Holzbewehrtes Holz (HBH): Neue Holzbau-Technologie stärkt Tragfähigkeit von Holzträgern

Holzbewehrtes Holz verbindet die bewährten Eigenschaften von Nadel-Brettschichtholz mit einer gezielten Verstärkung durch Laubholzfurniere – der sogenannten Superlamelle. Hierfür wurden jetzt wirtschaftliche und digital gestützte Produktionsprozesse entwickelt. Die Ergebnisse zeigen neue Marktchancen für den Holzbau sowie eine Steigerung der Tragfähigkeit und Robustheit von Holzbauteilen – insbesondere bei konstruktiven Schwachstellen wie Durchbrüchen oder Anschlüssen.

Das Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Landwirtschaft, Ernährung und Heimat (BMLEH) über die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) gefördert.

Die Entwicklung des Brettschichtholzes Anfang des 20. Jahrhunderts war ein Meilenstein für den modernen Holzbau, da nun durch das Verleimen mehrerer Holzschichten deutlich größere und belastbarere Bauteile möglich wurden. Doch trotz seiner hohen Tragfähigkeit und Formstabilität weist BSH, wie es im Fachjargon genannt wird, durch die Verwendung von Nadelholz materialtypische Schwächen auf – insbesondere bei Beanspruchungen quer zur Faser.

Vor diesem Hintergrund wurde Anfang der 2020er Jahre am Lehrstuhl für Holzbau und Baukonstruktion der Technischen Universität München das Konzept des holzbewehrten Holzes (HBH) entwickelt.

In einem ersten Forschungsvorhaben konnten die grundlegenden mechanischen Eigenschaften untersucht und nachgewiesen werden, dass sich durch die gezielte Kombination von Brettschichtholz mit hochfesten Furnierlagen die Tragfähigkeit in kritischen Bereichen deutlich steigern lässt.

Im nun abgeschlossenen Forschungsvorhaben „HBH_Teil_2“ lag der Fokus auf der Weiterentwicklung hin zu einer wirtschaftlichen Herstellung sowie der Vorbereitung der praktischen Anwendung.

Kern des HBH-Konzepts ist die sogenannte Superlamelle aus Furnierschichtholz. Sie wird gezielt in den Querschnitt integriert und trägt dazu bei, die je nach Richtung unterschiedlichen Festigkeiten - also die sogenannten anisotropen Materialeigenschaften des Holzes - auszugleichen.

So entsteht ein stabförmiges Holzprodukt mit deutlich verbesserter Tragfähigkeit und Robustheit, das insbesondere eine Alternative zur Verstärkung von Holzkonstruktionen mit speziellen Geometrien ist - etwa bei Satteldachträgern oder Trägern mit Durchbrüchen. 

Außerdem bietet es Laststeigerungspotenzial bei einer Vielzahl von Anschlusssituationen wie biegesteifen Stößen oder Hirnholzverbindungen.

Ein zentrales Ergebnis des Projekts ist ein Produktionskonzept, bei dem die Herstellung von Superlamelle und Gesamtbauteil voneinander getrennt wird. Diese Aufteilung ermöglicht eine flexible Fertigung und führt zu Zeitersparnissen.

Zugleich eröffnet sie neue Marktchancen für kleine und mittelständische Unternehmen: Während die Superlamellen beispielsweise bei Furnier- oder Sperrholzherstellern produziert werden können, erfolgt die Weiterverarbeitung zu holzbewehrtem Holz etwa bei den Zimmereien mit etablierten Verfahren wie der Blockverklebung.

Ein weiterer Schwerpunkt lag auf der Entwicklung digital gestützter Fertigungsansätze. Durch robotergestützte Verfahren und digitale Planung können Superlamellen künftig anforderungsgerecht ausgelegt und dann mit entsprechend angepasster Leistungsfähigkeit hergestellt werden.

Hierfür wurden verschiedene Produktionsmethoden untersucht, darunter das robotergestützte Ablegen von Furnierstreifen, der CNC-Zuschnitt individueller Furniersegmente sowie segmentierte Fertigungskonzepte.

Als besonders geeignetes Material für die Furniere wurde die Buche identifiziert, die aufgrund ihrer hohen Festigkeit und guten Verfügbarkeit in Deutschland überzeugt. Für die Verklebung haben sich insbesondere PRF- und MUF-Klebstoffe bewährt.

Die Ergebnisse des Projekts zeigen, dass HBH eine leistungsfähige und wirtschaftlich herstellbare Weiterentwicklung des Brettschichtholzes darstellt.

Eine Anwendung ist bereits heute möglich, beispielsweise im Rahmen von Pilotprojekten mit Zustimmungen im Einzelfall. Damit wurde ein entscheidender Schritt zur praktischen Umsetzung und Markteinführung dieses neuen Holzbauprodukts erreicht.

Quellen: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR), Technische Universität München, Fotos: Niklas Kainz / TUM, Julia Larikova / TUM (5)