DE102016118711A1

DE102016118711A1 - Component with electrically conductive reinforcement

Info

Publication number: DE102016118711A1
Application number: DE102016118711.9A
Authority: DE
Inventors: Frank Neumann; Manfred Curbach
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2015-10-01
Filing date: 2016-10-04
Publication date: 2017-04-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauteil, aufweisend ein Matrixmaterial und eine elektrisch leitfähige Bewehrung, wobei die Bewehrung zumindest teilweise als ein Leiter verlegt ist und eine induktiv und/oder piezoelektrisch erzeugte Spannung in dem Leiter mittels Anschlusskontakten an dem Bauteil abgreifbar ist.The invention relates to a component, comprising a matrix material and an electrically conductive reinforcement, wherein the reinforcement is at least partially laid as a conductor and an inductively and / or piezoelectrically generated voltage in the conductor can be tapped by means of connection contacts on the component.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauteil, aufweisend ein Matrixmaterial und eine elektrisch leitfähige Bewehrung. Die Bewehrung wird zur Lastabtragung von Zugkräften genutzt. The invention relates to a component comprising a matrix material and an electrically conductive reinforcement. The reinforcement is used for load transfer of tensile forces.

Die Druckschrift DE 10 2014 200 792 A1 beschreibt ein Bautextil, das ein textiles Trägermaterial umfasst, wobei mindestens zwei elektrische Leiter parallel zueinander in dem Trägermaterial angeordnet und zur galvanischen Kontaktierung aus dem Trägermaterial herausgeführt sind. Die Verwendung des Bautextils erfolgt zur Überwachung eines Bauteils eines Bauwerks, wobei das Bautextil während der Herstellung des Bauteils in oder an dem Bauteil angeordnet wird. Die elektrischen Leiter des Bautextils werden mit Anschlusspunkten galvanisch verbunden, die bei fertiggestelltem Bauteil zugänglich angeordnet sind. Ein Messgerät wird mit den Anschlusspunkten verbunden, mittels dessen dielektrische Eigenschaften des Materials des Bauteils, das die elektrischen Leiter des Bautextils umgibt, ermittelt werden kann. Nach Absatz [0020] wird auch eine Verwendung des Bautextils als Bewehrung vorgesehen, so dass auch Tiefenmessungen in dem Bauteil möglich sind. Allerdings betreffen die Messungen vor allem den Wassergehalt im Bauteil, der sich in den dielektrischen Eigenschaften abbildet. Mechanische Einwirkungen oder andere äußere Wirkungen können damit nicht ermittelt oder genutzt werden. The publication DE 10 2014 200 792 A1 describes a building fabric comprising a textile substrate, wherein at least two electrical conductors are arranged parallel to each other in the carrier material and led out for galvanic contacting of the carrier material. The use of the building fabric is for monitoring a component of a building, wherein the building fabric is arranged during the manufacture of the component in or on the component. The electrical conductors of the building fabric are galvanically connected to connection points, which are arranged accessible at finished component. A measuring device is connected to the connection points, by means of which dielectric properties of the material of the component, which surrounds the electrical conductors of the building fabric, can be determined. According to paragraph [0020], a use of the building fabric as a reinforcement is also provided, so that depth measurements in the component are also possible. However, the measurements mainly relate to the water content in the component, which is reflected in the dielectric properties. Mechanical effects or other external effects can not be determined or used.

Auf einem ähnlichen Effekt basiert die Wirkung, wie sie in Druckschrift DE 10 2013 018 917 A1 beschrieben wird. Die elektrolytisch wirksame Schicht ist hierbei jedoch in den Untergrund eingebracht, um dort den Einfluss von Feuchte und Schadstoffen zu ermitteln. Based on a similar effect, the effect as printed DE 10 2013 018 917 A1 is described. However, the electrolytically active layer is incorporated into the substrate to determine the influence of moisture and pollutants.

Die Druckschrift DE 29 43 956 A1 befasst sich mit einem Verfahren zum Installieren von magnetischen Sensorschleifen in mehrspurigen Straßen. Die magnetischen Sensorschleifen werden in im Belag eingebrachten Kanälen verlegt, beispielsweise oberhalb der Bewehrung. Hierdurch wird jedoch die Überdeckung der Bewehrung mit Beton vermindert, wodurch es bei nicht sicher verschlossenem Kanal zu Korrosion kommen kann. Ein Problem für die sichere Funktion der Sensorschleifen stellen zudem die metallenen Bewehrungsstäbe dar, weil sie Störungen verursachen können. The publication DE 29 43 956 A1 deals with a method for installing magnetic sensor loops in multi-lane roads. The magnetic sensor loops are laid in channels introduced in the lining, for example above the reinforcement. As a result, however, the overlap of the reinforcement is reduced with concrete, which can lead to corrosion in unsafe sealed channel. A problem for the safe operation of the sensor loops are also the metal reinforcing bars because they can cause interference.

