Fester Verbund von Holz im Holz

Fester Verbund von Holz im Holz

Fügetechnik Reine Holzverbindungen haben eine lange Tradition. In den letzten Jahren war ihr Einsatz vor allem der Sanierung historischer Holzkonstruktionen vorbehalten. Derzeit werden Nur-Holz-Verbindungen wiederentdeckt und für den kraftschlüssigen Verbund in zeitgemäßen Konstruktionen weiterentwickelt. Eine Auswahl …

Derzeit erleben reine Holzverbindungen eine zwar noch kleine, aber durchaus wachsende Renaissance. Das ist sicherlich dem Bedürfnis geschuldet, im Holzbau möglichst nachhaltig zu bauen, wie auch der Tatsache, dass dank moderner Maschinentechnik der Herstellungsaufwand deutlich geringer ist als mit den Handwerkzeugen vergangener Jahrhunderte. Es gibt aber noch einen weiteren Unterschied. In früheren Zeiten waren vor allem die Erfahrungswerte maßgebend für das Bauen mit Verbindungen aus Holz. Heute ist beim Einsatz von Nur-Holz-Verbindungen im modernen Holzbau für tragende Verbindungen eine statische Berechnung erforderlich und, wenn ein hölzernes Verbindungsmittel für statische Anforderungen als eigenes Bauprodukt oder als Bestandteil eines Bauprodukts auf den Markt kommt, eine allgemeine Zulassung, eine allgemeine Bauartgenehmigung oder eine Europäische Technische Bewertung. Die Berechnung traditioneller Holzverbindungen – Versätze, Zapfenverbindungen und Eichenholznägel – ist in der Norm DIN EN 1995-1-1/NA: 2013-08 „Nationaler Anhang – National festgelegte Parameter – Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten – Teil 1-1: Allgemeines – Allgemeine Regeln und Regeln für den Hochbau“ in Abschnitt 12 geregelt. Inzwischen sind zudem bereits einige moderne Verbindungsmittel aus Holz mit entsprechendem bauaufsichtlichem Anwendbarkeitsnachweis auf dem Markt.

Verbund über Reibung

Ein Beispiel für einen Holznagel mit Zulassung ist der „Lignoloc“, der von dem österreichischen Unternehmen Beck entwickelt wurde. Ende August 2020 erhielt der Hersteller die allgemeine bauaufsichtliche Zulassung/allgemeine Bauartgenehmigung.

Z -9.1-899 für „Tragende Holzverbindungen unter Verwendung von Lignoloc Holznägeln“. Bei den Holznägeln handelt es sich um stiftförmige Verbindungsmittel aus Kunstharzpressholz aus Buche mit kreisrundem Querschnitt und einem Durchmesser von 2,8 mm bis 5,3 mm. Der Verbund zwischen Holznagel und Holzbauteil funktioniert über das sogenannte Holzschweißen. Ein Reibeprozess erzeugt hohe Temperaturen. Durch die Hitze erweicht das Lignin des Holzes zunächst, um dann wieder zu erhärten und dabei mit dem Lignin des Umgebungsholzes eine stoffschlüssige Verbindung einzugehen. Damit die Reibung beim Eintreiben des Nagels auch die erforderliche Wärme erzeugt, ist die Nagelspitze speziell ausgebildet, und der Nagel muss mit einem dafür entwickelten Druckluftgerät eingeschossen werden. Die Zulassung ermöglicht die Planung, Bemessung und Ausführung von tragenden, einschnittigen, auf Abscheren beanspruchte Verbindungen von Brettern aus Nadelvollholz oder von Holzwerkstoff- oder Gipsfaserplatten an Holzbaustoffe mit den Holznägeln. Die Anwendung umfasst auch Verbindungen zur Herstellung aussteifender und mittragender Wandtafeln, nicht jedoch Decken- und Dachtafeln oder Anwendungen, die dauerhaft auf Auszug beansprucht werden. Tragende Verbindungen dürfen unter den klimatischen Umgebungsbedingungen der Nutzungsklassen 1 bis 2 angewendet werden. Theoretisch kann der Nagel auch mit einem Hammer eingetrieben werden. Dann kann der Verbund allerdings nicht als tragende Holzverbindung gemäß der Zulassung angesehen werden, weil dabei zu wenig Reibung und Wärme, die für die Holzverschweißung benötigt wird, entsteht.

