Vom Holzdoktor: Holz- & Feuchtigkeitstraining

Von Dr. Eugene Wengert – Urheberrechtlich geschütztes Material.
Mit freundlicher Genehmigung von Wagner Meters

Holz und Holzprodukte nehmen, auch wenn sie im Ofen getrocknet wurden, ständig Feuchtigkeit auf oder verlieren sie, um ein Feuchtigkeitsgleichgewicht mit ihrer Umgebung zu erreichen.

Mit anderen Worten: Holz nimmt an feuchteren Standorten Feuchtigkeit auf und verliert sie an trockeneren Standorten. Diese Feuchtigkeitsaufnahme und -abgabe kann kritisch werden, wenn man bedenkt, dass Holz bei Feuchtigkeitsaufnahme aufquillt und bei Feuchtigkeitsverlust schrumpft.

Darüber hinaus lässt sich Holz schlecht bearbeiten und verleimen, wenn der Feuchtigkeitsgehalt zu hoch oder zu niedrig ist.

Von Dr. Eugene Wengert – Urheberrechtlich geschütztes Material.
Mit freundlicher Genehmigung von Wagner Meters

Der Feuchtigkeitsgehalt eines Holzstücks und sein Gleichgewicht mit seiner Umgebung werden durch die relative Luftfeuchtigkeit der das Holzstück umgebenden Luft bestimmt. Dies gilt unabhängig davon, ob es sich bei dem Holz um Schnittholz handelt und es sich im Herstellungsprozess um ein unfertiges Bauteil handelt, das transportiert oder gelagert wird, oder ob es mit Beschichtungen, wie z. B. Lack, veredelt und in Betrieb genommen wird.

Die Temperatur beeinflusst den Feuchtigkeitsgehalt nicht nennenswert und führt daher auch nicht zu nennenswertem Schwinden oder Quellen des Holzes. Diese fehlende Temperaturempfindlichkeit ist ein Vorteil von Holz gegenüber anderen Baustoffen wie Aluminium oder Kunststoff.

Bevor wir fortfahren, betrachten wir die kritische Beziehung zwischen relativer Luftfeuchtigkeit und Feuchtigkeitsgehalt. Bei einer gegebenen durchschnittlichen relativen Luftfeuchtigkeit gibt es einen durchschnittlichen Feuchtigkeitsgehalt, bei dem sich Holz ausglich.

Wenn die relative Luftfeuchtigkeit beispielsweise 30 % beträgt, erreicht unter diesen Bedingungen gelagertes Holz schließlich einen Feuchtigkeitsgehalt von 6 %. Es kann Stunden, Tage, Wochen oder sogar Monate dauern, bis dieser endgültige Gleichgewichtswert erreicht ist.

Die Zeit hängt von vielen Faktoren ab, einschließlich der Größe des Holzstücks (dicker dauert länger), der Maserungsausrichtung (die Maserung ist kürzer), der Umgebungslufttemperatur (heißer dauert es kürzer) und der aufgetragenen Beschichtung (falls vorhanden). Beschichtetes Holz braucht länger.

Die Feuchtigkeit in der Luft wird als Gleichgewichtsfeuchtigkeitsgehalt oder EMC bezeichnet.

In unserem Beispiel mit 30 % relativer Luftfeuchtigkeit beträgt die EMC der Luft 6 %.

Es gibt vier Schlüsselwerte für die relative Luftfeuchtigkeit und die entsprechende EMC, mit denen ein Holzhersteller oder -nutzer sehr vertraut sein sollte und die er sich am besten einprägt.

Die ersten beiden, 6 % bis 9 % EMC, entsprechen jeweils einer relativen Luftfeuchtigkeit von 30 % bis 50 %. Sie sind sehr wichtig, da sie die typischen Innenraumwerte für beheizte und klimatisierte Büros und Wohnungen in den meisten Teilen Nordamerikas darstellen. Diese Werte gelten für Schnittholz, ob grün oder ofengetrocknet, sowie für Rohteile, Fertigteile, Schränke, Möbel und Tischlerarbeiten.

In kalten Klimazonen kann die Luftfeuchte in Innenräumen sogar unter 6 % EMC liegen. In Produktionsstätten mit Staubabsaugsystemen und beheizter Luft zur Steigerung des Komforts sind die Bedingungen im Werk oft ebenfalls unter 6 % EMC, sofern die Luft nicht befeuchtet wird. Andererseits können in den feuchten Sommermonaten, insbesondere ohne Klimaanlage, die Temperaturen in Wohnhäusern, Büros und Produktionsstätten manchmal über 9 % EMC liegen.

