WO2007017090A1

WO2007017090A1 - Verfahren und vorrichtung zur prüfung der stand- und/oder biegefestigkeit von masten

Info

Publication number: WO2007017090A1
Application number: PCT/EP2006/007285
Authority: WO
Inventors: Sven Homburg; Günter Jost
Original assignee: Lga Beteiligungs Gmbh
Priority date: 2005-08-09
Filing date: 2006-07-24
Publication date: 2007-02-15
Also published as: DE102005038033A1; EP1913356A1; US20080223134A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (10) zur Prüfung der Stand- und/oder Biegefestigkeit von Masten (11), insbesondere nicht abgespannten Masten (11) Das Verfahren sieht vor, a) dass die Prüfung dynamisch erfolgt, b) wobei der Mast(11) durch eine künstlich erzeugte Kraft zu Bewegungen, insbesondere Schwingungen, angeregt wird, und c) wobei die Bewegungen des Mastes (11) durch einen oder mehrere am Mast (11) angeordnete Sensoren (Beschleunigungsaufnehmer) (13, 14) , die Beschleunigungswerte an ihrer jeweiligen Position am Mast (11) erfassen, ermittelt werden. Die Vorrichtung (10) umfasst a) einen Unwuchterreger (12) , der zur Erzeugung einer auf den zu prüfenden Mast (11) einwirkenden Kraft, insbesondere einer periodischen Kraft, an dem Mast (11) angeordnet oder anordenbar ist, insbesondere im oberen Drittel der Masthöhe (h), b) einen oder mehrere Beschleunigungsaufnehmern (13, 14), die zur Erfassung von Beschleunigungswerten am Mast (11) angeordnet oder anordenbar sind, und c) eine Auswerteinrichtung (21) zur Ermittlung der Stand- und/ oder Biegefestigkeit des zu prüfenden Mastes (11) und/oder von Qualitätsmangeln des zu prüfenden Mastes (11).

Description

Bezeichnung Verfahren und Vorrichtung zur Prüfung der Stand- und/oder

Biegefestigkeit von Masten

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Prüfung der Stand- und/oder Biegefestigkeit von Masten, insbesondere nicht abgespannten Masten.

Unter Mast wird dabei allgemein ein länglicher Gegenstand, insbesondere nach Art einer Stange, verstanden, der an einem Langsende, dem Mastfuß, verankert bzw. fixiert ist, wahrend das gegenüberliegende Langsende, die Mastspitze, üblicherweise frei im Raum steht. Die Verankerung bzw. Fixierung des Mastes am Mastfuß erfolgt in der Regel im Boden, beispielsw eise in einem Fundament. Der Mast steht dann üblicherweise senkrecht. Es ist aber auch eine Verankerung an einer Wand möglich.

Die zu prüfenden Masten können für beliebige Zwecke eingesetzt sein, beispielsweise als Masten für Strom- oder Telefonleitungen, Bahnmasten, Antennenmasten, Fahnenmasten, λlasten von Windenergieanlagen, Laternenmasten und Masten von Ampeln und/oder Verkehrsschildern. Auch können Masten aus allen denkbaren Materialien geprüft werden , beispielsweise aus Holz, Kunststoff, Beton und/oder Metall hergestellte Masten.

Masten weisen üblicherweise einen kreisförmigen oder ovalen Querschnitt auf, es sind aber auch andere Querschnittsformen, beispielsweise eckige (z.B quadratische oder rechteckige) Querschnitte möglich. Der Durchmesser des Mastes kann über die gesamte Hohe konstant sein, er kann sich aber ebenso entlang des Mastes verandern, insbesondere kann sein Durchmesser ausgehend vom Mastfuß zur Mastspitze hm abnehmen.

Es sind sowohl Masten aus Vollmaterial als auch Masten mit innerem Hohliaum bekannt. Die Masten werden seitlich nach außen von Seitenflächen begrenzt, wobei die Seitenflache bei runden und ovalen Masten als Mantelflache bezeichnet werden kann

Die Verankerung des Mastfußes muss zumeist alleme die Standfestigkeit des Mastes gewährleisten Als zusatzliche Sicherung ist das Abspannen des Mastes, insbesondere an dei Mastspitze, bekannt Alleidings scheidet diese Sicheiungsmaßnahme in s ielen Fallen aus, beispielsweise aufgiund von Platzverhaltnissen (z.B in Ortschaften bzw im Straßenverkehr) oder au fgiund fehlender oder nui au fwendig zu scha ffender Fixiermoglichkeiten für Abspannseile bzw -Stangen.

Masten sind fortlau fend Belastungen durch die Witterung, insbesondere Wind, ausgesetzt. Um den auf sie einwirkenden Krä ften standzuhalten und nicht umzufallen oder umzuknicken, müssen die Masten, insbesondere die nicht abgespannten Masten, daher eine ausreichende Standfestigkeit und Biege festigkeit aufweisen. Gerade diese Eigenscha ften können sich aber aufgrund zahlreicher Umwelteinflusse, denen Masten ausgesetzt sind, beispielsweise Feuchtigkeit, Temperaturschwankungen, Sonnenstrahlung und Industrie- oder Verkehrsemissionen, im Laufe der Zeit verschlechtern, insbesondere aufgrund von Materialermüdung in Mast oder Verankerung (Fundament) .

Eine reduzierte Stand- und/ oder Biegefestigkeit erhöht das Risiko eines Unfalles aufgrund eines umfallenden oder abknickenden Mastes. Dem kann durch eine regelmäßige Prüfung der Stand- und/oder Biegefestigkeit vorgebeugt werden .

Darüber hinaus kann eine entsprechende Prüfung auch direkt nach der Fertigung bzw. beim Neuaufstellen eines Mastes sinnvoll sein (Nullmessung) , um Fertigungs-, Material- und/oder Verankerungsfehler gleich zu Beginn festzustellen.

Aus DE 94 04 664 U l und EP 0 638 794 B l ist ein Verfahren und eine Einrichtung zum Prüfen der Stand- und Biegefestigkeit von Masten bekannt. Dabei wird ein zu prüfender Mas t einem variablen Biegemoment ausgesetzt, indem er mit einer oberhalb seiner Verankerung eingeleiteten und im Verlauf des Prufvorgangs ansteigenden Kraft belastet wird. Mit Sensoren werden zeitgleich die Kraft und die Strecke, um die der Mast an einer ausgewählten Stelle aufgrund des Biegemoments seitlich ausgelenkt wird, gemessen. Aus der Entwicklung des Verhältnisses dieser beiden Werte zueinander bis zu einer Sollpruflast wird darauf geschlossen, ob der Mast eine ausreichende Festigkeit aufweist oder nicht.

Eine Weiterbildung hierzu, mit der ergänzend auch eine Aussage über eine

Riss freiheit oder Rissbehaftung des Mastes erreicht werden soll, ist aus DE 296 07 045 U l bekannt. Hier werden in den Mast oberhalb seiner Verankerung ans teigende Zug- und Druckkräfte eingeleitet, um den Mast mit entgegengesetzt gerichteten Biegemomenten zu belasten. Aus der G egenüberstellung der ermittelten Kra ft-Weg- Kennlinien im Druckbelastungs- und im Zugbelastungs fall bzw. aus dem Vergleich mit Referenzwerten wird dann auf eine Ris sbildung im Mast geschlossen.

Eine vergleichbare Vorrichtung ist aus DE 1 00 62 795 A l bekannt. Diese Verfahren und Vorrichtungen arbeiten grundsätzlich mit einer quasi statischen Kra ft, für die als Reaktion des Mastes dessen Auslenkung gemessen wird. Dieser statische Zustand wird nacheinander für verschiedene Kräfte gemessen, so dass sich eine Kra ft-W eg-Kennhnie ergibt, die für eine entsprechende Auswertung herangezogen w ird. Die in der Praxis auftretende d) namische Reaktion des auf naturliche Krafteinwirkungen, beispielsweise durch Wind, wird jedoch nicht erfasst und steht somit für eine A usw ertung nicht zur Verfugung

Die in der Praxis auftretende d) namische Belastung des Mastes, d. h. die vektoπelle Addition einer externen Kraft, beispielsweise Wind oder Erdbeben, plus den internen Krä ften, die sich aus der Eigendynamik des schwingenden Mastes ergeben, wird jedoch nicht erkannt und steht somit für eine Auswertung nicht zur Verfugung.

