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1 (19) *DE U * (10) DE U (12) Gebrauchsmusterschrift (21) Aktenzeichen: (22) Anmeldetag: (47) Eintragungstag: (45) Bekanntmachungstag im Patentblatt: (51) Int Cl.: G01B 11/16 ( ) (73) Name und Wohnsitz des Inhabers: argus electronic Gesellschaft mit beschränkter Haftung Meßtechnik und Automation, Rostock, DE Die folgenden Angaben sind den vom Anmelder eingereichten Unterlagen entnommen (54) Bezeichnung: Vorrichtung zur Messung der Verformung von Baumstämmen und Masten (57) Hauptanspruch: Vorrichtung zur Messung der Verformung von Bäumen und Masten mit mindestens einem Laserstrahler (LS) mit dem an mindestens einer Stelle des Baumes oder Mastes die Änderung des Winkels des Stamms gegenüber der Vertikalen bestimmt wird, während eine Kraft (F) am Baum (B) wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Laserstrahler (LS) so ausgerichtet ist, das sein Laserstrahl (L) auf eine in einem horizontalen Abstand aufgestellte halbdurchsichtige Projektionsfläche (P) trifft, hinter der eine Kamera (K) angebracht ist, die die Bewegung des von vorne auf der Projektionsfläche auftreffenden Laserstrahls (L) elektronisch und kontinuierlich aufzeichnet.

2 Beschreibung [0001] Die Erfindung besteht in einer Vorrichtung zur Messung der Verformung des Stamms eines Baumes oder eines Mastes. Die Vorrichtung kann im Rahmen von Stand- und Bruchsicherheitsbestimmungen von Bäumen bzw. Masten mittels Belastungstests eingesetzt werden. [0002] Bäume unterliegen Umwelteinflüssen verschiedenster Art die zu Schäden in Stamm und Wurzel führen. Die Schäden am Stamm führen zur Verringerung der Bruchsicherheit, die Schäden im Wurzelsystem führen zur Verringerung der Standsicherheit. [0003] Verfahren zur Ermittlung der Stand- und Bruchsicherheit sind hinreichend bekannt. Genannt sei hier der statische Zugversuch bei dem über ein Seil eine Last in die Krone des Baumes eingeleitet wird. Die Zugkraft wird in der Regel über eine Seilwinde aufgebracht und gemessen und in eine zu erwartende Windlast bzw. -stärke umgerechnet. Die aus der Stammbiegung resultierende Dehnung (bzw. Stauchung) der Randfasern des Baumes wird punktuell mit Dehnungsmessern gemessen und bewertet. Die Dehnungsmesser werden über zwei senkrecht übereinanderliegenden Punkten an den Stamm angebaut. Dies geschieht über kleine Dorne, die in die äußersten Fasern des Holzes eingebracht werden. Während der Belastung werden die aus der Biegung des Baumes resultierenden Abstandsänderungen der Dorne gemessen. [0004] Problematisch bei diesem Verfahren ist, dass die Dehnungswerte an jeder Stelle des Umfangs unterschiedlich sind und der Ort der maximalen Dehnung bzw. Kompression durch den Einsatz mehrere Dehnungsmesser oder durch mehrere Versuche ermittelt werden muss. Dabei muss die Position der Dehnungsmesser nicht nur entlang des Umfangs sondern auch vertikal entlang des Stamms variiert werden. [0005] Gleichzeitig