DE102016125628A1

DE102016125628A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Sicherheitskontrolle von stehend verankerten Masten

Info

Publication number: DE102016125628A1
Application number: DE102016125628.5A
Authority: DE
Inventors: Johannes Habrichs
Original assignee: HMH PRUEFTECHNIK GmbH
Current assignee: HMH PRUEFTECHNIK GmbH
Priority date: 2016-12-23
Filing date: 2016-12-23
Publication date: 2018-06-28

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Standsicherheitsprüfung von stehend verankerten Masten mit vorgegebener Belastungsrichtung, umfassend die folgenden Schritte:(a) Bereitstellung eines zu prüfenden stehend verankerten Masten mit vorgegebener Belastungsrichtung;(b) Anbringen von zwei zueinander vertikal angeordneten plan ausgestalteten Messplaketten an dem Mast;(c) Anlegen einer mobilen Messeinheit mit Neigungsmessmodul an die beiden Messpunkte;(d) Bestimmung des Standwinkels in Belastungsrichtung sowie gegebenenfalls(e) drahtlose Übertragung der Messergebnisse von der mobilen Messeinheit mit Hilfe einer mobilen Übertragungseinheit an eine stationäre elektronische Auswertungseinheit.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung befindet sich auf dem Gebiet des Hochbaus und betrifft ein Verfahren zur Prüfung der Stabilität von stehend verankerten Masten mit baulich vorgegebener einseitiger Belastungsrichtung sowie eine entsprechende Messvorrichtung.
STAND DER TECHNIK
Stehend verankerte Masten sind Teil unserer technischen Infrastruktur. Sie sind Tragesysteme für Straßenbeleuchtung, Objektbeleuchtung, Strom- und Telekommunikationsleitungen sowie für Oberleitungen von Straßen- und Eisenbahnen. Die Zahl der allein in Deutschland in den letzten 5 Jahrzehnten errichteten Masten bemisst sich nach Hunderttausenden.
Ein großer Teil dieser Objekte ist freistehend und damit vielfachen Umwelteinflüssen, aber auch Unfallsituationen ausgesetzt. Die Lebensdauer der Masten ist zwar grundsätzlich auf mehrere Jahrzehnte ausgelegt, kann sich aber durch Korrosion, Überlastung und insbesondere Wind stark verkürzen. Da von einem Mast, der seine Standfestigkeit eingebüßt hat, ein hohes Gefahrenpotential ausgeht, ist eine regelmäßige Kontrolle erforderlich.
Besonders problematisch sind solche Masten, die eine einseitige Belastung aufweisen und daher durch die Gravitation konstant in eine Richtung gezogen werden. Dazu zählen insbesondere alle Masten mit Abspannungen (Drahtseilen), aber auch solche mit seitlichen Auslegern, die etwa Ampeln oder schwere Oberleitungen tragen, sind betroffen. Das Problem verschärft sich bei Masten, die freistehend sind, weil hier die Windlast noch hinzuaddiert werden muss.
Durch Überlastung, Schwächungen und Korrosion kommt es zu Materialermüdungen, Rissen und Materialabplatzungen, was dazu führt, dass Masten ihre Lage zur ursprünglichen Senkrechten in Richtung der vorhandenen Belastung verändern und dann früher oder später umkippen oder durchbrechen. Diese Ereignisse lassen sich kaum statistisch vorhersagen, d.h. ein 30 Jahre alter Mast kann sehr wohl noch stabil sein, während ein anderer dringend ausgewechselt werden muss, weil er begünstigt durch besondere Standortbedingungen durch Rissbildung und Korrosion am Fundament einen großen Teil seiner Stabilität bereits 5 Jahre nach der Errichtung eingebüßt hat. Auch lokal betrachtet, gibt es hier keine Regel: so kann von 30 Masten in einer Reihe genau einer labil sein, weil es hier zufällig einmal zu einer Beschädigung gekommen ist.
Sicherheitsüberprüfungen in Form von Biegemomentprüfungen, Ultraschallmessungen und Schwingungstext sind daher nicht nur wegen Sicherheitserfordernissen, sondern auch aus ökonomischen Überlegungen dringend erforderlich und tatsächlich auch aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Allerdings sind diese jedoch für Masten, die aus Beton gefertigt sind, mit erheblichen Problemen verbunden: Betonmasten sind bezüglich der Messung des Biegemoments durch Belastung schlicht nicht elastisch genug, um hier verwertbare Ergebnisse zu erhalten. Tatsächlich kann die Belastung selbst zu Schäden führen. Eine Ultraschalluntersuchung ist für Stahl anwendbar, bei Beton versagt diese Methode vollkommen. Eine manuelle Schwingungsanregung scheidet bei schweren Betonmasten von vornherein aus, zumal die Seilzüge dies zusätzlich behindern, wenn nicht unmöglich machen.
Ein weiterer Aspekt besteht darin, dass die Masten gewöhnlich an wenig zugänglichen Stellen, beispielsweise entlang einer Eisenbahnlinie stehen. Weder ist es möglich, die entsprechenden Verkehrswege für den Zeitraum der Prüfung stillzulegen noch können aufwendige Messapparaturen vor Ort gebracht und dann von Mast zu Mast weiterbewegt werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung hat daher darin bestanden, ein Verfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die die Nachteile des Stands der Technik überwinden. Konkret sollte das Verfahren es ermöglichen, rasch und zuverlässig Informationen über die Standfestigkeit von Masten mit einseitiger Belastungsrichtung zu erhalten, die bis auf eine Winkelminute genau sind. Das Verfahren sollte es ferner gestatten, Masten „wiederzuerkennen“, also so ausgelegt sein, dass ein Vergleich des aktuellen Zustands mit dem der letzten Prüfung sofort möglich eine gefährliche Änderung des Status Quo unmittelbar feststellen zu können. Schließlich sollte das Verfahren so ausgelegt sein, dass mit Hilfe einer leichten und transportablen Vorrichtung durchgeführt werden kann.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein erster Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Standsicherheitsprüfung von stehend verankerten Masten mit vorgegebener Belastungsrichtung, umfassend die folgenden Schritte:

