DE10062795A1 - Anlage zum Prüfen der Biegefestigkeit eines Mastes und Verfahren zum Betrieb der Anlage - Google Patents

Abstract

Es wird eine Anlage zum Prüfen der Biegefestigkeit eines im Boden 1 verankerten Mastes 2 beschrieben. Zum Aufbringen eines Biegemoments auf den Mast 2 wird eine Biegelast 3 vorgesehen. Die durch die Biegelast 3 bewirkte Mastauslenkung wird mit Hilfe einer Meßeinheit erfaßt. Um die Messung der Mastauslenkung und gegebenenfalls des Mastfundaments 4 in allen Richtungen zugleich erfassen zu können, gehört zur Meßeinheit mindestens ein Satelliten-Navigationsempfänger 12, 16. Ein solches Gerät kann die Mastauslenkung und/oder auch die geographischen Koordinaten des Mastes 4 erfassen (Fig. 2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Prüfen der Biegefestigkeit eines am Mastfuß im Boden verankerten Mastes, bestehend aus einer Krafteinheit, mit deren Hilfe ei­ ne Biegelast in den Mast einleitbar und dadurch der Mast mit einem Biegemoment belastbar ist, und aus einer Meßeinheit, insbesondere zum Feststellen einer Aus­ lenkung des Mastes. Sie betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb der Anlage. Die Biegefestigkeit des Mastes umfaßt im Rahmen der Erfindung allgemein die mecha­ nische Stabilität des Mastes und auch dessen Standfestigkeit im Boden, also die Stabilität des Mastfundamentes. Unter dem Begriff "Biegelast" werden im vorliegen­ den Zusammenhang sowohl stetig ansteigende oder abfallende Belastungen als auch Belastungen durch Einleiten einer mechanischen Schwingung bzw. durch Stoß verstanden.

Bekannte Anlagen und Verfahren zum Prüfen der Biegefestigkeit eines Mastes wer­ den beschrieben in DE-OS 15 73 752, DE-GM 94 04 664, 298 19 110 und 299 01 924 sowie in EP 0 638 794 A1 und US-PS 52 12 654.

Die DE-OS 15 73 752 betrifft eine Vorrichtung, mit deren Hilfe durch Bildung eines einfachen Kräftedreiecks ein Mast einer Biegebelastungsprobe unterzogen werden kann. Im Prinzip gilt das Gleiche für die Vorrichtungen nach den DE-GM 298 19 110 und 299 01 924. Aus dem Gebrauchsmuster 94 04 664 und der EP 0 638 794 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, welche unter Zuhilfenahme eines Minibaggers Masten belastet und per gekoppeltem Druck- und Wegsensor das nach dem Hookeschen Gesetz lineare Verhalten zwischen diesen beiden Werten überprüft. Dabei wird ein stehend verankerter Mast mit einer ansteigenden Kraft beaufschlagt. Sowohl diese Kraft als auch die Strecke, um die der Mast an einer ausgewählten Stelle aufgrund der Kraft seitlich ausgelenkt wird, werden zeitgleich mit Sensoren gemessen. US-PS 52 12 654 betrifft die Stabilitätsmessung an Masten aus Holz. Die Meßergebnisse aller dieser Verfahren und Vorrichtungen können in einer Datenverarbeitungsanlage bzw. in einem Rechner gespeichert, ausgewertet und bei Bedarf über einen Bildschirm und/oder mit einem Drucker abgerufen werden.

Eine Prüfanlage eingangs genannter Art wird beschrieben in DE 195 40 319 C1. Im Bekannten wird eine Vorrichtung zum Prüfen der Biegefestigkeit eines stehend im Boden verankerten Metall-Mastes angegeben. Auf den Mast wird mit Abstand ober­ halb des Bodens ein Biegemoment ausgeübt. Die dadurch bewirkte Auslenkung - ggf. auch die Rückfederung - des Mastes wird gemessen. Basis bzw. Eichpunkt oder Kalibrierung einer solchen Messung ist die Mastposition vor Beginn der Prüfung, d. h. vor Beginn der Wirkung des Biegemoments. Wenn die Gefahr besteht, daß durch die Wirkung des Biegemoments nicht nur eine Mast-Auslenkung sondern auch eine Bewegung des Mastfundaments hervorgerufen wird, müssen auch ent­ sprechende Veränderungen der Voreichung erfaßt und im Meßergebnis kompen­ siert werden. Zu diesem Zweck wird nach DE 195 40 319 C1 dem Mastfuß unmit­ telbar am Boden ein zusätzlicher Wegsensor zum Erfassen der Position des Mast­ fundaments zugeordnet.

