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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prüfung des Vorhandenseins von Stahlbewehrung und der Bestimmung der korrekten Lage der Bewehrung in vorgefertigten Betonschwellen.
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Ein anerkanntes Verfahren zur Herstellung von Betonschwellen ist die Methode der Strangfertigung. Die Fertigung vorgespannter Betonbahnschwellen erfolgt in Spannstationen in langen Formbetten. Bei der Produktion von Bahnschwellen geht es neben einer kostengünstigen Serienfertigung der unterschiedlichsten Schwellentypen vor allem auch um die Einhaltung der qualitativen Anforderungen. Die konstruktive Berechnung einer Betonschwelle, insbesondere Spannbetonschwelle im Vorfeld, beinhaltet im Entwurf die äußere Kontur sowie Anzahl und Lage der Spannglieder. Die Herstellung erfolgt nach gegebener Anforderung und Belastung. Neben den internationalen Richtlinien werden bestehende, landesspezifische Normen in die Berechnung und Auslegung der Schwellen eingebracht.
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Als notwendige Bewehrung kommt in Betonschwellen generell Spannstahl (Spannbewehrung) zum Einsatz, entweder als Litzen, welche aus mehreren verseilten runden Einzeldrähten bestehen oder als Stabstahl. Nach ausreichender Erhärtung der Schwellen müssen die überstehenden Bewehrungsenden bzw. die zwischenliegenden Bewehrungslängen entfernt werden. Das Trennen der Spanndrähte, also das längenmäßige Zuschneiden geschieht manuell durch Trennschleifen oder durch speziell dafür entwickelte Maschinen. Die Bewehrungsenden liegen dann frei und sind an den Stirnseiten der Schwellen sichtbar. In anderen Fällen sitzen die Spannstücke der Bewehrung tiefer, so dass auch die Bewehrungsenden tiefer liegen. Mit einer Endbehandlung kann später die Bewehrung der Schwelle versiegelt werden. Der inzwischen hohe Automatisierungsgrad der Fertigung ermöglicht hohe Vorspannkräfte. Zum Beispiel existieren Spannrahmen mit vier in der Schwellenmitte gekreuzten Drähten von acht pro Schwelle eingesetzten Spanndrähten.
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Eine Dauerhaftigkeit der Spannglieder ist nur dann gegeben, wenn die Bewehrung in der notwendigen Qualität und an der dafür vorgesehenen Lageposition eingebettet ist. Die Lage, insbesondere die Höhenlage der Spannbewehrung stellt ein wichtiges Qualitätskriterium dar, da hiervon das aus der Vorspannkraft resultierende Moment, letztlich also die Tragfähigkeit der Schwelle, abhängt.
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Die Qualitätskontrolle von Bahnschwellen erfolgt momentan durch Handvermessung. In der Regel existieren in den Prüflaboren der Herstellerfirmen Hilfskonstruktionen, die zur Überprüfung der Maßhaltigkeit benutzt werden. Bei der Produktion erfolgt die Lagekontrolle derzeit somit manuell stichprobenartig.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass Vorrichtungen oder Verfahren zur Bestimmung von Korrosionsstellen in bewehrtem Beton mit zerstörungsfreien Methoden arbeiten. In
DE 10 2009 029 914 A1 wird die Betonoberfläche gescannt, dabei mittels Elektroden die Spannungspotentiale erfasst und Richtung sowie Abstand bestimmt. Aus den 2D-Koordinaten der Messorte, insbesondere auch die des Referenzortes, in einer Ebene eines vorgegebenen Koordinatensystems, kann zusammen mit dem Wert des Spannungspotentials am jeweiligen Ort eine 3D-Raumkoordinate gebildet werden. Die Methode beruht auf dem Prinzip der Halbzellenpotentialmessung.
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Weitere Erfindungen aus den 1990-er und 1980-er Jahren dienen der Feststellung des Vorhandenseins von metallischen Bewehrungselementen im Inneren eines Betonbauteils bzw. in Bauwerken oder der Diagnose von Rissen. Zur Lagebestimmung der Bewehrungsstähle kommen aktive oder passive Sonden zum Einsatz. Bekannt sind die Offenlegungsschrift
DE 42 15 358 A1 mit einem Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Stahlarmierungen in Bauwerken, die Patentschrift
DE 40 27 020 C2 mit einem Verfahren und Vorrichtung zur Feststellung des Vorhandensein von metallischen Bewehrungselementen und die Offenlegungsschrift
DE 32 08 383 A1 mit einem Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung der Lage und des Verlaufs von Spanngliedern in Spannbeton-Bauwerken. Bei diesen Schriften erfolgt die Vermessung von magnetischen oder elektromagnetischen Feldern zum Teil mit aktiver Anregung der Stahlbewehrung mittels Generatoren. Es wird die Detektion von defekten Armierungen oder lediglich die Feststellung nach Vorhandensein von Stahlbewehrung bezweckt.
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Diese Erfindungen sind für eine Vermessung der Lage von Bewehrungselementen nicht geeignet. Eine präzise Vermessung, insbesondere an der Stirnseite von Betonschwellen, wie sie jetzt angestrebt wird, kann mit den recherchierten Verfahren und Vorrichtungen nicht realisiert werden.
