DE9117283U1 - Device for material testing, especially wood testing, by drilling or penetration resistance measurement - Google Patents
Device for material testing, especially wood testing, by drilling or penetration resistance measurementInfo
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Description
Patentanwalt
European Patent AttorneyPatent Attorney
European Patent Attorney
Dipl.-Phys, Frank Rinn, Kühler Grund 48 6900 HeidelbergDipl.-Phys, Frank Rinn, Kühler Grund 48 6900 Heidelberg
Vorrichtung zur Materialprüfung, insbesondere Holzprüfung, durch Bohr- bzw. EindrxngwiderstandsmessungDevice for material testing, especially wood testing, by drilling or penetration resistance measurement
BeschreibungDescription
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Materialprüfung, insbesondere Holzprüfung, durch Bohr- bzw. Eindringwiderstandsmessung mit einem Gehäuse, mit einer im Betrieb davon abstehenden Nadel, mit einem in Nadellängsrichtung verstellbar an dem Gehäuse geführten, für den Nadelvorschub motorisch angetriebenen Schlitten, der einen die Nadel in Drehung antreibenden Motor trägt, und mit einer Steuerelektronikeinschließlich einer Einrichtung zur Erfassung und Aufzeichnung der Leistungsaufnahme des Nadelantriebs .The invention relates to a device for material testing, in particular wood testing, by drilling or penetration resistance measurement, with a housing, with a needle that protrudes from it during operation, with a carriage that is adjustable in the longitudinal direction of the needle and is guided on the housing, is motor-driven for the needle feed and carries a motor that drives the needle in rotation, and with control electronics including a device for detecting and recording the power consumption of the needle drive.
Eine solche Vorrichtung ist aus der DE-OS 35 01 841 bekannt.Such a device is known from DE-OS 35 01 841.
Sie hat einen an parallelen Führungsstangen geführten Schlitten, zu dessen Vorschub eine oder zwei axiale Gewindespindeln dienen, die von einem gehäusefesten, zusätzlich zu dem Drehantriebsmotor der Nadel vorgesehen Motor angetrieben wird. Damit geht ein aufwendiger, sperriger Aufbau und ein hohes Gewicht der Vorrichtung einher.It has a carriage guided on parallel guide rods, which is advanced by one or two axial threaded spindles, which are driven by a motor fixed to the housing, provided in addition to the rotary drive motor of the needle. This results in a complex, bulky structure and a high weight of the device.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine im Aufbau unaufwendige, kompakte und leichte Vorrichtung der genannten Art zu schaffen, die sich einfach und bequem handhaben läßt und bei hoher Meßgenauigkeit insbesondere für Anwendungen im freien Feld und in beengten Fachwerkgebäuden gut geeignet ist.The object of the invention is to create a device of the type mentioned which is simple to construct, compact and lightweight, easy to handle and, with high measurement accuracy, is particularly suitable for applications in the open field and in confined half-timbered buildings.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung der genannten Art dadurch gelöst, daß der Schlitten an einer Profilschiene geführt ist, und daß parallel im Abstand zu der Profilschiene eine Zahnstange gehäusefest angeordnet ist, mit der ein an dem Schlitten sitzendes, für den Vorschub angetriebenes Zahnrad kämmt.This object is achieved with a device of the type mentioned in that the carriage is guided on a profile rail and that a rack is arranged parallel and fixed to the housing at a distance from the profile rail, with which a gear wheel mounted on the carriage and driven for the feed meshes.
Die Führung des Schlittens an einer Profilschiene und das zu seinem Antrieb vorgesehene Zahnstangengetriebe gewährleisten einen kompakten, robusten und relativ leichten Aufbau der Vorrichtung. Eine auf einem Zahnstangengetriebe aufbauende Konstruktion ist selbst bei Verwendung einer Zahnstange mit Meßprofilgenauigkeit erheblich kostengünstiger, als die wenigstens eineThe guide of the carriage on a profile rail and the rack gear provided for its drive ensure a compact, robust and relatively light construction of the device. A construction based on a rack gear is considerably more cost-effective, even when using a rack with measurement profile accuracy, than the at least one
Präzisionsgewindespindel erfordernde Konstruktion der DE-OS 35 01 841. Das Zahnstangengetriebe ermöglicht es, in einer Bauserie erfindungsgemäßer Vorrichtungen ohne große konstruktive Änderungen verschiedene maximale Hublängen zu realisieren. Die Profilschiene ist bei unaufwendigem Aufbau geeignet, das durch den nicht axialen Antrieb auf den Schlitten ausgeübte Kippmoment spielfrei aufzunehmen und eine hohe Stabilität gegen ein Verkippen und Verkanten des Schlittens zu gewährleisten, so daß keine das Meßergebnis potentiell verfälschenden Abweichungen von der axialen Nadelausrichtung auftreten. Auch ist ein reibungsarmer Gleichlauf des Schlittens gewährleistet, was für die Meßgenauigkeit von erheblicher Bedeutung ist, wenn, wie für gewisse Anwendungen bevorzugt, die Antriebsleistung des Schlittenvorschubs in die Auswertung einbezogen wird.The design of DE-OS 35 01 841, which requires a precision threaded spindle, allows different maximum stroke lengths to be achieved in a series of devices according to the invention without major structural changes. The profile rail is suitable for absorbing the tilting moment exerted on the slide by the non-axial drive without play and for ensuring high stability against tilting and jamming of the slide, so that no deviations from the axial needle alignment occur that could potentially distort the measurement result. A low-friction synchronization of the slide is also guaranteed, which is of considerable importance for the measurement accuracy if, as is preferred for certain applications, the drive power of the slide feed is included in the evaluation.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Vorrichtung mehrere über die Nadellänge versetzte Abstützelemente für die Nadel auf, die an der Profilschiene geführt sind. Die Abstützelemente tragen zu einer hohen Genauigkeit der axialen Nadelausrichtung bei.In a preferred embodiment, the device according to the invention has several support elements for the needle that are offset along the length of the needle and are guided on the profile rail. The support elements contribute to a high degree of accuracy in the axial alignment of the needle.
