DE2158266C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen und Klassifizieren von länglichen Holzstücken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen und Klassifizieren von länglichen Holzstücken, bei dem zunächst an zwei in Längsrichtung des Holzstücks im Abstand voneinander befindlichen Punkten eine Biegebeanspruchung erzeugt, dann die Größe der Biegebeanspruchung geändert und jeweils die Durchbiegung des Holzstücks gemessen wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4.

Derartige Verfahren und entsprechende Vorrichtungen sind bekannt (vgl. beispielsweise die Zeitschrift »Holz als Roh- und Werkstoff«. Juli 1968, S. 244 bis 246; und die US-PS 31 58 021).

Nachteilig an den bisherigen Verfahren und Vorrichtungin ist es, daß die Biegebeanspruchung durch punktförmige Belastung in größerem Abstand von den Auflagern herbeigeführt wird, wobei an den Belastungspunkten sprungartige Änderungen der Druck- und Zugbelastung erfolgen. Wenn eine solche Prüfung an einem langen Holzstück ausgeführt wird, welches an seinen Enden gehaltert ist, und wenn — was häufig der Fall ist — lediglich eine Last in der Mitte aufgebracht wird, läßt die dann erhaltene Durchbiegung keine sicheren Schlüsse zu, da ein ähnlicher Wert für den Elastizitätsmodul sowohl für ein gleichmäßiges Holzstück vorgegebener Steifigkeit als auch für ein steiferes Holzstück mit einer örtlichen Schwäche erhalten werden kann. Ähnlich liegen die Verhältnisse bei Belastung an zwei Punkten, da hier ebenfalls örtliche Schwachpunkte zu Fehlergebnissen führen können. Hinzu kommt, daß bei diesen Verfahren die Belastung längs des Prüflings unterschiedlich ist. so daß lediglich die Mitte (bei einer einzigen punktförmigen Belastung) bzw. Teilbereiche (bei Belastung an mehreren Punkten) voll geprüft \ 'erden.

Erst dann, wenn man durch Belastung des Prüflings an einer Vielzahl von Punkten eine zumindest annähernd gleichmäßig verteilte Last erzeugt, wie dies in dem »Handbuch der Werkstoffprüfung«, zweite Auflage, von E. S i e b e 1, dritter Band: Die Prüfung nichtmetallischer Baustoffe, Berlin — Göttingen — Heidelberg 1957, S. 62, als theoretische Möglichkeit beschrie ben wird, ergibt sich eine gleichmäßige Belastung de« Prüflings über die gesamte Länge zwischen den Aufla gern. Dieser Weg hat sich jedoch wegen der damit ver bundenen konstruktiven Schwierigkeiten bis jetzt ir der Praxis nicht einführen können.

Ausgehend von dem vorstehend beschriebener Stand der Technik, liegt der Erfindung die Aufgabe zu gründe, die beschriebenen Prüfverfahren und Prüfvor richtungen zur Durchführung der Prüfverfahren so zi verbessern, daß auf einfache praxisnahe Art eini gleichmäßig verteilte Last längs des Prüflings erhaltei und sicher erkannt wird, ob und an welcher Stelle läng des Holzstücks eine Schwachstelle vorhanden ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der ein gangs beschriebenen Art gelöst, welches gemäß der Er findung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Biegebean

spruchung in Form von Biegemomenten an den Enden Jes zu prüfenden Holzstücks oder bei abschnittsweise diskontinuierlich zu prüfenden längeren Holzstücken nacheinander an den Enden von sich an ihren Enden überlappenden Teilstücken des Holmücks erzeugt wird, und daß die hervorgerufene Durchbiegungsänderung an mehreren Stellen zwischen den beiden Enden des Holzstücks bzw. zwischen den beiden Enden ties jeweiligen Teiklücks bestimmt wird.