In den meisten Teilen der USA liegt die Luft in vor Regen geschützten Außenbereichen, darunter Lagerhallen, unbeheizte Schuppen und sogar unbeheizte Häuser im Bau, im Durchschnitt bei 12 % EMC, was einer relativen Luftfeuchtigkeit von 65 % entspricht.

In Küstengebieten wie Miami, New Orleans, Seattle und Inselklimazonen wie Jamaika und Japan ist der EMC-Wert höher. In Innenräumen kann der EMC-Wert bis zu 12 % betragen, im Außenbereich bis zu 16 %.

Unbeschichtetes Holz verändert seinen Feuchtigkeitsgehalt schneller als beschichtetes Holz. Beachten Sie jedoch, dass die Beschichtung die Veränderung des Feuchtigkeitsgehalts nur verlangsamt. Beschichtete Holzprodukte verändern ihren Feuchtigkeitsgehalt oft nur sehr langsam, sodass kurze Extremtemperaturen von sehr trockener oder sehr feuchter Luft nicht so stark ausgeprägt sind wie bei unbeschichteten Produkten.

Und noch ein Grundprinzip: Kammertrocknung führt nicht zu einem Holzprodukt, dessen Feuchtigkeitsgehalt unverändert bleibt. Jedes Holz verändert seinen Feuchtigkeitsgehalt, wenn sich die Luftfeuchtigkeit ändert. Kammertrocknung ist lediglich eine schnelle und hochwertige Methode, um den Feuchtigkeitsgehalt von Holz auf einen gewünschten Wert zu senken. Wenn kammergetrocknetes Holz zwar ordnungsgemäß getrocknet wird, die daraus hergestellten Teile und Komponenten jedoch nicht richtig behandelt werden und wieder Feuchtigkeit aufnehmen, ist mit einem Schrumpfen in einer trockenen Produktionsumgebung oder im trockenen Wohn- oder Bürobereich des Kunden zu rechnen.

Wir werden gleich auf die Messung von EMV und Feuchtigkeitsgehalt eingehen. Doch vorher wollen wir einige Gründe für unsere kritischen Überlegungen zum Feuchtigkeitsgehalt betrachten.

Von Dr. Eugene Wengert – Urheberrechtlich geschütztes Material.
Mit freundlicher Genehmigung von Wagner Meters

Der Feuchtigkeitsgehalt eines Holzstücks und sein Gleichgewicht mit seiner Umgebung werden durch die relative Luftfeuchtigkeit der das Holzstück umgebenden Luft bestimmt. Dies gilt unabhängig davon, ob es sich bei dem Holz um Schnittholz handelt und es sich im Herstellungsprozess um ein unfertiges Bauteil handelt, das transportiert oder gelagert wird, oder ob es mit Beschichtungen, wie z. B. Lack, veredelt und in Betrieb genommen wird.

Die Temperatur beeinflusst den Feuchtigkeitsgehalt nicht nennenswert und führt daher auch nicht zu nennenswertem Schwinden oder Quellen des Holzes. Diese fehlende Temperaturempfindlichkeit ist ein Vorteil von Holz gegenüber anderen Baustoffen wie Aluminium oder Kunststoff.

Bevor wir fortfahren, betrachten wir die kritische Beziehung zwischen relativer Luftfeuchtigkeit und Feuchtigkeitsgehalt. Bei einer gegebenen durchschnittlichen relativen Luftfeuchtigkeit gibt es einen durchschnittlichen Feuchtigkeitsgehalt, bei dem sich Holz ausglich.

Wenn die relative Luftfeuchtigkeit beispielsweise 30 % beträgt, erreicht unter diesen Bedingungen gelagertes Holz schließlich einen Feuchtigkeitsgehalt von 6 %. Es kann Stunden, Tage, Wochen oder sogar Monate dauern, bis dieser endgültige Gleichgewichtswert erreicht ist.

Die Zeit hängt von vielen Faktoren ab, einschließlich der Größe des Holzstücks (dicker dauert länger), der Maserungsausrichtung (die Maserung ist kürzer), der Umgebungslufttemperatur (heißer dauert es kürzer) und der aufgetragenen Beschichtung (falls vorhanden). Beschichtetes Holz braucht länger.

Die Feuchtigkeit in der Luft wird als Gleichgewichtsfeuchtigkeitsgehalt oder EMC bezeichnet.

In unserem Beispiel mit 30 % relativer Luftfeuchtigkeit beträgt die EMC der Luft 6 %.

