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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zur Überwachung der Funktion und
des Zustands von Tragwerklagern an Bauwerken, insbesondere eine Anordnung
zur Überwachung
und Messung des Verschleißes
von zwischen Horizontalkräfte
und/oder Vertikalkräfte übertragenden
Lagerteilen angeordneten Gleit-, Ausgleichs- oder Tragschichten
an Tragwerklagern von Brückenbauten.
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Die
Erfindung ist anwendbar an Stahl- und Betonbrücken, deren Tragwerklager einer
hohen Belastung und somit einem hohen Verschleiß ausgesetzt sind, wobei die
Messanordnung an frei zugänglichen
Positionen von zu berücksichtigenden
Teilen eines jeweiligen Tragwerklagers einsetzbar ist.
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Brückenbauwerke
werden zur Überspannung
von Hindernissen, wie Gewässern,
Straßen, Schienen
u. dgl., üblicherweise
auf einer Anzahl von so genannten Brückenpfeilern gelagert, welche
beispielsweise in Betonbauweise oder als Stahlkonstruktionen verschiedenster
Bauart ausgebildet sind.
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Dabei
sind insbesondere größere Brückenbauwerke
aus Stahlkonstruktionen, wie für
Schienen- oder Straßenfahrzeuge,
aber auch für
Wasserbauwerke je nach Spannweite jeweils freitragender Bereiche
auf den Brückenpfeilern
abgestützt,
und werden mehrfach an als Tragwerklager ausgebildeten Abstützpunkten
gelagert.
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Diese
Tragwerklager erfordern eine hohe Standfestigkeit, die auf Grund
einer ständig
wechselnden Belastung neben den in vertikaler Richtung (z-Achse)
wirkenden Kräften
außerdem
in Längs- und
in Querrichtung (x- und y-Achse) beispielsweise auf Grund von Verschiebungen
jeweiliger Bauteile durch Temperatureinflüsse, auf die Tragwerklager und
das Brückenbauwerk
insgesamt wirken.
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Die
Tragwerklager unterliegen daher einem in Abhängigkeit von den Belastungsfällen entsprechend
enormen Verschleiß,
weshalb in bestimmten Intervallen unter anderem Überprüfungen an den Tragwerklagern
erforderlich sind, um Beschädigungen
und dergleichen zur Einleitung entsprechender Maßnahmen und der Vermeidung
von Havarien feststellen zu können.
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Zur
Ermittlung des Verschleißgrads
an den Tragwerklagern und der Vermeidung von Ausfällen einer
jeweiligen Brücke
oder von Brückenteilen
ist es unter anderem erforderlich, die jeweiligen Tragwerklager
sowohl in horizontaler Richtung (x- und y-Achse) als auch in vertikaler
Richtung (z-Achse) entsprechend zu prüfen.
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Aus
der
DE 19913895 A1 sind
eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Lagerung von Bauwerken und
zur Messung der Flächenpressung
zwischen Vertikal- bzw. Horizontalkräfte übertragenden Lagerteilen, insbesondere
für Brücken, bekannt.
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Hierbei
sind als Tragwerklager Kalottenlager eingesetzt, die im Wesentlichen
aus einer oberen Ankerplatte, einer Gleitplatte, einer Kalotte mit
einem Lagerungsteil und einer unteren Ankerplatte bestehen.
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Zwischen
den einzelnen Lagerteilen ist wenigstens eine Druckunterschiede
ausgleichende Schicht vorgesehen, an der zur Messung der Lagerbelastung
wenigstens ein Kraftsensor angeordnet ist, und wobei die Schicht
mit Spiel in einer Kammer angeordnet und durch Belastung geschlossen
wird.
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Die
Schicht wird durch Kompression bis zur Ausfüllung der Kammer in einen Fließzustand
versetzt, wobei die Belastung mittels des Kraftsensors gemessen
und die Daten elektrisch an eine entsprechende Datenerfassungseinrichtung übermittelt
werden.
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Ein
Nachteil bei der Lösung
nach diesem Stand der Technik besteht insbesondere darin, dass die
Drucksensoren zwischen den jeweiligen und den Druck aufnehmenden
Schichten angeordnet und mehr oder weniger verkapselt sind.
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Dadurch
ist nach dem Einbau in die entsprechenden Positionen der Lagerteile
kein Zugang zu den Sensoren möglich,
so dass diese im Einbauzustand beispielsweise weder justiert beziehungsweise gewartet
noch ausgewechselt werden können.
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Ferner
ist es nach dem Stand der Technik lediglich möglich, die Lagerkräfte zu bestimmen
(zu messen), wodurch nur eine qualitative Aussage zum Verschleiß beziehungsweise
zur Lebensdauer jeweiliger Lagerstelle möglich ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen,
die es kostengünstig und
mit einfachen Mitteln ermöglicht,
den Verschleiß einer
Gleit-, Ausgleichs- oder Tragschicht eines Tragwerklagers an Brückenbauwerken
ständig
zu überwachen,
um an jeweiligen Lagerteilen rechtzeitig Veränderungen erkennen zu können und
Schäden
am Brückenbauwerk
zu vermeiden.
