DE102010007384B4

DE102010007384B4 - Einrichtung zur Anordnung an Tragkonstruktionen, insbesondere an nicht stationären Brücken oder an Teilen derartiger Brücken

Info

Publication number: DE102010007384B4
Application number: DE102010007384.9A
Authority: DE
Inventors: Germar Kubsch
Original assignee: Krauss Maffei Wegmann GmbH and Co KG
Current assignee: Krauss Maffei Wegmann GmbH and Co KG
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2016-02-04
Anticipated expiration: 2030-02-11
Also published as: DE102010007384A1

Abstract

Einrichtung zur Anordnung an Tragkonstruktionen, insbesondere an nicht stationären Brücken oder Teilen derartiger Brücken, mit einer Erfassungsvorrichtung zur Erfassung eines Zustandes der Tragkonstruktion, die eine Funkeinheit (SE1, SE2, SE3) zur Übermittlung von Tragkonstruktionsdaten, insbesondere von Belastungs-, Identifikations- oder Lagedaten, an eine Ausleseeinheit (AE) aufweist, wobei die Erfassungsvorrichtung mindestens einen mit der Tragkonstruktion verbindbaren Sensor zur Erzeugung eines einen Belastungs- oder Bewegungszustand anzeigenden elektrischen Messsignals, das einer mit der Funkeinheit (SE1, SE2, SE3) verbundenen Signalauswerteeinheit (SA1, SA2, SA3) zugeführt wird, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Erfassungsvorrichtungen als Lastenzyklenzählvorrichtung ausgebildet ist, mit zwei Dehnungsmessstreifen (DMS1–DMS1') als Sensoren, die elektrisch in einer Brückenschaltung (BS) angeordnet sind und von denen ein erster Dehnungsmessstreifen (DMS1), der mit der Tragkonstruktion (B) verbunden ist, ein den in der Tragkonstruktion bei Belastung auftretenden Dehnungen entsprechendes Signal erzeugt, während der zweite, vorzugsweise identisch ausgebildete Dehnungsmessstreifen (DMS1') zur Kompensation von Temperaturänderungen von der Tragkonstruktion (B) mechanisch entkoppelt ist und die Brückenschaltung (BS) zwischen den beiden Dehnungsmessstreifen (DMS1 und DMS1') über einen veränderbaren Brückenabgleichswiderstand (R6) mit der Signalauswerteeinheit (SA1) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Anordnung an Tragkonstruktionen, insbesondere an nicht stationären Brücken oder an Teilen derartiger Brücken.
Derartige Einrichtungen können beispielsweise zur Erfassung von Lastenzyklen an bei Katastrophenfällen oder im militärischen Bereich verwendeten nicht stationären Brücken eingesetzt werden, um die Lebensdauer von Brücken zu überwachen. Eine derartige Einrichtung ist beispielsweise in DE 195 04 050 C2 beschrieben.
Insbesondere wenn mehrere derartige Einrichtungen an einer Brücke, z. B. bei aus mehreren Brückenmodulen aufgebauten Brücken montiert sind und von einer Ausleseeinheit ausgelesen werden können, ist die Benutzung von Anschlusskabeln schwierig und zeitraubend und bei militärischen Anwendungen of überhaupt nicht möglich.
In dem Dokument WO 2009/124054 A1 sind ein System, eine Einrichtung und diesbezügliche Verfahren zum Überwachen eines physischen Zustandes oder einer Betriebsleistungsfähigkeit einer Struktur beschrieben.
Dieses System weist die Merkmale aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 auf.
Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, mit der in einfacher Weise, ohne Kabelverbindungen und unabhängig von Temperaturschwankungen die Lebensdauer einer Tragkonstruktion überwacht werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 11 beschrieben.
Ein Verlegefahrzeug zur Verlegung von nicht stationären Brücken oder Teilen derartiger Brücken ist Gegenstand von Anspruch 12.
Weiterhin ist in Anspruch 13 ein Verfahren zur Erfassung von Lastenzyklen an Tragkonstruktionen, insbesondere an nicht stationären Brücken oder an Teilen derartiger Brücken und in Anspruch 14 ein Verfahren zur Zählung von Verlegevorgängen an einer nicht stationären Brücke oder an Teilen einer derartigen Brücke beschrieben.
