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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerstörungsfreien Überprüfung von
Keilzinkenverbindungen sowie eine Vorrichtung zur Überprüfung der Festigkeit
von stangenförmigen
Holzbauteilen gemäß der
DE 10 2005 016 738
A1 .
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Die
Erfindung ist insbesondere auf eine zerstörungsfreie Prüfung geklebter
Holzverbindungen gerichtet, vorzugsweise in einteilig keilgezinktem Vollholz,
welches in Serie gefertigt wird.
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Der
zunehmende Einsatz von Holzwerkstoffen im Bauwesen ist eng mit der
Entwicklung und Verbreitung von keilgezinktem, einteiligem oder mehrteiligem
Stangenholz verbunden. Einteiliges Stangenholz ist sogenanntes Konstruktionsvollholz, mehrteiliges
Stangenholz ist beispielsweise Brettschichtholz oder Duo- oder Triolam.
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Durch
visuelle oder aufwendige maschinelle Sortierverfahren können aus
einer Menge zugeschnittenen Rohholzes Mengenteile mit unterschiedlichen
Festigkeitsklassen aussortiert werden. Der Anteil der hohen Festigkeitswerte
kann durch das Herausschneiden lokaler Fehlstellen, z. B. Astlöscher, Risse
oder Verkrümmungen,
aus einzelnen Holzstücken
signifikant gesteigert werden. Die einer bestimmten Festigkeitsklasse
zugeordneten und von Fehlstellen befreiten Holzstücke werden
anschließend
mit Keilzinkenverbindungen zu einem stangenförmigen Holzbauteil zusammengefügt. Dieses
Holzbauteil hat dann die gleiche Festigkeitsklasse wie die dafür verwendeten
Holzstücke.
Damit ist es möglich, Bauteillängen von
50 m oder mehr, also erheblich größer als es die Länge des üblicherweise
vorhandenen Rohholzes zulassen würde,
bereitzustellen.
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Eine
Keilzinkenverbindung wirkt sich ordnungsgemäß ausgeführt in keiner Weise festigkeitsmindernd
auf das Holzbauteil aus. Für
die ordnungsgemäße Ausführung ist
aber ein hoher maschinentechnischer Aufwand mit sorgfältiger Bedienung
und aufwendiger Prozessüberwachung
erforderlich. Fertigungsbetriebe, die eine Keilzinkenverbindung
ausführen
wollten, müssen
von einem unabhängigen Prüfinstitut
dazu zertifiziert werden, erst dann erlangen sie eine Leimgenehmigung.
Außerdem
müssen sie
sich zu einer sorgfältigen
Eigenüberwachung
verpflichten und werden zusätzlich
durch eine Fremdüberwachung,
welche die Zertifizierungsstelle durchführt, überprüft.
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Für die Eigenüberwachung
müssen
zu jeder Sortierklasse und Arbeitsschicht zwei zusätzliche Keilzinkenverbindungen
produziert und nach dem Aushärten
der Klebeverbindung in einem Biegeprüfstand bis zum Bruch belastet
werden. Die Bruchkraft wird gemessen und dokumentiert und gestattet
eine Aussage über
die grundsätzliche
Einhaltung der erforderlichen Produktionsparameter. Die Fremdüberwachung
nimmt zusätzlich
in größeren Zeiträumen unangemeldet
Stichproben aus dem Produktionsbetrieb. Von 20 genommenen Proben
darf nur eine Probe den charakteristischen Festigkeitswert (5% Fraktile)
unterschreiten. Nachteilig an diesem Überprüfungsverfahren sind die zerstörende Prüfung der Keilzinkenverbindung
bzw. des Holzbauteiles sowie der hohe zeitliche Versatz der Prüfung zu
der Produktion.
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Insgesamt
haben jedoch diese Prüfungsmaßnahmen
zu einer hohen Produktionssicherheit und damit verbunden zu einer
hohen Akzeptanz und Verbreitung von einteilig keilgezinktem Vollholz
und Brettschichtholz geführt.
Jedoch stellen einzelne Schadensfälle, auch wenn sie selten auftreten,
diese Akzeptanz immer wieder in Frage. Im Extremfall kann von der
Festigkeit einer einzelnen Keilzinkenverbindung die Standfestigkeit
eines gesamten Gebäudes abhängen.
