim Delaminierungsvorgang lässt sich damit aber nur schwer erklären. Wie im Kapitel dargestellt, kann es bei dem extrem nassen Pappelholz zu enormen kapillaren Zugspannungen kommen, welche in Verbindung mit kollabierten Zellen zu einem Abreisen des Wassertransportes führen können. Wie sich das Trockenverhalten ändert und möglicherweise die Trocknungsdauer aufgrund der Zellkollapse verlängert, darüber lassen sich nur Vermutungen anstellen. Wenn man bedenkt, dass an die Stelle von intakten Zellen nach dem Kollabieren, Luft als guter Isolator tritt, erscheint eine zeitliche Verzögerung der Trocknung zumindest möglich. Insgesamt verliefen die Verleimung und Aushärtung ohne Auffälligkeiten. Probleme bereiteten die großen Lamellenüberstände, welche auf die Krümmungen des Schnittholzes zurückzuführen waren. Ein reibungsloser Produktionsablauf mit den Hölzern der Pappeln erfordert eine Qualitätssteigerung hinsichtlich der Krümmungen des getrockneten Schnittholzes. Anzustreben wäre hierbei die Einhaltung der in der DIN für Nadelholz genannten Werte bezüglich der zulässigen Krümmungen. Bei der werkstofftechnischen Überprüfung der Musterbinder an der Forschungsund Materialprüfungsanstalt (FMPA) ergab sich für die Muster - Träger ein durchschnittlicher E - Modul von N/mm². Damit liegt der ermittelte E - Modul für ein Brettschichtholz aus Pappel unter dem in der DIN 1052 genannten E - Modul für Brettschichtholz aus Nadelholz von N/mm². Dem ermittelten Wert für Pappel BSH - Träger liegt in der Berechnung ein angenommener Schubmodul den Nadelhölzern entsprechend von 500 N/mm² zugrunde. Die geprüften Träger aus Pappelholz zeigten tendenziell einen geringeren E - Modul auf, als er üblicherweise für Nadelholz angenommen wird. Diese geringen Steifigkeitseigenschaften führen lediglich zu einer Einordnung zwischen C 18 und C 22 nach der DIN EN

100 Teil B 7 Ergebnisse und Diskussion Die durchschnittliche Biegefestigkeit der G - Träger wurde mit 49,6 N/mm² ermittelt. Die zulässige Biege - Spannung nach DIN 1052 für Brettschichtholzträger aus Nadelholz der Güteklasse BS 14 beträgt entsprechend 14 N/mm². Damit erfüllen die hergestellten BSH - Bauteile aus Pappel die 3,5fache Sicherheit der geforderten Werte. Auf die europäische Klassifizierung der DIN EN 338 bezogen, welche eine Verwendung von Pappel vorsieht, bedeuten die Biegefestigkeiten eine Einordnung nach C 40, der höchsten Klasse für Nadel- und Pappelhölzer. Mit einer durchschnittlichen Schubfestigkeit von 5,28 N/mm² lieferte die Prüfung der K - Träger sehr gute Ergebnisse. In der DIN 1052 wird die zulässige Spannung für die Schubspannung für BSH beider Güteklassen mit 1,2 N/mm² genannt. Damit erreichten die Träger mehr als die 4fache Sicherheit. Die höchste Güteklasse C 40 nach DIN EN 338 für Nadel- und Pappelhölzer nennt als charakteristischen Wert eine Schubfestigkeit von 3,4 N/mm². Tabelle7-2: Die ermittelten Kennzahlen für Brettschichtholz aus Pappel im Vergleich zu den charakteristischen Werten für Nadelholz Kennwerte Pappel Nadelholz Die ermittelten, guten Eigenschaften der Brettschichtholzträger aus Pappel sind in nachfolgender Tabelle den charakteristischen Kenngrößen für Nadelholz gegenübergestellt. Keilzinkenbiegefestigkeit der Lamellen Scherfestigkeit der Leimfugen im Träger Biegefestigkeit der BSH - Träger Schubfestigkeit der BSH - Träger 39,13 N/mm² 35 N/mm² 8,85 N/mm² 6 N/mm² (Mindestwert nach DIN für die Klasse S 13) (Mindestwert nach Gütegemeinschaft Holzleimbau) 9900 N/mm² BS 11: N/mm² BS 14: N/mm² (nach DIN 1052) 49,60 N/mm² BS 11: 11 N/mm² BS 14: 14 N/mm² (Zulässige Spannungen nach DIN 1052) E - Modul der BSH - Träger 5,28 N/mm² BS 11 / BS 14: 1,2 N/mm² (Zulässige Spannungen nach DIN 1052) 97

