DE102009056328A1

DE102009056328A1 - Bohr- und Messvorrichtung und Verfahren zur in-situ-Messung der Gaszusammensetzung im Innern von Bäumen und Holzkörpern

Info

Publication number: DE102009056328A1
Application number: DE200910056328
Authority: DE
Inventors: Christian Rabe
Original assignee: Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Current assignee: Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Priority date: 2009-12-01
Filing date: 2009-12-01
Publication date: 2011-06-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bohr- und Messvorrichtung mit einer integrierten Messkammer mit darin enthaltenen Gas- und Temperatursensoren und ein Verfahren zur in-situ-Messung der Gaszusammensetzung im Innern von Bäumen und Holzkörpern.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohr-Messsonde mit einer integrierten Messkammer mit darin enthaltenen Gas- und Temperatursensoren und ein Verfahren zur in-situ-Messung der Gaszusammensetzung in Bäumen und Holzkörpern.
Bekannten Messverfahren zur Erfassung der Gaszusammensetzung in Bäumen bzw. Holzkörpern liegt immer die Vorbohrung mit einem konventionellen Holzbohrer zugrunde. Das direkte Einbringen einer Messeinheit ohne Vorbohrung ist mit bekannten, konventionellen Messsonden aufgrund des mit fortschreitender Eindringtiefe zunehmenden Holzkörperwiderstands nicht möglich. Die Vorbohrung erfolgt bis in die gewünschte Messtiefe. Im Folgeschritt werden Rohre (Durchmesser > 10 mm), die nach außen mit einer Abdichtung versehen sind, in den Baum bzw. Holzkörper eingebracht (THACKER & GOOD 1952, JENSEN 1967, ECKLUND 1999, SPICER & HOLBROOK 2005). Bei den meisten Verfahren werden Gasproben abgesaugt und analysiert. Lediglich ein Verfahren verwendete bisher einen optischen Sensor zur in situ Messung (SPICER & HOLBROOK 2005).
Die bekannten Verfahren verursachen aufgrund der notwendigen Vorbohrung einen atmosphärischen Konzentrationsausgleich zwischen dem Außen- und Innenbereich des Baumes bzw. Holzkörpers. Es ist fragwürdig, ob sich nach Ausführung der Bohrung die ursprüngliche Gaszusammensetzung des Baumes jemals wieder einstellt. Somit können die ermittelten Messwerte erheblich von den natürlichen Gegebenheiten an der Stelle im Innern des Baumes oder Holzkörpers, dessen Gaszusammensetzung bestimmt werden soll, abweichen. Die Entnahme von Gasproben führt zusätzlich zu Konzentratiansveränderungen, da Diffusionsprozesse induziert werden. Außerdem kann durch die feste Installation der Rohre die Messtiefe nicht verändert werden. Die Erfassung von Messwerten in unterschiedlichen Bohrtiefen ist somit nicht möglich.
Mit der hier vorgestellten, erfindungsgemäßen neuen Bohr-Masssonde (1) wird die lokale Messung der Gaszusammensetzung im Innern eines Baumes oder Holzkörpers ohne einen Zutritt der Außenatmosphäre an die zu messenden Stelle ermöglicht. Der Bohrer (2) ist ausgeführt als flacher, sich zur Kapillare verjüngender Bohrkörper (2.1) mit Führungsspitze (2.2) und Schneidkanten (2.3), die ein Ein- und Ausbohren ermöglichen. Der Bohrer ist fußseitig fest verbunden mit einem Messsondenrohr (3), in dem sich die Messkammer (4) befindet. Das andere Ende des Messsondenrohres ist fest verbunden mit einem Schaft (5) mit eingelassener Nut (6). Der Schaft (5) dient der kraftschlüssigen Aufnahme der Bohr-Messsonde in eine Bohrmaschine. Die Messkammer ist zum Bohrerende hin verschlossen, mit mehreren über die Wandfläche der Kammer verteilten Kammeröffnungen (4.2) versehen, die einen Gaszutritt in die Kammer ermöglichen. In der Kammer sind der oder die Gas- und Temperatursensoren untergebracht. Die elektrischen Anschlussleitungen der Sensoren werden im Rohr über die Nut des Schaftes nach außen geführt. Die Messkammer (4) ist beidseitig begrenzt durch Wülste (4.1), dazwischen ist der Kammerdurchmesser gegenüber dem Rohrdurchmesser geringfügig verjüngt. Das Volumen der Messkammer (4) ist so ausgelegt, dass es durch die eingebrachten Sensoren nahezu ausgefüllt ist.
Die Bohr-Messsonde kann zur Verringerung von Reibung und Verschleiß durch Elektropolieren und/oder eine Verschleißschutzschicht, z. B. Hartstoffschicht ganzflächig oder stellenweise behandelt bzw. beschichtet werden.
Dies erfinderische Bohr-Messsonde ermöglicht ohne Vorbohrung die notwendige Messtechnik in den Baum an die zu messende Stelle einzubringen. Die Messergebnisse werden durch den Wegfall des Vorbohrens nicht mehr verfälscht. Der Bohrkopf kann in beliebiger Tiefe gestoppt werden. Durch die Beschaffenheit des Bohrkopfes ist ein Ein- und Ausbohren der Messsonde möglich. Die Gaszusammensetzungen können somit in verschiedenen Tiefen ermittelt werden. Bisherige Verfahren hatten eine fest fixierte Messkammer und lediglich Werte aus einer Messtiefe. Liegen mit zunehmender radialer Bohrtiefe unterschiedliche Gaskonzentrationen vor, können diese erstmalig mit dieser Bohr-Messsonde festgestellt werden.
Die geringe Messkammergröße, die so bemessen ist, dass die das Kammervolumen durch die eingebrachten Sensoren nahezu ausgefüllt ist, beziehungsweise der restliche Hohlraum im Messsondenrohr verschlossen wird, bringt nur eine vernachlässigbare Menge der Außenatmosphäre in den Holzkörper ein. Der in situ Messvorgang, beispielsweise mittels eines optischen Sensors in Verbindung mit einem integrierten Temperatursensor, gestattet eine bisher nicht mögliche Qualität und Genauigkeit der Gaskonzentrationsmessung.
Ausführungsbeispiel
Vorteilhafte Ausführungen der erfinderischen Bohr-Messsonde weisen einen Durchmesser von ca. 2 bis 10 mm auf. Beispielsweise weist die Bohr-Messonde folgende Abmessungen auf: einen 3 mm starken Bohrkopf, angeschweißt an ein Kapillarrohr mit Außendurchmesser 2,3 mm und einem Innendurchmesser von 1,55 mm, einer Messkammer von ca. 2 mm axialer Länge, die um 0,05 mm gegenüber der Kapillare verjüngt ist und die an den Enden mit aufgebrachten Wülsten mit einer Dicke von ca. 0,05 mm verstärkt ist und die fünf Kammeröffnungen von 0,2 mm Durchmesser enthält, die in 72° zueinander gleichmäßig über den Umfang der Messkammer verteilt sind. Um die Kabelzuleitung der Messtechnik beim Bohren nicht zu beschädigen, endet die Sonde mit einem 6 mm Sechskant-Schaft (5) mit eingebrachter Nut (6). Die Sonde lässt sich z. B. mit einem Akkuschrauber in den Baum einbringen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

