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Patentbess Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zeratörungsfreien
Prüfung plattenförmiger Werkstoffe, besondere Rolzspanplatten.
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Bisher wurde die Güte von Platten nach Versuchen an kleinen, aus verschiedenen
Teilen der Platte entnommenen Proben beurteilt. An Uolzspanplatten war die Quersugfestigkeit
an Querzugproben, die Biegefestigkeit an Biegeproben und das Verhalten gegen Wasser
an Quellungsproben zu prüfen. Diese Methode hatte neben dem grossen Arbeitsaufwand
den Nachteil, dass die Platten für die Probenentnahme zerschnitten werden mussten,
so dass von ihnen nur noch Reste übrigblieben. Dadurch war lediglich eine stichprobenweise
Gütekontrolle durchführbar.
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Die zerstörungsfreie Prüfung von Platten ist durch die Vielfalt der
interessierenden Platteneigenschaften erschwert. Bisher war für keine der wichtigen
Eigenschaften eine befriedigende zerstörungsSreie Prüfmethode bekannt; eine derartige,
nur eine Eigenschaft erfassende PrU£-methode hätte auch keine praktische Bedeutung,
weil die Platte für die Prüfung der anderen Eigenschaften doch zerschnitten werden
müsste.
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Nach dem erfundenen Verfahren sind in drei verschiedenartigen Messungen
Kenngrössen zu ermitteln, nach denen alle wichtigen Platteneigenschaften beurteilt
werden können. Bei den Messungen erleiden die Platten nur geringzügige Beschädigungen,
die ausgebessert werden innen.
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Dadurch ermöglicht das Verfahren eine schnelle und vollständige Gütekontrolle,
wofür in den plattenerzeugenden Betrieben ein grosses Bedürfnis besteht.
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Die Kenngrössen für die Festigkeit quer zur Ebene der Platte 1 (Abb.
1) sind in einem Querzugversuch zu ermitteln. Dazu werden Zugscheiben 2 und 3 aus
Kupfer an zwei einander gegenüberliegenden, mit Wasser benetzten Stellen der Plattenoberfläche
angefroren, indem man sie an die Platte drückt und mit einer durch sie strömenden
Kühlflüssigkeit unter den Gefrierpunkt des Wassers abkühlt. Die angefrorenen Scheiben
übertragen senkrecht zur Plattenebene gerichtete, die Querzugfestigkeit der Platte
nicht ganz erreichende Zugspannungen auf die Plattenoberflächen und verursachen
Plattendehnungen, deren Verhältnisse zu den Zugspannungen die gesuchten Kenngrössen
darstellen. Die Scheibe 2 wird unbeweglich angeordnet, damit die Plattendehnung
durch Messung der Hinderung des Abstandes zwischen der Scheibe 3 und dem Anschlag
4 leicht zu ermitteln ist. Bach dem Zugversuch sind die Scheiben mit einer durch
sie fliessenden warmen Flüssigkeit abzutauen und von der unbeschädigten Platte zu
lösen. Anstelle des Anfrierens kann eine Klebung treten, wobei die Klebeverbindung
nach dem Zugversuch durch Befeuchten des nicht feuchtebeständigen Klebers oder durch
Erwärmung des thermoplastischen Klebers zu lösen ist. Holzspanplatten mit schlechter
Bindung ihrer Spanschichten zeigen mit 40 cm2 grossen Scheiben schon bei 1 kp Zugkraft
Je cm2 Scheibenfläche verhältnismässig grosse Dehnungen um 0,2%, die mit steigender
Belastung stärker als proportional zunehmen, während sich Platten mit grosser Querzugfestigkeit
bei steigender Belastung gleichmässig und bei 1 kp/cm2 Zugspannung nur um O,02 dehnen.
An gut gebundenen Spanplatten geht die Dehnung, im Gegensatz zu den mangelhaft gebundenen,
beim Entlasten vollständig zurück. Der Zusammenhang zwischen dem Dehnungsverhalten
quer zur Plattenebene und der Querzugfestigkeit war bisher nicht bekannt; er war
auch nicht mit Sicherheit zu erwarten, denn in früheren Untersuchungen wies - vom
Schraubenausziehwiderstand
abgesehen - keine einzige der untersuchten Platteneigenschaften eine enge gorrelation
zur Querzugfestigkeit auf.
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Als Kenngrösse für die Festigkeitseigenschaften in der Plattenebene
dient der Elastizitätsmodul (E-Moeul), der in einem Biegeversuch der ganzen Platte
im elastischen Spannungsbereich zu messen ist. Bekanntlich besteht in der Plattenebene
zwischen dem E-Modul und den Festigkeitseigenschaften eine korrelative Abhängigkeit.
