Holz 1 - IfB - ETH ZÃ¼rich

Holz und Holzwerkstoffe 

Gliederung 

Institut für Baustoffe, Arbeitsgruppe 

Peter Niemz 

I. Aufbau von Holz und Holzwerkstoffen 

II. Physikalische Eigenschaften 

III. Mechanische Eigenschaften 

April 2011 

© ETH Zürich | Taskforce Kommunikation 

2007 

2009 Peter Niemz, Institute for Building Materials, ETH Zurich, niemzp@ethz.ch 2 

I. Aufbau von Holz und Holzwerkstoffen 

Makroskopischer Aufbau des Holzes 

1. Holz 

2. Holzwerkstoffe 

• Holz ist ein Naturprodukt 

kein homogenes, isotropes Material 

• Im Aufbau spiegeln sich die Anforderungen des 

Baumes an Stabilität, Versorgung und sein 

Wachstum wider. 



1

Makroskopischer Holzaufbau 

Mark- und Holzstrahlen 

• Holzzellen zum grössten Teil axial ausgerichtet 

( Festigungs- und Wasserleitungsgewebe) 

• Geringer Teil radial (vom Zentrum nach aussen) 

ausgerichtet ( Holzstrahlen) 

Markstrahlen: radial orientiertes Strangparenchym, welches Markröhre und Aussenrinde verbindet 

Holzstrahlen: wie Markstrahlen, jedoch nicht bis ins Mark hineinreichend 



Die drei Schnittebenen 

Querschnitt 

Hauptschnittrichtungen des Holzes, 

Holz ist orthotrop (Rechnung mit Zylinderkoordinaten) 

L 

Markstrahlen 

Radialschnitt 

RT 

LT 

LR 

T 

R 

Tangentialschnitt 

L-in Faserrichtung; R-radial, T-tangential 



2


Frühholz 

Spätholz 

Querschnitt von Holz 

• Sekundäres Dickenwachstum 

Kambium (einreihige Schicht lebender Zellen 

zwischen Rinde und Holz) 

Ringförmiger Zuwachs 

Splint 

Kernholz 

Mark 

Jahrring 



Juveniles (junges) und adultes Holz (altes Holz) 


Splintholz & Kernholz 

• Kernholzbäume: 

regelmäßige Farbkernbildung; Splint ist feuchter als der Kern: Kiefer, 

Lärche, Eiche 

• Kernreifholzbäume: 

Zwischen Farbkern und Splint liegt Übergangszone geringere 

Feuchte als der Splint, farblich nicht zu unterscheiden: Weide, 

Esche mit Braunkern 

• Reifholzbäume: 

helles Kernholz; über dem gesamten Querschnitt kein 

Farbunterschied; Splint ist feuchter als der Kern: Fichte, Tanne. 

• Splintholzbäume: 

keine Farb- und Feuchteunterschiede Aspe, Birke, Erle und 

Weißbuche. 


3

Jahrringe 

• in Klimazonen mit deutlichen Jahreszeitenrhythmus 

Bildung von Jahrringen 

• Frühholz 

- geringere Dichte 

- Dünne Zellwände & grosses Porenvolumen (NH) bzw. 

grössere & zahlreichere Gefässe (LH) 

Wassertransport 

• Spätholz 

- Höhere Dichte 

- Dickere Zellwände & kleineres Porenvolumen (NH) bzw. 

weniger & kleinere Gefässe (LH) 

Mechanische Stabilität 

• in Tropen Zuwachszonen keine Jahrringe 



Jahrringe 

• Dichteverteilung 

Früh-Spätholz bei 

Douglasie 


Jahrringe 

ringporig: grosse Frühholzgefässe, 

kleine Spätholzgefässe 

zerstreutporig: mittelgrosse über den Jahrring 

etwa gleichgrosse Gefässe 

Nadelholz (Fichte) 



4

Sondergewebe 

Makroskopischer Holzaufbau Reaktionsholz 

Mikroskopischer Aufbau des 

Nadelholzes 

• als Reaktion auf die 

Schrägstellung bzw. 