Ein weiterer Nachteil dieser Verfahren und Vorrichtungen liegt darin, dass der Mast für die Beurteilung hinsichtlich ausreichender Festigkeit Kräften ausgesetzt w erden muss, die den zu erwartenden Maximalbelastungen zumindest entsprechen und sogar deutlich darüber hinaus gehen müssen. Sinnvoll ist beispielsweise eine statische Maximalbelastung mit dem 1 ,5-fachen der Windlast. Diese kunstlichen, statischen Belastungen können zu einer Überlastung des Mastes und damit zu einer Beschädigung des Mastes oder seiner Verankerung (Fundament) fuhren.

In DE 102 29 448 A l ist eine Einrichtung zum Kontrollieren der Stabilität eines im Boden verankerten Mastes offenbart, bei der an dem Mast permanent ein Schwingungssensor fixiert ist. Die Schwingungserregung erfolgt dabei ausschließlich durch die naturliche Belastung des Mastes durch Wind und Wetter. Weichen die Schwingungen des Mastes hinsichtlich Frequenz, Amplitude oder Schwingungsform von einer vorgegebenen Norm ab, wird dies als Indiz für einen Mastfehler gewertet. Die Prüfung wird lediglich als Vorprüfung verstanden, die bei entsprechendem Ergebnis Anlass für eine umfassende Kontrolle sein soll.

Der Vorteil der letztgenannten Einrichtung liegt in der Reduzierung der Zahl der zu überprüfenden Masten. Die Ergebnisse sind allerdings lediglich als Indiz zu w erten, eine zuverlässige Aussage über die Stand- und Biegefestigkeit kann diese Einrich tung jedoch nicht liefern.

Es ist Au fgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Prüfung der Stand- und/oder Biegefestigkeit von Masten anzugeben, das bzw. die die vorgenannten Nach teile des S tandes der Technik überwindet. Diese Au fgabe w ird hinsichtlich des Verfahrens gelost durch die Merkmale des

Patentanspruchs 1 , hinsichtlich der Vorrich tung durch die Merkmale des A nspruch s 30 Vorteilha fte A usgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sind j eweils aus den abhangigen A nsprüchen.

Das Verfahren zur Prüfung der Stand- und/oder Biege festigkeit von Masten , insbesondere nicht abgespannten Masten, nach A nspruch 1 sieht vor, a) dass die Prüfung dy namisch erfolgt, b) wobei der Mast durch eine künstlich erzeugte Kraft zu Bewegungen, insbesondere Schwingungen, angeregt wird, und c) wobei die Bew egungen des Mastes durch einen oder mehrere am Mast angeordnete Sensoren, insbesondere Beschleunigungsaufnehmer, die Messwerte an ihrer j eweiligen Position am Mast erfassen, ermittelt werden .

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass für die Auswertung nicht allein statische Werte zur Verfugung stehen, sondern ergänzend vor allem auch das dynamische Verhalten des Mastes erfasst wird und damit auswertbar ist. Dadurch lasst sich die reale Belastung durch naturliche Kräfte, insbesondere Windkrafte, wesentlich besser simulieren. Die bekannte Auswertung anhand einer Kraft-Weg-Kennlinie ist bei diesem Verfahren jedoch ebenso durchfuhrbar, da sich der Weg durch zweifache Integration der ermittelten Messbzw. Beschleunigungswerte bestimmen lasst.

Ferner können bei dem dynamischen Verfahren nach der Erfindung ausreichende Ergebnisse mit deutlich geringeren Kräften als bei den statischen λ^erfahren gewonnen werden , so dass die beim Stand der Technik aufgrund der erforderlichen großen Kräfte gegebene Gefahr der Uberbelastung des Mastes und damit die Möglichkeit der Beschädigung des Mastes durch die Prüfung nicht gegeben ist.

Unter dynamischer Prüfung ist hierbei das Erfassen des dynamischen Verhaltens des Mastes bei Anregung durch eine Kraft, d.h. des Bewegungsverhaltens des Mastes, zu verstehen. Dementsprechend wird auch nicht, wie im Stand der Technik, mittels Wegsensoren gearbeitet, sondern bevorzugt mit Beschleunigungsaufnehmern.

Als Beschleunigungsaufnehmer (oder: Beschleunigungsmesser) kommen handelsübliche G erate in Betracht. Diese arbeiten beispielsweise nach dem Feder- Masse Prinzip, mit mikromechanischen Methoden und kapazitiver Anah se, mit Magnetfeld-Sensoren, mit Drucksensoren oder mit Piezoelektrizität. Unter künstlich erzeugter Kra ft ist, in Abgrenzung zur natürlichen Windkraft, eine gezielte Krafteinw irkung, üblicherweise durch eine hierfür geeignete Voπichtung, zu verstehen, die auf einen Mast einw irkt Dadurch ist die Prüfung nicht von zufälligen, natürlich auftretenden Kräften abhangig, sondern kann reproduzierbar durch entsprechende Regelung der kunstlich erzeugten Kraft anhand eines vorgegebenen oder vorgebbaren Prufplans durchgeführt w erden. Auch müssen dadurch nicht alle Messungen parallel vorgenommen werden, vielmehr ist aufgrund der Reproduzierbarkeit der Kräfte auch eine Messung von Parametern nacheinander möglich, wobei die Messwerte im nachhinein zu einander in Korrelation gesetzt werden können.

Zweckmaßigerweise werden die Mastbewegungen durch eine sich zeitlich, räumlich bzw. in ihrer Richtung und/oder ihrem Betrag ändernde Kraft angeregt.

Als vorteilhaft erweist es sich, wenn die Mastbewegungen durch eine sich periodische in ihrer Richtung und/oder ihrem Betrag ändernde Kraft angeregt werden . Sinnvoll ist dabei, wenn die Anregungsfrequenz der Kraft einstellbar ist, insbesondere kontinuierlich. Insbesondere sollte die Einstellbarkeit auch die Erzeugung von Grundwelle (oder: Eigenfrequenzen) und gegebenenfalls auch Oberwellen eines zu prüfenden Mastes umfassen und damit Resonanzanregungen ermöglichen. Dies kann auch automatisch adaptiv erfolgen.

Gemäß einer Weiterbildung kann die die Mastbewegungen anregende Kraft auch ein Kraftimpuls und/oder eine Kraftimpulsfolge sein. Unter Kraftimpuls ist eine kurzfristig Krafteimvirkung, die sofort wieder auf Null bzw. einen kleineren Wert abfallt, zu verstehen. Dadurch lassen sich Windstoße simulieren.

Zweckmaßigerweise liegt die Kraft im Wesentlichen in einer Ebene senkrecht zu einer Langsachse (oder: Langsmittelachse, Mastlangsachse, Mastachse) des Mastes, insbesondere ist sie radial zu einer Langsachse des Mastes gerichtet. Die kunstliche Kraft greift damit wie die naturliche Windkraft seitlich am Mast an.

Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform des Verfahrens lauft die Kraft zirkulär um eine Langsachse des Mastes, insbesondere periodisch und/oder mit zeitlich konstantem Kraftbetrag. Eine derartige Kraft ruft eine um die Langsachse im Ruhezustand kreisende Mastbewegung hervor. Alternativ kann die Kraftrichtung auf einer Geraden senkrecht zu einer

Mastlangsachse liegen und der Kraftrektor sich mit der Zeit verandern. Die Mastauslenkung findet dann in einer Ebene parallel zur Mastlangsachse im Ruhezustand statt, die die Mastlangsachse im Ruhezustand auch enthalt.

Zweckmäßig kann es auch sein, dass die Kraft torsierend am Mast angreift, insbesondere zumindest hinsichtlich einer Kraftkomponente tangential an einer Seiten- oder Mantelflache des Mastes angreift. Daduich wird der Mast in sich um seine Langsachse verdreht. Es ist auch möglich, dass eine Kraft sowohl eine radiale als auch eine tangentiale und damit torsierend wirkende Komponente aufweist.

