DE19531640C2 - Vorrichtung zur Ermittlung der Bruchfestigkeit von Holz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung der Bruchfestigkeit von Holz nach dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1, wie sie aus der DE 43 43 520 bekannt ist.

Holz ist ein orthotroper, inhomogener Werkstoff, der auch durch Längsspaltung infolge von Zug quer zur Faserorientierung (radiale und tangentiale Biegefestigkeit), Schub parallel zur Faserorientierung (radiale und tangentiale Scherfestigkeit) oder aber durch Faserknicken unter achsialem Druck versagen kann.

Diese Quer- und Längsfestigkeiten wurden bislang an groben La­ borproben, die aus gefällten Bäumen entnommen wurden, unter ausgewählten Laborbedingungen, hinsichtlich Feuchte und Tempe­ ratur, bestimmt.

Gerade bei Fragen der Verkehrssicherheit oder aber im Forst selbst, interessiert jedoch mehr die Frage der Holzfestigkeit am stehenden Baum.

Aus der DE 42 28 843 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, mit der die Bruchfestigkeit von Holz über die Bruchenergie bestimmt werden kann. Die Erfassung weiterer Parameter ist mit dieser Vorrichtung nicht möglich.

Des weiteren ist aus der DE 36 13 995 eine Prüfmaschine zum Überprüfen der Zug- und Scherfestigkeit von Holz und Mauerwerk bekannt, mit der die Untersuchung von kleineren Holzproben je­ doch nicht möglich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der e. g. Art bereitzustellen, welche auf einfache Weise auf die Bestimmung der Holzqualität anhand von Proben auf mehrere Belastungsarten erweiterbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestal­ tungen der Erfindung.

Das wesentlich Neue an dieser Erfindung ist die Möglichkeit Holzfestigkeiten, also Bruchspannungen für mehrere Belastungs­ arten unter Feldbedingungen messen zu können. Alle anderen Ge­ räte zur Bestimmung der Holzqualität basieren auf der Messung von Dichteunterschieden, Steifigkeitsunterschieden oder Ände­ rungen des Absorptionsgrads. Für die Beurteilung der Tragfä­ higkeit von stehenden Bäumen bzw. Schnittholz ist aber die Kenntnis der Bruchfestigkeit unerläßlich.

Ein besonderer Vorteil der Vorrichtung besteht darin, daß Holzproben verwendet werden können, die mit einem handelsübli­ chen Zuwachsbohrer dem Holz entnommen werden.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß aus dem Anstieg der Kraft-Wegmessung der Elastizitäts- bzw. Schubmodul für die entsprechende Belastungsart bestimmt werden kann. Außerdem lassen sich bei Kenntnis der Proben- und Auflagergeo­ metrie aus den, bis zum Bruch für die einzelnen Belastungsar­ ten jeweils aufgebrachten, Maximalkräften die radialen und tangentialen Biegefestigkeiten und die radialen und tangen­ tialen Scherfestigkeiten sowie die achsialen Druckfestigkeiten berechnen.

Die Erfindung wird im folgenden mit Hilfe eines Ausführungs­ beispiels anhand der Figuren näher erläutert.

Dabei zeigt die Fig. 1 einen Schnitt durch das Gehäuse 5 und die Fig. 2 die Außenseite des Gehäuses 5.

Die Fig. 1 zeigt das aufgeschnittene Gehäuse 5, an dessen Seite sich eine Kurbel 14 befindet, mit deren Hilfe ein Dreh­ moment auf ein, sich im Gehäuse befindliches Kraftaufnehmer 3 übertragen wird. Das Kraftaufnehmer 3 ist drehbar gelagert auf einer Zahnplatte 15 befestigt. Als Kraftaufnehmer 3 wurde hier eine Meßuhr mit Schleppzeiger gewählt, welche zur Übertragung der Kraft eine Krafteinleitungszunge 19 aufweist, die über einen Anschlag 20 fest mit der Zahnplatte 15 verbunden ist. Das Kraftaufnehmer 3 kann auch eine in der Nähe der Drehachse befestigte Blattfeder sein, deren freies Ende mit dem Anschlag 20 zusammenwirkt, wobei die Kraft mit, auf der Blattfeder be­ festigten, Dehnmeßstreifen und nachgeschalteter Auswerteelek­ tronik erfaßt wird.

