WO2009000919A2

WO2009000919A2 - Vorrichtung zur zustandsüberwachung von bauwerken

Info

Publication number: WO2009000919A2
Application number: PCT/EP2008/058283
Authority: WO
Inventors: Meinhard Schilling; Thomas Ummenhofer; Martin Oehler; Christian Missal
Original assignee: Technische Universität Carolo-Wilhelmina Zu Braunschweig
Priority date: 2007-06-27
Filing date: 2008-06-27
Publication date: 2008-12-31
Also published as: DE102007030195A1; WO2009000919A3

Abstract

Eine Vorrichtung zur Zustandsüberwachung von Bauwerken und Bauwerksteilen weist eine Signalverarbeitungseinrichtung (20), die an oder in dem Bauwerk oder Bauwerksteil (10) angeordnet ist, dessen Zustand überwacht werden soll. Ein Signalabgabeelement (30) ist an die Signalverarbeitungseinrichtung (20) angeschlossen. Das Signalabgabeelement (30) ist zur drahtlosen Abgabe von Signalen ausgebildet, die von der Signalverarbeitungseinrichtung (20) zur Verfügung gestellt werden. Ein Lesegerät (40) ist für das drahtlose Auslesen der von dem Signalabgabeelement (30) abgegebenen Signale über eine Übertragungsstrecke (38) ausgebildet. Das Signalabgabeelement (30) ist so angeordnet und ausgebildet, dass eine Zustandsänderung des zu überwachenden Bauwerks oder Bauwerksteils (10) zu einer Zustandsänderung des Signalabgabeelements (30) und zu einer Änderung seiner Signalabgabeeigenschaften führt, die vom Lesegerät (40) erkannt wird.

Description

Vorrichtung zur Zustandsüberwachung von Bauwerken

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zustandsüberwachung von Bauwerken und Bauwerksteilen.

Bauwerke beziehungsweise Bauwerksteile unterliegen einer Vielzahl von Belastungen und Beanspruchungen. Eine rechtzeitige Erkennung von Schädigungen ermöglicht eine Prävention oder gar geeignete Maßnahmen für schonende Reparaturen. Zumindest wird durch eine rechtzeitige Erkennung die Gefahr von Schäden an der Umgebung des Bauwerkes reduziert. Aus diesem Grunde besteht schon seit langem ein Interesse an einer Überwachung des Zustands von Bauwerken und Bauwerksteilen.

Üblich ist es bisher, eine derartige Überwachung durch eine wiederholte Sichtprüfung der Bauwerke oder Bauwerksteile vorzunehmen. Eine Sichtprüfung hat den Nachteil, subjektiv von den Personen abhängig zu sein, die die Sichtprüfung vornehmen, und außerdem eine Vielzahl von möglichen Schädigungen gar nicht aufdecken zu lassen.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, meist sehr aufwendige Prüfgeräte für die jeweiligen Prüfungen an den Ort des Bauwerks zu schaffen oder bei Bauwerksteilen auch diese im Labor untersuchen zu lassen. Dies hat den Nachteil, recht kostenintensiv zu werden, da der Transport von entweder Prüfgeräten oder Bauwerksteilen aufwendig ist, organisiert werden muss und die entsprechenden aufwendigen Prüfgeräte auch beschafft werden müssen.

Eine weitere bekannte Möglichkeit ist das Einführen von Monitoringsystemen mit einer Verkabelung. Eine solche Konzeption ist in der JP 1 1 -153568 A beschrieben. In einem Betonbauwerk wird ein Draht eingelassen. Wird dieser Draht unter Einwirkung von Chlor oder anderen aggressiven Werkstoffen durchtrennt, kann dies mit einem Messgerät festgestellt werden. Daraus können dann Rückschlüsse auf den Zustand des Betons des Bauwerks gezogen werden. Für diese Fälle ist entweder das Problem einer entsprechenden Stromversorgung zu lösen oder es entsteht keine lückenlose Überwachung in den Intervallen zwischen den Inspektionen. Besonders problematisch ist es, dass hier Kabel in das Bauwerk hineingeführt werden müssen. Diese Kabel sind eine praktisch zwangsläufige Einfallstrecke für Schädigungen etwa durch Chlor oder durch Karbonatisierung.

Aus der US 7,180,404 B2 ist es bekannt, im Inneren eines Bauwerks Sensoren anzuordnen. Diese Sensoren werden dann mit einer Verarbeitungsschaltung mit Speichern und Schnittstellen verbunden, an die sie ihre Messwerte abgeben. Diese Werte können dann an eine ebenfalls noch innerhalb des Bauwerks angeordnete Antenne übermittelt werden. Von dieser Antenne werden die dort zur Verfügung gestellten Daten mittels einer Leseeinrichtung drahtlos abgerufen. Dadurch entfällt eine Verkabelung. Die Konzeption ist jedoch insgesamt sehr aufwendig und erfordert Messsensoren, Schaltkreise und Sendeeinrichtungen im Inneren des zu überprüfenden Bauwerks. Hier bleibt das Problem der Energieversorgung. Die entsprechende Konzeption ist auch sehr aufwendig und komplex, da elektronische Schaltungen, Sender, Speicher, Energiedetektoren und dergleichen benötigt werden.

