Holzfeuchte · Gleichgewichtsfeuchte · Fasersättigung · Quellen · Schwinden
Holzfeuchte, Quellen und Schwinden – warum Holz seine Abmessungen verändert
Holz reagiert auf das Klima seiner Umgebung. Es nimmt Feuchtigkeit auf, gibt sie wieder ab und verändert dabei – unterhalb des Fasersättigungsbereichs – seine Abmessungen. Dieses Verhalten wird im Tischlerhandwerk als „Arbeiten des Holzes“ bezeichnet.
Für Möbel, Türen, Böden, Fenster, Terrassen und andere Holzbauteile ist deshalb nicht nur die Holzart entscheidend. Ebenso wichtig sind Holzfeuchte beim Einbau, späteres Raum- oder Außenklima, Faserrichtung, Bauteilbreite und konstruktive Bewegungsmöglichkeit.
Diese Seite erklärt, wie Holzfeuchte berechnet und gemessen wird, was Gleichgewichtsfeuchte und Fasersättigung bedeuten und warum Holz tangential, radial und längs unterschiedlich stark quillt und schwindet.
Grundbegriff
Was bedeutet Holzfeuchte?
Holz besteht aus trockener Holzsubstanz und Wasser. Die Holzfeuchte beschreibt, wie viel Wasser im Verhältnis zur absolut trockenen Holzmasse vorhanden ist.
Trockenmasse als Bezugsgröße
In der Holztechnik wird die Masse des enthaltenen Wassers auf die darrtrockene Masse des Holzes bezogen. Deshalb können Holzfeuchtewerte theoretisch auch über 100 Prozent liegen.
Holz bleibt hygroskopisch
Auch technisch getrocknetes Holz nimmt später wieder Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft auf oder gibt Feuchtigkeit an diese ab.
Klima bestimmt den Zustand mit
Temperatur und relative Luftfeuchte beeinflussen, welche Holzfeuchte sich bei ausreichend langer Lagerung oder Nutzung einstellt.
Rechenweg
Wie die Holzfeuchte berechnet wird
Grundlage ist die Differenz zwischen der Masse des feuchten Holzes und seiner vollständig getrockneten Masse. Diese Wassermasse wird auf die Trockenmasse bezogen.
Das Ergebnis wird in Prozent angegeben.
Beispiel: 1.200 g feucht
Ein Holzstück wiegt vor dem Trocknen 1.200 g. Nach vollständiger Trocknung beträgt seine Masse 1.000 g.
Enthaltene Wassermasse: 1.200 g − 1.000 g = 200 g
Holzfeuchte: 200 ÷ 1.000 × 100 = 20 %
Warum die Bezugsgröße wichtig ist
Die 200 g Wasser werden nicht auf die Gesamtmasse von 1.200 g, sondern auf die Trockenmasse von 1.000 g bezogen.
Das Holz besitzt deshalb eine Holzfeuchte von 20 %.
Begriffe auseinanderhalten
Holzfeuchte und Wassergehalt sind nicht dasselbe
Im allgemeinen Sprachgebrauch werden Holzfeuchte und Wassergehalt häufig gleichgesetzt. Mathematisch können jedoch unterschiedliche Bezugsgrößen gemeint sein.
Holzfeuchte
Die Holzfeuchte bezieht die enthaltene Wassermasse auf die trockene Holzmasse.
Im Beispiel mit 1.200 g Feuchtmasse und 1.000 g Trockenmasse ergibt sich 20 % Holzfeuchte.
Wasseranteil an der Gesamtmasse
Wird dagegen die Wassermasse auf die feuchte Gesamtmasse bezogen, ergibt sich ein anderer Prozentwert.
Im selben Beispiel: 200 ÷ 1.200 × 100 = 16,7 %.
Dasselbe Holz kann also 20 % Holzfeuchte besitzen, obwohl Wasser nur rund 16,7 % seiner aktuellen Gesamtmasse ausmacht. Der Unterschied entsteht ausschließlich durch die unterschiedliche Bezugsgröße.
Holz und Umgebungsklima
Gleichgewichtsfeuchte: Holz passt sich seinem Umgebungsklima an
Bleibt Holz ausreichend lange in einem weitgehend konstanten Klima, nähert sich seine Holzfeuchte einem Gleichgewicht mit der Umgebung an. Diese sogenannte Gleichgewichtsfeuchte hängt insbesondere von relativer Luftfeuchte und Temperatur ab.
Beheizter Innenraum
In beheizten Innenräumen stellt sich typischerweise eine wesentlich niedrigere Holzfeuchte ein als bei einem frei bewitterten Außenbauteil.
Jahreszeitliche Änderung
Innenraumklima und damit auch Gleichgewichtsfeuchte verändern sich über das Jahr. Möbel, Türen und Böden reagieren entsprechend.