Es hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäße Einrichtung über das Erfassen und Zählen von Lastenzyklen hinaus eine große Anzahl von Anwendungen bei der Identifizierung und Überprüfung sowie auch beim Verlegen von nicht stationären Brücken ermöglicht. So können beispielsweise bei Anordnung von mehreren Lastenzyklenzählgeräten an einer Brücke genauere Ergebnisse erhalten werden und es können schräge Überfahrten erfasst und ausgewertet werden. Weiterhin können beim Verlegen von Brücken und Brückenmodulen die Verlegevorgänge gezählt und gespeichert werden, womit weitere Informationen über die Nutzung der Brücke oder Brückenmodule erfasst und bei der Bestimmung der Restlebensdauer der Brücke oder Brückenmodule berücksichtigt werden können. Die Verlegevoränge können an der Brücke bzw. dem Brückenmodul gezählt und dann einer Ausleseeinheit übermittelt werden, sie können auch direkt in der Verlegeeinrichtung gezählt werden, indem beispielsweise eine Einrichtung am Verlegearm montiert wird, die dort die Lastwechsel erfasst, zählt und weiterleitet.
Außerdem ist es möglich beim Verlegen von Brücken und Brückenmodulen eine eindeutige Identifikation dieser Brücken oder Brückenmodule sicherzustellen, indem die aufgenommenen Brücken und Brückenmodule, die mit entsprechenden Einrichtungen zur Identifikation versehen sind, drahtlos Identifikationssignale an die Verlegeeinrichtung übermitteln. Dabei kann beispielsweise ein Verlegefahrzeug bereits vor dem Aufnehmen von Brücken oder Brückenmodulen Informationen über die Brücke oder Brückenmodule erhalten, um Fehlbedienungen zu vermeiden. Das Verlegefahrzeug ist dadurch in der Lage sich selbst auf den vorgefundenen Brückentyp zu konfigurieren.
Auch eine Lageerkennung von Brücken und Brückenteilen kann mit der erfindungsgemäßen Einrichtung durchgeführt werden. Hierzu werden mehrere Einrichtungen zur Identifikation und Überprüfung an verschiedenen Stellen der Brücke und/oder der Brückenmodule montiert. Die entsprechenden Geräte besitzen einen Erkennungsmechanismus, der anzeigt, an welcher Stelle innerhalb der Brückenkonfiguration sie angeordnet sind. Über eine drahtlose Kommunikation der Geräte untereinander werden alle Geräte, die sich in einem vorgegebenen Umkreis befinden, ermittelt. Über GPS kann die absolute Lage der Geräte bestimmt werden. Durch Berechnen der relativen Positionen der Geräte zueinander, kann die Brückenkonfiguration bzw. die Lage eines Brückenmoduls in der Brückenkonfiguration eindeutig festgestellt werden. Weiterhin kann beispielsweise mittels eines Beschleunigungssensors die räumliche Lage beispielsweise eine Neigung der Brücke ermittelt und weitergegeben werden. Dadurch wird eine vollautomatische Brückenverlegung möglich, bei welcher das Verlegefahrzeug nicht mit Personal besetzt sein muss, sondern aus größerer Entfernung (z. B. 3 km) ferngesteuert betätigt werden kann, was bei militärischen Anwendungen von besonderem Vorteil ist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn in den erfindungsgemäßen Einrichtungen ein Echtzeit-Taktgeber vorgesehen ist, dem von der Ausleseeinheit oder über GPS über Funk synchronisierende Zeitsignale zugeführt werden. Zählereignisse können dann ausgewertet und unter Angabe von Datum und Uhrzeit gespeichert und ausgelesen werden.
Im Folgenden werden anhand der beigefügten Zeichnungen Ausführungsbeispiele für eine Einrichtung zur Identifikation und Überprüfung von nicht stationären Brücken oder von Teilen derartiger Brücken nach der Erfindung, sowie deren Anwendungsmöglichkeiten näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
1 in stark schematisierter Seitenansicht eine nicht stationäre Brücke mit mehreren als Lastenzyklenzählvorrichtung ausgebildeten Erfassungsvorrichtungen;
1A die Brücke nach 1 in einer Aufsicht;
2 im Prinzipschaltbild die an der Brücke nach 1 und 1A montierten Erfassungsvorrichtungen und eine Ausleseeinheit;
3 in einer Aufsicht eine nicht stationäre Brücke zusammen mit einem Verlegefahrzeug;
4 ein detaillierteres Prinzipschaltbild einer Lastenzyklenzählvorrichtung.