Gerade im Hinblick auf den zunehmenden Trend zur Bauwerkserhaltung besteht das Bedürfnis, hier kostengünstigere und einfachere Lösungen für eine zuverlässige Zustandsüberwachung von Bauwerksteilen und Bauwerken zu schaffen.

Aus der US 2005/0248334 A1 ist ein Vorschlag für den Bereich der Tiefbohrtechnik bekannt, der insbesondere im Zusammenhang mit der Erdölförderung gemacht wird. Um den Erosionszustand von Komponenten im Bohrloch festzustellen, wird unter anderem ein System vorgeschlagen, bei dem ein Sensor innerhalb der Rohrwandung ohne Beeinträchtigung der strukturellen Integrität dieser Wandung angeordnet wird. Wird nun das Substrat beziehungsweise die Rohrwandung einem erodierendem Mittel für eine bestimmte Zeitspanne ausgesetzt, so wird zu einem bestimmten Zeitpunkt der Sensor zerstört, so dass ein Detektor die Folgerung ziehen kann, dass die Erosion bis zu diesem Bereich fortgeschritten ist und möglicherweise Maßnahmen betreffend die entsprechende Komponente getroffen werden müssen. Als ein Vorschlag für einen solchen Sensor wird eine RFID- Komponente (radio frequency identification) vorgeschlagen.

Der Einsatz der RFID-Technologie ist in anderem Zusammenhang vielfach bekannt, etwa aus der EP 1 090 379 B1 als Identifikationsetikett mit einer aufgedruckten Antenne. Mit einem solchen Etikett können etwa Fahrkarten, Pakete oder auch Artikel und ihre Verpackungen kenntlich gemacht und ihre Echtheit abgefragt und überprüft werden.

Bei Containern ist aus der US-2007/0085677 A1 die Idee bekannt, einen Sensor und Beobachtungseinheiten an dem Container zu befestigen. Mittels der RFID- Technologie werden die von den Sensoren erfassten Daten dann weiter übermittelt und ermöglichen ein Eingreifen.

In der US 2006/0201241 A1 wird die Idee beschrieben, unter anderem RFID- Chips im Inneren von Reifen eines Kraftfahrzeugs anzuordnen und dort aufzukleben und die von Sensoren im Reifeninneren ermittelten Daten auf diese Weise von außen abfragbar zu gestalten.

Aus der WO 2006/094085 A2 ist es bekannt, eine Umgebung mittels einer Sensoranordnung zu beobachten und über einen RFID-TAG die vom Sensor festgestellten Ereignisse zu übermitteln.

In der US 6,806,808 B1 wird vorgeschlagen, ein bestimmtes physikalisches oder chemisches Ereignis in einer bestimmten Umgebung auf einem Aufzeichnungsträger festzuhalten, wobei die Energie für die Aufzeichnung auf dem Aufzeichnungsträger aus der zu beobachtenden chemischen Reaktion stammt und wobei der Aufzeichnungsträger unter anderem mittels RFID abgefragt werden kann.

In der WO 2006/108725 A1 wird vorgeschlagen, einen Empfangsschwingkreis für Hochfrequenzenergie innerhalb eines sogenannten passiven RFID-TAGS zu verstimmen oder zu deaktivieren, wobei eine Antennenspule und ein Kondensator mit einem porösen Dielektrikum ausgestattet wird. Dieses poröse Dielektrikum wird über eine Kapillare mit einem Flüssigkeitsbehälter verbunden. Wird eine bestimmte Grenztemperatur überschritten, so dehnt sich die in dem Flüssigkeitsbehälter befindliche Flüssigkeit aufgrund der temperaturbedingten Ausdehnung derart aus, dass sie das poröse Dielektrikum durchtränkt. Dadurch wird der Schwingkreis mit der Antennenspule und dem Kondensator verstimmt und kann nicht mehr ausgelesen werden. Auf diese Weise kann dauerhaft und zuverlässig festgestellt werden, ob eine bestimmte Grenztemperatur etwa in einer Kühlkette oder bei einem Motor überschritten worden ist.

In der WO 2005/109670 A1 wird ein Übertragungssystem für Sensoren vorgeschlagen, bei dem die Position einer Abschirmung zwischen einem Sender und einer Empfangsantenne dadurch festgestellt werden kann, dass die Empfangsantenne die Abschwächung des empfangenen Signals ermittelt und diese Daten an einen Empfänger weitergibt. Für die Empfangsantenne werden RFID-TAGS vorgeschlagen.

