DE102007039539A1

DE102007039539A1 - Verfahren zur Prüfung von stangenförmigen Holzbauteilen und Holzbauteilprüfvorrichtung

Info

Publication number: DE102007039539A1
Application number: DE200710039539
Authority: DE
Inventors: Hubertus Dr.-Ing. Zeddies
Original assignee: MINDA INDUSTRIEANLAGEN GmbH
Current assignee: MINDA INDUSTRIEANLAGEN GmbH
Priority date: 2007-08-21
Filing date: 2007-08-21
Publication date: 2009-02-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von stangenförmigen Holzbauteilen (14), insbesondere von Keilzinkenverbindungen aufweisenden Holzbauteilen (14), mit den Schritten: Beaufschlagen des Holzbauteils (14) mit einer sich zeitlich ändernden Biegekraft (F(t)) und Erfassen einer durch die Biegekraft (F(t)) verursachten Durchbiegung (z(t)) des Holzbauteils (14). Erfindungsgemäß sind die folgenden Schritte vorgesehen: Erfassen einer Hysteresekurve (H) aus der sich zeitlich ändernden Biegekraft (F(t)) und der Durchbiegung (z(t)), wobei die Hysteresekurve (H) eine Hysteresefläche (G) besitzt, aus der Hysteresekurve (H) Ermitteln eines Hysteresekurvenkennwerts (B), der mit der Hysteresefläche (G) korreliert, und Ausgeben eines Signals, wenn der Hysteresekurvenkennwert (B) einen vorgegebenen Sollwert (B<SUB>Soll</SUB>) überschreitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von stangenförmigen Holzbauteilen, insbesondere von Keilzinkenverbindungen aufweisenden Holzbauteilen, mit den Schritten (a) Beaufschlagen des Holzbauteils mit einer sich zeitlich ändernden Biegekraft und (b) Erfassen einer durch die Biegekraft verursachten Durchbiegung des Holzbauteils. Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Holzbauteilprüfvorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung von stangenförmigen Holzbauteilen, mit einer Biegevorrichtung zum Aufbringen einer Biegekraft auf das Holzbauteil, einer Transportvorrichtung zum Transportieren des Holzbauteils an der Biegevorrichtung vorbei und einer Durchbiegungsmessvorrichtung zum Erfassen einer durch die Biegekraft verursachten Durchbiegung des Holzbauteils.
Stangenförmige Holzbauteile, die beispielsweise für tragende Konstruktionen im Hochbau verwendet werden, müssen vorgegebene Festigkeitswerte sicher gewährleisten. Holz als naturgewachsener Rohstoff weist jedoch Inhomogenitäten in der Festigkeit auf. Wenn Holz oder Holzbauteile für tragende Zwecke im Bau eingesetzt werden sollen, muss diesem Umstand durch hohe Sicherheitsbeiwerte Rechnung getragen werden. Um stangenförmige, hochfeste Bauteile aus Holz zu erhalten, werden mehrere kurze Teilstücke aus Holz einer definierten Festigkeit mit Hilfe einer Keilzinkenverbindung zusammengesetzt. Diese Teilstücke werden durch spezielle Sortierverfahren aus dem natürlich vorhandenen Rohholz ausgelesen. Mit Hilfe dieser bewährten Verfahren, nämlich der Gütesortierung und der Keilzinkenverbindung, können lange Holzbauteile in Form von Holzlamellen hoher Güte und Festigkeit hergestellt werden. Diese Holzlamellen verleimt zu Leimbindern oder als Konstruktions-Vollholz haben sich als wirtschaftlicher Baustoff auch für hoch belastete und weittragende Konstruktionen etabliert.
Bei den oben genannten Verfahren der Gütesortierung und der Keilzinkenverbindung können aus vielfältigen Gründen Fehler auftreten. Derartige Fehler können die Tragfähigkeit des Holzbauteils erheblich mindern. Aus diesem Grund müssen Sortierverfahren und Sortiermaschinen auf ihre Eignung geprüft und zugelassen sein. Produktionsbetriebe müssen für die Herstellung von Holzleimbindern und Konstruktionsvollholz zertifiziert werden und sich einer regelmäßigen Überwachung unterziehen.