In Verbindung mit der Zahnplatte 15 steht eine, in Längsrich­ tung verschieblich angeordnete Zahnstange 16, die gelenkig mit einem zweiarmigen Hebel 18, mit veränderbarem Hebelarmverhält­ nis, verbunden ist, an dessen anderen Ende eine Schubstange 13 gelenkig angeordnet ist, auf welcher der bewegliche Teil der Belastungseinrichtungen, die Schubbacken 8, 9, 10, 11, 12 fest montiert ist. Der feste Teil der Belastungseinrichtungen, die entsprechenden Schubbacken 8, 9, 10, 11 und 12, ist fest am Gehäuse montiert. Diese Schubbacken 8, 9, 10, 11 und 12 sind in der Fig. 2 detailliert dargestellt. Im folgenden werden die Schubbacken entsprechend ihrer Verwendung differenziert be­ nannt. Am Ende dieser Schubstange sitzt als Wegaufnehmer 1 eine Wegmeßuhr zur Anzeige des während der Belastung aufgetre­ tenen Verformungsweges. Diese Wegmessung kann auch durch Ver­ wendung elektronischer Wegmeßsysteme kapazitiv oder induktiv erfolgen. Eine indirekte Messung über Dehnungsmeßstreifen ist auch möglich.

Mit Hilfe einer fest auf dem Gehäuse montierten Bohrung 8 und einem auf der beweglichen Schubstange 13 montierten Hebel 8 kann ein Bohrkern 6 mit einer Biegelast zur Bestimmung der ra­ dialen Biegefestigkeit beaufschlagt werden, indem die Kurbel gedreht, damit die Zahnplatte 15 gedreht, die Zahnstange 16 bewegt, der zweiseitige Hebel 18 ausgelenkt und schließlich die Schubstange 13 verschoben wird. Die Last wird solange ge­ steigert, bis der Bohrkern unter der anliegenden Biegelast bricht. Die dabei am Bohrkern 6 erzeugte Maximallast wird am Schleppzeiger des Kraftaufnehmers 3 als Drehmoment zwischen Zahnplatte 15 und Kraftaufnehmer 3 angezeigt.

Mit Hilfe zweier, an die Form des Bohrkerns 6 angepaßter, Scherbacken 9 kann durch Verschieben der Schubstange 13 eine Schubbelastung zur Bestimmung der radialen Scherfestigkeit auf den Bohrkern 6 ausgeübt werden. Eine Scherbacke 9 ist hierbei am Gehäuse 5, die andere Scherbacke 9 an der beweglichen Schubstange 13 befestigt. Die Last wird solange gesteigert, bis der Bohrkern unter der anliegenden Schublast bricht. Die dabei am Bohrkern 6 erzeugte Maximallast wird am Schleppzeiger des Kraftaufnehmers 3 als Drehmoment zwischen Zahnplatte 15 und Kraftaufnehmer 3 angezeigt.

Mit Hilfe dreier, in einer Flucht angeordneter, Bohrungen 10 kann durch Verschieben der Schubstange 13 eine Schubbelastung zur Bestimmung der tangentialen Scherfestigkeit auf den Bohr­ kern 6 ausgeübt werden. Die mittlere Bohrung 10 ist hierbei auf der Schubstange 13, die beiden äußeren Bohrungen 10 sind am Gehäuse 5 befestigt. Die Last wird solange gesteigert, bis der Bohrkern unter der anliegenden Schublast bricht. Die dabei am Bohrkern 6 erzeugte Maximallast wird am Schleppzeiger des Kraftaufnehmers 3 als Drehmoment zwischen Zahnplatte 15 und Kraftaufnehmer 3 angezeigt.

