AT9464U1 - Verfahren zur überwachung der schneelasten auf dächern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein sensorisches System zur online-Überwachung der Schneelast auf Dächern. Als Sensorenkombinationen kommen optische Übertragungsstrecken zum Einsatz, die auf die Durchbiegung der tragenden Elemente der Dachkonstruktion agieren und bei Über - / Unter- Schreitung vorgegebener Grenzwerte eine Alarmierung auslösen.

Description

2 AT 009 464 U1

Die Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet der sensorischen Überwachung des Tragwerks von Dächern bei Belastung.

Stand der Technik:

Wie jüngste Ereignisse zeigen, sind insbesondere Flachdächer speziell in alpinen / schneereichen Zonen einsturzgefährdet. Selbst wenn die jeweilige Dachkonstruktion für regional typische Schneelasten ausgelegt ist, entsteht eine erhebliche Unschärfe in der Einschätzung des aktuellen Risikos durch eine stark schwankende physikalische Dichte der aufliegenden Schnee-Schicht. Die gängige Vorgehensweise für die Risiko-Analyse in solchen Situationen ist deshalb meist der Augenschein von Experten, die aufgrund von Erfahrungswerten die jeweilige Lage zu beurteilen haben.

Diese Methodik ist unzureichend zuverlässig, gewährleistet keinerlei „online-monitoring“ und wird im Krisenfall zusätzlich zum Kapazitätsproblem, da dann nicht ausreichend viele „Experten“ verfügbar sind.

Die gegenständliche Erfindung dient zur online-Überwachung der tragenden Elemente einer Dachkonstruktion.

Jede Belastung eines Trag-Elements („Träger“, Balken etc.) einer Dachkonstruktion hat eine Durchbiegung dieses Trag-Elements zur Folge, die proportional der jeweils wirkenden Belastung ist. Dabei sind bei geringen Belastungen die Abweichungen von der Linearität des Trägers sehr gering, mit zunehmender Belastung erreicht diese Durchbiegung einen für das jeweilige Tragelement (im „Trag-Verbund“) kritischen zulässigen Wert (Schwellwert, Belastungs-Grenzwert = Durchbiegungs-Grenzwert). Bei Erreichen / Überschreitung dieses Durchbiegungs-Grenzwertes (im Folgenden „Grenzwert genannt) liegt eine Alarmsituation vor, aufgrund der dann geeignete Maßnahmen (Evakuierung des Gebäudes etc.) zu treffen sind.

Das für die gegenständliche Erfindung angewandte Meß-Prinzip beruht auf der geradlinigen Ausbreitung eines ausreichend fokussierten Lichtstrahls:

An den Enden (Auflager) eines jeden kritischen Trag-Elements [1] Fig. 1 werden an dessen Unterseite (d.h. an der Längs-Seite nach der die Durchbiegung erfolgt = die dem Lastvektor gegenüberliegende Längs-Seite) jeweils ein Lichtsender S [2] und ein Lichtempfänger E [3] montiert. Die Montage erfolgt so, dass im unbelasteten Zustand (Fig. 1) des Trägers der Lichtweg (Lichtstrahl [23]) zwischen S und E Jrei“ ist, d.h. dass kein Teil des Trägers in den Lichtweg eintritt / hineinragt. Der Lichtempfänger E empfängt somit in diesem unbelasteten Zustand die volle („ungestörte“) Lichtenergie / (bO), die vom Sender S gesendet wird, I(b0) bezeichnet somit die Empfangsintensität im Belastungs-Zustand b=0.

Anmerkung:

Als Lichtsender S und Lichtempfänger E kommen entweder monochromatische Elemente (Laserdioden etc.), wie zum Beispiel in handelsüblichen Laserpointern etc. eingesetzt, Infrarot-Elemente oder auch Quellen / Senken sichtbaren Lichts (LED s) etc. zur Anwendung. Ferner entspricht es dem Stand der Technik, dass zur Vermeidung von Störungen durch ,fremdlicht“ die Lichtintensität sinusförmig moduliert / demoduliert wird. Ferner ist es von erfindungsgemäßen Vorteil, das Licht dem entsprechenden Sendeort über Lichtwellenleiter (LWL, Faseroptik) zuzuführen, bzw. vom entsprechenden Empfangsort über LWL „abzuholen“. Dies erlaubt eine räumliche Trennung von optischen und elektronischen Elementen und gewährleistet darüber 3 AT 009 464 U1 hinaus eine robuste und standardisierbare Schnittstelle an der Mechanik (Trag-Element).

Zur Verminderung der auftretenden Strahl-Divergenz ist es außerdem von erfindungsgemäßem Vorteil, vor dem Lichtempfänger E eine Lochblende anzubringen.