wird mit Winkelmessern die Neigung des Wurzeltellers bestimmt und ebenfalls bewertet, um Aussagen über die Standsicherheit zu treffen. [0006] Die Winkelmessung wird technisch mittels Beschleunigungsmessern umgesetzt, die die Winkeländerung unter Last zwischen dem Baum und der Lotsenkrechten (Gravitationsvektor) bestimmen. [0007] Nachteilig am Einsatz der Beschleunigungsmesser ist, dass Störeinflüsse durch Wind, Seilbewegungen usw. ebenfalls Signale am Beschleunigungsmesser bewirken, die den eigentlichen Messwert stören. [0008] Beide Messwerte werden weiterhin von Drifterscheinungen beeinflusst, die durch Temperatur und der Anbringung am Baum hervorgerufen werden. Darstellung der Erfindung [0009] Aufgabe der Erfindung ist es, verlässliche und genauere Verformungsinformationen des Baumes zu liefern, die nicht aus punktuell am Stamm gewonnenen Dehnungsmesswerten abgeleitet werden. [0010] Ziel ist es, die aus Materialvariationen, Stammform und internen Stammschäden resultierende Stammverformung, genannt Biegelinie des Stamms, unter Krafteinwirkung zu messen. [0011] Die Lösung der Aufgabe ist in den Ansprüchen 1 bis 9 beschrieben. [0012] Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist, das die Bewegung der Laserauftreffpunkte (LAP) von der Rückseite der halbdurchsichtigen Projektionsfläche (P) gemessen wird, und diese Bewegung in Winkeländerungen der Anbaupunkte der Laserstrahler (LS) umgerechnet wird. Dadurch wird im Gegensatz zur Winkelmessung direkt am Baum mittels der üblichen Beschleunigungsmesser eine Unabhängigkeit von Störeinflüssen erreicht. Bei der Verwendung von mehreren Laserstrahlern sind die so errechneten Winkel bzw. Auslenkungen zeitlich absolut synchron. [0013] Die Last (F), die auf den Baum (B) einwirkt, kann bei der Erfindung natürlichen Ursprungs sein, also durch Wind erzeugt werden, oder über zum Beispiel ein Seil statisch oder dynamisch in den Baum eingebracht werden. [0014] Werden zwei oder mehr Laser in einer Höhe angebracht, die in unterschiedliche Richtungen auf an unterschiedlichen Orten installierte Projektionsebenen zeigen, kann die Bewegung des Baumes bei Krafteinwirkung aus unterschiedlichen Richtungen, wie es bei natürlichem Wind der Fall ist, in zwei Dimensionen aufgezeichnet werden. [0015] Der Vorteil der Erfindung ist es, dass das Resultat aller den Stamm (B) ausmachenden Einflüsse (Durchmesser, Defekte, E-Modul des Holzes) in Form der Winkeländerung entlang der Stammachse mit genauer zeitlicher Synchronisation erfasst wird. [0016] Die Entfernung zwischen Baum und Projektionsfläche bestimmt die Auflösung des Verfahrens: je weiter die Projektionsfläche (P) vom Baum (B) entfernt ist, umso längere Wege legen die Laserauftreffpunkte (LAP) auf der Projektionsfläche zurück. Aus den Längen der Laserauftreffpunktwege können unter Einbeziehung der Entfernung zum Baum die Auslenkwinkel des Baumes an den Laseranbaupunkte errechnet werden. 2/7

