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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kontrolle
der Durchbiegung von Tragwerken, insbesondere Dachtragwerken, mittels eines
Lasers. Mit Laser soll nachfolgend ein Lasergerät bezeichnet
werden, welches einen Laserstrahl emittiert.
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Praktisch
jedes Gebäude benötigt als Witterungsschutz ein
Dach als oberen Abschluss. Dieses stützt sich in der Regel
auf den Außenwänden ab und benötigt zur Überspannung
des freien Raumes eine statische Konstruktion, nämlich
ein Tragwerk. Das Tragwerk soll die verschiedenen Lasten, welche
permanent, teilweise auch nur temporär (einzeln oder alternativ,
im ungünstigsten Falle aber auch kumulativ) auftreten,
sicher in die Außenwände ableiten.
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Permanente
Lasten können durch die Eigengewichte des Tragwerks selber,
einer Dachschalung, einer Dachdämmung, der Dacheindeckung,
etwaiger Dachaufbauten etc. bedingt sein. Sporadisch oder temporär
können noch Lasten durch Schnee- und/oder Eisablagerungen,
abgebrochene Äste, übermäßigen
Laubabfall und sonstige Rückstände hinzutreten.
Zu langsam abfließendes oder rückgestautes Wasser,
insbesondere bei Unwettern, kann ebenso zusätzlich die
Last von Dächern erhöhen, aber auch Windböen.
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Ein
solches Szenario wird bereits bei der Auslegung oder Berechnung
von Dachtragwerken berücksichtigt, d. h. das Dachtragwerk
wird dementsprechend dimensioniert. Die Lastbeanspruchung manifestiert
sich in der Praxis mit einer Durchbiegung des Tragwerkes. Diese
ist natürlich und wird bis zu einem gewissen Grade auch
zugelassen. Kritisch wird eine Durchbiegung erst, wenn sie das zulässige
Maß überschreitet. Dann nämlich besteht
die Gefahr, dass sich etwas an den Berechnungsgrundlagen verändert
hat und die Standsicherheit nicht mehr gewährleistet ist.
Aus diesem Grunde ist es ratsam, in der Praxis die Durchbiegung
von Tragwerken zu kontrollieren.
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Durch
die
DE 20 2006
019 856 U1 ist bereits ein Dachtragwerksüberwachungssystem
bekannt, welches in der Lage ist, eine Durchbiegung über
ein vorgegebenes Maß hinaus zu detektieren. Das System
sieht im Wesentlichen vor, unterhalb des Dachtragwerkes ein Lasergerät
an einer Gebäudewand anzuordnen und von dort einen Laserstrahl
auf die gegenüberliegende Gebäudewand zu emittieren,
wo der Laserstrahl von einem Empfänger erfasst werden kann.
Geschieht dies, bedeutet das den unkritischen Normalfall. Die Kontrolle
besteht nun darin, dass ein Messelement so am durchbiegsamen Tragwerk
angeordnet ist, dass es bei stärkerer, nämlich
unzulässig hoher Durchbiegung in den Strahlengang des Lasergerätes
gerät und diesen unterbricht. Das bedeutet dann einen Störfall
und führt dazu, dass über ein mit dem Empfänger
verbundenes Schaltgerät eine Warneinrichtung aktiviert
wird.
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Ein
solches System vermag also in kritischen Fällen zu warnen,
was dann vielleicht dazu führt, dass Menschen das betroffene
Gebäude sicherheitshalber verlassen oder Aufsichts- und
Wartungspersonal unverzüglich ein Dach inspiziert und womöglich für
Entlastung sorgt. Es handelt sich in solchen Fällen immer
um vollendete Tatsachen, welche nicht mehr viel Handlungsspielraum
zulassen. Das bekannte Überwachungssystem eignet sich dagegen
nicht zur Frühwarnung bzw. Früherkennung.
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Hier
setzt nun die Erfindung an. Sie möchte ein Verfahren und
eine Vorrichtung angeben, bei der ebenfalls eine Durchbiegung mithilfe
eines Lasergerätes festgestellt wird, womit allerdings
bereits sich anbahnende Veränderungen prognostiziert werden können
und nicht erst das unzulässige Überschreiten eines
Grenzwertes feststellbar ist.