Bekannt sind Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von stangenförmigen Holzbauteilen und entsprechende Holzbauteilprüfvorrichtungen, bei denen aus der aufgebrauchten Biegekraft und der Durchbiegung des Holzbauteils ein Elastizitätsmodul des Holzbauteils ermittelt wird. Ein unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts liegendes Elastizitätsmodul deutet auf einen Materialfehler hin. Das entsprechend fehlerhaft geprüfte Holzbauteil wird daraufhin verworfen oder einer Nachbehandlung unterzogen. Nachteilig an einem derartigen Verfahren ist, dass das Elastizitätsmodul nur ein relativ schlechtes Maß für die Festigkeit des Holzbauteils darstellt. Es existieren Fälle, bei denen eine Keilzinkenverbindung fehlerhaft ist, die verleimten Holzlamellen jedoch in der Umgebung der Keilzinkenverbindung einen erhöhten Elastizitätsmodul aufweisen. Beide Effekte mitteln einander heraus, so dass die fehlerhafte Keilzinkenverbindung nicht detektiert werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Nachteile im Stand der Technik zu überwinden.
Die Erfindung löst das Problem durch ein gattungsgemäßes Verfahren, das die Schritte eines Erfassens einer Hysteresekurve aus der Biegekraft und der Durchbiegung, wobei die Hysteresekurve eine Hysteresefläche besitzt, eines Ermittelns eines Hysteresekurvenkennwerts, der mit der Hysteresefläche korreliert, aus der Hysteresekurve, und eines Ausgebens eines Signals umfasst, wenn der Hysteresekurvekennwert einen vorgegebenen Sollwert unterschreitet. Gemäß einem zweiten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch eine gattungsgemäße Bauteilprüfvorrichtung, bei der die Biegevorrichtung eingerichtet ist zum Aufbringen einer periodischen Biegekraft.
Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass Fehlstellen in dem Holzbauteil, wie Stauchungsrisse, lokale Schrägfasern, oder globale Schrägfasern in den Holzlamellen und fehlerhafte Keilzinkenverbindungen mit hoher Wahrscheinlichkeit erkannt werden können. Das erhöht die -Sicherheit, dass ein geprüftes Holzbauteil die geforderten Festigkeitswerte überschreitet.
Vorteilhaft ist zudem die geringe Messzeit, die es erlaubt, das Prüfverfahren kontinuierlich durchzuführen. Auf diese Weise wird das Holzbauteil im Wesentlichen über seine vollständige Längserstreckung auf Fehlstellen hin untersucht. Bei bestandener Prüfung kann damit mit hoher Wahrscheinlichkeit ausgesagt werden, dass keine Fehlstellen vorhanden sind.
Es ist ein weiterer Vorteil der Erfindung, dass das Holzbauteil durch die Prüfung nur zu einem geringen Ausmaß belastet und nicht vorgeschädigt wird. Die Prüfung hat also im Wesentlichen keinen Einfluss auf eine Lebensdauer des Holzbauteils. Es ist ein weiterer Vorteil, dass Formabweichungen des Holzbauteils, beispielsweise eine Krümmung oder eine schwankende Außenkontur, im Wesentlichen keinen Einfluss auf das Messergebnis haben. Erfindungsgemäß gewonnene Messdaten besitzen daher eine sehr hohe Verlässlichkeit.
Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter einem stangenförmigen Holzbauteil ein Holzbauteil verstanden, dass um ein vielfaches länger ist als breit und hoch. Beispielsweise ist das stangenförmige Holzbauteil mehr als Zehnmal so lang wie breit und/oder hoch. Unter einer sich zeitlich verändernden Biegekraft ist insbesondere eine Biegekraft zu verstehen, die mehr als drei unterschiedliche Kräfte umfasst. Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass sich die Biegekraft kontinuierlich ändert. Es ist beispielsweise auch möglich, dass stets diskrete Werte für die Biegekraft eingestellt werden.