Die 1 und 1A zeigen eine nicht stationäre Brücke B, die aus drei Brückenmodulen BM1, BM2 und BM3 aufgebaut ist und gerade von einem Fahrzeug LKW überfahren wird. An den Untergurten der Brückenmodule sind Lastenzyklenzählvorrichtungen LZ1, LZ2 und LZ3 montiert, die in 2 genauer dargestellt sind. Jedes der Lastenzyklenzählgeräte besitzt als Sensor einen Dehnungsmessstreifen DMS1, DMS2, DMS3 zur Erzeugung eines den in der Brücke bei Belastung auftretenden Dehnungen entsprechenden elektrischen Signals, dass jeweils einer Signalauswerteeinrichtung SA1, SA2 und SA3 zugeführt wird. Die beim Überfahren der Brücke auftretenden Belastungen werden dort in an sich bekannter Weise gezählt, klassifiziert und gespeichert. Der Signalauswerteeinrichtung ist weiterhin eine mit ihr verbundene Funk-Sende/Empfangseinheit SE1, SE2, SE3 zugeordnet. Diese Funk-Sende/Empfangseinheiten können über eine Funkstrecke Verbindung mit einer Ausleseeinheit AE aufnehmen, die ebenfalls eine Funk-Sende/Empfangseinheit SE4 aufweist. Auf diese Weise können alle von den Lastenzyklenzählgeräten LZ1, LZ2, LZ3 aufgenommenen und ausgewerteten Messergebnisse drahtlos ausgelesen werden. Weiterhin können in nicht eigens dargestellter Weise in den Signalauswerteeinrichtungen Echtzeit-Taktgeber enthalten sein, denen von der Ausleseeinheit AE oder über GPS synchronisierende Zeitsignale zugeführt werden, so dass die abgespeicherten und ausgelesenen Ergebnisse mit Datum und Uhrzeit versehen werden können.
3 zeigt eine nicht stationäre Brücke B beim Verlegevorgang durch ein Verlegefahrzeug VFZ. Auch an dieser Brücke ist ein Lastenzyklenzählgerät LZ angeordnet, dass auch zur Abgabe eines Identifikationssignals ausgerüstet sein kann und drahtlos von einer im Verlegefahrzeug VFZ angeordneten Ausleseeinheit ausgelesen werden kann. Das Lastenzyklenzählgerät LZ enthält eine Funk-Sende/Empfangseinheit, die in diesem Falte so ausgelegt sein kann, dass die Reichweite der Funksignale, die in 3 mit RFS angegeben ist, begrenzt ist und nur etwa 20 bis 50 Meter beträgt. Dies ist ausreichend um Identifikationssignale und beim Verlegen auftretende Belastungssignale vom Verlegefahrzeug VFZ her auszulesen. Auf diese Weise ist es möglich, vor und beim Verlegen der Brücke B eine genaue Identifikation vorzunehmen und außerdem den beim Verlegen auftretenden Lastwechsel zu klassifizieren und festzuhalten zur Berücksichtigung bei der Lebensdauer der Brücke B.
