DE102004027976B4

DE102004027976B4 - Messverfahren und Sensorsystem zur Registrierung von Schadensereignissen an Sicherungsnetzen

Info

Publication number: DE102004027976B4
Application number: DE102004027976A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-06-08
Filing date: 2004-06-08
Publication date: 2012-02-09
Anticipated expiration: 2024-06-09
Also published as: DE102004027976A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem zur Registrierung von Schadensereignissen an Sicherungsnetzen gegen Fels- und Steinschlag, Erdrutsche und Lawinen. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine energieautarke Sensorik und ein Verfahren zur Beurteilung von Schadenserelgnissen an derartigen Sicherungseinrichtungen bereitzustellen, welchenem von der Einrichtung beliebig entfernten Ort ermöglicht. Das Messverfahren besteht darin, das Auftreten von z. B. Steinschlag und die Dauer des Ereignisses in einer Anordnung mehrerer gleichartiger Sensoren zu messen und mittels eines geeigneten rechnerischen Verfahrens die Heftigkeit des Ereignisses zu bestimmen. Die Sensoren sind so ausgeführt, dass sie ihre elektrische Energie zur Messung und zur Datenübertragung direkt aus dem Schadensereignis beziehen können.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Sensorsystem zur Registrierung von Schadensereignissen an Sicherungsnetzen gegen Fels- und Steinschlag, Erdrutsche und Lawinen.
Die Erkennung, ob Steinschlag oder eine Lawine ein Sicherungsnetz oder eine Lawinenverbauung beschädigt hat und davon eine Gefährdung von z. B. Verkehrswegen oder Bauwerken ausgeht, ist üblicherweise nur durch regelmäßige Besichtigung der Anlagen möglich. Dieses Verfahren ist aufwändig und teuer, insbesondere wenn Arbeiten in stellem Gelände, in großen Höhen und schlechtem Wetter ausgeführt werden müssen. Vereinzelt werden zur Vereinfachung elektrische Überwachungseinrichtungen eingesetzt, z. B. Schaltkontakte, die in die Fangeinrichtung eingefügt sind und ein Alarmsignal auslösen, wenn durch Steinschlag ein Kontakt geöffnet oder geschlossen wird. Alternativ kann eine Leiterschleife in das Fangnetz eingefügt sein, die bei Belastung reißt und einen Stromkreis unterbricht, was wiederum zur Auslösung eines Alarmsignals beitragt. Diese Systeme benötigen hohen Verkabelungsaufwand sind schwer nachzurüsten und geben keine Auskunft über die Schadenshöhe und die tatsächliche Erfordernis einer Reparatur.
Die Druckschrift EP 0 018 619 B1 zeigt eine Sicherungsanlage zur Sicherung gegen Steinschlag, umfassend ein an Stützmitteln aufgehängtes Drahtseilnetz, wobei das Drahtseilnetz mindestens teilweise aus Drahtseil besteht, dessen Seele wenigstens ein isolierter elektrischer Leiter angeordnet ist, der mit einer elektrischen Warneinrichtung angeschlossen ist, welche durch plötzliche Veränderung der elektrischen Eigenschaften des im Drahtseilnetz gebildeten Leitungssystems durch unterhalb einer Belastungsgrenze liegenden mechanischen Einwirkung anspricht und eine Alarmanlage betätigt.
Die Druckschrift JP 2000-321099 A zeigt eine Überwachungsvorrichtung für herabfallende Steine, umfassend ein Bremsringelement, welches mit einem Seilzug verbunden ist und eine in einer Gefahrenzone eines Felsabhangs angeordnete Schutzvorrichtung bildet, wobei die Überwachungsvorrichtung einen Sensordraht umfasst, der mit einem ersten Ende mit einem Bewegungsmesssensor und mit einem zweiten Ende mit dem Seilzug über das Bremsringelement mit einer vorbestimmten Länge verbunden ist. Bei einer Längenänderung des Seilzuges durch einen herabfallenden Stein wird das Bremsringelement gedehnt oder gequetscht, wodurch der Bewegungssensor ein generiertes Signal an die Überwachungsvorrichtung sendet.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine energieautarke Sensorik und ein Verfahren zur Beurteilung von Schadensereignissen an derartigen Sicherungseinrichtungen bereitzustellen, welches eine automatisierte Bewertung des Schadens an einem von der Einrichtung beliebig entfernten Ort ermöglicht.
Die Aufgabe wird mittels eines Messverfahrens und einem Sensorsystems und einer Übertragungskette nach Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Das Messverfahren besteht darin, das Auftreten von z. B. Steinschlag und die Dauer des Ereignisses in einer Anordnung mehrerer gleichartiger Sensoren zu messen und mittels eines geeigneten rechnerischen Verfahrens die Heftigkeit des Ereignisses zu bestimmen. Automatisiert können so kleinere Schäden eindeutig von schweren Schadensereignissen unterschieden werden und je nach dem eine Auslösung einer Warnung oder z. B. einer Streckensperrung und die sofortige Veranlassung von Reparaturmaßnahmen veranlasst werden.
Jeder Sensor der Messeinrichtung muss deshalb in der Lage sein,

