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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überprüfung der Standsicherheit von zumindest einem Mast. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überprüfung der Standsicherheit von zumindest einem Mast.
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STAND DER TECHNIK
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Um die Standsicherheit von Masten zu gewährleisten, muss der Mast einer Prüfung vor Ort unterzogen werden. Dies geschieht meist dadurch, dass der Mast gewollt angeregt, d. h. in Schwingung versetzt wird, und ausgehend von der Anregung das Verhalten des Mastes untersucht bzw. beobachtet wird. Dadurch kann beispielsweise festgestellt werden, ob der Mastfuß ausreichend stabil im Fundament verankert ist. Des Weiteren kann die Biegeweichheit des Mastes an sich beurteilt werden.
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Bei dem zu prüfenden Mast kann es sich um einen Mast für beliebige Zwecke handeln, beispielsweise einen Strom- oder Telefonmast, einen Antennenmast, einen Fahnenmast, einen Laternenmast oder beispielsweise einen Mast einer Ampelanlage oder eines Verkehrsschildes. Ebenso kann es sich bei dem zu untersuchenden Mast um einen Mast für eine Oberleitung einer Bahnstrecke oder um den Turm einer Windkraftanlage handeln. Der Mast kann aus unterschiedlichen Materialien, wie beispielsweise Beton, Stahlbeton, Stahl, Holz, Kunststoff oder einer Kombination unterschiedlicher Materialien bestehen.
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Der Mast kann aus einem Vollmaterial bestehen oder einen Hohlraum aufweisen. Üblicherweise besitzen Masten einen kreisförmigen oder ovalen Querschnitt, der sich beispielsweise über die Länge verjüngen kann. Der zu prüfenden Mast kann aber ebenso einen eckigen, beispielsweise quadratischen oder rechteckigen, Querschnitt aufweisen. Auch kann der Durchmesser des Mastes über die gesamte Länge konstant sein oder es kann der Durchmesser ausgehend von Mastfuß zur Mastspitze hin abnehmen.
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Der Mastfuß wird üblicherweise im Boden verankert, beispielsweise durch ein Fundament, wodurch die Standfestigkeit des Mastes gewährleistet werden muss. Aufgrund von Platzverhältnissen ist meist eine Abspannung des Mastes, insbesondere von der Mastspitze aus, zur Stabilisierung ungeeignet. So muss gewährleistet sein, dass die Verankerung des Mastbusses ausreichend stabil ist, um die Standsicherheit des Mastes, insbesondere im Betriebszustand, zu gewährleisten.
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Im Stand der Technik sind unterschiedliche Verfahren bzw. Vorrichtungen bekannt, um die Standsicherheit von Masten zu überprüfen. So kann beispielsweise eine Materialprüfung erfolgen, die insbesondere mittels eines Ultraschallverfahrens durchgeführt werden kann. Nachteilig ist hierbei, dass lediglich ein unterer Bereich des Mastes prüfbar ist, und das Fundament an sich nicht betrachtet werden kann.
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Gemäß der
DE 195 40 319 C1 kann eine verbleibende Auslenkung nach einer Anregung des Mastes mittels einer Skalenplatte ermittelt werden. Die Skalenplatte wird auf einer zu prüfenden Höhenlage am Mast befestigt. Auf die Skalenplatte wird ein Laserstrahl gerichtet. Die Position des Laserstrahls wird in Bezug zu einem Eichpunkt abgelesen, nachdem der Mast nach erfolgter Auslenkung wieder in Ruhe verbleibt. Nachteilig kann dabei keine Auswertung einer Schwingungsamplitude erfolgen.
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Ein weiteres bekanntes Verfahren ist eine Prüfung des Mastes, in dem eine reale Kraft, beispielsweise durch einen Bagger, zu einer Anregung des Mastes führt, und eine Aufzeichnung eines Kraft-Weg-Diagramms erfolgt. Das Kraft-Weg Diagramm kann durch unterschiedliche Vorrichtungen bzw. Verfahren erzeugt werden.
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So ist aus der
DE 100 62 795 A1 eine Vorrichtung zum Prüfen der Biegefestigkeit bekannt, wobei mittels eines am Mast angebrachte Satelliten-Navigationsempfängers die geographischen Daten des Mastes während einer Auslenkung ermittelt werden. Die Messdaten werden drahtlos an einen Rechner übertragen und ausgewertet. Des Weiteren können zwei Satelliten-Navigationsempfänger auf unterschiedlichen Höhen am Mast angeordnet werden.