Das Beaufschlagen mit der Biegekraft kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die Biegekraft über eine Biegekraftsteuervorrichtung gesteuert wird. In diesem Fall wird die Biegekraft kraftgesteuert aufgebracht. Es ist jedoch auch möglich, dass die Biegekraft dadurch aufgebracht wird, dass ein Andruckelement, wie beispielsweise eine Andruckrolle, weggebunden auf das Holzbauteil zugestellt wird. In diesem Fall wird die sich einstellende Biegekraft gemessen und zur Erfassung der Hysteresekurve verwendet.
Unter einem Erfassen des durch die Biegekraft verursachten Durchbiegens des Holzbauteils ist insbesondere zu verstehen, dass ein Messwert erzeugt wird, der ein Maß für die Durchbiegung darstellt. Es ist bevorzugt, nicht aber notwendig, dass die Durchbiegung in Form einer in einer Längeneinheit erfassten Abstandsänderung einer Außenkontur des Holzbauteils zu einem Referenzpunkt erfasst wird. Die Erfassung der Durchbiegung kann taktil oder berührungsfrei ausgebildet sein.
Unter dem Erfassen der Hysteresekurve ist insbesondere zu verstehen, dass so viele Messpunkte aus Biegekraft und Durchbiegung aufgenommen werden, dass die Hysteresekurve rekonstruierbar ist. Da im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Regel diskrete Messpunkte aufgenommen werden, ist die Hysteresekurve im mathematischen Sinne nicht direkt als Funktion erfassbar. Die Hysteresekurve kann daher insbesondere auch dadurch erfasst werden, dass eine Vielzahl von Messpunkten aus Biegekraft und Durchbiegung aufgenommen wird, die die Hysteresekurve mit hinreichender Genauigkeit repräsentieren.
Unter dem Hysteresekurvenkennwert ist insbesondere jeder Wert zu verstehen, der die Hysteresefläche beschreibt. Beispiele hierfür sind eine durch numerische Integra tion ermittelte Hysteresefläche, ein Querschnitt durch die Hysteresekurve auf einem vorgegebenen Kraftniveau oder ein Querschnitt durch die Hysteresekurve bei einer vorgegebenen Durchbiegung. Maßgeblich ist lediglich, das der Hysterensekurvenkennwert mit der Hysteresefläche korreliert, wobei der Korrelationskoeffizient positiv oder negativ sein kann und bevorzugt oberhalb von 0,8 liegt.
Unter dem Ausgeben des Signals ist insbesondere die Ausgabe jeglicher Information zu verstehen, die den Bedeutungsinhalt kodiert, dass der vorgegebene Sollwert überschritten bzw. unterschritten worden ist. Ein derartiges Signal kann beispielsweise dazu dienen, um das Holzbauteil zu markieren oder um in einem Prüfbericht abgespeichert zu werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Beaufschlagen mit der Biegekraft mit einer Andruckrolle. Vorteilhaft hieran ist, dass so nur eine geringe Scherkraft bezüglich einer Längserstreckung des Holzbauteils aufgebracht wird. Alternativ kann die Biegekraft jedoch auch mit einem Andruckelement, beispielsweise in Form eines Andruckschuhs, aufgebracht werden. Besonders bevorzugt wird das Holzbauteil in diesem Fall mittels zweier Trageinrichtungen, insbesondere zweier Tragrollen, an der Andruckrolle vorbeigeführt, wobei die Andruckrolle das Holzbauteil zwischen den Tragrollen mit der Biegekraft beaufschlagt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Andruckrolle im Wesentlichen mittig zwischen den Tragrollen angeordnet ist. Auf diese Weise kann das Holzbauteil leicht transportiert werden, während es zerstörungsfrei geprüft wird.
Es ist besonders bevorzugt, dass sich die Wegekraft periodisch ändert und einen Biegekraftverlauf mit einer Biegeperiode bzw. einer Biegekraftfrequenz und einer Biegekraftamplitude aufweist. Günstig ist es insbesondere, wenn der Biegekraftverlauf zeitlich symmetrisch ist, d. h. dass sich der Biegekraftverlauf nicht ändert, wenn die Zeit rückwärts läuft. Beispielsweise ist der Biegekraftverlauf sinusförmig. Alternativ kann der Biegekraftverlauf zum Beispiel auch eine Dreieckskurve beschreiben.