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Zum
Erreichen einer noch höheren
Produktionssicherheit wird das so genannte „Proof Loading-Verfahren” angewendet.
Jedes Bauteil wird von einer speziellen Prüfanlage, die üblicherweise
im Produktionsprozess integriert ist geprüft. Das Bauteil wird an beiden
Enden eingespannt und mit einer vorgegebenen Zuglast, welche in
Abhängigkeit
von der Dimension des Bauteils und der Festigkeitsklasse zugeordnet
ist, belastet. Bauteile mit einem signifikanten Fehler versagen,
werden aussortiert und können
nachgebessert werden. Nachteilig an diesem Verfahren ist es, dass
Fehlstellen, die die Prüfbelastung
gerade noch überstehen,
nicht erkannt werden. Die Prüfbelastung
kann an diesen Fehlstellen jedoch zu Schädigungen führen, die die Festigkeit des
Holzbauteiles nachteilig beeinflussen.
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Eine
Erhöhung
der Prüflast
würde zwar
zu einer höheren
Sicherheit führen,
kann aber weitere Vorschädigungen
nach sich ziehen und wird den Ausschuss erhöhen.
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Aus
der
AT 412 674 B ist
ein Verfahren zur Qualitätssicherung
von Langholz bekannt, bei dem Langholz mit einer definierten Zuglast
beaufschlagt wird. Während
der Zugbelastung wird die Dehnung des gesamten Bauteils gemessen.
Dadurch kann eine erhöhte
Sicherheit bei der Erkennung von Fehlstellen gewährleistet werden, das Problem
der Schädigung
der Holzbauteile bleibt dabei bestehen. Zudem ist die Lokalisierung
einer Fehlstelle nur bei Versagen des Langholzes möglich.
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Die
US-5,237,870 A1 beschreibt
ein Verfahren zur Überprüfung der
Festigkeit von Keilzinkenverbindungen, bei dem in einem kontinuierlichen
Prozess Konstruktionsvollholz mit Keilzinkenverbindungen zwischen
zwei Rollenpaaren hindurch gefördert wird.
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Die
JP 02047533 A1 beschreibt
die Erfassung einer akustischen Emission bei einer Biegebelastung
von Sperrholz.
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Niemz,
P. u. a.: Untersuchungen zum Einfluss ausgewählter Strukturparameter von
Spanplatten auf Schallemissionen bei Biegebelastung” In: Holz
als Roh- und Werkstoff 55 (1997), Seiten 149–152 beschreibt kein Verfahren
zur zerstörungsfreien Überprüfung von
Keilzinkenverbindungen, sondern eine theoretische Untersuchung der
Schallemission von ungefügten
Spanplatten bei Biegebelastung.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Prüfung
von Holzbauteilen bereitzustellen, mit denen ohne Zerstörung des
Holzbauteiles eine sichere und genaue Überprüfung der Festigkeit durchgeführt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie
eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 17 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
sieht vor, dass das Holzbauteil abschnittsweise mit einer definierten
Zugkraft unterhalb seiner charakteristischen Festigkeit belastet
und gleichzeitig eine Messung von Parametern bezüglich der Schallemissionen und/oder
des Schwingungs- und Dehnungsverhaltens des Holzbauteils im Bereich
der Zugbelas tung durchgeführt
wird. Durch die gleichzeitige, zerstörungsfreie Messung von Prüfparametern
des belasteten Abschnittes ist es möglich, eine genauere Aussage über seine
Festigkeit zu gewinnen. Dabei ist es vorteilhaft, dass die aufzubringende
Prüflast,
also Zugkraft, wesentlich niedriger als die Bruchlast einer aufzuspürenden Fehlstelle
sein kann. Minimale Fehlstellen in dem betrachteten Holzbauteilabschnitt,
beispielsweise eine teilweise fehlerhafte Keilzinkenverbindung oder
eine andere Fehlstelle, erzeugen unter Belastung an den Zinkenspitzen
oder in den Fehlstellenbereichen Emissionen im Ultraschallbereich,
welche durch eine geeignete Sensorik erfasst werden. Fehlstellen
können
auch durch Nichtlinearitäten
im lokalen Dehnungsfeld erkannt werden. Das lokale Schwingungsverhalten
kann sowohl zusammen mit der Aufbringung einer Zugkraft als auch
ohne Zugkraft gemessen werden und trägt zur Verbesserung der Aussagegenauigkeit
bei. Dadurch dass die Messeinrichtung relativ zu dem Holzbauteil
zu Stellen verfahren wird, die zu überprüfen sind, ist es nicht mehr
nötig,
dass gesamte Holzbauteil durch die Prüfeinrichtung hindurch zu fördern, was
aufgrund der Länge
des Holzbauteiles sehr viel Platz erfordert, vielmehr kann die kompakte
Messeinrichtung zwischen den Einrichtungen zur Aufbringung einer
definierten Zugkraft verfahren werden.