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Weiterhin ist aus der
DE 10 2005 038 033 A1 ein Verfahren bekannt, bei welchem an den Mast Sensoren angebracht werden, um die Beschleunigung des Mastes zu ermitteln. Nachteilig ist bei einer Prüfung mittels Beschleunigungssensoren, dass keine Absolutmessung ermöglicht wird, dadurch kann nicht ermittelt werden, ob eine Verformung im Mast zurückbleibt. Des Weiteren sind die zur Ermittlung der zu überprüfenden Resonanzfrequenz verwendeten Geometrie- und Materialdaten meist zu ungenau, sodass ein ungenaues Prüfergebnis resultiert.
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Das Kraft-Weg-Diagramm kann ebenso gemäß der
DE 20 2017 000 952 U1 mittels zumindest eines Lasers erstellt werden, der an dem Mast befestigt ist. Der Laserstrahl wird auf eine halbdurchsichtige Projektionsfläche gerichtet und dort von einer Kamera aufgezeichnet. Die Projektionsfläche ist in einem horizontalen Abstand zum Mast angeordnet.
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Die
US 2004 / 0 107 671 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Überprüfung der Standsicherheit und Biegesteifheit eines Mastes unter Verwendung eines Lichtstrahles einer im unteren Mastbereich angeordneten Laserlichtquelle als „Lichtzeiger“, der mittels einer Kamera registriert wird. Die Kamera nimmt Bewegungen von Lichtpunkten der Laserlichtquelle auf einer am oberen Ende des Mastes angebrachten Fläche auf, die bei einer Bewegung des Masts gegenüber der Senkrechten entstehen. Hierzu ist im Mast ein lichtleitfähiges Rohr zwischen Laser und Messfläche vorzusehen.
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Aus der
WO 00 / 43 768 A1 ist eine Vorrichtung zur Überwachung von Bauwerksstrukturen mit Kamerabildern bekannt. Dabei werden Kamerabilder zur Überprüfung der Bauwerksstruktur nach einem Alarm verwendet, der zuvor durch eine andere Sensoreinrichtung ausgelöst wurde.
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Nachteilig ist bei bekannten Verfahren und Vorrichtungen, dass die Prüfung durch die Montage unterschiedlicher Sensoren, Laser oder Skalenplatten an dem Mast sehr aufwändig ist. So können die Sensoren und Laser mit überschaubarem Aufwand nur bis zu einer bestimmten Höhe am Mast befestigt werden. Insbesondere Auslenkungen des oberen Bereichs des Mastes, und damit auch der Mastspitze, können mit bekannten Verfahren oder Vorrichtungen nicht gemessen werden, da eine Anbringung von Elementen an der Mastspitze den Einsatz eines Krans, eines Gerüstes oder Ähnliches erfordert und enorme Kosten verursacht. Zudem sind die Bereiche um den Mast für größere Aufbauten nicht immer ausreichend zugängig.
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Die zu montierenden Sensoren oder Laser sowie deren Halterungen können zudem Beschädigungen am Mast, insbesondere an der Bauteilschale oder Oberfläche des Mastes verursachen, wodurch der Mast insbesondere für eindringendes Wasser anfällig werden kann.
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Ausgehend von dem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Überprüfung der Standsicherheit von Masten vorzuschlagen, welche die vorgenannten Nachteile überwinden.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Überprüfung der Standsicherheit von zumindest einem Mast.
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Es wird vorgeschlagen, dass zumindest eine Kamera umfasst ist, die auf den Mast ausgerichtet ist, wobei auf einem Kamerabild ein oberer Bereich des Mastes abgebildet ist, oder dass zumindest eine Kamera an dem oberen Bereich des Mastes angeordnet ist, wobei das Kamerabild einen Bodenbereich des Mastes oder einen Bereich in der Umgebung des Mastes zeigt. In beiden Fällen kann eine Relativbewegung zwischen dem Bodenbereich und dem oberen Bereich des Mastes ermittelt werden. Da die größten Auslenkungen im oberen Bereich des Mastes auftreten, bietet dieser Bereich die meisten sowie die ausschlaggebenden Informationen bezüglich einer Auslenkung sowie zurückbleibender Verformungen. Daher ist eine Messung im oberen Bereich des Mastes bei der Überprüfung der Standsicherheit ausschlaggebend. Da die Masten im oberen Bereich meist schlanker ausgeführt sind als im Bereich des Fundaments, kann mit der vorgeschlagenen Vorrichtung überprüft werden, ob nach einer Anregung des Mastes diese wieder exakt in die Ausgangslage zurückkehrt. Dazu ist eine Messung des oberen „weichen“ Bereichs des Mastes unumgänglich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann es sich bei dem Mast um einen Turm einer Windkraftanlage handeln. Durch die Vorrichtung kann daher insbesondere die Standsicherheit von Windkraftanlagen untersucht bzw. dokumentiert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Vorrichtung auch dauerhaft an dem Mast montiert sein, um ein Monitoring dauerhaft oder über einen bestimmten Zeitraum durchzuführen. In einem derartigen Fall kann die zumindest eine Kamera auch im oder am oberen Bereich des Mastes dauerhaft montiert sein. Die Vorrichtung kann folglich als Festinstallation zur Permanentüberwachung dienen.
