Wissenschaftliche Grundlagen

ACHTUNG!

Die nachfolgend gezeigten Inhalte und Nachweise gelten nur und ausschließlich für Bohrwiderstandsmessgeräte mit elektronisch hochauflösend gesteuerter Messung und Aufzeichnung sowie mit einer hohen linearen Korrelation zur Holzdichte entlang des Bohrweges (r²>0.8) – nur dann kann der Zustand des Holzes dementsprechend korrekt und verlässlich an den Messkurven abgelesen werden. Und nur solche Bohrwiderstandsmessgeräte hatten bislang eine Lizenz (=Erlaubnis), mit unserer Marke RESISTOGRAPH® gekennzeichnet zu werden.
Bohrwiderstandsmessgeräte mit mechanischer Aufzeichnung (und einige andere) erfüllten diese o.g. Bedingungen nach unserer Kenntnis bislang nicht und hatten deshalb auch noch keine Möglichkeit, eine Lizenz auf Kennzeichnung mit unserer Marke RESISTOGRAPH® zu erhalten.
Bedauerlicherweise wurden solche (und andere) Bohrwiderstandsmessgeräte jedoch unrechtmäßigerweise mit unserer Marke RESISTOGRAPH® gekennzeichnet und verkauft, womit missbräuchlich suggeriert wurde, diese seien ähnlich präzise und verlässlich. Daher kam und kommt es zu mitunter folgenschweren Verwechslungen/Fehlentscheidungen, nicht nur bei Wissenschaftlern und Sachverständigen, sondern sogar auch in Gerichtsverfahren.

Scientific basics

ATTENTION!

The subsequently presented content and proofs of precision, exactness, resolution, and reliability are only and exclusively valid for resistance drills with electronically high-resolution regulation of measurement and recording for obtaining a high (linear) correlation coefficient to local wood density along the drilling path (r²>0.8). Only then the wood condition can be interpreted and evaluated correct and correspondingly reliable from the obtained profiles. And only resistance drills providing this combination of properties, quality, and reliability had yet been officially labeled with our registered trademark RESISTOGRAPH®.
As far as we know, resistance drills with mechanical recording (and several others) did not yet fulfill the requirements mentioned above and thus had no chance getting a licence for being labeled with our registered trademark RESISTOGRAPH®.
Unfortunately, resistance drills with mechanical recording (and other types) were labeled with our trademark illegally, suggesting they are as precise as a real RESISTOGRAPH®. This led and still leads to severe confusions/incorrect decisions by scientists and experts, even in court cases.

Die RESISTOGRAPH®-Bohrwiderstandsprofile korrelieren in trockenem Holz direkt zu dessen Rohdichte. Diese lineare Korrelation ist Grundvoraussetzung für eine verlässliche Interpretierbarkeit der Bohrwiderstands-Messprofile. Eine dementsprechend verlässliche Zuordnung zwischen Bohrwiderstandskurve und Dichte bzw. Zustand des durchbohrten Holzes wurde bislang nur mit elektronisch messenden Bohrwiderstandsmessgeräten erreicht und nachgewiesen.





In dry wood, the RESISTOGRAPH® drilling resistance profiles correlate to local gross density. Such a linear correlation is pre-requisite for reliable interpretation and evaluation of resistance drilling profiles because the user only then can rely on the fact that the height of the profile corresponds to the density and condition of the penetrated wood. Until now, this reliability was proven and published for electronically measuring and recording resistance drilling devices only.

Bohrwiderstandsprofil einer Messung in einem intakten und 1986 gefällten Fichtestamm: Früh- und Spätholzzonen sind zu erkennen wie auch der enge Jahrring, der durch eines der trockensten Jahre des 20. Jahrhunderts, 1976, hervorgerufen wurde.



Example profile of a drilling in intact spruce (Picea) stem, felled 1986: early wood and latewood zones are clearly visible, as well as the narrow ring with very thin late wood caused by one of the driest years of the 20th century in Europe, 1976.

Beispielprofil einer Messung in einem intaktem Eichenstamm: auch hier sind Früh- und Spätholzzonen zu erkennen. Breite Jahrringe sind von Spätholz dominiert und führen zu einem dementsprechend hohen Bohrwiderstand.

Example profile of a drilling in intact oak (Quercus) stem: early wood and latewood zones are visible here too. Broad oak rings are dominated by latewood, leading to a correspondingly high drill resistance.

Aufgrund der dort nicht-linearen Korrelation zwischen Dichte und Farbe entspricht die Bohrwiderstandskurve (rot) in Druckholzbereichen von Fichte nicht, wie sonst üblich, dem Grauwertprofil (blau).

In compression wood, drill resistance profiles (red) do not match any more with greyscale profiles (blue) of spruce, indicating non-linear relation between wood density and colour in these areas.

Auch in zerstreutporigen Hölzern können Jahrringstrukturen deutlich sichtbar sein. Falls jedoch in einem Jahrring keine oder kaum Spätholzzellen gebildet wurden, fehlt ein Peak im Profil und die Zuwachsanalyse wird entsprechend ungenauer.


In diffuse porous wood, tree ring structures may be clearly visible (here: beech). But, if not significant latewood was build in a ring, no peak will indicate the tree ring in the resistance profile and growth rate analysis is correspondingly more unprecise.

Profile von Messungen in einem intakten Fichtebalken (Bohrung entlang der schwarzen Linien unter den jeweiligen Kurven). Im mittleren Profil erfolgte die Bohrung senkrecht zum Verlauf der Jahrringgrenzen, sodass diese deutlich erkennbar sind, Früh- und Spätholzbereiche der Jahrringe sind deutlich unterscheidbar. Je tangentialer die Bohrrichtung zu den Jahrringgrenzen jedoch verläuft, umso weniger deutlich sind einzelne Jahrringe zu unterscheiden.

Resistance drilling profiles from an intact spruce (Picea) beam (drillings along the black lines under the profiles). The middle profile shows a drilling perpendicular to the tree ring borders and thus clearly reveals earlywood and latewood zones of the individual tree rings. The more tangential the needle penetrates the tree ring borders, the less clear the individual rings can be identified.

Bohrt die Nadel im Inneren tangential durch das Frühholz eines Jahrrings, so verläuft das Messprofil oft stetig auf gleichem Niveau. Befindet sich die Nadelspitze dort im Frühholz, verläuft das Profil entsprechend niedrig – dies darf nicht als Anzeichen für Fäule fehl-interpretiert werden. Ist eine Fäule vorhanden, sinkt das Profil unter das Frühholzniveau. Diese Unterscheidung ist allerdings nur möglich, wenn das verwendete Bohrwiderstandsmessgerät eine lineare Aufzeichnung und hohe Auflösung gewährleistet.





If the needle passes center rings tangentially, the profile may stay on one level. If the needle’s tip tangentially drives through center rings, the profile stays on the same level for a correspondingly long period of time: earlywood then leads to very low profiles. This should not be mis-interpreted as revealing decay. If decay is present, the profiles drops below this earlywood level. This differentiation, however, is only possible within profiles of high-resolution resistance drills providing electronic measuring and recording.

Beispielprofil einer Messung in einem intaktem Douglasienholzstamm ohne Anzeichen von Fäule.




Profile of a drilling in intact Douglas fir stem, showing no signs of decay.

Messprofil aus Nadelholz mit beginnendem (orange) und starkem (violett), pilzbedingtem Holzabbau.



Resistance drilling profile of conifer wood showing both incipient (orange) and advanced (purple) decay.

Messprofil aus Nadelholz mit sehr frühem (orange) und sehr fortgeschrittenem (violett), pilzbedingtem Holzabbau.



Resistance drilling profile of conifer wood showing both incipient decay (orange) and totally decomposed wood (purple).