  • Der Holznagel „Lignoloc“ benötigt Hitze, damit das Lignin erweicht wird und dann einen Verbund eingeht. Bild: Raimund Beck KG

  • Ausreichend Hitze entsteht über Reibung beim Einschießen des Nagels. Der Nagel muss mit einem dafür entwickelten Druckluftgerät eingeschossen werden. Bild: Raimund Beck KG

Wahlweise aus Esche oder Buche

Bei dem Verbindungsmittel „Mateo“, das von dem Unternehmen Knapp GmbH, ebenfalls aus Österreich, entwickelt wurde, handelt es sich um einen gedrechselten Holzbaunagel, der laut Hersteller in Esche – zäh und duktil, also verformbar – und Buche – belastbar bis zu einer Tonne – erhältlich ist. Er soll tragend in Balkenlagen für die Verbindung von Haupt- und Nebenträger eingesetzt werden können. Auch Stützen, Zargen, und die Eck- und T-Anschlüsse von Brettsperrholzwänden lassen sich mit ihm verbinden. Der Nagel, der vor dem Einbau über eine Holzfeuchte von nur 7 bis 8 % verfügt, quillt nach der Verarbeitung auf, wodurch der kraftschlüssige Verbund zustande kommt. Wird er zudem mit Weißleim verklebt, werden höhere Auszugswerte erreicht und die Verbindung wird zusätzlich gesichert. Um den stufenförmigen Nagel zu verarbeiten, wird zunächst mit einem Stufenbohrer manuell oder industriell über die Abbundanlage ein Loch gebohrt. Der Nagel wird bis zum Kopf eingesetzt und dann mit dem Hammer eingeschlagen. Der Überstand wird abgeschnitten und verschliffen. Der Hersteller nennt für die statische Berechnung Belastungswerte nach einer Berechnungsformel aus der Publikation „Verbindungen mit Holzstiften – Untersuchungen über die Tragfähigkeit“, veröffentlicht 1999 von H.J. Blaß, H. Ernst und H. Werner. Dabei handelt es sich durchaus um eine allgemein gültige Berechnungsweise für Holzstifte. Das Unternehmen bietet einen Unterstützungsservice zur Planung und Berechnung von Bauwerken an. Der Holznagel hat derzeit keine Zulassung oder Bewertung. Damit ist der baurechtliche Umgang mit dem Holzstift nach Meinung der Autorin dieses Textes nicht eindeutig geklärt. Gegebenenfalls ist der Einsatz mit einer/m Prüfingenieur* in abzustimmen und/oder eine Zustimmung im Einzelfall einzuholen. Ob eine allgemein gültige Zulassung bzw. technische Bewertung geplant ist, gab das Unternehmen bisher nicht bekannt.

  • Bei „Mateo“ von Knapp handelt es sich um einen gedrechselten Holzbaunagel. Bild: Knapp GmbH

  • Mit dem Quellvermögen von Holz arbeitet dieser Holznagel von Knapp, um eine sichere Fügung herzustellen. Er ist in Buche und in Esche erhältlich. Bild: Knapp GmbH

Die Schraube für das Massivholz

Auch verschiedene Hersteller von metall- und klebstofffreien Massivholzelementen arbeiten mit dem Quellvermögen von Holz. Beispielsweise setzt das Holzbauunternehmen Rombach aus dem Schwarzwald in seiner eigenen Brettsperrholzmarke „Nur-Holz“ Buchenholzschrauben ein, um die einzelnen Brettlagen miteinander zu verbinden. Dafür werden handelsübliche Buchenrundholzstäbe im eigenen Werk mit einem Gewinde versehen und passend zu den verschiedenen Platten abgelängt. Die Schrauben haben einen inneren Gewindedurchmesser von 20 mm und einen äußeren Durchmesser von 23 mm. Während des Fertigungsvorgangs werden die Fichtenholzlagen in einem definierten Raster mit Bohrlöchern mit einem Durchmesser von 20 mm ausschließlich von einer Seite versehen, in die mit einem speziellem Werkzeug ein Innengewinde geformt wird. Die Schrauben werden maschinell eingeschraubt, stoßen nicht komplett durch, weshalb sie von der inneren Plattenseite aus nicht zu sehen sind. Die Buchenholzschrauben wurden vorab auf eine sehr geringe Holzfeuchte heruntergetrocknet. Die kraftschlüssige Schraubenverbindung entsteht, wenn die Buchenholzschrauben nach dem Einbau die Holzfeuchte der Brettholzlagen annehmen, dadurch aufquellen und sich quasi spielfrei in ihr jeweiliges Bohrloch hineinpressen. Die Vollholzelemente verfügen über die Europäische Technische Bewertung ETA- 11/0338 „Nur-Holz Vollholzelemente – Mit ‚Vollholzschrauben‘ aus Buche verbundene Elemente“. Sie dürfen in den Nutzungsklassen 1 und 2 eingesetzt zu werden.

