Ein neues optische Messsystem für Bauteiloberflächen überwacht das Verhalten von Bauteilen unter Belastung, zum Beispiel von Hallendächern unter Schnee. Es wertet die Daten in Echtzeit aus und gibt bei kritischen Zuständen Alarm.
In einem gemeinsamen Forschungsprojekt haben die HTWK Leipzig, die Materialprüfanstalt Leipzig (MFPA Leipzig) und die Gesellschaft für Geomechanik und Baumesstechnik (GGB mbH) ein Messsystem für Bauteiloberflächen entwickelt, das bereits in einem erfolgreichen Feldversuch getestet wurde. „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, zum Beispiel lassen sich so kostenintensive Ertüchtigungsmaßnahmen vermeiden“, sagt Prof. Klaus Holschemacher von der HTWK Leipzig.
Das 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 fünf 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.
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