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Mit anderen Worten ist eine einfache und präzise Ermittlung einer relativen Bewegung zwischen dem Bodenbereich und dem oberen Mastbereich mittels der zumindest einen Kamera möglich. Die Vorrichtung eignet sich daher insbesondere für die Überwachung von gewöhnlichen Masten bzw. Laternenmasten. Insbesondere kann das Verfahren auch zur Überwachung von Windkraftanlagen eingesetzt werden.
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Da die zumindest eine Kamera, insbesondere ortsfest, an einer Bodenposition angeordnet ist, kann auf eine Montage bzw. Anbringung von weiteren Messinstrumenten am Mast verzichtet werden. Eine Beschädigung des Mastes kann dabei verhindert werden. Ebenso können teure Anbauten auf der Oberfläche des Mastes entfallen. Die Kamera ist bevorzugt von einer Bodenposition von einer Bedienperson bedienbar.
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Die Kamera kann an einer für eine Bedienperson gut zugänglichen Position angeordnet werden, wodurch keine besonderen Anforderungen an die Umgebung des Mastes gestellt sind. Bevorzugt ist die Kamera auf eine beliebige Position im oberen Bereich des Mastes ausgerichtet, sodass beispielsweise ein Ausschnitt im oberen Drittel des Mastes von der Kamera erfasst wird.
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Erfindungsgemäß kann demnach eine optische Schwingungsmessung erfolgen, die zudem kontaktlos zu dem zu messenden Mast ausgeführt werden kann.
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Der obere Bereich des Mastes kann daher insbesondere als das obere Drittel aufgefasst werden. Ebenso kann der obere Bereich des Mastes im oberen Fünftel des Mastes liegen. In einer weiteren Ausführung kann der obere Bereich des Mastes eine spezielle Anbringung an der Mastspitze oder einen Kopf des Mastes ausbilden, an dem beispielsweise eine Halterung, ein Leuchtmittel, eine Ampel oder ein Hinweisschild angebracht ist.
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Der Mast kann unterschiedlich hoch ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Mast eine Höhe von 8 m bis 12 m aufweisen. Insbesondere kann der Mast 10 m hoch sein.
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Mit der Kamera kann insbesondere ein bewegtes Bild erzeugt werden, um die Schwingung des Mastes innerhalb des Kamerabildes als Filmaufnahme zu speichern. In einer weiteren Ausführungsform kann eine Abfolge von Standbildern erzeugt werden, die beispielsweise in gewünschten Zeitabständen ausgegeben werden. Bei den Zeitabständen kann es sich um Hundertstel- bzw. Zehntelsekunden handeln, sodass durch die Bildfolge die Schwingung des Mastes nachempfunden werden kann.
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In einem nachgelagerten Bearbeitungsschritt kann die aufgezeichnete Schwingung signaltheoretisch ausgewertet werden, insbesondere durch eine digitale Transformationsvorschrift wie DFT, FFT in einem Spektralbereich transformiert und auf Eigenschwingungen, d.h. Moden des durch den Mast dargestellten Resonanzsystems ausgewertet werden. Durch Standardverfahren der numerischen Mathematik kann somit eine Eigenwert/Eigenvektoranalyse vorgenommen werden, um aus dem durch die Kamera aufgezeichneten Schwingungsverlauf Eigenschwingungen zu bestimmen. Eine Veränderung der Eigenschwingungen bei an sich unveränderten baulichen Maßnahmen ist ein starker Indikator für strukturelle Veränderungen und Schäden am Mast.
