Geschichte der Holzfeuchtemessgeräte

Holzfeuchtemessgerät mit Stift

Schon bevor die Wissenschaft die Beziehung zwischen Holz und Feuchtigkeit gut verstand, mussten Holzarbeiter die Auswirkungen von Feuchtigkeit auf ihre Materialien berücksichtigen.

Glücklicherweise verstehen wir die hygroskopischen Eigenschaften von Holz heute gut. Daher konnten wir dieses Wissen nutzen, um Holzfeuchtemessgeräte zu entwickeln, die uns quantifizierbare Daten über den Feuchtigkeitszustand eines Holzstücks liefern. Mit dem Fortschritt unseres kollektiven Verständnisses haben sich auch die Prüfmethoden weiterentwickelt.

Heutzutage gibt es zwei Haupttypen tragbarer Holzfeuchtemessgeräte: solche mit und ohne Stift. Beide basieren auf unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften, die von der im zu messenden Holz enthaltenen Feuchtigkeitsmenge beeinflusst werden. Darauf gehen wir später in diesem Artikel genauer ein.

Für den Moment genügt es zu sagen, dass Stiftmessgeräte zwei nagelartige Elektroden verwenden, die in das Holz eingeführt werden und den zwischen ihnen fließenden Strom messen. Stiftlose Messgeräte verwenden Sensorplatten, die flach auf der Holzoberfläche liegen und das Verhalten einer elektrischen Welle messen, die sie durch das Holz senden.

Ohne auf die wissenschaftlichen Hintergründe der einzelnen Feuchtigkeitsmessgeräte einzugehen, liegen die offensichtlichsten Unterschiede zwischen ihnen in ihrer Wirkung auf das zu messende Holz und ihrer Benutzerfreundlichkeit.

Stiftmessgeräte hinterlassen Löcher im zu messenden Holz. Daher eignen sie sich zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts von Brennholz oder Holzstücken, bei denen das Hinterlassen mehrerer Löcher weder die strukturelle Integrität noch die Ästhetik des Endprodukts beeinträchtigt.

Im Gegensatz dazu hinterlassen stiftlose Messgeräte keine physischen Markierungen. Sie können nur auf flachem Holz verwendet werden und die gesamte Sensorfläche muss während der Messung Kontakt mit dem Holz haben.

Orion 950 Smart Pinless Holzfeuchtemessgerät

Das langsame Arbeiten bei der Messung des Holzfeuchtegehalts ist eine weitere Folge des Einstechens oder Einschlagens von Stiften bei der Verwendung eines Stiftmessgeräts. Das Einstechen der Stifte bis zur richtigen Tiefe, das Herausziehen und die Sicherstellung, dass die Stifte in gutem Zustand sind, um eine Messung durchführen zu können, nimmt Zeit in Anspruch.

Die Beurteilung des Feuchtigkeitszustands eines großen Stücks oder einer großen Holzcharge erfordert daher einen erheblichen Zeitaufwand. Wahrscheinlicher ist, dass Sie einfach weniger Messungen durchführen. Das verlängert einerseits die Projektlaufzeiten und -kosten, andererseits bedeutet es, dass Sie Entscheidungen anhand weniger Datenpunkte treffen müssen.

Mit stiftlosen Messgeräten können Sie wesentlich effizienter arbeiten, da ihre Verwendung weniger körperliche Anstrengung erfordert und sie nicht so anfällig für physische Schäden sind wie die Stiftelektroden.

Doch genau hier stehen wir heute. Elektrische Feuchtigkeitsmessgeräte blicken auf eine fast 100-jährige Geschichte zurück. Interessanterweise nutzen sie zur Überprüfung ihrer Genauigkeit noch immer eine noch ältere Methode – die Ofentrocknung. Um die Funktionsweise heutiger tragbarer Holzfeuchtemessgeräte zu verstehen, lohnt es sich, die Entwicklung der zugrundeliegenden Technologie näher zu betrachten.

