Professionell Test Bolzen Baumhaus

Materialeigenschaften grüner Hölzer

Aktuelle Studien und Forschung zu den Holzeigenschaften lebender Bäume

Als Baumhausbauer und Baumpfleger ist es für uns essenziell, die Bäume, in denen wir unsere GTS-Schrauben montieren, genau zu verstehen. Hier präsentieren wir die aktuelle Studienlage und alle relevanten Daten zu lebenden Bäumen – speziell im Hinblick auf den Baumhausbau und die Auswirkungen verletzender Befestigungen wie Baumschrauben, Gewindestangen und Holzschrauben. Unser Ziel: fundiertes Wissen für sichere, langlebige und baumfreundliche Konstruktionen.

1. Studien & Forschung zu Holzeigenschaften

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Grünes Holz vs. getrocknetes Bauholz

„Grünes Holz“ ist die Bezeichnung für Holz, das in lebenden oder frisch geschlagenen Bäumen vorkommt. Je nach Feuchtigkeitsgehalt des Holzes (hygroskopisch) ändern sich die Eigenschaften sehr stark. Leider ist die Studienlage zu den Holzeigenschaften von grünem Holz noch sehr dünn, da es keine so starke Interessengruppe wie beim Bauholz gibt.

Aus wirtschaftlicher Sicht ist das Endprodukt Bauholz viel relevanter, da es direkt gebrauchsfertig ist und einen riesigen Markt bedient. Studien und Forschung konzentrieren sich daher mehr auf diesen Bereich, da hier große Industrien, Normen und Verarbeitungsprozesse involviert sind.

Generell gibt es zwei Herausforderungen bei der Bewertung von Studien, insbesondere bei der Bewertung von Grünholz:

Baumhaus Schraube befestigen – Loch vorbohren richtige Montage Anleitung

1. Hohe Variabilität im Holz

Jeder Baum - und sein Holz - ist ein Unikat, dessen Holzeigenschaften zwar genetisch veranlagt sind, aber sehr stark von Umwelteinflüssen beeinflusst werden:

  • Klima (Tageslänge, Temperatur, Niederschlag, ...) Lokale Bodenqualität (Nährstoffe, ...)
  • Exposition (freistehend oder geschützt im Wald, Stürme, Beschattung, ...)
  • Selbst bei ein und demselben Baum kann die Holzqualität stark variieren, da sich die Bäume innerlich an die vorherrschenden Belastungen und Spannungen anpassen.
  • Die Ergebnisse der Holzfestigkeit einer Baumart schwanken in der Regel um +- 30 bis 40 %.
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2. Große Varianz in den Studien

Insbesondere bei Untersuchungen an Frischholz gibt es zahlreiche Unstimmigkeiten, die eine Vergleichbarkeit der Daten erschweren:

a) Prüfbedingungen sind nicht standardisiert:

  • unterschiedliche Größe der Prüfkörper (2x2x2 cm, vs. 10x10x10 cm Holzkörper)
  • unterschiedliche Maschinen und Prüfverfahren (z.B. Geschwindigkeit mit der belastet wird, ...)

b) Arbeitsweise unbekannt:

  • Ungenau dokumentiert, z.T. keine genaue Bezeichnung der spezifischen Baumart, sondern pauschale Einordnung in eine Gattung
  • Zum Beispiel Acer spp. - die Baumgattung Ahorn: hier gibt es allein ca. 200 Arten mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften (siehe Lebenserwartung: Feld- & Spitzahorn = 150 Jahre; Berg-Ahorn 500 Jahre)
Wir vergleichen hier im wahrsten Sinne "Äpfel mit Birnen" - dennoch sind die Resultate im Mittel aussagekräftig genug, um einzelne Baumgattungen grob voneinander zu unterscheiden und einzuteilen.

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Studien und Forschung - Unsere Quellen

Die Daten und Werte, die wir für unsere Berichte verwenden, stammen aus internationalen Studien - dabei stellen wir die "grünen Holzeigenschaften" (Holzfeuchte 40 - 300%) den vom "getrockneten Bauholz" (rel. Holzfeuchte 12-15%) gegenüber, da es hier logischerweise einen direkten Zusammenhang geben sollte.