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Durch die vorgeschlagene Vorrichtung kann insbesondere eine absolute Positionsmessung erfolgen. Dazu ist es vorteilhaft, wenn vor Anregung des Mastes, d. h. insbesondere vor dem Anschwingen, eine Aufnahme von der Ausgangssituation erfolgt. Im Anschluss daran sollte die Kamera nicht mehr verschoben werden. Wird der Mast angeregt, beispielsweise im Bereich des Mastfußes, erfährt die Mastspitze die größte Auslenkung. Dadurch kann die Messung bei nur geringer Anregung des Mastes erfolgen, wobei gleichzeitig eine Beschädigung durch zu große Schwingungsamplituden vermieden werden kann. Die Schwingungsamplitude im oberen Bereich des Mastes wird im Anschluss an die Ausgangssituation insbesondere durchgängig oder in gewünschten Zeitabständen bildlich festgehalten. Dadurch kann auch nach mehreren durchgeführten Schwingungsversuchen überprüft werden, ob der Mast nach dem Anschwingen wieder exakt in eine Ausgangslage zurückkehrt. Dies kann insbesondere millimetergenau, d. h. im Millimeterbereich erfolgen. Bevorzugt erfolgen mehrere Anschwingungen in unterschiedliche Richtungen, wobei die Richtungen in einer horizontalen Ebene angeordnet sind.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Kamerabild das obere Ende des Mastes zeigen. Als oberes Ende des Mastes kann insbesondere die Mastspitze verstanden werden. An der Mastspitze kann beispielsweise eine Halterung für ein Kabel angeordnet sein.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Kamera derart auf den Mast ausgerichtet sein, dass das Kamerabild eine Unterseite eines Lampenträgers zeigt. Da sich der Lampenträger gemeinsam mit der Mastspitze verformt bzw. mit gleicher Schwingungsamplitude wie der Mast schwingt, kann aus der Beobachtung des Lampenträgers auf die Situation des Mastes geschlossen werden. Wird der Lampenträger von unten gefilmt, steht eine nahezu ebene Fläche zur Beobachtung zur Verfügung, wodurch die Messergebnisse besonders präzise ausfallen. Des Weiteren kann die Kamera direkt unterhalb des Lampenträgers an einer Bodenposition angeordnet sein. Dabei kann die Kamera beispielsweise direkt neben dem Mastfuß platziert werden. Da die Kamera an sich sehr klein ist, kann dadurch auf unterschiedliche Platzverhältnisse eingegangen werden. Des Weiteren kann die Kamera an einer beliebig entfernten Position von dem Mastfuß bzw. von dem Mast an sich angeordnet werden, welche einen freien Blick auf den Lampenträger bzw. auf die Mastspitze bietet. Dadurch ist die Vorrichtung vollkommen unabhängig von den Platzverhältnissen am zu untersuchenden Mast.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform kann ein Laserstrahl eines ortsfesten Lasers auf den Bereich des Mastes gerichtet sein, der von der Kamera erfasst, sodass der Laserstrahl als Fixpunkt im Kamerabild sichtbar ist, wobei der Laser unabhängig von dem Mast fixiert ist, sodass der Mast eine Relativverschiebung zu dem Laserstrahl ausüben kann. Der Laser kann ebenso an einer beliebigen Position um den Mastfuß herum bzw. um den Mast angeordnet werden. Eine Montage des Lasers an den Mast an sich ist dabei nicht erforderlich. Zu dem durch den Laserstrahl erzeugten Fixpunkt kann eine relative Bewegung des Mastes berechnet werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, falls sich die Kamera während der Messung verschieben sollte.
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Ist der Laser unabhängig von dem Mast fixiert, so wird vorteilhafterweise der Laser von der Bewegung des Mastes nicht beeinflusst. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der Laserstrahl immer exakt gleich ausgerichtet ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform kann zumindest eine Kamera in einem von Innen begehbaren Bereich eines Mastes angeordnet und auf den Bodenbereich innerhalb des Mastes ausgerichtet sein, wobei das Kamerabild einen Bereich innerhalb des begehbaren Mastes zeigt. Bei der Kamera kann es sich um die bereits zuvor erläuterte Kamera handeln. Ebenso kann eine weitere Kamera eingesetzt werden. IN einer derartigen Ausführungsform kann die zumindest eine Kamera von dem oberen Bereich des Mastes aus auf eine Bodenfläche im Innern des Mastes ausgerichtet sein und diesen Bereich filmen. Dadurch kann eine Relativbewegung des oberen Bereichs des Mastes ermittelt werden, wodurch insbesondere Rückschlüsse auf die Standsicherheit möglich sind. Bei dem Mast kann es sich insbesondere um den Turm einer Windkraftanlage handeln.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Kamera eine Kamera eines Smartphones sein. Vorteilhafterweise kann dadurch die komplette Aufnahme während des Versuchs allein durch ein Smartphone durchgeführt werden. Bevorzugt kann die Aufnahme anschließend mit Hilfe einer Software ausgewertet werden. Die Software kann beispielsweise direkt als App auf dem Smartphone installiert sein. Dabei kann die Auswertung insbesondere auch „just in time“ während der Aufnahme erfolgen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform kann ein Umlenkspiegelelement umfasst sein, das zur Umlenkung des Kamerabildes dient, sodass das Kamerabild einen Bereich des Mastes zeigt und die Kamera, insbesondere die Kamera eines Smartphones, von der Bedienperson in einer aufrechten Position bedienbar ist. Als Umlenkelemente kann beispielsweise eine Art Spiegel eingesetzt werden, durch welchen das Kamerabild umgelenkt wird. Der zumindest eine Spiegel ist insbesondere derart angeordnet, dass vorteilhafterweise die Kamera bzw. das Smartphone bedienbar bleibt, auch wenn das Kamerabild einen oberen Bereich des Mastes bzw. den Lampenträger zeigt.