Ofentrocknungsmethoden sind der Goldstandard zur Messung der Holzfeuchte

Die älteste Methode zum Trocknen von Holz ist die Lufttrocknung. Diese Methode braucht Zeit. Holz wurde oft jahrelang gelagert, bevor es verwendet wurde. Frühe Versuche, den Trocknungsprozess zu beschleunigen, führten zum Bau verschiedener Arten von Trockenhäusern. Dabei handelte es sich um einfache Konstruktionen über gegrabenen Kellern mit einem Ziegel- oder Ziegelofen.

In den USA war die Nutzung von Trockenhäusern nicht üblich, unter anderem wegen der enormen Brandgefahr. In den 1850er Jahren gab es zwar einige Experimente mit Dampfleitungen, die jedoch nicht erfolgreich waren. Schließlich entstanden in den 1870er Jahren im Mittleren Westen die ersten erfolgreichen Holztrocknungskammern, Trockenkammern mit Wärmedämmung.

Durch Versuch und Irrtum entdeckten Ofenbetreiber, dass das Trocknen von Holz bei niedrigeren Temperaturen mit Umluft bessere Ergebnisse lieferte als die hohe Hitze. Schließlich erhielt der Versuch-und-Irrtum-Ansatz von Unternehmen, die Trocknungszeiten minimieren und gleichzeitig den Ertrag maximieren wollten, Unterstützung von Wissenschaftlern und Forschern. Durch wissenschaftliche Untersuchungen entdeckten und validierten Forscher eine Vielzahl physikalischer Eigenschaften von Holz. Zu ihren Entdeckungen gehörten unter anderem Erkenntnisse zur Zellstruktur und den chemischen Eigenschaften von Holz.

Dies wiederum führte zum Verständnis, wie sich physikalische Unterschiede zwischen Holzarten und sogar zwischen derselben Art, die an verschiedenen Standorten wächst, auf den Trocknungsprozess des Holzes auswirken.

Durch den Aufstieg der Holzforschung entwickelten Holzwissenschaftler eine Formel zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts eines Holzstücks in Abhängigkeit von seinem Gewicht und in Prozent.

Feuchtigkeitsgehalt (MC) = (Ausgangsgewicht – ofentrockenes Gewicht)/ ofentrockenes Gewicht * 100

Die Ofentrocknungsmethode ermöglicht eine direkte Messung des Feuchtigkeitsgehalts eines Holzstücks. Wenn Sie einen Holztrocknungsofen besitzen, können Sie das Holz vor und nach dem Trocknungszyklus im Ofen wiegen. ASTM D4442 (Standardprüfverfahren zur direkten Messung des Feuchtigkeitsgehalts von Holz und Holzwerkstoffen) gibt an, dass die Ofentrocknung „die höchste Genauigkeit bzw. Präzision“ bietet und „der Referenzstandard (Primärstandard) für die Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts von Holz und Holzwerkstoffen“ ist.

Daher wird die Ofentrocknung von Holz gemäß ASTM D4442 als Referenzpunkt für die Kalibrierung tragbarer Feuchtigkeitsmessgeräte verwendet. ASTM D4444 (Standardprüfverfahren zur Laborstandardisierung und Kalibrierung tragbarer Feuchtigkeitsmessgeräte).

Tragbare Feuchtigkeitsmessgeräte liefern eine indirekte Feuchtigkeitsmessung. Da Wasser Strom leitet, erfassen die Messgeräte Daten über das Verhalten elektrischer Ströme oder Wellen in einem Holzstück. Diese Daten werden dann zusammen mit anderen relevanten Datenpunkten zur Berechnung des Holzfeuchtegehalts verwendet.