Bevorzugt wird die auf den Mast einwirkende Kraft von einer Vorrichtung erzeugt, die am Mast angeordnet ist, insbesondere im oberen Drittel der Masthohe und/oder an einer Außenseite, vorzugsweise einer äußeren Seiten- oder Mantelflache des Mastes. Eine Anbringung der Vorrichtung im oberen Drittel sorgt für ein Angreifen der kunstlich erzeugten Kraft in diesem Bereich und damit aufgrund des Abstandes zum verankerten Mastfuß — im Vergleich zu einer Anbringung im unteren Mastbereich — für eine möglichst große Reaktion des Mastes auf die anregende Kraft. Die Anbringung an der Außenseite bzw. bei runden oder ovalen Masten an der Mantelflache ist sinnvoll, da dadurch kein aufwendiges Einbringen der Vorrichtung ins Mastinnere notig ist, was ohnehin nur bei entsprechend ausgebildeten Masten möglich wäre.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, als Vorrichtung zur Krafterzeugung einen Unwuchterreger einzusetzen. Zweckmäßig ist dabei die Verwendung eines Unwuchterregers, dessen Unwucht, die bei entsprechender Bewegung die gewünschten Kräfte erzeugt, im Wesentlichen auf mindestens einer Masse beruht. Bevorzugt werden sogar zwei oder mehrere Massen. Diese Massen werden beim Betrieb des Unwuchterregers, d.h. zur Erzeugung der Kräfte, bewegt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Masse oder die Massen des Unwuchterregers um die Mastlangsachse und/oder um den Mast bewegt wird bzw. werden . Insbesondere sollten die Massen radial außerhalb einer Außenseite oder — bei runden oder ovalen Masten — einer Mantelflache des Mastes bewegt w erden. Die Massen sollten somit den Mast umkreisen, d h sich bevorzugt kreisförmig um den Mast bewegen, und zwar in einer Ebene senkrecht zur Mastlangsachse.

Bevorzugt ist auch, dass die Masse oder die Massen durch einen oder mehrere Linearantriebe, insbesondere einen oder mehrere Linearmotoren, angetrieben wird bzw.

Em Linearmotor setzt sich aus einzelnen Elementen (Linear- bzw Erregerw icklungen) zusammen, die bei entsprechender Anordnung auch eine kreisförmige Bewegung der Massen um den Mast erzeugen können Beispielsw eise kann ein derartiger Linearmotor 256 zu einem Ring angeordnete Elemente aufw eisen. Die Masse bzw. Massen bilden unter anderem den Laufer des Linearmotors.

Die Abstandshaltung zwischen Linearwicklung und Läufer erfolgbt b

evorzugt durch ein elektromagnetisches Schweben, d.h. die Masse oder Massen schweben elektromagnetisch geregelt. Sie haben damit im Betrieb keinen direkten Kontakt zu anderen Komponenten, die Reibungsverluste sind dementsprechend gering.

In einer alternativen Ausfuhrungsform kann der Laufer auch mechanisch gefuhrt sein.

Erzeugen lassen sich die erforderlichen bzw. gewünschten Kräfte beispielsweise durch einen Unwuchterreger, bei dem zwei Massen kreis- oder ellipsenformig umlaufen. Bei entsprechender Anordnung dieses Unwuchterregers am Mast laufen somit beide Massen kreisförmig oder ellipsenformig um den Mast bzw. die Mastlangsachse. Realisieren lasst sich ein derartiger Unwuchterreger durch zwei Antriebe, wobei in jedem Antrieb eine der Massen umlauft. Zweckmaßigerweise werden beide Linearantriebe übereinander angeordnet, so dass die Radien der Umlaufbahnen der Massen einander entsprechen. In diesem Fall sollten die beiden Massen einander entsprechen, das heißt unter anderem ein gleiches Gewicht und eine gleiche Form aufweisen. Die Wirkung einer elliptisch umlaufenden Masse lasst sich auch durch eine auf einer Kreisbahn umlaufende zweiteilige Masse bestehend aus einer Basismasse und einer Trimmmasse erreichen, wenn der Abstand zwischen Basismasse und Trimmmasse — abgestimmt auf die Umlauffrequenz auf der Kreisbahn — periodisch verändert wird.

Werden beide Massen, die eventuell jeweils zweiteilig umfassend Basis- und

Trimmmasse ausgebildet sein können, derart gesteuert, dass sie sich gegenläufig um den Mast bewegen, und zwar mit gleicher Geschwindigkeit auf radial um die Mastachse einander entsprechenden Bahnen, so fuhrt dies zu einer linearen Krafteinwirkung auf den Mast, das heißt die Kraft liegt immer in einer Ebene parallel zur Mastlangsachse. Dies ergibt sich daiaus, dass jede Masse für sich eine radial umlaufende Kraft hervorruft. Die vektoπelle Addition der von beiden gegenläufig umlaufenden Massen ausgehenden Kräfte ergibt eine variable lineare Kraft, d. h. eine sich periodisch mit der Massenumlauffrequenz verändernde Kraft in einer Ebene parallel zur Mastachse. Dementsprechend wird der Mast zu einer linearen Auslenkbewcgung angeregt, d.h. die Mastauslenkung erfolgt in einer Ebene parallel zur Mastlangsachse im Ruhezustand, die die Mastlangsachse im Ruhezustand auch enthalt. In dieser Ebene liegen auch die radialen „Begegnungspunkte" der umlaufenden Massen. Da die Massen axial entlang der Mastachse zueinander versetzt um den Mast umlaufen, sind diese „Begegnungspunkte" die Kreuzungspunkte der Massenbahnen, die sich bei axialer Projektion aufeinander ergeben.

Diese Kreuzungspunkte lassen sich durch die Variation der Phasenansteuerung der Antriebe determinieren, so dass eine gewünschte Schwingungsebene elektrisch/elektronisch einstellbar ist. Eine zeitraubende mechanische Verdrehung der Vorrichtung entfallt.

Eine kreisende Mastauslenkbewegung (im Gegensatz zur linearen Auslenkbewegung kreist hier der Mast um die Mastachse im Ruhezustand) lasst sich mit einer derartigen Vorrichtung mit zwei Massen beispielsweise durch eine gleichläufige, d.h. gleichgerichtete Umlaufbewegung, beider Massen hervorrufen, insbesondere durch parallel zueinander umlaufende Massen.

Eine torsierend auf den Mast wirkende Kraft lasst sich erzeugen durch ein Abbremsen und/oder Beschleunigen der Massen, wobei dies sich gleichermaßen mit einem Unwuchterreger mit einer Masse, mit zwei Massen oder mit mehreren Massen durch entsprechende Massensteuerung erreichen lasst.

Nach einer zweckmäßigen Ausfuhrungsvariante des Verfahrens handelt es sich bei den erfassten Mess- bzw. Beschleunigungswerten um horizontale

Beschleunigungswerte, die im Wesentlichen in einer Ebene senkrecht zu einer Mastlangsachse ermittelt werden , insbesondere durch am Mast angeordnete und zur Aufnahme seitlicher Bewegungen ausgerichtete Bewegungsaufnehmer, d.h. horizontale Bewegungsaufnehmer. Additiv oder alternativ können aber auch vertikale Beschleunigungswerte erfasst werden, die im Wesentlichen parallel zu einer Mastlangsachse ermittelt werden , insbesondere durch am Mast angeordnete und zur Aufnahme von Langsbewegungen ausgerichtete Beschleunigungsaufnehmer, d.h. vertikale Bewegungsaufnehmer.

Gemäß einer Weiterbildung werden horizontale Beschleunigungswerte in einer oder mehreren über die Masthohe verteilten Messebenen ermittelt, insbesondere in drei Messebenen, wobei vorzugsweise eine erste Messebene im unteren Drittel der Masthohe und eine 7\\ eite Messebene im mittleren Drittel der Masthohe und eine dritte Messebene im obersten Drittel der Masthohe liegt.

Dabei können die Beschleunigungswerte in verschiedenen Messebenen durch A nordnung einer entsprechenden Anzahl von Beschleunigungsaufnchmern parallel ermittelt werden . Alternativ ist es aber ebenso möglich, die Mess- bzw.

Beschleunigungsw erte verschiedener Messebenen nacheinander zu ermitteln, indem beispielsweise ein Roboter mit Beschleunigungsaufnehmern, der entlang des Mastes verfahrbar (insbesondere selbstfahrend) ist, nacheinander in die jeweiligen Messebene am Mast gefahren wird. Bevorzugt steuert der Roboter die jeweiligen Messebenen selbstgesteuert oder durch eine Steuereinrichtung automatisch gesteuert an. Voraussetzung hierfür ist jedoch, dass an dem Mast keine Hindernisse vorhanden sind, beispielsweise angebrachte Schilder oder außen am Mast verlegte Leitungen. Gegebenenfalls müssen Hindernisse entfernt werden . Alternativ ist auch das Verfahren mittels einer Seilaufhangung möglich.