(a) Bereitstellung eines zu prüfenden stehend verankerten Masten mit vorgegebener Belastungsrichtung;
(b) Anbringen von zwei zueinander vertikal angeordneten plan ausgestalteten Messplaketten an dem Mast;
(c) Anlegen einer mobilen Messeinheit mit Neigungsmessmodul an die beiden Messpunkte;
(d) Bestimmung des Standwinkels in Belastungsrichtung sowie gegebenenfalls
(e) drahtlose Übertragung der Messergebnisse von der mobilen Messeinheit mit Hilfe einer mobilen Übertragungseinheit an eine stationäre elektronische Auswertungseinheit.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch besondere Einfachheit aus. An dem zu prüfenden Mast werden zwei Messplaketten angebracht, die als Auflagepunkte für ein Neigungsmessgerät dienen, mit dessen Hilfe der Neigungswinkel bestimmt wird. Weist der Mast eine zu starke Auslenkung aus der Vertikalen auf, ist er gefährdet und muss saniert, armiert oder ausgetauscht werden. Die Messung erfolgt unter Einsatz von mobilen Geräten und kann daher auch problemlos in unzugänglichen Gegenden durchgeführt werden.
Masten
Die Natur der Masten, auf die sich das erfindungsgemäße Verfahren bezieht, ist wenig kritisch. Grundsätzlich ist es für alle Masten geeignet, die eine Tendenz zeigen, sich unter ihrer Last zu beugen. Typischerweise handelt es sich jedoch um Träger von Spannungsleitungen, Telekommunikationsleitungen oder Beleuchtungen. Das Verfahren ist grundsätzlich unabhängig von dem Werkstoff zu sehen, aus dem der Mast besteht und eignet sich daher auch für Stahl. Entworfen wurde es jedoch für Betonmasten, da andere bekannte Verfahren hier versagen.
Messplaketten
Bei den Messplaketten handelt es sich um die Auflagepunkte für das Neigungsmessgerät. Ein besonderer Nutzen des Verfahrens besteht darin, dass man die Historie eines Mastes über die Zeit nachvollziehen kann, indem man die Neigung regelmäßig misst und verfolgt. Dazu ist es vorteilhaft, die Messplaketten aus einem Material herzustellen, das witterungsbeständig und insbesondere korrosionsbeständig ist. Grundsätzlich kommen für diesen Zweck zwar auch Kunststoffe wie beispielsweise Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid oder Makrolon in Frage, bevorzugt ist jedoch der Einsatz von poliertem Edelstahl.
Die Messplaketten sind plan geformt, wobei diese Formgebung allein dem Umstand Rechnung trägt, dass das Messgerät stets in gleicher Weise angelegt werden muss, damit die Ergebnisse korrekt sind und auch über die Zeit vergleichbar bleiben. Jede andere Form, die dies ebenfalls ermöglicht, wird vom Gedanken der Erfindung mitumschlossen. Das gleiche gilt auch für Form und Größe der Plaketten: bevorzugt sind Auflagepunkte mit einem Durchmesser von 5 bis 15 cm, die rund, oval oder rechteckig geformt sind und eine Stärke im Bereich von 0,5 bis 1 cm aufweisen.
Diese können durch Verkleben, insbesondere aber durch Verbohren dauerhaft auf dem Mast angebracht werden, so dass es möglich ist, die Geschichte des Mastes auch über Jahrzehnte zu verfolgen ohne dass es erforderlich wird, eine Messplakette auszutauschen. Die Plaketten werden verständlicherweise vertikal übereinander angeordnet, wobei der Abstand zueinander etwa 30 cm bis etwa 100 cm und die Höhe über dem Boden etwa 50 bis etwa 100 cm beträgt.
Um die Wiedererkennung eines Mastes zu erleichtern, wird wenigstens eine der beiden Plaketten mit einem RFID ausgestattet („radio frequency identification“). Ein RFID-System besteht aus einem Transponder (umgangssprachlich auch Funketikett genannt), der sich am oder im Gegenstand bzw. Lebewesen befindet und einen kennzeichnenden Code enthält, sowie einem Lesegerät zum Auslesen dieser Kennung. Die Kopplung geschieht durch vom Lesegerät erzeugte magnetische Wechselfelder in geringer Reichweite oder durch hochfrequente Radiowellen. Damit werden nicht nur Daten übertragen, sondern auch der Transponder mit Energie versorgt. Zur Erreichung größerer Reichweiten werden aktive Transponder mit eigener Stromversorgung eingesetzt, die jedoch mit höheren Kosten verbunden sind.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung zur Standsicherheitsprüfung von stehend verankerten Masten mit vorgegebener Belastungsrichtung, umfassend