Informationen zu grünem Holz findet man vor allem bei Forstinstituten (Industrie & Ernte vom Bauholz), Baumstatiker, Baumkontrolle, Baumpflege (Verkehrssicherung).

Hier unsere Quellen:

2. Festigkeit grüner Hölzer

Unser Denkansatz ist es, alle bestehenden Daten zu grünem Holz zu sammeln und mit den Holzeigenschaften vom trockenen Bauholz der selben Baumart zu vergleichen.

Folgende Werte sind dabei eingeflossen:

  • Grüne Durckfestigkeit längs zur Faser [kN/cm²]
  • Grünes Elastizitätsmodul [kN/cm²]
  • Grüne Elastizitätsgrenze [%] / Bruchgrenze [%]
  • Trockene Druckfestigkeit Iängs zur Faser [N/mm²]
  • Trockene Rohdichte (p12…15) [kg/m³]
  • Brinell-Härte & JANKA Härte längs zur Faser

Die trockenen Werte und auch das Feedback von Baumexperten wurden genutzt, um Auffälligkeiten und Abweichungen aufzudecken und noch einmal kritisch zu betrachten.

Decken sich hingegen alle Werte und Erfahrungen, dann ist das für uns eine Bestätigung, dass wir die Werte übernehmen können.

Das Ergebnis und die daraus entstandenen Mittelwerte zeigen wir in folgender Tabelle:

Wenn sich alle Werte von Baumarten innerhalb einer Gattung sehr ähnlich sind, haben wir diese gemeinsam als Gattung zusammengefasst.

Die genauen Daten und Eingabewerte könnt ihr in dieser Excel-Tabelle herunterladen.

Alles ohne Gewähr!

3. Wundheilung

Neben der Holzfestigkeit ist für ein verletzendes Befestigungsmethode wie Baumschrauben, Gewindestangen und Bolzen vor allem die Fähigkeit der Baumart zur Wundheilung von Bedeutung. Es bringt wenig, wenn die Befestigung zunächst bei der Montage einen Spitzenwert an Tragfähigkeit erreicht, nach 5 Jahren aber an dieser Stelle eine riesige Wunde aufklafft, die die Konstruktion unsicher macht und den Baum langfristig schadet.

Auch hier beziehen wir unsere Informationen aus den obigen Quellen und haben daraus Mittelwerte gegründet. Bei unterschiedlichen Aussagen und Unklarheiten haben wir die Werte nach unten korrigiert.

Wichtig dabei: Der Wundheilungsprozess kann nur voll stattfinden, wenn der Baum absolut vital ist, und über genügend Energiereserven verfügt. Deshalb Finger weg von gestressten, ungesunden, zu jungen oder zu alten Bäumen!

Neuere Publikationen weisen vermehrt darauf hin, dass zusätzlicher Stress (lange Trockenperiode, Wassermangel, Nährstoffmangel, Verschattung, Bodenverdichtung, ...) die Fähigkeit zur Wundreaktion mindern. Man kann die Vitalität des Baumes z.B. sehr gut fördern, indem man ihm in langen Trockenperioden zusätzlich wässert.

Der Wundheilungsprozess kann nur voll stattfinden, wenn der Baum absolut vital ist, und über genügend Energiereserven verfügt.

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Unterschiede Laub vs. Nadelhölzer

Abschottung

Die Abschottung bezeichnet die Fähigkeit nach einer Verletzung infiziertes oder totes Gewebe von gesundem abzugrenzen. Damit wird ein Schutz gegen Mikroorganismen und Lufteintritt bewirkt.

4 Zonen, jede Baumart hat unterschiedlich stark ausgeprägte Zonen, welche ist am wichtigsten Theorie

Wundheilung

Grobgewinde (A) und Zylinder (B) übertragen die Last F vom Baumhaus in den Baumstamm. Der Drehpunkt der GTS Allstar 2.0 befindet sich etwa 11 cm innerhalb des Baumes, um diesen Punkt dreht sich die Schraube bei Belastung.