Nach einer weiteren Verfahrensvariante werden in zumindest einer Messebene, insbesondere in der obersten Messebene, zwei oder mehrere, vorzugsweise vier, Mess- bzw. Beschleunigungswerte ermittelt, wobei die Messpunkte gleichmaßig in der Messebene am Mast verteilt sind. Dies bedeutet, dass bei vier Messwerten in einer Ebene diese hinsichtlich der Mastlangsachse senkrecht zueinander angeordnet sind. Die Mess- bzw. Beschleunigungswerte einer Messebene können durch eine entsprechende Anzahl an Beschleunigungsaufnchmern, d.h. bei vier Messwerten auch vier Beschleunigungsaufnehmer, die hinsichtlich der Mastlangsachse senkrecht zueinander angeordnet werden , parallel ermittelt werden . Die Mess- bzw. Beschleunigungswerte einer Messebene können aber auch nacheinander ermittelt werden, indem beispielsweise am Mast ein Roboter mit einem oder mehreren Beschleunigungsaufnehmern angeordnet wird, der den oder die

Beschleunigungsaufnehmer um die Mastlangsachsc drehen kann zur Einnahme der verschiedenen Messpositionen innerhalb einer Messebene. Bei diesem Roboter und bei dem vorgenannten, entlang des Mastes verfahrbaren Roboter kann es sich um eine Vorrichtung handeln.

Eine weitere Verfahrensfortbildung sieht vor, dass ein oder mehrere vertikale Messbzw. Beschleunigungswerte, insbesondere zwei vertikale Beschleunigungswerte, am oder in der Nahe eines Mastfußes ermittelt werden . Mastfuß ist das (üblicherw eise in einem Fundament) verankerte Langsende des Mastes. Zur Ermittlung von zw ei vertikalen Beschleunigungswerten w erden die Beschleunigungsaufnehmer vorzugsweise an )e zwei gegenüberliegenden Seiren des Mastes am oder in der Nahe des Mastfußes angeoidnet.

Das erfindungsgemaße Verfahien stellt Beschleunigungsw erte und damit dy namische Messgroßen für Auswertungen zur Verfugung Durch Vergleich dieser Messgroßen beziehungsweise daraus errechneter Werte untereinander, beispielsw eise für verschiedene Messebenen und/oder Auslenkrichtungen, und/oder durch Vergleich mit Referenzwerten, beispielsw eise theoretisch errechneten Werten oder Werten aus früheren Messungen, können Rückschlüsse auf die Stand- oder Biegefestigkeit des Mastes gezogen werden . Insbesondere lassen sich folgende Kennwerte des Mastes überprüfen: Fundamentkippen, Verbiegen des Mastes über die Hohe und Torsionsbelastung.

Zur Auswertung sieht das Verfahren in einer Weiterbildung vor, dass a) durch zweifache Integration der ermittelten horizontalen Beschleunigungswerte die Mastauslenkung in den jeweiligen Messebenen berechnet wird und hieraus eine gemessene (d.h. tatsachliche) Biegelinie des Mastes bestimmt wird, b) die gemessene Biegelinie mit einer Muster-Biegehnie, insbesondere einer unter Berücksichtigung von anregender Kraft und/oder Mastquerschnitt und/oder Mastmaterial theoretisch ermittelten Biegelinie, verglichen wird, und c) Abweichungen zwischen gemessener und Muster-Biegehnie festgestellt werden .

Bei der Bestimmung der Muster-Biegehnie kann zusatzlich oder alternativ auch von den S₎ stemeigenschaften des Mastes im Neuzustand (Nullmessung) ausgegangen werden .

In einem weiteren Schritt lassen sich dann aus festgestellten Abweichungen zwischen gemessener und berechneter Biegelinie Qualitätsmangel des Mastes, insbesondere Matenalfehler und/oder Einschlüsse und/oder Bruche, erkennen. Damit kann die Biegefestigkeit des Mastes ermittelt und beurteilt werden . Kritisch sind insbesondere erkennbare Nichtlmeaπtaten im Biegeverhalten.

Zur Auswertung kann auch durch zweifache Integration der ermittelten horizontalen Beschleunigungswerte die Mastauslenkung in den jeweiligen Messebenen berechnet werden und hieraus eine Kraft-Auslenkungs-Kennhnie aufgestellt werden , aus deien Verlauf, insbesondere aus erkennbaien Nichtlineaπtaren, Qualitätsmangel des Mastes, insbesondere Materialfehlei und/oder Einschlüsse und/oder Bruche, erkannt werden Somit ist auch bei dem erfindungsgemaßen dynamischen Verfahren eine Auswertung wie bei dem eingangs beschriebenen Stand der Technik (statische Verfahren) möglich.

I n einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass a) durch zweifache Integration mehrerer horizontaler Beschleunigungswerte, die in einer Messebene ermittelt wurden, Mastauslenkungen in verschiedene Richtungen ermittelt werden , und b) aus U nterschieden dieser Auslenkungen, insbesondere hinsichtlich des Betrages der maximalen Auslenkung, Qualitätsmangel des Mastes, insbesondere Querschnittsverformungen und/ oder Verdrehungen des Mastes, erkannt werden.

Nach einem vorteilhaften weiteren Auswertungsschritt soll a) durch zweifache Integration der ermittelten vertikalen Beschleunigungswerte, insbesondere von zwei an gegenüberliegenden Mastseiten ermittelten

Beschleunigungswerten, die Bewegung der jeweiligen Messpunkte ermittelt werden und b) aus diesen Bewegungen und dem Abstand der Messpunkte voneinander ein Kippen des Mastes in seiner Verankerung (Fundament) bestimmt werden .

Dadurch kann die Standfestigkeit des Mastes ermittelt und beurteilt werden .

Eine zweckmäßige und vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass aus der von der Kraft angeregten Bewegung des Mastes bei verschiedenen Anregungsfrequenzen der Frequenzgang, der Dampfungskoe ffizient, insbesondere aus der maximalen

Auslenkung des Mastes bei verschiedenen Anregungsfrequenzen, die Eigen frequenz des Mastes ermittelt wird. Die maximale Auslenkung bei einer bestimmten Anregungsfrequenz kann j eweils mittels einer zweifachen Integration der ermittelten Beschleunigungswerte bestimmt werden .

Nach Anspruch 30 umfasst die Vorrichtung zur Prüfung der Stand- und/oder Biegefestigkeit von Masten, insbesondere nicht abgespannten Masten, vorzugsw eise mittels eines vorstehend beschriebenen dynamischen Verfahrens, a) einen Unwuchteireger, der zur Erzeugung einer au f den zu prüfenden Mast einwirkenden Kraft, insbesondere einer periodischen Kraft, an dem Mast angeordnet oder anordenbar ist, insbesondere im oberen Drittel der Masthohe, b) einen oder mehiere Beschleunigungsaufnehmern, die zur Erfassung von

Beschleunigungsw erten am Mast angeordnet oder anordenbar sind, und c) eine Auswerteinrichtung zur Ermittlung der Stand- und/ oder Biegefestigkeit des zu prüfenden Mastes und/ oder \ on Qualitätsmangeln des zu prüfenden Mastes

Die Vorteile dieser Vorrichtung ergeben sich aus den vorstehenden Erläuterungen zum Verfahren

Bevorzugt beruht die Unwucht des Unwuchtenegers im Wesentlichen auf mindestens einer Masse, vorzugsweise auf zw ei oder mehreren Massen. Diese Masse oder die Massen ist bzw. sind beim Betrieb des Unwuchterregers bewegt.

Gemäß einer Weiterbildung ist die Masse oder sind die λlassen kreisförmig um die Mastlangsachse bew egt, insbesondere außerhalb des Mastes, vorzugsweise radial außerhalb einer Seiten- bzw. Mantelflache des Mastes.

Zweckmaßigerweise wird die Masse oder werden die Massen durch einen Linearantrieb, insbesondere einen Linearmotor, angetrieben, der beispielsweise aus 256 Elementen (Erregerspulen) insbesondere ringförmig zusammengesetzt ist. Von Vorteil ist auch, wenn die λlasse oder die Massen beim Betrieb des Unwuchterregers elektromagnetisch geregelt schwebt oder schweben, d.h. beim Betrieb keinen Kontakt zu anderen Komponenten aufweisen.