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Zur
Durchführung
des Verfahrens ist es vorgesehen, dass das Holzbauteil in Klemmeinrichtungen
eingespannt und die Klemmeinrichtungen voneinander weg bewegt werden,
insbesondere ist eine hydraulische Belastung der Klemmeinrichtungen
vorgesehen. Dadurch ist es möglich,
eine getaktete Messung und Überprüfung des
Holzbauteiles durchzuführen.
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Ebenfalls
ist es möglich,
dass mehrere Messungen gleichzeitig an dem Holzbauteil durchgeführt werden,
beispielsweise indem mehrere Messeinrichtungen auf einer Längsführung gleichzeitig
das Holzbauteil überprüfen, beispielsweise
Zinkenverbindungen in einem Leimbinder. Da sich auf einem beispielsweise
24 m langen Bauteil zwischen 10 und 20 Zinkenverbindungen anfinden
können,
die nach dem herkömmlichen
Verfahren nacheinander zu den stationären Messeinrichtungen ausgerichtet
werden müssten,
führt dies
zu einer langen Prüfdauer;
dagegen kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Vielzahl
von Messungen gleichzeitig ausgeführt werden. Bei einer Mehrfachprüfung reduziert
sich der Zeitaufwand für
die Gesamtmessung erheblich, da neben dem Wegfall der reinen Messzeit
auch die Nebenzeiten für
das öffnen
und Schließen
von Spanneinrichtungen bzw. Einrichtungen zum Aufbringen einer Zugkraft
entfallen.
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An
der Messstelle werden vorzugsweise lokale Dehnungsmessungen durchgeführt, um
Nichtlinearitäten
im lokalen Dehnungsfeld zu erkennen. Die Messung dieser Dehnungen
kann berührungslos
mit einem Laserextensiometer oder mit berührenden Schneiden erfolgen.
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Ebenfalls
ist es vorgesehen, dass eine akustische Emission an der Messstelle
aufgenommen wird, wobei Schallemissionen im Ultraschallbereich erfasst
werden, die unter Belastung im Bereich der Fehlstellen oder Fügestellen
auftreten. Die Ankopplung der Messeinrichtung bzw. Sensorik an das
Holzbauteil erfolgt bevorzugt ohne Kopplungshilfsmittel, wie z.
B. ein Gel.
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Alternativ
oder ergänzend
ist es vorgesehen, dass eine Schwingungsanregung des Holzbauteiles erfolgt
und das Schwingungsverhalten des Holzbauteiles über einen Sensor gemessen wird.
Da Fehlstellen eine Störung
der lokalen Steifigkeit innerhalb des Holzbauteiles darstellen,
können
durch Transmissionsparameter, beispielsweise für Ultraschallwellen, diese
Störungen
charakterisiert werden. Für
die Messung der Transmissionsparameter werden energiereiche, vorzugsweise
niederfrequente Ultraschallwellen oder Impulse auf das Holzbauteil
aufgegeben und der Durchlauf dieser Schallwellen mit einer geeigneten
Sensorik gemessen und ausgewertet. Das Transmissionsverhalten wird
mit oder ohne eingeleitete Zugkräfte
gemessen. Vorteilhaft ist weiterhin, wenn das Holzbauteil insbesondere
mit energiereichen Ultraschallwellen, thermografisch vermessen wird.