Ende Anmerkung

Im belasteten Zustand des Trägers (Fig. 2) ergibt sich folgende Situation:

Mit steigenden Belastungen des Trägers b1 <b2<b3<.......bg wird dessen Durchbiegung immer stärker, d.h. der Träger tritt in zunehmenden Maß in den Lichtweg [23] zwischen S und E ein (Träger „ragt in den Strahl [23] hinein“), sodass die zugehörigen gemessenen Lichtintensitäten am Lichtempfänger immer geringer werden und schließlich den Grenzwert l(bg) erreichen bzw. unterschreiten: d.h. aus bO < b1 < b2 < b3 <......<bg folgt: I(b0) > I(b1) > I(b2) >... > l(bg)

Der Zustand / <= l(bg) am Empfänger stellt damit das Alarmkriterium s.o. für das jeweilige Trage-Element dar.

Ein reales Überwachungs-System für ein Dach (Fig. 3) besteht naturgemäß aus mehreren Trage-Elementen. Dabei kommt je nach Geometrie und Materialparameter der Gasamtkonstruktion für jedes Trage-Element jeweils ein individueller Grenzwert lj(bg) zur Anwendung. Diese Grenzwerte können bei Installation des Systems entweder rechnerisch ermittelt („Biegebalken“) und / oder experimentell ermittelt werden und bleiben danach als Systemparameter gespeichert.

Fig. 3 zeigt das Blockschaltbild eines Überwachungs-Systems:

Die Lichtsender Sy [2] an den einzelnen j Trage-Elementen [1] des Daches werden von einem modulierten Signal-Generator [4] über Lichtwellenleiter [5] gespeist.

Die Meßsignale //ö) der einzelnen Lichtempfänger [3] an den einzelnen j Trage-Elementen werden über Lichtwellenleiter [6] einem Analog-Digital-Konverter (ADC) [7] zugeführt und in einem nachgeschalteten Computer [8] auf die Bedingung I] < lj(bg) für alle j geprüft.

Ist diese Bedingung für mindestens ein j erfüllt (d.h. mindestens ein Trage-Element ist grenzbelastet) löst der Computer [8] einen Alarm (optisch, akustisch, e-mail, SMS etc.) aus. Die einzelnen Bewertungen /, < Ij(bg) können auch untereinander verknüpft werden, so dass Entscheidungen höherer Ordnung nach dem Muster: - wenn sowohl j als auch k grenzbelastet sind, dann...... - wenn j grenzbelastet ist, aber k nicht, dann...... etc. etc.

Dadurch werden verfeinerte Bewertungs-Algorithmen allein durch Software-Modellierung möglich.

Anmerkung:

Die geschilderte Sensorik ist selbstüberwachend („fail-safe“), d.h. der Defekt mindestens eines Paares (Sy, Ey) führt zu einem System-Alarm, unabhängig vom Belastungszustand.

Claims (6)

1. 4 AT 009 464 U1 Ende Anmerkung Ansprüche: 1. Verfahren zur Überwachung der Schneelast auf Dächern, dadurch gekennzeichnet, dass den tragenden Elementen („Trägern“) einer Dachkonstruktion je ein optischer Sender und Empfänger zugeordnet werden, so dass diese Sender- / Empfänger-Kombination auftre-tende Durchbiegungen des jeweiligen Trägers detektiert.
2. 2. Verfahren nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Sender- / Empfänger-Kombination aus Laser-Komponenten oder Infrarot-Komponenten oder Komponenten, die im sichtbaren optischen Spektrum operieren, besteht.
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen (1) und (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Detektion der Durchbiegung des Trägers dadurch erfolgt, dass bestimmte Teile des jeweiligen Trägers in den Strahlengang zwischen optischen Sender und optischen Empfänger bei deren Belastung eintreten („hineinragen") und damit die zwischen Lichtsender und Lichtempfänger übertragene Lichtintensität belastungs-proportional verändern.
4. 4. Verfahren nach den Ansprüchen (1) bis (3), dadurch gekennzeichnet, dass jedem Träger eine kritische Belastungs-Intensität zugeordnet wird, die als Kriterium für die Alarmierung dient.
5. 5. Verfahren nach den Ansprüchen (1) bis (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Kombinationen aus Lichtsendern und Lichtempfängern ein selbstüberwachendes („fail-safe“) Verhalten zeigen, d.h., dass ein Defekt mindestens einer dieser Kombinationen einen System-Alarm auslöst.
6. 6. Verfahren nach den Ansprüchen (1) bis (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung der optischen Sende- und / oder Empfänger-Signale vorteilhaft über Lichtwellenleiter erfolgt. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen