Potenzielle Schwachstellen in einer Gebäudestruktur erkennen, bevor es zum Schaden kommt: Das Konzept der „Predictive Maintenance“ ist aus der Industrie bereits bekannt. MEMS-Inertialsensoren helfen Ihnen dabei, diese Strategie auch auf die Zustandsüberwachung von Gebäuden, Produktionsanlagen oder sogar Fahrzeugen zu übertragen.
Menschen sind kreativ und innovativ. Sie schaffen Bauwerke, manchmal auch „für die Ewigkeit“: Wohnkomplexe und Business-Stadtviertel, industrielle Fertigungsstätten und Kraftwerke. Und sie entwickeln Maschinen, Flug- und Fahrzeuge, U-Bahn-Trassen, kommunale und überregionale Verkehrs-Infrastrukturen sowie Brücken, die nicht nur Täler und Flüsse, sondern sogar Meerengen überqueren.
Sicherheit ist alles – zuhause, am Arbeitsplatz oder unterwegs. Deshalb erfordern all diese vom Menschen geschaffenen Strukturen regelmäßige Überprüfungen und Wartungsmaßnahmen.
Denn sie sind nicht nur dem natürlichen Alterungsprozess, Wind und Wetter, geologischen Veränderungen oder der Abnutzung durch die tägliche Belastung ausgesetzt. Vorfälle wie der Einsturz des Polcevera-Viadukts im italienischen Genua 2018 führen drastisch vor Augen, wie wichtig es ist, Strukturen laufend gewissenhaft auf Materialermüdungs- und Verschleißerscheinungen sowie auf veränderte Infrastruktur-Bedingungen zu überwachen.
Vom Anlagenbetreiber über den Gebäudebesitzer bis hin zum Projektierer von Bau-, Produktions- oder Wartungsmaßnahmen: Structural Health Monitoring ist die Lösung für alle, die sich mit der Konstruktion von Bauwerken aller Art oder mit der Produktion von Maschinen und Fahrzeugen befassen.
Der unschlagbare Vorteil: Schäden lassen sich mit Structural Health Monitoring prognostizieren, bevor sie tatsächlich auftreten. Möglich wird dies durch eine intelligente Sensorik, die geringste Veränderungen an der Gebäude- oder Maschinenstruktur registriert. Dies bedeutet nicht nur ein signifikantes Plus an Sicherheit. So lassen sich außerdem enorme Wartungskosten einsparen – indem man beispielsweise einzelne schadensanfällige Bauteile gezielt austauscht, bevor sie andere Komponenten in Mitleidenschaft ziehen können.
Die Zustandsüberwachung von Bauwerken, Maschinen oder Fahrzeugen (Structural Health Monitoring) ist eine Methode zur Erfassung, Verarbeitung und Auswertung von Messdaten, um strukturelle Veränderungen, Schädigungen und kritische Beanspruchungszustände frühzeitig zu erkennen. So lassen sich die Funktionsfähigkeit, die Sicherheit und der reibungslose Betrieb der jeweiligen Struktur mit deutlich reduziertem technologischem und finanziellem Aufwand gewährleisten.
Ein dichtes Netz von Mikromechanischen Inertialsensoren registriert dabei:
• kleinste Verformungen
• die Durchbiegung von tragenden Strukturen
• Gebäudeneigungen
So werden Abnutzungserscheinungen oder Alterungsprozesse durch Belastung und Witterungseinflüsse sofort registriert.
Das System eignet sich für Gebäude, Brücken, Windkraftanlagen und Hochstromleitungen Kanalsysteme ebenso wie für Nutzfahrzeuge und Fertigungsanlagen.
Extrem heiße Sommer, arktische Winter, enorme Feuchtigkeit und langanhaltende Dürre-Perioden: Gerade in unserer heutigen Zeit sind Bauwerke oft enormen Witterungsschwankungen ausgesetzt, die Materialien und Struktur auf eine harte Probe stellen. Hinzu kommen der normale Alterungsprozess sowie Belastungen, die durch unsachgemäße Nutzung entstehen können – zum Beispiel, wenn Brücken von Lkws befahren werden, die das zulässige Höchstgewicht überschreiten.
Insbesondere in Bereichen wie der Energieversorgung oder im Verkehrsnetz kommt es jedoch auf maximale Verfügbarkeit an, um wirtschaftliche, logistische und kommunale Kreisläufe in Gang zu halten. Auch bei extremen Ausnahmesituationen wie Stürmen oder Erdbeben unterstützt Structural Health Monitoring bei der Vermeidung oder Identifizierung von Schäden und schafft Transparenz.