Anpassung benötigt Zeit
Holz reagiert nicht schlagartig. Geschwindigkeit und Feuchteverteilung hängen unter anderem von Querschnitt, Oberflächen, Holzart und Expositionsbedingungen ab.
Gebundenes und freies Wasser
Der Fasersättigungsbereich erklärt, wann Holz quillt und schwindet
Wasser befindet sich im Holz vereinfacht in zwei unterschiedlichen Zuständen: als gebundenes Wasser in den Zellwänden und als freies Wasser in den Zellhohlräumen.
Unterhalb der Fasersättigung
Ändert sich der Anteil des in den Zellwänden gebundenen Wassers, ändern sich auch deren Abmessungen.
In diesem Bereich führt Feuchteaufnahme zum Quellen und Feuchteabgabe zum Schwinden.
Oberhalb der Fasersättigung
Sind die Zellwände gesättigt, befindet sich zusätzliches Wasser hauptsächlich als freies Wasser in Zellhohlräumen.
Veränderungen dieses freien Wasseranteils führen nicht in vergleichbarer Weise zu weiteren Dimensionsänderungen.
Dimensionsänderung
Holz quillt und schwindet nicht in alle Richtungen gleich
Holz besitzt einen gerichteten Aufbau. Deshalb unterscheiden sich seine Maßänderungen in Längsrichtung, radial zum Stamm und tangential zu den Jahrringen deutlich.
Längs zur Faser
In Faserrichtung sind die feuchtebedingten Maßänderungen im normalen Holz vergleichsweise gering.
Radial
Radial – also ungefähr vom Mark zur Rinde – arbeitet Holz deutlich stärker als längs zur Faser.
Tangential
Tangential zu den Jahrringen sind Quellen und Schwinden bei vielen Holzarten am stärksten ausgeprägt.
Warum Bretter schüsseln können
Weil radial und tangential unterschiedliche Maßänderungen auftreten, kann sich ein Brett bei Feuchteänderung nicht nur verbreitern oder verschmälern, sondern auch verformen.
Jahrringlage, Faserverlauf, Querschnitt und unterschiedliche Feuchte auf Vorder- und Rückseite beeinflussen die Formänderung.
Warum breite Bauteile besonders relevant sind
Eine kleine prozentuale Maßänderung kann sich bei einem breiten Massivholzbauteil zu mehreren Millimetern summieren.
Deshalb benötigen beispielsweise Tischplatten, Türen und Massivholzfüllungen konstruktiv ausreichende Bewegungsmöglichkeiten.
Fachgerechtes Arbeiten mit Massivholz bedeutet nicht, jede Holzbewegung zu verhindern. Die Konstruktion muss vorhersehbare Bewegungen vielmehr ermöglichen und kontrollieren.
Auswirkungen im Tischlerhandwerk
Wo Holzfeuchte und Dimensionsänderungen praktisch sichtbar werden
Möbel und Massivholzplatten
Breite Platten benötigen Bewegungsmöglichkeiten. Starre Verbindungen quer zur Faser können Risse, Verformungen oder gelöste Verbindungen verursachen.
Türen
Feuchteänderungen können Abmessungen und Form von Türblättern beeinflussen. Materialaufbau und unterschiedliche Klimata auf beiden Seiten spielen dabei eine Rolle.
Holzböden
Jahreszeitliche Klimaschwankungen können Fugenbreiten verändern. Feuchtebeanspruchung kann zusätzlich zu Verformungen führen.
Fenster und Außentüren
Außenbauteile erleben wechselnde Feuchte- und Temperaturbedingungen. Konstruktion und Beschichtung müssen diese Beanspruchung berücksichtigen.
Terrassen
Terrassendielen werden regelmäßig nass und trocknen wieder ab. Fugen und Befestigung müssen entsprechende Breitenänderungen aufnehmen können.
Innenausbau
Wird zu feuchtes Holz in einen trockenen Innenraum eingebaut, können nachträglich Fugen, Risse und Passungsänderungen entstehen.
Holzfeuchte messen
Darrverfahren, Widerstandsmessung und kapazitive Messung
Je nach Prüfaufgabe stehen unterschiedliche Verfahren zur Verfügung. Messgerät, Holzart, Messtiefe, Temperatur und Messstelle beeinflussen, wie ein Messwert zu interpretieren ist.
Darrverfahren
Eine Probe wird gewogen, bis zur konstanten Trockenmasse getrocknet und anschließend erneut gewogen. Aus der Massedifferenz wird die Holzfeuchte berechnet.