Bei der Beaufschlagung des Holzbauteiles mit Ultraschall mit hoher
Energiedichte führen
Fehler in der Verbindung von Einzelteilen des Holzbauteiles, beispielsweise
bei den Zinkenverbindungen, zu Mikro-Reibbewegungen und damit zu
lokalen Erwärmungen.
Diese können über einen
thermografischen Sensor gemessen werden. Wird also nach der Beaufschlagung
des Holzbauteiles mit Ultraschall eine lokale Erwärmung detektiert,
kann auf eine nicht feste Verbindung innerhalb des Holzbauteils
geschlossen werden.
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Es
ist vorgesehen, dass weniger als 75% der charakteristischen Festigkeit
des Holzbauteiles als Zugkraft aufgebracht wird, so dass das Holzbauteil bzw.
eine Verbindungsstelle zweier Holzteile durch das verminderte Lastniveau
und durch den Einsatz der zerstörungsfreien
Prüf- und
Messverfahren nicht unerkannt beschädigt oder vorgeschädigt wird.
Somit ist es möglich,
Holzbauteile mit einer niedrigen, aber noch zulässigen Festigkeit ohne Materialzerstörung zu
prüfen,
lediglich Verbindungen und Fehlstellen mit einer sehr geringen,
nicht mehr zulässigen
Festigkeit werden bei einem solchen Verfahren zerstört. Diese Holzbauteile
müssten
in jedem Fall ausgesondert oder nachgebessert werden. Durch die
niedrige Zugkraft, die bei der Prüfung der Holzbauteile aufgebracht
wird, wird der maschinelle Aufwand der Prüfvorrichtung geringer, so dass
die Anlage leichter und kostengünstiger
ausgeführt
werden kann. Mögliche Beschädigungen,
die durch das mechanische Einleiten der Zugkraft auf die Oberfläche des
Bauteiles hervorgerufen werden können,
also im Bereich der Krafteinleitung, werden reduziert, da die Zugkräfte wesentlich
niedriger als bei den herkömmlichen
Prüfverfahren
dimensioniert werden. Die erforderliche Anpresskraft für die Prüfeinrichtungen
oder Andruckrollen ist niedriger als bei herkömmlichen Verfahren, so dass
im Bereich der Einspannung des Holzbauteiles in eine Prüfeinrichtung
eine verminderte Materialbeeinflussung auftritt.
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Bevorzugt
wird die Messung an einer Fügestelle
zweier Holzbauteile durchgeführt,
an denen diese miteinander verleimt sind.
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Insbesondere
bei einem getakteten Verfahren ist es vorgesehen, dass zu überprüfende Stellen des
Holzbauteiles markiert werden, dass eine Prüfeinrichtung entlang dem Holzbauteil
bewegt wird und über
einen Sensor die zu prüfende
Stelle ermittelt wird. Messeinrichtungen werden in Abhängigkeit
von den Sensordaten im Bereich der zu prüfenden Stelle positioniert.
Dadurch ist es möglich,
dass gezielt ausgewählte
Stellen des Holzbauteiles, beispielsweise Verbindungsstellen, geprüft werden
können,
indem die zu prüfende
Stelle exakt der entsprechenden Messeinrichtung zugeordnet werden
kann.
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Als
Fehlstelle erkannte Bereiche des Holzbauteiles können markiert und später herausgetrennt werden,
da eine örtliche
Auflösung
der Messergebnisse erfolgt. Die Messergebnisse können dem jeweiligen Holzbauteilabschnitt
sicher zugeordnet werden, durch die Kombination einer geringen Prüflast, einer
zusätzliche
Messung von zerstörungsfrei
gewonnenen Parametern und einer örtlichen
Auflösung kann
die Aussagegenauigkeit über
Fehlstellen und den Ort der Fehlstellen signifikant erhöht werden.