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In einer vordersten Ausführungsform kann die Kamera in einem Abschirmungselement angeordnet sein, sodass seitlicher Lichteinfall vermieden wird. Als Abschirmelement kann insbesondere eine Art Schacht verwendet werden, durch welchen hindurchgefilmt wird. Der Schacht ist bevorzugt schwarz, insbesondere matt schwarz verkleidet bzw. eingefärbt, sodass Reflexionen vermieden werden können.
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Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Überprüfung der Standsicherheit von zumindest einem Mast.
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Es wird ein Verfahren vorgeschlagen, dass ein Erstellen einer ersten Bildfolge und/oder einer ersten Filmaufnahme mittels einer Kamera über einen Zeitraum t1 umfasst. Die Kamera ist ortsfest angeordnet und auf einen oberen Bereich des Mastes ausgerichtet ist. In einer weiteren Ausführung ist die Kamera an einem oberen Bereich des Mastes angeordnet und auf einen Bodenbereich des Mastes oder einen Bereich in der Umgebung des Mastes ausgerichtet. In beiden Fällen kann insbesondere eine plastische Verformung des Mastes erkannt werden.
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In einer Ausführungsform kann daher nur eine Schwingungsmessung erfolgen, während derer eine möglicherweise auftretende, insbesondere um eine Oszillationsamplitude bereinigte Bewegung des optischen Schwerpunkts des Mastes untersucht werden kann.
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Insbesondere kann bei einer Festinstallation zur Permanentüberwachung auch eine von außen aufgeprägte Anregung, wie beispielsweise durch künstliche Krafteinleitung, oder auch beispielsweise nur durch Wind, genutzt werden, um eine gegebenenfalls vorhandene, langfristige Drift des von der Kamera erfassten optischen Schwerpunkts zu überwachen. Dabei kann eine plastische Verformung des Mastes ermittelt bzw. entdeckt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann vor oder nach dem Erstellen der ersten Bildfolge und/oder der ersten Filmaufnahme eine Anregung des Mastes erfolgen, sodass dieser in eine erste Schwingung versetzt wird. In diesem Fall kann insbesondere untersucht werden, ob der optische Schwerpunkt vor und nach der einmaligen Anregung übereinstimmt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann vor und nach der Anregung des Mastes ein optischer Schwerpunkt der natürlichen Mastbewegung und der angeregten Schwingung ermittelt werden, wobei anschließend überprüft wird, ob die beiden Schwerpunkte übereinstimmen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform können nach dem Erstellen der ersten Bildfolge und/oder einer ersten Filmaufnahme die folgenden Schritte erfolgen:
- - weiteres Anregen des Mastes, sodass dieser in eine zweite Schwingung versetzt wird, wobei die zweite Schwingung ungleich der ersten Schwingung, insbesondere abgewinkelt zur ersten Schwingung (S1) und zweiten Schwingung (S2), ist,
- - Erstellen einer zweiten Bildfolge und/oder einer zweiten Filmaufnahme mittels der Kamera über einen Zeitraum t2,
- - Ermitteln eines optischen Schwerpunkts jeder Schwingung aus den ersten und zweiten Bildfolgen und/oder Filmaufnahmen,
- - Überprüfen, ob beide Schwerpunkte übereinstimmen.
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Eine Ausführungsform des Verfahrens ist beispielsweise durch die folgenden Schritte gekennzeichnet:
- - Anregen des Mastes, sodass dieser in eine erste Schwingung versetzt wird,
- - Erstellen einer ersten Bildfolge und/oder einer ersten Filmaufnahme mittels einer Kamera über einen Zeitraum t1, wobei die Kamera ortsfest angeordnet und auf einen oberen Bereich des Mastes ausgerichtet ist,
- - Anregen des Mastes, sodass dieser in eine zweite Schwingung versetzt wird, wobei die zweite Schwingung ungleich der ersten Schwingung ist,
- - Erstellen einer zweiten Bildfolge und/oder einer zweiten Filmaufnahme mittels der Kamera über einen Zeitraum t2,
- - Ermitteln des optischen Schwerpunkts jeder Schwingung aus den ersten und zweiten Bildfolgen und/oder Filmaufnahmen,
- - Überprüfen, ob beide Schwerpunkte übereinstimmen.