Mit Hilfe zweier, an die Form des Bohrkerns 6 angepaßter Preß­ backen 11 kann durch Verschieben der Schubstange 13 eine Druckbelastung zur Bestimmung der Druckfestigkeit auf den Bohrkern 6 ausgeübt werden. Eine Preßbacke 11 ist hierbei am Gehäuse 5, die andere Preßbacke 11 an der beweglichen Schub­ stange 13 befestigt. Die Last wird solange gesteigert, bis der Bohrkern unter der anliegenden Drucklast bricht. Die dabei am Bohrkern 6 erzeugte Maximallast wird am Schleppzeiger des Kraftaufnehmers 3 als Drehmoment zwischen Zahnplatte 15 und Kraftaufnehmer 3 angezeigt.

Mit Hilfe einer, fest auf dem Gehäuse montierten, Klemmvor­ richtung und einem auf der beweglichen Schubstange 13 montier­ ten Hebel 12 kann eine, in der Schneidevorrichtung 4 angefer­ tigte, Bohrkernscheibe 7 mit einer Biegelast zur Bestimmung der tangentialen Biegefestigkeit beaufschlagt werden. Die Last wird solange gesteigert, bis die Bohrkernscheibe unter der an­ liegenden Biegelast bricht. Die dabei an der Bohrkernscheibe 7 erzeugte Maximallast wird am Schleppzeiger des Kraftaufnehmers 3 als Drehmoment zwischen Zahnplatte 15 und Kraftaufnehmer 3 angezeigt.

Da zur Biegebelastung eines Bohrkerns bzw. einer Bohrkern­ scheibe wesentlich niedrigere Kräfte notwendig sind als zur Druck- oder Schubbelastung eines Bohrkerns, können bei Verwen­ dung einer mechanischen Meßuhr zur Erweiterung des Meßbereichs die Hebelverhältnisse des zweiseitigen Hebels 18 durch Lageän­ derung des Getriebeschaltknopfes 2 entsprechend variiert wer­ den.

Mit Hilfe von elektronischen Meßwertaufnehmern für Kraft und Weg kann die Aufnahme von Kraft- Verformungskurven wesentlich erleichtert werden.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Ermittlung der Bruchfestigkeit von Holz be­ stehend aus zwei gegeneinander verschiebbaren Elementen mit zwei Paaren von Schubbacken zur Ausübung von Biege- und Schubkräften auf eine Holzprobe, wobei ein Teil eines jeden Paares von Schubbacken fest mit dem einen Element und der andere Teil fest mit dem anderen Element verbunden ist, ei­ nem Kraftaufnehmer und einem Wegaufnehmer zur Erfassung der Verschiebung der beiden verschiebbaren Elemente, gekenn­ zeichnet durch:

• a) eine Gleitschiene (13) und ein Gehäuse (5) als die zwei gegeneinander verschiebbaren Elemente, wobei die Gleit­ schiene (13) linear im Gehäuse (5) verschiebbar ist,
• b) eine Kurbel (14), die über einen Kraftaufnehmer (3) auf eine drehbare Zahnplatte (15) wirkt,
• c) eine Zahnstange (16) welche mit der Zahnplatte (15) zu­ sammenwirkt und
• d) einen zweiarmigen Hebel (18) mit veränderbarem Hebelarm­ verhältnis, der an einem Ende gelenkig mit der Zahn­ stange (16) und am anderen Ende gelenkig mit der Gleit­ schiene (13) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch weitere Schubbacken (9) zur Ermittlung der radialen Scherfestigkeit von Holzproben, wobei eine Schubbacke fest mit der Gleit­ schiene (13) und die andere Schubbacke fest mit dem Gehäuse (5) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch weitere Schubbacken (10) zur Ermittlung der tangentialen Scherfestigkeit von Holzproben, wobei eine Schubbacke fest mit der Gleitschiene (13) und zwei weitere Schubbacken fest mit dem Gehäuse (5) verbunden sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeich­ net durch eine weitere Schubbacke (12) zur Ermittlung der tangentialen Biegefestigkeit von Holzprobenscheiben, wobei die Schubbacke (12) fest mit der Gleitschiene (13) und eine Klemmvorrichtung für die Holzprobenscheibe fest mit dem Ge­ häuse (5) verbunden sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeich­ net durch eine Schneidevorrichtung (4) am Gehäuse (5).