Durch die Erzeugung von Biegemomenten an den Enden des zu prüfenden Holzstücks ergibt sich eine gleichmäßige Druck- bzw. Zugbelastung über die gesamte Länge des Holzstücks zwischen den Angriffspunkten für die Biegemomente, so daß Prüfbedingungen erreicht werden, die dem theoretischen Idealfall der gleichmäßig verteilten Last entsprechen. Außerdem wird über vorbekannten Verfahren, be^: denen zur Erzielung der erforderlichen Cenauigkeil immer nur sehr kurze Holzstücke geprüft werden, eine wesentlich größere Durchbiegung erreicht, was dazu führt, daß das Signal-Rausch-Verhältnis in den Meßeinrichtungen günstiger wird. Es kann auch darauf verzichtet werden, die früher erforderlichen zahlreichen Prüfungen für kurze Abschnitte dadurch zu beschleunigen, daß man ein Holzstück kontinuierlich durch eine Prüfstation hindurchlaufen läßt, was zu Vibrationen führt und zum Auftreten dynamischer Kenngrößen, welche das Meßergebnis ebenfalls verschlechtern.

Im Hinblick auf diese bekannten kontinuierlichen Verfahren bietet das erfindungsgemäße Verfahren den grundlegenden Vorteil, daß eine einzige Prüfung oder eine kleine Zahl von Prüfungen unter statischen Bedingungen durchgeführt wird, so daß keine Schwingungsprobleme auftreten.

Als besonders günstig hat es sich erwiesen, wenn die Prüfung der Teilstücke längerer Holzstücke in getrenn ten Prüfstationen durchgeführt wird und wenn die Holzstücke quer zu ihrer Längsrichtung durch die Prüfstationen bewegt werden, da in diesem Fall trotz der Durchführung der Messungen bei ruhenden Holzslükken ein wesentlich größerer Durchsatz erreicht werden kann als dies mit den bekannten Verfahren möglich war.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Anspruch 4 angegeben.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend in Verbindung mit einer Zeichnung noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigen

F i g. 1 und 2 verschiedene Methoden zur Erzeugung von Biegemomenten an einem Holzstück,

F i g. 3 die Biegewirkung an einem einheitlichen und an einem nicht einheitlichen Holzstück,

F i g. 4 und 5 schematische Diagramme zur näheren Erläuterung des Anmeldungsgegenstandes,

F i g. 6 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

F i g. 7 ein Verfahren zur Durchführung aufeinanderfolgender Prüfungen an verschiedenen Teilen eines Holzstücks.

F i g. 1 zeigt ein Holzslück, welches sich gegen im Abstand voneinander angeordnete Widerlager 2 abstützt, während Biegekräfte an Punkten 3 wirken, welche jeweils den gleichen Abstand d von dem zugehörigen Widerlager 2 aufweisen, wobei der Abstand d klein im Verhältnis zum Abstand zwischen den Widerlagern ist.

In F i β. 2 wird ein Holzstück 1 von zwei Einspannvorrichtungen 4 und 5 gehaltert. Diese Einspannvorrichtungen sind drehbar angeordnet Bei der Durchführung der Messungen wird jede Einspannvorrichtung um einen kleinen Winkel gedreht, um gleiche Biegemomente an dem Holzstück angreifen zu lassen.

Es ist einzusehen, daß das Holzstück in dem Teil seiner Länge, welcher zwischen den Punkten liegt, um welche das Holzstück gekrümmt wird, einer im wesentlichen gleichförmigen Belastung unterworfen wird, und zwar unabhängig davon, in welcher Weise die Durchbiegung herbeigeführt wird. Die gleichmäßige Belastung führt nun bei einem einheitlichen Holzstück, wie dies in F i g. 3 gezeigt ist, zu einer Krümmung C, die bei einem Radius R im wesentlichen bogenförmig ist, wobei der Radius dem Elastizitätsmodul proportional ist. Wenn das Holzstück dagegen uneinheitlich aufgebaut ist, wird die Krümmung an einer schwachen Stelle einen Knickpunkt K besitzen. Durch Messung der Krümmungslkurve eines Holzstücks, welches einem Biegemoment unterworfen wird, ist es somit möglich, dieses Holzstück sowohl hinsichtlich seines gesamten als auch hinsichtlich seines örtlichen Elastizitätsmoduls zu klassifizieren. Da die Belastung über die gesamte Länge konstant ist, ist die Wirkung eines schwachen Bereichs (eines Bereichs mit niedrigem Elastizitätsmodul) auf die Krümmung stets die gleiche, und zwar unabhängig davon, an welcher Stelle zwischen den Belastungspunkten der schwache Bereich vorhanden ist.