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Für das Verfahren gelten dabei dieselben Merkmale sowie Vorteile, wie bezüglich der Vorrichtung beschrieben. Das Verfahren basiert insbesondere ebenso auf einer optischen Schwingungsmessung, und kann daher kontaktlos bezüglich des Mastes ausgeführt werden.
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Die Zeiträume t1 bzw. t2 können beliebig lange gewählt werden. Bei dem Zeitraum kann es sich um einen sehr langen Zeitraum handeln, sodass quasi eine Permanentüberwachung des Mastes, insbesondere einer Windkraftanlage, erfolgen kann.
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Insbesondere sollte innerhalb des jeweiligen Zeitraums ein Schwerpunkt der Schwingungsfrequenz bzw. der Schwingungsanregung ermittelbar sein. Als Schwerpunkt kann hierbei ein Ort verstanden werden, an welchen der Mast nach erfolgter Anregung zurückkehrt bzw. in Ruhe verbleibt. Während der Anregung bewegt sich daher der Mast bzw. der Teilbereich des Mastes um diesen Schwerpunkt und nähert sich diesen immer mehr an. Werden zumindest zwei Anregungen hintereinander gestartet, welche jeweils mittels der Kamera gefilmt werden, können für ein und denselben gefilmten Bereich des Mastes zwei Schwingungsbewegungen beobachtet werden. Vorteilhafterweise wird der Mast für die zwei Zeiträume in unterschiedlich ausgerichtete Schwingungen versetzt. Dies bedeutet insbesondere, dass die Richtungen der Anregungen in einer horizontalen Ebene unterschiedlich ausgerichtet sind. Dabei kann auch die Schwingung in unterschiedliche horizontale Richtungen unterschiedlich groß ausgebildet sein, unabhängig von der Beschaffenheit des Mastes und/oder der Richtung der Krafteinleitung. Idealerweise kann eine kreis- oder elliptische Schwingung um den Schwingungsschwerpunkt des Mastes angeregt werden, um das Schwingungsverhalten in allen Raumrichtungen anzuregen. Liegt nun eine zurückbleibende Verformung nach der Anregung vor, kann diese dadurch ermittelt werden, dass die beiden Schwerpunkte der beiden ermittelten Bildfolgen nicht aufeinander liegen. Kehrt der Mast hingegen nach jeder Anregung in ein und dieselbe Ausgangslage zurück, d. h. liegen die beiden Schwerpunkte aufeinander, liegt keine zurückbleibende Deformation bzw. Verformung in dem Mast vor. Schlussfolgernd kann daher davon ausgegangen werden, dass der Mast stabil genug in dem Fundament gelagert ist.
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Insbesondere kann durch das Verfahren mittels Bildbearbeitung eine Position des Mastes, bzw. eines Ausschnitt des Mastes, zu jedem beliebigen Zeitpunkt erfasst bzw. ermittelt werden. Durch die Bildbearbeitung kann insbesondere eine Auslenkung eines Mastbereichs in zumindest zwei Richtungen einer Ebene bestimmt werden. Insbesondere kann dabei die Auslenkung über eine Zeitspanne ermittelt werden. Mittels Bildbearbeitung kann dabei neben der relativen Auslenkung bezüglich eines Referenzpunkt auch die absolute Auslenkung für einen bestimmten Bereich ermittelt werden. Durch die absolute Auslenkung kann das tatsächliche elastische Verhalten des Mastes während der Anregung bestimmt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens kann zumindest eine dritte Schwingung durch Anregung des Mastes erzeugt werden, von welcher eine dritte Bildfolge und/oder eine dritte Filmaufnahme mittels der Kamera über einen Zeitraum t3 erzeugt wird, deren optischer Schwerpunkt ebenso mit den zuvor ermittelten optischen Schwerpunkten verglichen wird. Die dritte Schwingung ist bevorzugt abgewinkelt, insbesondere rechtwinklig zur ersten und/oder zweiten Schwingung ausgerichtet. Dadurch kann die Genauigkeit des Verfahrens optimiert werden.
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Eine Abwinkelung, insbesondere orthogonale Abwinkelung der Schwingungsanregung der zweiten bzw. dritten Schwingung zur ersten Schwingung ermöglicht die ganzheitliche Erfassung möglichst aller Eigenschwingungen des Resonanzsystems, so dass eine Detektion aller Eigenschwingungen in 2D bzw. 3D erreicht werden kann. So können strukturelle Schäden, die lediglich eine Veränderung des Schwingungsverhaltens in einer Raumrichtung bewirken, zuverlässig erkannt werden, da Schwingungen in mehreren Richtungen betrachtet und analysiert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens kann die Kamera auf ein oberes Ende des Mastes, insbesondere auf einen Lampenträger, ausgerichtet sein.