Speziell für die oben angesprochenen Verfahrensvarianten, die ein Verfahren von Beschleunigungsaufnehmern in unterschiedliche Messpositionen vorsehen, sollte die λ^orπchtung mindestens einen Roboter zur Positionierung der

Beschleunigungsaufnehmer und/oder des Unwuchterregers am zu prüfenden Mast umfassen, w obei der Roboter zwei oder mehrere Komponenten, die miteinander verbunden ringförmig um den zu prüfenden Mast gelegt oder legbar sind, und mindestens eine Einrichtung zur Anbringung von Beschleunigungsaufnehmern und/oder LInwuchterreger umfasst. Dabei kann zumindest eine Komponentenverbindung ein Scharnier sein

Zweckmäßig ist w eiter, w enn der Robotei einen Mechanismus zum λ⁷erfahren des Roboters entlang des Mastes umfas st, vorzugsweise einen Mechanismus mit angetriebenen Radern, die beim Verfahren am Mast anliegen Die Anbungung der Rader sollte dabei flexibel gestaltet sein, so dass der Roboter an Masten mit verschiedenen Duichmessern eingesetz t w erden kann Auch eimoghcht eine flexible Raderaufhangung ein Fahren des Roboters entlang eines Mastes mit sich entlang der Mastachse änderndem Mastdurchmesser. Dies ist erreichbar durch eine gefederte

Raderaufhängung oder durch eine entsprechend steuerbare Raderaufhangung, bei der die Steueiung immer für ein festes Anliegen der Rader am Mast sorgt.

Zweckmäßig ist auch eine Weiterbildung der Vorrichtung, bei der der Roboter einen Mechanismus zum Drehen der Einrichtung zum Anbringen von

Beschleunigungsaufnehmern um die Mastlangsachse umfasst. Dadurch können die Beschleunigungsaufnehmer innerhalb einer Messebene automatisch in verschiedenen Messpositionen gebracht werden .

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausfuhrungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen

FIG 1 ein Ausfuhrungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung, angeordnet an einem zu prüfenden Mast,

FIG 2 schematisch einen Querschnitt bzgl. der Mastlangsachse eines weiteres

Ausfuhrungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung, angeordnet an einem zu prüfenden Mast,

FIG 3 ein Ausfuhrungsbeispiel eines Roboters einer Vorrichtung nach der

Erfindung in einem nicht am Mast angebrachten Zustand, und

FIG 4 den Roboter nach FIG 3 in einem am Mast angebrachten Zustand.

Einander entsprechende Teile und sind in den FIG 1 bis FIG 4 mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

FIG 1 zeigt ein Ausfuhrungsbeispiel einer Vorrichtung 10 zur Prüfung der Stand- und/oder Biegefestigkeit von Masten nach der Erfindung, angeordnet an einem zu prüfenden Mast 1 1. Diese Vorrichtung 10 ist dazu eingerichtet und bestimmt, das erfmdungsgemaße Verfahren zur Prüfung der Stand- und/oder Biegefestigkeit des Mastes 1 1 durchzufuhren.

Der Mast 1 1 ist ein länglicher Gegenstand mit einer Mast(langs)achse 19. In FIG 1 ist der Durchmesser des Mastes 1 1 über seine gesamte Lange konstant, es kommt aber ebenso ein Mast mit sich entlang der Mastlange veränderndem Durchmesser in Betracht. Der Mast 1 1 w eist an einem Langsende eine Mastspitze 1 5 und an einem der Mastspitze 15 gegenüberliegenden Langsende einen Mastfuß 16 auf. Der Mast 1 1 ist am Mastfuß 1 6 in einem Fundament 1 7 im Boden 1 8 % erankert und ragt senkrecht über dem Boden 18 in die Hohe Er ist nicht abgespannt, d h die Verankerung des Mastfußes 1 6, im Fundament 1 7 und im Boden 1 8 muss eine ausreichende Standfestigkeit des Mastes 1 1 gew ahrleisten Die Hohe der Mastspitze 1 5 über dem Boden 1 8 w ird als Masthohe h bezeichnet Der Mast kann beispielsweise aus Holz, Metall, Beton und/oder Kunststoff bestehen Er kann im Inneren hohl sein, beispielsweise zur Durchfuhrung von Leitungen, er kann aber ebenso auch ohne Hohlraum ausgebildet sein. Der Durchmesser des Mastes kann rund oder oval sein, es sind aber auch andere Querschnittsformen möglich, beispielsweise quadratische oder rechteckige Querschnitte oder T-formige oder U-formige Querschnitte. Nach außen w ird der Mast 1 1 seitlich von einer Seiten- oder Mantelflache 20 begrenzt

Durch das erfmdungsgemaße Verfahien soll die Standfestigkeit des Mas tes 1 1 , d.h. insbesondere die Festigkeit der Verankerung im Boden 1 8, sowie die Biegefestigkeit des Mastes 1 1 , d.h. seine Elastizität bzw. Stabilität gegen eine Beschädigung bei Belastung, geprüft werden .

Hierzu ist in FIG 1 in stilisierter Form die Anordnung verschiedene Komponenten der Vorrichtung 10 gezeigt. Die Vorrichtung 1 0 umfasst, wie in FIG 1 schematisch dargestellt, einen Unwuchterreger 12, der zur Erzeugung einer auf den zu prüfenden Mast 1 1 einwirkenden Kraft, insbesondere einer periodischen Kraft, bestimmt ist. Der Unwuchterreger 12 ist im oberen Drittel der Masthohe h an dem Mast 1 1 angeordnet.

Die Unwucht des Unwuchterregers 12 beruht gemäß einer ersten Variante auf einei Masse (nicht dargestellt) . Diese Masse umkreist beim Betrieb des Unwuchterregers 12 innerhalb des Unwuchterregers 12 den Mast 1 1 , d h die Masse lauft kreis förmig (oder ellipsenformig) um die Mastachse 19, und zwar radial außerhalb der Seitenoder Mantelflache 20 des Mastes 1 1 . Dies fuhrt zu einer kreisenden (oder elhpsenformigen) Bewegung des Mastes 1 1 um die Mastachse 19 im Ruhezustand des Mastes 1 1 , d h. die kreisende Masse übt zunächst eine Radialkraft auf den Mast 1 1 aus, die zu einer Mastauslenkung fuhrt, und weiter kreist diese Auslenkungskraft aufgrund der kreisenden Masse um die Mas tachse, so dass sich insgesamt die kreisende Auslenkbewegung des Mastes 1 1 ergibt. Der Mast 1 1 wird somit duich die künstlich erzeugte Kraft, die von der Unw ucht des Umw uchterreger 1 2 ausgeht, in Verbindung mit seinen Eigenkraften zu Bewegungen, insbesondere Schwingungen, angeregt, deren Erfassung den Kern des Prufungsverfahiens darstellt. Die Bewegung der Ma sse erfolgt durch einen Linearmotor (nicht dargestellt) , dessen einzelne Elemente (Linear- oder Erregerwicklungen) kicis- oder clhpsen formig im Unw uchterreger 12 angeoidnct sind, um eine kreis- oder elhpsenformige Bewegung 7U ermöglichen. H ierzu können beispielsw eise 256 Elemente verwendet werden . Die Masse schw ebt beim Betrieb des Unw uchterregers 12 elektromagnetisch geregelt innerhalb des Unw uchterregers 1 2, insbesondere innerhalb der einzelnen Elemente .

Nach einer zw eiten, bevorzugten Variante beruht die Unw ucht des U nwuchterregers 12 im Wesentlichen auf zwei einander entsprechenden, d.h. gleiche Form aufweisenden und aus gleichen Materialien bestehenden Einheiten (Massen, nicht dargestellt) . Diese Massen umkreisen beim Betrieb des Unwuchterregers 1 2 innerhalb des Unwuchterregers 1 2 den Mast 1 1 , d.h. die Massen laufen kreis förmig (oder ellipsenformig) um die Mastachse 19, und zwar radial außerhalb der Seitenoder Mantelflache 20 des Mastes 1 1 . Die Bewegungsebenen der beiden Massen sind dabei axial entlang der Mastachse 19 zueinander versetzt, weisen jedoch im Wesentlichen den gleichen radialen Abstand zur Mastachse au f. Bei einer parallelen Bewegung der Massen fuhrt dies wie bei nur einer Masse zu einer kreisenden Bewegung des Mastes 1 1 um die Mastachse 19 im Ruhezustand des Mastes 1 1 . Bei einer gegenläufigen Bewegung der Massen ergibt sich jedoch eine lineare Bewegung des Mastes 1 1 , d.h. der Mast schwingt in einer Ebene parallel zur Mastachse 19 im Ruhezustand. Der Mast 1 1 lasst sich somit durch die kunstlich durch diesen

Unwuchterreger 1 2 erzeugte Kraft auch zu linearen Bewegungen, insbesondere Schwingungen, anregen.