Entwicklung elektrischer Holzfeuchtemessgeräte

Die Menschheit weiß seit langem, dass Holz Feuchtigkeit enthält, dass es austrocknet und bei Kontakt mit Wasser wieder Feuchtigkeit aufnehmen kann. Tatsächlich wussten Wissenschaftler schon seit der Entdeckung der Elektrizität um den Zusammenhang zwischen Wasser und Elektrizität. Insbesondere wussten sie, dass Wasser leitet Strom, auch wenn der spezifische chemische Prozess, der im Wasser stattfindet, wenn es elektrische Ladungen durchlässt, erst vor kurzem dokumentiert wurde.

Ende der 1920er Jahre bestätigten Forscher erstmals die Idee, die elektrischen Eigenschaften von Holz als Maß für dessen Feuchtigkeitsgehalt zu nutzen. Eines der ersten tragbaren elektrischen Holzfeuchtemessgeräte, für das wir Dokumentationen finden, ist ein Blinkermessgerät aus dem Jahr 1927. Dieses Messgerät verfügte über eine Neonlampe, die an einen Kondensator angeschlossen war, der mit dem Holz in Kontakt stand. Der Kondensator absorbierte die durch das Holz fließende Ladung. War der Kondensator vollständig geladen, leuchtete die Neonlampe kurz auf. Je schneller sich der Kondensator wieder aufladen konnte, desto schneller blinkte die Lampe.

Wie schnell sich der Kondensator wieder aufladen konnte, hing vom Widerstand des Holzes ab. Da Feuchtigkeit Strom leitet, war der Kondensator umso schneller vollständig geladen, je mehr Feuchtigkeit im Holz war. Bei hohem Widerstand (d. h. geringer Feuchtigkeit) blinkte die Lampe langsam.

Innerhalb der folgenden zehn Jahre wurde ein neuer Typ elektrischer Feuchtigkeitsmesser entwickelt: ein Vakuumröhrenmessgerät. Dieses Messgerät nutzte ein Vakuumröhrenvoltmeter als Teil einer Wheatstone-Brückenschaltung, die einen Widerstand zur Messung gegen das zu messende Holz nutzte. Das Vakuumröhrenmessgerät ist der direkte Vorläufer der heute verwendeten Widerstandsfeuchtemessgeräte.

Mitte der 1940er Jahre waren Stiftmessgeräte kommerziell erhältlich. Sie funktionierten (und tun es noch immer), indem sie den Stromfluss zwischen in das Holz eingeführten Sonden maßen. Wie beim frühen Blinkermessgerät war ein höherer Stromfluss zwischen den Sonden ein Indikator für einen niedrigeren Feuchtigkeitsgehalt.

Ohne die Leitfähigkeit hoher Feuchtigkeitsgehalte bot das trockene Holz einen Widerstand, der den Stromfluss nahezu verhinderte. Einige frühe Stiftmessgeräte verwendeten vier Sonden. Moderne Stiftfeuchtemessgeräte benötigen nur noch zwei Sonden.

Während Widerstandsmessgeräte auf den Markt kamen, untersuchten Forscher auch, wie sich dielektrische Eigenschaften zur Messung der Holzfeuchtigkeit nutzen ließen. Dielektrische Materialien können elektrischen Strom übertragen, ohne selbst leitend zu sein. Diese Forschung führte schließlich zu zwei weiteren Methoden zur Messung der Holzfeuchtigkeit, die auf zwei unterschiedlichen dielektrischen Prinzipien basieren.

Ohne zu tief in die Elektrotechnik einzutauchen, nutzten diese beiden Arten von dielektrischen Messgeräten Radiowellen zur Messung des Feuchtigkeitsgehalts. Das Leistungsverlustmessgerät ermittelt den Verlust elektromagnetischer Energie, der mit dem Feuchtigkeitsgehalt korreliert. Das kapazitive Feuchtigkeitsmessgerät verfolgt den umgekehrten Ansatz. Es untersucht, wie viel elektrische Energie gespeichert werden kann. Gemeinsam ist beiden Geräten in der Praxis, dass bei keinem von beiden Stifte benötigt werden, die die Holzoberfläche durchstoßen.