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Insbesondere kann eine Unterseite des Lampenträgers gefilmt werden. Dadurch kann die Auslenkung des Lampenträgers in einer Ebene parallel zum Boden bzw. in einer horizontalen Ebene erfasst werden. Vorteilhafterweise stellt dies die größte Auslenkung an einem Mast mit einem Lampenträger dar, da das freie Ende, an welchem der Lampenträger angeordnet ist, am weitesten auslenkt. Erfolgt die Ermittlung der Auslenkung an diesem Punkt, kann die Genauigkeit des Verfahrens verbessert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens kann zumindest ein Laserstrahl zumindest einen ortsfesten Referenzpunkt auf der Bildfolge und/oder auf der Filmaufnahme bereitstellen. Dieser Referenzpunkt ist als Fixpunkt in der Aufnahme sichtbar. Bezüglich dieses Fixpunkts kann eine relative Bewegung bzw. relative Schwingung des Mastes berechnet werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens kann eine Relativbewegung des Mastes zu dem Referenzpunkt ermittelt werden und/oder eine ungewollte Bewegung der Kamera ermittelt werden. Mithilfe einer anschließenden bzw. parallelen Bildbearbeitung kann daher auch bei Änderung einer Kameraposition die tatsächliche Bewegung bzw. das tatsächliche Schwingungsverhalten des Mastes ermittelt werden, solange der Referenzpunkt im Kamerabild sichtbar ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform können zumindest zwei Laserstrahlen zumindest zwei ortsfeste Referenzpunkte auf der Bildfolge und/oder auf der Filmaufnahme bereitstellen, sodass eine Bewegungsamplitude des Mastes ermittelt werden kann. Insbesondere kann dabei der Betrag der Bewegungsamplitude einfach berechnet werden. Beispielsweise können zwei Laser eingesetzt werden, In einer weiteren Ausführungsform können mehr als zwei Laser, insbesondere drei bis fünf Laser, eingesetzt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens kann bei einer Soll-Schwingungsamplitude des Mastes ein Signal ausgegeben und eine weitere Anregung gestoppt werden. Vorteilhafterweise kann eine echtzeitfähige Auswertung der Schwingungsamplitude Aufschluss darüber geben, ob der Mast ausreichend angesprungen ist. Dadurch kann eine übermäßig hohe Belastung bzw. eine Überbeanspruchung des Mastes vermieden werden. Vorschädigungen an dem Mast durch das Verfahren können daher vermieden werden.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der vorliegenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigt:
- 1 zwei schematische Darstellungen eines Mastes mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 2 eine Ansicht auf eine Unterseite eines Lampenträgers;
- 3 eine schematische Darstellung eines Mastes mit einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 4 zwei mögliche Projektionen von Schwingungsanregungen für zwei unterschiedliche Masten.
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1 zeigt zwei schematische Darstellungen eines Mastes 12 mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. In 1 (a) ist eine erste Ausführungsform der Vorrichtung 10 zur Überprüfung der Standsicherheit des Mastes 12 dargestellt. Eine Kamera 14 ist auf einen oberen Bereich 18 des Mastes 12 ausgerichtet. Die Kamera 14 ist unabhängig von dem Mast 12 an einer Bodenposition 16 im Bereich des Mastes 12 angeordnet. Die Kamera 14 ist derart ortsfest platziert, dass das Kamerabild 15 auf den oberen Bereich 18 ausgerichtet ist.
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Die Kamera 14 ist in dieser Ausführungsform auf einem eigenen Stativ angeordnet und kann an einer beliebigen Position im Bereich des Mastfußes angeordnet werden. Insbesondere steht die Kamera 14 dabei nicht mit dem Mast 12 in Kontakt. Die Kamera 14 kann eine gewöhnliche Digitalkamera sein. In einer weiteren Ausführungsform kann als Kamera 14 die Kamera eines Smartphones 32 eingesetzt werden. In einer derartigen Ausführungsform wird das Smartphone 32 auf einem Stativ platziert und gemäß der oberen Darstellung wie die Kamera 14 ausgerichtet.
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In 1 (b) ist eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 10 dargestellt. Die Kamera 14 ist direkt vertikal ausgerichtet und unterhalb eines Lampenträgers 24 platziert. Um störenden Lichteinfall zu vermeiden, kann an der Kamera 14 ein Abschirmungselement 34 angeordnet sein. Dieses ist beispielsweise als eine Art Schacht ausgeformt. Die Kamera 14 bzw. das Smartphone 32 sind auch in dieser Ausführungsform unabhängig von dem Mast 12 bzw. dem Mastfuß angeordnet. Insbesondere kann durch eine ortsfeste sowie von dem Mast 12 unabhängige Position der Kamera 14 ein einfach umzusetzendes und für unterschiedliche Ortbegebenheiten anpassbares Verfahren 40 zur Verfügung gestellt werden.