Auch bei der zweiten Variante erfolgt die Bewegung der Masse durch Linearmotoren (nicht dargestellt), in diesem Fall j edoch durch zwei Linearmotoren, für )ede Masse einen. Die Linearmotoren sind im Umwuchterreger derart angeordnet, dass sie im Betriebszustand am Mast übereinander liegen (bezogen auf die Mastachse) . Die einzelnen Elemente (Linear- oder Erregerwicklungen) jedes Unwuchterregers sind wiederum kreis- oder ellipsenformig im Unwuchterreger 12 angeordnet, um eine kreis- oder ellipsenformige Bewegung der Massen zu ermöglichen.

Mit beiden Varianten des U nwuchterregers lasst sich eine torsierend auf den Mast w irkende Kra ft erzeugen, indem die Masse oder Massen in geeigneter Weise durch die Linearmotoren abgebremst und/oder beschleunigt werden .

Zur Vorrichtung 10 gehören fernei mehiere Beschleunigungsaufnehmer 1 3, 14 zur Erfassung von Beschleunigungswerten des Mastes 1 1 Diese sind über die Masthohe verteilt am Mast 1 1 angeordnet. Konkret sitzt hierzu entlang einer Linie parallel zur Mastachse 1 9 mindestens j e zwei horizontale Beschleunigungsau fnehmer 1 3 im untersten Drittel, im mittleren Drittel und im obersten Drittel (nahe der Ma s tspitze 1 5) der Masthohe h der Mastes 1 1 . In einer Ebene senkrecht zur Mastachse 1 9 sind au f H ohe des obersten horizontalen Beschleunigungsau fnehmers 1 3 zwei w eitere horizontale Beschleunigungsau fnehmer 1 3, jeweils zueinander an der Seiten- bzw. Mantelflache um 90° versetz t, angeordnet (in FI G 1 ein Beschleunigungsaufnehmer verdeckt auf der Mas truckseite) . Unter der Bezeichnung „horizontale Beschleunigungsaufnehmer" ist hieibei zu verstehen, dass diese Beschleunigungsaufnehmer 1 3 derart am Mast 1 1 angeordnet sind, dass sie eine Beschleunigung des Mastes 1 1 in (im Wesentlichen) horizontaler Richtung erfassen.

Am Mastfuß 1 6 sind ferner einander gegenüberliegend an der Seiten- oder Mantelflache 20 des Mastes 1 1 drei, bevorzugt vier jeweils um 90 °versetzte vertikale Beschleunigungsaufnehmer 14 angeordnet, die eine (im Wesentlichen) vertikale Bewegung des Mastes 1 1 , d .h. eine Bewegung (im Wesentlichen) parallel zur Mastachse 1 9, erfassen.

Schließlich gehört zur Vorrichtung 10 auch eine Auswerteinrichtung 21 , die in FIG 1 symbolisch dargestellt ist. Der Auswerteinrichtung 21 kann auch die Steuerung bzw. Regelung der gesamten Vorrichtung 10 zugeordnet sein, so dass es sich dann um eine Steuer- und Auswerteinrichtung 21 handelt. Auch kann auf eine Auswertung der Prüfung vor Ort verzichtet werden , so dass es sich in diesem Fall lediglich um eine Erfassungseinrichtung 21 für die Messwerte bzw . um eine Steuer- und Erfassungseinrichtung 21 handelt.

Die einzelnen Komponenten der Vorrichtung können zur Übertragung insbesondere von Steuerbefehlen und /oder Messwerten über Kabel miteinander verbunden sein, es ist aber auch eine Funkubertragung möglich. Die Energieversorgung der einzelnen Komponenten kann j eweils autark über Batterien oder Akkumulatoren erfolgen oder über Kabelverbindungen von einer zentralen Energiequelle ausgehend.

Mit der Vorrichtung 10 lasst sich das erfindungsgemaße Verfahren zur Prüfung der Stand- und/oder Biegefestigkeit von Masten 1 1 , insbesondere nicht abgespannten Masten 1 1 , durchfuhren .

Hierzu wird der Mast 1 1 im obersten Drittel der Masthohe h durch die Unwucht des Unwuchterregers 12 zum Schwingen angeregt. Die horizontalen Beschleunigungsaufnehmer 1 3 ermitteln die Bcschleunigungswertc (Beschleunigungssignale) an ihren j eweiligen Positionen (Messpunkten) am Mast 1 1 und geben diese zur Aufzeichnung und/oder Ausw ertung an die Erfassungs- und/odei Auswerteinrichtung 21 w eiter.

Hinsichtlich der Auswertung lasst sich beispielsweise durch zweifache Integration der Beschleunigungssignale die Auslenkung des Mastes in den verschiedenen Ebenen berechnen und so eine gemessene Biegehnie des Mastes 1 1 ermitteln. Durch den

Vergleich dieser gemessenen Biegehnie mit einer insbesondere für die aufgebrachte Last (d.h. die von dem Unwuchterreger 12 angeregte Krafteinwirkung auf den Mast 1 1), den speziellen Querschnitt des Mastes 1 1 und das Mastmaterial berechneten Biegehnie kann auf die Materialgute des Mastes 1 1 geschlossen werden und es können Materialfehler, Einschlüsse und Bruche erkannt werden .

Ergibt die Auswertung der ermittelten Werte kritische bzw. unsichere Ergebnisse für eine bestimmte Auslenkrichtung des Mastes 1 1 , so ermöglicht die Vorrichtung 10 durch entsprechende Anordnung der Beschleunigungsaufnehmer 13 (gegebenenfalls auch 14) eine nochmalige gezielte und eventuell auch detailliertere Untersuchung dieser Auslenkrichtung.

Die Anordnung von vier Beschleunigungsaufnehmern 13 in einer Ebene im obersten Drittel der Masthohe h liefert ebenfalls durch zweifache Integration Angaben über Auslenkungen des Mastes 1 1 , die sich nicht nur in ihrer Richtung, sondern auch in ihrem Betrag unterscheiden können. Diese Auswertung ermöglicht Rückschlüsse auf Querschnittsverformungen und Verdrehungen des Mastes, die so dokumentiert und insbesondere unter Heranziehung von Materialkennwerten bewertet werden können.

Die Messwerte der Anordnung der vier vertikalen Beschleunigungsaufnehmer 14 an je zwei gegenüberliegenden Seiten des Mastfußes ermöglichen durch Berechnung der Wege (wiederum durch zweifache Integration) und unter Berücksichtigung des Abstandes der vertikalen Beschleunigungsaufnehmer 1 4 die Ermittlung eines Kippens des Fundamentes 17. Dadurch lasst sich die Wahrscheinlichkeit eines Umkippen des Mastes 1 1 beurteilen, d.h die Standfestigkeit des Mastes 1 1.

Schließlich kann durch

der Umdrehungsgeschwindigkeit der Unwucht (der Masse) der Ficquenzgang, der Dampfungskoeffizient sowie die maximale Auslcnkung des Mastes 1 1 und damit die Eigenfrequenz des Mastes 1 1 ermittelt werden. Diese Frequenz stellt den kritischen Fall bei Windanregung dar. Dabei darf die Windanregung diese Eigenfrequenz des Mastes 1 1 nicht eiregen, die (ermittelte) Eigenfrequenz des Mastes 1 1 muss daher außerhalb eines kritischen Frequenzbereichs liegen. A ndernfalls sind gegebenenfalls Anpassungsmaßnahmen zur A ndciung der Eigenfiequenz des Mastes ei fordeihch.

Das beschriebene Prüfverfahren hat den Vorteil, dass der Verlauf der Biegehnie im elastischen Bereich des Materials proportional der Belastung ist und daher bei der Anregung mit kleinen Unwuchten und damit mit geringen Kräften gearbeitet weiden kann. Es besteht somit nicht die G efahr der Uberbelastung des Mastes, so dass die Wahrscheinlichkeit der Beschädigung des Mastes durch die Prüfung gering ist, jedenfalls deutlich geringer als bei den aus dem Stand der Technik bekannten und eingangs erläuterten Verfahren, die eine Mastbelastung erfordern, die deutlich über der zu erwartenden natürlichen Maximalbelastung durch Wind hegt.

Die beschriebene Vorrichtung ist besonders geeignet für runde und/oder ovale Masten mit einem Durchmesser von maximal 50 cm, insbesondere von maximal 30 cm.