Die Druckschrift DE 10 2010 040 997 A1 betrifft eine Fahrwegplatte eines Fahrweges als Betonfertigteil, auf dessen Oberfläche eine Fahrbahn oder Schienen angeordnet sind. Die Fahrwegplatte weist zudem elektrische Leiter zur Energieübertragung an das Fahrzeug auf. Das Betonfertigteil weist einen Einbauraum für die elektrischen Leiter auf, in welchen die elektrischen Leiter gehalten sind. Eine elektrisch leitfähige Bewehrung im Bereich der elektrischen Leiter wird als nachteilig angesehen (Abs. [0019]). The publication DE 10 2010 040 997 A1 relates to a Fahrwegplatte a guideway as precast concrete on the surface of a roadway or rails are arranged. The track plate also has electrical conductors for transmitting energy to the vehicle. The precast concrete part has an installation space for the electrical conductors, in which the electrical conductors are held. An electrically conductive reinforcement in the area of the electrical conductors is regarded as disadvantageous (paragraph [0019]).

Die Druckschrift DE 10 2007 025 034 A1 betrifft den Oberbau von Schienen und beschreibt eine Monoblockspannbetonschwelle für eine feste Fahrbahn mit einer Bewehrung, wobei die Bewehrung mit einem Abschnitt unterhalb der Sohle bzw. Bodenfläche der Betonschwelle freiliegt. Um im gewünschten Umfang die Verankerungsfähigkeit der Betonschwelle vorgeben zu können, wird eine besondere Form der Bewehrung vorgeschlagen. Zudem ist vorgesehen, dass die Längs- und Querstäbe des Baustahlgewebes außenseitig elektrisch isoliert sind. The publication DE 10 2007 025 034 A1 relates to the superstructure of rails and describes a monobloc prestressed concrete sleeper for a fixed carriageway with a reinforcement, the reinforcement being exposed with a section below the sole or bottom surface of the concrete sleeper. In order to specify the anchoring capability of the concrete sleeper to the desired extent, a special form of reinforcement is proposed. In addition, it is provided that the longitudinal and transverse bars of the structural steel fabric are electrically insulated on the outside.

Gemäß Abs. [0021] stellt die elektrische Isolierung sicher, dass die Bewehrung der Betonschwellen gegenüber der Bewehrung der festen Fahrbahn isoliert ist. Es hat sich gezeigt, dass über Schienen, die auf entsprechend erfindungsgemäß ausgebildeten Stahlbetonschwellen gelagert sind, elektrische Signale eingeleitet werden können, die durch die Bewehrung nicht derart geschwächt werden, dass eine zu Fehlern führende Dämpfung erfolgt. Zur Isolierung kann das Baustahlgewebe z. B. durch Spritzen, Tauchen oder im Wirbelsinterverfahren mit dem gewünschten isolierenden Material versehen bzw. beschichtet werden. Bevorzugterweise besteht das elektrisch isolierende Material auf Epoxidharzbasis. Andere geeignete Materialien sind Kunststoffe wie Polyamide, Polyethylen, Polycarbonat, Polystyrol oder PVC. Aus der Drahtlackierung bekannte Lacke z. B. Polyester- und Polyesterimidlacke können gleichfalls eingesetzt werden. Weitere Beispiele sind lösemittelfreie, modifizierte ungesättigte Polyesterharze. (vgl. Abs. [0014]–[0016]). Sämtliche vorgesehen Beschichtungen vermindern jedoch als wenig belastbare Trennschicht die Lastabtragung zwischen Matrixmaterial und Bewehrung. Zudem sind sie wenig alterungsbeständig, so dass sich das Problem mit der Zeit verstärkt. Zwar wird eine Signalübertragung über die Schienen ermöglicht, hierfür jedoch erhebliche Nachteile in Kauf genommen. According to paragraph [0021], the electrical insulation ensures that the reinforcement of the concrete sleepers is insulated from the reinforcement of the fixed carriageway. It has been shown that electrical signals can be introduced via rails, which are mounted on appropriately designed in accordance with reinforced concrete sleepers, which are not weakened by the reinforcement so that leading to errors damping occurs. For insulation, the Baustahlgewebe z. B. by spraying, dipping or vortex sintering process with the desired insulating material or coated. Preferably, the electrically insulating material is based on epoxy resin. Other suitable materials include plastics such as polyamides, polyethylene, polycarbonate, polystyrene or PVC. From the wire coating known coatings z. B. Polyester and Polyesterimidlacke can also be used. Further examples are solvent-free, modified unsaturated polyester resins. (see paragraphs [0014] - [0016]). However, all coatings provided reduce the load transfer between the matrix material and the reinforcement as a low-load release layer. In addition, they are less resistant to aging, so that the problem increases with time. Although a signal transmission over the rails allows, but this considerable disadvantages accepted.

