Holz als Werkstoff

Holz arbeitet – Schwinden und Quellen von Holz

Wer Holz verarbeitet, sollte zumindest seine wichtigsten Eigenschaften und vor allem Eigenarten kennen. Als naturgewachsener Werkstoff reagiert Holz auf Temperatur und besonders auf Feuchtigkeitsschwankungen mit Schwinden, Quellen, Verziehen, Reißen oder Werfen. Kurz gesagt: Es arbeitet. Aber auch bei diesen Bewegungen folgt das Holz bestimmten Gesetzmäßigkeiten. Wenn man diese kennt, kann man seinen "Bewegungsdrang" in der Regel erfolgreich eindämmen.

Zunächst einmal muss man beachten, dass Holz beim Trocknen an Volumen verliert, es schwindet. Getrocknetes Holz, wie man es für Ausbauarbeiten im Innenbereich verwendet, kann aber auch wieder Feuchtigkeit und damit Volumen aufnehmen: In diesem Fall spricht man vom Quellen des Holzes. In Faserrichtung bewegt sich das Holz dabei übrigens kaum (maximal 1,5 Prozent Längenänderung). Die Hauptbewegung erfolgt quer zur Faser. Dabei kommt es zu charakteristischen Verformungen, da - vom Kern aus betrachtet - die Schwundneigung des Holzes nach außen hin stetig zunimmt.

Die aus einem Stamm geschnittenen Bretter kann man folgendermaßen differenzieren: Das Kernbrett (d) zeigt im Querschnitt neben dem Kern nur stehende Jahresringe, Mittelbretter (c) haben hauptsächlich halbstehende Jahresringe, während die ganz außen liegenden Seitenbretter (b) viele liegende Jahresringe aufweisen. Hinsichtlich ihres Schwundverhaltens unterscheiden sich diese Bretter erheblich: Auf der dem Kern zugewandten, so genannten rechten Seite werden Seiten- und Mittelbretter beim Schwinden rund, auf der dem Kern abgewandten linken Seite dagegen hohl. Dabei ist die Formänderung beim Seitenbrett stärker als beim Mittelbrett. Das Kernbrett schwindet am wenigsten, es wird lediglich auf beiden Seiten leicht rund. Sowohl bei Dielen- als auch bei Parkettböden werden Bretter aus jeder Schnittebene eingesetzt. Man muss also der Neigung zum Schwinden bzw. Quellen des Holzes auf andere Weise begegnen. Am wichtigsten ist hierbei die fachgerechte Holztrocknung. Dabei wird dem Holz in großen Kammern so viel Feuchtigkeit entzogen, bis es sich im Feuchtegleichgewicht mit der Raumtemperatur und Luftfeuchtigkeit von bewohnten und durchschnittlich beheizten Räumen befindet (20 ºC, 45 bis 55 Prozent Luftfeuchtigkeit). Dieses Gleichgewicht ist bei einer Holzfeuchte von 8 bis 10 Prozent erreicht. Erst dann wird das Holz verarbeitet. Um bei der Massivholzverarbeitung das Schwinden und Quellen weitestgehend zu verhindern, sollt das getrocknete zu verarbeitende Holz ca. 8 – 10 Tage in der Werkstatt lagern, um das Raumklima anzunehmen.

Begriffe

Gibt Holz unterhalb seines Fasersättigungsbereiches Feuchtigkeit an seine Umgebung ab, schwindet es. Umgekehrt quillt Holz, wenn es unterhalb seines Fasersättigungsbereiches Feuchtigkeit aus der Umgebung aufnimmt. Feuchtigkeitsabgabe aus bzw. Feuchtigkeitsaufnahme in Holz kann nur erfolgen, wenn die Luftfeuchtigkeit von der dazu gehörenden Holzfeuchte abweicht. Es muss also ein Feuchtigkeitsgefälle zwischen dem Holz und der Umgebung herrschen.

Beispiel 1: Feuchtigkeitsgefälle vom Holz zur Luft

Beispiel 2: Feuchtigkeitsgefälle von der Luft zum Holz

Beispiel 3: Feuchtigkeitsgleichgewicht zwischen Holz und Luft

Arbeiten des Holzes

Definition: Maßänderung des Holzes durch Feuchtigkeitsaufnahme und -abgabe. Holz kann Feuchtigkeit abgeben und Feuchtigkeit aufnehmen. Die Holzfeuchtigkeit passt sich der Luftfeuchtigkeit der Umgebung an. Abgesehen vom Quellen und Schwinden kann das Holz sich auch verziehen oder reißen. Auch diese Veränderungen fasst man unter dem Begriff Arbeiten des Holzes zusammen.

Darrgewicht

Definition: Gewicht des völlig (absolut) trockenen Holzes. Die Holzfeuchte beträgt 0 %. Das Holz kann kein Wasser mehr abgeben, es wird nicht mehr leichter. Um die Holzfeuchte zu bestimmen, macht man die Darrprobe. Das Holz wird im feuchten Zustand (Nassgewicht) und nach dem Darren (Trocknen) gewogen. Aus dem Gewichtsunterschied wird die Holzfeuchte errechnet.

Holzfeuchte

Definition: Der Wasseranteil im Holz, auch Holzfeuchtigkeit genannt. Die Holzfeuchte wird aus dem Unterschied zwischen Nass- und Darrgewicht (Trockengewicht) errechnet. Sie wird in Prozent (%) angegeben.

Holz "arbeitet" in den drei Hauptrichtungen unterschiedlich stark. Ursache hierfür liegt im submikroskopischen Holzaufbau

axial
radial
tangential

Axiales Schwinden ist sehr gering

Das axiale Schwinden/Quellen ist mit ca. 0,3% von FSB bis Darrtrocken sehr gering, weshalb es idR. vernachlässigt wird, im Gegensatz zum radialen und tangentialen Arbeiten. Das Holz in axialer Richtung nur unwesentlich schwindet erklärt sich dadurch, dass die Zellulose-Ketten weitgehend in axialer Richtung angeordnet sind. Zwischen den Zellulose-Molekühlen einer Kette bestehen chemische Bindungen die sehr fest und stabil sind und es Wasser nicht ermöglichen sich "in eine Kette reinzudrängeln" und so eine Dimensionsveränderung längs der Ketten erlaubt. Die einzelnen Zellulose-Ketten sind dagegen untereinander nur durch Nebenvalenzen verbunden, hier kann sich Wasser "zwischenquetschend".

Ursache des unterschiedlichen tangentialen und radialen Arbeitens

Die Zellwand von Holz besteht aus mehrenden Schichten, die sogenannten Sekundärschichten (S1 und S2) besteht zu über 85% aus Zellulose. Innerhalb der Sekundärwand sind die Zellulose-Ketten ausgerichtet, allerdings mit unterschiedlichen Steigungswinkeln zur Stammachse, dieses bewirkt das unterschiedliche Arbeiten tangential und radial.

Die anderen Schichten der Zellwand sind am Quellen/ Schwinden kaum beteiligt, da sie wenig Zellulose enthalten, sondern andere Stoffe wie Hemizellulose, Pektin und Lignin. Unterschiede bei verschiedenen Holzarten werden sichtbar. Allgemein kann man feststellen, dass harte Hölzer (mit großer Rohdichte) stärker schwinden oder quellen als weiche Hölzer. Die Ursache liegt im mikroskopischen Bau, der Stärke der Zellwände.