gestapeltes Holz

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Holz ist ein schönes Baumaterial. Ob für Möbel, für den Innenausbau oder für Holzkonstruktionen im Außenbereich verwendet, Holz in seiner naturbelassenen Form ist sehr vielseitig und kann wie kaum ein anderer Werkstoff sowohl eine warme Atmosphäre als auch einen rustikalen Charme erzeugen.

Doch die richtige Verarbeitung will gelernt sein. Wer schon einmal mit Holz gearbeitet oder sich für ein eigenes Bauprojekt über Holz informiert hat, kennt diese Aussage: “Holz arbeitet!” Aber was genau ist damit gemeint? Um diese Tatsache zu beleuchten erklären wir euch heute, was hinter dem “Arbeiten”, also dem “Quellen und Schwinden” des Holzes steckt und welche physikalischen Auswirkungen Feuchtigkeit auf den Baustoff Holz hat.

Die Holzfeuchtigkeit

Frisch geschlagenes Holz ist wassergesättigt, das bedeutet die Holzfeuchte liegt bei 100 % oder sogar höher und der Wasseranteil ist in etwa so groß wie die Holzmasse selbst. Wenn Holz trocknet wird zuerst das freie Wasser aus den Zell-Hohlräumen abgegeben. Hier findet noch keine Formveränderung des Holzes statt. Ist kein freies Wasser mehr im Holz enthalten, die Zellwände jedoch noch voll mit Wasser gesättigt, spricht man vom sogenannten Fasersättigungsbereich. Dieser liegt je nach Holzart bei einer Holzfeuchtigkeit zwischen 28 – 32 %. Bei weiterer Trocknung beginnt das Holz jetzt gebundenes Wasser aus den Zellwänden abzugeben. Ist auch sämtliches Restwasser aus dem Zellgewebe abgegeben und eine Holzfeuchte von 0% erreicht, spricht man vom Darrzustand des Holzes. Es besteht nur noch die reine Holzmasse ohne Wasseranteil. Dieser Zustand kann jedoch nicht an der frischen Luft sondern nur durch Wärmezufuhr in speziellen Trocknungsöfen erreicht werden.

Schematische Darstellung des Quell- und Schwindverhaltens von Holz bei unterschiedlicher Holzfeuchte

Erst unter dem Fasersättigungspunkt, also ab 30 – 28 % Holzfeuchte, beginnt das Holz zu arbeiten. Bei weiterer Trocknung schwindet es, bei erneuter Feuchtigkeitsaufnahme quillt es bis zum Sättigungspunkt wieder auf.

Um die Holzfeuchtigkeit in Vollholz zu bestimmen werden elektronische Holzfeuchtemessgeräte verwendet. Diese sind im Handel mittlerweile fast überall erhältlich und in der Regel einfach zu bedienen. So kann man, falls notwendig, die genaue Holzfeuchtigkeit des eigenen Holzes leicht selber messen.

Quellen und Schwinden von Holz

Schwindformen von Holz im Querschnitt

Holz verändert seine Form je nach Jahresringlage sehr unterschiedlich. Durchschnittlich schwindet Holz radial um 3-5 % und tangential um 6-10 %.

Fasergesättigtes Holz kann man sich vorstellen wie einen Schwamm. Sind die Zellwände des Holzes voll mit Wasser ist ihr größtes Volumen erreicht und das Holz quillt auch bei höherer Holzfeuchtigkeit nicht weiter auf. Sobald die Holzfeuchtigkeit jedoch unter den Fasersättigungsbereich sinkt, zieht sich der “Schwamm” zusammen, die Zellwände beginnen zu “schrumpfen” – das Holz schwindet. Erst bei Erreichen des darrtrockenen Zustandes verliert das Holz kein Volumen mehr. Den gegenteiligen Prozess, wenn Holz dessen Feuchte unter dem Fasersättigungspunkt liegt wieder Wasser aus der Umgebung aufnimmt, nennt man Quellen des Holzes. Der “Schwamm” saugt sich also wieder mit Wasser voll. Die Holzzellen sind immer bestrebt, sich dem umgebenden Klima anzupassen. Da Holz hygroskopisch, das heißt “wasseranziehend” ist, nimmt es bei höherer Umgebungsfeuchte Wasser auf (oder gibt im umgekehrten Fall Wasser ab), um die sogenannte Ausgleichsfeuchte  oder Gleichgewichtsfeuchte zu erzeugen. Dieser Vorgang dauert jedoch eine gewisse Zeit und stellt sich nur ein, wenn das Klima um das Holz herum für einen längeren Zeitraum konstant ist.
Hauptschwindrichtungen von Holz