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Neben
einem Markieren und Heraustrennen erkannter Fehlstellen ist es möglich, dass über das Verfahren
die Festigkeit bzw. die Festigkeitsklasse des Holzbauteiles bestimmt
und das Holzbauteil einer Festigkeitsklasse zugeordnet und entsprechend gekennzeichnet
wird.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Überprüfung der
Festigkeit von Holzbauteilen, insbesondere stangenförmiger Holzbauteile,
mit Einrichtungen zum Aufbringen einer Zugkraft auf das Holzbauteil,
sieht vor, dass zumindest eine Messenrichtung zur Erfassung von
Parametern bezüglich
der Schallemission und des Schwingungs- oder Dehnungsverhaltens
des Bauteiles vorgesehen ist, wobei die Schallemissionen und das
Schwingungs- oder Dehnungsverhalten des Holzbauteiles zwischen den
Einrichtungen zum Aufbringen der Zugkraft erfasst wird. Dabei ist
es vorgesehen, dass die Messeinrichtung relativ zu den Einrichtungen
zum Aufbringen einer Zugkraft auf das Holzbauteil verfahrbar ist,
damit die Messung einer Vielzahl von Prüfstellen in einer Aufspannung
des Holzbauteiles in den Einrichtungen stattfinden kann. Die Messeinrichtung
bzw. Messeinrichtungen sind als Extensiometer oder Schwingungssensor,
insbesondere Ultraschallsensor ausgebildet, wobei die Extensiometer
als Laserextensiometer aufgebaut sein können.
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Zur
Feststellung des Schwingungsverhaltens ist es vorgesehen, dass ein
Schwingungserreger oder ein Impulserreger der Messeinrichtung zugeordnet
ist, über
die Schwingungen oder ein Impuls in das Holzbauteil eingeleitet
werden. Durch die Impulsantwort bzw. das Transmissionsverhalten
des Holzbauteiles ist es möglich,
Fehlstellen zu erkennen und Festigkeiten des Holzbauteiles zu bestimmen.
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Die
Einrichtungen zur Aufbringung von Zugkräften auf das Holzbauteil sind
als zwei gegeneinander verfahrbare Klemmeinrichtungen ausgebildet,
die an dem Holzbauteil festlegbar, insbesondere festklemmbar sind.
Diesen Klemmeinrichtungen ist zumindest ein Hydraulikzylinder zum
Verfahren der Klemmeinrichtungen auseinander zugeordnet, um eine
Zugkraft auf das Holzbauteil aufbringen zu können.
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Der
Messeinrichtung ist eine Auswerteeinheit für die Messergebnisse zugeordnet,
so dass unmittelbar nach der Prüfung
entschieden werden kann, ob Fehlstellen vorliegen, wo diese vorhanden sind,
in welchen Festigkeitsklassen das Holzbauteil eingeordnet werden
kann und ob oder wo Fehlstellen entfernt werden müssen.
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Bei
dem Prüfverfahren
ist eine automatische Fördereinrichtung
zum Zuführen
und Abtransportieren der zu prüfenden
Holzbauteile vorgesehen, die das zu prüfende Holzbauteil in Querrichtung
zu den Klemmeinrichtungen fördert.
Nach der Positionierung des zu prüfenden Abschnittes des Holzbauteiles
werden die Klemmeinrichtungen auf das Holzbauteil aufgesetzt und
bringen eine definierte Zugkraft auf. Die zu prüfende Stelle wird dann von
den Messeinrichtungen untersucht.
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Der
Vorrichtung zum Überprüfen der
Holzbauteile ist eine Ausschleuseinrichtung für Holzbauteile ungenügender Festigkeit
nachgeordnet. Die Vorrichtung kann in den Produktionsprozess sowohl eines
bestehenden als auch eines neuen Werkes zur Herstellung von Holzbauteilen,
insbesondere von einteiligem, keilgezinktem Konstruktionsvollholz
integriert werden.
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Die
Messeinrichtung ist bevorzugt zusammen mit der Auswerteeinheit auf
einem Schlitten gelagert, der parallel zu der Längserstreckung des Holzbauteils
verläuft.