Wie oben bereits erwähnt, ist es in der Praxis erforderlich, den Elastizitätsmodul eines Holzstücks in der Weise zu ermitteln, daß dieses in zwei aufeinanderfolgenden Operationen entweder durch verschiedene Lasten oder durch gleiche Lasten in entgegengesetzte Richtungen durchgebogen wird. In dieser Weise wird auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgegangen. Die F i g. 4 und 5 zeigen den Vorgang für ein Holzstück mit einem schwachen Bereich. Fig.4 zeigt den Fall, in welchem die Biegemomente in der Größe geändert werden, wobei die Kurve L die Durchbiegung anzeigt, die mit den geringeren Biegemomenten erzeugt wird und die Kurve H die Durchbiegung, die durch das höhere Biegemoment erzeugt wird. F i g. 5 zeigt den entsprechenden Fall, wo die Richtung des Biegemomentes geändert wird. In beiden Fällen wird die Messung durch Ermittlung der Abstände zwischen den beiden Kurven an einer Reihe von Meßpunkten P durchgeführt.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet gegenüber den bekannten Verfahren eine Reihe von Vorteilen. Da die gesamte Spanne durchgebogen werden kann und die Belastung gleichförmig ist und über das gesamte Holzstück den höchst zulässigen Wert hat und nicht nur in der Mitte, wird das Signal-Rausch-Verhältnis stark verbessert, da innerhalb der zulässigen BeIastur.gsgrenzen größere Änderungen in der Durchbiegung möglich sind. Aus diesem Grund können auch schwerere Holzstücke geprüft werden, und zwar in der Richtung, in der sie später belastet werden, beispielsweise in Flichtung der größeren Querschnittsabmessung. Ferner wird die Prüfung unter statischen Bedingungen ausgeführt, und die dynamischen Probleme, die bei der Prüfung mit hohen Geschwindigkeiten auftreten, werden somit vollständig vermieden. Darüber hinaus läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders dort mit Vorteil anwenden, wo Holz in seitlicher Richtung bewegt wird, so daß ein hoher Durchsatz erreichbar ist, ohne daß große Geschwindigkeiten in Kauf genommen werden müßten. Es versteht sich, daß

für den Fall, daß die Holzstücke seitlich in die Prüfstation eingeführt und aus dieser herausgenommen werden, sowohl die erforderlichen Bewegungen als auch die eigentlichen Prüfungen sehr schnell durchgeführt werden können. Folglich ist es möglich, je Zeiteinheit eine wesentlich größere Gesamtlänge von Holzstücken zu prüfen und zu klassifizieren, als dies mit den bekannten Verfahren möglich war, bei denen die Holzstücke die Prüfvorrichtung der Länge nach durchlaufen.

F i g. 6 zeigt in schemalischer Form eine Ansicht einer Maschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das gezeigte Ausführungsbeispiel der Maschine besitzt einen massiven Rahmen 6 mit zwei parallelen Seitenteilen 7 und 8. Das Seitenteil 7 bildet eine Schiene, auf welcher zwei Widerlager 9 und 10 verschiebbar angeordnet sind, während das Seitenteil 8 eine Schiene bildet, auf der zwei Belastungseinrichtungen 11 und 12 verschiebbar sind. Sowohl die Widerlager als auch die Belastungseinrichtungen können mit Hilfe von Antriebsvorrichtungen verschiebbar sein und sollten vorzugsweise automatisch in die der Länge des zu prüfenden Holzstückes entsprechende Stellung gefahren werden, jede Belastungseinrichtung enthält einen antreibbaren Stempel 13, mit dessen Hilfe das Holzstück zunächst gegen die Widerlager 9 und 10 geführt wird, und welcher anschließend die gewünschte Biegebelastung erzeugt, nämlich eine Anfangslast und eine Endlast.

Über die Länge des Seitenteils 7 der Maschine ist eine Anzahl von Biegungstastern 14 angeordnet, von denen jeder einen Fühler 15 besitzt, welcher an der Oberfläche des Holzstückes anliegt, wenn dieses gegen die Widerlager gepreßt wird. Die Biegungstaster können beispielsweise in Abständen von etwa 20 cm angebracht und als lineare Wandler ausgebildet sein, welche Impulse oder Binärzahlen erzeugen, die dem Umfang der Auslenkung des Fühlers proportional sind. Wenn eine Biegekraft geändert wird, entsprechen die Signale von jedem der Biegungstaster den Ordinaten einer Kurve, welche der Änderung der Krümmung des Holzstückes entspricht, und diese Signale können einem Rechner zugeführt werden, der so programmiert ist, daß er aus ihnen die möglichen Krümmungsmuster erkennt.