Stattdessen verwenden sie Sensorplatten, die eine Radiofrequenz durch das Holz senden. Das Forest Products Laboratory (FPL) des US-Landwirtschaftsministeriums hatte ein kapazitives Gerät zur Messung der Holzfeuchte entwickelt, das jedoch nicht im Handel erhältlich war. Zu diesem Zeitpunkt verkauften bereits viele Hersteller Stiftfeuchtemessgeräte.

Die moderne Ära der elektrischen Holzfeuchtemessgeräte

Anfang der 1960er Jahre gab es bereits ein gängiges Feuchtigkeitsmessgerät auf dem Markt. Delmer Wagner, der Gründer von Wagner Meters, arbeitete damals als Elektriker in einem Sägewerk in Oregon. Das Werk verwendete einen großen, unhandlichen Vakuumröhren-Feuchtigkeitsdetektor.

Um ein Feuchtigkeitsmessgerät zu bauen, das kleiner und einfacher zu kalibrieren war, entwickelte Delmer das erste Inline-Feuchtemessgerät. Dieses Inline-Feuchtemesssystem nutzte Transistoren zur Feuchtigkeitsmessung. Delmer verließ schließlich das Sägewerk und gründete 1965 Wagner Electronics (heute bekannt als Wagner Meters), das Inline-Feuchtemessgeräte für die Holzindustrie baute.

Bis Ende der 1980er Jahre waren fast alle tragbaren Holzfeuchtemessgeräte auf dem Markt Stiftfeuchtemessgeräte. Diese neuen stiftlosen Feuchtemessgeräte waren jedoch immer noch recht groß, schwer zu kalibrieren und reagierten zu empfindlich auf Umgebungsbedingungen. Infolgedessen florierte der Markt für Stiftfeuchtemessgeräte, während es nur sehr wenige stiftlose Messgeräte gab.

In den 1990er Jahren begann Wagner Meters mit der Entwicklung eines stiftlosen Holzfeuchtemessgeräts, das die Mängel der damals auf dem Markt erhältlichen stiftlosen Messgeräte behob. Die erste Serie tragbarer stiftloser Feuchtemessgeräte von Wagner Meters verfügte über eine verbesserte Schaltung mit elektromagnetischen Wellen, die präzisere Feuchtemessungen ermöglichte.

Darüber hinaus reagierte die Schaltung weniger empfindlich auf Umgebungs- und Holztemperatur. Wagner Meters konnte zudem die Größe des Handmessgeräts im Vergleich zu den derzeit auf dem Markt erhältlichen Geräten deutlich reduzieren. Stiftlose Messgeräte anderer Hersteller wogen in der Regel mindestens 10 kg. Die ursprünglichen Feuchtigkeitsmessgeräte waren für Sägewerke konzipiert, doch Mitte der 1990er Jahre brachte Wagner Meters ein speziell für Holzarbeiter entwickeltes Gerät auf den Markt.

Die ursprüngliche Produktreihe der Wagner-Feuchtemessgeräte ohne Stift war analog. Anfang der 2000er Jahre wurde die analoge Produktreihe durch eine Reihe digitaler Feuchtemessgeräte ohne Stift ersetzt. Diese Messgeräte verwendeten Mikroprozessoren, sodass die Größe der Wagner-Handmessgeräte kontinuierlich abnahm. Zu diesem Zeitpunkt hatten zahlreiche Studien bestätigt, dass Wagner-Stiftlose Messgeräte lieferten genauere Messwerte als Stiftfeuchtigkeitsmessgeräte.

Diese Studien sind bedeutsam, da sie die weit verbreitete Annahme widerlegten, Stiftmessgeräte seien genauer als solche ohne Stift. Die grundlegenden Technologien sowohl der Stift- als auch der Stiftlosen Messgeräte bleiben unverändert. Die meisten Fortschritte bei Holzfeuchtemessgeräten konzentrieren sich heute auf die in die Messgeräte integrierten Mehrwertfunktionen und die damit verbundenen Dienstleistungen.