Ein Verfahren mit einer besonders hohen Wahrscheinlichkeit, dass Fehlstellen erkannt werden, ergibt sich, wenn die Tragrollen einen Tragrollenabstand aufweisen, das Holzbauteil mit einer Vorschubgeschwindigkeit an der Andruckrolle vorbeigeführt wird und die Biegeperiode ein Bruchteil des Quotienten aus Tragrollenabstand und Vorschubgeschwindigkeit ist. Der Quotient aus Tragrollenabstand und Vorschubgeschwindigkeit ist die Verweilzeit eines infinitesimalen kleinen Teils des Holzbauteils zwischen den Tragrollen. Hierdurch wird erreicht, dass ein durch eine Prüfeinrichtung laufendes Teilstück des Holzbauteils mehrfach mit einem Biegezyklus beansprucht wird.
Besonders bevorzugt ist die Biegekraft kleiner als 70% einer Bruchbiegekraft des Holzbauteils. Es ist alternativ auch möglich, dass die Biegespannung kleiner ist als beispielsweise 70% einer zulässigen Biegespannung des Holzbauteils, beispielsweise einer derartigen Biegespannung, oberhalb der die Keilzinkenverbindungen Schaden nehmen können. Hierdurch wird erreicht, dass die Prüfung des Holzbauteils keine Vorschädigungen bewirkt und daher dessen Lebensdauer nicht beeinträchtigt. Die Biegekraft ist zudem bevorzugt kleiner als oder gleich 70% einer charakteristischen Festigkeit des Holzbauteils.
Um ein möglichst umfassendes Bild von den Eigenschaften des Holzbauteils zu erhalten, umfasst das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt die Schritte eines Ermitteln eines Elastizitätsmoduls des Holzbauteils aus der Hysteresekurve und eines Ausgebens eines Signals, wenn der Elastizitätsmodul einen vorgegebenen Sollwert überschreitet oder unterschreitet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Biegeperiode unterhalb von 0,1 sec. Das heißt, dass die Biegekraftfrequenz oberhalb von 10 Hz liegt. Es ist hierbei, wie stets in der folgenden Beschreibung, sofern nichts anderes bestimmt ist, stets die Frequenz einer Grundschwingung der Biegekraft gemeint. Bei dem bevorzugten sinusförmigen Biegekraftverlauf existiert lediglich die Grundschwingung. Bevorzugt ist zudem, dass die Biegeperiode oberhalb von 0,01 sec liegt, was einer Biegefrequenz von weniger als 100 Hz entspricht. In anderen Worten wird das Verfahren bevorzugt unterhalb des Ultraschallbereichs durchgeführt.
Um den Hysteresekurvenkennwert möglichst genau bestimmen zu können, wird die Biegekraft bevorzugt so gewählt, dass die verursachte Durchbiegung des Holzbau teils im Maximum größer als 0,1 mm ist. Um Schäden an dem Holzbauteil zu verhindern, ist die Biegekraft zudem so gewählt, dass die verursachte maximale Durchbiegung des Holzbauteils kleiner als 5 mm ist, insbesondere kleiner als 1 mm.
Eine erfindungsgemäße Holzbauteilprüfvorrrichtung ist bevorzugt so ausgeführt, dass die Biegevorrichtung einer Kontur des Holzbauteils nachführbar ist. Abweichungen der Kontur des Holzbauteils von einer Idealkontur beeinflussen somit das Messergebnis nicht.
Besonders günstig ist es, die Andruckrolle servohydraulisch zu betätigen.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Holzbauteilprüfvorrichtung und
2 ein schematisches Diagramm einer im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens erfassten Hysteresekurve.