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Gelöst
wird diese Aufgabe nach dem Vorschlag der Erfindung bei einem Verfahren
mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 und bei einer Vorrichtung
mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 8 Zweckmäßige
Weiterbildungen des Verfahrens geben die Unteransprüche
2 bis 7 an, und zweckmäßige Weiterbildungen der
Vorrichtungen die Unteransprüche 9 bis 12.
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Der
Erfindung liegen verschiedene Erkenntnisse zugrunde. Zunächst
geht die Erfindung davon aus, dass eine Durchbiegung nicht nur lastspezifisch ist
und jahreszeitlichen Schwankungen unterliegt, sondern sich im Laufe
der Zeit auch durch Veränderungen der Dachkomponenten selbst
verändert, beispielsweise infolge Materialermüdung,
Korrosion, Durchfeuchtung, Verrottung u. Ä. Dies bedeutet, dass
bei einem neuen Dach nur eine mäßige Durchbiegung
bei einer bestimmten Last zu erwarten ist, während dieselbe
Last bei einem älteren Dach eine deutlich höhere
Durchbiegung zur Folge hat. Kann solches über einen längeren
Zeitraum festgestellt werden, lassen sich solche Ergebnisse extrapolieren und
Voraussagen treffen, wie lange ein Dach voraussichtlich noch standsicher
ist bzw. welche Reparatur- oder Sanierungsarbeiten zweckmäßigerweise
eingeplant werden sollten und wann sie am besten erfolgen. Letztlich
kann so vorausschauend gehandelt und gewirtschaftet werden.
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Die
Erfindung hat insbesondere erkannt, dass solche Überlegungen
und Ziele nur dann zum Erfolg führen, wenn konkrete und
individuelle Messwerte zu gewinnen sind und im Übrigen
auch ein Zeitparameter berücksichtigt wird. Die Erfindung
hat außerdem erkannt, dass gerade aus der Durchbiegung aussagekräftige
Messwerte zu gewinnen sind, wobei die jeweils tatsächliche
Durchbiegung individuell gemessen werden muss. Es ist das besondere
Verdienst der Erfindung, dass nach ihrem Vorschlag die Durchbiegung
aber nicht direkt gemessen zu werden braucht, sondern – was
viel einfacher, bequemer und genauer ist – eine Länge
oder eine Längenänderung, welche sich durch eine
veränderte Ausrichtung des Lasergerätes zur Reflexionsfläche
oder -ebene des Laserstrahls ergibt.
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Eine
Veränderung der Ausrichtung kommt dadurch zustande, dass
entweder das Lasergerät oder der von der Erfindung vorgeschlagene
Reflexionskörper mit dem sich durchbiegenden Teil des Tragwerks
verbunden und somit lageveränderlich ist, während
das jeweils andere (komplementäre) Teil an einem Fixpunkt
angeordnet ist. Im Ergebnis trifft dann der Laserstrahl auf unterschiedlich
entfernte Reflexionsebenen, wobei die dabei gemessene Entfernung ein
Maß für die Durchbiegung liefert, d. h. die ermittelte – im
wesentlichen horizontale – Entfernung kann hiernach in
eine – im wesentlichen vertikale – Durchbiegung
umgerechnet werden.
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Geschehen
solche Messungen regelmäßig, so können,
temporäre (beispielsweise jahreszeitliche) Einflüsse
erfasst und berücksichtigt werden – im Sinne einer
Sicherheitsvorkehrung. Ergibt sich, dass die Durchbiegungen im Laufe
der Zeit stärker werden, obwohl die Last konstant ist,
liefert dies eindeutige Hinweise auf eine Alterung und Ermüdung,
woraus wiederum auf die restliche Standsicherheit sowie etwaige
Hilfs- und Ersatzmaßnahmen geschlossen werden kann.