Die Abstützelemente können Lochblenden sein, deren fluchtende Öffnungen die Nadel durchsetzt. Dadurch ist eine exakte allseitige Führung der Nadel gewährleistet. Außerdem wirken die Lochblenden vorteilhaft als Abstreifer von Verunreinigungen,The support elements can be perforated plates, whose aligned openings the needle passes through. This ensures that the needle is guided precisely on all sides. The perforated plates also act as a beneficial scraper for contamination.
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so daß keine Fremdkörper in das Gehäuseinnere eintreten und die Funktionsfähigkeit und Lebensdauer der Vorrichtung beeinträchtigen können. Der Durchmesser der Nadeldurchtrittsöffnungen kann fest aber auch in Anpassung an verschiedene Nadeldurchmesser variabel sein. Er sollte den Durchmesser der Nadel im Interesse einer hohen Führungsgenauigkeit um nicht mehr als das erforderliche Nadeldurchtrittsspiel übersteigen.so that no foreign bodies can enter the housing and impair the functionality and service life of the device. The diameter of the needle passage openings can be fixed or can be variable to suit different needle diameters. In the interests of high guidance accuracy, it should not exceed the diameter of the needle by more than the required needle passage clearance.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Abstützelemente anschlagbegrenzt ein- und ausfahrbare, vorzugsweise kreiszylindrische Teleskophülsen mit insbesondere mittigen Nadeldurchtrittsöffnungen im Hülsenboden. Die Nadel ist in ihrem Abstützbereich durch die Teleskophülsenanordnung gekapselt, und es ist sichergestellt, daß keine von der Nadel abgestreiften Verunreinigungen an den Motor und das Zahnstangengetriebe der Vorrichtung gelangen. Baulich bevorzugt sind ein, zwei oder mehr gegebenenfalls vorzugsweise spiegelsymmetrische Sätze von Teleskophülsen, deren Durchmesser in Nadellängsrichtung vom Schlitten weg zunächst abfallen und dann wieder ansteigen kann, wobei vorzugsweise die mittleren Teleskophülsen kleinsten Durchmessers mit einem an der Profilschiene geführten Läufer verbunden sind.In a preferred embodiment, the support elements are preferably circular-cylindrical telescopic sleeves that can be extended and retracted with a stop limit, in particular with central needle passage openings in the sleeve base. The needle is encapsulated in its support area by the telescopic sleeve arrangement, and it is ensured that no contaminants stripped off the needle reach the motor and the rack and pinion gear of the device. Structurally preferred are one, two or more, preferably mirror-symmetrical sets of telescopic sleeves, the diameter of which can initially decrease and then increase again in the longitudinal direction of the needle away from the carriage, with the middle telescopic sleeves of the smallest diameter preferably being connected to a runner guided on the profile rail.
Bei einer ersten Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt der Antrieb der Nadel in Drehung und Vorschub mit demselben Motor. Vorteilhaft dabei ist der mit einem einzigen Antriebsaggregat einhergehende einfache Aufbau, die feste appara-In a first variant of the device according to the invention, the needle is driven in rotation and feed by the same motor. The advantage here is the simple structure associated with a single drive unit, the fixed apparatus
tive Kopplung von Drehung und Vorschub und die einfache Motorsteuerung. In die Messung der Leistungsaufnahme des Motors geht die gesamte durch Nadeldrehung und -vorschub geleistete Materialzerstörungsarbeit ein, und es wird eine hohe Meßgenauigkeit und gute Korrelation des gemessenen Bohrwiderstands bzw. Eindringwiderstands mit dem Wert der Dichte des durchbohrten Materials erreicht. Das setzt voraus, daß der Schlittenvorschub keine ortsabhängigen Störungen auf das Meßsignal überträgt, was durch die Profilschienenführung und den hochuntersetzten Antrieb über das Zahnstangengetriebe gewährleistet ist.tive coupling of rotation and feed and the simple motor control. The entire material destruction work carried out by the needle rotation and feed is included in the measurement of the motor's power consumption, and a high level of measurement accuracy and good correlation of the measured drilling resistance or penetration resistance with the value of the density of the drilled material is achieved. This requires that the slide feed does not transmit any location-dependent interference to the measurement signal, which is ensured by the profile rail guide and the high-reduction drive via the rack and pinion gear.