3 Ausführung der Erfindung [0017] Die Erfindung wird durch nachfolgende Zeichnungen näher beschrieben. [0018] Die Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau der Messanordnung mit 5 Laserstrahlern LS1, LS2, LS3, LS4 und LS5 die so am Baum (B) angebracht sind, dass ihre Laserstrahlen L1, L2, L3, L4 und L5 auf die Projektionsfläche (P) fallen. Die Projektionsfläche (P) ist lichtdurchlässig, so dass die dahinter aufgestellte elektronische Kamera (K) die Laserstrahlauftreffpunkte (LAP) filmen kann. Als elektronische Kamera (K) eignet sich ein digitaler Fotoapparat oder ein Smartphone mit integrierter Kamera. [0019] Die Fig. 1.1 zeigt den schematischen Aufbau der Erfindung in Draufsicht. [0020] Nur der oberste der Laserstrahler (LS) und Strahl (L) ist in dieser Ansicht zu sehen, er verdeckt die darunterliegenden. Die Wirklinie der Kraft (F) und die Laserstrahlen (L) sind parallel. [0021] Die Fig. 2 zeigt schematisch, wie durch Krafteinwirkung (F) der Baum (B) gebogen und geneigt wird und sich dadurch die Auftreffpunkte (LAP) der Laserstrahlen (L1) bis (L5) auf der Projektionsfläche (P) verändern; sie legen einen Weg zurück. Aus der Positionsänderung der Laserauftreffpunkte (LAP) auf der Projektionsfläche (P) und der Entfernung zwischen Baum (B) und Projektionsfläche (P) lassen sich mittels trigonometrischer Funktionen die Neigungswinkel des Stamms am Anbauort der Laserstrahler (LS) errechnen. [0022] Für eine dynamische Messung bei Krafteinwirkung aus verschiedenen Richtungen, wie zum Beispiel durch natürlichen Wind hervorgerufen, müssen zwei Laserstrahler (LS) in einer Höhe am Baum angebracht werden. Die Laser müssen in unterschiedliche Richtungen, bevorzugt aber nicht notwendiger Weise um 90 zueinander versetzt, abstrahlen. [0023] Die Fig. 3 zeigt schematisch diese Kombination aus zwei Vorrichtungen in der Ansicht von Oben. An zwei Seiten des Baumes (B) sind um einen Winkel von hier 90 versetzt Laserstrahler LS1 bis 5 und LS6 bis 10 befestigt. Die Laserstrahlen L1 bis L5 treffen auf die Projektionsflächen (P1), die Strahlen L6 bis 10 auf die Projektionsfläche (P2). Die Kameras (K1) und (K2) zeichnen die Bewegung auf. Aus den Winkelmesswerte in jeder Richtung kann der resultierende Winkel des Stamms errechnet werden. [0024] Die Fig. 4 zeigt eine Variation des schematischen Aufbaus der Vorrichtung bei dem die Projektionsfläche (PS) schräg angebracht ist, so dass der Laserstrahl (LG) in flachem Winkel auftrifft. Die Kamera (KS) ist senkrecht über oder hinter der Projektionsfläche (PS) angeordnet. Diese Anordnung führt dazu, dass Winkeländerungen des Laseranbaupunktes zu größeren Änderungen der Position des Laserauftreffpunktes (LAPS) führen als beim etwa senkrechten Auftreffen des Laserstrahls (L) auf die Projektionsfläche und damit zu einer besseren Messbarkeit. Schutzansprüche 1. Vorrichtung zur Messung der Verformung von Bäumen und Masten mit mindestens einem Laserstrahler (LS) mit dem an mindestens einer Stelle des Baumes oder Mastes die Änderung des Winkels des Stamms gegenüber der Vertikalen bestimmt wird, während eine Kraft (F) am Baum (B) wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Laserstrahler (LS) so ausgerichtet ist, das sein Laserstrahl (L) auf eine in einem horizontalen Abstand aufgestellte halbdurchsichtige Projektionsfläche (P) trifft, hinter der eine Kamera (K) angebracht ist, die die Bewegung des von vorne auf der Projektionsfläche auftreffenden Laserstrahls (L) elektronisch und kontinuierlich aufzeichnet. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die aufgezeichnete Bewegung von mindestens einem Laserauftreffpunkt (LAP) auf der Projektionsebene (P) umgerechnet wird in die horizontale Auslenkung und die Änderung des Winkels zwischen der Lotsenkrechten und dem Baum (B) bzw. Mast. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (K) senkrecht die Projektionsfläche (P) filmt, um eine verzerrungsfreie Abbildung zu gewährleisten. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass aus den berechneten Winkeln die Biegelinie bestimmt wird und unter Nutzung der Stammgeometrie ein resultierendes E-Modul bestimmt wird. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Laserstrahler (LS) am Baum (B) in unterschiedlichen Höhen angebracht sind, deren Laserstrahlen (L) ebenfalls auf die Projektionsfläche (P) fallen und die Kamera (K) deren Bewegung während der Krafteinwirkung synchron aufzeichnet. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die horizontale Entfernung zwischen dem Baum (B) und der Projektionsfläche (P) variabel ist. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass beim Einsatz mehrere Laser (LS) eine Steuereinheit und Steuersoftware die Laser (LS) einzeln an- und ausschalten kann, um die Identifikation der Laserpunkte (LAP) auf der Projektionsfläche 3/7

4 (P) automatisch durchzuführen und die zeitliche Synchronisation mit anderen Geräten zu gewährleisten. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zwei Vorrichtungen nach Anspruch 1 am Stamm um einen beliebigen Winkel versetzt angebracht werden, um die Auslenkung des Baumes (B) bei Krafteinwirkung aus unterschiedlichen Richtungen zu messen und daraus die resultierende Auslenkung des Baumes (B) an jeder Laseranbauhöhe (LH1 bis n) zu errechnen. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die zur Versuchsdurchführung notwendige Kraft (F) verschiedenen Ursprungs sein kann und hinsichtlich Amplitude, Wirkrichtung und Einwirkdauer variieren kann. Es folgen 3 Seiten Zeichnungen DE U /7

5 Anhängende Zeichnungen 5/7

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