Schwerkraft (Astholz) 

• Nadelbäumen Druckholz 

an der Belastung abgewandter 

Seite; Ligninreich 

• Laubbäume Zugholz 

auf belasteter Seite; 

Cellulosereich 



Mikroskopischer Aufbau 

Nadelholz 

• 2 Zelltypen 

• Tracheiden 

- Wasserleitung 

- Mechanische Stabilität 

- tot 

• Parenchymzellen 

- Speicherung & Abgabe von 

Reservestoffen 

- Harzproduktion (Epithelzellen) 

- Überwiegend in Holzstrahlen 

- lebend 


Borke 

Frühholz 

Jahrringgrenze 

Spätholz 


5

Hoftüpfel 

Verbindung zwischen toten Zellen mit 

Leitfunktion (z.B. Tracheiden) 

Zellwandverbindungen 

einfacher Tüpfel 

Verbindung zwischen 

Parenchymzellen (z.B. 

Holzstrahlparenchym) 

Hoftüpfel 

Margo 

Torus 

Porus 



Tüpfel (dient Feuchtetransport in transversaler Richtung) 


Laubholz 

stärker differenziert als Nadelholz 

zusätzliche spezialisierte 

Zelltypen 

• Gefässe Wasserleitung 

• Grundgewebe aus 

• Libriformfasern 

• Fasertracheiden 

• Vasizentrischen Tracheiden 

mechanische Stabilität 



6

Anatomischer Aufbau des Holzes 

Laubholz 

Nadelholz 

1 2 3 4 5 6 

Laubholz 

1 Gefässe (ringförmig) 

2 Gefässe (leiterförmig) 

3 Libriformfaser 

Enddurchbrechungen der Gefässe 

Nadelholz 

4 Tracheide (Frühholz) 

5 Tracheide (Spätholz) 

Enddurchbrechungen der Gefässe 

6 Holzstrahl 

7 Holzstrahl 



Strukturelemente des Holzes 


Einlagerungen 

Nachträgliche Einlagerung über Parenchymzellen 

Verstopfung der Leitungsbahnen (gummiartige 

Substanzen) 

Thyllenbildung (Suberinhaltige Taschen) 

Abwehrmassnahme (Lufteinbruch, Mikroorganismen,…) 

Verkernung 



7

Besonderheiten des Laubholzes: Gefässverschluss 

Thyllen 

Axialparenchym (TS) 

Holzstrahl-parenchym 

(TS) 

Holzstrahl-parenchym 

(Q) 

Bei Alterung , Lufteinbruch (Embolien) oder Vordringen von Holzzersetzern reagieren einige Bäume mit 

Thyllenbildung (T) 



Zellwandaufbau 

Zellwandaufbau des Holzes 

• Trotz unterschiedlicher Funktion, Form und 

Aussehen der Zellen 

Ähnlicher Grundaufbau ( konzentrische 

Lamellen) 



8

Veränderung des Aufbaus des Holzes 

Verteilung der Fibrillenwinkel in der Zellwand 

Adultes Holz (alt) Juveniles Holz (jung) Druckholz (Nadelholz) 



Strukturebenen und deren Bedeutung 

Strukturmodell von Holz (Feinbau) 

Baum (0.1-1m) 

Zellwand 

1-5µm 

Brett 10….100mm 

Jahrringe:0.5…15mm 

Tracheiden :20-40μm 

Moleküle:

Chemische Struktur des Holzes 

Holz ist ein makromolekularer Werkstoff 

Struktur der Cellulose 

Hauptkomponenten: 

Elementarzusammensetzung: 

50% Kohlenstoff 

43% Sauerstoff 

6% Wasserstoff 

1% Stickstoff und Mineralien 

Struktur: 

Cellulose: 40-60% 

Hemicellulose: 6-27% 

Lignin: 18-41% (Nadelholz 25-32%; Laubholz 18-25%) 

Inhaltstoffe (Extraktstoffe): 0,3-10% 



Hemicellulose 

Struktur Lignin 



10

Zellwandaufbau 

2. Holzwerkstoffe 

Zusammensetzung: 

•Holz (etwa 90%) 

•Klebstoff oder teilweise mechanisches Verbindungsmittel); 

Klebstoffanteil bis zu 10-16% 

•Zusatzstoffe (Brandschutzmittel, Farbe, Hydrophobierungsmittel, 

Russ (für Reduzierung der elektrostatischen Aufladung) 