4 zeigt ein bei den oben beschriebenen Anwendungen verwendbares Lastenzyklenzählgerät LZ. Die Erfassung der Lastenzyklen erfolgt indem die Dehnung des Brückenuntergurtes am Dehnungsmessstreifen DMS1 eine Widerstandsänderung und damit ein Messsignal erzeugt, welches der Signalauswerteeinrichtung SA1 zugeführt wird, in welcher eine Signalverstärkung und eine Digitalisierung stattfindet. Die eingehenden Signale werden nach Gewichtsklassen klassifiziert und gezählt. Mittels der an die Vorrichtung LZ anschließbaren Ausleseeinheit AE können die in den Speichermitteln der Signalauswerteeinrichtung SA1 gespeicherten Mess- und Zählwerte ausgelesen werden. Die in 4 dargestellte Messvorrichtung besitzt außer dem ersten mit der Brückenkonstruktion verbundenen Dehnungsmessstreifen DMS1 einen zweiten identischen Dehnungsmessstreifen DMS1', der zur Kompensation von Temperaturänderungen von der Brücke mechanisch entkoppelt, beispielsweise an einer Wand des Gehäuses der Vorrichtung, angeordnet ist. Elektrisch sind die beiden Dehnungsmessstreifen DMS1 und DMS1' in einer Brückenschaltung BS angeordnet, mit der sie über Steckkontakte ST1 und ST2 verbunden sind. Die Brückenschaltung enthält im zweiten Brückenzweig Widerstände R5 und R9 und im ersten Brückenzweig zwischen den Dehnungsmessstreifen DMS1 und DMS1' einen veränderbaren Widerstand R6 zum Brückenabgleich. Die Weiterführung des Messsignals zur Signalauswerteeinrichtung SA1 führt über einen Operationsverstärker OV1. Die Spannungszuführung zur Brückenschaltung BS erfolgt über einen Operationsverstärker OV3 und ein eventuelles Ein/Ausschalten der Brückenschaltung über die Operationsverstärker OV1, OV2 und OV3.
Um ein verpoltes Anschließen der beiden Dehnungsmessstreifen DMS1 und DMS1' über die Steckkontakte ST1 bzw. ST2 zu verhindern, sind diese unterschiedlich ausgestaltet. Der Dehnungsmessstreifen DMS1 wird über einen zweipoligen Stecker ST1 angeschlossen, während der Vergleichs-Dehnungsmessstreifen DMS1' über einen dreipoligen Stecker ST2 angeschlossen wird.
Die Signalauswerteeinrichtung SA1 ist mit einer Funk-Sende/Empfangseinheit SE1 verbunden. Die Ausleseeinheit AE ist ebenfalls mit einer Funk-Sende/Empfangseinheit SE4 verbunden, so dass das Auslesen der in der Signalauswerteeinrichtung 1 gespeicherten Ergebnisse drahtlos über die Funkstrecke F erfolgt.

Claims

Einrichtung zur Anordnung an Tragkonstruktionen, insbesondere an nicht stationären Brücken oder Teilen derartiger Brücken, mit einer Erfassungsvorrichtung zur Erfassung eines Zustandes der Tragkonstruktion, die eine Funkeinheit (SE1, SE2, SE3) zur Übermittlung von Tragkonstruktionsdaten, insbesondere von Belastungs-, Identifikations- oder Lagedaten, an eine Ausleseeinheit (AE) aufweist, wobei die Erfassungsvorrichtung mindestens einen mit der Tragkonstruktion verbindbaren Sensor zur Erzeugung eines einen Belastungs- oder Bewegungszustand anzeigenden elektrischen Messsignals, das einer mit der Funkeinheit (SE1, SE2, SE3) verbundenen Signalauswerteeinheit (SA1, SA2, SA3) zugeführt wird, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Erfassungsvorrichtungen als Lastenzyklenzählvorrichtung ausgebildet ist, mit zwei Dehnungsmessstreifen (DMS1–DMS1') als Sensoren, die elektrisch in einer Brückenschaltung (BS) angeordnet sind und von denen ein erster Dehnungsmessstreifen (DMS1), der mit der Tragkonstruktion (B) verbunden ist, ein den in der Tragkonstruktion bei Belastung auftretenden Dehnungen entsprechendes Signal erzeugt, während der zweite, vorzugsweise identisch ausgebildete Dehnungsmessstreifen (DMS1') zur Kompensation von Temperaturänderungen von der Tragkonstruktion (B) mechanisch entkoppelt ist und die Brückenschaltung (BS) zwischen den beiden Dehnungsmessstreifen (DMS1 und DMS1') über einen veränderbaren Brückenabgleichswiderstand (R6) mit der Signalauswerteeinheit (SA1) verbunden ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Dehnungsmessstreifen (DMS1') an einer Wand des Gehäuses der Vorrichtung angeordnet ist.