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Demgegenüber
ermöglicht das bisher bekannte System gewissermaßen
nur eine einfache Ja/Nein-Abfrage, nämlich derart, ob ein
kritischer Zustand bereits eingetreten ist oder noch nicht. Weiterreichende
Daten werden weder gewonnen, noch können sie zu einer Prognose
(Frühwarnung) verarbeitet werden.
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Vorteilhaft
wird als Reflexionskörper ein scheibenförmiger
Körper mit einer auf das Lasergerät ausrichtbaren
schrägen oder getreppten Reflexionsfläche eingesetzt.
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Nach
einem anderen Vorschlag soll als Reflexionskörper ein kegelförmiger
oder pyramidenförmiger Reflexionskörper eingesetzt
werden.
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Zweckmäßig
kann es ebenfalls sein, wenn ein getreppter Reflexionskörper
eingesetzt wird, der sich von einer runden oder polygonalen Grundfläche zu
einer (gedachten) Spitze hin verjüngt.
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Vorteilhaft
wird das Lasergerät an einem Fixpunkt, insbesondere an
einer Gebäudewand, angeordnet. – Dies bedeutet
für das Lasergerät, dass es einfach zu installieren
und mit Energie zur versorgen ist, sich leicht sichern Lässt
und auch gut erreichbar ist.
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Zweckmäßigerweise
werden die ermittelten Entfernungsmaße an eine Auswerteeinheit
für eine Umrechnung in Durchbiegungsmaße sowie
eine anschließende Speicherung, Visualisierung und/oder Steuerung
weitergeleitet.
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Nach
einem weiteren Vorschlag wird im Anschluss an die Auswerteeinheit
eine Warneinrichtung angesteuert, welche bei Überschreitung
zulässiger Grenzwerte der Durchbiegung aktiviert wird.
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Eine
Vorrichtung zur Kontrolle der Durchbiegung von Tragwerken, insbesondere
Dachtragwerken, ist erfindungsgemäß gekennzeichnet
durch ein als Entfernungsmesser ausgebildetes Lasergerät, welches
einen Laserstrahl emittiert und einen Empfänger zum Erfassen
des an einem Messpunkt reflektierten Laserstrahls besitzt, sowie
einen damit zusammenwirkenden Reflexionskörper, welcher
sich in Gebrauchslage in vertikaler Richtung verjüngt und seitlich über
verschiedene Reflexionsebenen verfügt.
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Bei
einer Weiterbildung ist der Reflexionskörper ein scheibenförmiger
Körper mit einer auf das Lasergerät ausrichtbaren
schrägen oder getreppten Reflexionsfläche.
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Alternativ
kann der Reflexionskörper kegelförmig oder pyramidenförmig
sein.
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Vorteilhaft
ist der Reflexionskörper getreppt ausgebildet, wobei er
sich von einer runden oder polygonalen Grundfläche zu einer
(gedachten) Spitze hin verjüngt.
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Zweckmäßigerweise
ist zusätzlich eine Auswerteeinheit vorgesehen, welche
mit dem Lasergerät verbindbar ist zur Umrechnung und Weiterverarbeitung
der von dem Lasergerät ermittelten Entfernungswerte.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile sowohl für das Verfahren als
auch für die Vorrichtung werden nachfolgend in Verbindung
mit der Zeichnung für einige bevorzugte Ausführungsbeispiele
beschrieben. Darin zeigen:
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1 eine
Messanordnung für ein Dachtragwerk nach dem Vorschlag der
Erfindung in quasi unbelastetem Zustand, in schematischer Darstellung;
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2 den
Gegenstand von 1 mit Veränderungen
infolge zusätzlicher Last, bei einer Einzelmessung;
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3 eine
etwas andere Messanordnung, nämlich mit anderem Reflexionskörper
und zusätzlicher Auswerteeinheit in quasi unbelastetem
Zustand, in schematischer Darstellung;
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4 den
Gegenstand von 3 mit Veränderungen
infolge wechselnder Last, bei Dauermessung;
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5 einen
getreppten Reflexionskörper mit quadratischer Grundfläche,
in Draufsicht;
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5a den
Gegenstand von 5 in Seitenansicht;
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6 einen
kegelförmigen Reflexionskörper, in Draufsicht;
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6a den
Gegenstand von 6, in Seitenansicht;
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7 einen
scheibenförmigen Reflexionskörper mit einer getreppten
Reflexionsfläche, in Draufsicht;
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7a den
Gegenstand von 7, in Seitenansicht;
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8 einen
getreppten Reflexionskörper mit runder Grundfläche,
in Draufsicht, und
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8a den
Gegenstand von 8, in Seitenansicht.