Mit den Lösungen nach dem Stand der Technik ist es nicht möglich, die Bewehrung über ihre Aufgabe bei der Lastübertragung hinaus hinsichtlich elektrischer Effekte vorteilhaft zu nutzen. Zurzeit existieren insbesondere keine technologischen Lösungen oder Ansätze zur Nutzung von magnetisch oder elektromagnetisch induzierten Spannungen in elektrisch leitfähigen Bewehrungsstrukturen. With the solutions according to the prior art, it is not possible to make advantageous use of the reinforcement beyond its task in load transfer with regard to electrical effects. In particular, there are currently no technological solutions or approaches to the use of magnetically or electromagnetically induced voltages in electrically conductive reinforcement structures.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die elektrischen Eigenschaften und Wirkungen von elektrisch leitfähigen Bewehrungsstrukturen vorteilhaft zu nutzen. The object of the invention is to make advantageous use of the electrical properties and effects of electrically conductive reinforcement structures.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Bewehrung zumindest teilweise als ein Leiter verlegt ist und eine durch äußere Einwirkung auf das Bauteil mit elektrisch leitfähigen Bewehrungsstrukturen in dem Leiter erzeugte Spannung U mittels eines Kontaktleiters an dem Bauteil außen abgreifbar ist. Die elektrischen Spannungen sind durch Magnetfelder induzierte und/oder durch den piezoelektrischen Effekt in den Bewehrungsstrukturen hervorgerufene Spannungen, die genutzt und, durch einen Kondensatoreffekt zwischen einzelnen Lagen der Bewehrung, auch kurzzeitig gespeichert werden können. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von elektrisch leitfähigen textilen Bewehrungen (beispielsweise aus Carbon) und die Nutzung ihrer elektrischen Effekte, beispielsweise als Kommunikationsschnittstelle, wie nachfolgend näher ausgeführt. The object of the invention is achieved in that the reinforcement at least partially as a Ladder is laid and generated by external action on the component with electrically conductive reinforcement structures in the conductor voltage U by means of a contact conductor on the component outside can be tapped. The electrical voltages are induced by magnetic fields and / or induced by the piezoelectric effect in the reinforcement structures voltages that can be used and, by a capacitor effect between individual layers of the reinforcement, also stored for a short time. Particularly advantageous is the use of electrically conductive textile reinforcements (for example made of carbon) and the use of their electrical effects, for example as a communication interface, as explained in more detail below.

Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft somit sich zeitlich oder räumlich ändernde Magnetfelder, die Spannungen in elektrischen Leitern induzieren. Das gilt somit auch für stahlbewehrte Bauteile wie Fahrbahnen oder Schienenschwellen. Die Nutzung, Speicherung sowie die technische Umsetzung zur Nutzbarmachung dieser induzierten Spannungen ist Gegenstand dieser Erfindung. In Leiterschleifen aus Carbon oder anderen leitfähigen und als Bewehrung eingesetzten Materialien werden induzierte Ströme zur Energierückgewinnung und/oder zur Signalerzeugung bzw. Kommunikation mit adäquaten Schnittstellen genutzt. An embodiment of the invention thus relates to temporally or spatially changing magnetic fields which induce voltages in electrical conductors. This also applies to reinforced steel components such as roadways or rail sleepers. The use, storage and the technical implementation for the utilization of these induced voltages is the subject of this invention. In conductor loops made of carbon or other conductive and used as reinforcement materials induced currents for energy recovery and / or signal generation or communication with adequate interfaces are used.