•8-10% Wasser (Holzfeuchte) 



Einteilung von Holz und Holzwerkstoffen 

Einteilung von Vollholz 



11

Werkstoffe aus Holz 

Einteilung von Werkstoffen auf 

Vollholzbasis 

Werkstoffe auf Vollholzbasis 

plattenförmig stabförmig Verbund-Elemente 

Engineered Wood Products 

(LVL, LSL, Parallam, Scrimber u.a.) 

einschichtig 

mehrschichtig 

Brettschichtholz 

Lamelliertes Holz 

(einschliesslich Profile) 

Kreuzbalken 

Hohlkastenträger 

Elemente mit Wärme- / Schalldämmung 



Struktureller Aufbau von Werkstoffen 

Brettstapelbauweise 

Struktureller Aufbau ausgewählter 

Werkstoffe auf Vollholzbasis 

a 

a.) Brettstapelbauweise gedübelt 

b.) Brettstapelbauweise, Schwalbenschwanzverbindung 

b 

Struktureller Aufbau von Werkstoffen 

auf Vollholzbasis 

Brettschichtholz 

Lamelliertes Holz 

Massivholzplatte (fünfschichtig) 

Hohlkastenprofile 

Struktureller Aufbau ausgewählter Werkstoffe auf Vollholzbasis 

c.) Massivholzplatten, Brettschichtholz, Hohlkastenprofile aus Holz 



12

Holzwände (gedübelt, genagelt) 

Bretter, schichtweise senkrecht zueinander gelagert, verdübelt 

mit Hartholzdübeln); Fa. Thoma Holz, Österreich, Fa. Nägeli/CH 

Gleiches Prinzip auch mit Aluminiumnägeln üblich 

Feuerwiderstand bis zu 180 Minuten durch die Dicke der Wand erreicht 




Furnierholzbasis 

Lagenholzwerkstoffe 

Strukturmodelle von Lagenholz 

Parallam 

Verdichtung / 

Furnier- Partikel- 

Faserverlauf in den 

Klebstoffgehalt 

Werkstoffe 

Furnierlagen 

unverdichtet (Normal-Lagenholz) 

verdichtet (Presslagenholz) 

verdichtet und mit Kunstharz 

getränkt (Kunstharz-Presslagenholz) 

(Parallam) 

parallel 

(Schichtholz, LVL) 

unter einem Winkel von 90° 

(Sperrholz) 

unter einem Winkel von 15° 

(Sternholz) 

Lagenholz 

Schichtholz Sperrholz Sternholz 



13


Spanbasis 

Strukturmodell von Spanplatten 

Spanwerkstoffe 

Formaldehydabgabe 

sehr niedrig 

 

niedrig 

mittel 

hoch 

Spanart / 

Orientierung 

Schneidspäne 

 

Schlagspäne 

Fremdspäne 

Normalspan- 

Deckschicht 

Feinspan- 

Deckschicht 

Wafer 

Flake 

Laminated 

Strand Lumber 

(LSL) 

Oriented 

Structural Board 

Klebstoff- / 

Bindemittelart 

Harnstoffharz 

 

Phenolharz 

Melaminharz 

Isocyanatharz 

Mischharze 

Zement 

Gips 

Tannine 

Herstellungs- 

Verfahren 

flachgepresst 

 

kalandriert 

stranggepresst 

Formteile 

Querschnittsstruktur 

Rohdichte 

einschichtig niedrig 

 

dreischichtig 

mittel 

mehrschichtig hoch 

stufenlos 

homogene Querschnittsstruktur 

Oberfläche 

pressblank 

 

geschliffen 

beschichtet 

Beständigkeit 

feuchtegeschützt 

 

biogeschützt 

schwer brennbar 

1 2 3 

Typische Rohdichteprofile 

1. Homogene Spanplatte 

2. Spanplatte mit deutlicher 

Differenzierung zwischen Deck- und 

Mittelschicht 

3. Spanplatte mit geringer 

Differenzierung zwischen Deck- und 

Mittelschicht 



Partikelabmessungen für Holzwerkstoffe 

Partikelart 

Sonderwerkstoffe 

Spanlänge 

(l in mm) 

Spanbreite 

(b in mm) 