Alle diese Vorschläge aus dem Stand der Technik sind für sehr spezielle Anwendungsfälle geeignet, beschäftigen sich jedoch nicht mit den Problemen, die bei der Bauwerkserhaltung interessant sind. So sind sie durchweg relativ kostspielig oder nur für eine Einzelanwendung geeignet. Gerade bei der Bauwerksüberwachung werden jedoch zuverlässige, aber außerdem sehr kostengünstige und leicht zu überwachende Vorrichtungen benötigt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine solche kostengünstigere Vorrichtung zur Zustandsüberwachung von Bauwerken und Bauwerksteilen vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Zustandsüberwachung von Bauwerken und Bauwerksteilen, mit einer Signalverarbeitungseinrichtung, die an oder in dem Bauwerk oder Bauwerksteil angeordnet ist, dessen Zustand überwacht werden soll, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung einen oder mehrere RFID-Chips aufweist, mit einem Signalabgabeelement, welches an die Signalverarbeitungseinrichtung angeschlossen ist, und welches zur drahtlosen Abgabe von Signalen ausgebildet ist, die von der Signalverarbeitungseinrichtung zur Verfügung gestellt werden, wobei das Signalabgabeelement eine oder mehrere Antennen aufweist, mit einem Lesegerät, welches für das drahtlose Auslesen der von dem Signalabgabeelement abgegebenen Signale über eine Übertragungsstrecke ausgebildet ist, wobei das Lesegerät ein oder mehrere RFI D-Lesegeräte aufweist, wobei das Signalabgabeelement neben der Antenne einen Anschluss der Antenne an die Signalverarbeitungseinrichtung aufweist, wobei das Signalabgabeelement so angeordnet und ausgebildet ist, dass eine Zustandsänderung des zu überwachenden Bauwerks oder Bauteils zu einer Zustandsänderung des Anschlusses der Antenne des Signalabgabeelements an die Signaleinrichtung und dadurch zu einer Änderung der Signalabgabeeigenschaften des Signalabgabeelements führt, die vom Lesegerät erkannt wird.

Mit einer derartigen Konstellation wird es möglich, die Zustände von Bauwerken und Bauwerksteilen nicht nur kostengünstig zu überwachen, sondern dies auch automatisch, mit relativ wenig Zeitaufwand und trotzdem zuverlässig durchzuführen. Dieses gilt insbesondere für die Überwachung von Grenzlastzuständen im statischen und dynamischen Fall. Es ist möglich, zusätzlich weitere Sensoren in der Vorrichtung vorzusehen, um spezielle andere Messwerte auch berücksichtigen zu können, funktionstüchtig und einsatzbereit ist die Vorrichtung jedoch auch ohne jeden separaten Sensor.

Von besonderem Vorteil ist es, dass keinerlei zusätzliche Sensoren oder Schaltungen benötigt werden. Diese Zustandsänderung des Bauwerkes wird allein durch die Zustandsänderung der Anschlussleitung von dem RFID-Chip zu der Antenne festgestellt, ohne dass noch separate Messungen oder Verarbeitungen stattfinden müssen. Der RFID-Chip ist anspruchslos und dient in erster Linie dazu, die Identifizierung der Vorrichtung für das Lesegerät sicherzustellen.

Von ganz besonderem Vorteil ist es bei der erfinderischen Konzeption, dass die Zustandsänderung des zu überwachenden Bauwerks nicht etwa zu einer Zerstörung der eingesetzten Antenne und auch nicht zu einer Zerstörung der eingesetzten Signalverarbeitungseinrichtung führt. Der RFID-Chip bleibt also unverletzt, ebenso auch die Antenne. Die Änderung betrifft stattdessen den Anschluss der Antenne an die Signalverarbeitungseinrichtung, also die Zuleitung und Verbindung des Chips zur Antenne. Dies hat den Vorteil, dass der Chip auch nach Eintreten eines bestimmten Ereignisses noch überprüft werden kann, um bestimmte Details zu dokumentieren, Fehlfunktionen auszuschließen und beispielsweise auch nachzuweisen, dass eine unzulässige Manipulation von außen stattgefunden hat, die zu einer bestimmten Information des Lesegeräts geführt hat.

Dabei ist ja zu bedenken, dass die Zustandsüberwachung der Bauwerke und Bauwerksteile kein Selbstzweck ist, sondern beispielsweise auch dazu dient, die Notwendigkeit bestimmter sehr kostspieliger Instandsetzungsmaßnahmen anzuzeigen oder gegebenenfalls auch die Notwendigkeit derartiger Maßnahmen zu verneinen. Von daher besteht durchaus ein Interesse an einer Manipulation entsprechender Messungen.

Dadurch, dass gerade diese wesentlichen Elemente erhalten bleiben, ist auch zu einem späteren Zeitpunkt noch möglich, das Zustandekommen einer bestimmten Messung einer Zustandsänderung aufzuklären oder auch das Vorliegen bestimmter Umstände zu beweisen.

Bei Vorschlägen wie etwa aus der US 2005/0248334 A1 ist es ausschließlich möglich, durch die komplette Zerstörung eines Sensors samt Antenne eine fortschreitende Erosion anzuzeigen, was darüber hinaus nur eine sehr grobe Angabe über eine Zustandsänderung ist.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht dagegen auch eine Anzeige von Zustandsänderungen, die in anderer Form praktisch nicht erfassbar ist.

Ein besonders interessantes Anwendungsgebiet ist dabei die Überwachung von korrosionsgefährdeten Bauwerksteilen, etwa bei Bewehrungsstahl in Beton. Ein gravierendes Problem bei korrosionsgefährdeten Bauwerksteilen ist die fortschreitende Karbonatisierung des Betons. Diese ist optisch kaum festzustellen und als solche auch noch nicht bauwerkszerstörend. Die Karbonatisierung macht sich erst dann sehr nachteilig bemerkbar, wenn sie bis hin zu einem Bewehrungsstahl vorgedrungen ist und dann zur Korrosion dieses Stahls führt.

Gerade bei diesem Anwendungsbereich kann der Fortschritt der Karbonatisierung innerhalb eines Bauwerksteiles durch das Vorsehen entsprechender erfindungsgemäßer Konzeptionen sehr praktikabel überwacht werden.

