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Dokumentenidentifikation DE102007012618A1 20.09.2007
Titel Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung von Bewegungen, Kräften und/oder Spannungen in einem Bauwerk, einem Bauteil und/oder statischem System
Anmelder Resele, Ralf, 80539 München, DE
Erfinder Resele, Ralf, 80539 München, DE
Vertreter Maikowski & Ninnemann, Pat.-Anw., 10707 Berlin
DE-Anmeldedatum 13.03.2007
DE-Aktenzeichen 102007012618
Offenlegungstag 20.09.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.09.2007
IPC-Hauptklasse G01G 19/62(2006.01)A, F, I, 20070313, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung von Bewegungen, Kräften und/oder Spannungen in einem Bauwerk, einem Bauteil und/oder einem statischen System, in dem an mindestens einer Stelle im Bauwerk (10), im Bauteil und/oder im statischen System eine Sensorvorrichtung (1) zur Erfassung midestens einer mechanischen Größe angeordnet ist, wobei die von der mindestens einen Sensorvorrichtung (1) erfassten Messwerte (2) an eine Datenverarbeitungsvorrichtung (3) zum automatischen Vergleich der Messwerte mit einem vorbestimmten Datensatz übertragen werden.

Beschreibung[de]

Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung von Bewegungen, Kräften und/oder Spannungen in einem Bauwerk, einem Bauteil und/oder statischem System

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Bauwerk, ein Bauteil und/oder ein statisches System nach Anspruch 19 und ein Verfahren nach Anspruch 21.

Auf Bauwerke oder statische Systeme, sowie die diese bildenden Bauteile wirken beim Bau und nach der Fertigstellung zahlreiche Kräfte, Spannungen oder es finden Bewegungen innerhalb des Bauwerks oder statischen Systems oder zwischen Bauteilen statt. Bis zu einem gewissen Grad sind solche mechanischen Größen tolerierbar. Bei Überschreitung bestimmter Grenzwerte, z.B. einer Deckenlast, erfolgt ein strukturelles Versagen des Bauwerks, des Bauteils und/oder des statischen Systems.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der dem strukturellen Versagen vorgebeugt werden kann.

Dazu ist mindestens an einer Stelle im Bauwerk, im Bauteil und/oder im statischen System eine Sensorvorrichtung zur Erfassung mindestens einer mechanischen Größe angeordnet. Die von der mindestens einen Sensorvorrichtung erfassten Messwerte werden an eine Datenverarbeitungsvorrichtung zum automatischen Vergleich der Messwerte mit einem vorbestimmten Datensatz übertragen. Damit ist eine Überwachung des Bauwerks, des Bauteils und/oder des statischen Systems möglich.

Vorteilhaft, wenn die mindestens eine mechanische Größe eine Bewegung, eine Kraft, ein Biegemoment, ein Drehmoment und/oder eine Spannung ist. Die Größen spielen in den zu überwachenden Gegenständen eine Rolle, da sie insbesondere Einfluss auf die Sicherheit haben. Dabei ist es vorteilhaft, wenn mindestens eine Sensorvorrichtung in einem Auflagerpunkt des Bauwerks, des Bauteils und/oder des statischen Systems angeordnet ist. Kräfte und Bewegungen lassen sich an diesen Stellen besonders gut erfassen.

Die Erfindung kann in Anwendung auf ein Bauteil beispielsweise im Zusammenhang mit einem Dachträger, einem Element einer Brücke oder einem Balken in einer Bodenkonstruktion verwendet werden. Auch ist es vorteilhaft, wenn das Bauwerk ein Fachwerk, ein Sprengwerk oder eine Aussteifung ist. All diese Ausführungsformen werden vorzugsweise im Hochbau verwendet.

Eine mögliche Anwendung einer Ausführungsform besteht darin, dass der vorbestimmte Datensatz Daten über die zulässigen mechanischen Größen in dem Bauwerk, dem Bauteil und/oder dem statischen System aufweist. Damit können z.B. Grenzspannungen (u.U. mit einer Sicherheitsmarge) vorgegeben werden, deren Überschreiten ermittelt wird.

