DE19601968A1 - Vorrichtung zur Erfassung von Längenänderungen an Bauteilen mittels Lichtwellenleitern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung von Längenänderungen an Bauteilen mittels Lichtwellenleitern die in jeweils einer mit dem Bauteil verbindbaren Hülle aufgenommen und gegenüber der Hülle vorgespannt sind.

Aus optischen Fasern bestehende Lichtwellenleiter werden als Meßwertgeber zur Erfassung von Längenänderungen von Bauteilen eingesetzt. Die bei der Dehnung der Lichtwellenleiter auftretende Querkontraktion verursacht eine Dämpfung der Lichtimpulse im Lichtwellenleiter. Diese Dämpfung stellt ein Maß für die Dehnung dar.

Um mit derartigen Lichtwellenleitern nicht nur eine Dehnung des überwachenden Bauteils, sondern auch eine Schrumpfung oder Stauchung erfassen zu können, werden die Lichtwellenleiter vor der Verbindung mit dem Bauteil vorgespannt. Eine Schrumpfung oder Stauchung des zu überwachenden Bauteils verursacht dann eine Verringerung der Vorspannung und ist somit ebenfalls als eine Änderung der Lichtdämpfung erfaßbar. Eine Schwierigkeit beim Einsatz dieser Lichtwellenleiter besteht darin, daß die erforderliche Vorspannung beim Einbau des Lichtwellenleiters vor Ort vorgenommen werden muß. Dies ist insbesondere schwierig, wenn es sich bei dem zu überwachenden Bauteil um ein Bauwerksteil aus Beton handelt und der Lichtwellenleiter eingegossen werden soll.

Deshalb wird bei einer bekannten Vorrichtung der eingangs genannten Gattung (EP 0 264 622 B1) der Lichtwellenleiter in ein Hüllrohr eingezogen und gegenüber diesem Hüllrohr vorgespannt, bevor der Einbau im oder am zu überwachenden Bauwerksteil erfolgt. Es ist dann nicht mehr erforderlich, den Lichtwellenleiter vor Ort vorzuspannen. Der Lichtwellenleiter wird durch Verpressen des Hüllrohres mindestens auf einem Teil seiner Länge mit dem Hüllrohr fest verbunden.

Wegen der Verwendung von Hüllrohren müssen diese bekannten Lichtwellenleiter aber beim Transport und insbesondere beim Einbau besonders sorgsam gehandhabt werden. Eine unbeabsichtigte Verbiegung des Hüllrohres könnte beim Einbau in den meisten Fällen nicht mehr so vollständig rückgängig gemacht werden, daß eine nachteilige Beeinflussung der Vorspannung ausgeschlossen ist. Die Verwendung solcher, in Hüllrohren vorgespannter Lichtwellenleiter hat daher in die Praxis keinen Eingang gefunden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß eine einfache Handhabung der in einer Hülle vorgespannten Lichtwellenleiter beim Transport und beim Einbau ermöglicht wird, ohne daß hierdurch die vorgegebene Vorspannung beeinträchtigt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Hülle ein flexibler Schlauch aus gewendeltem Draht mit aneinanderliegenden Windungen ist und daß der Lichtwellenleiter mindestens an seinen beiden Enden mit dem flexiblen Schlauch verbunden und gegenüber diesem vorgespannt ist.

Die Verwendung eines flexiblen Schlauchs aus gewendeltem Draht bildet ähnlich wie bei einem Bowdenzug eine in Längsrichtung des Lichtwellenleiters drucksteife Verbindung zwischen dessen beiden Enden, die geeignet ist, die auf die Enden des Lichtwellenleiters aufgebrachte Vorspannkraft aufzunehmen.

Wenn der Lichtwellenleiter an seinen beiden Enden mit dem die Hülle bildenden flexiblen Schlauch verbunden ist, sich im übrigen aber frei gegenüber diesem flexiblen Schlauch bewegen kann, werden nur die über die gesamte Länge des Lichtwellenleiters aufsummierten Längenänderungen erfaßt, wobei lokale Abweichungen ohne Einfluß auf das Meßergebnis bleiben. Dabei wird der Tatsache Rechnung getragen, daß es bei der Überwachung und kontinuierlichen Vermessung eines Bauwerks zur Beurteilung seines statischen Zustandes in erster Linie darauf ankommt, Längenänderungen über eine große Längenbasis zu erfassen, beispielsweise über die gesamte Länge oder Breite eines Bauwerks. Bisher war es hierfür erforderlich, den eingesetzten Lichtwellenleiter geradlinig zwischen seinen beiden Endpunkten oder zumindest zwischen mehreren Stützpunkten bei einem gekrümmten Verlauf einzuspannen. Eine Einbettung des Lichtwellenleiters in ein Betonbauteil war auf diese Weise nicht oder nur mit erheblichem Aufwand möglich.