Spandicke 

(d in mm) 

Schlankheitsgrad 

(= l/d) 

Streudichte 

in kg/m 3 

Strands für LSL 300 25 0,8-1 300 50-70 

Strands für OSB 40-80 4-10 0,3-0,8 50-130 30-50 

Wafer 36-72 12-35 kA 45-90 40-60 

Scrimber 

kA 

übliche Spanplatten 

De-Normalspäne 5-10 - 0,2-0,3 20-50 60-120 

De-Feinstspäne 3-6 - 0,1-0,25 15-40 120-180 

Schleifstaub 0,4-0,6 - - - 160-200 

Fräs-; Hobelspäne 5-15 2,5-5 0,25-0,8 5-60 50-130 

Gattersägespäne 2-5 1,0-2 0,4-1 2-10 120-180 


Faserstoffbasis 

Rohdichte 

weich 

mittlere Dichte 

hart 

extrahart 

einschichtig 

dreischichtig 

mehrschichtig 

stufenlos 

homogene Querschnittsstruktur 

Klebstoffart 

Harnstoffharz 

Phenolharz 

Bitumen 

holzeigene Bindemittel 

Faserwerkstoffe 

Oberfläche 

pressblank 

geschliffen 

beschichtet 

Beständigkeit 

feuchtegeschützt 

biogeschützt 

schwer brennbar 

sonstige 

Sonderbehandlung 

(z.B. Lochen) 

Querschnitts- 

struktur 

Formaldehyd- 

abgabe 

sehr niedrig 

niedrig 

mittel 

hoch 



14

Strukturmodell von Faserplatten 

1 2 3 

Typische Rohdichteprofile 

1. Faserplatte mittlerer Dichte mit 

homogenem Aufbau 

2. Faserplatte mittlerer Dichte mit 

ausgeprägter 

Dichtedifferenzierung 

3. Harte Faserplatte 

(Nassverfahren), links: glatte 

Seite, rechts: Siebseite 


Verbundwerkstoffe 

= mehrschichtige Materialien, mit meist 

hochfesten Decklagen und einer Mittellage aus 

einem leichteren Kern 

Beispiele: 

-Träger aus Holz und 

Holzwerkstoffen 

- Verbundplatten 

- OSB mit MDF (HDF)- Decklagen 

- mehrschichtig aufgebaute 

Parkettböden 

- lamellierte Fensterkanteln 

- vorgespannte Bauteile aus 

Massivholz oder HWS 




Verbundwerkstoffe - Struktur 

-Decklagen z.B. Furnier, Faserplatten etc. 

-verschiedene Kerne/Mittellagen 

-auch für Fensterprofile eingesetzt (Strohplatte 

oder MDF zur Wärmedämmung in Mittellage) 

Vollholz- Spanplattenmittellage 

Hohlraum- Schaumstoff- 

mittellage 

mittellage 

mittellage 



15

Wabenmittellagen 

Leichte Mehrschichtplatte aus Balsa 



Strukturmerkmale von Engineered Wood 

Products 

Strukturmerkmale von Engineered Wood 

Products 



16

Wood Plastic Composites 

Hauptkomponenten 

Polymer 

Cellulose 

Holz - Polymer - Verbundwerkstoffe 

• PP 

• PE 

• PVC 

• Holzspäne 

• Holzfasern 

• Holzstaub 

• Papier 



18 

N/mm² 16 

Sp pannung 

14 

12 

10 

8 

6 

4 

2 

0 

Verbundwerkstoff WPC 

Dehnung 

Bruchdehnung 

Faser 

Matrix 

Faser 

Verbund 

Bruchdehnung 

Verbund 

Bruchdehnung 

Matrix 

Einfluss: Partikelgeometrie 

2 Typen 

Matrix mit Füllstoffen 

Matrix mit Bewehrung 



17

II: Physikalische Eigenschaften des 

Holzes 

Einflussfaktoren auf die 

Holzeigenschaften 

Eigenschaften: 