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Die
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
nach den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Mit
der Erfindung ist es mit einfachen Mitteln und in kostengünstiger
Weise möglich,
den Verschleiß der
Gleit-, Ausgleichs- oder Tragschicht an einem Tragwerklager gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs zu überwachen.
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Dadurch
ist es möglich,
den Verschleißgrad beziehungsweise
den baulichen Zustand eines jeweiligen Tragwerklagers insgesamt
von einer üblicherweise
zentralen Stelle aus rechtzeitig zu erkennen, um entsprechende Maßnahmen
zur Vermeidung von Aufwendungen beziehungsweise Schäden am Brückenbauwerk
einzuleiten.
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Für die Funktion
der Gleitschichten des jeweiligen Tragwerklagers sind definierte
Größen und festliegende
Toleranzgrenzen vorgeschrieben, welche einzuhalten sind, und die
mit der Erfindung entsprechend überwacht
werden.
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Eine
zu Schäden
der genannten Art führende Unterschreitung
der vorgegebenen Toleranzgrenzen wird somit vermieden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und anhand
einer Zeichnung näher
erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
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1 ein
vertikaler Ausschnitt aus einem Tragwerklager gemäß der Erfindung
in Seitenansicht;
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2 die
Draufsicht auf die Anordnung gemäß 1;
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3 eine
schematische Darstellung einer Anordnung von Sensoren am Tragwerklager
und
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4 eine
Variante einer Sensoranordnung.
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In
der 1 ist ein Ausschnitt aus einem Tragwerklager mit
einer Anordnung gemäß der Erfindung
mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet.
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Das
schematisch dargestellte Tragwerklager 1 weist ein oberes
Tragteil 2, ein unteres Tragteil 3 und ein dazwischen
liegend angeordnetes mittleres Tragteil 4 auf.
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Das
Tragwerklager 1 ist üblicherweise
als nicht näher
dargestelltes Kalottenlager ausgebildet, wobei das hier dargestellte
Tragteil 4 beispielsweise aus einer nicht näher beschriebenen
Eisenlegierung besteht, wobei das Tragteil 4 eine Begrenzung 4.1 im Bereich
einer aus einem Durchmesser D gebildeten, äußeren Umfangsfläche 5 und
eine zeichnungsgemäß oben liegende
Ebene 6 aufweist.
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An
der gegenüber
dem Tragteil 3 mit einer zeichnungsgemäß unten liegend angeordneten,
kalottenförmig
gebildeten Fläche
ist das in gleicher Weise kalottenförmig ausgebildete Tragteil 4 angeordnet, wobei
in einem zwischen den Tragteilen 2 und 4 sowie 4 und 3 jeweils
gebildeten Spalt eine Trag- oder Gleitschicht 7 beziehungsweise 8 aus
einem nicht näher
beschriebenen Werkstoff angeordnet ist.
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Die
Gleitschichten 7 und 8 sind gemäß der vorliegenden
Ausführung
ganzflächig
verteilt angeordnet, wobei die Gleitschicht 8 durch eine
Begrenzung 4.1 nach der zeichnungsgemäß links liegenden Außenseite
hin auf dem mittleren Tragteil 4 auf der Ebene 6 begrenzt
ist.
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Wie
aus der 1 in Verbindung mit der 2 weiterhin
erkennbar ist, ist an dem mittleren Tragteil 4 in einem
Bereich an der äußeren Umfangsfläche 5 eine
Magnetanordnung 9 angeordnet, die mit einer Halterung 10 und
mit einem Haltewinkel 11 in Verbindung steht.
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Unter
Bezugnahme auf die 2 weist die Magnetanordnung 9 gemäß dem Ausführungsbeispiel
wenigstens zwei Magnete 12 auf, die jeweils von einem Magnetmantel 13 umgeben
sind.
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Bei
der Magnetanordnung 9 sind die Magnete 12 mit
Hilfe des jeweiligen Magnetmantels 13 in horizontaler Richtung
entsprechend bestehender x- beziehungsweise y-Achse in einem definiert
festgelegten Abstand zueinander und in gleicher Richtung in geeigneter
Weise an der Halterung 10 beispielsweise mittels eines
jeweiligen Haltewinkels 11 fixiert.
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In
vorteilhafter Weise sind gemäß der Ausführung die
Magnete 12 permanentmagnetisch ausgebildet, und sie weisen
beispielsweise eine zylindrische Form auf, wobei auch andere Querschnittsformen
der Magnete 12 möglich
sind.
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Der
den jeweiligen Magneten 12 umhüllende Magnetmantel 13 besteht
vorzugsweise aus einem nichtmagnetischen Werkstoff, wie Kupfer oder
Messing, welcher die jeweiligen Magnete 12 mantelförmig umfassend
umgibt.
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Die
Magnete 12 sind ferner derart in dem Magnetmantel 13 angeordnet,
dass ein den jeweiligen Magneten 12 zugeordnetes, magnetisches
Kraftfeld 14 senkrecht auf den Umfangsbereich 5 des
mittleren Tragteils 4 gerichtet ist.