Dann ist es besonders vorteilhaft, wenn die Datenverarbeitungsvorrichtung automatisch ein Signal, insbesondere ein Alarmsignal auslöst, wenn ein vorbestimmter Grenzwert für die mechanischen Größen überschritten oder unterschritten wird. Ein solches Signal kann vorteilhafterweise einen Datensatz, insbesondere eine E-Mail oder eine SMS an mindestens einen vorbestimmten Empfänger versenden. Ein Beispiel für eine vorteilhafte Verwendung eines Grenzwertes ist eine Druckbelastung aufgrund einer Schneebelastung.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn in Abhängigkeit von dem Signal automatisch eine Maßnahme zur Herstellung eines normgerechten Wertes für die Bewegung, die Kraft und/oder die Spannung einleitbar ist. Damit kann z.B. bei einer Überschreitung des Grenzwertes automatisch eine Korrektur eingeleitet werden, die den Messwert wieder in den Normbereich bringt. Beispiele für solche Maßnahmen zur Herstellung des normgerechten Wertes für die mindestens eine mechanische Größe sind die Einschaltung einer Heizung und/oder die Einschaltung eines Gebläses.

Vorteilafterweise weist die mindestens eine Sensorvorrichtung ein hydraulisches Druckmessgerät auf. Auch ist es vorteilhaft, wenn die mindestens eine Sensorvorrichtung mit einer Vorrichtung zum Ausgleich von Temperaturen gekoppelt ist.

In einer Ausführungsform weist die Sensorvorrichtung ein Oberteil auf, das mit einem Bauteil, insbesondere einem Dachträger, gekoppelt ist, wobei das Oberteil mit einem Unterteil in Wirkverbindung steht.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Sensorvorrichtung ein Druckkissen und/oder eine Kraftmessdose auf. Grundsätzlich sind untereinander gleiche oder auch unterschiedliche Messaufnehmer verwendbar.

Hohe Drücke können gut von einem Druckkissen aufgenommen werden, das mit einer Kunststoffschicht, insbesondere aus einem Elastomer oder Neopren, gekoppelt ist.

Auch ist es vorteilhaft, wenn die Sensorvorrichtung eine metallische Druckaufnehmerfläche, insbesondere eine Druckaufnehmerfläche aus Blech aufweist. Vorteilhafterweise weist die Sensorvorrichtung eine Ölfüllung auf. Mit diesen Ausführungsformen lassen sich auch große Kräfte und Pressungen permanent gut erfassen.

Die Aufgabe ist auch durch ein Verfahren gelöst, bei dem

  • a) an mindestens einer Stelle im Bauwerk, dem Bauteil und/oder dem statischen System mit einer Sensorvorrichtung die mindestens eine mechanische Größe erfasst wird und
  • b) die von der mindestens einen Sensorvorrichtung erfassten Messwerte an eine Datenverarbeitungsvorrichtung übertragen werden und
  • c) die Messwerte sofort oder zu einem späteren Zeitpunkt automatisch mit einem vorbestimmten Datensatz verglichen werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

2 eine schematische Darstellung mehrerer Sensorvorrichtungen zur Erfassung von Drucklasten in einer Dachkonstruktion;

3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Sensorvorrichtung;

4 eine schematische Darstellung einer Kraftmessdose, verwendbar als Teil einer Sensorvorrichtung;

5 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Sensorvorrichtung.

In 1 ist als Beispiel für ein Bauwerk 10 schematisch ein Haus dargestellt. Das Haus ist nur ein Beispiel für ein Bauwerk im Hochbau, für den die Ausführungsformen der Erfindung gut geeignet sind.

An zwei Stellen des Dachstuhls sind Sensorvorrichtungen 1 angeordnet, die die nach unten wirkende Druckkraft (bzw. die Druckspannung) des Dachstuhls permanent messen. Die Druckkraft hängt unter anderem von der Windlast und einer eventuellen Schneebelastung ab. Dabei sind durch die Konstruktion des Bauwerks 10 bestimmte Grenzwerte für die zulässigen Kräfte oder Spannungen vorgegeben, die nicht überschritten werden dürfen. Durch vorgegebene Sicherheitszuschläge kann verhindert werden, dass eine für das Bauwerk gefährdende Lage eintritt.