101 Teil B 7 Ergebnisse und Diskussion Die in dieser Arbeit dargestellten Bemühungen früherer Untersuchungen können nur bedingt Auskunft zu Fragen der technischen Eignung der Pappelhölzer zur Herstellung von Brettschichtholz geben. So sind bspw. die Versuchsanordnungen und Versuchsdurchführungen des Centre Technique du Bois et de l`ameublement (CTBA) nicht immer nachvollziehbar, zudem sich offensichtlich in den europäischen Ländern die Prüfverfahren doch erheblich unterscheiden. Bei den Arbeiten von Kresse (1987) und der Baufa (1989) wurden leider keine Angaben über die Sortierung oder Ästigkeit des verwendeten Materials gemacht. Auch bezüglich der Mindestanforderungen der Keilzinkenverbindungen kann keine eindeutige Aussage getroffen werden. So müssen die vorliegenden Untersuchungen mit der gebührenden Vorsicht bewertet und interpretiert werden. 7.2 Die wirtschaftliche Eignung und Möglichkeiten des Einsatzes von Pappelhölzern zur Herstellung von Brettschichtholz Elementare Bedeutung für eine Produktumsetzung haben nach Klärung der technischen Fragestellungen die wirtschaftlichen Aspekte der Umsetzbarkeit. Hinsichtlich eines Brettschichtholzes aus Pappel sind dabei das perspektivische Aufkommen der Pappelhölzer, die Preisentwicklung im Vergleich zu konkurrierenden Holzarten, sowie Betrachtung der Gesichtspunkte bezüglich der Ausbeute, den Produktionsverfahren und eventuellen Besonderheiten von Bedeutung. Schließlich sollte aufgrund der spezifischen Eigenschaften eines neu konzipierten Produktes über die Platzierung der Innovation am Markt und der daraus folgenden zielorientierten Einordnung in Marktsegmente im Sinne von Einsatzbereichen nachgedacht werden Aufkommen und Preise des Rund- und Schnittholzes der Pappelhölzer Bedingt durch verschiedene Pappelholz Wellen v. a. unmittelbar nach Ende des Krieges bis in die 70er Jahre hinein, besitzen heute die Altersklassen II und III (21 bis 60 Jahre) die weitaus größten Vorratsanteile. Burian (2000) geht von einem Anteil von 80 % des gesamten Vorrates in den beiden genannten Altersklassen aus. Mit einem Gesamtvorrat in Deutschland von über m³ der II. und III. Altersklasse wird in den nächsten Jahren eine große Menge der Pappelhölzer in ein hiebsreifes Alter hineinwachsen. Des weiteren fand in den letzten Jahren und Jahrzehnten aufgrund des fehlenden Absatzes der Pappelhölzer in weiten Teilen Deutschlands eine Vorratsanhäufung statt, welche sich auch in den höheren Altersklassen und damit dem Vorhandensein von ausgesprochenem Starkholz niederschlägt. Damit kann man sagen, dass in wirtschaftlicher Hinsicht sowohl aktuell, als auch mittel- und langfristig das Angebot 98

102 Teil B 7 Ergebnisse und Diskussion an Pappelhölzern gesteigert werden könnte. Forstlich betrachtet kann langfristig mit einem Rückgang der Pappelhölzergerechnet werden, da in der I. Altersklasse bundesweit geringe Vorratsanteile vorhanden sind. Für eine differenziertere Beurteilung der künftigen Entwicklung des Anteils der Pappelhölzer jedoch, sind genaue Angaben über die Flächenverteilung der Altersklassen notwendig. In Baden - Württemberg stammt der Pappelholzanfall überwiegend aus den Rheintalforstämtern, in welchen die Bewirtschaftung der Pappeln den Nachhaltigkeitsüberlegungen entspricht (Klebes, 1986). Daraus ableitend kann man davon ausgehen, dass in Baden - Württemberg in Zukunft auch die steigende Masse des Einschlags erbracht werden kann. In vielen anderen Ländern der Erde besitzen die Pappeln für die Holzversorgung eine große Bedeutung. Kanada, die USA und China besitzen riesige Holzvorräte von Pappeln. Aber auch in Europa ist der Pappelanbau forstlich ein Wirtschaftsfaktor. In Frankreich, Italien oder Spanien genießen die Pappelhölzer eine wesentlich höhere Wertschätzung, was sich in guten Export- Verkaufserlösen widerspiegelt. So betrugen die durchschnittlichen Preise des vom Staatlichen Forstamt Rastatt an den Holzhof Oberschwaben verkauften Pappel - Rohholzes der Stärkeklassen B 4 bis B 6 in den Jahren 1998 und 1999 ca. 107,- DM. Dies entspricht auch in Etwa dem Durchschnittspreis der letzten 10 Jahre für das im Staatswald Baden - Württemberg verkaufte Pappel - Stammholz der Güteklasse B. Der Durchschnittspreis von Fichten - Stammholz der Güteklasse B betrug für die Jahre 1996 und 1997 im Staatswald Baden - Württemberg im Durchschnitt nahezu 150,- DM (Ebert, 1999). Damit erhält man bei einem direkten Vergleich der Produktion von Schnittholz, welches für die Herstellung von Brettschichtholz geeignet erscheint, einen um ca. 29 % niedrigeren Beschaffungspreis für das Pappel - Rohholz gegenüber dem Fichten - Rohholz. Es ist davon auszugehen, dass ein Teil der Einsparmöglichkeiten durch noch teurere Einschnittverfahren und längere Trocknungsdauer der Pappelhölzer gegenüber der Fichte wieder wettgemacht würden. Das Centre Technique du Bois et de l ` Ameublement, CTBA (1987) nennt einen wirtschaftlichen Vorteil des Pappelschnittholzes von 10 % bis 15 %. Daraus ableiten ließe sich ein theoretischer Preis für Pappel - Schnittholz, messbar ist dieser aufgrund des nicht vorhandenen Schnittholzmarkes nicht. Dieser könnte zukünftig wieder näher rücken, wenn durch die generelle Dimensionssteigerung des Rundholzes bedingt, moderne Bandsägentechnik weiteren Einzug in der Sägeindustrie halten würde Ausbeute, Herstellungskosten und Besonderheiten Eine genaue Berechnung der Ausbeute des Schnittholzes in Bezug auf die erstellen Lamellenlänge ist aufgrund der vielfältigen Prüfungsverfahren und dem Bestreben eine insgesamt möglichst große Ver- und Anwendungsausbeute zu erhalten, nicht möglich. Bei der überschlägigen Kalkulation ergibt sich hin- 99