Der Motor ist vorzugsweise ein schnell drehender elektrischer Gleichstrommotor, dessen Wellendrehzahl sowohl für den Drehantrieb der Nadel, als auch für den Schlittenvorschubantrieb des mit der Zahnstange kämmenden Zahnrads ins Langsame untersetzt ist. Vorteilhaft dabei sind der Gleichlauf und das sehr hohe Antriebsmoment des Motors, durch das geringe Schwankungen im mechanischen Laufwiderstand, wie sie beispielsweise durch die Teleskophülsenanordnung entstehen könnten, problemlos und ohne Beeinträchtigung der Meßgenauigkeit überwunden werden.The motor is preferably a fast-rotating electric direct current motor, the shaft speed of which is reduced to a low speed for both the rotary drive of the needle and the carriage feed drive of the gear wheel meshing with the rack. The advantages here are the synchronous running and the very high drive torque of the motor, which means that small fluctuations in the mechanical running resistance, such as those that could arise from the telescopic sleeve arrangement, are overcome without any problem and without affecting the measuring accuracy.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Wellendrehzahl des Motors für den Drehantrieb der Nadel mittels eines Planetengetriebes im Verhältnis 4 : 1 ins Langsame untersetzt. Für den Antrieb des Zahnrads kann mittels eines Planetengetriebes eineIn a preferred embodiment, the shaft speed of the motor for the rotary drive of the needle is reduced to a slow speed by means of a planetary gear in a ratio of 4:1. For the drive of the gear wheel, a
Untersetzung im Verhältnis 2076 : 1 ins Langsame und mittels eines nachgeordneten Kegel- oder Schneckengetriebes eine weitere Untersetzung im Verhältnis 3 : 1 ins Langsame, insgesamt also eine Untersetzung im Verhältnis 6228 : 1 ins Langsame erfolgen.Reduction in the ratio 2076:1 to slow speed and by means of a downstream bevel or worm gear a further reduction in the ratio 3:1 to slow speed, so a total reduction in the ratio 6228:1 to slow speed.
In einer zweiten Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt der Antrieb der Nadel in Drehung und Vorschub mit zwei nebeneinander geordneten, parallele Wellen aufweisenden Motoren, die ihren Getriebeabgang zu der Nadel bzw. dem für den Schlittenvorschub angetriebenen Zahnrad im seitlichen Überlappungsbereich der Motoren haben. Man spart so die Baulänge, die bei nur einem Motor für die beiden von derselben Welle abgehenden Getriebe erforderlich ist, und erreicht einen bei großem axialem Nadelhub sehr kurzen Aufbau der Vorrichtung. Das ist für Messungen unter beengten Verhältnissen von Vorteil, wie sie beispielsweise bei Untersuchungen an Gebäuden, insbesondere Fachwerkbauten, auftreten. In a second variant of the device according to the invention, the needle is driven in rotation and feed by two motors arranged next to one another with parallel shafts, which have their gear output to the needle or the gear wheel driven for the carriage feed in the lateral overlap area of the motors. This saves the length that is required for the two gears coming from the same shaft with just one motor, and achieves a very short device structure with a large axial needle stroke. This is advantageous for measurements in confined spaces, such as those that occur when examining buildings, particularly half-timbered buildings.
Die Motoren sind vorzugsweise schnell drehende Elektromotoren mit Untersetzungsgetrieben ins Langsame, die denen des zuvor beschriebenen alleinigen Motors entsprechen können. Vorzugsweise wird der Nadelvorschubmotor auf eine konstante Vorschubgeschwindigkeit des Schlittens geregelt und nur die Leistungsaufnahme des Nadeldrehmotors erfaßt, der den weit überwiegenden Teil der Materialzerstörungsarbeit leistet.The motors are preferably fast-rotating electric motors with reduction gears for slowing down, which can correspond to those of the previously described sole motor. Preferably, the needle feed motor is regulated to a constant feed speed of the carriage and only the power consumption of the needle rotation motor is recorded, which performs the vast majority of the material destruction work.
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Auf der Welle des alleinigen Motors oder Nadeldrehmotors und/oder Nadelvorschubmotors kann eine Unterbrecherscheibe sitzen, die im Lichtweg einer Lichtschranke liegt. Diese Anordnung liefert ein hochfrequentes Taktsignal, das eine sehr genaue Bestimmung der Wellendrehzahl ermöglicht. Ein platzaufwendiger Tachogenerator erübrigt sich. Das Taktsignal kann vorteilhaft als Zeitgebersignal für eine digitale Signalverarbeitung herangezogen werden.An interrupter disk can be mounted on the shaft of the sole motor or needle rotation motor and/or needle feed motor, which is in the light path of a light barrier. This arrangement provides a high-frequency clock signal that enables very precise determination of the shaft speed. A space-consuming tachometer generator is not required. The clock signal can be used advantageously as a timing signal for digital signal processing.