Holz quillt und schwindet in seiner Länge, Breite und Höhe sehr unterschiedlich. Das liegt an der Anordnung und unterschiedlichen Größe der einzelnen Zellen. Somit ist das Quell- und Schwindverhalten, zum Beispiel eines Holzbrettes, auch immer abhängig davon, aus welchem Teil des Stammes das Brett geschnitten wurde und wie die Holzzellen in ihm liegen. Man unterscheidet zwischen Quell- und Schwindmaßen in Längsrichtung (longitudinal, parallel zur Stammachse), in Holzstrahlrichtung (radial zur Stammachse) und in Jahrringrichtung (tangential zur Stammachse). Am wenigsten schwindet Holz in seiner Längsrichtung, weshalb der Längsschwund in den meisten Fällen vernachlässigt werden kann, etwas größer ist der radiale Schwund und am größten der Schwund in tangentialer Holzrichtung. Die verschiedenen Holzarten arbeiten, je nach ihrer Zellstruktur, sehr unterschiedlich. So hat beispielsweise Pappelholz geringere Schwindmaße als Esche, was bedeutet, dass Pappel ein größeres Stehvermögen hat.

Tabelle mit differentiellen Schwindmaßen unterschiedlicher Holzarten

Holzart in Faserrichtung (longitudinal) quer zu den Jahresringen (radial) längs zu den Jahresringen (tangential)
Nadelhölzer
Fichte
0,01
0,19
0,36
Kiefer
0,01
0,19
0,36
Lärche
0,01
0,14
0,30
Laubhölzer
Buche
0,01
0,20
0,41
Eiche
0,01
0,18
0,34
Pappel
0,01
0,10
0,28
Ahorn
0,01
0,15
0,25
Kirsche
0,01
0,17
0,28
Birke
0,01
0,20
0,28
Esche
0,01
0,18
0,33
Nussbaum
0,01
0,20
0,27
Differentielle Schwind- und Quellmaße in % je 1% Holzfeuchteänderung. Alle Angaben sind Mittelwerte, Abweichungen sind möglich.

 

Kann man das Schwindmaß von Holzdielen berechnen?

Hat man zum Beispiel Fichtendielen mit den Maßen 140 mm x 20 mm mit stehenden Jahresringen (Riftschnitt) und einer aktuellen Holzfeuchte von 17%, die später im Mittel 9% Holzfeuchte betragen wird, rechnet man wie folgt, wenn man die Veränderung der Deckbreite ermitteln möchte:

Veränderung der Holzfeuchte: 17% – 9% = 8%

Benötigt wird bei einem Riftschnitt das radiale Schwindmaß. Daraus ergibt sich ein prozentualer Schwund von 8% x 0,19%/% = 1,52%

Die Diele schwindet somit gerundet in der Breite um 140 mm x 0,0152 = 2,1 mm.Holzquerschnitte mit unterschiedlicher Jahresringlage

Eine Ausnahme bei dieser Berechnung gibt es für Bretter mit üblicher Jahrringlage. Hier müssen tangentiale und radiale Schwindmaße gleichzeitig berücksichtigt werden. Dafür wird der gleiche Rechenweg wie oben jedoch mit einem Mittelwert aus tangentialem und radialem Schwindmaß der jeweiligen Holzart berechnet. Im Falle von Fichtenholz wäre das Schwindmaß tangential= 0,36% und radial = 0,19%. Der Mittelwert beträgt demnach 0,36% : 2 + 0,19% : 2 = 0,275%. Mit dem Mittelwert aus tangentialem und radialem Schwund wird sehr oft das Schwindverhalten von Nadelhölzern berechnet, da der Jahrringverlauf im Zuschnitt teilweise sehr unterschiedlich und schwer vorhersehbar ist.

Gibt es Maßnahmen, die das Arbeiten von Holz verringern?