Wenn in dem Prüfling ein oder mehrere Bereiche mit geringerem Elastizitätsmodul vorhanden sind, treten in diesen Bereichen größere Änderungen in der Krümmung auf als in anderen Bereichen des Prüflings, und diese Änderungen werden von den Biegungstastern festgestellt und von dem Rechner erkannt Wenn diese Änderungen gewisse vorgegebene Grenzen überschreiten, kann der Rechner entscheiden, daß diese Stücke als Ausschuß zu bewerten oder entsprechend niedrig zu klassifizieren sind.

Der Rechner könnte auch so ausgebildet sein, daß er veranlaßt daß das zu prüfende Holzstück mit einer der Klassifizierung entsprechenden Markierung versehen wird und/oder so, daß er eine Vorrichtung steuert durch die die Holzstücke tatsächlich nach Klassen geordnet werden.

Die vorstehend beschriebene Maschine ist nicht geeignet Holzstücke wechselnder Länge bei hohen Ausgangsleistungen zu prüfen, da eine beträchtliche Zeit erforderlich ist um die Widerlager 9 und 10 und die Belastungseinrichtungen 11 und 12 auszurichten. Da je-

durchgeführt werden kann, kann diese Schwierigkeit dadurch überwunden werden, daß bei einer Maschine an einem Ende eine feste Belastungseinrichtung vorgesehen wird und daß über die Maschinenlänge weitere Belastungseinrichtungen vorgesehen werden, so daß Holzstücke beliebiger Länge geprüft werden können. Von den über die Länge der Maschine verteilten Belastungseinrichtungen würde dann jeweils die richtige automatisch mit Hilfe eines Detektorsystems betätigt, welches zur Prüfung in die Maschine gelangt.

Bei einer abgewandelten Vorrichtung, die schematisch an Hand der F i g. 7 erläutert wird, sind drei getrennte Prüfstationen 17, 18 und 19 vorgesehen, welche der Prüfling nacheinander durchläuft, wobei die Bewegungsrichtung stets senkrecht zur Längsrichtung des Holzstückes erfolgt.

Das Holzstück bewegt sich in der durch die Pfeile angedeuteten Richtung. Ein Holzstück 20, welches eine beliebige Länge haben kann, vorausgesetzt, daß es eine durch die Maschine gegebene Maximallänge nicht überschreitet, bewegt sich zunächst an die Prüfstation 17, wo ein Teil seiner Länge, ausgehend von dem Ende 21, welches an einem Anschlag 22 anliegt, geprüft wird Anschließend bewegt sich das Holzstück zu der Station

18. Wenn das Holzstück, wie dies bei dem Ausführungsbeispiel der Fall ist, nicht lang genug ist, um an den dort vorgesehenen zwei Belastungsstationen anzuliegen, passiert es die Prüfstation 18, ohne daß ein Meßvorgang durchgeführt wird und gelangt zu der Prüfstation

19. Wenn das Holzstück lang genug ist, um an beiden Belastungspunkten anzuliegen, dann wird dieser Teil des Holzstückes geprüft. In der Prüfstation 19 wird das Ende 23 des Holzstückes gegen einen Anschlag 24 angelegt, und der Teil des Holzstückes, der dem Ende 23 benachbart ist, wird geprüft. Durch geeignete Anordnung der Prüfstationen und durch geeignete Wahl des Abstandes zwischen den Belastungspunkten in jeder Prüfstation können Holzstücke eines gegebenen Längenbereiches, beispielsweise Holzstücke mit einer Länge zwischen 2,4 und 6,3 m, geprüft werden.

Die genaue Form der Einrichtung zur Messung der

Änderung der Krümmung des Holzstückes unter Last ist nicht wesentlich, solange es möglich ist, die gewünschte Information bezüglich der Änderungen der Krümmung mit der gewünschten Genauigkeit zu erhalten. Die Meßeinrichtungen sollten jedoch robust sein und nicht leicht beschädigt werden können, wenn sich das Holz durch die Meßvorrichtung bewegt. Auf jeden Fall können auch andere Biegungstaster als die vorstehend beschriebenen verwendet werden, beispielsweise Biegungstaster in Form von Spannungsmessern.