•chemisch 

•physikalisch 

•biologisch 

Physik des Holzes 

befasst sich mit den physikalisch-mechanischen 

Eigenschaften des Holzes und der Holzwerkstoffe 

und Struktur-Eigenschaftsbeziehungen 



Hauptschnittrichtungen des Holzes, 

Holz ist orthotrop 

L 

1. Verhalten von Holz gegenüber 

Feuchte 

RT 

LT 

LR 

T 

R 

L-in Faserrichtung; R-radial, T-tangential 

niemz_abb_2_01.cdr 



18

REM- Aufnahme Nadelholz (Fichte) 

Struktureller Aufbau von Holz (Polymerwerkstoff) 

Lumen 

(freies 

Wasser) 

Zellwand 

(gebundenes 

Wasser) 



Holz als kapillarporöses System 

Kenngrössen der Feuchte 

mu 

mdtr 

u 100 

[%] 

mdtr 

u–Feuchtegehalt 

h m u 

– Masse des feuchten Holzes 

m dtr 

– Masse des darrtrockenen Holzes 



19

Möglichkeiten der Wasseraufnahme 

von Holz 

/Physisorption 

• Sorption (Wasseraufnahme des Wassers aus 

der Luft) 

• Wasseraufnahme durch Kapillarkräfte 



Grenzzustände Holz-Wasser 

a) Darrtrocken (kein Wasser im Holz) 

b) Fasersättigung 

Fasersättigungsbereich= Bereich, in dem das 

Mikrosystem maximal mit Wasser gefüllt ist (entspricht 

100% rel. Luftfeuchte) 

c) Wassersättigung 

Mikro- und Makrosystem mit Wasser gefüllt 



20

Phasen der Adsorption von Holz 

Einfluss Material (Holzart, Holzwerkstoff) 

Sorptionsisothermen von Fichte 

Sorptionsisothermen bei 20°C 

32 

Fichtenholz 

Wassergehalt u (% %) 

24 

16 

8 

Massivholzplatten 

Spanplatten 

MDF 

0 

0 20 40 60 80 100 

rel. Luftfeuchtigkeit (%) 



Sorptionsisothermen von 


Einfluss der Dichte auf 

Sorptionsverhalten 

starker Einfluss des 

Klebstoffes 

Feuchte niedriger 

als bei Vollholz 

(Einfluss der 

Herstellung) 



21

e in % 

Holzfeuchte 

Einfluss der Dichte auf die Sorption von 

MDF (kalt verpresst, dann erwärmt) 

20 

18 

16 

14 

12 

10 

8 

6 

4 

2 

0 

35 50 65 80 93 

rel. Luftfeuchte (%) 

Rohdichte in kg/m 

3 

300 

500 

700 

900 

Einfluss der Dichte auf die Sorption von MDF (kalt 

verpresst, dann erwärmt) 



Kapillare Wasseraufnahme 

Wasseraufnahmekoeffizient von Holz 

in (kg/(m 2 .s) 

Bei Fichte: 

Längs: 0,017 

Radial: 0,003 

Tangential: 0,004 

Bei Buche: 

Längs: 0,044044 

Radial: 0,005 


Bei Lärche: 

Längs: 0,047 

Radial: 0,0020 


Bei Spanplatten (Dichte 670kg/m 3 ): 

In der Plattenebene: 0,025 

Senkrecht zur Plattenebene: 0,0014 



22

Quell- und Schwindverhalten von Holz 

und Holzwerkstoffen 

Einfluss der Schnittrichtung auf 

das Quellen und Schwinden 



Quell- und Schwindverhalten von Holz 

Quellung von Holzwerkstoffen 

geringere Flächenausdehnung, grössere Dickenquellung als Vollholz 

Material Quell-/ Schwindmaß in %/% 

In Plattenebene/ 

Länge 

Senkrecht zur Plattenebene/ 

Faserrichtung 

Sperrholz 0,02 0,30 

Spanplatte 

Phenolharz 0,025 0,45 

Andere Harze 0,015 (0,30) 0,70 (0,85) 

Brettschichtholz 0,01 0,24 

MDF (0,15..0,20) (0,80) 