Sollte eine erfindungsgemäße Vorrichtung durch beispielsweise den Ausfall des Anschlusses der Antenne an die Signalverarbeitungseinrichtung auf Grund von Karbonatisierung eine Zustandsänderung durch das Lesegerät festgestellt haben, und es entstehen Zweifel daran, ob und welche Ursache zu dieser entsprechenden Aufzeichnung des Lesegerätes geführt haben, so lässt sich durch entsprechende Demontage der Vorrichtung aus dem Bauelement heraus exakt nachprüfen, ob tatsächlich die vom Lesegerät registrierte Zustandsänderung durch Karbonatisierung im Bauwerk erfolgt ist oder ob und welche Art von Manipulation oder möglicherweise auch Fehlfunktion vorgelegen haben könnte.

In bestimmten Anwendungsfällen mag es auch möglich oder sinnvoll sein, die erfindungsgemäße Vorrichtung nach einer solchen Meldung weiter zu benutzen, nachdem die Anschlussleitung vom RFID-Chip zur Antenne wiederhergestellt oder aktiviert oder in anderer Form in den Ursprungszustand zurückversetzt worden ist.

Denkbar sind ja auch Einsatzmöglichkeiten, bei denen gar keine Zerstörung oder Deaktivierung des Anschlusses des RFID-Chips an der Antenne stattfindet, sondern bestimmte Werte dieses Anschlusses modifiziert werden, wenn sich der Zustand des Bauwerks oder Bauwerksteiles ändert.

Bevorzugt ist es dabei, wenn die RFID-Antenne aus Draht besteht.

Der Einsatz der RFID-Technologie ist wie eingangs bereits erörtert in anderen Gebieten der Technik bereits erprobt und es stehen daher kostengünstig und zuverlässig eine Vielzahl entsprechender Bauelemente zur Verfügung, die erfindungsgemäß genutzt werden können. Dabei werden erfindungsgemäß sogenannte Transponder bestehend aus RFID-Chips und Antennen an, in oder auf dem zu überwachenden Bauwerk oder Bauwerksteil angeordnet.

Werden mehrere Transponder oder auch Transponder mit mehreren Antennen eingesetzt, so lassen sich auf sehr praktikable Weise auch Zustandsänderungen räumlich erfassen, beispielsweise bei der oben bereits erwähnten Karbonatisierung von Stahlbeton die Richtung der fortschreitenden Karbonatisierung oder auch die Tiefe, bis zu der eine solche Karbonatisierung in das Bauwerk eingedrungen ist.

Das gilt besonders dann, wenn die Anschlüsse der Antennen der RFID- Anordnungen an den RFID-Chip selbst der Korrosion ausgesetzt sind und auf diese Weise bei stattgefundener Korrosion die Aussendung eines Signals entfällt. Durch den Einsatz mehrerer Antennen kann auch eine Ortsaussage oder eine Aussage über die Fortschritt der Korrosion getroffen werden.

Darüber hinaus entfällt auch das Problem externer Stromversorgungen und eine häufig unerwünschte und unschöne Verkabelung außen auf den Bauwerken ist nicht mehr erforderlich.

Die drahtlose Möglichkeit des Ablesens beziehungsweise Auslesens hat neben den rein optischen und praktischen Vorteilen auch den Effekt, dass eine sehr typische Schwachstelle der bisherigen Monitoringsysteme mit einer Verkabelung entfällt. Bei bisherigen Monitoringsystemen stellt nämlich der Eintritt eines Kabels in das Bauwerk automatisch eine Schwächung gerade der Außenhaut des Bauwerks dar. Durch diese Schwachstelle können Schädigungseinflüsse besonders leicht in das Bauwerksteil oder Bauwerk einfallen und sich längs des Kabels in das Bauwerksinnere fortpflanzen.

Bei der Erfindung entfällt dieses Risiko gänzlich. Durch den erfindungsgemäß bevorzugten Einsatz von RFID-Transponder wird eine drahtlose Überwachung möglich, da sich diese Chips drahtlos abfragen lassen.

Bei passiven Ausführungen derartiger RFID-Chips benötigen diese keine eigene Stromversorgung mehr. Die Stromversorgung erfolgt bei Ablesen der RFID- Chips durch das Einkoppeln entsprechender Wechselfelder von außen. Bei semiaktiven Transpondern verfügt der Transponder über eine zusätzliche Energiequelle (Batterie) zur Versorgung des RFID-Chips. Auch in diesen Fällen wird die Energie zur Datenübertragung zum Lesegerät jedoch wie im passiven Fall aus dem Feld des Lesegerätes gewonnen.

Neben Bauwerken aus Stahlbeton oder Bauwerksteilen in Form von Trägern kann es sich auch um Bauwerksteile von Maschinen, von Kraftfahrzeugen oder auch um andere Bauwerksteile handeln.

Erfindungsgemäß sind insbesondere zwei verschiedene Modifikationen von herkömmlichen Transpondern mit Vorteil einsetzbar.

Dabei wird davon Gebrauch gemacht, dass das Signalabgabeelement eines Transponders einerseits eine Antenne besitzt, und andererseits einen Anschluss, mit dem die Antenne mit der Signalverarbeitungseinrichtung verbunden ist, also bevorzugt mit dem RFID-Chip.

Eine mit dem RFID-Chip verbundene Antenne im Inneren des Bauwerksteils wird dabei bei der ersten dieser beiden Varianten so modifiziert, dass sie relevante oder interessierende Änderungen des Zustands des Bauwerksteils oder Bauwerks detektieren kann.