Nach diesem Stand der Technik kann den jeweils zu prüfenden Höhenlagen des Mastes eine Skalenplatte befestigt werden, auf die mit Hilfe eines Lichtsenders ein Lichtstrahl, insbesondere Laserstrahl, gerichtet wird. Die Position des vom Licht­ strahl erzeugten Licht- bzw. Eichpunktes auf der Skala wird abgelesen und regi­ striert. Daraufhin wird der Mast von einer Seite her durch eine Krafteinheit mit einem Biegemoment vorgegebener Größe belastet. Bei maximaler Wirkung und/oder nach Abschalten der Krafteinheit wird für jede Höhenlage, für die vorher ein Eichpunkt festgelegt war, nachgeprüft, welchen Abstand der vom Lichtstrahl erzeugte Licht­ punkt von dem am Anfang registrierten Eichpunkt hat. In diesen Meßergebnissen werden - wie gesagt, getrennt erfaßte - Bewegungen von Fundament bzw. Grün­ dung kompensiert.

Mit Hilfe einer Lichtquelle und eines Skalenschirms der beschriebenen Paarung kann immer nur eine - im wesentlichen quer zur Richtung des Lichtstrahls - verlau­ fende, Komponent der Auslenkung des jeweils geprüften Mastes erfaßt und regi­ striert werden. Es ist im Bekannten beispielsweise praktisch ausgeschlossen, mit Hilfe der einen Messung eine Auslenkung des Mastes zu bemerken oder gar zu re­ gistrieren, welche in Richtung des Lichtstrahls verläuft. Solche Auslenkungen kön­ nen aber - unabhängig von der Richtung in der die Krafteinheit wirkt - vorkommen.

Oft muß die Festigkeit eines Mastes durch Belastung in verschiedenen Richtungen geprüft werden. Jedes Mal sind die erforderlichen Meßeinheiten am Mast und auf dem Boden in der Umgebung des Mastes zu installieren und zu eichen. Dieser Auf­ wand ist erheblich.

Wenn ein Mast auf irgendeine Weise auf seine Biegefestigkeit gewerblich geprüft worden ist und für ausreichend haltbar befunden wurde, übernimmt der Prüfer in der Regel für einige Jahre die Gewähr für die weitere Haltbarkeit. Hierfür müssen die von der Meßeinheit ermittelten Daten zur Biegefestigkeit einem bestimmten Mast auch noch nach Jahren zugeordnet werden können, d. h. es muß sowohl für den Prüfer als auch für dessen Auftraggeber zweifelsfrei dokumentiert werden, für wel­ chen einzelnen Mast die Gewähr übernommen wurde. Wenn der einzelne Mast nicht numeriert ist, kann es verständlicher Weise Schwierigkeiten machen, ihn nach Jahren zu identifizieren. Oft gibt es sogar bei einem nummerierten Mast Unklarheiten, wenn dieser in der Zwischenzeit - etwa weil er bei einer Einfahrt störte -, um kleinere oder größere Strecken versetzt wurde; gegebenenfalls würde dadurch die Gewährleistungspflicht in der Regel unterbrochen.