Kallusbildung

Dabei werden etwa 50 % der Last unterhalb des Zylinders (grün) und etwa 30 % direkt vom Grobgewinde (gelb) aufgenommen. Die Rückwand (rot) überträgt ca. 20 % der Lasten in den Baum, die volle Wirkung setzt aber erst nach etwa 1 Tonne Belastung ein, wenn die Holzfasern bereits etwas komprimiert wurden.

Baumhaus Schraube Überlastung - Fehler Konstruktion

Reaktionsholzbildung

Die GTS sollte nie mehr als 2° absacken!

  • Die Schieflage führt zu Spannungen in den Verbindungselementen und der Tragwerkskonstruktion.
  • Oberhalb der GTS entsteht ein Spalt, durch den Pilzsporen und Schädlinge in den Baum eintreten können.

4. Bäume aus aller Welt im Vergleich

Immer wieder fragen Kunden aus aller Welt, ob ihr Baum für unsere Baumschrauben geeignet ist. Wir können darauf keine genaue Auskunft geben, da wir zu wenig Daten haben und mit diesen Baumarten nie selber zu tun hatten.

Dennoch liegt nahe, dass man zumindest die Festigkeitswerte grob ins Verhältnis setzten kann, d. h. ein hartes Bauholz muss auch im lebenden Baumstamm eine hohe Festigkeit aufweisen.

Deshalb haben wir hier die weltweit 30 häufigsten Baumgattungen zum Vergleich aufgelistet.

Wichtig ist vor allem die Wundheilung, diese Daten haben wir nach bestem Gewissen recherchiert - fragt trotzdem unbedingt einen Baumexperten vor Ort um die Richtigkeit unserer Aussagen zu überprüfen.

Bevor ihr in den Baum ein Bauhaus baut, redet unbedingt mit den Baumexperten vor Ort - niemand kennt sich besser aus und hat so eine breite Erfahrung mit lokalen Besonderheiten (Baumarten, Klima, Boden, Wurzelwerk, ...).

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Vergleich der weltweit häufigsten Baumgattungen

Holzfestigkeit allgemein:

Mittelwert der Baumgattung - kann je nach Baumart und individuellem Baum stark abweichen (+- 40%).

Achtung Montage: bei "extrem hoher Festigkeit" muss die Bohrmaschine extrem stark sein (nur mit Top-Modellen arbeiten) und die Bohrer müssen sehr scharf sein.

Bei "geringer Festigkeit" darf auch nur sehr gering belastet werden, ohne großen Hebelarm und ohne stark dynamische oder seitliche Belastung auf die GTS.

Fähigkeit zur Wundheilung (1 - 4):

1 = schlecht, 2 = mäßig, 3 = gut, 4 = sehr gut

Dies gilt für ausgewachsene, vitale Bäume. Wir haben die WUndheilung teilweise nach unten korrigiert, wegen unserer Baumschrauben und der großen Bohrung. Bei Baumarten mit mäßiger bis schlechter Wundheilung sollten nur weniger „verletzende Eingriffe“ durchgeführt werden. Handelt es sich nicht um ein besonders vitales und starkes Exemplar, ist es ratsam, das Baumhaus auf Stelzen zu setzen und den Baum in Ruhe zu lassen.

* Schnelles Wachstum: Achtung, schnelles Dickenwachstum --> Mehr Abstand halten mit der Baumhaus-Konstruktion:

Eucalyptus, Populus,

** Kurze Lebenserwartung: Achtung, diese Baumarten haben eine durchschnittliche Lebenserwartung < 100 Jahre

HINWEIS: Besonders hier alle Angaben ohne Gewähr - da nicht so viele Daten zu Grunde liegen. Am genauesten sind die Aussagen zu Bäumen in der nördlichen Hemisphere, da sich die meisten Studien und Erfahrungswerte meiner Kollegen auf diese Zone beziehen!!!)