Es wurden auch schon "E-Moduln" in Biegeversuchen an grösseren Plattenstücken nach
dem Nadai-Verfahren und an ganzen Platten ermittelt. Die so gemessenen "E-Moduln"
dienten aber nicht zur Beurteilung der Plattenfestigkeit, sie waren dazu auch nicht
geeignet, denn sie hingen von Zufslligkeiten der Versuchsanordnung ab. In dem Nadai-Verfahren
erzeugen sechs punktförmig angreifende Kräfte Biegemomente in zwei Richtungen, von
denen aber nur das Moment der Hauptrichtung berücksichtigt wird, so dass der ermittelte
"E-Moeul" von der Wahl der Durchtiege-Mess-Stelle abhängt. Beim Biegen mit geraden
Stützkanten 5 und 6 (Abb. 2) entstehen neben den Formänderungen der Biegerichtung
7 infolge der Querdehnung (Poisson-Effekt) noch "Querdehnkrümmungen" in der Querrichtung
8. Diese Krümmungen wurden in Bisherigen E-Modul-Messungen an Platten nicht bemerkt
und fanden deshalb keine Berücksichtigung, so dass die ermittelten "E-Moduln" von
zufälligen Abstand der Durchbiege-Mess-Stelle vom Rand 9 bzw. 10 ehinge.
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Die Er windung berücksichtigt, dass der E-Modul aus der mittleren
Durchbiegung bei der Querdehnungskrümmungslinie 11 berschnet werden muss, denn die
bekannten Gleichungen der Biegelinien verschiedener Belastungsfälle gehen von der
Gleichheit aer inneren und der aussehen Biegemomente aus, und diese Bedingung ist
nur für die mittlere Durchbiegung der Querdehnkrümmungslinien erfüllt. Diese zittlers
Durchbisgung kann man durch Kessen der Durchbiegung
an allen einzelnen
Punkten der Querdehnkrümmungslinie und Bildung des arithmetischen Mittels dieser
Werte gewinnen. Die Erfindung bietet jedoch eine einfachere Methode: es genügt,
die Durchbiegung 12 an der 0,2 b m (b = Plattenbreite) vom benachbarten Plattenrand
9 entfernten Stelle 13 der b m langen QuerdehnkrUmmungs linie zu messen. An dieser
Stelle hat nämlich die Durchbiegung gemäss zahlreichen Messungen die Grösse des
gesuchten Mittelwertes.
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Zur ErSindung gehört eine Vorrichtung zum Ermitteln des E-Moduls durch
Biegung infolge des Eigengewichts der Platte. Diese Methode war bisher im Prinzip
bekannt, die uerdehnkrümmung war aber auch hierbei nicht berücksichtigt worden.
Die Vorrichtung besteht aus einem Längenmessfühler für die Aufnahme der Durchbiegung
an der Stelle 13 und einer automatischen Waage, die gleichzeitig das Gewicht der
auf zwei Stützkanten 5 und 6 liegenden Platte registriert. Ein Analogrechner ermittelt
automatisch das Verhältnis des Plattengewichts zur Durchbiegung, das für bestimmte
Plattenabmessungen dem E-Modul proportional ist und dadurch als Kenngrösse der Plattenfestigkeit
in der Plattenebene dienen kann.
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Die Durchbiegung 12 einer ganzen, wie in der Abb. 2 gebogenen Platte
entspricht dem mittleren E-IIodul der Platte.
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In einzelnen Fällen interessieren aber auch die E-Moduln der Flächenteile,
die mehr oder weniger verschieden sein können.
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Die Erfindung bietet die Möglichkeit, diese E-Moduln zu ermitteln.
Dazu wird an die gebogene, b cm breite und h cm dicke Platte eine gerade Schiene
mit der Länge s [cm] so angehalten, dass eine in der Mitte der Schiene befestigte
Messuhr die Bogenhöhe f [cm] der Biegung anzeigt, die durch das mittlere Biegemoment
M [kg cm] im betreffenden Flächenteil verursacht wurde. Um den Einfluss der Querdehnkrümmung
auszuschalten, ist die Schiene parallel zum Rand 9 im Abstand 0,2 b vom Rand 9 bzw.
10 anzulegen. Der E-Lodul des betreffenden Flächenteils ist nach der naheliegenden
Beziehung für kreisförmige Biegelinien zu
errechnen:
Für dieses Verfahren sind Biegeanordnungen mit konstantem Biegemoment in dem betreffenden
Flächenteil vorteilhaft. Mit anderen Biegeanordnungen gilt die Gleichung nur näherungsweise,
weil in diesen Fällen die Biegelinien nicht kreisfttrmig sind.
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Beim Prüfen des Verhaltens gegen Wasser gemäss der Erfindung entstehen
an den Platten Beschädigungen, die aber beseitigt werden können. Aus beliebigen
Teilen der Platte sind senkrecht zur Plattenebene mit einem Scheibenfräser oder
einer Sägeglocke Scheiben herauszutrennen, an denen-die Quellung und die Wasseraufnahme
auf bekannte Weise zu prüfen sind. Die Scheiben können 80 gross gewählt werden,
dass man sie zu üblichen quadratischen Quellungsproben mit 25 mm Eantenlänge schneiden
kann. Es ist aber vorteilhafter, kleinere Scheiben, z. B. mit 10 mm Durchmesser,
herauszufräsen und die Quellungsprüfung an den runden Stücken durchzuführen. Dabei
wird die Platte weniger beschädigt und die Quellungsversuche verlaufen schneller.
In die zylindrischen bzw. konisch ausgearbeiteten Löcher der Platte werden zylindrische
bzw. konische Scheiben aus dem Plattenmaterial eingeleimt.
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An Spanplatten besteht die Möglichkeit, die Löcher mit einem Span-Leim-Gemisch
von der Art der Platte auszufüllen und den Leim durch Hochfrequenzerhitzung in den
Löchern auszuhärten.