Die Fahrbewegung des Schlittens ist vorzugsweise durch Endschalter gesteuert. Das ist bedienungsfreundlich und sicher.The carriage movement is preferably controlled by limit switches. This is user-friendly and safe.
Die Motorsteuerung des alleinigen Motors oder Nadeldrehmotors und/oder Nadelvorschubmotors macht vorzugsweise von dem Prinzip der Pulsbreitensteuerung Gebrauch. An dem/den Motor(en) liegt vorzugsweise eine hochfrequente pulsbreitenmodulierte Versorgungsspannung an, deren Pulsbreite bei vorzugsweise konstanter Frequenz geregelt und gegebenenfalls gleichzeitig als Maß für die Leistungsaufnahme des Motors erfaßt wird. Die Pulsbreite bildet ein zur digitalen Erfassung, Speicherung und Weiterverarbeitung gut geeignetes Maß für die momentane Leistungsaufnahme des Motors.The motor control of the sole motor or needle rotation motor and/or needle feed motor preferably uses the principle of pulse width control. The motor(s) is preferably supplied with a high-frequency pulse width modulated supply voltage, the pulse width of which is regulated at a preferably constant frequency and, if necessary, is simultaneously recorded as a measure of the power consumption of the motor. The pulse width forms a measure of the instantaneous power consumption of the motor that is well suited for digital recording, storage and further processing.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird über die Lichtschranke die Drehzahl des Nadelvorschubmotors gemessen. Weicht sie von einer vorgegebenen konstanten Solldrehzahl ab, wird die Puls-In a preferred embodiment, the speed of the needle feed motor is measured via the light barrier. If it deviates from a predetermined constant target speed, the pulse
breite der Versorgungsspannung entsprechend vergrößert oder verkleinert, um die Istdrehzahl an die Solldrehzahl anzugleichen. Bei geeigneter Anpassung der Pulsbreite der vorzugsweise mit fester Frequenz anliegenden Spannungspulse in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Istdrehzahl und Solldrehzahl kann die gesteuerte Pulsbreite als Maß für den Bohrwiderstand ausgewertet werden.width of the supply voltage is increased or reduced accordingly in order to adjust the actual speed to the target speed. If the pulse width of the voltage pulses, which are preferably applied at a fixed frequency, is suitably adjusted depending on the difference between the actual speed and the target speed, the controlled pulse width can be evaluated as a measure of the drilling resistance.
Die Drehzahl des Nadeldrehmotors wird ebenfalls mit einer Lichtschranke gemessen. Auch der Nadeldrehmotor wird mit einer pulsbreitenmodulierten Versorgungsspannung bei fester Pulsfrequenz betrieben und auf eine konstante Drehzahl geregelt. Die momentane Pulsbreite wird als Maß für den Bohrwiderstand / Eindringwiderstand (und damit die Holzdichte) über einen Mikroprozessor (CPU) erfaßt und als serielles Signal in die Schnittstelle eines angeschlossenen Rechners geschickt. Die momentane Pulsbreite kann auch durch die CPU eines Rechners überwacht werden, der über eine vorzugsweise parallele Schnittstelle angeschlossen ist. Die Leistungsmessung und Datenübermittlung erfolt immer dann, wenn von der Vorschubsteuerung anhand des Signals der Lichtschranke gemeldet wird, daß eine gewisse Nadelvorschubstrecke zurückgelegt wurde. Diese Strecke, die die Auflösungsgrenze der Vorrichtung und damit ihre Meßgenauigkeit bestimmt, wurde bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel zu ca. 0,01 mm angesetzt. The speed of the needle rotation motor is also measured with a light barrier. The needle rotation motor is also operated with a pulse width modulated supply voltage at a fixed pulse frequency and regulated to a constant speed. The current pulse width is recorded as a measure of the drilling resistance / penetration resistance (and thus the wood density) via a microprocessor (CPU) and sent as a serial signal to the interface of a connected computer. The current pulse width can also be monitored by the CPU of a computer that is connected via a preferably parallel interface. The power measurement and data transmission always take place when the feed control reports from the light barrier signal that a certain needle feed distance has been covered. This distance, which determines the resolution limit of the device and thus its measurement accuracy, was set at approx. 0.01 mm in the described embodiment.