Extrem hohe Holzfestigkeit
  • Acacia spp./ Akazie / Acacia / Acacia / Acacia (4)
  • Baikiaea spp. / Rhodesian Teak / Rhodesian Teak / Teck de Rhodesia / Teck de Rhodésie (4)
  • Dalbergia spp. / Palisander / Rosewood / Palisandro / Palissandre (2)
  • Diospyros spp./ Ebenholzbäume / Ebony / Ébano / Ébène (4)
  • Entandrophragma spp. / Sipo / Sipo / Sipo / Sipo (4)
  • Khaya spp. / Afrikanisches Mahagoni / African Mahogany / Caoba africana / Acajou d'Afrique (4)
  • Pterocarpus spp. / Padouk / Padouk / Padouk / Padouk (4)
  • Shorea spp. / Salbaum / Sal / Sal / Sal (3)
  • Swietenia spp. / Mahagoni / Mahogany / Caoba / Acajou (3)
  • Tectona spp. / Teak / Teak / Teca / Teck (4)

5. Tragfähigkeit der GTS-Baumschrauben

Der direkte Vergleich - Hartholz vs. Weichholz

Die gleiche GTS Allstar 2.0 wurde mehrmals in zwei frischen Bäumen getestet:

  • einmal eine harte Esche
  • einmal eine weiche Fichte

Auch wenn es Streuungen gibt und wir die genaue Holzfestigkeit der Bäume leider nicht ermitteln konnten, bekommt man immer wieder klare Testergebnisse, welche die allgemeinen Festigkeitswerte der Hölzer (grün genauso wie trocken) gut widerspiegeln.

Test Tragfähigkeit Belastung Bolzen

GTS Allstar 2.0 in Esche

y = -0.13x + 4,38

Bei einer Belastung mit 0 cm Hebelarm hat die GTS Allstar eine Tragfähigkeit von 4,38 t, bei einer Neigung von 1 °. Das Ergebnis gilt für die individuelle Esche in der getestet wurde.

Baumhaus Schraube Belastung Test

GTS Allstar 2.0 in Fichte

y = -0,065x + 1,68

Bei einer Belastung mit 0 cm Hebelarm hat die GTS Friend eine Tragfähigkeit von 1,68 t, bei einer Neigung von 1 °. Das sind 2,7 t bzw. etwa 61 % weniger als die GTS Allstar im selben Baum.

Es gibt eine deutliche Übereinstimmung der Daten aus den Studien und unseren eigenen Tests mit den GTS Baumschrauben in grünem Holz! Hohe Holzfestigkeit führt zu einer höheren Belastbarkeit der GTS-Schrauben.

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Es liegt also nahe, dass man die Tragfähigkeit der GTS-Schrauben - trotz aller Variablen - abhängig von der Holzfestigkeit der Baumart hinreichend genau vorhersagen bzw. errechnen kann.

Wenn man wegen der Größe und dem Gewicht des geplanten Baumhauses merk, dass man an die Grenze der Tragfähigkeit gerät (z.B. bei mittlerem Hebelarm), dann weiß man, dass man vorsichtig sein muss und folgende Maßnahmen ergreifen:

  • Baumhaus kleiner / leichter bauen
  • Maximale Anzahl an Personen festlegen, die sich im Baumhaus aufhalten dürfen.
  • größeres GTS-Modell wählen
  • GTS zusätzlich verstärken
  • Baumhaus zusätzlich abstützen oder abhängen und das Gewicht besser verteilen

Faustformel: GTS Allstar 2.0

Sicherheitsfaktor SF:

  • statische Belastung 1,2
  • dynamische Belastung 1,4

Faustformel: GTS Allstar 2.0

Sicherheitsfaktor SF:

  • statische Belastung 1,2
  • dynamische Belastung 1,4

Beispiel Ahorn

Berechnung der Tragfähigkeit - GTS Allstar 2.0 in Ahorn

y = (1,55*T - 0,12*x) / SF

y = (1,55 * 2,64 - 0,12 * 10) / 1,2

y = (2,89 to) / 1,2 = 2,41 to

Eine GTS Allstar 2.0 wird bei korrekter Montage in einem Ahorn-Baum mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit eine durchschnittliche Tragfähigkeit von 2,41 to (= 24,1 kN = 5300 lbs) erreichen. Dies ist der Mittelwert für eine überwiegend statische, vertikale Belastung bei einem Hebelarm von 10 cm.