23

Auswirkungen des Quell- und Schwindverhaltens von Holz und 


Behinderte Quellung 

Quelldruck gemessen bis 

20N/mm 2 in Faserrichtung, senkrecht 

2-3N/mm 2 , Grossteil der 

Spannungen wird durch 

plastische Verformungen 

abgebaut, theoretisch um 

Vielfaches höher 



Zerstörung von Beton durch behinderte Quellung 

von Holz 

Vermeiden von Rissbildung bei Massivholzplatten 

durch veränderte Schnittführung 

Rissbildung durch behinderte Schwindung 

Decklagen aus 

Seitenbrettern 

große Schwind- und Quellkräfte in den Decklagen 

Decklagen aus 

Riftbrettern 

Fugen verleimt 

geringe Schwind- und Quellkräfte in den Decklagen 

Spannungsminimum bei Winkel von 45Grad 



24

Übersicht 

Verfahren zur Bestimmung des 

Feuchtegehaltes von Holz und 




Darrmethode = Basismethode 

Holzfeuchte im lebenden Stamm 

m m 

u u 

dtr 100 

[%] 

mdtr 

u 

m u 

m dtr 

–Feuchtegehalt 

h – Masse des feuchten Holzes 

– Masse des darrtrockenen Holzes 



25

Feuchteverteilung in Massivholzplatte 

1m x1m, 80mm dick im Klima 2 o C/90% rel. 

Luftfeuchte, schnelle Feuchteänderung an 

Oberfläche 

Dichte von Holz und 


Feuchte in % 

21 

19 

17 

15 

13 

11 

9 

7 

5 

180 Tage 

30 Tage 

0 Tage 

0 10 20 30 40 50 60 

Querschnitt in mm 



Kenngrössen der Dichte 

Dichte : 

Rohdichte u 

: 

 

m 

V 

m 

ρ 

V 

– Dichte 

– Masse 

–Volumen 

mu 

ρu 

 

Vu 


m u 

V u 

– Masse des Holzes beim Feuchtegehalt u 

– äusseres Volumen des Holzes beim Feuchtegehalt 

u 



26



Darrdichte dtr 

: 

mdtr 

ρdtr 

 

Vdtr 

Reindichte r 

: konstant 1500kg/m 3 

m dtr– Masse des darrtrockenen Holzes 

V dtr 

– Volumen des darrtrockenen Holzes 

m 

ρr 

 

V 

dtr 

Zellwand 




Dichte von Holz 

Holzwerkstoffe: 

Spanplatte: 650-720kg/m 3 

MDF: 720kg/m 3 , poröse Faserplatte: 150-200kg/m 3 

Hartfaserplatte: 980kg/m 3 



27

Holz 





Einfluss der Dichte 



28

Thermische Eigenschaften 

Wärmeleitfähigkeit 

Wärmemenge, die durch einen Würfel von 1m Kantenlänge 

in einer Stunde fliesst, wenn zwischen beiden Seiten 

1K Temperaturdifferenz vorliegt 

Wärmeleitfähigkeit von Holz senkrecht ( ) und parallel l ( ) zur Faserrichtung 

bei einem Feuchtegehalt von 12% nach Kollmann: 

3 

λ 0,026 0,195 ρ 10 

λll 

0,026 0,46 ρ 

10 

– Rohdichte in kg/m 3 

 

W/mK 

3 

 

 

W/mK 

 



Wärmeleitfähigkeit 

Spezifische Wärmekapazität 

Wärmemenge, die erforderlich ist, um 1kg um 1 K 

zu erwärmen 

C=1,571+0,00277xTemperatur (weitgehend 

dichteunabhängig, aber Feuchteeinfluss) 



29

Spezifische Wärmekapazität 

Vergleich Wärmedämmverhalten 

Holzfaserdämmstoff-Mineralwolle 

Mineralwolle 

Cellulosefasern 

darrtrockenes Holz:1,3kJ/kgK 



Wärmeausdehnung 

Brandverhalten von Holz 

Holz ist brennbar, Baustoffklasse B 

Einfluss der Dichte 

• Dichte≤ 300kg/m 3 sehr gut brennbar 

• Dichte 300-1000 ≥kg/m 3 mittelmässig brennbar 

• Dichte >1000kg/m 3 schlecht brennbar 



30

Bildung einer Holzkohleschicht an Oberfläche, 

Temperatur im Inneren max.100 o C 

Verformung von Stahl nach Brand, Holz 

behält Restfestigkeit 



Brandverhalten 

Einfluss der Temperatur auf die 

Biegefestigkeit 


bB [N/mm 2 ] 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

-50 -30 -10 10 30 50 70 

Temperatur [°C] 