Die Überprüfung der
Holzbauteile kann dadurch einfach und raumsparend in einem Quertransport
integriert werden, indem die Einrichtungen zum Aufbringen einer
Zugkraft, beispielsweise Klemmbacken, auf die Länge der zu überprüfenden Holzbauteile eingestellt
werden. Diese Länge bleibt
während
eines Produktionsauftrages, der eine Mehrzahl von zu produzierenden
Holzbauteilen umfasst, gleich. Im Falle einer Holzstange wird diese aus
dem Quertransport gehoben und eingespannt, während die Schienen mit den
Messeinrichtungen, die auf einem Schlitten angeordnet sind, darüber oder
davor angeordnet sind. Zum Überprüfen der Holzbauteile
werden dann die Messeinrichtungen zu den zu überprüfenden Stellen des Holzbauteiles
verfahren.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand der beigefügten
Figuren näher erläutert. Es
zeigen:
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1 – eine schematische
Darstellung einer Produktionsanlage mit integrierter Prüfvorrichtung; sowie
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2 – eine schematische
Darstellung einer getakteten Prüfvorrichtung.
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In
der 1 ist eine Produktionsanlage für stangenförmige Holzbauteile 20 gezeigt.
In einem Rohholzlager 1 ist das gesägte Rohholz gestapelt und wird
einer ersten Prüfstelle 2 zugeführt, in
der Fehlstellen markiert werden und das Rohholz einer Festigkeitsklasse
zugeordnet werden. In einer daran anschließenden Sortierstelle 3 wird
minderwertiges Material ausgeschleust, beispielsweise wenn die geforderte
Festigkeitsklasse nicht erreicht wird oder das Material zu trocken
oder zu feucht ist. Die weiter zu verarbeitenden Materialien werden
nach Güte
sortiert in Zwischenlagern 4 gebracht. Aus diesen Zwischenlagern 4 werden
sie einer Kappsägestation 5 zugeführt, in
der Fehlstellen herausgesägt
werden. Diese Fehlstellen werden ausgeschleust und einer Abfallstation 13 zugeleitet.
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Nach
der Kappsägenstation 5 werden
die Holzteile einer Keilzinkenanlage 6 zugeführt, in
der stangenförmige
Holzteile stirnseitig miteinander in einer Keilzinkenverbindung
verleimt werden. Der Keilzinkenanlage 6 nachgeordnet ist
eine Ablängsäge 7, die
das Holzbauteil auf die gewünschte
Länge zusagt.
An die Ablängsäge 7 schließt sich
ein sogenanntes Aushärtungslager 8 an,
das als kontinuierliches oder diskontinuierliches Durchlauflager
ausgebildet ist. Die Holzbauteile verweilen eine festgelegte Mindestzeit
in dem Aushärtungslager 8,
so dass der Leim der Keilzinkenverbindung aushärten kann. Eine Prüfung der
Festigkeit des Holzbauteiles erfolgt sinnvollerweise im Anschluss
an das Aushärtelager 8 nach
dem Aushärten
und Erreichen der Endfestigkeit der geleimten Keilzinkenverbindung,
jedoch vor einer Endbearbeitung. Zur Überprüfung der Festigkeit entweder
der Verbindungsstelle oder der gesamten Holzteile bzw. Holzbauteile
wird aus dem Aushärtungslager 8 das
Holzbauteil einer Prüfvorrichtung 9 zugeführt, in
der sämtliche
Holzbauteile überprüft werden.
Diejenigen Holzbauteile, die die erforderlichen Festigkeitswerte
erreichen, werden in einer Ausschleuseinrichtung 10 zur
Endbearbeitung einem Fertighobel 11 zugeführt, von
dem aus die Holzbauteile der Weiterverarbeitung 12 zugeführt werden.
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Hat
die Prüfung
in der Prüfvorrichtung 9 ergeben,
dass das Holzbauteil oder ein Teil des Holzbauteiles nicht den gewünschten
Festigkeitsanforderungen entspricht, werden diese aussortiert. Mittels einer
Auskappsäge 14 werden
die Fehlstellen ausgekappt und der Abfallstation 13 zugeführt. Die
den jeweiligen Festigkeitsklassen entsprechenden Holzbauteile oder
Holzteile werden dann den entsprechenden Zwischenlagern 4 erneut
zugeführt
und neu in der Keilzinkenanlage 6 verarbeitet.