Im Folgenden soll ohne Beschränkung auf diesen Fall eine Schneelast auf dem Dach des Bauwerks 10 zu Grunde gelegt werden.

Die Sensorvorrichtungen 1 erfassen kontinuierlich die Druckkräfte an Auflagerpunkten des Dachstuhls. Die Messwerte 2 werden an eine Datenverarbeitungsvorrichtung 3 übertragen. Die Übertragung kann z.B. drahtlos geschehen oder z.B. über eine Leitung. Eine Möglichkeit für eine feste Leitung ist die Verwendung einer Bus-Leitung (2. Leiterbus RS 485). Die Sensorvorrichtungen 1 werden dabei mit einer bis zu 1,2 km langen, 4-adrigen Leitung in Serie verbunden. Neben der Übertragung der Messwerte 2 übernimmt diese Datenleitung auch die Stromversorgung (24V) der Sensorvorrichtungen 1. Bei einer drahtlosen Übertragung sind die Sensorvorrichtungen z.B. an das Hausnetz angeschlossen oder verfügen über Batterien.

In der Datenverarbeitungsvorrichtung 3 sind die Grenzwerte für bestimmte Messwerte 2 hinterlegt. Die Datenverarbeitungsvorrichtung 3 kann im Bauwerk 10 angeordnet sein oder einem davon entfernten Ort. Es ist auch möglich, dass mit einer Datenverarbeitungsvorrichtung 3 mehrere Bauwerke 3 überwacht werden können.

Wird mit einer wachsenden Schneedecke ein vorgegebener Grenzwert für die Druckkräfte mindestens an einer Sensorvorrichtung 2 überschritten, so wird von der Datenverarbeitungsvorrichtung 3 automatisch ein Signal 4 ausgelöst, dass z.B. an eine Person übertragen werden kann. Diese Person könnte dann weitere Schritte, wie z.B. eine Dachreinigung veranlassen. In einer Ausführungsform wird das Signal 4 von einem Mittel 5 empfangen, mit dem der Normbereich des Messwertes wieder herstellbar ist. Im vorliegenden Fall könnte eine Abtauanlage auf dem Dach verwendet werden, um die Druckbelastungen des Daches zu senken.

Das Haus 10 in 1 ist nur beispielhaft dargestellt. Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung können auch in anderen Bauwerken, wie z.B. Brücken oder Türmen verwendet werden. Auch können Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Teilen von Bauwerken, d.h. einzelnen Bauteilen verwendet werden.

Auch ist die Anwendung der Erfindung nicht auf Dachkonstruktionen beschränkt. Vielmehr können Sensorvorrichtungen 1 z.B. auch dafür verwendet werden, um Erddrücke für an einem Hang stehende Häuser zu erfassen, um einen eventuellen Anstieg des Druckes rechtzeitig zu melden. Es ist ausdrücklich vorgesehen, mehrere unterschiedliche Sensorvorrichtungen 1 miteinander zu koppeln, so dass die Datenverarbeitungsvorrichtung 3 ein vollständiges und permanentes Bild der mechanischen Belastungen eines Hauses hat.

Die Überwachung der mechanischen Belastungen kann dabei auch auf einen komplexeren Belastungszustand abzielen. So können neben Druckkräften auch Zugkräfte, Drehmomente und/oder Biegemomente überwacht werden. Es ist auch möglich, Bewegungen einzelner Bauteile in einem Bauwerk 10 zu überwachen. Wird eine Kombination dieser mechanischen Größen erfasst, kann ein realistisches Bild der mechanischen Belastung erfasst werden.

Ein solches Vorgehen ist insbesondere bei der Sanierung von historischen Bauwerken 10 sinnvoll, da der Kraftverlauf in den Tragwerken nicht rechnerisch nachvollzogen werden kann. Die Erfassung der möglicherweise kritischen mechanischen Größen durch Ausführungsformen der Erfindung erlaubt eine sichere Arbeit, bei der keine rechnerischen Annahmen gemacht werden müssen. Eine Nachrüstung eines bestehenden Bauwerks mit Ausführungsformen der Erfindung ist daher besonders sinnvoll.