1 zeigt eine Holzteilprüfvorrichtung 10, die eine Biegevorrichtung 12 zum Aufbringen einer Biegekraft F auf ein Holzbauteil 14 in Form einer Holzlamelle und eine Transportvorrichtung 16 zum Transportieren des Holzbauteils 14 an der Biegevorrichtung 12 vorbei umfasst. Die Transportvorrichtung 16 umfasst Tragrollen 18.1, 18.2, 18.3 und 18.4, auf denen das von einem nicht eingezeichneten vorgelagerten Förderer kommende Holzbauteil 14 aufliegt. Die Transportvorrichtung 16 umfasst zudem Oberdruckrollen 20.1, 20.2, 20.3 und 20.4, die von oben auf das Holzbauteil 14 drücken und bezüglich ihres Abstands zu einer jeweils zugeordneten Tragrolle 18 einstellbar ausgebildet sind. Ein Bezugszeichen ohne Zählsuffix bezeichnet im Folgenden das Objekt als solches. Die Tragrollen 18 sind über nicht eingezeichnete, elektrisch gesteuerte Antriebe in ihrer Drehfrequenz ansteuerbar und fördern das Holzbauteil 14 mit einer Vorschubgeschwindigkeit v in Richtung einer Längskoordinate x auf die Biegevorrichtung 12 zu. Optional können auch die Oberdruckrollen 20 angetrieben sein. Alternativ kann die Rolle 22 auch in einer Schwinge geführt sein.
Die Biegevorrichtung 12 umfasst eine Andruckrolle 22, die an einer Führungsstange 24 befestigt ist. Die Führungsstange 24 ist in einer Längsführung 26 so geführt, dass sich die Führungsstange 24 im Wesentlichen ausschließlich senkrecht zu dem Holzbauteil 14 bewegen kann. Die Führungsstange 24 wird von einem Hydraulikzylinder 28 betätigt, so dass die Andruckrolle 22 gegen das Holzbauteil 14 vorgespannt werden kann.
Der Hydraulikzylinder 28 wird über ein Hydrauliksystem betätigt, das eine Hydraulikpumpe 30 und ein Regelventil 32 umfasst. Wird das Regelventil 32 geöffnet, so strömt Hydraulikflüssigkeit 34 in den Hydraulikzylinder 28, so dass die Führungsstange 24 die Andruckrolle 22 mit der Biegekraft F auf das Holzbauteil 24 vorspannt, was sich daraufhin um eine Auslenkung z relativ zu den Tragrollen 18 durchbiegt.
Die Biegekraft F lässt sich aufgrund eines Drucks p der Hydraulikflüssigkeit 34 errechnen und steuern bzw. regeln. Gemäß einer alternativen Ausführungsform umfasst die Biegevorrichtung 12 eine Kraftmesseinrichtung, die beispielsweise Dehnungsmessstreifen umfasst, so dass die Biegekraft F unabhängig von dem Druck p der Hydraulikflüssigkeit 34 ermittelt werden kann.
Die Andruckrolle 22 und die Führungsstange 24 weisen eine Steifigkeit auf, die groß ist gegenüber einer Steifigkeit des Holzbauteils 14. Die Auslenkung z kann aufgrund dieser Tatsache dadurch ermittelt werden, dass eine Auslenkung der Andruckrolle 22 relativ zu den Tragrollen 18 mit Hilfe eines Präzisionsmessaufnehmers 36 ermittelt wird.
Der Präzisionsmessaufnehmer 36 ist mit einer elektrischen Steuerung in Form einer Auswerteeinheit 38 verbunden, die ebenfalls mit dem Regelventil 32 und einer Farbsprüheinrichtung 40 elektrisch verbunden ist. Die Holzbauteilprüfvorrichtung 10 umfasst zudem eine Wegmessvorrichtung 42, die über eine nicht eingezeichnete elektrische Leitung ebenfalls mit der Auswerteeinheit 38 verbunden ist und eine Länge des Holzbauteils 14, gemessen von einem in 1 nicht sichtbaren Anfang, erfasst.
Im Folgenden wird beschrieben, wie ein erfindungsgemäßes Verfahren an dem Holzbauteil 14 durchgeführt wird, das zwei Keilzinkenverbindungen 44.1, 44.2 und ein die Festigkeit beeinflussendes Astloch 46 aufweist.