&phgr; &Lgr; * ·ϕΛ * ·
Die Signalaufzeichnung, -speicherung und gegebenenfalls -verarbeitung erfolgt vorzugsweise mittels eines netzunabhängig zu betreibenden Datenaufnahmegerätes vorzugsweise in Form eines Schreibers oder Rechners mit einer zum Anschluß der Vorrichtung geeigneten Schnittstelle und/oder einer zur Datenübertragung zwischen der Vorrichtung und dem Rechner geeigneten Telekommunikationseinrichtung. Damit ist auch unter Feldbedingungen eine Signalverarbeitung vor Ort möglich. Gemessene Holzdichteprofile liegen von vorneherein in digitaler Form vor und können damit leicht gespeichert, übertragen, rechnerisch bearbeitet und an einem Monitor des Rechners zur Anzeige gebracht werden. Der netzunabhängige Rechner kann als Festinformation densitometrische und dendrochronologische Vergleichsdaten und andere ökologische Daten u.a.m. enthalten und noch vor Ort das Ergebnis einer umfangreichen Datenauswertung liefern. Eine Telekommunikation mit dem Datenaufnahmegerät (Rechner), z. B. mittels eines UkW- oder Infrarotsenders, ist für Messungen an schwer zugänglichen Stellen von Vorteil. Durch eine geeignete Meßablaufsteuerung ist es möglich, ohne Bedienungseingriff an dem Datenaufnahmegerät mehrere Messungen hintereinander durchzuführen, so daß das Datenaufnahmegerät (Rechner) auch in größerer Entfernung vom Meßplatz stehen kann, z. B. zum Schutz vor Regen.The signal recording, storage and, if necessary, processing is preferably carried out using a data recording device that can be operated independently of the mains, preferably in the form of a recorder or computer with an interface suitable for connecting the device and/or a telecommunications device suitable for data transmission between the device and the computer. This makes it possible to process the signals on site even under field conditions. Measured wood density profiles are available in digital form from the outset and can therefore be easily stored, transferred, processed mathematically and displayed on a computer monitor. The mains-independent computer can contain densitometric and dendrochronological comparison data and other ecological data, etc., as fixed information and can provide the result of a comprehensive data evaluation on site. Telecommunication with the data recording device (computer), e.g. using a VHF or infrared transmitter, is advantageous for measurements in hard-to-reach places. With a suitable measurement sequence control, it is possible to carry out several measurements in succession without operator intervention on the data recording device, so that the data recording device (computer) can also be located at a greater distance from the measuring point, e.g. to protect it from rain.
Die Vorrichtung wird vorzugsweise aus in einem Leibgürtel untergebrachten Akkumulatorzellen elektrisch gespeist. In den Gürtel kann auch die gesamte Steuer- und/oder Meß- und/oder Datenüber-The device is preferably powered electrically by battery cells housed in a waist belt. The entire control and/or measurement and/or data transmission system can also be housed in the belt.
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tragungselektronik: oder ein Teil davon integriert sein. Es ist so eine einfache, bequeme Handhabung der Vorrichtung gewährleistet. Man kann einen Kleinrechner oder ein anderes Datenaufnahmegerät an dem Leibgürtel hängend tragen.Transmission electronics: or a part of it can be integrated. This ensures that the device is easy and convenient to use. A small computer or other data recording device can be worn hanging on the waist belt.
An dem Gehäuse' der Vorrichtung kann mit einem Kabel ein Handsteuergerät mit einer Anzahl Bedienungsschalter und einer vorzugsweise digitalen Bohrtiefenanzeige angeschlossen sein. Ein solches Handsteuergerät, das nicht größer sein muß als eine Taschenuhr,gewährleistet einen hohen Bedienungskomfort.A hand control device with a number of operating switches and a preferably digital drilling depth display can be connected to the device's housing by means of a cable. Such a hand control device, which does not have to be larger than a pocket watch, ensures a high level of operating comfort.
Zur Abstützung der Vorrichtung am Boden ist ein zweibeiniges, vorzugsweise ausfahrbare Teleskopbeine aufweisendes Stativ mit einer starren Schlaufe vorgesehen, die das quer zu ihrer Ebene orientierte Gehäuse der Vorrichtung mit Spiel umschlingt und durch Neigen mit dem Gehäuse verkantet. Das Stativ ermöglicht einen wenig Kraft erfordernden Meßablauf und ein problemloses und schnelles Anlegen der Vorrichtung auch an unrunde Baumprofile. Dank der Teleskopbeine des Stativs ist eine einfache Anpassung an die jeweils gewünschte Untersuchungshöhe gewährleistet. Wahlweise können ein oder mehrere Stative zugleich zum Abstützen der Vorrichtung verwendet werden.To support the device on the ground, a two-legged tripod, preferably with extendable telescopic legs, is provided with a rigid loop that wraps around the housing of the device, which is oriented perpendicular to its plane, with some play and tilts it with the housing. The tripod enables a measurement process that requires little force and enables the device to be attached quickly and easily, even to non-round tree profiles. Thanks to the tripod's telescopic legs, it is easy to adjust to the desired examination height. One or more tripods can be used simultaneously to support the device.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below using an embodiment shown in the drawings.
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Fig. 1 schematisch den Einsatz einer Vorrichtung zur Materialprüfung bei der Holzdichtemessung an einem Baum;Fig. 1 shows a schematic of the use of a material testing device for measuring the wood density of a tree;
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung, wobei deren Gehäuse zum Teil aufgebrochen ist; undFig. 2 is a plan view of the device, with its housing partially broken away; and
Fig. 3 einen Schnitt durch die Vorrichtung nach III-III von Fig. 2.Fig. 3 a section through the device according to III-III of Fig. 2.