Die Nachrüstung kann temporär, z.B. während der Baumaßnahmen erfolgen. Eine Dachkonstruktion könnte an den Auflagerpunkten hydraulisch angehoben werden, um Sensorvorrichtungen 1 an den Auflagerpunkten zu installieren. Vorteilhaft ist dabei, wenn die Sensorvorrichtung 1 flach und kompakt ausgebildet ist, wie eine Kraftmessdose, die unten noch beschrieben wird. Damit kann nicht nur die Lastverteilung in einem Knotenpunkt ermittelt werden, sondern auch rechnerisch eine Lastverteilung zu anderen Knoten. Werden Sensorvorrichtungen an allen Auflagerpunkten angeordnet, z.B. in der Binderebene eines Dachstuhles 10, kann der Kräfteverlauf in diesem Bauwerk 10 exakt nachvollzogen werden.

In 2 ist eine Draufsicht auf eine Anordnung von Sensorvorrichtungen 1 dargestellt, die innerhalb einer Trägerebene einer Dachkonstruktion angeordnet sind. Sensorvorrichtungen überwachen hier permanent die tatsächlichen Auflagerpressungen und vergleichen diese mit den vorgegebenen zulässigen Maximalpressungen. Die Messwerte 2 werden über ein durchgeschlauftes Datenkabel an die Datenverarbeitungsvorrichtung 3 übertragen. Wird ein vorbestimmter Grenzwert erreicht, wird ein Signal 4 ausgesandt, mit dem z.B. der Hausbesitzer oder Hallenbetreiber alarmiert wird.

In 3 ist schematisch eine Ausführungsform für eine konstruktive Lösung für eine Sensorvorrichtung 1 dargestellt. Auf einem Bauteil 10, hier einem Dachträger, liegt eine Drucklast, die durch senkrechte Pfeile angedeutet ist.

Das Bauteil 10 liegt hier quer auf einem Doppel-T-Träger. Die Sensorvorrichtung 1 ist hier unterhalb des unteren Gurtes des Doppel-T-Trägers angeordnet. Dabei ist die Sensorvorrichtung 1 oben und unten von einer Neopren-Lage umgeben.

Die von der Sensorvorrichtung 1 erfassten Messwerte 2 werden über ein Kabel zur hier nicht dargestellten Datenverarbeitungsvorrichtung 3 übertragen.

In 4 sind verschiedene Formen von Druckkissen (auch Druckdosen genannt) dargestellt, die Teil einer Sensorvorrichtung 1 gemäß der Erfindung sein können.

Es ist erkennbar, das diese Druckkissen 1 sehr flach ausgebildet sind, so dass sie problemlos in Auflager integriert werden können. Abmessungen sind z.B. Seitenlängen von 50 bis 150 mm bei Dicken von 6 bis 10 mm.

Auch die Formen der Druckkissen 1 sind so variabel, dass sie an die Anforderungen angepasst werden können. Ferner weist jedes der Druckkissen 1 einen Anschluss zur Übertragung von Messdaten auf.

In 5 ist eine Ausführungsform für eine Sensorvorrichtung 1 dargestellt. Diese weist ein Oberteil 1A auf, das z.B. mit einem Teil einer Dachkonstruktion 10 verbunden ist. Das Oberteil 1A der Sensorvorrichtung 1 weist einen Stempel auf, der in eine entsprechende Vertiefung eines Unterteils 1B der Sensorvorrichtung 1 eingreift. Im Unterteil 1B ist Hydrauliköl und ein Messaufnehmer angeordnet, dessen Messsignale 2 über eine Leitung zu einer hier nicht dargestellten Datenverarbeitungsvorrichtung 2 weitergeleitet werden.

Unterhalb des Unterteils 1B ist eine Neoprenlage 6 angeordnet.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, die von der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen.