Zunächst wird das Holzbauteil 14 mit einer Frontseite 48 voran in Richtung der Vorschubgeschwindigkeit v zunächst zwischen der Tragrolle 18.1 und der Oberdruckrolle 20.1 und dann zwischen der Tragrolle 18.2 und der Oberdruckrolle 20.2, usw. in die Holzbauteilprüfvorrichtung 10 eingeführt. Mit Durchtritt der Frontseite 48 beginnt die Wegmessvorrichtung 42 bei null beginnend die Länge des Holzbauteils 14 zu ermitteln. Sobald die Frontseite 48 sich jenseits einer Verbindungslinie zwischen der Tragrolle 18.3 und der Oberdruckrolle 20.3 befindet, das heißt, dass das Holzbauteil 14 beidseitig bezüglich der Andruckrolle 14 aufliegt, wird ein nicht eingezeichneter Sensor aktiviert. Dieser steht in Kontakt mit der Auswerteeinheit 38, die ihrerseits aufgrund dieses Signals die Biegevorrichtung 12 in Betrieb setzt. Die Biegevorrichtung 12 bewegt daraufhin die Andruckrolle 22 so, dass die Biegekraft F einen Biegekraftverlauf ausführt, der der Beziehung F(t) = FV + FA sin(2πfBt)gehorcht. In dieser Formel ist F_V eine Vorspannkraft, die auch null sein kann. F_A ist eine Biegekraftamplitude und f_B ist eine Biegekraftfrequenz. Für die Biegekraftfrequenz f_B gilt
wobei T_B die Biegeperiode ist.
Die beidseits der Andruckrolle 22 liegenden Tragrollen 18.2, 18.3 haben einen Tragrollenabstand A, so dass beispielsweise die Keilzinkenverbindung 44.1 während einer Verweilzeit
zwischen den beiden inneren Tragrollen 18.2 und 18.3 verweilt. Die Auswerteeinheit 38 steuert die Biegevorrichtung 12 so an, dass die Biegekraftfrequenz f_B so groß ist, dass die Keilzinkenverbindung 44 mehrere, insbesondere mehr als drei Biegezyklen erfährt. In anderen Worten ist die Verweilzeit t_verweil ein Mehrfaches größer als die Biegeperiode T_B. Besonders günstig ist, möglichst viele Biegezyklen zu durchlaufen, beispielsweise mehr als drei, insbesondere mehr als fünf.
Der Präzisionsmessaufnehmer 36 misst beständig die Auslenkung z und sendet sie zusammen mit der momentan anliegenden Biegekraft F(t) an die Auswerteeinheit 38. Dort werden die zu einem Biegezyklus gehörenden Messwerte durch Erfassen einer Hysteresekurve ausgewertet.
2 zeigt eine Hysteresekurve H, die dadurch erfasst wird, dass zu acht Zeitpunkten jeweils die Biegekraft F und die daraus resultierende Auslenkung z erfasst werden. Die Zeitpunkte t₀, t₁, t₂, ..., t₇, zu denen die jeweiligen Biegekräfte F₀, F₁, ..., F₇ und die zugehörigen Auslenkungen z₀, z₁, ..., z₇ aufgenommen werden, sind dabei äquidistant, das heißt, dass sie in regelmäßigen Zeitabschnitten aufeinander folgen.
Die Hysteresekurve H umschließt eine Hysteresefläche G. Je größer die Hysteresefläche G ist, desto stärker ist die Hysterese ausgeprägt.
Die Auswerteeinheit 38 ermittelt aus der Hysteresekurve H einen Hysteresekurvenkennwert B, der mit der Hysteresefläche G korreliert. Das geschieht beispielsweise dadurch, dass die einzelnen Messwerte mittels einer parametrisierten Hysteresekurve angepasst werden (curve fitting) und dass aus dieser parametrisierten Beschreibung die Hysteresefläche näherungsweise bestimmt wird. Alternativ ist der Hysteresekurvenkennwert B der Mittelwert aus zu gleichen Biegekräften F gehörenden Auslenkungen z. In 2 ist dieser Hysteresekurvenkennwert B also gegeben durch B = 1/4[(z7 – z0) + (z6 – z1) + (z5 – z2) + (z4 – z3)].
