Zerstörungsfreies Qualitätskontrollverfahren für die Produktion dynamisch beanspruchter Werkzeugstiele aus Eschenholz

Zusammenfassung

Aufgrund der traditionell großen Bedeutung von Eschenholz in der Werkzeugstiel-Produktion wurde im Rahmen einer Gebrauchsprüfung von Hammer-und Axtstielen die Möglichkeit einer zerstörungsfreien Gütekontrolle in der Stielindustrie untersucht. Hierzu wurden die stochastischen Zusammenhänge zwischen der produktrelevanten Schlagzähigkeit und den zerstörungsfrei ermittelbaren Prädiktoren Eigenfrequenz, Rohdichte und mittlere Jahrringbreite unter Berücksichtigung der Produktions-holzfeuchte und der Jahrringorientierung analysiert.

Neben der potentiellen ökonomischen Vorteilhaftigkeit einer differenzierten, zerstörungsfreien Festigkeitssortierung angesichts einer großen Variationsbreite der Schlagzähigkeit der geprüften Eschenholzstiele, konnte die grundsätzliche Eignung der Eigenfrequenz und der Rohdichte als zerstörungsfrei ermittelbare Prädiktoren der Schlagzähigkeit sowohl bei Hammer-als auch bei Axtstielen nachgewiesen werden. Allein durch diese beiden Einflußgrößen konnten ca. 60% der Festigkeitsstreuungen statistisch signifikant erklärt werden. Zusätzlich könnte eine Ausschußkontrolle bereits in der Produktionsstufe „Rohling” erfolgen und damit Produktionskosten vermieden werden.

Aufgrund der einfachen und schnellen Ermittlung der hauptprädiktoren erscheint eine vollständige Stückkontrolle im Rahmen eines kostengünstigen „machine-control-system” möglich. Weiterer Forschungsbedarf besteht jedoch hinsichtlich verschiedener Abmessungs-und Festigkeitsklassen sowie der technischen Organisation und Einbindung des Verfahrens in den Produktionsprozeß.

In der Stielindustrie als Hauptverwender schwacher bis mittlerer Eschen-Stammholz sortimente können zukünftig dynamisch beanspruchte Werkzeugstiele einer einfachen, schnellen, treffsicheren und zerstörungsfreien Festigkeits-ortierung unterzogen werden, mit der eine erhöhte wirtschaftliche Ausnutzung (Produktoptimierung) und vermehrte Akzeptanz des traditionellen Stielmaterials Holz durch Qualitätssicherung realisiert werden können.

Abstract

The production of tool handles is one of the most important industrial utilization of ash timber of small dimensions. Because of an optimal normalization of the produced handles and in order to optimize their quality assessment, the timber handle industry is already interested in developing accurate and cost-effective quality control systems for the application in their production lines.

The main subject of this project was the analysis of a non-destructive method for the evaluation of the quality of tool handles from industrial production, especially of handles with dynamic impact load (hammer and axe handles). For this purpose, the statistical relationships between relevant mechanical properties (impact bending load) and non-destructive parameters (vibration frequency, density and ring width) were analysed under respect of with different ring orientations. For non-destructive evaluation of strength properties GRINDOSONIG was used.

The results show that the applied measuring instrument allows a very fast and easy determination of the vibration frequency of the non-prismatic timber handles. The combined consideration of the vibration frequency and of the density in a multiple regression model shows an acceptable level of determination of the strength properties (around 60%). That could allow a sufficient accurate quality classification of the products in the industry, either as complement or as complete substitution of the normally used visual classification. Additionally, an accurate prediction of the final handle properties on the prismatic beams, from which the handles will be shaped, could be demonstrated, in order to minimize the production costs.

The exact determination of a quantitative parameter (combination of vibration frequency and density) instead of the subjective visual classification increases the possibilities of application of a cost-effective „machine-control-system”: all produced handles could be evaluated, more quality classes could be identified and the obtained quantitative value could be used for a certificate of quality control.