MDF 

OSB 

FPO 



31

Elektrische Eigenschaften von 

Holz und Holzwerkstoffen 

Elektrische Leitfähigkeit 

Spezifischer elektrischer Widerstand : 

R A 

ρ 

l 

R – elektrischer Widerstand 

A – Querschnittsfläche 

h 

l – Länge 

•Im trockenen Zustand ist Holz ein Isolator 

•Mit Holzfeuchte steigt die Leitfähigkeit 

(linearer Zusammenhang bis FSB) 



Korrosionsverhalten und 

Alterung von Holz und 


Dauerhaftigkeit einheimischer 

Bauhölzer 



32

Fäule in Splintholz (Fussgängersteig 

nach Hurden) 

Pilzbefall an mit Teeröl imprägnierter 

Eisenbahnschwelle (auch Holzschutzmittel 

werden abgebaut) 



Einfluss Klima 

Einfluss UV Strahlung und Wasser bei Bewitterung 

• Verwitterung von Holz durch UV Strahlung, 

Regen und Pilz 

• Abbau Lignin an Oberfläche, Verfärbung 

(zunächst braun, dann grau), Auswaschen der 

abgebauten Holzsubstanzen (Unterschiede 

zwischen Jahrringen, Frühholz eher als 

Spätholz) 

• Später Schwarzfärbung durch Pilze 



33

Farbänderung als Funktion der Himmelsrichtung 

III. 

Elastomechanische und 

rheologische Eigenschaften 

Einflussfaktoren 

a) Werkstoffstruktur (Dichte, Faserwinkel, Jahrringneigung, 

Äste….) 

b) Holzfeuchte, Temperatur, Pilzbefall etc. 



Einfluss Feuchte 

Einfluss Temperatur 



34

Einfluss Belastungsdauer 

stigkeit [%] 

relative Fe 

130 

120 

110 

100 

Standard-Test 

90 

80 

70 

60 

E-Modul, Spannungs-Dehnungs- 

Diagramm, Hooksches Gesetz 

Hooksches Gesetz 

E- Elastizitätsmodul 

- Dehnung 

Σ- Spannung 

Vollholz 

1 Sekunde 

1 Minute 

1 Stunde 

1 Tag 

1 Monat 

1 Jahr 

maximale Dauer der Belastung 

10 Jahre 

50 Jahre 

Spanplatte 



Hooksches Gesetz für orthotrope Werkstoffe 

Erweitertes Hooksches Gesetz für orthotrope Werkstoffe 

 

1 

 

 

 

2 

 

 

 

3 

 

 

 

23 

 

 

 

 

13 

 

 

 

12 

 

 

1 

 

E1 

 

12 

 

E1 

13 

 

E1 

 

0 

 

 

 

0 

 

0 

 

 

21 

 

E2 

1 

E2 

 

23 

 

E 

31 

 

E3 

 

32 

 

E3 

1 

E 

 

2 3 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

0 

1 

G 

12 

0 

0 

23 

0 

0 

0 

0 

1 

G 

13 

0 

 

0 

1 

 

0 

 

2 

 

 

0 

3 

 

 

 

(Gl.3.9-4) 

 

0 

 

23 

 

 

0 

 

 

13 

 

 

1 

 

12 

G 

 

 

•3 E-Moduli, 3 G-Moduli, 6 Poissonsche Konstanten 

• Zylinderkoordinaten (radial-tangential) 



35

LT- LR -Ebene 

RT-Ebene 

Fichte 

Minimum 45 Grad 

E und G Module in den Hauptachsen 

(akustisch bestimmt, Niemz 2010) 

Dichte E-Moduln [N/mm 2 ] G-Modul [N/mm 2 ] 