FIG 2 zeigt schematisch ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel eines Unwuchterregers 1 2 im Querschnitt bzgl. der Mastlangsachse, angeordnet an einem zu prüfenden Mast 1 1 . Bei diesem Ausfuhrungsbeispiel umfasst die Masse des Unwuchterregers 12 eine Basismasse 28 und eine Trimmmasse 29, wobei der maßgebliche radiale Abstand δ in der Proj ektion auf eine zur Mastlangsachse senkrechten Ebene zwischen Basismasse 28 und Trimmmasse 29 mittels einer Abstandseinstellkomponente 30 eingestellt werden kann. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass eine für das Prufungsverfahren angepasste Kraft durch einen Benutzer eingestellt oder auch wahrend des Prufungsverfahrens verändert werden kann.

Die Basismasse 28 bewegt sich bei der vorliegend dargestellten Aus fuhrungsform auf einer Kreisbahn 31 . Gleichzeitig ist es möglich, den Abstand δ der Trimmmasse 29 zur Basismasse 28 abgestimmt auf die Umlauffrequenz der Basismasse 28 so zu verandern, dass trotz kreis förmiger Umlaufbahn der Basismasse 28 eine elliptisch verteilte Krafteinwirkung entsteht, also der Effekt einer einzigen auf einer elliptischen Bahn umlaufenden Masse erzielt wird.

FI G 3 zeigt ein Aus fuhrungsbeispiel eines Roboters 22 einer Vorrichtung 1 0 nach der Erfindung, und zwar in einem nicht an einem Mast 1 1 angebrachten Zustand, d. h. vor oder nach eine A nbringung am Mast 1 1 . FIG 4 zeigt diesen Roboter 22 in einem am Mast 1 1 angebrachten Zustand. Der Vergleich von FIG 3 und FIG 4 zeigt, dass der Roboter 22 aus mehreren Komponenten besteht, die zum Anbringen am Mast 1 1 miteinander verbunden werden und zum Abnehmen des Roboters 22 vom Mast 1 1 wieder voneinander gelost werden . Hierzu können auch

Scharnierverbindungen vorgesehen sein, so dass die einzelnen Komponenten des Roboters 22 auch im abgenommenen Zustand miteinander verbunden sind.

Der Roboter 22 umfasst ein Basisgestell 23, das in einem an einem Mast 1 1 angebrachten Zustand ringförmig ausgebildet ist und somit den Mast 1 1 ringförmig umgibt. An dem Basisgestell 23 sind mehrere Rader 24 über Aufhangungen 25 angebracht. Die Rader 24 liegen (im angebrachten Zustand des Roboters 22) auf einem Kreis um die Mastachse. Die Position der Rader ist über ihre Aufhangungen 25 verstellbar, so dass sich der Radius der Kreisanordnung der Rader 24 verstellen lasst. Dadurch kann der Roboter 22 an verschiedene Mastdurchmesser angepasst werden .

Im angebrachten Zustand (FIG 4) sind die Positionen der Rader 24 derart eingestellt, dass die Rader 24 am Mast 1 1 anliegen. Die Oberflache der Rader 24 weist eine hohe Reibung auf, über die der Roboter wahrend des Fahrens am Mast 1 1 gehalten wird. Die Arretierung in der Messposition erfolgt durch Arretierungsmittel, insbesondere Arretierungsspindeln, bevorzugt 3. Die Arretierungsmittel bewirken eine möglichst ungedämpfte Einkopplung der Arretierungskrafte.

Die Rader lassen sich über einen Antrieb 26 drehen, so dass sich der Roboter 22 entlang des Mastes auf und ab verfahren lasst, und zwar selbstfahrend. Über die Aufhangung 25 kann gegebenenfalls eine Anpassung an einen sich ändernden Mastdurchmesser erfolgen.

Auf dem Roboter 22 können Messeinrichtungen, beispielsweise

Beschleunigungsaufnehmer angebracht werden . Diese können dann vom Roboter 22 in die gewünschten Messebenen gefahren w erden. Auch die Anbringung eines Unwuchterregers auf dem Roboter 22 ist möglich.

Insgesamt ist somit ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überprüfung der

Festigkeit von Masten, insbesondere nicht abgespannten Masten, vorgeschlagen, mit dem bzw. der sich insbesondere folgende Kennwerte eines Mastes überprüfen lassen: Fundamentkippen, Verbiegen des Mastes über die Hohe und Torsionsbelastung, Frequenzgang, Resonanzkoeffizient und Resonanzfrequenz. Bezugs z eichenliste

1 0 Vorrichtung

1 1 Mast

1 2 Unwuchterreger

1 3 horizontale Beschleunigungsaufnehmer

1 4 vertikale Beschleunigungsaufnehmer

1 5 Mastspitze

1 6 Mastfuß

1 7 Fundament

1 8 Boden

1 9 Mast(langs)achse

20 Seiten- oder Mantelflache

21 Auswert- und/oder Steuer- und/oder Erfassungseinπchtun

22 Roboter

23 Basisgestell

24 Rader

25 Aufhangung

26 Antrieb

27 A rretierungs mittel

28 Basismasse

29 Trimmmasse

30 Ab s tandsein Stellkomponente

31 Kreisbahn

h Masthohe δ Abstand zwischen Basismasse und Trimmmasse

Claims

Patentansprüche

1 . Verfahren zur Prüfung der Stand- und/oder Biegefestigkeit von Masten (1 1 ), insbesondere nicht abgespannten Masten (1 1 ), a) bei dem die Prüfung d_j namisch erfolgt, b) wobei der Mast (1 1) durch eine kunstlich erzeugte Kraft zu Bewegungen, insbesondere Schwingungen, angeregt wird, und c) wobei die Bewegungen des Mastes (1 1) durch einen oder mehrere am Mast (1 1 ) angeordnete Sensoren, insbesondere Beschleunigungsaufnehmer (13, 14), die Mess- bzw. Beschleunigungswerte an ihrer jeweiligen Position am Mast (1 1) erfassen, ermittelt werden .

2. λ^erfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Mastbewegungen durch eine sich zeitlich in ihrer Richtung und/oder ihrem Betrag ändernde Kraft angeregt werden .

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Mastbewegungen durch eine sich periodische in ihrer Richtung und/oder ihrem Betrag ändernde Kraft angeregt werden .

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Anregungsfrequenz der Kraft einstellbar ist, insbesondere kontinuierlich.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die die Mastbewegungen anregende Kraft ein Kraftimpuls und/oder eine Kraftimpulsfolge ist.

6. λ^erfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kraft im Wesentlichen in einer Ebene senkrecht zu einer Langsachse (19) des Mastes (1 1) liegt, insbesondere radial zu einer Langsachse (19) des Mastes (1 1 ) gerichtet ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kraft zirkulär oder elliptisch um eine Langsachse (19) des Mastes (1 1) umlauft, insbesondere periodisch und/oder mit zeitlich konstantem Kiaftbetrag.

Verfahicn nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Kraftrichtung konstant auf einer Geraden senkiecht zu einer Mastlangsachse (19) liegt und der Kraftvektor sich mit der Zeit verändert.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kraft torsierend am Mast (1 1 ) angreift, insbesondere zumindest hinsichtlich einer

Kraftkomponente tangential an einer Seiten- oder Mantelflache (20) des Mastes angreift.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die auf den Mast (1 1) einwirkende Kraft von einer Vorrichtung (12) erzeugt wird, die am

Mast (10) angeordnet ist, insbesondere im oberen Drittel der Masthohe (h) und/oder an einer Außenseite, vorzugsweise einer äußeren Seiten- oder Mantelflache (20) des Mastes (1 1).

1 1. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Vorrichtung ein Unwuchterreger (12) ist.

12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , bei dem die Unwucht des Unwuchterregers (12) im Wesentlichen auf mindestens einer Masse beruht, vorzugsweise auf zwei oder mehreren Massen, und diese Masse oder Massen beim Betrieb des

Unwuchterregers (12) bewegt werden .

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Masse oder die Massen um die Mastlangsachse (19) und/oder den Mast (1 1) bewegt wird bzw. werden , insbesondere radial außerhalb einer Außenseite oder Mantelflache (20) des

Mastes (1 1) und/oder vorzugsweise kreisförmig.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem die Masse oder die Massen durch einen oder mehrere Linearantriebe, insbesondere einen oder mehrere Linearmotoren, angetrieben wird bzw. w erden.