Elektrische Widerstandsmessung
Elektroden werden in das Holz eingebracht. Der elektrische Widerstand wird zur Abschätzung der Holzfeuchte genutzt. Holzart und Temperatur müssen berücksichtigt werden.
Kapazitive Messung
Das elektrische Feld des Messgerätes erfasst Materialeigenschaften ohne eingestochene Elektroden. Messtiefe, Rohdichte und Schichtaufbau können das Ergebnis beeinflussen.
Messwerte richtig einordnen
Warum zwei Holzfeuchtemessungen unterschiedliche Werte liefern können
Unterschiedliche Messtiefe
Oberfläche und tieferer Querschnitt können unterschiedliche Feuchten besitzen – insbesondere während Trocknung oder nach einer einseitigen Befeuchtung.
Holzart und Rohdichte
Elektrische Messverfahren reagieren auf Materialeigenschaften. Geräteeinstellung und Korrektur müssen zum Holz passen.
Temperatur
Insbesondere bei Widerstandsmessungen kann die Temperatur das Messergebnis beeinflussen und muss gegebenenfalls korrigiert werden.
Metall im Messbereich
Nägel, Schrauben oder andere metallische Bauteile können elektrische Messungen verfälschen.
Feuchtegradient
Ein Brett kann außen bereits trocken erscheinen, während der Kern noch eine deutlich höhere Holzfeuchte besitzt.
Messung ist keine Ursachenanalyse
Ein erhöhter Wert zeigt zunächst einen Feuchtezustand. Er beantwortet noch nicht automatisch, woher die Feuchte stammt.
Vom frischen Holz zum Werkstoff
Holztrocknung: Feuchte kontrolliert reduzieren
Frisch eingeschnittenes Holz besitzt regelmäßig eine wesentlich höhere Holzfeuchte als für Möbelbau oder Innenausbau geeignet ist. Ziel der Trocknung ist nicht möglichst „trockenes“ Holz, sondern ein zur späteren Verwendung passender und möglichst gleichmäßiger Feuchtezustand.
Lufttrocknung
Bei geeigneter Stapelung kann Holz unter natürlichen Klimabedingungen Feuchtigkeit abgeben. Die erreichbare Endfeuchte hängt dabei vom Umgebungsklima ab.
Technische Trocknung
In Trockenkammern lassen sich Temperatur, Luftfeuchte und Luftbewegung gezielt steuern und deutlich niedrigere Holzfeuchten erreichen.
Trocknung benötigt Zeit
Feuchtigkeit muss aus dem Inneren zur Oberfläche transportiert werden. Zu schnelle oder ungleichmäßige Trocknung kann Spannungen und Risse verursachen.
Trocknungsspannungen
Unterschiedliche Feuchten zwischen Rand und Kern können Spannungen erzeugen, die sich bei weiterer Bearbeitung durch Verformung bemerkbar machen.
Akklimatisierung
Auch technisch getrocknetes Holz sollte vor Verarbeitung und Einbau unter geeigneten Bedingungen gelagert werden.
Verwendungsfeuchte
Die sinnvolle Holzfeuchte richtet sich nach der späteren Nutzung. Ein Innenmöbel und eine Außenkonstruktion besitzen unterschiedliche klimatische Randbedingungen.
Grundlage und Schadensdiagnose trennen
Wann aus normalem Quellen und Schwinden ein technisches Problem wird
Werkstofftypisches Verhalten
Fugenänderungen, leichte Formänderungen oder kleinere Risse können aus dem normalen hygroskopischen Verhalten von Holz entstehen.
Ob eine Erscheinung akzeptabel ist, hängt unter anderem von Holzart, Konstruktion, Nutzung und vereinbarter Beschaffenheit ab.
Schadensverdacht
Auffällig werden beispielsweise ungewöhnlich starke Verformungen, dauerhaft erhöhte Feuchte, Fäulnis, Funktionsstörungen oder konstruktiv verhinderte Holzbewegungen.
Dann reicht die reine Kenntnis der Holzfeuchte nicht mehr aus. Die Ursache muss bauteilbezogen untersucht werden.
Holzfeuchte fachlich beurteilen
Vier Schritte für eine nachvollziehbare Einordnung
Holzart, Querschnitt, Faserrichtung, Aufbau, Oberfläche und Einbausituation bestimmen.
Temperatur, relative Luftfeuchte und besondere Feuchtebeanspruchungen zum Messzeitpunkt berücksichtigen.
Geeignetes Verfahren wählen und erforderlichenfalls mehrere Messstellen und Messtiefen miteinander vergleichen.
Messwert, normale Klimaänderung, Materialverhalten und mögliche zusätzliche Feuchtequelle nicht miteinander verwechseln.