Die Vorrichtung hat ein im wesentlichen kreiszylindrisches Gehäuse 10, aus dessen einer Stirnwand 12 eine Bohrnadel 14 austritt, um in ein zu untersuchendes Stück Material, hier Holz, nämlich den Stamm 16 eines Baumes 18, einzudringen. Die Nadel 14 unterliegt dabei einer hochtourigen Drehung und axialen Vorschubbewegung. Man mißt die Leistungsaufnahme des Nadelantriebs, die ein Maß für den Eindringwiderstand bzw. die geleistete Holzzerstörungsarbeit ist, und erhält so über den axialen Nadelhub ein Holzdichteprofil.The device has an essentially circular cylindrical housing 10, from one end wall 12 of which a drilling needle 14 emerges in order to penetrate a piece of material to be examined, here wood, namely the trunk 16 of a tree 18. The needle 14 is subject to high-speed rotation and axial feed movement. The power consumption of the needle drive is measured, which is a measure of the penetration resistance or the wood destruction work performed, and a wood density profile is thus obtained via the axial needle stroke.
Die Vorrichtung kann in Hüft- oder Schulteranschlag, aber auch in anderen Stellungen gehalten oder im Laborbetrieb fixiert werden. Zur Abstützung am Boden dient ein zweibeiniges Stativ 20 mit einer starren Schlaufe 22, in die das Gehäuse 10 der Vorrichtung mit Spiel paßt, wenn das Stativ 20 vertikal steht und das Gehäuse 10 horizontal orientiert ist. Bei Neigen des Stativs verkantet das Gehäuse 10 in der Schlaufe 22, so daß die Vorrichtung sicher gegen den Boden abgestützt ist. Die Vorrichtung wird mit einem von der vorderen Stirnwand 12 des Ge-The device can be held in hip or shoulder position, but also in other positions or fixed in laboratory operation. A two-legged tripod 20 with a rigid loop 22 is used for support on the floor, into which the housing 10 of the device fits with play when the tripod 20 is vertical and the housing 10 is oriented horizontally. When the tripod is tilted, the housing 10 tilts in the loop 22 so that the device is securely supported against the floor. The device is secured to the floor with a clamp that is attached to the front wall 12 of the device.
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häuses 10 abstehenden Distanzbolzen 74 an dem zu untersuchenden Objekt, hier dem Baumstamm 16, angelegt.housing 10 protruding spacer bolts 74 are placed on the object to be examined, here the tree trunk 16.
Zur elektrischen Energieversorgung der Vorrichtung ist ein Leibgürtel 24 mit Akkumulatorzellen vorgesehen, der während der Messung getragen, aber auch abgelegt werden kann. In den Leibgürtel 24 sind Teile der Meßelektronik und eine Telekommunikationseinrichtung integriert, mit der eine Datenübertragung an einen mitgeführten, netzunabhängig zu betreibenden Rechner 2 6 erfolgt.A belt 24 with rechargeable cells is provided to supply the device with electrical energy. This can be worn during the measurement or removed. Parts of the measuring electronics and a telecommunications device are integrated into the belt 24, which is used to transmit data to a computer 26 that is carried along and can be operated independently of the mains.
Im Innern des Gehäuses 10 ist eine sich in Längsrichtung erstreckende Führungsschiene 28 fest angeordnet. Die Führungsschiene 28 hat bei den dargestellten Ausführungsbeispiel ein Doppel-T-Profil. An der Führungsschiene 28 ist ein Schlitten 30 geführt, der einer (nicht dargestellt) oder auch zwei Schnellaufende(&eegr; ) elektrische(&eegr;) Gleichstrommotor(en) 32, 33 trägt. Der/die Elektromotor(en) 32, 33 dient/dienen zum Drehantrieb der Nadel 14 und zum Vorschubantrieb eines die Nadel tragenden Schlittens 30.A guide rail 28 extending in the longitudinal direction is fixedly arranged inside the housing 10. In the embodiment shown, the guide rail 28 has a double-T profile. A carriage 30 is guided on the guide rail 28, which carries one (not shown) or two high-speed electric direct current motors 32, 33. The electric motor(s) 32, 33 serve to drive the needle 14 in rotation and to drive the feed of a carriage 30 carrying the needle.
Der Nadeldrehmotor 32 hat eine in Längsrichtung orientierte Welle mit Getriebeabgang vorn. Am vorderen Wellenende befindet sich ein Planetengetriebe 34, das die Wellendrehzahl im Verhältnis 4 : 1 ins Langsame untersetzt und einen in LängsrichtungThe needle rotation motor 32 has a longitudinally oriented shaft with a gear output at the front. At the front end of the shaft there is a planetary gear 34, which reduces the shaft speed in a ratio of 4:1 and has a longitudinally oriented
- 13 -- 13 -
- 13 -- 13 -
orientierten Wellenzapfen 36 mit einem Spannfutter 38 für die Nadel 14 treibt. Der Nadelvorschubmotor 33 ist mit paralleler Welle neben der Motor- und Getriebeeinheit 32, 34 für die Nadeldrehung angeordnet. Er hat seinen Getriebeabgang hinten. Am hinteren Wellenende des Nadeivorschubmotors 33 befindet sich ein Planetengetriebe 40, das die Wellendrehzahl im Verhältnis 2076 : 1 ins Langsame untersetzt und ein Kegelrad 42 eines Kegelgetriebes treibt, das eine weitere Drehzahluntersetzung von 3 : 1 ins Langsame bewirkt. Statt des Kegelgetriebes kann auch ein Schneckengetriebe Verwendung finden und die Getriebeuntersetzung z. B. auch 2 : 1 oder 1 : 1 betragen.oriented shaft journal 36 with a chuck 38 for the needle 14. The needle feed motor 33 is arranged with a parallel shaft next to the motor and gear unit 32, 34 for the needle rotation. It has its gear output at the rear. At the rear shaft end of the needle feed motor 33 there is a planetary gear 40 which reduces the shaft speed in a ratio of 2076:1 and drives a bevel gear 42 of a bevel gear which causes a further speed reduction of 3:1. Instead of the bevel gear, a worm gear can also be used and the gear reduction can be 2:1 or 1:1, for example.