Die Orion-Reihe digitaler stiftloser Holzfeuchtemessgeräte.

Als Ergebnis Wagners neueste Linie von Holzfeuchtemessgeräten, der Orion®, verfügt über neue, ausgeklügelte Funktionen, die das Leben von Holzarbeitern einfacher machen.

Beispielsweise sind die Orion-Messgeräte die einzigen auf dem Markt, die vor Ort mit dem On-Demand-Kalibrator kalibriert werden können, der jedem Orion-Messgerät beiliegt. Alle anderen Handmessgeräte müssen zur Werkskalibrierung an den Hersteller geschickt werden, was Zeit und Geld kostet.

Einige der nützlichsten Mehrwertfunktionen verbessern die Datenerfassung und -verwaltung des Zählers. Da Kenntnis des Gleichgewichtspunkts des Feuchtigkeitsgehalts (EMC) des Einsatzortes Da dies für den Schutz von Holz vor zukünftigen feuchtigkeitsbedingten Schäden so wichtig ist, umfasst die Funktionalität des Orion 950 die Berechnung des EMC für Benutzer.

Das stiftlose Messgerät erfasst die Umgebungstemperatur und die relative Luftfeuchtigkeit und berechnet daraus den Feuchtigkeitsgehalt (EMC). Dieser kann dann als Zielfeuchtegehalt für Ihr Projekt oder zur Vorhersage von Trocknungsmustern verwendet werden. Feuchtigkeitsmessgerätebasierte EMC-Berechnungen ersparen Anwendern den Aufwand und die Unsicherheit, den EMC selbst berechnen zu müssen.

Stiftlose Messgeräte sind genauer und zuverlässiger als Stift-Feuchtigkeitsmessgeräte

Sowohl Stift- als auch Stiftlose Feuchtigkeitsmessgeräte untersuchen die elektrischen Eigenschaften von Holz, untersuchen aber jeweils unterschiedliche Eigenschaften. Vereinfacht ausgedrückt reagieren Stiftmessgeräte auf die chemischen Eigenschaften des Holzes, Stiftlose auf das spezifische Gewicht des Holzes.

Sowohl die chemische Zusammensetzung als auch die Dichte eines Holzstücks variieren je nach Holzart. Aus diesem Grund müssen beide Messgeräte auf die zu messende Holzart eingestellt werden, um einen genauen Feuchtigkeitswert zu erhalten.

Laut FPL beeinflussen Wetterbedingungen, Elektrodenkontakt, Holztemperatur und die Fähigkeiten des Bedieners die Genauigkeit der Messwerte. Viele dieser Faktoren wirken sich stärker auf Stiftfeuchtemessgeräte aus als auf stiftlose Messgeräte. Studien haben gezeigt, dass stiftlose Messgeräte oft genauer und zuverlässiger sind als Widerstandsmessgeräte.

Beispielsweise reagieren Stiftmessgeräte sehr empfindlich auf Holztemperaturen, was die Genauigkeit der Messung beeinträchtigen kann. Wenn die Lufttemperatur in beide Richtungen weit von dieser Marke abweicht, muss der Bediener die Messwerte anhand der genauen Lufttemperatur am Messort anpassen.

Die Anpassung der Holztemperatur ist nur ein Aspekt, bei dem die subjektiven Fähigkeiten des Bedieners die Genauigkeit eines Stiftmessgeräts beeinflussen können. Stiftmessgeräte erfordern außerdem präzises Bedienergeschick, um sicherzustellen, dass beide Elektroden korrekt und tief in das Holz eingetrieben werden. Ohne korrekte Ausrichtung oder Tiefe messen die Elektroden die Feuchtigkeit an der jeweiligen Stelle möglicherweise nicht genau.

Die wichtigste Fähigkeit des Bedieners beim Platzieren eines stiftlosen Feuchtigkeitsmessgeräts besteht einfach darin, sicherzustellen, dass die Sensorplatten flach auf der Holzoberfläche aufliegen.