Überschreitet der Hysteresenkurvengrenzwert B einen vorgegebenen Sollwert B_Soll, so steuert die Auswerteeinheit 38 (1) die Farbsprüheinrichtung 40 verzögert so an, dass diese an der Stelle der fehlerhaften Keilzinkenverbindung 44.1 oder Fehlstelle eine Farbmarkierung aufbringt. Die Verzögerung wird von der Auswerteeinheit 38 auf Basis der Wegmessvorrichtung 42 und der Vorschubgeschwindigkeit v berechnet. Die Auswerteeinheit 38 stellt zudem die Messwerte auf einem Display 50 dar und protokolliert den Hysteresekurvenkennwert B in Abhängigkeit von der von der Wegmessvorrichtung 42 gemessenen Position in Längsrichtung (z-Koordinate).
Die Auswerteeinheit 38 ermittelt zudem eine Ausgleichsgerade E durch die Messpunkte (F_i/z_i). Die Steigung der Ausgleichsgerade E entspricht der Biegeelastizität des Holzbauteils 14. Die Steigung ist zudem umgekehrt proportional zu einer Biege-Federkonstante des Holzbauteils 14 zwischen den beiden Tragrollen 18.2 und 18.3.
Wenn das Holzbauteil 14 nicht ideal stabförmig ist, so registriert der Präzisionsmessaufnehmer 36 eine Auslenkung z relativ zu den Tragrollen 18, die nicht auf die Biegekraft F zurückzuführen ist. Der Hysteresekurvenkennwert B ist jedoch von einer derartigen Verschiebung weitgehend unabhängig, so dass auch bei nicht idealen Holzbauteilen 14 Fehlstellen sicher erkannt werden können. Die Hysteresekurve H verschiebt sich lediglich entsprechend der Verkrümmung des Holzbauteils, wie durch die gestrichelte Hysteresekurve H' angedeutet ist. Der HystereseKurvenkennwert B bleibt aber weitgehend unbeeinflusst.
Die Genauigkeit des Messverfahrens nimmt mit zunehmender Frequenz der Biegekraft F zu.

10: Holzbauteilprüfvorrichtung
12: Biegevorrichtung
14: Holzbauteil
16: Transportvorrichtung
18: Tragrolle
20: Oberdruckrolle
22: Andruckrolle
24: Führungsstange
26: Längsführung
28: Hydraulikzylinder
30: Hydraulikpumpe
32: Regelventil
34: Hydraulikflüssigkeit
36: Präzisions-Messaufnehmer
38: Auswerteeinheit
40: Farbsprüheinrichtung
42: Wegmessvorrichtung
44: Keilzinkenverbindung
46: Astloch
48: Frontseite
A: Tragrollenabstand
B: Hysteresekurvenkennwert
B_Soll: Sollwert
E: Ausgleichgerade
F: Biegekraft
F_A: Biegekraftamplitude
F_V: Vorspannkraft
f_B: Biegekraftfrequenz
G: Hysteresefläche
p: Druck
T_B: Biegeperiode
t_verweil: Verweilzeit
v: Vorschubgeschwindigkeit
x: Längskoordinate
z: Auslenkung

Claims

Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von stangenförmigen Holzbauteilen (14), insbesondere von Keilzinkenverbindungen aufweisenden Holzbauteilen (14), mit den Schritten: (a) Beaufschlagen des Holzbauteils (14) mit einer sich zeitlich ändernden Biegekraft (F(t)) und (b) Erfassen einer durch die Biegekraft (F(t)) verursachten Durchbiegung (z(t)) des Holzbauteils (14), gekennzeichnet durch die Schritte (c) Erfassen einer Hysteresekurve (H) aus der sich zeitlich ändernden Biegekraft (F(t)) und der Durchbiegung (z(t)), wobei die Hysteresekurve (H) eine Hysteresefläche (G) besitzt, (d) aus der Hysteresekurve (H) Ermitteln eines Hysteresekurvenkennwerts (B), der mit der Hysteresefläche (G) korreliert, und (e) Ausgeben eines Signals, wenn der Hysteresekurvenkennwert (B) einen vorgegebenen Sollwert (B_Soll) überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Beaufschlagen mit der Biegekraft (F(t)) mittels einer Andruckrolle (22) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Holzbauteil (14) mittels zwei Trageinrichtungen (H), insbesondere zwei Tragrollen (18), an der Andruckrolle (22) vorbei geführt wird und die Andruckrolle (22) das