Aus vorstehend Beschriebenem wird deutlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur insoferr eine Verbesserung gegenüber den bekannten Verfah ren mit sich bringt als es geeignet ist den Elastizitäts modul an jedem Punkt eines Holzstückes zu messen sondern auch insofern, als es ein entsprechendes Meß ergebnis für das gesamte Holzstück liefert. Diesem ge samten Elastizitätsmodul kommt aber in der Praxis di< gleiche Bedeutung zu wie den Elastizitätsmoduln ein zelner Abschnitte, obwohl bei den bekannten Prüfvor richtungen diese Information nur aus einer Vielzah von Messungen des örtlichen Elastizitätsmoduls abge leitet werden kann.

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Ein weiterer großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß das Holz seitlich in die Prüfstation bzw. Prüfstationen eingeführt wird und auch seitlich aus dieser bzw. aus diesen wieder herausgeführt wird. Dies ermöglicht die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens überall dort, wo Holzstücke senkrecht zu ihrer Längsrichtung bewegt werden, wie beispielsweise in Sägemühlen mit einem hohen

Ausstoß, wo bei den bekannten Verfahren ein zusätzlicher Arbeitsgang erforderlich ist, um die in Querrieh tung bewegten Holzstücke in Längsrichtung durch ein< Prüfvorrichtung laufen zu lassen. Darüber hinaus be trägt der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren er reichbare Gesamtdurchsatz ein Vielfaches des Maxi maldurchsatzes, der mit den bekannten Vorrichiungei erreichbar ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Prüfen und Klassifizieren von länglichen Holzstücken, bei dem zunächst an zwei ki Längsrichtung des Holzstücks im Abstand voneinander befindlichen Punkten eine Biegebeanspruchung erzeugt, dann die Größe der Biegebeanspruchung geändert und jeweils die Durchbiegung des Holzstücks gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegebeanspruchung in Form von Biegemomenten an den Enden des zu prüfenden Holzstücks oder bei abschnittsweise diskontinuierlich zu prüfenden längeren Holzstücken nacheinander an den Enden von sich an ihren Enden überläppenden Teilstücken des Holzstücks erzeugt wird <ind daß die hervorgerufene Durchbiegungsänderung an mehreren Stellen zwischen den beiden Enden des Holzstücks bzw. zwischen den beiden Enden des jeweiligen Teilstücks bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfung der Teilstücke längerer Holzstücke in getrennten Prüfstationen durchgeführt wird und daß die Holzstücke quer zu ihrer Längsrichtung durch die Prüfstationen bewegt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung der Biegebeanspruchung eine Richtungsänderung der Biegemomente herbeigeführt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3 mit mindestens zwei im Abstand voneinander vorgesehenen Belastungseinrichtungen zur Erzeugung einer Biegebeanspruchung des Holzstücks bzw. eines Teilstücks desselben und mit Meßeinrichtungen zur Messung der Durchbiegung, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Belastungseinrichtungen zur Erzeugung der Biegebeanspruchung in einem Abstand voneinander angeordnet sind, der zumindest im wesentlichen gleich der Länge des zu prüfenden Holzstücks bzw. Teilstücks ist und daß zwischen den Belastungseinrichtungen eine Anzahl von vorzugsweise äquidistanten Biegetastern vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Belastungseinrichtung ein Widerlager und einen in der Nähe desselben angeordneten Druckstempel umfaßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß jede Belastungseinrichtung eine zu einer Schwenkbewegung antreibbare Spannzange umfaßt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Rahmen (6) mit zwei zueinander parallelen Seitenteilen (7,8) aufweist und daß an einem Seitenteil (7) die Widerlager (9, 10) und am anderen Seitenteil (8) die Druckstempel (U, 12, 13) gleitverschieblich angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Anlriebseinrichtungen zum automatisehen Ausrichten der Widerlager (9,10) und Druckstempel (11, 12, 13) entsprechend der Länge des zu prüfenden Holzstücks bzw. Teilstücks vorgesehen sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegetaster (14) mindestens an einem der Seitenteile (7, 8) in regelmäßigen Abständen vorgesehen sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegetaster elektrische Ausgangssignale liefern, welche von einer Rechenmaschine zum Klassifizieren und/oder körperlichen Sortieren der geprüften Holzstücke auswertbar sind.