103 Teil B 7 Ergebnisse und Diskussion sichtlich der Ausbeute des Schnittholzes im Verhältnis zur hergestellten Lamellenlänge eine Wertschöpfung für die 110er Brettware von ca. 85 %. Bei der qualitativ schlechteren 160er Brettware sank die Ausbeute auf ca. 75 %. Zu berücksichtigen ist dabei zum Einen die sehr sorgfältig erfolgte visuelle Sortierung des Schnittholzes, welchem dadurch ein gewisser Optimierungsansatz zuteil wurde, zum Anderen die anzustrebende qualitative Verbesserung des Schnittholzes hinsichtlich der Krümmungen und dem Ausschluss der Markröhre, dessen Einfluss und Rissbildung erhebliche Mengen an Verschnitt entstehen ließ. Aufgrund der Krümmungen des Schnittholzes v. a. bei der 160er Breite, waren häufige Kappschnitte nötig, um die Zuführung zur Keilzinkenanlage zu ermöglichen. Trotz dieses vorsorglichen Bemühens, wirkten sich die Krümmungen in der Keilzinkenanlage und auch bei der Verleimung sehr leistungsmindernd aus. Auch traten Störungen des Produktionsablaufs bei der Zuführung zur Keilzinkenanlage wegen Klemmen und Verhaken der krummen Brettware häufig auf. Der gewählte Leimauftrag von 400 g/m², welcher bei Nadelholz und der Verwendung von Melaminharz Leim üblicherweise eingesetzt wird, hat sich als ausreichend erwiesen. Fraanje (1998) zitiert Fournier (1996), welcher den Leimauftrag bei der Produktion von Brettschichtholz aus Pappel in Frankreich mit 450 g/m² bis 500 g/m² angibt. Wie jedoch der Versuch gezeigt hat, müssen bei Verwendung von Pappelhölzern nicht zwangsläufig ein höherer Leimauftrag und dadurch höhere Kosten resultieren Einsatz- und Absatzbereiche aufgrund der ästhetischen Wirkung der Pappelhölzer Die Prüfungen der hergestellten Muster - Träger haben gezeigt, dass der Verwendung der Pappelhölzer zur Herstellung von Brettschichtholz aus Sicht der Festigkeitseigenschaften nichts im Wege steht. Insgesamt liegen die mechanischen Kenngrößen meist geringfügig unter denen der Fichte. Eine Verwendung in ähnlich vielgestaltiger Form wäre demnach möglich. Durch die hohe Permeabilität der Pappelhölzer ist die Imprägnierbarkeit äußerst gut, wie auch weitere Veredelungen wie der Providing Lastin Advanced Timber Option (Plato) - Prozess und die Acetylierung bei den Pappelhölzern ihre Anwendung finden. 100

104 Teil B 7 Ergebnisse und Diskussion Abbildung 48: Decklamellenansicht der Probe - Träger Das nahezu astfreie Produkt Brettschichtholz aus Pappel könnte aufgrund seines edlen Charakters eine interessante Alternative zum einheitlichen und vertrauten Bild der Holzkonstruktionen aus Fichte bieten. Die optische Wirkung von Holzkonstruktionen wäre mit den fein gezeichneten Hölzern der Pappeln durch die Astreinheit mit einem ganz anderen ästhetischen Anspruch versehen, als der gewohnte Blick es kennt. Damit ergibt sich mit der Entwicklung dieses neuen Produktes die Möglichkeit weitere Freunde und Befürworter für den konstruktiven Holzbau zu gewinnen. Abbildung 49: Die Muster -Träger nach der Hobelung 101