Diese modifizierte Antenne wirkt mithin selbst als Sensor des RFID-Systems. Dabei kann beispielsweise die Antenne mit Kapazitäten oder Induktivitäten versehen sein, die sich unter dem Einfluss der Zustandsänderung in einer bestimmten Weise ebenfalls ändern, sodass sich die Resonanzfrequenz der Antenne entsprechend verändert, insbesondere zu einem anderen Wert hin verschiebt.

Diese Veränderung kann dann beim Ablesen beziehungsweise Auslesen durch das Lesegerät erkannt werden.

Bei der zweiten erwähnten Modifikation kann vorgesehen werden, dass der Anschluss der Antenne an den RFID-Chip durch die Zustandsänderung verändert, insbesondere unterbrochen wird. Hier kann beispielsweise ein fortschreitender Riss oder eine fortschreitende Karbonatisierung durch Korrosion zu einer Unterbrechung dieses Anschlusses führen, sodass das Lesegerät während des Auslesevorgangs von der Antenne keine beziehungsweise deaktivierte Signale erhält.

Durch die Erfindung wird somit eine automatische, kostengünstige, drahtlose Überwachung von Bauwerksteilen und Bauwerken möglich. Dies stellt gleichzeitig einen erheblichen Sicherheitsgewinn dar, da nunmehr anders als im Stand der Technik eine kontinuierliche Überwachung des Zustands der Bauwerksteile und Bauwerke möglich wird.

Die einsetzbare Sensorik kann aktiv und/oder passiv sein und ist sehr vielfältig.

Es entsteht eine drahtlos abfragbare und intelligente Signalverarbeitungseinrichtung. Die Signalverarbeitungseinrichtung ist mit einer Sendeantenne ver- bunden, die ihrerseits an oder in einem zu prüfenden Bauwerksteil oder Teil eines Bauwerkes der Überwachung des Zustandes dieses Bauwerksteils oder Teil des Bauwerkes dient. Der Anschluss der Antenne an den RFID-Chip oder ein mit der Antenne verbundenes Element wird durch eine Änderung des Zustands des Bauwerksteils verändert. Diese Veränderung kann als Signal der Signalverarbeitungseinrichtung durch die drahtlose Kommunikation übermittelt werden. Im Falle einer Unterbrechung oder Aktivierung der Antenne durch eine Unterbrechung des Anschlusses wird die Veränderung durch die nicht mehr oder auch erstmals zustande kommende Kommunikation übermittelt. Zu denken ist dabei auch an den Fall, dass durch die Zustandsänderung der Anschluss zwischen der Signalverarbeitungseinrichtung und dem Sendeabgabe- element erst zustande kommt, indem dieser Anschluss beispielsweise leitfähig gemacht wird.

Die entsprechenden Antennen können beispielsweise aus Draht bestehen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist dabei vorgesehen, dass die Vorrichtung zur Zustandsüberwachung von Bauwerksteilen und Bauwerken mit einer Antenne und/oder der Anschluss auf dem zu überwachenden Bauwerk oder Bauwerksteil aufgedruckt ist. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist dagegen vorgesehen, dass die Vorrichtung zur Zustandsüberwachung von Bauwerksteilen und Bauwerken dadurch gekennzeichnet ist, dass die Antenne und/oder der Anschluss auf dem zu überwachenden Bauwerk oder Bauwerksteil aufgeklebt ist.

Eine Dehnung des Ferritkerms einer Antenne auf Grund einer Dehnung des Bauwerksteils kann ebenfalls eine Resonanzfrequenz der Antenne verstimmen, was dann als Information weitergegeben wird. Ein entsprechend ausgerüstetes Lesegerät kann diese Information beziehungsweise dieses Signal auslesen.

Möglich ist es auch, eine Dielektrizitätszahl zu ändern. Durch eine Änderung der Dielektrizitätszahl um die Antenne wird der Antennenschwingkreis aufgrund der parasitären Kapazitäten verstimmt, sodass sich auch in diesem Fall wieder eine Verschiebung der Resonanzfrequenz ergibt.

Ein weiterer interessanter Aspekt der Erfindung besteht darin, dass eine Zustandsänderung beobachtet werden kann, die herkömmlich als problematisch angesehen wurde, da sie eine Signalübertragung generell beeinträchtigt.

Ist es beispielsweise interessant, die Zustandsveränderung einer Metallfolie in der Nähe der Antenne zu überwachen, beispielsweise das Vorhandensein beziehungsweise den Abrieb oder Zerfall einer solchen Metallfolie in der Übertragungsstrecke zwischen der Antenne und dem Lesegerät, so kann jetzt die Existenz einer solchen Metallfolie von vornherein in dem Soll-Wert der zu überwachenden Signale berücksichtigt werden. Das Lesegerät ist also bei dieser Ausführungsform der Erfindung entsprechend so ausgerüstet, dass es die von der Antenne übermittelten Signale unter Berücksichtigung dieser Metallfolie erwartet. Ist dann diese Metallfolie korrodiert oder durch Abrieb oder in anderer Form nicht mehr oder nicht mehr in der ursprünglichen Form existent, so ändert sich entsprechend das Übertragungsverhalten der Antenne gesehen über die Übertragungsstrecke zum Lesegerät, was dort ebenfalls überwacht werden kann.