Traditionelle, planorientierte Instandhaltung findet in regelmäßigen Abständen statt, um Schäden und Störfälle zu vermeiden – unabhängig vom aktuellen Zustand einer Anlage, sozusagen nach dem „Gießkannenprinzip“. Auf diese Weise entstehen unnötige Kosten – entweder weil Instandhaltungstermine zum vereinbarten Zeitpunkt gar nicht erforderlich gewesen wären oder weil Schäden für längere Zeit unerkannt bleiben und so teure Reparaturen nach sich ziehen.
Structural Health ermöglicht so eine zustandsbasierte Instandhaltung.
Die Digitalisierung erfasst auch die Instandhaltung von Gebäuden, Anlagen, Maschinen und Strukturen jeglicher Art. Laufendes Structural Health Monitoring durch hochempfindliche Sensoren erlaubt die komfortable Online-Überwachung am PC und auf mobilen Endgeräten – zu jeder Zeit und von jedem beliebigen Ort aus. Techniker und Ingenieure müssen für ihre Arbeit nicht mehr in jedem Fall vor Ort sein – Fernwartungskonzepte bieten hier nicht nur bei Offshore-Anlagen enorme Vorteile und Kosteneinsparungen.
So übermittelt beispielsweise in einer Windkraftanlage ein zentrales Datenmodul laufend Informationen zu den strukturellen Gegebenheiten. Cloud-Lösungen machen es möglich, diese Daten aus dem Structural Health Monitoring langfristig zu sammeln, auszuwerten und für die vorausschauende Instandhaltung zu nutzen.
Zum Blogbeitrag „Windkraftanlagen sicher überwachen per Sensor“
First Sensor ist mehr als ein Hersteller von Sensoren. Letztere bilden allenfalls die Grundlage für unsere vielfältigen und maßgeschneiderten Komplettlösungen.
Unsere Sensoren erfassen beispielsweise die Biegung von Windkraftanlagen oder die Vibration und Schwingungsfrequenzen von Brücken. Auf diese Weise wird es möglich, die strukturelle Gesundheit zu beurteilen – und gegebenenfalls Wartungsmaßnahmen einzuleiten.
Der Vorteil im täglichen Betrieb: Die Mitarbeiter in der Leitstelle lernen, die Daten aus dem Structural Health Monitoring zu deuten und Einstellungen so zu optimieren, dass die Belastung der Struktur und damit der Instandhaltungsaufwand minimiert wird. Brückenbauer entnehmen den Sensor-Daten handfeste Informationen, wann eine Sanierung und wann ein Neubau angepeilt werden muss.
Zum Blogbeitrag „Sensible Fühler für die Zustandsüberwachung von Brücken“
Inertial MEMS-Sensoren von First Sensor sind winzig klein und kostensparend, bieten aber gleichzeitig die Leistung herkömmlicher großer Sensoren. Sie sind in der Lage, zwei Raumrichtungen zu erfassen. First Sensor passt seine Sensoren für jeden Kunden individuell an die jeweilige Applikation an. Dank des modularen Designs lassen sich bei Bedarf ohne großen Aufwand auch komplexe Multisensor-Systeme realisieren.
Qualitätskriterien für Sensoren im Bausektor
Mit seiner neuen Generation hochgenauer kapazitiver Silizium-Inertialsensoren deckt First Sensor viele Anwendungen in der smarten Bauwerksüberwachung ab. Die neuen Sensoren bieten die erforderliche Auflösung und geringe Rauschdichte, um Vibrationen oder Neigungsänderungen an Windkraftwerken, Brücken oder Hochhäusern zu erfassen und so Gefährdungen in der Statik oder Substanz frühzeitig auf die Spur zu kommen. Die Sensoren zur Messung von Neigung, Beschleunigung und Vibration bestehen aus einem nach patentiertem mikromechanischem Verfahren (HARMS, AIM) hergestellten Silizium-Sensorelement in Verbindung mit einer ASIC-Signalverarbeitung in einem hermetisch abgeschlossenen SMD-Gehäuse.
Mehr zum patentierten Verfahren finden Sie in dieser Pressemeldung
Die Remote-Bauwerksüberwachung mit smarten Sensoren ermöglicht die laufende Kontrolle und Analyse des Zustands und der Belastungen von Bauten, Brücken oder Windrädern. Um diese Aufgaben erfüllen zu können, erreichen die Inertialsensoren von First Sensor je nach Bandbreite Auflösungen von 10 µg bzw. 0,0005° (2 Bogensekunden).
In wenigen Schritten schnell und komfortabel zum passenden Produkt.
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