Es gibt vier Schlüsselwerte für die relative Luftfeuchtigkeit und die entsprechende EMC, mit denen ein Holzhersteller oder -nutzer sehr vertraut sein sollte und die er sich am besten einprägt.

Die ersten beiden, 6 % bis 9 % EMC, entsprechen jeweils einer relativen Luftfeuchtigkeit von 30 % bis 50 %. Sie sind sehr wichtig, da sie die typischen Innenraumwerte für beheizte und klimatisierte Büros und Wohnungen in den meisten Teilen Nordamerikas darstellen. Diese Werte gelten für Schnittholz, ob grün oder ofengetrocknet, sowie für Rohteile, Fertigteile, Schränke, Möbel und Tischlerarbeiten.

In kalten Klimazonen kann die Luftfeuchte in Innenräumen sogar unter 6 % EMC liegen. In Produktionsstätten mit Staubabsaugsystemen und beheizter Luft zur Steigerung des Komforts sind die Bedingungen im Werk oft ebenfalls unter 6 % EMC, sofern die Luft nicht befeuchtet wird. Andererseits können in den feuchten Sommermonaten, insbesondere ohne Klimaanlage, die Temperaturen in Wohnhäusern, Büros und Produktionsstätten manchmal über 9 % EMC liegen.

In den meisten Teilen der USA liegt die Luft in vor Regen geschützten Außenbereichen, darunter Lagerhallen, unbeheizte Schuppen und sogar unbeheizte Häuser im Bau, im Durchschnitt bei 12 % EMC, was einer relativen Luftfeuchtigkeit von 65 % entspricht.

In Küstengebieten wie Miami, New Orleans, Seattle und Inselklimazonen wie Jamaika und Japan ist der EMC-Wert höher. In Innenräumen kann der EMC-Wert bis zu 12 % betragen, im Außenbereich bis zu 16 %.

Unbeschichtetes Holz verändert seinen Feuchtigkeitsgehalt schneller als beschichtetes Holz. Beachten Sie jedoch, dass die Beschichtung die Veränderung des Feuchtigkeitsgehalts nur verlangsamt. Beschichtete Holzprodukte verändern ihren Feuchtigkeitsgehalt oft nur sehr langsam, sodass kurze Extremtemperaturen von sehr trockener oder sehr feuchter Luft nicht so stark ausgeprägt sind wie bei unbeschichteten Produkten.

Und noch ein Grundprinzip: Kammertrocknung führt nicht zu einem Holzprodukt, dessen Feuchtigkeitsgehalt unverändert bleibt. Jedes Holz verändert seinen Feuchtigkeitsgehalt, wenn sich die Luftfeuchtigkeit ändert. Kammertrocknung ist lediglich eine schnelle und hochwertige Methode, um den Feuchtigkeitsgehalt von Holz auf einen gewünschten Wert zu senken. Wenn kammergetrocknetes Holz zwar ordnungsgemäß getrocknet wird, die daraus hergestellten Teile und Komponenten jedoch nicht richtig behandelt werden und wieder Feuchtigkeit aufnehmen, ist mit einem Schrumpfen in einer trockenen Produktionsumgebung oder im trockenen Wohn- oder Bürobereich des Kunden zu rechnen.

Wir werden gleich auf die Messung von EMV und Feuchtigkeitsgehalt eingehen. Doch vorher wollen wir einige Gründe für unsere kritischen Überlegungen zum Feuchtigkeitsgehalt betrachten.

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Wie bereits erwähnt, ist dies aber so wichtig, dass es einer Wiederholung bedarf: In den meisten Büros und Wohnungen in Nordamerika liegt die durchschnittliche Innentemperatur (EMC) bei 6 % bis 9 % und die relative Luftfeuchtigkeit bei 30 % bis 50 %. Manchmal kann es in Wohnungen oder Büros trockener sein, beispielsweise im Winter im Norden der USA oder im Sommer im trockenen Südwesten der USA. An der Süd- oder Westküste hingegen können Wohnungen oder Büros manchmal feuchter sein.

Der richtige Feuchtigkeitsgehalt von Holz, das in eine Produktionsstätte geliefert wird, von Holzprodukten während der Herstellung sowie während der Lagerung und Montage hängt von der endgültigen Feuchte im Gebrauch ab. Denn selbst zu feuchtes Holz kann zum Schrumpfen führen, und Schrumpfungsprobleme sind in der Regel schwerwiegender als Quellungsprobleme. Zudem ist es in einem typischen Zuhause oder Büro selten viel trockener als 6 % bis 7 % Feuchte im Gebrauch und 28 % bis 38 % relative Luftfeuchtigkeit.

