DE102006001627A1

DE102006001627A1 - Lasergestütztes System zur automatischen Überwachung/Erfassung von Veränderungen von Tragwerken und baulichen Anlagen

Info

Publication number: DE102006001627A1
Application number: DE200610001627
Authority: DE
Inventors: Ralph Steiner; Steffen Beier
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-03-01
Filing date: 2006-03-01
Publication date: 2007-09-06

Abstract

System zur automatischen Überwachung und Erfassung von Veränderungen von Tragwerken und baulichen Anlagen,
gekennzeichnet durch:
drei Grundkomponenten:
– Messeinheit (Lichtschranke, laseroptischer Entfernungsmesser, Neigungsmesser)
– Auswertung (Ist-Soll-Vergleich, rechnerische und graphische Auswertung)
– Signalgeber (Warnung, Alarm, optisch, akustisch, mechanisch, Weiterleitung) durch deren Zusammenwirken Formveränderungen von Tragwerken, Tragwerksteilen oder baulichen Anlagen als Ereignis bzw. betragsmäßig erfasst, voreingestellten Parameter gegenüberstellt und ausgewertet und im Bedarfsfall weitergeleitet bzw. signalisiert werden (Alarm).

Description

(1) Hintergrund der Erfindung

Der im Patentanspruch angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, dass sich (Form-) Veränderungen von Tragwerken und baulichen Anlagen gegenwärtig nur sehr begrenzt erfassen lassen. Eine permanente Überwachung und Auswertung ist derzeit nicht gegeben. Das Abschätzen von Belastungen auf das Tragwerk infolge Schnee- und Windlasten beispielsweise beschränkte sich bisher im wesentlichen auf die visuelle Inaugenscheinnahme bzw. das Messen der Schneedicke. Messungen in Bezug auf Form und Lage von Tragwerksteilen fanden oft nur sehr sporadisch bzw. aufgrund eines Anfangsverdachtes (Risse, Geräusche etc.) statt. Dies erweist sich jedoch in der Praxis als keinesfalls hinreichend und besonders in Anbetracht der jüngsten Ereignisse viel zu oft als sehr verhängnisvoll (Einsturz).

Der Vorteil der vorgenannten Erfindung besteht hauptsächlich in der automatischen permanenten Überwachung und in der betragsmäßigen Erfassung von Formveränderungen (Durchbiegungen) von Tragwerken und Bauteilen.

Der Einsatzbereich ist sehr weit reichend. Freitragende Dachkonstruktionen, Hallendächer für Industrieanlagen und Freizeitaktivitäten, Decken, Brücken sind nur einige Beispiele für die Verwendung. Prinzipiell lassen sich Formveränderungen eines jeden tragenden Bauteils mit vorgenannten System darstellen.

Die Wirkprinzipien hierbei beruhen auf den bereits bekannten Methoden laseroptische Entfernungsmessung, der Optoelektronik (Umwandlung elektrischer Impulse in Lichtsignale und umgekehrter Prozess) und der elektronischen Neigungsmessung.

Das Liefern verlässlicher Daten zur Speicherung und Auswertung auch längerfristiger Formveränderungen (ggf. über die gesamte Lebensdauer eines Bauteils) ist ein weiterer Vorzug des fest installierten Überwachungssystems gegenüber sporadisch ausgeführten manuellen Messungen.

(2) Ziel der Erfindung

Primeres Ziel der Erfindung ist es, ein drohendes Versagen von beanspruchten Bauteilen rechtzeitig zu erkennen, um so Gefahr für Leib und Leben abwenden zu können. Überschreitet ein Bauteil eine maximal zulässige Formveränderung, i.d.R. Durchbiegung, wird ein Signal von der Zentrale gemeldet und Alarm ausgelöst. Dies kann optisch, akustisch oder mechanisch erfolgen, aber auch mittels Telefonaufschaltung an örtliche Einsatzkräfte (Feuerwehr, Katastrophenschutz, Polizei) und Behörden weitergeleitet werden. Notwendige Maßnahmen zur Evakuierung und Sperrung betroffener Bereiche können so umgehend veranlasst werden.

(3) Grundlage

Tragwerke und Bauteile verformen sich unter Lasteinwirkung. Verformungen infolge einwirkender Kräfte können durch die Konstruktion und das verwendete Material nur bedingt kompensiert werden. Überschreitet die Verformung einen Maximalwert kann es zu einem Versagen des Materials (Bruch) kommen.

Die Verformung von Tragwerken und baulichen Anlagen können hinsichtlich der Veränderung der Entfernung eines Punktes am Bauteil zu einem festgelegten Referenzpunkt bzw. über das Abweichen des Winkels des Bauteils aus der Normallage ermittelt werden.
1

Die Überwachungseinrichtung ist jeweils vor Inbetriebnahme entsprechend der statischer Vorgaben nach Art, Dimension und Material des Tragwerkes einmalig zu kalibrieren und die Alarmschwelle bei Erreichung des Maximalwertes festzulegen.

Je nach dem welches Resultat erzielt werden soll, unterscheiden wir bei dem System zwei Messverfahren, die Ergebnisse in unterschiedlichen Qualitäten liefern. Zum einen, ob eine Formveränderung bis zu einem bestimmten Grad eintritt (Ereignis, ja/nein), zum anderen welches Maß die Abweichung zu einem bestimmten Zeitpunkt hat (gemessener Betrag der Veränderung, Ist-Soll-Vergleich, rechnerische und graphische Auswertung).

Beschreibung der Wirkungsweise wird nachstehend ausführlich dargelegt.

