Fischer-Bolzen mit Sensor überwachen Stahlkonstruktion
Am Funkturm Frauenkirchen werden schwer zugängliche Schrauben künftig aus der Ferne überwacht. Damit sollen auch Erfahrungen zum Langzeitverhalten solcher Verbindungen gesammelt werden.
Foto: fischer
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Fachwerke aus verschraubten Stahlstreben – sogenannten Stabwerkskonstruktionen – sind zwar besonders leicht. Dafür können in den Knoten Querkräfte und Biegemomente auftreten. Die sind zwar kleiner als die Zug- und Druckkräfte in den Stäben, können aber über die Zeit Einfluss auf die Verbindungselemente in den Knoten haben. Deshalb ist es wichtig, kritische Stellen regelmäßig zu überwachen. Beim neuen Richtfunkturm in Frauenkirchen im österreichischen Burgenland erfolgt das nun über kabellose Sensoren, die in den Schrauben integriert sind.
Schrauben am Richtfunkturm in Frauenkirchen werden per Funk überwacht
52 m hoch ist der Richtfunkturm. Er wurde Mitte 2024 als Ersatzneubau auf dem Gelände des Umspannwerks in Frauenkirchen im Auftrag der Netz Burgenland GmbH errichtet. Bis zu einer Höhe von 42 m ist das Bauwerk als geschraubte Stabwerkskonstruktion ausgeführt. Nur im obersten Segment ist die von Unger Stahlbau gelieferte und montierte Stahlkonstruktion geschweißt.
Vom Boden kaum zu erkennen: An ausgewählten Knotenpunkten der Stahlkonstruktion wurden erstmals hochfeste Schrauben mit integrierter Kraftmess- und Übertragungstechnik der Unternehmensgruppe Fischer verbaut. Die sogenannten „SensorBolts“ erlauben es, den Zustand der Befestigungspunkte aus der Ferne zu überwachen – und zwar jederzeit. In den kommenden Monaten sollen die Sensorschrauben zunächst im Pilotbetrieb Informationen sammeln.
Daniel Rill, zuständiger Produktmanager bei der Unternehmensgruppe Fischer, verweist auf ein wichtiges Detail: „Das Besondere dabei ist, dass durch die Sensorapplikation die mechanischen Eigenschaften der Schrauben nicht verändert werden“ Somit sei ein Einsatz im hochfest vorgespannten Bereich ohne Einschränkungen möglich. Mit der Technik sollen die in den Schraubverbindungen wirkenden Kräfte künftig präzise und dauerhaft gemessen werden. Das gilt insbesondere an sonst schwer zugänglichen Stellen im Bauwerk, bei denen die Sensordaten per Funktechnologie abgefragt werden. Die geschraubte Stabwerkskonstruktion soll damit stabil, langlebig und gleichzeitig intelligent sein.
Schraube liefert Daten an PC und Smartphone
Laut Hersteller lassen sich die Daten der sensorintegrierten Befestigungsprodukte mobil oder per Webanwendung verwalten. Am PC oder auf dem Smartphone kann das Fachpersonal dann von unterschiedlichen Arbeitsorten abfragen, wie es aktuell um die Sicherheit der Befestigungen bestellt ist. Fischer und sein Partner erwarten sich durch das Pilotprojekt in Frauenkirchen einen Erkenntnisgewinn, wie sich die Schrauben über längere Zeiträume in der Praxis verhalten.
Der SensorBolt ergänzt das Fischer-Portfolio für das Construction Monitoring. Dazu zählen weitere sensorintegrierte Produkte wie die überwachte Ankerstange SensorAnchor und die Unterlegscheibe Sensor-Disc. Der SensorAnchor wird dazu per Kabel mit einer Sensorbox verbunden und detektiert Veränderungen sowie Verformungen an Tunneln, Windrädern oder Brücken. Hierzu können Schwellwerte definiert werden, deren Überschreitung eine Warnmeldung an das Personal auslöst. Bei der Unterlegscheibe werden die Daten dagegen per NFC (Near Field Communication) ausgelesen. Mit dem Lösungsportfolio will das Unternehmen die Wartungseffizienz von Bauwerken und Anlagen steigern, Sicherheit in den Anwendungen erhöhen, Ausfallzeiten verringern und ihre Nutzungsdauer zu verlängern.
Forschung an integrierten Sensoren für Schrauben
Geforscht wurde an der Sensorüberwachung von Schrauben schon vor vielen Jahren. Die Professur für Mess- und Sensortechnik der Technischen Universität Chemnitz entwickelte beispielsweise bereits 2017 zusammen mit IK Elektronik ein Sensorsystem, das sich in eine Schraube integrieren lässt, dort Sensordaten erfasst und per Funk an einen Empfänger sendet. Um Energie für den Betrieb zu generieren, kombiniert die Sensorschraube Energy Harvesting mit Funkelektronik. Das Forschungsprojekt wurde vom Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert und vom Elektronikdistributor Rutronik unterstützt. Auch an der TU Darmstadt wurde im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 805 „Beherrschung von Unsicherheit in lasttragenden Systemen des Maschinenbaus“ von Januar 2009 bis März 2021 eine sensorintegrierte Schraube entwickelt.
Inzwischen werden Sensorschrauben mit Kabel und Funktechnik von verschiedenen Herstellern angeboten und in unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt.