a) bei Aktivierung seine Position innerhalb der Sicherungseinrichtung zu übermitteln, z. B. indem er sich durch eine eindeutige Adresse an einer Empfangsstation identifiziert und
b) eine zur Dauer des Ereignisses proportionales Signal abgeben kann, z. B. durch Wiederholung eines Sendesignals in festen Zeitintervallen, solange das Ereignis an – dauert.

Das Auswertesystem in der Empfangsstation der Daten kann nun einen Bezug zur Heftigkeit des Ereignisses nach folgender Beziehung berechnen:
Heftigkeit eines Ereignisses P
Anzahl der Sensoren n
Aktivierungsdauer I_n
Zeit t,
Bezugsfläche A
Konstante k
Mit Formal (1) wird ein zur Heftigkeit des (Schadens-)Ereignisses proportionaler Wert berechnet, der über eine Konstante k auf eine für die jeweilige Sicherungseinrichtung empirisch zu bewertende Größe skaliert werden kann. Je mehr Sensoren n innerhalb einer Bezugsfläche A aktiviert werden und je länger deren Aktivierung I_n innerhalb eines Zeitraumes t desto heftiger das Ereignis P.
Das Sensorsystem für die Überwachung der Sicherungseinrichtung besteht aus mindestens zwei gleichartigen Sensoren, die sich durch eine eindeutige Adresse identifizieren lassen und die während ihrer Aktivierung ein kontinuierliches Signal abgeben.
Damit keine Wartungsarbeiten an den Sensoren erforderlich werden, ist das Sensorsystem vorteilhafter Weise unabhängig von einer separaten Energieversorgung und unabhängig von Signalleitungen, da die Sensoren oft in schwer zugänglichen Bereichen liegen und daher nicht oder nur mit hohem Aufwand über Leitungen oder Batterien elektrisch versorgt werden können. Die Sensoren werden daher so ausgeführt, dass sie Ihre elektrische Energie zur Messung und zur Datenübertragung direkt aus dem Schadensereignis beziehen. Solange sich an der Sicherungseinrichtung nichts verändert, bleiben die Sensoren passiv. Beispielsweise konnte ein Steinschlag oder eine Lawine die Sicherungseinrichtung mechanisch belasten und dadurch einen Stromgenerator in Gang sehen, der die Sensoren mit soviel Strom versorgt, dass diese ein Signal an einen Empfänger (Datenlogger) abgeben können. Die Dauer der Aktivierung wird vom Datenempfänger nach Formel (1) ausgewertet.
Der Stromgenerator kann z. B. aus einem bekannten magnetodynamischen Generator bestehen, der durch eine geeignete Mechanik mit dem Sicherungsnetz verbunden ist oder aus einem piezoelektrischer, Wandler, der wie z. B. in der DE10155125 A1 beschrieben, mechanische Energie mittels Piezoelement in elektrische Energie überträgt.
Die Übermittlung der Signale werden vorzugsweise drahtlos übertragende Systeme eingesetzt, wie sie z. B. in der Patentschrift WO 03034366 A1 beschrieben sind.
Die Datenempfangsstation für die Sensorsignale kann mit Solarzellen elektrisch versorgt werden, um die Unabhängigkeit von elektrischen Versorgungsnetzen zu ermöglichen.
Die 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Sicherungseinrichtung an einem Hang mit 2 Sensoren 1, die zwischen die Abspannseile 5 und Federelementen 4 eingefügt sind, die das Sicherungsnetz 2 und dessen Stützpfosten 3 halten.
2 zeigt den prinzipiellen Aufbau des Sensorelements mit elektrodynamischem Generator. Das Sensorgehäuse 1 ist starr mit dem Fundament verbunden. Im Gehäuse befindet sich der Stromgenerator 6, der über ein Ritzel 7 und eine Zahnstange 8 mit dem Abspannseil 5 verbunden ist. Die Zahnstange 8 ist über ein Federelement 4 am Fundament fixiert. Bei Zugbelastung von Seil 5 wird das Federelement 4 gedehnt, der Stromgenerator 5 über Zahnstange 8 und Ritzel 7 in Gang gesetzt und dadurch der Sender 10 aktiviert, der über die Antenne 11 ein Signal aussendet bis die Zugbewegung beendet ist.
3 zeigt den prinzipiellen Aufbau des Sensorelements mit Piezoelement. Das Sensorgehäuse 1 ist starr mit dem Fundament verbunden. Im Gehäuse befindet sich das Piezoelement 12 in Kontakt mit dem Keil 13 der mit dem Abspannseil 5 verbunden ist. Der Keil 13 ist über ein Federelement 4 am Fundament fixiert. Bei Zugbelastung von Seil 5 wird das Federelement 4 gedehnt, das Piezoelement 12 durch den Keil 13 mechanisch belastet, so dass an den Elektroden des Plezoelements 12 eine elektrische Spannung entsteht, die den Sender 10 aktiviert, der über die Antenne 11 ein Signal aussendet bis die Zugbewegung beendet ist.