Es ist also wichtig, nicht nur den einzelnen untersuchten Mast reproduzierbar er­ kennen zu können, sondern auch die genaue Position, die der Mast während der Prüfung einnahm, für die Zeit der übernommenen Gewährleistung zweifelsfrei für alle Beteiligten zu dokumentieren. Die einzelnen - gewissermaßen geographischen - Koordinaten des Mastes können den zur Biegefestigkeit ermittelten Daten von Hand hinzugefügt werden. Diese herkömmliche Eingabe bereitet aber in der Praxis oft Probleme, weil der genaue Standort nur schwer exakt zu beschreiben ist (oft gibt es bauliche Veränderungen, auf freiem Feld fehlen Fixpunkte) und Irrtümer nicht auszuschließen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßsystem zu schaffen, welches in der Lage ist, die Eichmessungen, die Messungen in verschiedenen Richtungen und Höhenlagen im Anschluß an eine Biegebelastung auszuführen, ohne daß mechani­ sche Umstellungen oder Justierungen zwischen den einzelnen Messungen erforder­ lich wären, und/oder die geographischen Koordinaten des Mastfußes festzustellen, um für den einzelnen Mast dessen genauen Standort reproduziert festzulegen, zweifelsfrei zu dokumentieren und irrtumsfrei zu registrieren. Auf diese Weise sollen alle Mast-Daten vor, während und nach der Prüfung einschließlich Mastdrehungen und Datenänderungen unter Lastwechsel erfaßt werden können.

Die erfindungsgemäße Lösung wird für die Anlage eingangs genannter Art im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben. Einige Verbesserungen bzw. weitere Ausgestaltungen oder Abwandlungen der Erfindung werden in den übrigen Ansprü­ chen beschrieben.

Erfindungsgemäß wird als Meßeinheit mindestens ein am Mast zu plazierendes Sa­ telliten-Navigationsempfänger vorgesehen. Ein solches im sog. GPS-System arbei­ tendes Navigationsgerät (GPS-Empfänger) wird auf entsprechende Meßsatelliten (z. B. auf drei Meßsatelliten) gerichtet. Da mit Hilfe von Satelliten- Navigationsempfängern der ganze Mast sowohl betreffend seine geographische Position im Boden als auch betreffend seine Ausrichtung vor und nach dem Auf­ bringen eines Biegemoments erfaßt und genau ausgemessen werden kann, sind gesonderte Messungen in verschiedenen Richtungen mit entsprechenden Justie­ rungen oder gesonderte Kompensierungen wegen eventueller Bewegungen des Mastfundamentes nicht mehr erforderlich. Alle diese Bewegungen können durch einen einzigen Satelliten-Navigationsempfänger erfaßt und in einem Zuge automa­ tisch - bevorzugt on-line - irrtumsfrei ermittelt und aufgezeichnet werden, insbeson­ dere einem Rechner bzw. Controller zugeleitet werden.

Im allgemeinen kann es sich empfehlen, zum Feststellen und Registrieren der geo­ graphischen Mastkoordinaten ein gesondertes Meßteil, bevorzugt ebenfalls einen GPS-Empfänger, einzusetzen. Gegebenenfalls kann die erfindungsgemäße Meß­ einheit dann zwei GPS-Empfänger umfassen. Einer dieser Empfänger kann am Bo­ den so nahe angrenzend am Mast positioniert werden, daß die geographischen Mastkoordinaten - in irgendeinem Koordinatensystem, z. B. Gauß-Krüger- oder UTM-System - zweifelsfrei zu ermitteln sind. Der andere Empfänger soll mit erhebli­ chem Abstand über dem Boden - gegebenenfalls vorzugsweise über einer Revisionstür -, also in solcher Höhe am Mast befestigt werden, daß als Antwort auf die Biegelast auftretende Mastauslenkungen usw. (für den Anwendungsfall) genau genug zu registrieren sind. Die jeweils zu erfassende Wegstrecke kann als Koordinatenänderung unter Biegelast (bzw. Wechsellast) registriert werden.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß nicht nur die als Antwort auf ein Biege­ moment aufgetretenen Auslenkungen des Mastes und von dessen Fundament er­ faßt werden können, zugleich und in einem Zuge lassen sich durch die Satellitenna­ vigation auch die geographischen Koordinaten des Mastfußes irrtumsfrei ermitteln und, vorzugsweise zusammen mit den Kennwerten der Biegefestigkeit, aufzeichnen sowie einem Rechner bzw. Controller zuleiten. Mit Hilfe eines Satelliten- Navigationsempfängers - eventuell mit Zusatzpeilgeräten - lassen sich derartige Messungen auf wenige Millimeter genau ausführen.