Jahrringbreitenkurve, die von einem Computerprogramm automatisch aus dem Bohrwiderstandsprofil einer Fichtenstammscheibe erstellt wurde – im Vergleich mit der Jahrringbreitenkurve eines Mikroskop-Messtisches. Mit diesem Ergebnis seiner Diplomarbeit zeigte FRANK RINN Anfang 1988, dass elektronisch gesteuerte Bohrwiderstandsmessungen in der Lage sind, Nadelholzjahrringe zu vermessen und automatisch zu erkennen.



Tree ring width curve, automatically generated by a computer program from a resistance drilling profile of a spruce stem disk in Feb 1988 in comparison with a curve derived from a microscope measuring stage of the same disk. With this result of his Diploma-Thesis, FRANK RINN showed in February 1988 that electronically regulated resistance drilling is able to automatically detect conifer tree-rings and obtain conifer growth rate curves.

Einer der wichtigsten Schritte in der Entwicklung hochauflösender Bohrwiderstandsmessungen war die Konzentration des mechanischen Eindringwiderstands an einem Punkt entlang des Bohrweges. Dies wurde 1989 erreicht durch Verbreiterung und Abflachung der Bohrnadelspitze.

One of the major steps towards high-resolution resistance drilling profiles was to concentrate the mechanical resistance at one point along the drilling path in order to be able to correlate the obtained value with local wood properties, such as density.

Die Bohrnadeln sollten so dünn wie möglich sein, aber so tief wie möglich auch in tropische Harthölzer bohren, gleichzeitig eine hohe Auflösung erlauben jedoch nicht von lokalen Inhomogenitäten (z. B. Markstrahlen) zu sehr abgelenkt werden. Nach eingehenden Tests wurde schließlich dieser damals bestmögliche Geometrie-Kompromiss gefunden und 1990 zum Patent angemeldet.

This goal was reached 1989 by flattening the tip. The needles should be as thin as possible but able to penetrate even tropical hardwood deep enough, they should provide high-resolution but not being mis-lead by wood anatomical inhomogeneities, such as radial rays. After extensive tests, the optimum shape compromise was found and applied for a patent in 1990.

Im Jahre 1995 zeigten Bethge, Mattheck und Schwarze auf der Godesberger Baumtagung Bohrprofile, die mit drei verschiedenen Bohrwiderstandsmessgeräten an der selben Stelle im Holz gemessen wurden:

  • OBEN:    elektronisch regelndes und messendes Bohrwiderstandsgerät
  • MITTE:   elektrisch messendes und aufzeichnendes Bohrwiderstandsgerät
  • UNTEN: mechanisch (Federspannung) aufzeichnendes Bohrwiderstandsgerät

Die Profile des elektronisch regelnden und messenden Bohrwiderstandsgerätes erwiesen sich auch bei einem Vergleich mit Röntgendichtekurven der WSL (Birmensdorf/Schweiz) als hoch korreliert zur Dichte (Rinn, Schweingruber, Schär 1996). Diese Profile zeigen also den Dichteverlauf und die Jahrringstruktur entlang des Bohrweges entsprechend genau an, sodass der Holzzustand dementsprechend verlässlich beurteilt werden kann.

 

In 1995, Bethge, Mattheck, and Schwarze presented a comparion of resistance drilling profiles obtained at the same peace of wood with three different types of resistance drilling machines on a tree care conference (Godesberg/Germany):

  • TOP:          electronically regulating and recording resistance drill

  • MIDDLE:    electrically recording resistance drill

  • BOTTOM    mechanically / spring driven recording resistance drill

The profiles of the electronically regulated and electronically recording resistance drill provided a high resolution (25P/mm, 10Bit) and a high correlation to wood density (r²>0.8). In comparison with XRAY density charts (Rinn, Schweingruber, Schär 1996), these profiles were found to correspondingly precisely represent wood density along the drilling path, allowing to evaluate wood condition and tree-ring structure correspondingly correct.