(4) Aufbau und Wirkungsweise
Die Patentansprüche beziehen sich auf ein System zur Überwachung von Tragwerken und baulichen Anlagen, welches hauptsächlich aus drei Grundkomponenten besteht

– Messeinheit (Lichtschranke, Entfernungsmesser, Neigungsmesser)
– Auswertung (Ist-Soll-Vergleich, rechnerische und graphische Auswertung)
– Signal (Warnung, Alarm, optisch, akustisch, mechanisch, Weiterleitung)

Diese unterscheiden sich lediglich in ihrer Art, der Anordnung zueinander und der jeweiligen Messmethode. Aufgrund der vielfältigen Anwendungsgebiete sind unterschiedliche Systemaufbauten wie nachfolgend beschrieben notwendig. Die Ausführungsarten werden als Unteransprüche in Bezug auf den vorstehenden Patent-Hauptanspruch geschützt.
Verfahren A zur Überwachung von Bauteilen beruht auf dem Prinzip der Lichtschranke. Laser (Sender) und Photozelle (Empfänger) sind fest installiert und in Ihrer Lage unveränderlich. Der Laser sendet permanent oder in einstellbaren Intervallen Lichtimpulse aus, die auf die Photozelle treffen. Das (die) zu kontrollierende Bauteile) befindet (befinden) sich zwischen Laser und Photozelle. Überschreitet dieses eine maximale Durchbiegung, so ist der Laserstrahl unterbrochen. Das Ausbleiben des Lichteinfalls auf die Photozelle wird von der Auswerteinheit als Abweichung vom Normalzustand wahrgenommen und bewirkt das Auslösen eines Alarms. Diese Verfahren zeigt an, ob und wann ein Ereignis eintritt. Aussagen zum Grad der Formveränderung können durch eine gestaffelte Anordnung mehrerer Sender-Empfänger-Einheiten gemacht werden (gereihte Lichtschranken).
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Zur Bestimmung von Verformungen an Tragwerken und baulichen Anlagen sendet der fest installierte und in seiner Lage unveränderliche Laser in variablen Intervallen Licht aus. Die Empfangseinheit besteht aus linear angeordneten Photosensoren. Sie ist am zu überwachenden Bauteil, an für erzieltes Resultat repräsentativer oder besonders kritischer Stelle angebracht. Verändert sich die Form des Tragwerkes bei Schneelast oder anderen Einflüssen, so verändert sich die Lage der Empfangseinheit zum konstant verlaufenden Laserstrahl. Der jeweils aktivierte Photooptische Sensor gibt sein Signal entsprechend der eingestellten Laserintervalle an die Auswerteinheit weiter. Formveränderungen lassen sich betragsmäßig erfassen und auswerten.
3 und 4
Systemaufbau und Wirkprinzip wie B, jedoch mit am Bauteil installiertem Laser, dessen Strahl auf eine Reihe Photooptischer Sensoren einer in Ihrer Lage unveränderlicher Empfangseinheit trifft und diese entsprechend der momentanen Lage des Bauteils aktiviert.
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Bei folgender Methode fungiert ein laseroptischer Entfernungsmesser, der die jeweilige Entfernung von Punkten des Tragwerkes zu einem Festpunkt misst als Messeinheit. Dabei kann der Entfernungsmesser sowohl am zu überprüfenden Objekt (Bauteil) befestigt sein und den Abstand zu einem Festpunkt ermitteln, als auch umgekehrt. Verändern sich Form oder Lage der Tragwerkes, verändert sich auch die zum Referenzpunkt ermittelte(n) Länge(n). Die permanent oder in Intervallen ermittelten Entfernungswerte werden an die Auswerteinheit übermittelt. Wird ein vorab festgelegter Wert über- oder unterschritten, erfolgt eine Meldung durch die Auswerteinheit und notwendige Schritte können veranlasst werden.
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In der nachfolgend beschriebenen Überwachungsmethode wird die Lage eines Tragwerks bzw. einer baulichen Anlage im Raum nicht wie in vorgenannten Methoden durch den Abstand zu Referenzpunkten, sondern durch dessen Neigung bestimmt.
Dieses Prinzip der Bauteilüberwachung ist Bestandteil des Patentanspruchs.
Verändert sich ein Tragwerk so geht dies in nahezu jedem Falle mit einer Änderung der Neigung an dem zu überwachenden Bauteil einher. Diese Änderungen lassen sich mit Hilfe von (elektronischen) Neigungsmessern feststellen und überwachen. Die jeweils ständig oder in Intervallen gemessene Neigung wird an die zentrale Auswerteinheit übermittelt.
Wird ein vorher eingestellter Wert, bzw. wird die maximale Differenz zwischen Ist- und Soll-Neigung über- oder unterschritten, zeigt die Auswerteinheit einen Zustand außerhalb der Norm und meldet eine Warnung bzw. Alarm.
7 und 8

Claims

System zur automatischen Überwachung und Erfassung von Veränderungen von Tragwerken und baulichen Anlagen, gekennzeichnet durch: drei Grundkomponenten: – Messeinheit (Lichtschranke, laseroptischer Entfernungsmesser, Neigungsmesser) – Auswertung (Ist-Soll-Vergleich, rechnerische und graphische Auswertung) – Signalgeber (Warnung, Alarm, optisch, akustisch, mechanisch, Weiterleitung) durch deren Zusammenwirken Formveränderungen von Tragwerken, Tragwerksteilen oder baulichen Anlagen als Ereignis bzw. betragsmäßig erfasst, voreingestellten Parameter gegenüberstellt und ausgewertet und im Bedarfsfall weitergeleitet bzw. signalisiert werden (Alarm).
Nachstehend aufgeführte Methoden und Ausführungsarten sind als Unteransprüche in Verbindung zu vorgenannten Hauptanspruch geschützt.