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Da
die an den Holzbauteilen festgestellten Fehlstellen nicht ohne Weiteres
durch einen Bruch ersichtlich sind, ist das Markieren der Fehlstellen, beispielsweise
in Gestalt einer Farbmarkierung, vorgesehen. Alternativ zu einem
Heraussägen
der Fehlstellen ist es vorgesehen, dass die Holzbauteile nach der Überprüfung in
eine niedrigere Festigkeitsklasse eingestuft werden können. Das
ist dann möglich, wenn
die Prüfung
des Holzbauteiles zwar eine geringere Festigkeit als die der ursprünglichen
Festigkeitsklasse zugehörig
ermittelt wurde, diese Festigkeit aber noch einer geringeren Festigkeitsklasse
genügt.
Aus einem Holzbauteil der Festigkeitsklasse MS13 wird dann beispielsweise
eines der Klasse MS7.
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Der
gesamte Funktionsablauf kann mit einer automatischen Steuerung durchgeführt und überwacht
werden.
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Ein
Beispiel der Prüfvorrichtung 9 ist
in der 2 dargestellt, bei der es sich um eine getaktete Prüfvorrichtung
für stangenförmige Holzbauteile 20 handelt.
Das Holzbauteil 20 wird über nicht dargestellte Fördereinrichtungen,
beispielsweise Förderrollen
oder Förderbänder, bevorzugt
quer zur Längserstreckung
des Holzbauteiles 20 vorbewegt. Das Holzbauteil 20 ist
mit Fügestellen 21 in
Gestalt von Keilzinkenverbindungen versehen und wird in zwei Klemmeinrichtungen 33 hineingeführt. Die
rechte Klemmeinrichtung 33 ist dabei verfahrbar gelagert, wie
durch den Doppelpfeil angedeutet, und kann an verschiedenen Stellen
verankert werden. Die Verankerungsstellen 331, die nur
schematisch dargestellt sind, sind in diskreten Abständen angeordnet;
alternativ kann eine Verriegelung frei wählbar, z. B. durch Klemmung
oder dergleichen erfolgen. Die Längseinstellung
der beweglich gelagerten Klemmeinrichtung 33 kann manuell
oder bevorzugt automatisch erfolgen, wobei die Länge des Holzbauteiles 20 entweder vor
dem Einklemmen des Holzbauteiles 20 ermittelt oder bereits
aus vorangegangenen Arbeitsschritten bekannt ist.
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Soll
nun ein Holzbauteilabschnitt oder eine Fügestelle 21 bezüglich ihrer
Festigkeit überprüft werden,
wird das Holzbauteil 20 in den Klemmeinrichtungen 33 eingeklemmt,
indem Klemmbacken 34 über
Hydraulikzylinder 35 in Richtung auf das Holzbauteil 20 verfahren
werden. Nachdem beide Klemmeinrichtungen 33 an dem Holzbauteil 20 festgelegt
sind, wird ein weiterer Hydraulikzylinder 31 aktiviert,
der die an einer Längsführung 32 angeordnete,
beweglich gelagerte Klemmeinrichtungen 33 von der statischen
Klemmeinrichtung 33 wegdrückt. Dadurch wird zwischen
den Klemmeinrichtungen 33 eine Zugkraft in das Holzbauteil 20 eingeleitet.
Während
des Aufbringens dieser Zugkraft wird die Fügestelle 21 mittels
einer Messeinrichtung 40 vermessen. Die Messeinrichtung 40 kann
entweder ein Schall-Transmissionsverhalten
des Holzbauteiles 20 oder Schallemissionen erfassen. Das
Schall-Transmissionsverhalten wird als Schwingungsantwort auf die
Einleitung von Impulsen oder niederfrequenten, energiereichen Ultraschallwellen
ermittelt. Solche Impulse oder Ultraschallwellen werden durch einen nicht
dargestellten Anregungskopf eingeleitet.