Eine bevorzugte weitere erfindungsgemäße Lösung besteht für die Anlage eingangs genannter Art darin, daß der Meßeinheit ein Rechner bzw. Controller (über Draht oder drahtlos) nachgeschaltet ist und daß dem Rechner bzw. Controller außer der Meßeinheit ein am Mast, d. h. in vorgegebener Position in Bezug auf den Mast, zu plazierendes Satelliten-Navigationsgerät zum Bestimmen der geographischen Ko­ ordinaten des Mastfußes zugeordnet ist. Plazieren "in vorgegebener Position in Be­ zug auf den Mast", bedeutet, daß das jeweilige Gerät mit vorgegebenem Abstand zum Mast bzw. Mastfuß, insbesondere unmittelbar am Mast, angeordnet wird. Unter anderem durch das definierte Positionieren des Meßgeräts in Bezug auf den Mast werden die fraglichen Meßergebnisse reproduzierbar.

Insbesondere hierdurch wird es möglich, in einem Zuge die geographischen Koordinaten des Mastfußes zugleich mit den Kennwerten der Biegefestigkeit automatisch - bevorzugt on-line - und mit gleich hohem Meßkomfort und mit gleichen Meßsicherheit irrtumsfrei zu ermitteln und aufzuzeichnen, insbesondere einem Rechner bzw. Controller zuzuleiten.

Bei einem Verfahren zum Betrieb der Anlage können gemäß weiterer Erfindung zur Biegefestigkeit und zum Standort aufgenommene Daten im Rechner kombiniert und gemeinsam registriert werden. Erfindungsgemäß sollen beim Ausdrucken der Meß­ ergebnisse selbsttätig - also ohne daß Irrtümer möglich sind - die die Mechanik des Mastes betreffenden Meßdaten zur Biegefestigkeit und/oder die geographischen Koordinaten des Mastfußes zur Zeit der Messung angegeben werden.

Anhand der schematischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels werden Einzel­ heiten der Erfindung für eine Prüfanlage mit nachgeschaltetem Rechner dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Meßanlage mit Satellitennavigationsgerät zum Feststellen der geographischen Koordinaten; und

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Meßanlage mit Satellitennavigationsgerät zum Feststellen der Meßdaten bei einer Biegebelastung.

In Fig. 1 wird eine auf einen im Boden 1 verankerten Mast gegebenenfalls Zug oder Druck ausübende Biegelast 3 durch einen Doppelpfeil symbolisiert. Die Biegelast 3 kann durch irgendein Zug- oder Druckmittel in den Mast 2 eingeleitet werden. Sie soll so groß sein, daß am Mast 2 oder dessen Fundament 4 vorhandene Mängel normaler Weise offenbar werden.

Wenn die Biegefestigkeit eines Mastes 2 zu prüfen ist, werden mit Hilfe einer Meß­ einheit 5 im allgemeinen die mechanischen Mastpositionen einerseits vor dem er­ sten Einwirken der Biegelast 3 und andererseits nach dem Abschalten der Biegelast 3 ermittelt, miteinander verglichen und registriert. Zu diesem Zweck kann die Meß­ einheit 5 mit einer mit dem Mast 2 verbundenen Laser- oder Lichtquelle 6 ausgestattet werden, welche auf einen Empfänger 7 eines Registriergeräts 8 gerichtet ist. Die mechanische Mastposition bzw. -auslenkung kann im Rahmen der Erfindung auch mit anderer Anordnung oder Ausbildung von Lichtquelle und -empfänger oder auf nach andere Weise, z. B. auch mechanisch, ermittelt werden. Zum Registrieren der Mastposition werden die im Registriergerät 8 erfaßten Werte einem auch als Controller bezeichneten Rechner 9 zugeleitet. Die im Rechner 9 gesammelten und gegebenenfalls verarbeiteten Werte können auf einem Bildschirm 10 sichtbar gemacht oder auf einem Drucker 11 ausgedruckt werden.