Das Kegelrad 42 kämmt abtriebsseitig mit einem Zahnrad 44 mit quer orientierter Achse, das mit einer gehäusefest angeordneten, parallel zu der Führungsschiene 28 sich erstreckenden Zahnstange 46 in Eingriff steht. Bei letzterer handelt es sich um eine Meßzahnstange mit einer Profilgenauigkeit im ii-Bereich. Durch das Zahnstangengetriebe erfolgt ein Vorschubantrieb mit nicht axialem Kraftangriff am Schlitten 30. Das resultierende Kippmoment wird von der Führungsschiene 28 spielfrei aufgenommen. Die Vorschubbewegung des Schlittens 30 ist durch Endschalter 48 gesteuert, die vorn und hinten an der Zahnstange 46 sitzen.The bevel gear 42 meshes on the output side with a gear 44 with a transversely oriented axis, which meshes with a rack 46 that is fixed to the housing and extends parallel to the guide rail 28. The latter is a measuring rack with a profile accuracy in the ii range. The rack gear provides a feed drive with non-axial force application to the slide 30. The resulting tilting moment is absorbed by the guide rail 28 without play. The feed movement of the slide 30 is controlled by limit switches 48 that are located at the front and rear of the rack 46.
Die Nadel 14 ist an der Austrittsöffnung 50 des Gehäuses 10 geführt und über ihre Länge mittels zweier Sätze von Teleskophülsen 52 - 60 abgestützt. Letztere sind zylindrische Hülsen,The needle 14 is guided at the outlet opening 50 of the housing 10 and is supported along its length by means of two sets of telescopic sleeves 52 - 60. The latter are cylindrical sleeves,
- 14 -- 14 -
W ♦ · * W ♦ · *
• m · *• m · *
- 14 -- 14 -
die die mit tig und axial darin aufgenommene Nadel 14 umschließen und eine zentrale Durchtritts- und Führungsöffnung 62 für die Nadel 14 im Hülsenboden 64 haben. Die Hülsen 52 - 60 fahren anschlagbegrenzt ein und aus, wobei die Anschlaganordnung durch einen radial nach innen abstehenden Kragen 66 am Rand der Zylinderöffnung einer Hülse größeren Durchmessers und einen Flansch 68 auf Bodenhöhe der nächstkleineren Hülse gebildet wird. An dem Schlitten 30 ist die Hülse 52 größten Durchmessers des ersten Teleskophülsensatzes fest angebracht. Es schließen sich fünf Hülsen 54, 56 an, deren Durchmesser vom Schlitten 30 weg abfällt. Dann folgt in spiegelsymmetrischer Anordnung der zweite Teleskophülsensatz mit von dem Schlitten 30 weg ansteigendem Durchmesser. Die Teleskophülse 58 größten Durchmesser des zweiten Teleskophülsensatzes ist in die Austrittsöffnung 50 umschließender Anordnung fest an der Stirnwand 12 des Gehäuses 10 angebracht.which enclose the needle 14 received centrally and axially therein and have a central passage and guide opening 62 for the needle 14 in the sleeve base 64. The sleeves 52 - 60 move in and out with a stop limit, whereby the stop arrangement is formed by a radially inwardly projecting collar 66 on the edge of the cylinder opening of a sleeve with a larger diameter and a flange 68 at the base level of the next smaller sleeve. The sleeve 52 with the largest diameter of the first telescopic sleeve set is firmly attached to the slide 30. This is followed by five sleeves 54, 56, the diameter of which decreases away from the slide 30. Then follows the second telescopic sleeve set in a mirror-symmetrical arrangement with a diameter that increases away from the slide 30. The telescopic sleeve 58 of the largest diameter of the second telescopic sleeve set is firmly attached to the front wall 12 of the housing 10 in an arrangement enclosing the outlet opening 50.
Die Teleskophülsen 52 - 60 sind an der Führungsschiene 28 abgestützt. Hierzu dient ein an der Führungsschiene 28 verschieblich geführter Läufer 70, mit dem die Hülsen 56, 60 kleinsten Durchmessers der beiden Teleskophülsensätze fest verbunden sind.The telescopic sleeves 52 - 60 are supported on the guide rail 28. This is done by a slider 70 that is slidably guided on the guide rail 28 and to which the sleeves 56, 60 of the smallest diameter of the two telescopic sleeve sets are firmly connected.