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Alternativ
dazu können
Fehlstellungen oder Störungen
innerhalb des Holzbauteiles 20 bei Zugbelastung berührungslos
oder berührend
gemessen werden, indem Extensiometer eingesetzt werden. Eine berührungslose
Messung erfolgt über
einen Laserextensiometer, eine berührende Messung durch aufgesetzte
Schneiden. Dabei wird bei Anlegen einer Zugkraft wesentlich unterhalb
der angenommenen Festigkeitsklasse, z. B. weniger als 75% der charakteristischen
Festigkeit, eine nichtlineare Dehnung innerhalb des zu prüfenden Abschnittes
des Holzbauteiles 20 gemessen. Liegen Fehlstellen oder
Störungen
in dem Holzbauteil 20 vor, können nichtlineare Dehnungen
bei Einwirkung von Zugkräften
auftreten, die durch die Messeinrichtung 40 erfasst werden.
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Schallemissionen,
Schwingungsantworten oder nichtlineare Dehnungen werden als Sensordaten
einer Auswerteeinheit 41 übermittelt, in der ermittelt
wird, ob und in welchem Umfang Fehlstellen vorhanden sind oder ob
die Festigkeitsklasse des Holzbauteiles 20 anders eingestuft
werden muss.
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Mit
der Vorrichtung gemäß 2 werden
in der Regel nur spezielle Abschnitte des Holzbauteiles 20,
wie z. B. Keilzinkenverbindungen oder ausgewählte Stellen in den Holzteilen überprüft. Um eine exakte
Positionierung der Prüfstelle
zwischen den Klemmeinrichtungen 33 zu erreichen, ist ein
Sensor 42 vorgesehen, der entweder über eine Bildauswertung die
Keilzinkenverbindung 21 oder aber eine, auf dem Holzbauteil 20 angebrachte
Farbmarkierung 50 erkennt.
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Die
Positionierung der Messeinrichtung 40 an den erforderlichen
Stellen des Holzbauteiles 20 zwischen den Klemmeinrichtungen 33 erfolgt
dann über
eine Steuerung einer nicht dargestellten Verschiebeeinrichtung für die Messeinrichtung 40,
beispielsweise über
einen Motor, der die an einer Längsführung gelagerte
Messeinrichtung entlang des Holzbauteiles 20 verfährt, bis
ein Sensorsignal des Sensors 42 vorliegt. Die Verfahrbarkeit
der Messeinrichtung 40 entlang der Längserstreckung des Holzbauteiles 20 ist
durch den Doppelpfeil angedeutet. Die Messeinrichtung 40 kann
dabei U-förmig
aufgebaut sein und mit dem offenen Ende über das Holzbauteil 20 geschwenkt
werden, anschließend
werden die Prüfkopfe
oder Sensoren in Richtung auf das Holzbauteil 20 verfahren
und die Messung kann durchgeführt
werden. Vorteilhafterweise sind mehrere Messeinrichtungen 20 einer
Prüfvorrichtung 9 zugeordnet, so
dass alle Prüfstellen 21 gleichzeitig
oder zumindest parallel geprüft
werden, so dass sich Nebenzeiten reduzieren, die durch eine Längsförderung
des Holzbauteiles 20 durch eine feststehende Messeinrichtung 40 mit
sequentieller Positionierung und Messung entstehen. Mehrere Prüfstellen 21 können so gleichzeitig überprüft werden,
um die Messeinrichtung 40 an eine andere Prüfstelle 21 zu
verfahren, werden die Sensoren gelöst und eine Verfahrbewegung
eingeleitet, bis die Sensoreinrichtung 42 ein Farbsignal 50 detektiert
und den Motor stoppt.
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Nach
dem Prüfen
können
die Messeinrichtungen 40 nach oben oder seitwärts neben
die Klemmeinrichtungen 33 verfahren werden, so dass das
geprüfte
Holzbauteil 20 aus den Klemmeinrichtungen 33 entnommen
und zur Weiterverarbeitung oder zum Verkauf abtransportiert werden
kann.
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Die
Prüfvorrichtung 9 kann
in den Produktionsprozess eines bestehenden oder neuen Werkes für einteilig
keilgezinktes Vollholz oder für
mehrteilig, keilgezinktes Vollholz integriert werden. Die Keilzinkenverbindungen
können
direkt nach der Presse der Keilzinkenanlage 6 durch erhöhte Energiezufuhr
ausgehärtet
und anschließend
unmittelbar der Prüfvorrichtung 9 zugeführt werden.