Claims

Messvorrichtung zur Übertragung und Bewertung von Schadensereignissen an Sicherungssystemen, wie zum Beispiel Sicherungsnetze gegen Stein- und Felsschlag, Sicherungsnetze gegen Erdrutsch, Lawinenverbauungen, Sicherungsnetze gegen Absturz von Personen, Fangleinen in Brückengeländern, wobei – mindestens zwei gleichartige Sensoren an der Sicherungseinrichtung angebracht sind, – die Sensoren mit einer elektronischen Datenempfangsstation verbunden sind, – die Sensoren von der elektronischen Datenempfangsstation elektrisch oder elektronisch eindeutig Identifiziert werden können, – die Sensoren nur während des Schadensereignisses aktiviert werden, – ein Zusammenhang zwischen Schadenshöhe P, der Anzahl der Sensoren n innerhalb einer zu überwachenden Fläche A, der von jedem Sensor gemessenen Ereignisdauer I pro Zeiteinheit t und einer Konstanten k in folgender Weise errechnet werden kann:
Heftigkeit eines Ereignisses P Anzahl der Sensoren n Aktivierungsdauer I_n Zeit t, Bezugsfläche A Konstante k
Messvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass – die Sensoren die zu deren Betrieb notwendige elektrische Energie durch mechanisch – elektrische Wandlung unmittelbar aus dem Schadensereignis beziehen.
Messvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, dass – die elektrische Energie bei Dehnung oder Bruch eines Federelementes 4 der Sicherungseinrichtung erzeugt wird, indem die dabei frei werdende kinetische Energie zur Erzeugung elektrischer Leistung genutzt wird.
Messvorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass – zur Erzeugung elektrischer Leistung ein magnetodynamischer Generator 8 verwendet wird, der so mit einem Ritzel 7 und einer Zahnstange 8 mit einem Abspannseil 5 der Sicherungseinrichtung verbunden ist, dass bei Bewegung der Zahnstange 8 durch das Abspannseil 5 der Generator 8 in Rotation versetzt wird und dadurch elektrische Leistung erzeugt.
Messvorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass – zur Erzeugung elektrischer Leistung ein Piezoelement 12 verwendet wird, das so mit einem Keil 13 mit dem Abspannseil 5 der Sicherungseinrichtung verbunden ist, dass bei Bewegung des Keils durch das Abspannseil 6, eine Kraft auf das Piezoelement 12 einwirkt und dadurch elektrische Leistung erzeugt wird.
Messvorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, dass – die Sensoren ihre Messwerte drahtlos an eine Empfangsstation übertragen.
Messvorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, dass – die Auswertung der Sensorsignale nach Formel (1) mit einem Mikroprozessor in der Datenempfangsstation erfolgt.
Messvorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, dass – die elektronische Datenempfangsstation durch Solarzellen mit elektrischer Energie versorgt wird.
Verfahren zur Übertragung und Bewertung von Schadensereignissen an Sicherungssystemen, wie zum Beispiel Sicherungsnetze gegen Stein- und Felsschlage. Sicherungsnetze gegen Erdrutsch, Lawinenverbauungen, Sicherungsnetze gegen Absturz von Personen, Fangleinen in Brückengeländern, wobei – mindestens zwei gleichartige Sensoren an der Sicherungseinrichtung angebracht werden, – die Sensoren mit einer elektronischen Datenempfangsstation verbunden werden, – die Sensoren von der elektronischen Datenempfangsstation eindeutig identifiziert werden können, – die Sensoren nur während des Schadensereignisses aktiviert werden, – ein Zusammenhang zwischen Schadenshöhe P, der Anzahl der Sensoren n Innerhalb einer zu überwachenden Fläche A, der von jedem Sensor gemessenen Ereignisdauer 1 pro Zeiteinheit t und einer Konstanten k in folgender Weise errechnet werden kann:
Heftigkeit eines Ereignisses P Anzahl der Sensoren n Aktivierungsdauer I_n Zeit Bezugsfläche A Konstante k