(i) zwei plan ausgestaltete Messplaketten aus einem witterungsbeständigen Material;
(ii) eine mobile Messeinheit mit Neigungsmodul zur Bestimmung eines Standwinkels;
(iii) eine mobile Übermittlungseinheit zur drahtlosen Übermittlung der Messergebnisse an eine Auswertungseinheit und
(iv) eine stationäre elektronische Auswertungseinheit.

Mess-, Übertragungs- und Auswertungseinheit
Als Messeinheit kommt grundsätzlich jede Vorrichtung in Frage, die in der Lage ist, einen Stand- oder Neigungswinkel mit der Genauigkeit von mindestens einer Winkelminute zu bestimmen, digital anzuzeigen und vorzugsweise diese Information an eine Auswertungseinheit zu übermitteln. Insofern ist die anspruchsgemäße Beschränkung auf Geräte, die mit Neigungsmodulen arbeiten, exemplarisch zu verstehen, da dies die übliche Weise ist, wie Standwinkel gemessen werden. Beispielhaft sei auf die Produkte der Firma Weyler (CH) verwiesen, die dort in der Reihe „CLINO“ verkauft werden.
Vorzugsweise enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Übermittlungseinheit, mit deren Hilfe die Messdaten an die Auswertungsstation weitergegeben werden. Diese Übertragungseinheit kann vorzugsweise Bestandteil der Messeinheit sein, muss dies aber nicht. Vorzugsweise erfolgt die Übermittlung über WLAN. Die Auswertungseinheit ist ein stationärer Rechner, der die Informationen pro Mast abspeichert und gegebenenfalls mit früheren Messungen vergleicht.
Die Erfindung wird durch die folgende verdeutlicht. Dabei bedeuten:

1: Schienenstrang
2: Erdoberkante
3: Mast für Fahrleitung des Schienenstrangs
4: Ausleger mit Fahrleitung
5: Fundament
6: Messplaketten (Auflagepunkte)
7: Standwinkelmessgerät mit Übertragungseinrichtung
8: Auswertungseinheit

Claims

Verfahren zur Standsicherheitsprüfung von stehend verankerten Masten mit vorgegebener Belastungsrichtung, umfassend die folgenden Schritte: (a) Bereitstellung eines zu prüfenden stehend verankerten Masten mit vorgegebener Belastungsrichtung; (b) Anbringen von zwei zueinander vertikal angeordneten plan ausgestalteten Messplaketten an dem Mast; (c) Anlegen einer mobilen Messeinheit mit Neigungsmessmodul an die beiden Messpunkte; (d) Bestimmung des Standwinkels in Belastungsrichtung sowie gegebenenfalls (e) drahtlose Übertragung der Messergebnisse von der mobilen Messeinheit mit Hilfe einer mobilen Übertragungseinheit an eine stationäre elektronische Auswertungseinheit.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man Masten prüft, bei denen es sich um Träger von Spannungsleitungen, Telekommunikationsleitungen oder Beleuchtungen handelt.
Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man Masten prüft, die aus Beton oder Stahl gefertigt sind.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man Messplaketten anbringt, die aus einem witterungsbeständigen Material gefertigt sind.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man Messplaketten anbringt, die aus poliertem Edelstahl gefertigt sind.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man die Messplaketten durch Verkleben oder Verbohren dauerhaft auf dem Mast anbringt.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass man die Messplaketten in einem vertikalen Abstand zueinander von etwa 30 cm bis etwa 100 cm anbringt.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man die Messplaketten zur Wiedererkennung mit einem RFID ausstattet.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass man den Standwinkel bis auf eine Winkelminute genau bestimmt.
Vorrichtung zur Standsicherheitsprüfung von stehend verankerten Masten mit vorgegebener Belastungsrichtung, umfassend (i) zwei plan ausgestaltete Messplaketten aus einem witterungsbeständigen Material; (ii) eine mobile Messeinheit mit Neigungsmodul zur Bestimmung eines Standwinkels; (iii) eine mobile Übermittlungseinheit zur drahtlosen Übermittlung der Messergebnisse an eine Auswertungseinheit und (iv) eine stationäre elektronische Auswertungseinheit.