Zur Stauerkennung oder Vorhersage werden derzeit beispielsweise Mobiltelefone über GPS geortet oder über deren Anmeldung bei Sende- und Empfangsstationen (Sendemasten) Informationen abgeleitet. In Kraftfahrzeugen werden häufig Spurhalteassistenten als Fahrassistenzsysteme verbaut. Diese Spurhaltefunktion basiert derzeit auf optischen Systemen. Als Alternative für diese Funktionen ist die erfindungsgemäße Lösung einsetzbar. For traffic jam detection or prediction, for example, mobile phones are currently located via GPS or derived via their registration at transmitting and receiving stations (transmission towers) information. In motor vehicles, lane departure warning systems are often installed as driver assistance systems. This lane keeping function is currently based on optical systems. As an alternative to these functions, the solution according to the invention can be used.

Darüber hinaus soll auch der bei einer Querschnittsänderung auftretende piezoelektrische Effekt zur Energiegewinnung nutzbar gemacht werden. Der piezoelektrische Effekt wird beispielsweise im Maschinenwesen verwendet, um Verformungen minimale Bewegungen bzw. Kraftwirkungen zu erzeugen. Für diese Anwendung können sogenannte Carbon-Nanotubes (CNTs) als Aktuatoren genutzt werden. Dabei erzeugt eine angelegte Spannung eine Längenänderung der CNTs. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich überraschend gezeigt, dass auch der entgegengesetzte Effekt im Bauwesen nutzbar ist, indem eine Querschnittsänderung eine messbare und nutzbare Spannung in Bewehrungselementen beispielsweise aus Carbon bewirkt. In addition, also occurring in a cross-sectional change piezoelectric effect to be harnessed for energy. The piezoelectric effect is used, for example, in mechanical engineering to generate deformations of minimal movements or force effects. For this application, so-called carbon nanotubes (CNTs) can be used as actuators. An applied voltage produces a change in the length of the CNTs. In the context of the present invention, it has surprisingly been found that the opposite effect can also be utilized in the construction industry, in that a change in cross section brings about a measurable and usable stress in reinforcing elements, for example of carbon.

Elektrisch leitfähige Bewehrungsstrukturen können bei entsprechender Verlegung als Leiterschleifen genutzt werden. Durch eine Kontaktierung dieser Elemente durch den Baustoff hindurch nach außen oder durch eine induktive Übertragung kann die anliegende Spannung verschiedenste Verbraucher unmittelbar mit elektrischem Strom versorgen oder Energiespeichereinheiten zugeführt werden. Da sich die Polarität der induzierten Spannung, beispielsweise beim Überfahren einer Eisenbahnschwelle durch einen Zug, umkehrt, müssen Gleichrichter eingesetzt werden. Electrically conductive reinforcement structures can be used as conductor loops if laid accordingly. By contacting these elements through the building material through to the outside or by an inductive transmission, the voltage applied to supply various consumers directly with electrical power or energy storage units are supplied. Since the polarity of the induced voltage reverses, for example, when crossing a railway sleeper by a train, rectifiers must be used.

Bei der Nutzung des piezoelektrischen Effektes werden durch Querschnittsänderungen Spannungen in einem Leiter erzeugt. Die Nutzung oder Speicherung erfolgt dann wie bei der Nutzung der induzierten Spannung. When using the piezoelectric effect voltages are generated in a conductor by cross-sectional changes. The use or storage then takes place as in the use of the induced voltage.

Insbesondere bei Fahrbahnen oder Anlagen der Bahn (Bahnsteige oder Haltestellen der Straßenbahn) können induzierte Ströme zur Kommunikation zwischen Fahrbahn und Fahrzeug sowie zwischen Fahrbahn und Mensch genutzt werden. Dabei können optische Signale oder elektronische Geräte zum Einsatz kommen. In particular, in the case of lanes or installations of the railway (platforms or tram stops), induced currents can be used for communication between roadway and vehicle as well as between roadway and person. In this case, optical signals or electronic devices can be used.

Die wesentliche Neuerung ist die Nutzung von elektrischer Energie, die durch physikalische Effekte in Bauteile oder Bauwerke eingetragen wird und ohnehin unvermeidbar alltäglich auf Bauteile, Bauwerke und Bewehrungsstrukturen einwirkt. The main innovation is the use of electrical energy, which is registered by physical effects in components or structures and anyway inevitably everyday effects on components, structures and reinforcement structures.