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In der Produktion wird die Qualitätskontrolle von Bahnschwellen derzeit mit manuellen Mitteln durchgeführt. Zur Überprüfung der Lage der Spannbewehrung in den Schwellen werden dafür oft Schablonen verwendet. Die Schablone muss an der geschnittenen Stirnseite der Schwelle angelegt werden. Die Maßabweichungen können am aufgedruckten Raster abgelesen und ggf. notiert werden. Allerdings ist der Kontrollvorgang zeitaufwändig und arbeitsintensiv, so dass lediglich Stichproben durchgeführt werden. Die eingesetzten Gerätschaften sind insbesondere für die Qualitätsbeurteilung insgesamt nur ungenügend.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bereitzustellen, die es erlaubt, an Betonschwellen das Vorhandensein einer Stahlbewehrung festzustellen, deren exakte Position zu bestimmen und ein präzises Lageabbild der Bewehrung zu erhalten.
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Zur effektiveren Qualitätssicherung von Betonschwellen, insbesondere zur Bestimmung der Bewehrung und Überprüfung der korrekten Lage der Spannstähle, wird eine automatisierte Mess- und Prüfvorrichtung vorgeschlagen. Das Messsystem der Vorrichtung arbeitet aus Gründen der Zuverlässigkeit und Verschleißfreiheit berührungsfrei. Die Detektion und das Vermessen erfolgen stirnseitig an der Bahnschwelle.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung des Oberbegriffs des Schutzanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass an der Stirnseite von Betonschwellen das Vorhandensein von Stahlbewehrung festgestellt und die genaue Lageposition der einzelnen Spannstäbe mittels Sensortechnik, die in einer entsprechenden Weise auf entsprechenden Bahnen in entsprechendem Abstand an der Stirnseite vorbeifährt, bestimmt wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
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Die Vorrichtung erlaubt eine sichere Vermessung der Lage der Bewehrung von Betonschwellen und damit die Bestimmung der exakten Position der einzelnen Spannstähle.
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Zur Durchführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ein Einzelsensor, jedoch vorzugsweise ein Sensorarray zum Einsatz kommen. Das Sensorarray in Form einer Sensorzeile beinhaltet mehrere Magnetsensoren und nutzt den Hall-Effekt zur Messung von Magnetfeldern. Mittels Steuerelektronik wird die Sensorzeile auf vorgegebenen Bahnen in bestimmten Abständen stirnseitig an der Betonschwelle entlang vorbeigeführt. Die Detektion der Stahlbewehrung erfolgt mit Magnetsensoren. Mit einer Recheneinheit werden die Daten erfasst und ausgewertet. Zur Verbesserung bzw. Optimierung der Detektion der Stahlbewehrung kann Hilfsenergie in Form von elektrischen bzw. magnetischen Gleich- oder Wechselfeldern eingesetzt werden.
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Die aufgezeichneten und gespeicherten Signale werden entsprechend zu einem präzisen Lageabbild der Stahlbewehrung weiterverarbeitet. Bei der Kontrolle wird dieses Abbild einem Soll-Ist-Vergleich unterzogen. Bei Abweichung oder Fehlerfeststellung wird unmittelbar eine Warnmeldung ausgegeben. Die schwellenbezogenen Daten werden in einer Datenbank zur Verfügung gestellt.
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Eine weitere Ausgestaltung der erfinderischen Lösung sieht vor, dass die Schwelle an der stehenden Sensortechnik vorbeibewegt wird. Es kann auch keine Relativbewegung zwischen Schwelle und Sensortechnik nötig sein.
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Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass die Vorrichtung in eine produktive Taktstraße in einem Bahnschwellenwerk eingebaut werden kann und dadurch eine hundertprozentige Prüfung der Schwellen stattfindet. Der Aufwand für die Prüfung verringert sich somit erheblich. Die exaktere Vermessung erfolgt nicht mehr manuell sondern kann mit einer sehr hohen Genauigkeit automatisch durchgeführt werden.
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Die Messeinrichtung zur Überprüfung der Maßhaltigkeit von Betonschwellen, insbesondere zur Bestimmung der Lage der Spannbewehrung, verwendet das Prinzip der Magnetfelddetektion. Mit auf solch einem Prinzip beruhender Sensortechnik, die als Einzelsensor oder Sensorarray zum Einsatz kommt, wird auf vorgegebenen Bahnen in bestimmtem Abstand an der Stirnseite der Betonschwelle vorbeigefahren. Die Sensortechnik wird in einem angetriebenen Rahmen bewegt. Die gemessenen Signale, insbesondere die der detektierten Stahlbewehrungsquerschnitte, werden kontinuierlich aufgezeichnet und in einer elektronischen Recheneinheit zu einem präzisen Lageabbild der Stahlbewehrung weiterverarbeitet. Das Abbild wird mit Sollwerten verglichen, bei Abweichung wird eine Warnmeldung ausgegeben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009029914 A1 [0006]
- DE 4215358 A1 [0007]
- DE 4027020 C2 [0007]
- DE 3208383 A1 [0007]