Ultraschalluntersuchung an Holz

Ultraschall an Holz

Bericht zur Untersuchung von Tragwerkselementen aus Holz

 

1. Prinzip der Ultraschall-Durchschallung

Die niederfrequente Ultraschall-Durchschallung wird, wie in der folgenden Anwendung beschrieben, mit oberflächlich gegenüberliegenden Punkten für den Schallein- und -austritt zur Bestimmung von Materialeigenschaften und der Homogenität von zweiseitig zugänglichen Bauteilen und Objekten eingesetzt.

Aus der gemessenen Laufzeit des Ultraschallimpulses sowie der jeweiligen Messstrecke wird die Geschwindigkeit der Schallwelle berechnet. Überwiegend wird dabei die Schallgeschwindigkeit der Primärwelle (Longitudinalwelle / Vp) als schnellste Welle im Festkörper zur weiteren Auswertung verwendet, da diese direkt mit den Gefügeeigenschaften des Materials korreliert ist. Weitere Wellenarten wie Dehn-, Scher- oder Oberflächenwelle können zur Berechnung der elastischen Materialparameter, wie z. B. dem dynamischen E-Modul genutzt werden. 

Die für die Messung notwendige Hardware besteht aus einem piezoelektrischen Ultraschall-Geber und -Empfänger, einem Ultraschall-Generator zur Erzeugung des Sendeimpulses sowie der empfängerseitigen Signalerfassung, bestehend aus einem Vorverstärker und dem A/D-Wandler, der die Daten über eine USB-Schnittstelle dem Rechner bereitstellt. Über diese Schnittstelle erfolgt gleichzeitig per Software die Steuerung des Systems. Die zeitliche Synchronisierung zwischen dem Sendeimpuls und dem Start der Laufzeitmessung wird über eine entsprechende Triggerung (Auslösung) zwischen beiden Baugruppen realisiert. Die Mindestanforderung an die zeitliche Auflösung des Systems liegt entsprechend der aktuellen Prüfnormen bei ≤ 0,1 µs.

 

2. Veranlassung

Ziel der Untersuchung war eine Eignungsprüfung des Ultraschallverfahrens zur Bestimmung des Schädigungsgrades von Holz durch Pilz- und Schädlingsbefall. Da eine Anwendung dieser zerstörungsfreien Prüfmethode an Konstruktionselementen aus Holz eher selten erfolgt und auch bisher kaum publiziert wurde, ist eine Übertragbarkeit der Anwendung an Beton und Naturstein nicht zwangsläufig gegeben und zu überprüfen.

An drei unterschiedlich geschädigten Proben aus Fichtenholz mit dem Querschnitt 160 mm x 160 mm und einer Länge von ca. 200 mm erfolgten Durchschallungsmessungen quer zur Faserrichtung zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit der P-Welle. Die eingesetzten Prüfköpfe mit Tastspitze wurden „trocken“, d. h. ohne Koppelmittel am Holz angekoppelt.

Für die Untersuchung wurden folgende Geräte und Prüfköpfe eingesetzt:

Ultraschall-Messgerät: CONSONIC C3-KS
Ultraschall-Geber: UP-TH
Ultraschall-Empfänger: UP-T
Zubehör: Vorverstärker VV 40, Messvorrichtung UMV 1030
Software:   LightHouse TOUCH „Professional“

 

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Projektpartner: Holzschutz am Bau  •  Dresdner Str. 63a / 01640 Coswig; http://www.holz-gutachter.de/