Die Nutzung der induzierten Spannung in Bewehrungselementen kann auf vielfältige Weise erfolgen. Denkbar ist beispielsweise die Versorgung von LEDs mit elektrischem Strom, die Versorgung von elektrischen Anlagen oder elektrischen Bauteilen. Die gespeicherte Energie kann etwa Heizelemente in oder an Bauteilen oder Bauwerken versorgen, um in der kalten Jahreszeit eine gewisse Schnee- oder Eisfreiheit sicherzustellen. Diagnose- und Messgeräte entlang von Streckenabschnitten könnten etwaige Messdaten übermitteln. Der Betrag der induzierten Spannung ist vom Leiterquerschnitt abhängig. So wäre es beispielsweise denkbar, dass Belastungen auf oder Veränderungen an Bauteilen (Risse, Dehnungen oder allgemein Querschnittsänderungen) indirekt gemessen werden können. The use of the induced stress in reinforcing elements can be done in many ways. It is conceivable, for example, the supply of LEDs with electricity, the supply of electrical equipment or electrical components. The stored energy can supply heating elements in or on components or structures in order to ensure a certain amount of snow or ice in the cold season. Diagnostic and measuring devices along sections could transmit any measurement data. The amount of induced voltage depends on the conductor cross-section. For example, it would be conceivable that loads on or changes to components (cracks, strains or in general cross-sectional changes) can be measured indirectly.

Werden elektrisch leitfähige, bevorzugt textile Bewehrungsstrukturen so in eine Fahrbahn integriert, dass durch Überfahrten von Fahrzeugen (ggf. mit Hilfe weiterer Emitter) elektrische Ströme induziert werden, können die dadurch entstehenden elektromagnetischen Felder oder Signale von beispielsweise RFID-Chips durch Sensoren erfasst werden. Dies ermöglicht eine Kommunikation mit der Fahrzeugelektronik, die beispielsweise ein Fahrassistenzsystem sein kann. Ein Beispiel hierfür ist der von Automobilherstellern bereits eingesetzte Spurhalteassistent. Auch können Informationen zu vorausfahrenden Fahrzeugen gewonnen werden, um so ein Verkehrsaufkommen im Voraus abschätzen zu können (beispielsweise Entstehung eines Staus). If electrically conductive, preferably textile reinforcement structures are integrated into a roadway in such a way that electrical currents are induced by passing vehicles (possibly with the aid of further emitters), the resulting electromagnetic fields or signals from, for example, RFID chips can be detected by sensors. This allows communication with the vehicle electronics, which may be, for example, a driver assistance system. An example of this is the lane departure warning system already used by automobile manufacturers. Also, information about preceding vehicles can be obtained so as to Be able to estimate traffic volumes in advance (for example, the emergence of a traffic jam).

Die induzierten elektrischen Ströme können dabei auch zur Beleuchtung von Fahrbahnmarkierungen, beispielsweise mittels LED-Technologie, genutzt werden. Gespeicherte, aber auch aktuell erzeugte Energie kann u. a. zur Beheizung von Fahr- und Gehbahnen, Bahnsteigen oder Landebahnen genutzt werden. The induced electric currents can also be used to illuminate lane markings, for example by means of LED technology. Stored but also currently generated energy can u. a. to be used for heating of pedestrian and pedestrian paths, platforms or runways.

Für den innerstädtischen Bereich sollen Bahnsteige so mithilfe dieser Technologie bevorzugt mittels Licht signalisiert werden, dass bei Einfahrt eines Zuges integrierte Leuchtmittel beispielsweise rot leuchten oder blinken. Steht das jeweilige Schienenfahrzeug, leuchten nur die im Eintrittsbereich befindlichen Leuchtmittel (ggf. grün) und beginnen wieder rot zu blinken, wenn die Türen sich schließen bzw. während der Ausfahrt des Zuges. Auch hier ist die Beheizung des Aufenthalts- bzw. Einstiegbereiches umsetzbar. For urban areas, platforms are to be signaled by means of this technology, preferably by means of light, so that, for example, red lights or flashing on entry of a train integrated bulbs. If the respective rail vehicle is stationary, only the bulbs in the entry area are lit (green, if necessary) and start flashing red again when the doors close or while the train is leaving. Again, the heating of the residence or entry area is feasible.

Die wesentliche Neuerung ist die Nutzung von elektrischer Energie, die durch vorhandene physikalische Effekte in Bauteile oder Bauwerke eingetragen wird. The main innovation is the use of electrical energy, which is registered by existing physical effects in components or structures.

