Charakterisierung der Struktureigenschaften von OSB mit optischen und thermographischen Verfahren

Dipl.-Ing. Burkhard Plinke
Fraunhofer-Institut für Holzforschung, Wilhelm-Klauditz-Institut

Zusammenfassung

Die Qualität (z. B. Festigkeit, Homogenität, Ebenheit) von Oriented Strand Board (OSB) wird unter anderem beeinflusst durch die Herstellung und Aufbereitung der Späne (Strands), die Vliesbildung vor dem Verpressen und das Verpressen selbst. Wichtige Strukturparameter von OSB sind dabei die Ausrichtung und Größe der Strands im Vlies, die Dichteverteilung quer zur Plattenebene sowie die Oberflächentopographie. Für viele dieser Eigenschaften gab es bisher wenig erprobte Möglichkeiten, sie zu messen, insbesondere nicht im laufenden Fertigungsprozess. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden daher optische Messtechniken entwickelt bzw. adaptiert, um diese Lücke zu schließen.

Für die Spangrößenmessung wurde die Software "StrandSize" entwickelt, die Bilder vereinzelter Strands mit einem Flachbettscanner oder einer CCD-Kamera aufnimmt und Größenparameter wie Fläche, Länge, Breite, zweidimensionaler Schlankheitsgrad und Rauheit der Außenkontur bestimmt. Eine speziell für die Spangrößenanalyse angepasste Auswertesoftware liefert gute Aussagen über die Verteilung von Größen- und Gestaltparametern und ermöglicht Untersuchungen der Mischungsverhältnisse in Spankollektiven sowie Veränderungen des Spangutes zwischen unterschiedlichen Stationen der Spanaufbereitung, beispielsweise bei der Trocknung.

Zur Überwachung der Vliesqualität wurde ein Verfahren entwickelt, mit dem direkt mit dem "Blick auf das Vlies" Kennwerte für Spanorientierung und Spangröße in der oberen Deckschicht ermittelt und für die Prozesskontrolle bereitgestellt werden. Es beruht auf der räumlichen Frequenzanalyse in Grauwertbildern mit Hilfe der schnellen Fourier-Transformation sowie einem regionenbildenden Watershed-Algorithmus und wurde ebenfalls in die Software "StrandSize" integriert. Damit sind Rückschlüsse auf die vorgelagerten Prozesse der Spanaufbereitung und Vliesbildung möglich, und bisher nicht verfügbare Parameter erweitern die Möglichkeiten der statistischen Prozessoptimierung. Die Vliesüberwachung ist seit 2004 bei einem OSB-Hersteller im Dauereinsatz und dient zur Prozesskontrolle.

Die Oberflächentopographie von OSB-Plattenabschnitten wird nach dem Prinzip der Streifenprojektion berührungslos und flächendeckend vermessen. Ergebnis ist eine digitale Topographie der Plattenoberfläche. Daraus werden statistische Kenngrößen wie z.B. die Tiefe und Anzahl von herstellungsbedingten Lücken in der Oberfläche berechnet, um die Ebenheit hinsichtlich der weiteren Verwendbarkeit und der Möglichkeiten der Beschichtung beurteilen zu können.

Aufgrund des bekannten Zusammenhangs zwischen der von einer Platte nach dem Verlassen der Presse abgestrahlten Wärmestromdichte und der lokalen Rohdichte wurden gezielte Versuche zur Bestimmung von Dichtevariationen mit Thermographie durchgeführt. Es wurde gezeigt, dass Dichtevariationen in Plattenebene sehr gut mit den Grauwerten im Infrarotbild korrelieren und aus dem zeitlichen Verlauf des Abkühlvorgangs auch auf nicht sichtbare Fehler wie z.B. Delaminationen in der Mittellage geschlossen werden kann. Um eine thermographische Überwachung im Formstrang hinter der Presse einsatzbereit zu machen, wären jedoch noch gezielte Langzeituntersuchungen erforderlich. Sie könnte dann eine Alternative bzw. Erweiterung bereits eingeführter Messtechniken darstellen, da sie bei höherer Auflösung, jedoch wahrscheinlich geringerem Geräteaufwand realisierbar wäre.

Die entwickelten Mess- und Auswerteverfahren habe sich bereits industriell bewährt: Die Spangrößenmessung und topographische Oberflächenanalyse wurden an Materialien aus der Industrie bzw. im Auftrag von OSB-Herstellern angewandt, die thermographische Prüfung wurde in einem Industrieversuch erprobt, und die Vliesüberwachung befindet sich bereits im Dauereinsatz.

Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die im Rahmen des Projektes untersuchten Mess- und Prüftechniken den Stand des Wissens und der Technik bei der Charakterisierung von OSB-Strukturen sehr erweitert haben.

Die Untersuchungen wurden vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) und den Internationalen Verein für Technische Holzfragen (iVTH) gefördert. Förderkennzeichen 13626 N

Der vollständige Bericht kann bestellt werden bei:
Internationaler Verein für Technische Holzfragen e. V.
Bienroder Weg 54 E
38108 Braunschweig