DE102006042082B4 - Verfahren und Vorrichtung zur zerstörungsfreien Überprüfung von Holzbauteilen - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur zerstörungsfreien Überprüfung von Keilzinkenverbindungen in einem Holzbauteil, insbesondere in Konstruktionsvollholz, bei dem das Holzbauteil mit einer definierten Zugkraft unterhalb einer charakteristischen Festigkeit belastet wird und eine Messung von Parametern bezüglich des Dehnungsverhaltens durchgeführt wird, wobei eine Messung von Schallemissionen, die unter Belastung im Bereich der Fügestellen auftreten, durchgeführt wird (gemäß DE 10 2005 016 738 ), dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinrichtung relativ zu dem Holzbauteil zu Stellen verfahren wird, die zu überprüfen sind.

Description

  • 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 .
  • Die Erfindung ist insbesondere auf eine zerstörungsfreie Prüfung geklebter Holzverbindungen gerichtet, vorzugsweise in einteilig keilgezinktem Vollholz, welches in Serie gefertigt wird.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Eine Erhöhung der Prüflast würde zwar zu einer höheren Sicherheit führen, kann aber weitere Vorschädigungen nach sich ziehen und wird den Ausschuss erhöhen.
  • 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.
  • 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.
  • Die JP 02047533 A1 beschreibt die Erfassung einer akustischen Emission bei einer Biegebelastung von Sperrholz.
  • 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.
  • 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.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 17 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Bevorzugt wird die Messung an einer Fügestelle zweier Holzbauteile durchgeführt, an denen diese miteinander verleimt sind.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 – eine schematische Darstellung einer Produktionsanlage mit integrierter Prüfvorrichtung; sowie
  • 2 – eine schematische Darstellung einer getakteten Prüfvorrichtung.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Der gesamte Funktionsablauf kann mit einer automatischen Steuerung durchgeführt und überwacht werden.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (27)

  1. Verfahren zur zerstörungsfreien Überprüfung von Keilzinkenverbindungen in einem Holzbauteil, insbesondere in Konstruktionsvollholz, bei dem das Holzbauteil mit einer definierten Zugkraft unterhalb einer charakteristischen Festigkeit belastet wird und eine Messung von Parametern bezüglich des Dehnungsverhaltens durchgeführt wird, wobei eine Messung von Schallemissionen, die unter Belastung im Bereich der Fügestellen auftreten, durchgeführt wird (gemäß DE 10 2005 016 738 ), dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinrichtung relativ zu dem Holzbauteil zu Stellen verfahren wird, die zu überprüfen sind.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Holzbauteil an seinen Enden in Klemmeinrichtungen eingespannt und die Klemmeinrichtungen voneinander weg bewegt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Messungen gleichzeitig an dem Holzbauteil durchgeführt werden.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmeinrichtungen hydraulisch auseinandergedrückt werden.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung getaktet durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Messstelle eine lokale Dehnungsmessung durchgeführt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnungsmessung über ein Laserextensometer durchgeführt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schwingungsanregung des Holzbauteiles erfolgt und das Schwingungsverhalten über einen Sensor gemessen wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Holzbauteil mit Ultraschall oder einem Impuls angeregt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Holzbauteil nach der Schwingungsanregung mit Ultraschall thermographisch vermessen wird.
  11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weniger als 75% der charakteristischen Festigkeit als Zugkraft aufgebracht wird.
  12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung an einer Fügestelle zweier Holzbauteile durchgeführt wird.
  13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu prüfende Stellen des Holzbauteiles markiert werden, eine Prüfeinrichtung relativ zu dem Holzbauteil verfahren und über einen Sensor die zu prüfende Stelle ermittelt wird und die Messeinrichtung in Abhängigkeit von den Sensordaten im Bereich der zu prüfenden Stelle positioniert wird.
  14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass erkannte Fehlstellen markiert und diese Fehlstellen herausgetrennt werden.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Festigkeit des Holzbauteiles bestimmt und das Holzbauteil einer Festigkeitsklasse zugeordnet und entsprechend gekennzeichnet wird.
  16. Vorrichtung zur zerstörungsfreien Überprüfung der Festigkeit von stangenförmigen Holzbauteilen mit Keilzinkenverbindungen, mit Einrichtungen (33) zum Aufbringen einer definierten Zugkraft unterhalb einer charakteristischen Festigkeit auf das Holzbauteil und einer Messeinrichtung zur Erfassung von Parametern bezüglich des Dehnungsverhaltens des Holzbauteiles (20), wobei zumindest eine Messeinrichtung (40) Schallemissionen misst, die in einem Bereich der Fügestellen des Holzbauteils unter Belastung erzeugt werden (gemäß DE 10 2005 016 738 ), dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (40) relativ zu den Einrichtungen (33) verfahrbar ist.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (40) als ein Extensometer oder ein Schwingungssensor ausgebildet ist.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Extensometer als Laserextensometer aufgebaut ist.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Messeinrichtung (40) ein Schwingungserreger oder ein Impulserreger zur Anregung des Holzbauteiles (20) zugeordnet ist.
  20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen (33) zur Aufbringung von Zugkräften auf das Holzbauteil (20) als zwei gegeneinander verfahrbare Klemmeinrichtungen ausgebildet sind, die an dem Holzbauteil (20) festlegbar sind.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass den Klemmeinrichtungen (33) ein Hydraulikzylinder (31) zum Verfahren der Klemmeinrichtungen (33) zugeordnet ist.
  22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinheit (41) für die Messergebnisse der Messeinrichtung (40) zugeordnet ist.
  23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 22, gekennzeichnet durch eine Fördereinrichtung (30) zum Zuführen und Abtransportieren der zu prüfenden Holzbauteile (20).
  24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (42) zu Erfassung einer Markierung auf dem Holzbauteil (20) oder der Prüfstelle vorgesehen ist, der mit einer Steuereinrichtung gekoppelt ist, die die Messeinrichtung (40) relativ zu dem Holzbauteil (20) positioniert.
  25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausschleuseinrichtung (14) für Holzbauteile (20) ungenügender Festigkeit der Vorrichtung (9) nachgeordnet ist.
  26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (40) auf einem Schlitten gelagert ist, der parallel zu der Längserstreckung des Holzbauteiles (20) verläuft.
  27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (40) einen Sensor zur thermographischen Auswertung aufweist.
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