Im Rahmen der Erfindung wird es möglich, nicht nur die Biegefestigkeit des Mastes 2 mittels der Meßeinheit 5 zu erfassen, sondern zugleich auch den genauen (geo­ graphischen) Standort des Mastes 2 irrtumsfrei und reproduzierbar zu dokumentie­ ren. Zu diesem Zweck wird in bestimmtem Abstand vom Mast 2, vorzugsweise in dessen unmittelbarer Nähe, ein Satelliten-Navigationsgerät 12 mit Antenne 13 posi­ tioniert. Die von dem Gerät 12 gelieferten Meßergebnisse, nämlich die geographi­ schen Koordinaten des Mastfußes 14, werden mit der nach dieser Technik mögli­ chen Genauigkeit aufgenommen und mit den von der Meßeinheit 5 registrierten Da­ ten im Rechner 9 so kombiniert, daß zu den mechanischen Kennwerten eines Ma­ stes 2 automatisch die im Moment (Datum bzw. Uhrzeit) der Stabilitätsmessung gül­ tigen geographischen Mastkoordinaten hinzugefügt werden. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß während der gesamten Gewährleistungszeit jederzeit zweifelsfrei der gemessene Mast zu identifizieren ist, und festgestellt werden kann, ob der Mast noch seine ursprüngliche Position einnimmt.

Die Messung und Registrierung kann bereits während des Meßvorgangs (sowohl mit der Meßeinheit 5 als auch mit dem Satelliten-Navigationsgerät 12) kontrolliert werden. Hierzu kann der dem Rechner 9 nachgeschalteter Bildschirm 10 vorgese­ hen werden. Das Gesamt-Meßergebnis kann - ebenso wie bei der Meßeinheit 5 - ausgedruckt und beispielsweise in dieser Form an den Auftraggeber weitergegeben werden. Die dem Auftraggeber gelieferten Daten, z. B. als Diskette oder Papier, ent­ halten dann neben den Kennwerten der Biegefestigkeit die geographischen Koordi­ naten für jeden einzelnen geprüften Mast.

In Fig. 2 werden gleiche Teile wie in Fig. 1 bezeichnet. Wenn die Biegefestigkeit eines Mastes 2 zu prüfen ist, wird im gezeichneten Ausführungsbeispiel am Mast 2 die Meßeinheit 5 - z. B. mit der gezeichneten Klammer 15 - befestigt. In Fig. 2 wird die Meßeinheit 5 als Satelliten-Navigationsgerät 16 mit Antenne 17 ausgebildet. Die Antenne 17 wird auf einen Navigationssatelliten 18 gerichtet. Dadurch wird die räumliche Position der Meßeinheit 5 und mit ihr die augenblickliche Position des Mastes 2 mit allen Koordinaten (wie oben angegeben) exakt bestimmbar. Die Posi­ tionsbestimmung umfaßt sowohl die Ausrichtung des Mastes 2 vor und während als auch nach Ausübung einer Biegelast 3 und gegebenenfalls die genaue Position bzw. Veränderungen der Position des Mastfußes 14. Auch die geographischen Ko­ ordinaten des Mastes 2 können bereits mit der Meßeinheit 5 ermittelt werden.

Alle auf die vorgenannte Weise in der Meßeinheit 5 erfaßten Daten werden drahtlos oder über eine Leitung 19 dem auch als Controller bezeichneten Rechner 9 zugelei­ tet. Die im Rechner 9 gesammelten und gegebenenfalls verarbeiteten Werte können auf dem Bildschirm 10 sichtbar gemacht und/oder auf dem Drucker 11 ausgedruckt werden.

Wenn - ähnlich Fig. 1 - zum exakten Erfassen der geographischen Mastkoordina­ ten ein gesonderter GPS-Empfänger 12 am Mastfuß 14 bzw. an dessen Fundament 4 vorgesehen wird, z. B. über eine eigene Antenne 13, kann dieser ebenfalls mit dem Satelliten 18 in Verbindung treten und seine Meßergebnisse - über eine Lei­ tung oder drahtlos - an den Rechner 9 liefern. Die von der gegebenenfalls aus den beiden GPS-Empfängern 16 und 12 bestehende Meßeinheit gelieferten Meßergeb­ nisse werden in dem Rechner 9 verarbeitet (insbesondere kombiniert) und auf Wunsch gespeichert sowie dem Bildschirm 10 und/oder dem Drucker 11 zugänglich gemacht.

