Textilbasierte Sensornetze für die Messung von Belastung und ...

Titel:
Textilbasierte Sensornetze für die Messung
von Belastung und Feuchte im Baubereich
Autor:
Andreas Koch, Till Quadflieg, Silke Tomoscheit, Thomas
Gries, Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen University,
Aachen
Textilbasierte Sensornetze für die Messung von Belastung und Feuchte im
Baubereich
Die Entwicklung von textilbasierten Sensoren bietet für die Überwachung des baulichen Zustandes
von textilbewehrten Betonbauteilen neue Möglichkeiten. Es sind 2 generelle Prinzipien im Bereich der
aktiven Bauteilüberwachung möglich:
• Messung des Feuchtegehalts im Bauteil,
• Belastungs- bzw. Versagensmessungen.
Für beide Zwecke eignen sich rostfreie Stahlfasern aufgrund ihrer guten Eigenschaften im Bereich der
textilen Verarbeitung, des Sensorbereichs, der Sensorgenauigkeit und des Preises. Die Sensoren
wurden bei ersten Versuchen in Kombination mit einem Glasfasertextil (2D-Gelegestruktur) getestet.
Feuchtesensorik
a) b)
Abb.1: Prinzip der Feuchtemessung [a] Integration eines Sensorfadens im biaxialen Gelege [b]
Mit Hilfe einer Auswertungselektronik wird der Widerstand zwischen 2 integrierten Sensoren gemessen.
Dabei wurde der Referenzwiderstand bei den Vorversuchen auf 100 kΩ festgelegt. Ist der gemessene
Widerstand > 100 kΩ ist der Zustand als “trocken” einzuordnen. Dabei spielt der Rovingabstand
innerhalb des Textils eine wichtige Rolle. Standardgemäß liegt dieser bei Bewehrungstextilen
für den Betonbereich zwischen 4 und 12 mm. Bei den Vorversuchen wurde auf einer Breite von
100 mm Wasser aufgebracht. In allen Fällen zeigte der Widerstand schnell eine Änderung an. Folgende
Werte haben sich dabei ergeben:
• 12 mm Rovingabstand – 30 kΩ
• 8 mm Rovingabstand – 18 kΩ
• 4 mm Rovingabstand – 15 kΩ
Dies zeigt, dass durch die Integration von Sensorgarnen im textilen Baubereich eine direkte und deutliche
Einschätzung über den Feuchtegehalt im Innern des Bauteils getroffen werden kann.
Belastungssensorik
Abb.2: Prinzip der Belastungsmessung
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Titel:
Textilbasierte Sensornetze für die Messung
von Belastung und Feuchte im Baubereich
Autor:
Andreas Koch, Till Quadflieg, Silke Tomoscheit, Thomas
Gries, Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen University,
Aachen
Bei der aktiven Überwachung der Belastung auf ein eingebautes Bauteil wird der Sensorfaden auf eine
spezifische Dehnung bemessen, bei der er im Bauteil bricht. In Kombination mit vorausgegangenen
Belastungsprüfungen bezüglich der textilen Bewehrung lässt sich auf den Zustand der eingebauten
Textilbewehrung schließen. Dabei unterscheidet sich der Belastungssensor in seiner Art nicht vom
verwendeten Feuchtesensor, sondern wird nur auf das gewünschte Ziel der Belastungsüberwachung
ausgelegt.
Die aktive Messung erfolgt auch hierbei über den elektrischen Widerstand, der sich im Falle einer
Sensordehnung verändert. Hierfür ist ein Sensorfaden ausreichend. Der Bereich in dem sich der Widerstand
ändert ist allerdings im Vergleich zum Feuchtesensor geringer. Er gibt jedoch aktiv und eindeutig
Auskunft über den aktuellen Belastungszustands des Bauteils und ob das Bauteil, z.B. nach einer
Katastrophe, noch ausreichend tragfähig ist.
Spezielle Anwendungsbereiche
Naturkatastrophen (Überflutungen, Erdbeben)
Die Auswirkungen durch auftretende Naturkatastrophen werden den Erwartungen nach in den nächsten
Jahren stark ansteigen. Dabei werden vor allem durch Überflutungen und Erdbeben die baulichen
Strukturen erheblich geschädigt. Drei Stufen der aktiven Überwachung werden dabei unterschieden
und weisen jeweils andere Ziele auf:
• Stufe 1: Vor der Katastrophe
Durch das integrierte Sensornetz wird eine aktive Überwachung ermöglicht. Dabei kann vor
einer Katastrophe der Zustand der Bausubstanz überprüft werden und Gegenmaßnahmen
frühzeitig ergriffen werden (im Falle einer Unterdimensionierung). Die Auswirkungen der
Schädigung durch Naturkatastrophen am Gebäudebestand können somit stark reduziert werden.
• Stufe 2: Während der Katastrophe
Die aktive Überwachung ermöglicht eine zeitnahe Alarmierung, die ggf. die Menschen innerhalb
des Gebäudes warnen kann. Außerdem könnte somit eine aktive Alarmierung an Rettungsteam
ermöglicht werden.
• Stufe 3: Nach der Katastrophe
Nach der Katastrophe kann die aktive Messung dazu genutzt werden um schnellstmöglich das
Ausmaß der Schädigung zu ermitteln. Dabei ist es wichtig die Gebäude auf ihre Resttragfähigkeit
zu überprüfen, um somit sicherzustellen, dass diese Gebäude keine Gefährdung für
Mensch und Tier darstellen.
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