Bei wichtigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist ein zentraler Aspekt jedoch, dass eine Zustandsänderung des Bauwerks dazu führt, dass die Antenne unterbrochen wird oder sich auflöst. Umgekehrt ist es auch möglich, dass ein zuvor vorgesehener Kurzschluss durch eine Zustandsänderung entfernt wird.

Die Kommunikation des RFID-Chips mit einer äußeren Auswerteeinrichtung kann ermöglicht oder abgeschnitten und dieses als Information verwendet werden.

Durch den Einsatz von mehreren Transpondern lässt sich die Ausgestaltung für eine Reihe von Anwendungsfällen zusätzlich verbessern.

Denkbar ist auch die Kombination von mehreren RFID-Chips. Dadurch wird insbesondere auch eine kombinierte Überwachung größerer Areale beziehungsweise auch größere Raumbereiche innerhalb eines Bauwerks oder Bauwerksteils möglich.

Insbesondere zur zeitkontinuierlichen Überwachung können auch semiaktive Transponder eingesetzt werden. Bei bestimmten Ausführungsformen ist auch eine zusätzliche Integration von weiteren Sensoren möglich. Dadurch kann auch eine Überwachung von Umgebungsparametern wie etwa der Temperatur erfolgen, zusätzlich etwa zu der besonders relevanten Überwachung der fortschreitenden Karbonatisierung in einem Bauwerksteil oder Bauwerk. Die Auswahl von passiven oder semiaktiven Systemen wird anhand des Energieverbrauchs und der erwünschten Lesereichweite getroffen. Mit der Erfindung wird eine Möglichkeit geschaffen in Bauwerken oder

Bauwerksteilen, beispielsweise in Trägern von Stahlbetonbauwerken, aber auch in anderen Bauwerksteilen, Risse und Rissfortschritte zu beobachten und zu überwachen. Schwächungen und andere Problemstellungen können auf diese

Weise einer kontinuierlichen Beobachtung zugeführt werden. Das

Sicherheitsniveau bei beispielsweise Bauwerken wird durch zeitlich diskretes oder auch kontinuierliches Monitoring mittels insbesondere semiaktiver

Transponder deutlich erhöht, zumal mit der Erfindung eine kostengünstige Lösung für derartige Überwachungen zur Verfügung steht.

Als Schlagwort könnte man die Erfindung als Konzept für eine „Anschlussleitung als Sensor" bezeichnen. Zusätzliche Sensoren können angeschlossen werden, dies muss jedoch nicht der Fall sein und wird gerade bei kostengünstigen und bevorzugten Ausführungen auch nicht vorgenommen.

Es wird eine kabellose und berührungsfreie Messung des Karbonatisierungs- fortschritts in einem Stahlbetonbauwerksteil möglich. Dies senkrecht zur Karbonatisierungsfront angeordneten Anschlüsse zu den Antennen oder auch die Antennen selbst werden durch eine Korrosion auf Grund des Wegfalls der Passivierung zerstört, was sich leicht auf Grund der Änderung der empfangenen Signale beziehungsweise durch deren Ausbleiben im Lesegerät feststellen und nachvollziehen lässt.

Die Erfindung kann mit einem Verguss von Transpondern im Baumaterial selbst arbeiten. Die Transponder aus der RFID-Technologie werden zweifach genutzt, einerseits für eine Identifikation und andererseits für das Monitoring.

Semiaktive Systeme können zur zeitkontinuierlichen Überwachung eingesetzt werden. Eine Dokumentation des Lebenszyklus eines Bauwerksteils wird so möglich.

Technische Probleme im Umfeld von Baustellen können auf diese Weise leicht gelöst werden. Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen können hohen mechanischen Anforderungen genügen und signaldämpfende Wirkungen von Baustoffen können durch eine entsprechende Kalibrierung der erwarteten Signale ausgeglichen beziehungsweise berücksichtigt werden.

Im Folgenden werden anhand der Figuren einige Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform der

Erfindung;

Figur 2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der

Erfindung;

Figur 3 eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform der

Erfindung;

Figur 4 eine schematische Ansicht einer vierten Ausführungsform der Erfindung; und

Figur 5 eine schematische Ansicht einer fünften Ausführungsform der

Erfindung.

In der Figur 1 ist ein Bauwerksteil 10 schematisch dargestellt. Es kann sich beispielsweise um einen Balken oder Träger eines Bauwerks handeln.

Schematisch ist ferner angedeutet, dass der Zustand dieses Bauwerksteils 10 durch einen Riss 1 1 geändert werden kann. Dieser Riss 1 1 mag zu Beginn einer Überwachung des Zustandes des Bauwerksteils 10 noch nicht vorhanden sein und erst im Laufe dieser Überwachung auftreten.

Auf dem Bauwerksteil 10 befindet sich eine Signalverarbeitungseinrichtung 20. Diese Signalverarbeitungseinrichtung 20 weist bevorzugt und in der Figur 1 einen RFID (Radio Frequency Identification)-Chip auf.

Ein derartiger RFID-Chip der Signalverarbeitungseinrichtung 20 kann ein semiaktiver oder auch ein passiver Transponder sein. Die von ihm abgegebenen Signale enthalten insbesondere eine Angabe zur Identifizierung gerade dieses RFID-Chips der Signalverarbeitungseinrichtung 20. Wird hierfür ein herkömmliches und als Massenartikel angebotenes Bauelement verwendet, steht die Signalverarbeitungseinrichtung 20 besonders kostengünstig zur Verfügung.