Aus diesem Grund sind stiftlose Messgeräte in der Regel nicht für Brennholz geeignet. Die schnelle und einfache Bedienung des Stiftmessgeräts führt dazu, dass Holzarbeiter damit in der Regel mehr Messungen durchführen als mit stiftlosen Messgeräten. Mehr Feuchtigkeitsdaten liefern ein genaueres Bild des Feuchtigkeitszustands einer Holzcharge.

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Die Geschichte der Holzfeuchtemessgeräte: Vom Versuch und Irrtum zum unverzichtbaren Werkzeug für die Holzbearbeitung

Da die Holzindustrie im Zuge der industriellen Revolution im 19. Jahrhundert rasant wuchs, suchten Sägewerke logischerweise nach Möglichkeiten, den Trocknungsprozess zu beschleunigen, ohne das Holz zu zerstören. Ihre Versuch-und-Irrtum-Methode und ihr anekdotisches Wissen über die Wettertrocknung halfen ihnen bei der Innovation.

Sie erkannten, wie zirkulierende Luft die Erträge maximierte, indem sie niedrigere Temperaturen zum Trocknen von Holz ermöglichte. Sie beobachteten, wie verschiedene Holzarten unter ähnlichen Bedingungen reagierten. Ihre praktischen Untersuchungen bildeten den Grundstein für die formalisierte Holzwissenschaft.

Orion-Messgeräte von Wagner Meters sind die einzigen verfügbaren stiftlosen Holzfeuchtemessgeräte, die vor Ort wirklich kalibriert werden können, anstatt zur Neukalibrierung an das Werk zurückgeschickt zu werden.

Durch die intensive wissenschaftliche Forschung hat sich unser Verständnis der physikalischen und mechanischen Eigenschaften von Holz im Laufe des 20. Jahrhunderts deutlich erweitert. Dank dieser Forschung konnte die Industrie bestimmen, wie sich Feuchtigkeit durch Holz bewegt und wie sich übermäßige Feuchtigkeit negativ auf das Holz auswirkt.

Um den Kreis zu schließen: Die Holzindustrie hat mithilfe der Erkenntnisse der Holzwissenschaft die notwendigen Werkzeuge entwickelt, um den Feuchtigkeitsgehalt von Holz sowohl direkt als auch indirekt mit hoher Genauigkeit zu messen.

Als die Holzwissenschaft immer mehr über das Zusammenspiel von Feuchtigkeit und Elektrizität im Holz herausfand, nutzten die Messgerätehersteller diese Fortschritte, um kommerziell nutzbare Feuchtigkeitsmessgeräte zu entwickeln und zu bauen – insbesondere tragbare Feuchtigkeitsmessgeräte.

Mit zuverlässigen und präzisen tragbaren Holzfeuchtemessgeräten kann jeder Holzverarbeiter, vom Sägewerkbetreiber bis zum Hobbybastler, fundierte Entscheidungen darüber treffen, wann Holz für den nächsten Schritt auf dem Weg zu seiner beabsichtigten Verwendung bereit ist. Als leistungsstarkes Werkzeug sind Holzfeuchtemessgeräte heute für fast alle Holzverarbeiter unverzichtbar, weshalb sich die Frage stellt, warum sie nicht von allen Holzverarbeitern eingesetzt werden.

Da heute jeder mit einem tragbaren Feuchtigkeitsmessgerät auf genaue Informationen zum Feuchtigkeitszustand von Holz zugreifen kann, liegt es in seiner Verantwortung, dies auch zu tun.

Tony Morgan

Tony Morgan ist leitender Techniker bei Wagner Meters und gehört dort einem Team für Produkttests, Entwicklung sowie Kundenservice und Schulungen für Feuchtemessgeräte an. Neben 19 Jahren Berufserfahrung bei verschiedenen Elektronikunternehmen verfügt Tony über einen Bachelor-Abschluss in Management und einen Master-Abschluss in Elektrotechnik.

Zuletzt aktualisiert am 10. Januar 2025