Die Nadel 14 läßt sich zwischen einer in das Gehäuse 10 eingefahrenen Position, in der die Teleskophülsen 52 - 50 auseinandergezogen sind, und einer maximal aus dem Gehäuse 10 ausgefahrenen Position verstellen, in der die Teleskophülsen 52 - 60 zusammen-The needle 14 can be adjusted between a position retracted into the housing 10, in which the telescopic sleeves 52 - 50 are pulled apart, and a position maximally extended from the housing 10, in which the telescopic sleeves 52 - 60 are pulled together.
- 15 -- 15 -
- 15 geschoben
sind.- 15 pushed
are.
An der Außenseite der Stirnwand 12 des Gehäuses 10 ist vor der Nadelaustrittsöffnung 50 ein mit einem Desinfektionsmittel,
z. B. Alkohol, zu tränkender Filz 72 angebracht, den die Nadel 14 durchstößt. Dadurch wird die Nadel 14 vor dem Eintritt in
das Holz desinfiziert.On the outside of the front wall 12 of the housing 10, in front of the needle outlet opening 50, there is a
e.g. alcohol, is attached to the felt 72, which the needle 14 pierces. This protects the needle 14 from entering
the wood is disinfected.
Das Gehäuse 10 der Vorrichtung kann eine oder mehrere vorzugsweise
in Längsrichtung orientierte Hülse(n) enthalten, in der/ denen die zur Messung benötigten Nadeln oder Bohrer aufbewahrt
werden, gegebenenfalls sortiert nach neu und gebraucht. Die
Enden dieser Hülsen sind zum Schutz der Nadel bzw. Bohrerspitze gepolstert. Die Polsterung kann aus desinfizierendem Material
bestehen bzw. mit dem Desinfektionsmittel getränkt sein (nicht
dargestellt).The housing 10 of the device can contain one or more sleeves, preferably oriented in the longitudinal direction, in which the needles or drills required for the measurement are stored, if necessary sorted into new and used.
The ends of these sleeves are padded to protect the needle or drill tip. The padding can be made of disinfectant material
or be soaked with the disinfectant (not shown).
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat Anwendungen in der Dendrochronologie,
der Holzprüfung und bei der Untersuchung des Gesundheitszustands von Bäumen insbesondere zur Ermittlung der Rohdichte,
des Jahrringzuwachses, der Jahrringdichteparameter,
und der Wandungsstärke (Durchmesser des noch tragenden Holzes) bei der Untersuchung von Bäumen, Holzbauteilen z. B. in Fachwerkbauten
u.a.m.The device according to the invention has applications in dendrochronology, wood testing and in the examination of the health of trees, in particular for determining the gross density,
of the annual ring growth, the annual ring density parameter,
and the wall thickness (diameter of the still load-bearing wood) when examining trees, wooden components, e.g. in half-timbered buildings, etc.
P1921P1921
■ · B■ · B
Liste der BezugszeichenList of reference symbols
10 Gehäuse 12 Stirnwand 14 Nadel 16 Stamm 18 Baum 20 Stativ 22 Schlaufe 24 Gürtel 2 6 Rechner10 Housing 12 Front wall 14 Needle 16 Trunk 18 Tree 20 Tripod 22 Loop 24 Belt 2 6 Calculator
28 Führungsschiene28 Guide rail
30 Schlitten30 sledges
32 Nadeldrehmotor32 Needle rotation motor
33 Nadelvorschubmotor33 Needle feed motor
34 Planetengetriebe
36 Wellenzapfen34 planetary gear
36 shaft journals
38 Spannfutter38 Chuck
40 Planetengetriebe40 planetary gears
42 Kegelrad 44 Zahnrad 46 Zahnstange 48 Endschalter42 Bevel gear 44 Gear 46 Rack 48 Limit switch
50 Austrittsöffnung50 outlet opening
52 größte Teleskophülse des 1. Satzes 54 mittlere Teleskophülse des 1. Satzes 56 kleinste Teleskophülse des 1. Satzes 58 größte Teleskophülse des 2. Satzes 60 kleinste Teleskophülse des 2. Satzes52 largest telescopic sleeve of the 1st set 54 middle telescopic sleeve of the 1st set 56 smallest telescopic sleeve of the 1st set 58 largest telescopic sleeve of the 2nd set 60 smallest telescopic sleeve of the 2nd set
62 Führungsöffnung62 Guide opening
64 Hülsenboden64 Case base
66 Kragen66 collar
68 Flansch68 Flange
70 Läufer70 runners
72 Filz72 Felt
74 Distanzbolzen74 spacer bolts
Claims (19)
vorzugsweise ausfahrbare Teleskopbeine aufweisendes Stativ (20) mit einer starren Schlaufe (22) vorgesehen ist, die das quer zu ihrer Ebene orientierte Gehäuse (10) der Vorrichtung mit Spiel umschlingt und durch Neigung mit dem Gehäuse verkantet.19. Device according to one of claims 1 to 18, characterized in that for support on the ground a two-legged,
A tripod (20), preferably having extendable telescopic legs, is provided with a rigid loop (22) which wraps around the housing (10) of the device, which is oriented transversely to its plane, with play and cants it with the housing by inclination.
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