Beton ist ein langlebiges und robustes Material, das jedoch im Laufe der Zeit durch Umwelteinflüsse, Belastungen und Materialermüdung geschwächt werden kann. Risse, Verformungen oder Materialverschleiß können die Stabilität von Bauwerken, wie Gebäuden, Brücken oder Straßen, beeinträchtigen. Ohne eine systematische Überwachung können solche Schäden unbemerkt bleiben, was zu gravierenden Folgeschäden führen kann. Mithilfe von Dehnungs- und Wegaufnehmern können im Rahmen des Condition Monitoring die Belastbarkeit von infrastrukturellen Bauwerken überprüft, frühzeitig Schwachstellen detektiert und präventiv Maßnahmen ergriffen werden. Dehnungen können z. B. durch äußere Krafteinwirkung, Umgebungstemperaturen, Trocknungsschwinden oder Kriechen des Materials entstehen.
Innere Spannungsmessung sowie Messung der Oberflächendehnung
KM-Dehnungsaufnehmer aus unserem Portfolio können auf zwei Wegen zur Überwachung des Dehnungsverhaltens eingesetzt werden: Zum einen lassen sie sich bei Neubauten im Beton selbst vergießen, härten mit aus und liefern eine innere Spannungsmessung im Material. Alternativ, wenn nur zeitlich begrenzte Messkampagnen geplant sind, oder bei Bestandsbauten, werden KM-Dehnungsaufnehmer an der Oberfläche von Beton oder auch Stahlträgern angebracht und detektieren von außen die Oberflächendehnung.
Mit Hilfe der Aufnehmer lässt sich ermitteln, bei welchen Temperaturverhältnissen sich das Material wie ausdehnt, wie stark es im Zeitverlauf belastet wurde und wie viele Dehnungszyklen es durchlaufen hat. Im Abgleich mit materialspezifischen Kennwerten für die jeweilige Betonvariante können so Aussagen getroffen werden, wie lange der Beton den Belastungen standhalten wird und wann Wartungsintervalle anzusetzen sind. Bei einer Brücke wird beispielsweise von einem Gesamtbelastungskollektiv ausgegangen, das in mehrere zu überwachende Abschnitte eingeteilt wird. Wenn ein Abschnitt einen vorher festgelegten Prozentsatz eines Belastungskollektivs erreicht hat, kann eine Überprüfung angesetzt werden.
Neben der Dehnung kann das eingebaute Thermoelement der Sensorvariante KM-B auch die Temperatur innerhalb des Materials erfassen.
Ob die KM-Dehnungsaufnehmer mit vergossen oder von außen mittels Zubehörklammern angebracht werden, hängt auch davon ab, ob die Sensoren wiederverwendbar genutzt werden sollen oder langfristig integriert werden können. Die interne Dehnungsmessung ist präziser, dennoch eignen sich die Aufnehmer auch sehr gut für die äußere Anbringung an Bestandsbauten mit verlässlichen Messwerten.
Ihr Vorteil gegenüber häufig für Dehnungsermittlungen eingesetzten Dehnungsmessstreifen (DMS) ist die deutlich einfachere Installation – die Applikation von DMS muss mit einem sehr präzisen Klebeprozess an ausgewählten Messstellen erfolgen – und eine höhere Langlebigkeit.
Messwerterfassung und -ausgabe
Zur Anbindung verfügen die Sensoren standardmäßig über ein zwei Meter langes Kabel; es sind jedoch auch deutlich längere Ausführungen möglich. Die Messwerte können mittels einer passenden Auswerteelektronik angezeigt oder wenn nötig über einen Messwertverstärker verstärkt werden. Dies ist bei großen Bauwerken wie Brücken mit längeren Wegstrecken häufiger der Fall.
Überprüfung weiterer Materialien
Neben der Einlassung in Beton eignen sich die KM-Dehnungsaufnehmer auch für die Integration in Kunstharz oder faserverstärkte Kunststoffe, um hier Dehnungen und Spannungen zu erfassen. Z. B. im Bereich der erneuerbaren Energien oder auch im Schiffbau können mithilfe der Sensoren Materialermüdungen oder Verformungen frühzeitig festgestellt werden, um die Lebensdauer von Komponenten zu verlängern und die Betriebssicherheit zu erhöhen. Bei Komponenten mit geringerer Schichtdicke kann der schmalste KM-Aufnehmer mit 12 mm Durchmesser zum Vergießen geeignet sein. Grundsätzlich ist bei der Integration innerhalb des Materials darauf zu achten, dass die Materialstärke um den Sensor herum ausreichend groß ist, um ein valides Dehnungsmessergebnis zu erhalten.
KG-A-Wegaufnehmer zur Rissdetektion
Wenn sich bereits feine Risse in Beton gebildet haben, ist eine Dehnungsermittlung nicht mehr ausreichend. Mit dem KG-A-Wegaufnehmer können auch minimale Wegstrecken im Bereich von +/- 2 bis 5 mm erfasst werden. Damit setzt die Messung des KG-A dort ein, wo die KM-Aufnehmer mit der Dehnungsmessung enden: Er wird über einem Riss platziert und erfasst ein stückweit ebenfalls eine Dehnung, aber auch die Wegstrecke des Risses sowie seine potenzielle Ausweitung. Dank der Überwachung der Rissausweitung lässt sich entscheiden, wann Rissgröße und -tiefe sicherheitsgefährdend sind und Gegenmaßnahmen ergriffen werden müssen.
Der KG-A kann darüber hinaus auch zur Überwachung von Fugenveränderungen eingesetzt werden. Über der Fuge zweier Betonblöcke angebracht, kann der Aufnehmer eine mögliche Verschiebung der Oberflächenspalte messen. Wie bei den KM-Dehnungsaufnehmern gibt es zudem eine Aufnehmervariante mit integriertem Thermoelement zur gleichzeitigen Erfassung der Materialtemperatur.
Fazit: Flexible Messlösung für sicherheitsrelevante Zustandsüberwachung
Infrastrukturelle Bauwerke benötigen eine kontinuierliche Zustandsüberwachung. Mit den KM-Dehnungsaufnehmern und KG-A-Wegaufnehmern lassen sich Belastungen anhand von Dehnungs- und Spannungsmessungen unkompliziert bestimmen. Die Aufnehmer sind robust, wasser- und wetterfest, langlebig und können flexibel installiert werden, ob eingebettet in die Konstruktion (KM-Aufnehmer) oder an der Materialoberfläche befestigt (beide Aufnehmervarianten). Verschiedene Größen, Kabellängen, Anschlüsse und Zusatz-Features (z. B. Thermoelement zur Temperaturmessung) ermöglichen eine Einbettung in vielfältige Anwendungen.
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