Mit der vorliegenden Erfindung ist zudem nunmehr eine Kommunikation zwischen Fahrbahnen (oder dergleichen) und Fahrzeug möglich. Dies ermöglicht vielfältige Anwendungen, von denen nachfolgend einige dargestellt sind. Die Erfindung ist ein wesentlicher Beitrag zur Schaffung des autonomen Kraftfahrzeugverkehrs und bietet darüber hinaus die Möglichkeit, Verkehrswege sicherer zu gestalten. Zusätzlich leistet die Erfindung einen Beitrag zur Barrierefreiheit. Die Kommunikation zwischen Fahrbahnen bzw. Gehbahnen und Mensch entfaltet insbesondere dann ihre Vorteile, wenn sie als Leitsystem für Menschen (besonders mit Sehbehinderung) funktionalisiert wird. Moreover, with the present invention, communication between roadways (or the like) and the vehicle is now possible. This allows for a variety of applications, some of which are shown below. The invention is an essential contribution to the creation of autonomous motor vehicle traffic and also offers the possibility to make traffic routes safer. In addition, the invention makes a contribution to accessibility. The communication between roadways and human beings unfolds their advantages in particular when it is functionalized as a guidance system for people (especially with visual impairment).

Nachfolgend werden einige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung im Einzelnen erläutert. Das erfindungsgemäße Bauteil weist ein Matrixmaterial, wie z. B. Beton, und eine elektrisch leitfähige Bewehrung, wie z. B. Stahl oder Carbonfasern auf. Erfindungsgemäß ist die Bewehrung zumindest teilweise als ein Leiter verlegt. Dadurch wird, bei entsprechender lastabtragender Wirkung, zusätzlich das Eintreten des vorgesehenen und erwünschten physikalischen Effekts gefördert und die nutzbare Energiemenge erhöht. Eine durch äußere Einwirkung erzeugte Spannung U ist mittels Anschlusskontakten an dem Bauteil abgreifbar, die aus dem Bauteil nach außen führen. Hereinafter, some embodiments and advantages of the invention will be explained in detail. The component according to the invention comprises a matrix material, such. As concrete, and an electrically conductive reinforcement such. As steel or carbon fibers. According to the invention, the reinforcement is at least partially laid as a conductor. As a result, in addition, the occurrence of the intended and desired physical effect is promoted and the usable amount of energy increased with a corresponding load-bearing effect. A voltage U generated by external action can be picked off by means of connection contacts on the component, which lead out of the component to the outside.

Zur Nutzung des Effekts der Induktion ist der Leiter als eine Leiterschleife in der Weise angeordnet und ausgeführt, dass die Spannung durch ein relativ zu der Leiterschleife bewegtes, ferromagnetisches Metall oder ein Magnetfeld aufweisendes Objekt induziert wird. Das Metall aufweisende Objekt ist insbesondere ein vorbeifahrendes Fahrzeug oder ein Teil davon, wie ein massives Rahmenelement, weiterhin ein Permanentmagnet oder ein Elektromagnet. To exploit the effect of induction, the conductor is arranged and implemented as a conductor loop in such a way that the voltage is induced by a ferromagnetic metal or a magnetic field having a moving relative to the conductor loop. The metal-bearing object is in particular a passing vehicle or a part thereof, such as a solid frame element, furthermore a permanent magnet or an electromagnet.

Zur Nutzung des piezoelektrischen Effekts wird die Spannung U durch Krafteinwirkung auf das Bauteil, damit auf den Leiter, hervorgerufen. Bei einer mechanischen Zugspannung, beispielsweise hervorgerufen durch Biegung des Bauteils, beispielsweise einer Schwelle, und verbunden mit einer Zugspannung in der Bewehrung, verjüngt sich in dem Leiter dessen Querschnitt. Der piezoelektrische Effekt kann zusätzlich zur Induktion genutzt werden. To use the piezoelectric effect, the voltage U is caused by the action of force on the component, thus on the conductor. In a mechanical tensile stress, for example, caused by bending of the component, for example, a threshold, and connected to a tensile stress in the reinforcement, tapers in the conductor whose cross-section. The piezoelectric effect can be used in addition to induction.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings.

1 zeigt das Prinzip des piezoelektrischen Effektes bei einer Querschnittsänderung eines Leiters 10 infolge einer Kraftwirkung F (lit. a bis lit. c). Durch mechanische Belastung (Kräfte F₁, F₂) verjüngt sich der Querschnitt des Leiters 10. Positiver und negativer Ladungsschwerpunkt (Q+, Q–) werden verschoben. Es entsteht ein Dipol mit messbarer elektrischer Spannung U am Element, dem Leiter 10, die mit steigender Kraftwirkung zunehmen (U₁, U₂). 1 shows the principle of the piezoelectric effect with a change in the cross section of a conductor 10 as a result of a force F (a to c). By mechanical load (forces F ₁ , F ₂ ), the cross section of the conductor tapers 10 , Positive and negative charge centers (Q +, Q-) are shifted. The result is a dipole with measurable electrical voltage U at the element, the conductor 10 , which increase with increasing force (U ₁ , U ₂ ).