Auf dem Bauwerksteil 10 gemäß der Figur 1 befindet sich außerdem ein Signalabgabeelement 30. Das Signalabgabeelement 30 weist einen Anschluss 32 und eine Antenne 31 auf. Der Anschluss 32 übermittelt die Signale der Signalverarbeitungseinrichtung 20 an die Antenne 31 .

Ein Lesegerät 40 ist vorgesehen, dass entweder permanent an der schematisch dargestellten Position angeordnet ist oder auch jeweils zu Ablesezwecken dort positioniert wird. Das Lesegerät 40 ist ein RFID-Lesegerät. Es ist auf die von der Antenne 31 übermittelten Signale eingestellt.

Das Lesegerät 40 kann sich außerhalb des Bauwerksteils 10 befinden, um die Signale von der Antenne drahtlos zu empfangen. Die Signale werden von der Antenne 31 über eine Übertragungsstrecke 38 drahtlos zum Lesegerät 40 übertragen.

Denkbar ist es aber auch, eine Vielzahl derartiger Lesegeräte 40 in einer zusätzlichen Schicht etwa in einer Fassade des Bauwerks mit dem Bauwerksteil 10 jeweils gegenüber den ihnen zugeordneten Transpondern mit der Signalverarbeitungseinrichtung 20 und dem Signalabgeberelement 30 anzuordnen und so eine kontinuierliche Überwachung zu ermöglichen.

Dabei ist leicht verständlich, dass die RFID-Antenne 40 ohne den Riss in dem Bauwerksteil ein anderes Signal abgibt, als nach dem Entstehen des Risses, der den Anschluss 32 der Antenne 31 an wenigstens einer Stelle unterbricht. Wird dieser Anschluss unterbrochen, so wird eine Signalübertragung unterbunden und das Lesegerät 40 stellt eine entsprechende Fehlmeldung am Signaleingang fest.

In der Figur 2 wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung näher erläutert. Hier sind mehrere RFID-Chips 20 vorgesehen, die jeweils mit entsprechenden Antennen ausgerüstet sind. Es wird ähnlich wie in der Figur 1 ein Bauwerksteil 10 angenommen, das hier der Einfachheit halber nicht dargestellt ist, auf dem sich ein angenommener Riss 1 1 fortpflanzt. Die Fortpflanzung des Risses 1 1 im Laufe der Zeit führt dazu, dass zunehmend weitere Antennen 31 ihren Zustand ändern beziehungsweise Anschlüsse 32 durch den Riss 1 1 entsprechende Unterbrechungen erfahren. Die Gesamtinformation, die abgegeben wird, ändert sich auf diese Weise und gibt eine Information darüber, welche Antennen betroffen sind und wo sich mithin die Ausbreitung des Risses 1 1 derzeit fortpflanzt.

In der Figur 3 wird eine andere Konzeption der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert. Bei diesem Beispiel wird das Signalabgabeelement 30 dadurch verändert, dass eine Zustandsänderung des Bauwerksteils 10 in Form einer Dehnung zu einer entsprechenden Dehnung beziehungsweise Verlängerung oder Verkürzung eines Ferritkerns 33 im Inneren der Antenne 31 des Signalabgabeelements 30 führt. Die Änderung der Länge des Ferritkerns 33 führt zu einem Effekt, der in der rechten Hälfte der Figur 3 dargestellt. Dort ist nach rechts die Frequenz f und nach oben die Amplitude A aufgetragen, die bei einer bestimmten Frequenz auftritt. Zwei Pfeile deuten an, dass sich diejenige Frequenz, bei der die höchste Amplitude A auftritt, verändert.

Man sieht also, dass die Resonanzfrequenz der Antenne sich verschiebt. Die Induktivität der Antenne und damit die Resonanzfrequenz ändert sich mithin durch die Zustandsänderung in dem Bauwerksteil 10. Auf diese Weise kann diese Zustandsänderung wiederum vom Lesegerät 40 erkannt werden.

In der Figur 4 ist eine weitere Anordnung dargestellt. Hier ist schematisch das Bauwerksteil 10 zu erkennen, auf das eine Folie 25 aufklebbar beziehungsweise in der dargestellten Ausführungsform bereits aufgeklebt ist. Diese Folie 25 trägt in sich den RFID-Chip beziehungsweise die Signalverarbeitungseinrichtung 20. Diese ist auch hier über den Anschluss 32 mit einer (RFID-) Antenne 31 verbunden. Es kann sich bei der Folie 25 auch um eine Metallfolie handeln, die sich in der Übertragungsstrecke 38 zwischen Antenne 31 und Lesegerät 40 befindet. In diesem Fall kann das Vorhandensein beziehungsweise der Abrieb oder Verfall dieser Metallfolie 25 durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ebenfalls sehr gut überwacht werden.

In der Figur 5 ist in einer Darstellung ähnlich zur Figur 1 unterstrichen, dass Antennen 31 nicht zwingend geschlossene Schlaufen bilden müssen. Es können natürlich auch andere Typen von Antennen 31 eingesetzt werden, etwa Hoch- frequenzantennen.