1
Sensorvorrichtung
2
Messwert
3
Datenverarbeitungsvorrichtung
4
Signal, Alarmsignal
5
Mittel zur Einstellung eines Normwertes
6
Neoprenlage
10
Bauwerk, Bauteil, statisches System


Anspruch[de]
Vorrichtung zur Erfassung von Bewegungen, Kräften und/oder Spannungen in einem Bauwerk, einem Bauteil und/oder einem statischen System, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer Stelle im Bauwerk (10), im Bauteil und/oder im statischen System eine Sensorvorrichtung (1) zur Erfassung mindestens einer mechanischen Größe angeordnet ist, wobei die von der mindestens einen Sensorvorrichtung (1) erfassten Messwerte (2) an eine Datenverarbeitungsvorrichtung (3) zum automatischen Vergleich der Messwerte mit einem vorbestimmten Datensatz übertragen werden. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine mechanische Größe eine Bewegung, eine Kraft, ein Biegemoment, ein Drehmoment und/oder eine Spannung ist. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Sensorvorrichtung (1) in einem Auflagerpunkt des Bauwerks (10), des Bauteils und/oder des statischen Systems angeordnet ist. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (10) ein Dachträger, ein Element einer Brücke oder ein Balken in einer Bodenkonstruktion ist. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Datensatz Daten über die zulässigen mechanischen Größen in dem Bauwerk (10), dem Bauteil und/oder dem statischen System aufweist. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das Bauwerk (10) ein Fachwerk, ein Sprengwerk oder eine Aussteifung ist. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungsvorrichtung (3) automatisch ein Signal (4), insbesondere ein Alarmsignal auslöst, wenn ein vorbestimmter Grenzwert für die mechanische Größen überschritten oder unterschritten wird. Vorrichtung nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von dem Signal (4) ein Datensatz, insbesondere eine E-Mail oder eine SMS an mindestens einen vorbestimmten Empfänger versandt wird. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8 , dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert eine Druckbelastung aufgrund einer Schneebelastung betrifft. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von dem Signal (4) automatisch eine Maßnahme zur Herstellung eines normgerechten Wertes für die Bewegung, die Kraft und/oder die Spannung einleitbar ist. Vorrichtung nach Anspruch 10 , dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahme zur Herstellung des normgerechten Wertes für die mindestens eine mechanische Größe die Einschaltung einer Heizung und/oder die Einschaltung eines Gebläses ist. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Sensorvorrichtung (1) ein hydraulisches Druckmessgerät aufweist. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Sensorvorrichtung (1) mit einer Vorrichtung zum Ausgleich von Temperaturen gekoppelt ist. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (1) ein Oberteil (1A) aufweist, das mit einem Bauteil, insbesondere einem Dachträger, gekoppelt ist, wobei das Oberteil (1A) mit einem Unterteil (1B) in Wirkverbindung steht. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (1) ein Druckkissen und/oder eine Kraftmessdose aufweist. Vorrichtung nach Anspruch 15 , dadurch gekennzeichnet, dass das Druckkissen mit einer Kunststoffschicht, insbesondere aus einem Elastomer oder Neopren, gekoppelt ist. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (1) eine metallische Druckaufnehmerfläche, insbesondere eine Druckaufnehmerfläche aus Blech aufweist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (1) eine Ölfüllung aufweist. Bauwerk, Bauteil und/oder statisches System mit einer Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 18. Bauwerk, Bauteil und/oder statisches System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung permanent verbaut ist. Verfahren zur Erfassung von mindestens einer mechanischen Größe in einem Bauwerk, in einem Bauelement und/oder einem statischen System,

dadurch gekennzeichnet, dass

a) an mindestens einer Stelle im Bauwerk (10), dem Bauteil und/oder dem statischen System mit einer Sensorvorrichtung (1) die mindestens eine mechanische Größe erfasst wird und

b) die von der mindestens einen Sensorvorrichtung (1) erfassten Messwerte (2) an eine Datenverarbeitungsvorrichtung (3) übertragen werden und

c) die Messwerte (2) sofort oder zu einem späteren Zeitpunkt automatisch mit einem vorbestimmten Datensatz verglichen werden.






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