Das Arbeiten von Holz kann mit einigen Maßnahmen vermindert werden. Gänzlich verhindern lässt es sich jedoch nicht, da Holz ein hygroskopischer Baustoff ist und sich somit ständig dem umgebenden Klima und der Feuchtigkeit anzupassen versucht.

Holzfeuchte anpassen: Wenn man weiß, in welcher klimatischen Umgebung das Holz später liegt, zum Beispiel Parkett oder Holzdielen im Wohnraum, oder Holz, aus dem Möbel entstehen sollen, können die Baumaterialien schon vorher an die späteren Raumklimata angepasst werden. Dafür lagert man zum Beispiel Vollholzdielen schon mindestens zwei Wochen vor dem Verbauen in einem Raum mit ähnlichem oder gleichem Klima (Luftfeuchtigkeit und Temperatur). So hat das Holz Zeit sich zu akklimatisieren und das spätere Arbeiten kann auf ein Minimum reduziert werden, da sich das Holz nur noch wenig verändert.

Hauptschwindrichtungen von Holz im StammquerschnittAuf Jahrringlage achten: Wie stark ein Holzstück arbeitet ist auch immer abhängig davon, wie die Zellstruktur in ihm aussieht, sprich, wie die Jahresringe im Holz liegen. Am meisten arbeitet Holz tangential, das heißt in Richtung der Jahresringe, weniger radial, also quer zu den Jahresringen und am wenigsten längs zur Holzfaser. Durch eine gezielte Auswahl aus “ruhigen” Holzteilen, zum Beispiel Brettern mit stehenden Jahresringen anstatt liegenden, kann man zu starkem Arbeiten entgegenwirken. Die “rechte Seite” eines Holzbrettes (immer dem Kern zugewandt) trocknet langsamer als die linke, dem Kern abgewandte Seite. Dadurch werden Bretter mit liegenden Jahresringen leicht rund. Verwendet man solche Leisten und Bretter für Fußleisten oder Türbekleidungen ist es ratsam, die rechte Seite des Holzes nach außen (von der Wand weg) zu setzen, damit keine Fugen am Wandanschluss entstehen.

Auf richtige Konstruktion achten: Mit einer guten Konstruktion kann man viel gegen das Arbeiten von Holz wett machen. Nicht umsonst gibt es zum Beispiel Fußbodendielen nach dem Nut und Feder-Prinzip. So ist hier gewährleistet, dass Fugen immer geschlossen bleiben, die Feder ragt beim Quellen und Schwinden mal mehr und mal weniger in das benachbarte Brett, es entstehen jedoch (bei richtiger Montage versteht sich) keine Spalten zwischen den Dielenbrettern. Auch im Möbelbau gibt es bestimmte Regeln, die das Arbeiten des Holzes berücksichtigen. Zum Beispiel Türrahmen oder Verkleidungen mit Füllungen aus Vollholz, bei dessen Konstruktion immer genügend Platz zum Arbeiten für die breitflächige Füllung sein muss.

Furnier absperren: Auch dünnste Schichten Holz unterliegen der permanenten Anpassung an das Raumklima. Um zu verhindern, dass ein Holzfurnier reißt, “sperrt” man es ab. Absperren bedeutet, eine weitere Furnierschicht wird unter die oberste Deckschicht geleimt, jedoch um 90° gedreht. Durch die vollflächige Verleimung werden die unterschiedlich verlaufenden Holzfasern am Arbeiten gehindert. Ein solches Absperren erfolgt immer in Furnier- oder Holzschichten einer ungeraden Zahl. Die oberste und unterste Schicht einer abgesperrten Holzfläche sollte immer in gleicher Richtung verlaufen, damit sich die Platte nicht diagonal verziehen kann.

Absperrleisten verwenden: Der Trend geht zur Zeit wieder vermehrt zu Vollholzmöbeln. Dabei werden auch Anrichten und Schränke, sowie Esstische, mit großen Flächen aus Leimholzplatten angeboten. Um dem Arbeiten dieser großflächigen Holzplatten vorzubeugen befinden sich zum Beispiel auf den Schranktür-Innenseiten oder der Unterseite der Tischplatten sogenannte Absperrleisten. Diese sind um 90° gedreht mit den jeweiligen Holzplatten verschraubt und wirken dem Arbeiten und Reißen der breiten Holzflächen entgegen.

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