Die 2a bis 2c zeigen das Prinzip der Induktion, die auf die Bewehrung wirkt, die als Leiter 10 und Leiterschleife 20 ausgebildet ist. Bewegt sich ein Leiter 10, ausgeformt als eine Leiterschleife 20, durch ein räumlich oder zeitlich konstantes Magnetfeld 22 mit der Flussdichte B, so wird eine Spannung U_ind induziert, wenn sich die durch das Magnetfeld 22 durchsetzte Fläche bezüglich der Leiterschleife 20 ändert (Zunahme in 2a oder Abnahme 2c dargestellt). Dabei sind die jeweils induzierten Spannungen entgegengesetzt und betragsmäßig gleich groß. Bleibt die durch das Magnetfeld 22 durchsetzte Fläche hingegen konstant (2b), wird keine Spannung induziert. The 2a to 2c show the principle of induction, which acts on the reinforcement, as the conductor 10 and conductor loop 20 is trained. Moves a ladder 10 formed as a conductor loop 20 , by a spatially or temporally constant magnetic field 22 with the flux density B, a voltage U _{ind is} induced when passing through the magnetic field 22 interspersed surface with respect to the conductor loop 20 changes (increase in 2a or decrease 2c shown). The respective induced voltages are opposite and equal in magnitude. Remains through the magnetic field 22 on the other hand, the area occupied by 2 B ), no voltage is induced.

Analog bedeutet dies, dass sich nicht die Leiterschleife 20 in einem Magnetfeld 22 bewegen muss. Vielmehr ist allgemein eine Relativbewegung von Magnetfeld 22 zu Leiterschleife 20 erforderlich, was auch bedeuten kann, dass die Leiterschleife 20 ortsfest, beispielsweise in einer Bahnschwelle 24, wie schematisch in 3 dargestellt, in einer Betonplatte oder einem anderen Bauteil oder Bauwerk als Bewehrungselement ausgebildet ist. Damit die Bewehrung nicht nur als Leiter 10, sondern als Leiterschleife 20 wirkt, sind Verbindungsleiter 25 und Kontaktleiter 26 vorgesehen. Dabei gelten gleichwohl die oben genannten Grundsätze. Analogously, this means that not the conductor loop 20 in a magnetic field 22 has to move. Rather, in general, a relative movement of magnetic field 22 to conductor loop 20 required, which may also mean that the conductor loop 20 stationary, for example in a railway sleeper 24 as shown schematically in 3 shown formed in a concrete slab or other component or structure as a reinforcing element. So that the reinforcement is not just a ladder 10 but as a conductor loop 20 acts are connecting conductors 25 and Contact manager 26 intended. Nevertheless, the above principles apply.

Gemäß 4, die eine Gleisanlage 32 schematisch darstellt, könnte nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ein fahrender Zug 30 eine Spannung in die Leiterschleifen der Bahnschwellen 24 der Gleisanlage 32 induzieren, die beispielsweise für die Energieversorgung von Leuchtmitteln 34 wie LEDs oder Heizelementen 36 genutzt werden kann. Dadurch kann die Infrastruktur zur lokalen Energieversorgung eingespart werden. Die entsprechenden Verbraucher benötigen keine sonstige Energiequelle, die beispielsweise als Batterie dauerhafter Wartung unterliegt oder in eine aufwändigen Zuleitung benötigt. According to 4 which is a railway track 32 schematically illustrates could according to another embodiment of the invention, a moving train 30 a tension in the conductor loops of the railway sleepers 24 the track system 32 induce, for example, the energy supply of bulbs 34 like LEDs or heating elements 36 can be used. This can save the infrastructure for local energy supply. The corresponding consumers do not require any other source of energy which, for example, is subject to permanent maintenance as a battery or requires an elaborate supply line.

Bei Verformung der Bahnschwellen 24 und ihrer Bewehrung wird zugleich auch der oben beschriebene piezoelektrische Effekt entsprechend nutzbar, so dass beispielsweise eine Zugüberfahrt detektierbar würde. In case of deformation of the railway sleepers 24 and their reinforcement at the same time also the above-described piezoelectric effect can be used accordingly, so that, for example, a train crossing would be detected.