Im Rahmen der Erfindung wird es möglich, nicht nur die Biegefestigkeit des Mastes 2 zu erfassen, sondern zugleich auch den genauen geographischen Standort des Mastes 2 irrtumsfrei und reproduzierbar zu dokumentieren. Die von der Meßeinheit (12, 16) gelieferten Daten betreffend Mastauslenkung, Fundamentbewegung und die geographischen Koordinaten des Mastfußes 4 können mit der Genauigkeit der Satellitennavigation aufgenommen und alle praktisch zugleich mit Datum und Uhr­ zeit registriert werden. Auf diese Weise werden eine exakte Messung der Maststabi­ lität mit einem einzigen Aufbau der Meßeinheit 12, 16 und/oder zugleich auch die exakte Bestimmung und Registrierung der geographischen Mastkoordinaten mög­ lich. Während der gesamten Gewährleistungszeit ist jederzeit zweifelsfrei der ge­ messene Mast zu identifizieren und festzustellen, ob der Mast noch seine ursprüng­ liche Position einnimmt.

Bezugszeichenliste

1

Boden

2

Mast

3

Biegelast

4

Fundament (

2

)

5

Meßeinheit

6

Lichtquelle

7

Empfänger

8

Registriergerät

9

Rechner

10

Bildschirm

11

Drucker

12

Satelliten-Navigationsgerät

13

Antenne

14

Mastfuß

15

Klammer (

Fig.

2

)

16

Satelliten-Navigationsgerät

17

Antenne

18

Satellit

19

Leitung

Claims (6)

1. Anlage zum Prüfen der Biegefestigkeit eines am Mastfuß (4) im Boden (1) verankerten Mastes (2), bestehend aus einer Krafteinheit, mit deren Hilfe eine Biegelast (3) in den Mast (2) einleitbar und dadurch der Mast (2) mit einem Biegemoment belastbar ist, und aus einer Meßeinheit (5), dadurch gekennzeichnet, daß zur Meßeinheit (5) mindestens ein am Mast (2) zu plazierender Satelliten-Navigationsempfänger (12) und/oder (16) gehört.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßein­ heit (5) zum Erfassen der geographischen Koordinaten des Mastfußes (4) ausgebildet ist.

3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßein­ heit zwei Satelliten-Navigationsempfänger (12, 16) umfaßt.

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Satelliten- Navigationsempfänger (16) mit erheblichem Abstand vom Boden (1) am Mast (2) befestigt ist und daß ein anderer Satelliten-Navigationsempfänger (12) am Boden (1) am Mastfuß (14) angeordnet ist.

5. Anlage zum Prüfen der Biegefestigkeit eines am Mastfuß (15) im Boden (1) verankerten Mastes (2), bestehend aus einer Krafteinheit, mit deren Hilfe ei­ ne Biegelast (3) in den Mast (2) einleitbar und dadurch der Mast (2) mit ei­ nem Biegemoment belastbar ist, und einer Meßeinheit (5), mit deren Hilfe ei­ ne Auslenkung des Mastes (2) feststellbar ist, insbesondere nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Meß­ einheit (5) ein Rechner (9) nachgeschaltet ist und daß dem Rechner (9) au­ ßer der Meßeinheit (5) ein am Mast (2) zu plazierendes Satelliten- Navigationsgerät (12) zum Bestimmen der geographischen Koordinaten des Mastfußes (14) zugeordnet ist.

6. Verfahren zum Betrieb der Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Meßeinheit (5) bzw. dem Satelliten-Navigationsgerät (12, 16) kommenden Daten der Mastauslenkung, insbesondere auch der geographischen Mastkoordinaten, in einer Software kombiniert und gemeinsam registriert werden.