[g/cm 3 ] E L E R E T G LR G LT G RT 

Fichte 0.454 19207 2103 637 868 710 114 

Kiefer 0.523 17134 3088 1882 1089 757 397 

Tanne 0.429 18883 2340 1389 761 658 388 

Lärche 0.573 25385 4294 2529 1076 938 374 

Eibe 0.573 14741 3503 1680 2385 1311 442 

Rotbuche 0.675 20883 3216 1048 1300 912 449 

Hagebuche 0.661 16690 3488 2083 1382 1174 512 

Robinie 0.712 19699 4164 2981 1695 1305 658 

Ulme 0.602 12085 3269 1666 1324 1080 421 

Esche 0.648 18403 3712 1828 1407 1029 511 

Roteiche 0.669 19185 3868 2129 1597 943 485 



E-Modul, Spannungs-Dehnungs- 

Diagramm, Hooksches Gesetz 

Schubmoduli Vollholz 

Elastizitäts-Moduli (E): E T : E R : E L 

bei Nadelholz: 1 : 1,7 : 20 

bei Laubholz: 1 : 1,7 : 13 

Schub-Moduli (G): 

G LR (Schub der Radialfläche): G LT (Schub der Tangentialfläche) 

bei Nadelholz: 1:1 

1 

bei Laubholz: 1,3 : 1 

G RT (Schubmodul der Hirnfläche) 

bei Nadelholz: 10 % von G LT (auf Grund durchgehender Frühholzzone) 

bei Laubholz: 40 % von G LT 



36

Einflussgrössen 

Deformationskörper von Holz (nach Grimsel 1999) 

Fichte 

Buche 



Einfluss rel. Luftfeuchte auf E-Modul 

Holzwerkstoffe 

E-Modul Biegung 

10000 

EB [N/mm 2 ] 

8000 

6000 

4000 

2000 

0 

30 40 50 60 70 80 90 100 

Relative Luftfeuchtigkeit [%] 

MDF 

OSB 

FPO 



37

Schubmodul 

Festigkeitseigenschaften 



Zugfestigkeit/Druckfestigkeit 

Druckfestigkeit 

F 

 

A 

F – Bruchkraft 

A – Bruchfläche 

(Querschnittsfläche) 



38



bB 

 

M 

W 

b 

b 

Biegefestigkeit it σ bB 

: 

M b 

W b 

– Biegemoment 

– Widerstandsmoment 



Kennwerte Festigkeit 

Scherfestigkeit 



39

Spaltfestigkeit 

Spaltfestigkeit 



Schlagzähigkeit 

Schlagzähigkeit: 


1000 

Wa 

a 

b h 

W a 

kJ 

2 

m 

 

 

 

m g H 

h 

W a 

– für den Bruch verbrauchte Schlagarbeit 

in J 

b, h– Kantenlänge der Prüfkörper in m 

m– Masse des Pendelhammers 

g– Erdbeschleunigung 

H, h– Höhe des Pendelhammers: H vor, h nach 

Bruch der Probe 



40



Schlagzähigkeit von Holz und 


Material 


in J/cm 2 

Fichte 4,0-5,0 1) 

Spanplatte 041 0,41 

MDF 1,63 

Sperrholz (fünflagig) 2,07 

Verleimte 

2,4-2,9 

Hartfaserplatte 

(25 mm dick) 


Dauerschwingfestigkeit 

Brinellhärte 

Baumart Rohdichte Brinellhärte 

g/cm 3 N/mm 2 

Buche 0.69 26.47 

Fichte 0.47 14.42 

Waldföhre 0.51 16.84 

Stieleiche 0.66 24.43 

Feldahorn 0.67 30.16 

Robinie 0.76 36.79 



41

80.0 

Dichte-Härte 

Rheologische Eigenschaften 

Brinellhär rte in N/mm2 

70.0 

60.0 

50.0 

40.00 

30.0 

20.0 

y = 82.273x - 27.272 

R2 = 0.9202 

10.0 

0.0 

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 

Rohdichte in g/cm 3 



Einfluss Dichte auf Härte 

80.0 

Übersicht 

N/mm2 

70.0 

60.0 

50.0 

y = 82.273x - 27.272 

R2 = 0.9202 

Brinellhärte in 

40.0 

30.0 

20.0 

10.0 

0.0 

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 

Rohdichte in g/cm 3 



42

Kriechverhalten 


Kriechzahl φ: 

 

ft 

fo 

fo 

Absolute Kriechverformung Δf: 

Δf 

f t f o 




Kriechverhalten, mechanosorptiver 

Effekt 



43


Dauerstandfestigkeit 



44

Holz 1 - IfB - ETH ZÃ¼rich

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