Die als flexibler Schlauch aus gewendeltem Draht ausgeführte Hülle ermöglicht es, den Lichtwellenleiter nach dem Aufbringen der Vorspannung in nahezu beliebiger Weise zu verformen, insbesondere zu wickeln, um ihn in dieser Lage zur Baustelle zu transportieren. Auch beim Einbau in das zu überwachende Bauwerksteil kann der so vorgespannte Lichtwellenleiter mit seiner Hülle ohne Schaden gebogen werden. Dies ermöglicht es beispielsweise, den Lichtwellenleiter in die vorbereitete Bewehrung eines Stahlbetonteils einzulegen und danach den Beton einzubringen, um den Lichtwellenleiter einzubetonieren. Der die Hülle des Lichtwellenleiter bildende flexible Schlauch wird dabei vollständig mit dem umgebenden Beton verbunden, wobei die vorgegebene Vorspannung erhalten bleibt. Der so eingebaute Lichtwellenleiter hat fast die zwischen seinen Enden auftretenden Längenänderungen des zu überwachenden Bauteils in positiver und negativer Richtung, d. h. Dehnungen und Stauchungen bzw. Schrumpfungen.

Es kann vorgesehen werden, daß der Lichtwellenleiter nur an seinen beiden Enden oder zusätzlich an mehreren Zwischenpunkten mit der Hülle verbunden ist.

Vorzugsweise ist der Lichtwellenleiter in einem Schutzschlauch aufgenommen, der beispielsweise aus Kunststoff besteht. Dadurch wird nicht nur die Montage des Lichtwellenleiters erleichtert, sondern auch eine weitestgehende Reibungsverminderung gegenüber dem flexiblen Schlauch aus gewendeltem Draht erreicht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist.

Die Zeichnung zeigt jeweils zur Hälfte in einer Ansicht und einem Längsschnitt einen als Vorrichtung zur Erfassung von Längenänderungen an Bauteilen dienenden Lichtwellenleiter 1, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Bündel von miteinander verseilten, vorzugsweise drehverseilten Lichtwellenleiter- Leitfasern besteht.

Der Lichtwellenleiter 1 ist in einem Schutzschlauch 2 aus Kunststoff aufgenommen und liegt in einem eine Hülle bildenden flexiblen Schlauch 3. Der flexible Schlauch 3 besteht aus gewendeltem Draht 4, vorzugsweise Stahldraht, dessen Windungen dicht aneinanderliegen.

Der Lichtwellenleiter 1 stützt sich an seinen beiden Enden (wobei in der Zeichnung nur ein Ende dargestellt ist) über einen mit dem Lichtwellenleiter 1 verbundenen, in der Zeichnung nur schematisch dargestellten Stützkörper 5 an beiden Enden des flexiblen Schlauchs 3 ab, nachdem auf den Lichtwellenleiter 1 eine vorgegebene Vorspannung aufgebracht wurde.

Mit einer nur schematisch angedeuteten optisch­ elektronischen Einrichtung 6 werden Lichtimpulse durch den Lichtwellenleiter 1 geschickt, deren bei einer Längenänderung des Lichtwellenleiters 1 auftretende Dämpfung erfaßt und als Maß für die Längenänderung ausgewertet wird.

Der vorgespannte, in dem flexiblen Schlauch 3 aus gewendeltem Stahldraht 4 aufgenommene Lichtwellenleiter kann in diesem Zustand in ein zu überwachendes Bauwerksteil einbetoniert werden, wobei die schon bei der Herstellung vorgegebene Vorspannung erhalten bleibt. Längenänderungen zwischen den beiden Enden des einbetonierten flexiblen Schlauches 3 bewirken eine Längenänderung des vorgespannten Lichtwellenleiters l. Anstelle des nur beispielsweise beschriebenen Einbetonierens kann auch eine andere Anbringung des im flexiblen Schlauch 3 aufgenommenen Lichtwellenleiters 1 erfolgen, beispielsweise die Verlegung in einem Rohr.

Nach dem Einbau in das zu überwachende Bauteil kann die Einstellung der Vorrichtung in einfacher Weise erfolgen.

Da der bei der Herstellung durch die Vorspannung vorgegebene Kalibrierwert sich beim Einbau nicht ändert, ist es nicht erforderlich, durch hierauf spezialisiertes Fachpersonal nach dem Einbau eine Einstellung der Vorspannung vorzunehmen.

Da der flexible Schlauch 3 aus gewendeltem Stahldraht einen sehr wirksamen mechanischen Schutz des Lichtwellenleiters 1 bildet, ist eine Beschädigung beim Einbetonieren weitestgehend ausgeschlossen. Wegen der gerillten Oberfläche des flexiblen Schlauches 3 erfolgt eine innige Verbindung mit dem umgebenden Beton und dadurch ein hervorragender Lasttransfer.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Erfassung von Längenänderungen an Bauteilen mittels Lichtwellenleitern, die in jeweils einer mit dem Bauteil verbindbaren Hülle aufgenommen und gegenüber der Hülle vorgespannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle ein flexibler Schlauch (3) aus gewendeltem Draht (4) mit aneinanderliegenden Windungen ist und daß der Lichtwellenleiter (1) mindestens an seinen beiden Enden mit dem flexiblen Schlauch (3) verbunden und gegenüber diesem vorgespannt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Schlauch (3) aus Stahldraht besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (1) aus einer einzelnen oder einem Bündel von miteinander verseilten, vorzugsweise drehverseilten Lichtwellen-Leiterfasern besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (1) in einem Schutzschlauch (2) aufgenommen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzschlauch (2) aus Kunststoff besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (1) zusätzlich an mehreren Zwischenpunkten mit dem flexiblen Schlauch (3) verbunden ist.