Der gewünschte durchschnittliche Feuchtigkeitsgehalt für Holz, Teile und Komponenten für den Innenausbau liegt typischerweise bei 6 bis 7 %. Elektronische Feuchtigkeitsmessgeräte sind in Elektronikfachgeschäften für unter 30 US-Dollar erhältlich. Daher ist es einfach und relativ kostengünstig, die genaue Luftfeuchtigkeit und den zugehörigen EMV-Wert an jedem Ort zu bestimmen, an dem Holzprodukte hergestellt, gelagert, installiert oder verwendet werden.

Obwohl ein durchschnittliches Stück Holz in den meisten Innenräumen einen Feuchtigkeitsgehalt von 6 bis 7 % aufweist, handelt es sich bei Holz um ein variables Material, bei dem keine zwei Stücke identisch sind. Daher wird es bei einzelnen Stücken, die derselben elektromagnetischen Verträglichkeit ausgesetzt sind, immer kleine Unterschiede im Feuchtigkeitsgehalt unter 1 % geben.

Als Faustregel gilt, dass der ideale Unterschied zwischen dem Feuchtigkeitsgehalt von Holz und dem Feuchtigkeitsgehalt der Luft 2 % beträgt. Beachten Sie jedoch, dass die zulässige Abweichung vom hergestellten Produkt und seiner Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeitsänderungen abhängt.

Um einen gleichmäßigeren Feuchtigkeitsgehalt zu erreichen, ist ein höherer Aufwand bei der Kammertrocknung und eine bessere Lagerung des trockenen Holzes erforderlich. Beides erhöht den Preis des Holzes und der Komponenten. Die Reduzierung des Ausschussrisikos ist jedoch die zusätzlichen Kosten und die Sorgfalt wert.

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Der Schlüssel zur erfolgreichen Kontrolle des Feuchtigkeitsgehalts liegt im Ofenbetrieb. Nach der Ofentrocknung muss das Holz bei der korrekten relativen Luftfeuchtigkeit (EMC) gelagert werden, um unerwünschte Veränderungen des Feuchtigkeitsgehalts zu vermeiden. Die meisten kommerziellen Trocknungsbetriebe trocknen auf den richtigen Feuchtigkeitsgehalt und lagern das Holz bei der korrekten relativen Luftfeuchtigkeit (EMC).

Der zweite Schritt zur Kontrolle des Feuchtigkeitsgehalts – und dieser zweite Schritt ist noch wichtiger als der erste – erfolgt im Werk. Kammergetrocknetes Holz in Prozessteilen und Holzwerkstoffkomponenten muss nach ihrer Ankunft bei den richtigen Lagerbedingungen gelagert werden, um unerwünschte Veränderungen des Feuchtigkeitsgehalts zu vermeiden. Da Komponenten viel kleiner als Schnittholz sind, haben sie eine größere Oberfläche pro Volumen und eine stärkere Maserung als Schnittholz.

Daher verändert sich der Feuchtigkeitsgehalt von Bauteilen deutlich schneller als von Schnittholz, wenn der EMV-Wert der Luft nicht dem Feuchtigkeitsgehalt des Bauteils entspricht. Teile und Komponenten sind zudem deutlich wertvoller als Rohholz, daher ist die ordnungsgemäße Lagerung von Teilen und Komponenten wirtschaftlich wichtiger als die Lagerung von Schnittholz.

Ein entscheidender Faktor bei der Kontrolle des Feuchtigkeitsgehalts von Holzkomponenten ist die Kontrolle der EMV in der Produktionsstätte. Die EMV in der Anlage muss der EMV im Haus oder Büro des Kunden sehr nahe kommen. Dies kann eine Erhöhung der Luftfeuchtigkeit in der Produktionsstätte zur Folge haben. Doch selbst eine Feuchtigkeitskontrolle im Werk behebt Feuchtigkeitsprobleme nicht, wenn die Komponenten oder Teile nach Erhalt nicht ordnungsgemäß gelagert werden.

Ein weiterer kritischer Punkt ist die Lagerung fertiger Produkte beim Kunden zu Hause oder im Büro. Produkte sollten niemals im Freien oder in unbeheizten Gebäuden oder Schuppen gelagert werden. Der EMK ist viel zu hoch. Es ist auch möglich, dass der EMK in einem im Bau befindlichen Gebäude vorübergehend deutlich höher ist als im bewohnten Zustand. In diesem Fall nehmen gelagerte Holzprodukte zunächst Feuchtigkeit auf und verlieren diese nach der Belegung schnell wieder, was zu Verwerfungen, Rissen und anderen Feuchtigkeitsschäden führt.