THACKER & GOOD 1952 [0002]
JENSEN 1967 [0002]
ECKLUND 1999 [0002]
SPICER & HOLBROOK 2005 [0002]

Claims

Bohr- und Messvorrichtung (1) zur in-situ-Messung der Gaszusammensetzung im Innern von Bäumen und Holzkörpern dadurch gekennzeichnet, dass die Bohr- und Messvorrichtung (1) einen Bohrer (2) enthält, der fußseitig fest verbunden ist mit einem Messsondenrohr (3), in dem sich die Messkammer (4) befindet, die der Aufnahme des mindestens einen Gassensors und mindestens einen Temperatursensors dient und die mit Kammeröffnungen (4.2) in der Rohrwandung versehen ist und die zum Bohrerende hin verschlossen ist und dass das Ende des Messsondenrohres fest verbunden ist mit einem Schaft (5), der der kraftschlüssigen Aufnahme der Bohr- und Messvorrichtung in eine Bohrmaschine dient, wobei der Schaft (5) mit einer eingelassener Nut (6) in Längsrichtung des Schaftes versehen ist, die dazu dient, die elektrischen Anschlussleitungen der Sensoren seitlich nach außen zu führen.
Bohr und Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrer (2) ausgeführt ist als flacher, sich zum Messsondenrohr verjüngender Bohrkörper (2.1) mit Führungsspitze (2.2) und Schneidkanten (2.3).
Bohr und Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Messsondenrohres um einige Zehntel-Millimeter kleiner ist als die Breite des Bohrers.
Bohr- und Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messkammer (4) einen gegenüber dem Durchmesser des Messsondenrohres (3) geringfügig kleineren Durchmesser aufweist und beidseitig durch Wülste (4.1) auf der Rohrwandung begrenzt ist, deren Aussendurchmesser der Breite des Bohrers entsprechen.
Bohr und Messvorrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Messkammer geringfügig kleiner ist als die Breite des Bohrers.
Bohr- und Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen der Messkammer (4) so ausgelegt ist, dass es durch die eingebrachten Sensoren nahezu ausgefüllt ist oder dass es nach Einbringen des mindestens eine Gassensors und des Temperatursensors bis auf eine Gaszutrittsöffnung gasdicht verschlossen wird.
Bohr- und Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrer (2) und/oder das Messsondenrohr (3) durch Elektroplieren und/oder eine Verschleißschutzschicht, beispielsweise eine Hartstoffschicht ganzflächig oder stellenweise behandelt beziehungsweise beschichtet ist.
Verfahren zur in-situ Messung der Gaszusammensetzung und der Temperatur im Innern von Bäumen und Holzkörpern und in Abhängigkeit von der Bohrtiefe mittels der Bohr-Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6.