Fachliche Grundlagen
Grundlagen zu Holzfeuchte, Messung und Dimensionsänderung
DIN EN 13183-1
Bestimmung des Feuchtegehaltes eines Stückes Schnittholz durch das Darrverfahren. Das Verfahren bildet die Grundlage für die gravimetrische Bestimmung der Holzfeuchte.
DIN EN 13183-2 und -3
Die Normteile behandeln die Abschätzung der Holzfeuchte durch das elektrische Widerstandsverfahren beziehungsweise durch ein kapazitives Messverfahren.
Holzkundliche Grundlagen
Fachliteratur des Informationsdienst Holz und des Forest Products Laboratory beschreibt Fasersättigung, Gleichgewichtsfeuchte, Quellen, Schwinden und die richtungsabhängigen Maßänderungen.
Häufige Fragen
Fragen zu Holzfeuchte, Quellen und Schwinden
Was bedeutet 10 % Holzfeuchte?
Eine Holzfeuchte von 10 % bedeutet, dass die Masse des im Holz enthaltenen Wassers 10 % der darrtrockenen Holzmasse entspricht.
Kann Holzfeuchte über 100 % liegen?
Ja. Weil die Wassermasse auf die trockene Holzmasse bezogen wird, kann frisch geschlagenes Holz bei bestimmten Holzarten mehr Wasser als trockene Holzsubstanz enthalten.
Was ist der Unterschied zwischen Holzfeuchte und Wassergehalt?
Bei der Holzfeuchte wird die Wassermasse auf die trockene Holzmasse bezogen. Wird ein Wasseranteil dagegen auf die feuchte Gesamtmasse bezogen, entsteht ein niedrigerer Prozentwert.
Was ist Gleichgewichtsfeuchte?
Es ist die Holzfeuchte, der sich Holz bei länger andauernden konstanten Klimaeinflüssen annähert. Sie hängt vor allem von relativer Luftfeuchte und Temperatur ab.
Was bedeutet Fasersättigung?
Im Fasersättigungsbereich sind die Zellwände mit gebundenem Wasser gesättigt. Zusätzliches Wasser befindet sich hauptsächlich in den Zellhohlräumen. Zur Orientierung wird häufig ein Bereich um etwa 30 % Holzfeuchte genannt.
Wann quillt und schwindet Holz?
Maßänderungen treten vor allem bei Änderungen des gebundenen Wassers unterhalb des Fasersättigungsbereichs auf. Feuchteaufnahme führt zum Quellen, Feuchteabgabe zum Schwinden.
In welche Richtung arbeitet Holz am stärksten?
Die Maßänderung ist längs zur Faser gering. Quer zur Faser ist sie deutlich größer und tangential zu den Jahrringen bei vielen Holzarten stärker als radial.
Warum entstehen im Winter Fugen in Massivholz?
Beheizte Innenräume besitzen im Winter häufig eine geringere relative Luftfeuchte. Holz gibt Feuchtigkeit ab und schwindet. Dadurch können vorhandene Fugen größer werden.
Wie misst man Holzfeuchte?
Möglich sind unter anderem das Darrverfahren, elektrische Widerstandsmessungen und kapazitive Verfahren. Welches Verfahren geeignet ist, hängt von der konkreten Prüfaufgabe ab.
Ist ein elektrisches Holzfeuchtemessgerät genau?
Es kann bei richtiger Anwendung gute Messwerte beziehungsweise Schätzwerte liefern. Holzart, Temperatur, Messtiefe, Messstelle und Geräteeinstellung können das Ergebnis beeinflussen.
Warum verzieht sich Holz beim Trocknen?
Holz schwindet in seinen anatomischen Richtungen unterschiedlich. Zusätzlich können ungleichmäßige Feuchteverteilung, Jahrringlage, Faserverlauf und innere Spannungen Verformungen verursachen.
Ist jeder Riss durch zu trockenes Holz verursacht?
Nein. Risse können unterschiedliche Ursachen besitzen. Feuchteänderungen sind eine mögliche Ursache, daneben spielen Konstruktion, Faserverlauf, Trocknung, Belastung und Vorschäden eine Rolle.
Passende Vertiefungen
Holzfeuchte mit Materialeigenschaften und Schadensbildern verbinden
Holz und Materialkunde
Holzaufbau, Rohdichte, Festigkeit, Dauerhaftigkeit und Materialauswahl im Zusammenhang betrachten.
Zur Holz- und Materialkunde →Holzschäden
Erhöhte Feuchte, Risse, Verformungen und mögliche Ursachen an bestehenden Bauteilen fachlich voneinander abgrenzen.
Holzschäden vertiefen →Thermoholz
Nachvollziehen, wie thermische Modifikation Feuchteaufnahme, Quellen und Schwinden sowie weitere Eigenschaften verändert.
Thermoholz verstehen →