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Zur
Befestigung der Magnete 12 an dem Haltewinkel 11 und
der Halterung 10 sind beispielsweise schraubbare Befestigungsmittel 15 vorgesehen.
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Dadurch
ist die an der Halterung 10 angeordnete Magnetanordnung 9 insgesamt
zwischen den Tragteilen 2 und 3 in einer senkrecht
zu dem Umfangsbereich 5 gerichteten Anordnung am Umfangsbereich 5 magnetisch
haftend, angeordnet.
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In
derselben Ebene, wie die Magnete 12 mit ihrem jeweiligen
Magnetmantel 13 an der Halterung 10, ist annähernd mittig
zwischen denselben mittels einer schraubbaren Verbindung 15.1 ein
geeigneter und nicht näher
bezeichneter Sensor 16 mit einer Messfläche 16.1 mit einer
geeigneten Aufnahme 17 an der Halterung 10 befestigt.
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Die
Aufnahme 17 ist hierbei derart an der Halterung 10 befestigt,
dass zwischen der Messfläche 16.1 des
Sensors 16 und einem gegenüber einem beispielsweise an
der zeichnungsgemäß unteren
Fläche
des oberen Tragteils 2 vorgesehenen und von außen manuell
erreichbaren Messpunkt M ein Abstand a gebildet ist.
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Der
Sensor 16 ist ferner in geeigneter Weise mit einem elektrischen
Anschluss 18 ausgestattet, wodurch ein entsprechend von
dem Sensor 16 gegenüber
dem Messpunkt M gewonnenes Messsignal als Abstandsgröße und Maß der Dicke
beziehungsweise des Verschleißgrads
einer jeweiligen Gleitschicht an eine entsprechende Auswerteeinrichtung übermittelt
wird.
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Durch
eine beispielsweise mit der Aufnahme 17 verbundene Justiereinrichtung 21 ist
eine Justierung des jeweiligen Sensors 16 in einfacher
Weise und unkompliziert möglich,
wenn die Magnete 12 in einer bereits durch die Magnetanordnung 9 an
der Umfangsfläche 5 des
jeweiligen Tragteils 4 vororientierten Lage haften.
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Die
Justiereinrichtung 21 kann beispielsweise als schraubbare
Verstelleinrichtung in Verbindung mit dem Befestigungsmittel 15.1 ausgebildet
sein.
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In
der 3 ist eine beispielsweise Anordnung von vier Sensoren 16 an
einem üblicherweise eingesetzten
Kalottenlager dargestellt, wobei jeweils zwei Sensoren 16 diagonal
gegenüberliegend
und an der Umfangsfläche 5 des
mittleren Tragteils 4 magnetisch haftend, angeordnet sind.
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In
der 4 ist eine Ausgestaltung der Erfindung dargestellt,
wobei der jeweilige Sensor 16 mit seiner Aufnahme 17 in
einer jeweiligen Ausnehmung 22 entsprechend eingesetzt
ist, die sich an wenigstens einem bevorzugten Abschnitt, vorzugsweise
an drei oder vier Abschnitten, im äußeren Umfassungsbereich 5 des
mittleren Tragteils 4 befindet beziehungsweise befinden,
und wobei die Sensoren 16 in analoger Weise zu oben beschriebener
Ausführung ausgerichtet
sind.
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Die
gemäß der Erfindung
vorgesehene Anordnung ermöglicht
in vorteilhafter Weise jederzeit einen Zugang zu der jeweiligen
Magnetanordnung 9 und den Sensoren 16 ohne erhöhten Aufwand,
wodurch gegenüber
dem bisherigen Stand der Technik die Einrichtungs- und Justierzeiten
entsprechender Messanordnungen wesentlich verkürzt sowie Wartungs- und Serviceaufwand
verringert werden.
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- 1
- Tragwerklager
- 2
- Oberes
Tragteil
- 3
- Unteres
Tragteil
- 4
- Mittleres
Tragteil
- 4.1
- Begrenzung
- 5
- Umfangsfläche
- 6
- Ebene
- 7
- Gleitfläche/Tragschicht/Gleitschicht
- 8
- Gleitfläche/Tragschicht/Gleitschicht
- 9
- Magnetanordnung
- 10
- Halterung
- 11
- Haltewinkel
- 12
- Magnet
- 13
- Magnetmantel
- 14
- Magnetisches
Kraftfeld/-richtung
- 15;
15.1
- Befestigungsmittel
- 16
- Sensor
- 16.1
- Messfläche
- 17
- Aufnahme
- 18
- Elektrischer
Anschluss
- 21
- Justiervorrichtung
- 22
- Hohlraum,
Ausnehmung
- a
- Abstand
- D
- Durchmesser
- M
- Messpunkt
- α
- Winkel
- x
- Horizontale
Richtung, x-Achse
- Y
- Horizontale
Richtung, y-Achse
- z
- Vertikale
Richtung, z-Achse