Ein bestimmter EMV-Zielwert lässt sich in einem Raum leicht einhalten. Die einfachste Möglichkeit, den EMV und die relative Luftfeuchtigkeit zu senken, also die Luft zu trocknen, ist die Raumbeheizung. Als Faustregel gilt: Ein Raum, der etwa 25 Grad Fahrenheit über der morgendlichen Tiefsttemperatur heizt, entwickelt 7 % EMV, was als guter EMV-Zielwert gilt.

Die Luftfeuchtigkeit in einem kleinen Holzlager kann auch durch die Abdichtung des Lagerbereichs und die Regelung der relativen Luftfeuchtigkeit mit einem kleinen, haushaltsüblichen Entfeuchtungsgerät kontrolliert werden. Dies funktioniert jedoch nur, wenn das Holz bereits den richtigen Feuchtigkeitsgehalt aufweist. Die Leistung des Geräts reicht nicht aus, um das Holz weiter zu trocknen.

Ebenso sollten keine nennenswerten Außenluftlecks im Raum vorhanden sein. Dieser DH-kontrollierte Lagerbereich kann auch in feuchter Umgebung zur Lagerung von Halbfertigwaren oder Fertigprodukten genutzt werden, um unerwünschtes Wiederauftreten von Feuchtigkeit zu verhindern. Obwohl eine solche Lagerung etwas Aufwand erfordert, zahlt sie sich durch eine bessere Produktqualität und keine Kundenbeschwerden aus.

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Der Feuchtigkeitsgehalt von Holzkomponenten sollte überwacht werden, um sicherzustellen, dass kein unnötiger Feuchtigkeitszuwachs oder -verlust auftritt. Sobald sich der Feuchtigkeitsgehalt deutlich ändert, dauert es lange, bis das Holz wieder die richtige Feuchtigkeit erreicht. Tatsächlich ist die Verarbeitung von Holz mit falschem Feuchtigkeitsgehalt eine große Zeit- und Geldverschwendung.

Eine ordnungsgemäße Handhabung während des gesamten Herstellungsprozesses verhindert dies. Holzkomponenten, -teile oder sogar Endprodukte, die zu trocken sind (unter 5 % Feuchtigkeitsgehalt), lassen sich nur schwer wieder in ihre ursprüngliche Qualität zurückversetzen.

Am besten lagert man das Holz in einem Raum, dessen Temperatur etwa 1 Prozentpunkt über dem vorgesehenen EMV-Wert liegt. Der Raum sollte außerdem über mehrere Ventilatoren verfügen, die die Luft umwälzen und über die Holzoberflächen leiten. Anschließend wartet man so lange, bis sich der Feuchtigkeitsgehalt angepasst hat; mehrere Wochen oder länger.

Zu feuchte Holzteile oder -komponenten lassen sich oft erfolgreich nachtrocknen. Die erfolgreiche Nachtrocknung eines fertigen Produkts ist jedoch schwierig. Ist der hohe Feuchtigkeitsgehalt auf schlechte Lagerbedingungen zurückzuführen, kann das Holz in der Regel in einen warmen Raum mit einem um 1 bis 2 Prozentpunkte trockeneren EMC-Wert als dem gewünschten Feuchtigkeitsgehalt gebracht werden. Etwas Wärme beschleunigt den Trocknungsprozess. Das Holz muss in diesem Raum bleiben, bis der Kern die richtige Feuchtigkeit erreicht hat, und nicht nur, bis die äußeren Schichten die richtige Feuchtigkeit erreicht haben.

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Wir haben den Feuchtigkeitsgehalt von Holz besprochen, aber noch nicht die Definition des Feuchtigkeitsgehalts angegeben.

Die strenge Definition des Holzfeuchtegehalts ist das Gewicht des Wassers in einem Stück Holz im Vergleich zu seinem ofentrockenen Gewicht. Der Feuchtigkeitsgehalt wird immer in Prozent (%) angegeben, daher multiplizieren wir das Ergebnis mit 100.

Wir messen die Wassermenge, indem wir das Holzstück wiegen und es dann 215 bis 12 Stunden lang bei 36 °C im Ofen trocknen, bis es trocken ist. Nach dem Trocknen im Ofen wiegen wir das Stück erneut.

Die Differenz zwischen den beiden Gewichten entspricht der Wassermenge, die sich vor dem Trocknen im Holz befand. Das Endgewicht ist das ofentrockene Gewicht.