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Der dargestellte Mast kann beispielsweise eine Höhe von 8 bis 12 m, insbesondere von 10 m aufweisen. Als oberer Bereich 18 ist insbesondere das obere Drittel des Mastes 12 zu verstehen. Eine Messung in diesem Bereich ist besonders effizient bzw. besonders genau, da der Mast 12 am oberen Bereich 18 bzw. am oberen Ende 20 die größte Auslenkung erfährt, wenn dieser am Mastfuß eingespannt ist und angeschwungen wird.
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2 zeigt eine Ansicht auf eine Unterseite 22 eines Lampenträgers 24. Dargestellt ist das Kamerabild 15, das insbesondere mit einer Ausführungsform des Verfahrens 10 gemäß 1 (b) erzeugt werden kann. Folglich kann eine beliebige Bildfolge und/oder eine Filmaufnahme von der Unterseite 22 des Lampenträgers 24 während einer Schwingung sowie im Stillstand des Mastes 12 erzeugt werden. Da sich der Lampenträger 24 am obersten Ende 20 des Mastes 12 befindet, kann mit dem Kamerabild 15 die größtmögliche Auslenkung des Mastes 12 bildlich festgehalten werden.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Mastes 12 mit einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. Im Gegensatz zu der Darstellung in 1 ist ein Laser 28 unabhängig von dem Mast 12 sowie unabhängig von der Kamera 14 an der Bodenposition 16 im Bereich des Mastfußes angeordnet. Mit dem Laser 28 wird ein Laserstrahl 26 in Richtung Kamerabild 15 projiziert. Mit dem Laserstrahl 26 kann ein Referenzpunkt 29 als Fixpunkt 30 in dem Kamerabild 15 erzeugt werden, dargestellt in 2. Damit kann eine Relativverschiebung des Mastes 12 bzw. des Lampenträgers 24 zu diesem Referenzpunkt 29 mittels Bildbearbeitung berechnet werden. Bei der Bildbearbeitung handelt es sich insbesondere um eine bildliche Auswertung der Verschiebung unterschiedlicher Bildpunkte zwischen unterschiedlichen Aufnahmen bzw. zu unterschiedlichen Zeitpunkten.
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Die Ausführungsform in 3 zeigt weiterhin ein Umlenkspiegelelement 36, das zur Umlenkung des Kamerabilds 15 dient. Dadurch kann die Kamera 14 bzw. Smartphone 32 in einer für eine Bedienperson leicht zu erreichenden Position angeordnet werden, auch wenn die Kamera des Smartphones 32 bzw. die Linse der Kamera 14 den Lampenträger 24 abbildet.
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4 zeigt zwei mögliche Projektionen von Schwingungsanregungen für zwei unterschiedliche Masten. In der oberen Darstellung ist ein Mast dargestellt, der nach unterschiedlichen Schwingungsanregungen immer wieder in die Ausgangslage zurückkehrt. Dies wird dadurch deutlich, dass für die Schwingungen S1, S2, S3 die ermittelten Schwerpunkte SP1, SP2, SP3 übereinstimmen. In der unteren Darstellung ist ein Mast dargestellt, der beispielsweise eine ungenügende Stabilität aufweist, ungenügend im Betonfundament verankert ist und/oder während der Schwingung plastische Verformungen erfährt. Dies ist dadurch ersichtlich, dass die Schwerpunkte SP1, SP2, SP3 der Schwingungen S1, S2, S3 an unterschiedlichen Positionen angeordnet sind.
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Gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens 40 bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 wird der Mast 12 bevorzugt in zumindest zwei unterschiedliche Richtungen angeregt. Dadurch kann eine richtungsunabhängige Stabilitätsprüfung erfolgen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vorrichtung
- 12
- Mast
- 14
- Kamera
- 15
- Kamerabild
- 16
- Bodenposition
- 18
- oberer Bereich
- 20
- oberes Ende
- 22
- Unterseite
- 24
- Lampenträger
- 26
- Laserstrahl
- 28
- Laser
- 29
- Referenzpunkt
- 30
- Fixpunkt
- 32
- Smartphone
- 34
- Abschirmungselement
- 36
- Umlenkspiegelelement
- 40
- Verfahren
- SP1
- Schwerpunkt
- SP2
- Schwerpunkt
- SP3
- Schwerpunkt
- S1
- Schwingung
- S2
- Schwingung
- S3
- Schwingung