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Nach
den 1 und 2 sind zwei Außenwände 1 von
einem Dachtragwerk 2 überspannt. An einer Außenwand 1 ist
innenseitig ein Lasergerät 3 erhöht angebracht,
so dass ein vom Lasergerät 3 emittierter Laserstrahl 4 auf
einen an der Unterseite des Tragwerks 2 angebrachten Reflexionskörper 5 auftreffen
und daran reflektiert werden kann. Das Lasergerät 3 ist
als Entfernungsmesser ausgebildet, d. h. es erfasst den reflektieren
Laserstrahl über einen Empfänger und liefert hiernach
eine Entfernungsangabe als Messwert.
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Das
in 1 dargestellte Stadium soll das Ausgangsstadium
versinnbildlichen mit minimaler Grundlast, was hier vereinfacht
als unbelasteter Zustand dargestellt ist und keinerlei Durchbiegung
erkennen lässt. Dabei wird mittels des Laserstrahls 4 eine
Entfernung E1 ermittelt. Es ist dies die Entfernung zwischen dem
Lasergeät 3 und der davon am weitesten entfernt
liegenden Reflexionsfläche oder -ebene an dem nach unten
verjüngten Reflexionskörper 5. Wirkt
auf das Tragwerk 2 eine zusätzliche Last ein,
welche hier vereinfacht und summarisch mit dem Pfeil P symbolisiert
wird, so kommt es zu einer Durchbiegung des Tragwerks 2 nach
unten, was gleichzeitig ein Absenken des Reflexionskörpers 5 zur
Folge hat. Der von dem Lasergerät 3 ausgesandte
Laserstrahl 4 verändert sich dagegen nicht, d.
h. er bleibt in derselben Weise wie zuvor auf den Reflexionskörper 5 gerichtet,
trifft dort aber seitlich auf eine andere Reflexionsfläche
oder -ebene des Reflexionskörpers 5 auf, nachdem
sich dieser mit dem Tragwerk 2 abgesenkt hat (vgl. 2).
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In
letzterem Falle ergibt eine Messung eine geringere Entfernung als
im unbelasteten Fall nach 1. Würde
der Reflexionskörper 5 umgekehrt an der Unterseite
des Tragwerkes 2 angebracht, ergäben sich mit
steigender Last größere Entfernungswerte. Jedenfalls
lassen sich über Form und Anordnung des Reflexionskörpers 5 feste
Zusammenhänge zwischen Durchbiegung und messbarer Entfernung
herstellen und das tatsächliche Lastverhalten erkennen
und beurteilen.
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Während
nach den 1 und 2 eine abgestufte
Ermittlung möglich ist, erlaubt eine Messanordnung nach
den 3 und 4 mit einem etwas anderen Reflexionskörper,
nämlich einem kegelförmigen Reflexionskörper 5',
eine stufenlose Ermittlung von Entfernungen. Außerdem ist
das Lasergerät 3 über eine Verbindungsleitung 6 an
eine Auswerteeinheit 7 angeschlossen. Darin können
die Entfernungsmaße automatisch in Durchbiegungsmaße umgerechnet
und diese Daten weiter verarbeitet werden, insbesondere gespeichert,
visualisiert oder als Werte für eine Steuerung verwendet
werden, so z. B. für eine Warneinrichtung. Vor allem sind
damit nicht nur Einzelmessungen möglich, sondern auch Aufzeichnungen über
ganze Perioden, bei denen sich die Durchbiegung auch wieder zurückbildet,
weil die Last wechselt oder nachlässt, was in 4 mit
dem Doppelpfeil Pw versinnbildlicht ist.