  • Diese Holzschraube von Rombach verbindet Bretter zu Brettsperrholz. Die Zulassung gilt für das komplette Massivholzelement. Bild: Rombach GmbH

  • Die kraftschlüssige Schraubenverbindung entsteht, wenn die Buchenholzschrauben aufquellen und sich quasi spielfrei in ihr jeweiliges Bohrloch hineinpressen. Bild: Rombach GmbH

Hier wird gedübelt

Mehrere Unternehmen bieten Massivholzelemente mit Hartholzdübeln an. Eines davon ist die Firma Suttner Massivholzbau aus dem Bayerischen Wald, die seit 1999 gedübelte Brettstapelelemente als Wand-, Decken- und Dachbauteile herstellt. Die ETA 18/0960 „Vorgefertigte Holzbauelemente – Elemente aus mechanisch verbundenen Kanthölzern für tragende Bauteile in Gebäuden“ regelt die Anwendung. Die Hartholzdübel bestehen aus Buche, Esche oder Eiche. Abhängig von der gewünschten Oberfläche werden zehn bis 15 einzelne Bretter bzw. Bohlen in eine spezielle Dübelmaschine eingelegt, bis sich ein Element mit einer Breite von 60 cm ergibt. Der Brettstapel wird maschinell in Form gepresst, anschließend bohrt ein spezieller Bohrer ein Loch durch das gesamte Element. Auch beim Dübelholz sorgt die Quellwirkung für eine Verbindung der Einzellamellen miteinander. Der sehr trockene Holzdübel wird hydraulisch in die vorgebohrten Bohlen eingetrieben und nimmt dabei Feuchtigkeit aus dem umgebenden Holz an. Der Standarddübelabstand beträgt 30 cm, kann aber an statische Anforderungen angepasst werden. Weitere Beispiele für den Verbund von Massivholz mit Holzdübeln sind das Brettsperrholz „Holz 100“ von Thoma (ETA-13/0785) und die Brettstapelelemente von Sohm Holzbautechnik, bei denen wellenprofilierte Hartholzdübel diagonal eingetrieben werden, wodurch eine hohe Formstabilität und störungsfreie Oberfläche erreicht werden soll (ETA-16/0480).

  • Der sehr trockene Holzdübel nimmt nach dem Eintreiben die Feuchtigkeit aus dem umgebenden Holz an. Bild: Suttner GmbH & Co. KG

  • Suttner Massivholzbau fügt mit Hartholzdübeln Lamellen zu Brettstapelelementen. Dafür werden die Holzdübel in einer speziellen Dübelmaschine hydraulisch in die vorgebohrten Bohlen eingepresst. Bild: Suttner GmbH & Co. KG

Es geht auch mit Schwalbenschwanz

Es müssen aber nicht immer stiftförmige Verbindungsmittel sein, um einen Verbund zu bilden. Der Hersteller Holzius aus Südtirol bietet Vollholzelemente an, bei denen Schwalbenschwanzverbindungen für den Verbund sorgen. Baurechtlich geregelt ist das Produkt mit der ETA 15/0729 „Soligno Vollholzelement“, wie das Produkt vor der Umbenennung 2016 hieß. Die etwas sperrige Bezeichnung der Produktfamilie, zu der das Bauprodukt laut ETA gehört, verrät bereits, worum es geht: „Massive plattenförmige Holzbauelemente – Mit Schwalbenschwanzverbindungen gefügte Elementen aus Bauholz mit rechteckigem Querschnitt zur Verwendung als tragende Bauteile in Bauwerken“. In den Elementen sind 6 cm dicke Bohlen parallel zueinander ausgerichtet und mit Nut und Feder miteinander verbunden. Die einzelnen Bohlenlagen werden dabei mit rechtwinklig zu ihnen angeordneten schwalbenschwanzförmigen Massivholzgratleisten gesperrt.

Ebenfalls mit Schwalbenschwanzverbindungen arbeiten die Mitglieder des Verbandes „High-Tech-Abbund im Zimmererhandwerk e. V.“. Die allgemeine bauaufsichtliche Zulassung/allgemeine Bauartgenehmigung Z-9.1-649 „Schwalbenschwanzverbindungen in Bauteilen“ regelt den Einsatz für den Verbund von Holzbalken, ohne dass zusätzliche mechanische Verbindungsmittel eingesetzt werden müssen. Der Verband ist Inhaber dieser Zulassung. Wer Schwalbenschwanzverbindungen gemäß der Zulassung herstellen möchte, kann einen Lizenzvertrag mit dem Verband abschließen oder ihm als Mitglied beitreten. Die Verbindungen werden als Teil der zu verbindenden Bauteile mit CNC-gesteuerten Abbundmaschinen hergestellt. Zur Fügung werden die Schwalbenschwanzzapfen am Hirnholzende des Nebenträgers in eine entsprechende Vertiefung in der Seitenholzfläche des Hauptträgers eingetrieben. Laut Zulassung sind ein- und zweiseitige Anschlüsse möglich, die in definierten Grenzen auch schräg und geneigt sein dürfen. Der Einsatz ist in der Nutzungsklasse 1 und 2 möglich. Mit einem Modul der Bemessungssoftware Ingtools lässt sich die Verbindung berechnen. Sicherlich werden in den nächsten Jahren noch weitere moderne Nur-Holz-Verbindungen folgen. Entsprechende Forschungen laufen bereits. Wir dürfen gespannt sein.

18. August 2021
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