Faustformel: GTS Friend 2.0

Sicherheitsfaktor SF:

  • statische Belastung 1,2
  • dynamische Belastung 1,4
Baumhaus Schraube GTS Belastung

Faustformel: GTS Friend 2.0

Sicherheitsfaktor SF:

  • statische Belastung 1,2
  • dynamische Belastung 1,4
Baumhaus Schraube GTS Belastung

Beispiel Kiefer

Berechnung der Tragfähigkeit - GTS Friend 2.0 in Kiefer

y = (0,7*T - 0,07*x) / SF

y = (0,7 * 2,19 - 0,07 * 6) / 1,2

y = (1,11 to) / 1,2 = 0,93 t = 930 kg

Eine GTS Friend 2.0 wird bei korrekter Montage in einem Kiefer-Baum mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit eine durchschnittliche Tragfähigkeit von 0,93 to (= 9,3 kN = 2040 lbs) erreichen. Dies ist der Mittelwert für eine überwiegend statische, vertikale Belastung bei einem Hebelarm von 6 cm.

6. Tabelle - Eignung verschiedener Baumarten für den Baumhausbau mit "verletzenden Befestigungsmethoden"

Die Leute wollens einfach, deshalb haben wir die Baumarten in 4 Kategorien unterteilt:

Eignung verschiedener Baumarten für die Befestigung großer Vertikallasten mit "verletzenden Befestigungsmethoden" wie Baumschrauben, Gewindestangen oder Bolzen.

Kombiniert man die Holzfestigkeit & Wundheilung und berücksichtigt die Lebensdauer und schnelle Wachstum kann man folgende Kategorien einführen:

Baumhaus-Bäume für Baumschrauben

Baumhaus Hängebrücke Wendeltreppe - Wunderschön

Kategorie A

  • Hohe Festigkeit >
  • Gute Wundheilung (3 - 4)
  • Lange Lebensdauer
  • Normales Wachstum

Diese Bäume sind perfekt um dauerhaft ein Baumhaus zu bauen, auch bei großer Belastung und nur mit Baumschrauben! Hier kann man Geld und Zeit investieren!

Kunde Baumhaus DIY Bausatz

Kategorie B

  • Mittlere Festigkeit
  • Gute Wundheilung (3 - 4)
  • Lange Lebensdauer
  • Normales Wachstum

Diese Bäume sind sehr gut, bei extremer Belastung muss aber zusätzlich mit Verstärkung, Streben oder Stelzen gebaut werden.

Baumhaus bauen DIY – Anleitung passende Schrauben zum passenden Projekt, Traum vom Baumhaus im Garten

Kategorie C

  • Mittlere bis geringe Festigkeit
  • Mäßige Wundheilung (2)
  • Schnelles Wachstum
  • Kurze Lebensdauer

Diese Bäume eignen sich von der Holzfestigkeit eigentlich gut, aber die Faktoren Wundheilung, Wachstum oder Lebensdauer können den Baumhaus-Spass eventuell verkürzen.

Small DIY kids treehouse in backyard - permit free building

Kategorie D

  • Geringe Festigkeit
  • Schlechte Wundheilung (1 - 2)
  • Kurze Lebensdauer

In diesen Bäumen sollte man nur bauen, wenn einem der Baum egal ist, und wenn man das Baumhaus eventuell schon nach 5 Jahren auf Stelzen umsiedeln muss. Die sehr geringe Holzfestigkeit macht größere Projekte quasi unmöglich, da die Baumschrauben überlastet werden. Hier besser auf Stelzen bauen, und den Baum in Ruhe lassen.