Das Ausführungsbeispiel gemäß 5 zeigt schematisch eine zweistreifige Fahrbahn 40 mit den Fahrstreifen 41, 41‘. Überfährt ein Kraftfahrzeug 45 mit integriertem Emitter 43 Informationsschleifen 42 in der Fahrbahn 40, wird in diesen eine messbare Spannung induziert. Der Emitter 43 ist gleichzeitig in der Lage, Positionsinformationen aus dem über der Informationsschleife 42 geänderten Magnetfeld oder beispielsweise einem in der Fahrbahn 40 verbauten RFID-Chip (nicht dargestellt) zu erhalten. Gleichzeitig wird durch die Überfahrt der Schleifen 20 die gewonnene Energie, insbesondere bei vorhandener vorteilhafter Zwischenspeicherungsmöglichkeit, zur Beleuchtung der Fahrbahnmarkierungen (hier Mittelstreifen 44 und Seitenstreifen 46) genutzt, indem die Leuchtmittel 34 mit Energie versorgt werden. Die Informationsschleifen 42 und die Schleifen 20 sind als Bewehrung ausgeführt. The embodiment according to 5 schematically shows a two-lane roadway 40 with the lanes 41 . 41 ' , Passes a motor vehicle 45 with integrated emitter 43 information grinding 42 in the roadway 40 , a measurable voltage is induced in these. The emitter 43 is at the same time able to get position information from the above information loop 42 changed magnetic field or for example one in the roadway 40 built RFID chip (not shown) to get. At the same time, the passage of the loops 20 the energy gained, in particular when there is an advantageous temporary storage option, for illuminating the lane markings (in this case median strips 44 and side stripes 46 ) used by the bulbs 34 be energized. The information loops 42 and the loops 20 are designed as reinforcement.

6 zeigt eine typische Haltestelle 33 im Schienenverkehr. Bei der Einfahrt des Zuges 30 (beispielsweise Eisenbahn oder Straßenbahn) wird Spannung in die Leiterschleifen (vgl. 3 oder 4) induziert und so genutzt, dass die Beleuchtungsmittel 34 die Zugeinfahrt signalisieren. Kann in den haltenden Zug 30 eingestiegen werden, leuchten die Leuchtmittel 34 nur im Bereich einer Tür 36, bevorzugt in einer anderen Farbe, z. B. grün. Auch ein Schließen der Türen und eine bevorstehende Zugausfahrt können auf entsprechende Weise vorteilhaft signalisiert werden. Es ist alternativ vorgesehen, dass ein Emitter 38 das Signal zur Aktivierung der Leuchtmittel 34 aussendet. 6 shows a typical stop 33 in rail traffic. At the entrance of the train 30 (For example, rail or tram) is tension in the conductor loops (see. 3 or 4 ) and so used that the illumination means 34 signal the train entrance. Can in the holding train 30 are lighted, light up the bulbs 34 only in the area of a door 36 , preferably in a different color, eg. B. green. Also, closing the doors and an upcoming train exit can be advantageously signaled in a corresponding manner. It is alternatively provided that an emitter 38 the signal to activate the bulbs 34 sending out.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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DE 2943956 A1 [0004]
DE 102010040997 A1 [0005]
DE 102007025034 A1 [0006]

Claims

Component comprising a matrix material and an electrically conductive reinforcement, characterized in that the reinforcement is at least partially used as a conductor ( 10 ) and one by external action on the component ( 24 . 45 ) in the ladder ( 10 ) generated electrical voltage U by means of a contact conductor ( 26 ) on the component ( 24 . 45 ) is tapped on the outside.

Component according to claim 1, wherein the conductor ( 10 ) as a conductor loop ( 20 ) is arranged and executed in such a way that the voltage through a relative to the conductor loop ( 20 ) moved ferromagnetic metal or a magnetic field ( 22 ) is induced.

Component according to claim 2, wherein the metal-containing object is a passing vehicle ( 30 . 45 ).

Component according to one of the preceding claims, wherein the voltage U piezoelectrically by force on the component ( 24 . 40 ) is caused by a mechanical tensile stress in the conductor ( 10 ) whose cross-section tapers.

Component according to one of the preceding claims, which is used as a track sleeper ( 24 ) or component of a stop ( 33 ) is executed.

Component according to one of the preceding claims, wherein the generated voltage U for operating an energy converter for powering a consumer and / or as a signal voltage for signaling a state is tapped.

Component according to claim 6, wherein the energy converter has an LED illumination ( 34 ) or a heater ( 36 ).

Component according to claim 6, wherein the signal for measuring cracks in the component ( 24 . 40 ), for communication with an assistance system in a vehicle ( 30 . 45 ) and / or used for signaling.