Holzbauteil (14) zwischen den Tragrollen (18) mit der Biegekraft (F(t)) beaufschlagt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Biegekraft (F(t)) zeitlich periodisch ändert und einen Biegekraftverlauf mit einer Biegeperiode (T_B) und einer Biegekraftamplitude (F₁) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass – die Tragrollen (18) einen Tragrollenabstand (A) aufweisen, – das Holzbauteil mit einer Vorschubgeschwindigkeit (v) an der Andruckrolle (22) vorbei geführt wird und – die Biegeperiode (T_B) kleiner ist als der Quotient aus Tragrollenabstand (A) und Vorschubgeschwindigkeit (v) (Verweilzeit), wobei die Biegeperiode (T_B) insbesondere einen Bruchteil des Quotienten beträgt
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegekraft (F), kleiner ist als 70% einer Bruchbiegekraft.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte: (i) aus der Hysteresekurve (H) Ermitteln eines Elastizitätsmoduls des Holzbauteils und (ii) Ausgeben eines Signals, wenn der Elastizitätsmodul einen vorgegebenen Sollwert unterschreitet oder überschreitet.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte: – Empfangen des Signals und – Ansteuern einer Markierungsvorrichtung (40), so dass eine Position an dem Holzbauteil (14) markiert wird, an der der Hysteresekurvenkennwert (B) den vorgegebenen Sollwert (B_Soll) überschreitet.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegeperiode (T_B) unterhalb von 0,1 s liegt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegeperiode (T_B) oberhalb von 0,01 s liegt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegekraft (F) so gewählt wird, dass verursachte maximale Durchbiegung (z) des Holzbauteils größer als 0,1 mm ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegekraft so gewählt wird, dass die verursachte maximale Durchbiegung (z) des Holzbauteils (14) kleiner als 5 mm, insbesondere kleiner als 1 mm, ist.
Holzbauteilprüfvorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung von stangenförmigen Holzbauteilen (14), mit (a) einer Biegevorrichtung (12) zum Aufbringen einer Biegekraft (F) auf das Holzbauteil (14), (b) einer Transportvorrichtung (16) zum Transportieren des Holzbauteils (14) an der Biegevorrichtung (12) vorbei und (c) einer Durchbiegungsmessvorrichtung (36) zum Erfassen einer durch die Biegekraft (F) verursachten Durchbiegung (z) des Holzbauteils (14), dadurch gekennzeichnet, dass die Biegevorrichtung (12) eingerichtet ist zum Aufbringen einer periodischen Biegekraft (F(t)).
Holzbauteilprüfvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegevorrichtung eingerichtet ist zum Aufbringen mit einer Biegekraftfrequenz (F_B) zwischen 10 Hz und 100 Hz.
Holzbauteilprüfvorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch eine elektrische Steuerung zum Steuern der Biegevorrichtung (12), die eingerichtet ist zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
Holzbauteilprüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegevorrichtung (12) einer Kontur des Holzbauteils (14) nachführbar ausgebildet ist.
Holzbauteilprüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegevorrichtung (12) zwei Tragrollen (18) und eine zwischen den Tragrollen (18) angeordnete Andruckrolle (22) umfasst.
Holzbauteilprüfvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Andruckrolle (22) servohydraulisch betätigt ist.
Holzbauteilprüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Wegmessvorrichtung (42) zum Erfassen einer Längsposition bezüglich einer Längserstreckung (x) des Holzbauteils (14) umfasst.