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Eine
Anordnung gemäß den 3 und 4 dient
bevorzugt dem kontinuierlichen Messen einer Durchbiegung, während
eine Anordnung gemäß den 1 und 2 mit
ihren Stufenergebnissen eher für Warnzwecke, entsprechend
einzelner Warnstufen, in Betracht kommt.
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In
den 5/5a–8/8a sind
einige bevorzugte Formen für einen Reflexionskörper zusammengestellt,
nämlich ein getreppter Reflexionskörper 5 (vgl. 5/5a),
wie er bereits aus den 1 und 2 hervorgeht,
und ein kegelförmiger Reflexionskörper 5' (vgl. 6/6a),
wie in den 3 und 4 gezeigt.
Darüber hinaus zeigen die 7/7a einen
scheibenförmigen Reflexionskörper 5'' mit
einer getreppten Reflexionsfläche und die 8/8aeinen
getreppten Reflexionskörper 5'', der sich von
einer runden Grundfläche zu einer (gedachten) Spitze hin
verjüngt.
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Die
Erfindung nutzt damit folgendes Prinzip. Wird das Lasergerät
oder der mit der Erfindung vorgeschlagene Reflexionskörper
abgesenkt, tritt eine andere Reflexionsfläche oder -ebene
in Wechselwirkung zu dem Lasergerät und wird eine andere
Entfernung oder Länge ermittelt. Durchbiegung bedeutet somit
zunächst Absenkung des beweglichen Teils und sodann individuelle
Messung unterschiedlicher Entfernungen mittels des Lasergerätes.
Somit korreliert die horizontale Entfernung grundsätzlich
mit einer vertikalen Durchbiegung. Man könnte in dem vorgeschlagenen
Reflexionskörper funktionsmäßig auch
eine Art von Adapter sehen.
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Im
Ergebnis kann nach dem Vorschlag der Erfindung zunächst
eine tatsächliche Durchbiegung ermittelt werden. Darüber
hinaus kann die Durchbiegung über bestimmte Zeitabschnitte
oder auch permanent ermittelt werden. Bei einer Ermittlung über wiederkehrende
Zeiträume (z. B. Frühling, Sommer, Herbst, Winter)
können durch Vergleich Aussagen über etwaige Schwächungstendenzen
(Materialermüdung u. ä) getroffen werden.
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Über
eine Zeitachse aufgetragen, liefern die ermittelten Werte ebenso
Anhaltspunkte für eine z. B. jahreszeitlich wechselnde
wie auch eine altersbedingt anwachsende Durchbiegung (bei gleicher
Belastung). Aus solchen gewissermaßen zeitspezifischen
Durchbiegungswerten, welche entweder periodisch wiederkehren oder
stetig anwachsen, lassen sich mit größerer Treffsicherheit
als jemals zuvor zeitnahe Prognosen für die Standsicherheit
von Dachtragwerken stellen. Das schließt auch frühzeitige Warnhinweise
und die Möglichkeit einer rechtzeitigen Sanierungsplanung
etc. mit ein. Das Gefährdungspotential wird deutlich verringert,
und zusätzlich wird eine sachgemäßere
wie auch wirtschaftlichere Behandlung ermöglicht, was im
Ergebnis zu höheren Standzeiten führen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Außenwand
- 2
- Dachtragwerk,
Tragwerk
- 3
- Lasergerät
- 4
- Laserstrahl
- 5
- Reflexionskörper
- 5'
- Reflexionskörper
- 5''
- Reflexionskörper
- 5'''
- Reflexionskörper
- 6
- Verbindungsleitung
- 7
- Auswerteeinheit
- E1
- Entfernung
(vgl. 1)
- E2
- Entfernung
(vgl. 2)
- E3
- Entfernung
(vgl. 3)
- E4
- Entfernung
(vgl. 4)
- P
- Pfeil,
Last
- Pw
- Doppelpfeil,
Wechsellast
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 202006019856
U1 [0005]