Bezugszeichenliste

10 Bauwerksteil

1 1 Riss

20 Signalverarbeitungseinrichtung 25 Folie

30 Signalabgabeelement 31 Antenne

32 Anschluss

33 Ferritkern

38 Übertragungsstrecke

40 Lesegerät

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Zustandsüberwachung von Bauwerken und

Bauwerksteilen, - mit einer Signalverarbeitungseinrichtung (20), die an oder in dem

Bauwerk oder Bauwerksteil (10) angeordnet ist, dessen Zustand überwacht werden soll,

- wobei die Signalverarbeitungseinrichtung (20) einen oder mehrere RFID-Chips aufweist, - mit einem Signalabgabeelement (30), welches an die Signalverarbeitungseinrichtung (20) angeschlossen ist, und welches zur drahtlosen Abgabe von Signalen ausgebildet ist, die von der Signalverarbeitungseinrichtung (20) zur Verfügung gestellt werden,

- wobei das Signalabgabeelement (30) eine oder mehrere Antennen aufweist,

- mit einem Lesegerät (40), welches für das drahtlose Auslesen der von dem Signalabgabeelement (30) abgegebenen Signale über eine Übertragungsstrecke (38) ausgebildet ist,

- wobei das Lesegerät (40) ein oder mehrere RFI D-Lesegeräte aufweist,

- wobei das Signalabgabeelement (30) neben der Antenne (31 ) einen Anschluss (32) der Antenne an die Signalverarbeitungseinrichtung (20) aufweist,

- wobei das Signalabgabeelement (30) so angeordnet und ausgebildet ist, dass eine Zustandsänderung des zu überwachenden Bauwerks oder Bauwerksteils (10) zu einer Zustandsänderung des Anschlusses (32) der Antenne (31 ) des Signalabgabeelements (30) an die Signaleinrichtung (20) und dadurch zu einer Änderung der Signalabgabeeigenschaften des Signalabgabeelements (30) führt, die vom Lesegerät (40) erkannt wird.

2. Vorrichtung zur Zustandsüberwachung von Bauwerken und Bauwerksteilen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsänderung des zu überwachenden Bauwerks oder Bauwerksteils (10) eine Karbonatisierung des Werkstoffes des Bauwerks oder Bauwerksteils (10) einschließt, und dass die Karbonatisierung zu einer Unterbrechung des Anschlusses (32) oder der Antenne (31 ) führt.

3. Vorrichtung zur Zustandsüberwachung von Bauwerken und Bauwerksteilen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (31 ) und/oder der Anschluss (32) aus Draht besteht.

4. Vorrichtung zur Zustandsüberwachung von Bauwerken und Bauwerksteilen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (31 ) und/oder der Anschluss (32) auf dem zu überwachenden Bauwerk oder Bauwerksteil (10) aufgedruckt ist.

5. Vorrichtung zur Zustandsüberwachung von Bauwerken und Bauwerksteilen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (31 ) und/oder der Anschluss (32) auf dem zu über- wachenden Bauwerk oder Bauwerksteil (10) aufgeklebt ist.

6. Vorrichtung zur Zustandsüberwachung von Bauwerken und Bauwerksteilen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungseinrichtung (20) miniaturisiert ist.

7. Vorrichtung zur Zustandsüberwachung von Bauwerken und Bauwerksteilen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an die Signalverarbeitungseinrichtung (20) zusätzliche Sensoren angeschlossen sind.

8. Vorrichtung zur Zustandsüberwachung von Bauwerken und Bauwerksteilen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsänderung des zu überwachenden Bauwerks oder

Bauwerksteils (10) die Existenz und/oder den Erhaltungszustand einer in der Übertragungsstrecke (38) zwischen dem Signalabgabeelement (30) und dem Lesegerät (40) befindlichen Schicht, insbesondere einer metallischen Folie, einschließt.

9. Vorrichtung zur Zustandsüberwachung von Bauwerken und Bauwerksteilen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungseinrichtung (20) und das Signalabgabe- element (30) passiv ausgebildet sind.

10. Vorrichtung zur Zustandsüberwachung von Bauwerken und Bauwerksteilen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Energieversorgung in oder an dem Bauwerk oder

Bauwerksteil (10) für die Signalverarbeitungseinrichtung (20) und/oder das Signalabgabeelement (30) vorgesehen ist.

1 1 . Vorrichtung zur Zustandsüberwachung von Bauwerken und Bauwerksteilen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung durch die Zustandsänderung aktiviert oder deaktiviert wird.

12. Vorrichtung zur Zustandsüberwachung von Bauwerken und Bauwerksteilen nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung durch die Zustandsänderung erfolgt, insbe- sondere durch elektrochemische oder temperaturbedingte Zustands- änderungen.

13. Vorrichtung zur Zustandsüberwachung von Bauwerken und Bauwerksteilen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Signalabgabeelement (30) so angeordnet und ausgebildet ist, dass eine Zustandsänderung des zu überwachenden Bauwerks oder Bauwerksteils zu einer Änderung der Resonanzfrequenz der Antenne (31 ) führt.

14. Vorrichtung zur Zustandsüberwachung von Bauwerken und Bauwerksteilen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zustandsänderung des Bauwerksteils (10) in Form einer Dehnung zu einer entsprechenden Verlängerung oder Verkürzung eines

Ferritkerns (33) im inneren der Antenne (31 ) des Signalabgabeelements (30) führt.