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Dehnungsmessstreifen (DMS1) und der zweite Dehnungsmessstreifen (DMS1') über unterschiedlich ausgebildete Steckkontakte (ST1, ST2) an die Brückenschaltung (BS) angeschlossen sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Dehnungsmessstreifen (DMS1) über einen mechanischen Dehnungsverstärker mit der Tragkonstruktion (B) verbunden ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalauswerteeinheit (SA1, SA2, SA3) einen Analog-/Digitalwandler, eine durch einen Mikroprozessor gesteuerte Verarbeitungseinheit sowie Speichermittel enthält.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsvorrichtung (LZ1, LZ2, LZ3) mit ihrem Gehäuse an der Tragkonstruktion (B) befestigt ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsvorrichtung über die Funkeinheit (SE1, SE2, SE3) mit anderen Erfassungsvorrichtungen zur Übertragung von Daten des Tragkonstruktionszustandes verbindbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere an einer Tragkonstruktion (B) anordbare Erfassungsvorrichtungen (LZ1, LZ2, LZ3) aufweist, die über ein Funknetz miteinander und mit einer Ausleseeinheit (AE) verbindbar sind, wobei die Steuerung derart ist, dass zur gegenseitigen Zuordnung der von unterschiedlichen Erfassungsvorrichtungen stammenden Daten zwischen den Signalauswerteeinrichtungen (SA1, SA2, SA3) untereinander und/oder zwischen den Signalauswerteeinheiten (SA1, SA2, SA3) und der Ausleseeinheit (AE) ein Zeit- und/oder Identifikationssignal ausgetauscht wird.
Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass den einen Echtzeit-Taktgeber enthaltenden Erfassungsvorrichtungen (LZ1, LZ2, LZ3) von einer Ausleseeinheit (AE) synchronisierende Zeitsignale über Funk zugeführt werden.
Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass den einen Echtzeit-Taktgeber enthaltenden Erfassungsvorrichtungen über Satellit synchronisierende Zeitsignale über Funk zugeführt werden.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jede der an unterschiedlichen Teilen der Tagkonstruktion (B) angeordneten Erfassungsvorrichtungen einen Satelliten-Empfänger zur Ermittlung der absoluten Lage der Teile enthält und die Lagesignale der Erfassungsvorrichtungen einer Ausleseeinheit (AE) zur Ermittlung der Konfiguration der Tragkonstruktion zugeführt werden.
Verlegefahrzeug zur Verlegung von nicht stationären Brücken oder Teilen derartiger Brücken, das einen Verlegearm aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verlegefahrzeug zur Zählung von Verlegevorgängen mit einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgerüstet ist, wobei an einem Verlegearm des Verlegefahrzeugs eine Lastenzyklenzählvorrichtung angeordnet ist, mit mindestens einem mit dem Verlegearm verbundenen Dehnungsmessstreifen zur Erzeugung eines den im Verlegearm bei Belastung auftretenden Dehnungen entsprechenden elektrischen Signals, das einer mit der Funkeinheit verbundenem Signalauswerteeinrichtung zugeführt und dort gezählt, klassifiziert und gespeichert wird und über Funk einer Ausleseeinheit zuführbar ist.
Verfahren zur Erfassung von Lastenzyklen von Tragkonstruktionen, insbesondere von nicht stationären Brücken oder von Teilen derartiger Brücken mittels einer Einrichtung nach Anspruch 8 oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass an unterschiedlichen Teilen der Tragkonstruktion Lastenzyklenzählvorrichtungen angeordnet werden und die von den Signalauswerteeinheiten jeweils gezählten, klassifizierten sowie mit einer Zeit- und/oder Identifikationskennung versehenen Belastungssignale gespeichert und nach Übermittlung an die Ausleseeinheit über Funk dort im Hinblick auf schräge Überfahrten verglichen und ausgewertet werden.
Verfahren zur Zählung von Verlegevorgängen an einer nicht stationären Brücke oder an Teilen einer derartigen Brücke mittels einer Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Brücke bzw. Teilen der Brücke jeweils eine Lastenzyklenzählvorrichtung angeordnet wird und von den Signalauswerteeinheiten jeweils die bei Verlegevorgängen auftretenden Belastungssignale gezählt, klassifiziert und gespeichert werden und nach Übermittlung an die Ausleseeinheit über Funk dort durch Vergleich mit den bei Überfahrten auftretenden Belastungssignalen ausgewertet werden.