„EKG“ für Bauwerke

Installation des Sensor­systems - eingestickt in ein textiles Gelege; Bild vergrößern
 

(13.5.2013) Ein gemeinsames Forschungsprojekt von HTWK Leipzig und Industriepartnern zeigt die Praxisfähigkeit einer neuen optischen Messmethode, durch die die Nutzungsdauer von Bauwerken verlängert werden könne.

In einem gemeinsamen Forschungsprojekt, das hier bereits 2012 vorgestellt wurde, entwickeln die HTWK Leipzig, die Ma­terialprüfanstalt Leipzig (MFPA Leipzig) und die Gesellschaft für Geomechanik und Baumesstechnik (GGB mbH) ein Messsystem für Bauteiloberflächen, das das Verhalten von Bauteilen unter Belastung - z.B. unter Schnee auf Hallendächern - messen, in Echtzeit auswerten und bei kritischen Zuständen Alam auslö­sen kann. Damit können rechtzeitig vor Versagen von Bauteilen Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Der Prototyp des „EKG“ für Bauwerke wird auf der Messe "Sensor+Test" in Nürnberg (14.-16.5.2013, Halle 12, Stand 12-587) präsentiert.

„Ein System wie das von uns entwickelte könnte dabei helfen, tragfähigkeitsrelevante Bauteile in Echtzeit und zuverlässig zu überwachen: wir wis­sen so, welchen Belastungen ein Bauwerk ausgesetzt ist – und wie hoch die Tragfä­higkeitsreserven einzuschätzen sind. Daraus können sich wirtschaftliche Vorteile erge­ben, z.B. lassen sich so kostenintensive Ertüchtigungsmaßnahmen vermeiden“, sagt Professor Klaus Holschemacher (HTWK Leipzig).

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Das von den Projektpartnern in einem gemeinsamen For­schungsvorhaben entwickelte System wurde im Winter 2012/2013 in einem Feldversuch getestet. Überwacht wurde die Be­lastung durch Schneefall auf einem vorgeschädigten Hallen­dach im Vogtland. „Parallel zum Test des Systems haben wir herkömmliche Messverfahren zur Überwachung des Daches eingesetzt und die Schneelast durch einen Belastungsversuch simuliert,“ erklärt Prof. Dr.-Ing. Elke Reuschel (MFPA Leipzig). „Bei laufender Produktion haben wir in der Industriehalle ein Messsystem aus konventionellen Dehnungsmessstreifen und das neuartige System aus Faser-Bragg-Gittern installiert und über 5 Monate betrieben. Dabei zeigte sich, dass das neuar­tige optische Messsystem sicher und zuverlässig misst.“ Die bekannte Langzeitstabilität, das geringe Gewicht und die hohe Strapazierfähigkeit sind große Vorteile des neuen Verfahrens.

Das dazugehörige Monitoringsystem wurde von der GGB mbH entwickelt: „Durch die Einbindung der neuartigen Sensoren in unser Monitoringsystem können die Messwerte in Echtzeit ausgewertet werden“, erläutert Maria Barbara Schaller (GGB mbH). „Wird ein zuvor definierter, kritischer Wert überschritten, sendet das System eine Warnung. Die Daten sind jederzeit online abrufbar.“

Das Sensorsystem besteht aus Faser-Bragg-Gittern (FBGs) - optischen Sensoren, die in ein Glasfaserkabel eingebrannt werden. Bei Bauteilverformungen oder Tempera­turänderungen verändert sich die Wellenlänge des reflektierten Lichts, die gemessen und ausgewertet werden kann. Die empfindlichen Glasfaserkabel werden in dem neuen Verfahren auf ein technisches Textil aus Glas- oder Kohlefaser aufgestickt, das mit Kleberharz durchtränkt und auf die Bauteiloberfläche aufgebracht wird. Dadurch wird die FBG-Technik auch in rauer Baustellen- und Industrieumgebung einsetzbar. Im For­schungsvorhaben wurde darüber hinaus die wichtige Frage der Temperaturkompensa­tion vollständig gelöst.