Mediendienst der Fraunhofer-Gesellschaft vom August 2011
Hat der Eichentisch einen Haarriss? Ist der Fensterrahmen fehlerhaft verklebt? Die Ultraschall-Thermographie entdeckt Materialfehler im Holz bereits im Produktionsprozess zuverlässig. Ausschuss lässt sich so frühzeitig erkennen und aussondern, defekte Ware rechtzeitig reparieren.
Wer sich einen teuren Massivholztisch oder -schrank kauft, möchte sichergehen, dass das Möbel keinen noch so kleinen Riss aufweist. Auch Klaviere und Flügel klingen nur gut, wenn Resonanzboden, Stege und Klaviatur aus hochwertigem Material gefertigt wurden. Wichtig ist makelloses Holz ebenso für den Haus- und Fensterbau, ein tragender Holzbalken etwa muss von einwandfreier Qualität sein – schließlich können selbst kleinste Risse zum Bruch führen.
Forscher vom Fraunhofer-Institut für Holzforschung WKI in Braunschweig machen Fehler im Holz sichtbar, die sich mit bloßem Auge nicht entdecken lassen. Mit der Leistungsultraschall-Thermographie (LUS-Thermographie) spüren sie Längs- und Querrisse, Fehlverklebungen, Delaminationen und Schwarzäste auf. Hierfür versetzen sie die Holzplatte mit einer Sonotrode, sprich einem Ultraschallanreger, in Schwingung. Mit 20 KHz – also 20 000 Mal pro Sekunde – wird das Bauteil bewegt. Im Bereich von Defekten reiben die Teile des Materials aneinander und produzieren so Wärme. Eine Wärmebildkamera macht diese an den Enden der Fehlstellen sichtbar, bei Haarrissen ist die Reibungswärme auch entlang der Risse zu erkennen. Sogar nicht verklebte Dübel unter der Oberfläche oder Defekte unter Beschichtungen können die Forscher mit der LUS-Thermographie entdecken. Mit bisherigen Methoden wie der mechanischen Werkstoffprüfung und mit elektrischen Messverfahren war das nicht möglich, sie arbeiten weit weniger zuverlässig.
»Wir können die Fehlstellen schon im Rohholz ausfindig machen. Das ist wichtig, da der Ausschuss früh erkannt werden muss, bevor das Material teuer und zeitaufwändig weiterbearbeitet werden muss«, sagt Diplomphysiker Peter Meinlschmidt vom WKI. Dabei spielt es keine Rolle, ob es sich um Eiche, Nussbaum oder Buche handelt. Dies gilt auch für die Beschaffenheit des Holzes – die mit einem Monitor verbundene Thermographiekamera zeigt Fehler auch in feuchten Bauteilen an. Wie weit die Wissenschaftler in das Material vordringen können, hängt von der Wärmeleitfähigkeit des Holzes ab, möglich sind bis zu 20 Millimeter. »Unser Verfahren eignet sich vor allem, um Defekte in hochwertigen Massivholzteilen und in Fensterkanteln für Fensterrahmen oder schlecht verklebte Leimfugen zu detektieren. Die Prüfmethode ist zerstörungsfrei. Lediglich beim Anlegen des Ultraschallanregers entstehen kleine Druckstellen, was beim Rohholz aber nicht von Bedeutung ist«, erläutert Meinlschmidt. Mit der LUS-Thermographie ist es den Forschern sogar gelungen, Risse in Keramiken und in Glas nachzuweisen. In Labortests konnten sie etwa Defekte an gebrannten Keramik-Fußbodenfliesen und aus Glas hergestellten Mundwasserflaschen sichtbar machen. »Bei Glas und Keramik können wir bis zu 30 Zentimeter weit von der Sonotrode entfernt liegende Fehler aufspüren«, so der Experte. Ein Demonstrator des Ultraschallgenerators inklusive Wärmebildkamera existiert bereits.
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