15. Verfahren nach einem Ansprüche 12 bis 14, bei dem die Masse oder die Massen elektromagnetisch geregelt schw ebt bzw. schweben odei mechanisch gefühlt ist b7\v. sind.

1 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem es sich bei den erfassten Messwerten bevorzugt um horizontale Beschleunigungsw erte handelt, die im Wesentlichen in einer Ebene senkrecht zu einer Mastlangsachse (19) ermittelt werden , und/oder um vertikale Beschleunigungswerte, die im Wesentlichen parallel zu einer Mastlangsachse (19) ermittelt werden .

17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem horizontale Beschleunigungswerte in einer oder mehreren über die Masthohe (h) verteilten Messebenen ermittelt werden , insbesondere in drei Messebenen, wobei vorzugsweise eine eiste Messebene im unteren Drittel der Masthohe (h) und eine zweite Messebene im mittleren Drittel der Masthohe (h) und eine dritte Messebene im obersten

Drittel der Masthohe (h) liegt.

1 8. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem Beschleunigungsw erte in verschiedenen Messebenen durch Anordnung einer entsprechenden Anzahl von Beschleunigungsaufnehmern (13, 14) parallel ermittelt werden .

19. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem Beschleunigungswerte verschiedener Messebenen nacheinander ermittelt werden , insbesondere indem ein Roboter (22) mit Beschleunigungsaufnehmern, der entlang des Mastes (1 1 ) verfahrbar ist, nacheinander in die jeweiligen Messebene am Mast (1 1) gefahren wird

20. Λ^erfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, bei dem in zumindest einer Messebene, insbesondere in der obersten Messebene, zwei oder mehrere, vorzugsweise vier, Beschleunigungswerte ermittelt werden , wobei die Messpunkte gleichmaßig in der Messebene am Mast (1 1) verteilt sind.

21 . Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die Beschleunigungswerte einer Messebene durch eine entsprechende Anzahl an Beschleunigungsaufnehmern (13, 14) parallel ermittelt werden .

22. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die Beschleunigungswerte einer Messebene nacheinander ermittelt werden, insbesondere indem am Mast ein Roboter (22) mit einem oder mehreien Beschleunigungsaufnehmern angeordnet wird, der den oder die Bcschleunigungsaufnehmer um die Mastlangsachse drehen kann zur Einnahme der verschiedenen Messpositionen innerhalb einer

Messebene.

23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein oder mehrere vertikale Beschleunigungsw erte, insbesondere zwei vertikale Beschleunigungswerte, am oder in der Nahe eines Mastfußes (1 6) ermittelt werden .

24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche und Anspruch 16, bei dem a) durch zweifache Integration der ermittelten horizontalen Beschleunigungswerte die Mastauslenkung in den jeweiligen Messebenen berechnet und hieraus eine gemessene Biegehnie des Mastes (1 1) bestimmt wird, b) die gemessene Biegehnie mit einer Muster-Biegelmie, insbesondere einer unter

Berücksichtigung von anregender Kraft und/oder Mastquerschnitt und/oder

Mastmaterial theoretisch ermittelten Biegehnie oder einer Nullmessung, verglichen wird, und c) Abweichungen zwischen gemessener und Muster-Biegelinie, insbesondere theoretisch ermittelter Biegehnie bzw. Nullmessung, festgestellt werden.

25. λ^erfahren nach Anspruch 24, bei dem aus festgestellten Abweichungen zwischen gemessener und berechneter Biegehnie Qualitätsmangel des Mastes (1 1), insbesondere Materialfehler und/oder Einschlüsse und/oder Bruche, erkannt w erden.

26. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche und Anspruch 16, bei dem durch zweifache Integration der ermittelten horizontalen Beschleunigungswerte die Mastauslenkung in den jeweiligen Messebenen berechnet wird und hieraus eine Kraft-Auslenkungs-Kennhnie aufgestellt wird, aus deren Verlauf Qualitätsmangel des Mastes (1 1) , insbesondere Mateπalfehler und/oder Einschlüsse und/oder Bruche, erkannt werden .

27. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche und nach Anspruch 20,

a) durch zweifache Integration mehrerer horizontaler Beschleunigungswerte, die in einer Messebene ermittelt wurden, Mastauslenkungen in verschiedene Richtungen ermittelt werden , und b) aus Unterschieden dieser A uslenkungen, insbesondere hinsichtlich des Betrages der maximalen Auslenkung, Qualitätsmangel des Mastes (1 1), insbesondere

Querschnittsverformungen und/oder Verdrehungen des Mastes (1 1), erkannt werden

28. Verfahien nach einem der voihergehenden Ansprüche und nach Anspruch 23,

a) durch zweifache Integration der ermittelten vertikalen Beschleunigungswerte, insbesondere von zw ei an gegenüberliegenden Mastseiten ermittelten Beschleunigungsw erten, die Bew egung der jeweiligen Messpunkte ermittelt w ird und b) aus diesen Bew egungen und dem Abstand der Messpunkte voneinander ein Kippen des Mastes (1 1) in seiner Verankerung bestimmt wird.

29. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche und nach Anspruch 4, bei dem aus der von der Kraft angeregten Bewegung des Mastes (1 1) bei verschiedenen Anregungsfrequenzen, insbesondere aus der maximalen Auslenkung des Mastes (1 1) bei verschiedenen Anregungsfrequenzen der Frequenzgang, der Dampfungskoeffizient und/oder die Eigenfrequenz des Mastes (1 1) ermittelt wird.

30. Vorrichtung (10) zur Prüfung der Stand- und/oder Biegefestigkeit von Masten (1 1), insbesondere nicht abgespannten Masten (H), vorzugsweise mittels eines dynamischen Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend a) einen Unwuchterreger (12), der zur Erzeugung einer auf den zu prüfenden Mast (1 1) einwirkenden Kraft, insbesondere einer periodischen Kraft, an dem Mast (1 1) angeordnet oder anordenbar ist, insbesondere im oberen Drittel der Masthohe (h), b) einen oder mehrere Beschleunigungsaufnehmern (13, 14), die zur Erfassung von Beschleunigungswerten am Mast (1 1) angeordnet oder anordenbar sind, und c) eine Auswerteinrichtung (21 ) zur Ermittlung der Stand- und/oder

Biegefestigkeit des zu prüfenden Mastes (1 1) und/oder von Qualitätsmangeln des zu prüfenden Mastes (1 1 )

31 . Vorrichtung nach Anspruch 30, bei der die Unwuch t des Unw uch terregers (12) im Wesentlichen auf mindestens einer Masse beruht, vorzugsweise auf zwei oder mehreren Massen, und diese Masse oder Massen beim Betrieb des Unw uchterregers (12) bewegt ist oder sind.

2 Vorrichtung nach Anspruch 31 , bei der die Masse oder die Massen kreisförmig um die Mastlangsachse (19) bewegt ist bzw. sind. v

33. Vorrichtung nach Anspruch 31 oder 32, bei der die Masse oder Massen durch einen Linearantrieb, insbesondere einen Linearmotor, angetrieben ist bzw. sind.

34. Vorrichtung nach einem Ansprüche 31 bis 33, bei der die Masse oder Massen beim Betrieb des Unwuchterregers (12) elektromagnetisch geregelt schwebt bzw. schweben oder mechanisch gefuhrt ist bzw. sind.

35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 30 bis 35, ausgebildet und bestimmt zur Durchfuhrung des Verfahrens nach Anspruch 19 und/oder Anspruch 22, umfassend mindestens einen Roboter (22) zur Positionierung der Beschleunigungsaufnehmer (13, 14) und/oder des Unwuchterregers (12) am zu prüfenden Mast (1 1), wobei der Roboter zwei oder mehrere Komponenten, die miteinander verbunden ringförmig um den zu prüfenden Mast (1 1) gelegt oder legbar sind, und mindestens eine Einrichtung zur Anbringung von Beschleunigungsaufnehmern (13, 14) und/oder Unwuchterreger (12) umfasst.

36. Vorrichtung nach Anspruch 35, wobei der Roboter (22) einen Mechanismus zum Verfahren des Roboters (22) entlang des Mastes umfasst, vorzugsweise einen Mechanismus mit angetriebenen Radern (24), die beim Verfahren am Mast (1 1) anliegen.

37. Vorrichtung nach Anspruch 35 oder 36, wobei der Roboter (22) einen Mechanismus zum Drehen der Einrichtung zum Anbringen von Beschleunigungsaufnehmern (13, 14) und/oder Unwuchterreger (12) um die Mastlangsachse (19) umfasst.