PiCUS TreeTronic® – Der Blick in die Zukunft

Der elektrische Widerstandstomograph PiCUS : TreeTronic wird bei eingehenden Baumuntersuchungen im Rahmen von Verkehrssicherheitsprüfungen in Kombination mit dem PiCUS Schalltomographen angewendet, um neben der genaueren Bestimmung der Restwandstärke auch nähere Informationen über Art und Ausprägung eines Schadens zu ermitteln. Die elektrischen Widerstandstomogramme des TreeTronic zeigen insbesondere frühe Stadien von Fäulen und helfen dabei, Schalltomogramme zu interpretieren, wenn diese durch Risse im Baum unscharfe Abbildungen liefern. Das Messverfahren wird mit den Buchstaben ERT (von engl. „Electric Resistance Tomography) abgekürzt.

Messprinzip der elektrischen Widerstandstomographie

Der PiCUS : TreeTronic analysiert den Zustand des Holzes eines Baumes mit Hilfe von Messungen des elektrischen Widerstandes des Holzes. Der elektrische Widerstand des Holzes wird stark vom Wassergehalt beeinflusst. Fäulen, Pilze erhöhen in der Regel diesen Wassergehalt und senken damit den Widerstand. Darüber hinaus beeinflussen die chemische Zusammensetzung des Holzes und die Zellstruktur den Widerstand.

Während einer Messung koppelt das TreeTronic-Gerät an den Messpunkten elektrische Spannungen von bis zu 100 Volt ein und misst das daraus entstehende elektrische Feld. Unter Einbeziehung der Geometrieinformationen der Messebene werden durch eine komplexe Software die scheinbaren elektrischen Widerstände im Bereich der Messebene berechnet. Diese Widerstände werden in einem farbigen Tomogramm dargestellt. Durch die Überlagerung von PiCUS Schalltomogrammen mit elektrischen Widerstandstomogrammen kann in vielen Fällen die Restwandstärke zur Bruchsicherheitsabschätzung genauer bestimmt werden. Anders als die Schalltomographie leidet die ERT weniger unter Rissen im Stamm, so dass die TreeTronic Tomogramme oft helfen, die Schalltomogramme richtig zu interpretieren.

Interpretation von ERT Tomogrammen

Der Hauptaspekt bei der Bewertung von Widerstandstomogrammen ist die Verteilung der Bereiche mit hohen und niedrigen Widerständen: wo befinden sich Gebiete mit hohen Widerständen und wo sind Gebiete mit niedrigen Widerständen. Diese Information muss mit der Widerstandsverteilung von gesunden Bäumen derselben Baumart verglichen werden. Die eigentlichen absoluten Widerstandswerte, die im ERT ermittelt werden, sind weniger wichtig. Aufgrund der Mehrdeutigkeit der Messerwerte haben die angezeigten Absolutwerte [Ohm * Meter] eine begrenzte Genauigkeit. Die bisher mit dem ERT Verfahren untersuchten Baumarten lassen hinsichtlich der qualitativen Widerstandsverteilung die Unterteilung der Baumarten in Hauptgruppen zu: ERT Type 1, 2 und 3 (in der Grafik von links nach rechts).


ERT Typ 1

Geringer Widerstand (hohe Leitfähigkleit  – blaue Farben) an der Peripherie des Baumes und relativ hohe Widerstände (geringe Leitfähigkeit – rote Farben) in der Mitte des Stamms. Das ERT im obigen Beispiel ganz links, zeigt die typische Widerstandsverteilung einer gesunden Buche. Der besser leitende Splintholz/Rinde-Verbund wird als blauer Ring abgebildet.  Der elektrische Widerstand des Kernholzes ist um ein Mehrfaches größer.

Die meisten europäischen Baumarten gehören zum ERT Typ 1: Acer, Asculus, Betula, Castanea sativa, Fagus, Fraxinus, Larix, Pine, Picea, Populus, Salix, Sorbus, Tilia, Ulmus und andere

ERT Typ 2

Hoher Widerstand (geringe Leitfähigkeit – rote Farben) an der Peripherie des Baumes und relativ geringer Widerstand (hohe Leitfähigkeit  – blaue Farben) in der Mitte des Stamms. Das ERT in der Mitte im obigen Beispiel gehört zu einem gesunden Sequoia Giganteum (Mammutbaum) zeigt eine hohe Leitfähigkeit im Kern. Diese gute Leitfähigkeit kann ihre Ursache in eingelagerten Stoffen haben. Möglich, aber für dieses Holz unwahrscheinlich, ist eine höhere Feuchtigkeit.

Vertreter des ERT Typ 2 sind: Sequoiadendron giganteum, Casuarina, Tectona Grandis (Teak)

ERT Typ 3

Ringförmige Widerstandsänderungen, wie im rechten Beispiel in obiger Grafik, findet man z.B. bei der Stieleiche (Quercus robur).

Vertreter der ERT Typ 3: Quercus robur 

Technische Details

Der PiCUS TreeTronic Tomograph ist mit 24 Messkanälen ausgestattet. Je mehr dieser Kanäle verwendet werden, um so genauer ist das ERT. Für die Ankopplung an die elektrisch leitenden Schichten des Baumes werden dünne Metallstifte benötigt. Etwa Nägel, wie sie auch für die Schalluntersuchung verwendet werden oder Stecknadeln, wenn es um Beschädigungsarmut geht.  

Durchmesser des Baumes: etwa 3 bis 250 cm. Mit Kabelverlängerungen auch größere Durchmesser.
Anzahl Messkanäle (=Messpunkte): 8 bis 24

Anwendung

Eine PiCUS Treetronicmessung besteht im Wesentlichen aus folgenden Schritten.

1. Festlegung der Positionen der Messpunkte

Die Messpunkte, einfache Dachpappennägel, werden um den Umfang des Baumes in der sorgfältig gewählten Messebene entsprechend den visuellen Beobachtungen gesetzt. Es können 10 bis 24 Messpunkte gesetzt werden, immer aber eine gerade Anzahl. Der minimale Messpunktabstand beträgt etwa 1 cm. Der Messpunktabstand sollte etwa gleichmäßig sein. Die Genauigkeit der Messpunkte steigt mit zunehmender Messpunktanzahl an. Sind die Messpunkte gesetzt, erhält jeder Punkt eine Nummer und danach wird das Gerät wird am Baum angebracht.

2. Geometrie des Baumes in der Messebene ermitteln

Für die Geometrieerfassung gibt es verschiedene Möglichkeiten. Die genauste und schnellste Methode ist das Triangulationsverfahren mit Hilfe des PiCUS : Callipers. Innerhalb weniger Minuten können selbst komplizierte Querschnitte vermessen werden.

Wird der Treetronic in Kombination mit dem PiCUS Schalltomographen angewendet, so kann die Geometrie der Messebene aus den Schalldaten übernommen werden.

3. Widerstandsmessung durchführen

Die Messung wird durch das Treetronic Gerät selbstständig durchgeführt und dauert 15 bis etwa 45 Sekunden.

4. Berechnung des Tomogramms

Die Software generiert 2D Tomogramme, die den scheinbaren elektrischen Widerstand des Holzes zeigen. Blaue Farben zeigen geringe Widerstände und korrelieren häufig mit einem hohen Feuchtigkeitsgehalt. Der blaue Bereich im Beispiel zeigt eine Ganoderma Pilzinfektion.

5. 3D Darstellung von Messungen

Die Tomographieebenen eines Baumes können zu 3D Grafiken des Baumes verrechnet werden, die den vertikalen Verlauf des Schadens plastisch darstellen.