ASC, Sensorspezialist aus Pfaffenhofen an der Ilm, bietet der Bauindustrie seit langem ein breites Portfolio an Messlösungen für die Überwachung von Fahrzeugen, Maschinen und Gebäuden. Dazu gehören neben Beschleunigungs-, Neigungs- und Drehratensensoren auch Inertial Measurement Units (IMU). IMUs kommen zum Beispiel in Mobile-Mapping-Systemen zum Einsatz. Mit deren Hilfe werden aktuelle Zustandsinformationen gewonnen, die als Basis für die Erstellung von Karten und virtuellen Modellen von Straßen oder Gebäuden dienen.
In Baumaschinen und an Rohbauten erfassen die Inertialsensoren minimale Veränderungen der materialtypischen Schwingungsfrequenzen und ermöglichen so Rückschlüsse auf den Zustand von Fahrzeugkomponenten, Fundamenten oder Stahlarmierungen. Bauunternehmen sind dadurch in der Lage, Instandhaltungs- oder Ausbesserungsarbeiten im Voraus zu planen und kostenintensive Stillstände zu vermeiden.

Absicherung der längsten Seebrücke der Welt

Im Bauwesen kommen besonders die robusten kapazitiven Beschleunigungssensoren von ASC zum Einsatz. Sie übernehmen beispielsweise eine zentrale Funktion in der langfristigen Überwachung der strukturellen Integrität von Bauwerken, dem Structural Health Monitoring (SHM). Die Inertialsensoren erfassen selbst sehr kleine Vibrationen und Schwingungen, die an Brücken oder Gebäuden auftreten. Ein prominentes Beispiel ist die Hong Kong-Zhuhai-Macau-Brücke, die 2018 im chinesischen Perlflussdelta eröffnet wurde. Das Bauwerk gilt als die längste Seebrücke der Welt und liegt in einer vielbefahrenen Wasserstraße. Der Schutz der Brücke vor Unfällen mit Wasserfahrzeugen hat deshalb eine hohe Priorität.
Triaxiale kapazitive Beschleunigungssensoren vom Typ ASC CS-1611LN unterstützen die Behörden dabei, die Auswirkungen eines Schiffsaufpralls an den Pfeilern zu erkennen und die dynamischen Eigenschaften der Brückenstruktur zu bestimmen. Die eingesetzten Sensoren haben einen Messbereich von ±5 g und einen Stromsignalausgang von 4–20 mA, der eine verlustfreie Signalübertragung über lange Entfernungen garantiert.

Einsatz in Baufahrzeugen

Hochgenaue Inertialsensoren von ASC sind aber auch in Baufahrzeugen zu finden – unter anderem in Rammgeräten, die für Untersuchungen oder zum Einbringen von Stahlwandprofilen eingesetzt werden. Diese Geräte verfügen über Hydraulikrüttler mit fünf Tonnen Gewicht und 500 kW Leistung. Zur Überwachung der Systeme dienen Beschleunigungssensoren der ASC-OS-Serie, die gerade einmal 31 g wiegen. Die Sensoren werden zur Erfassung der am Rüttler auftretenden Schwingungen (Frequenz und Hub) genutzt und beugen mit ihren Messungen plötzlichen Ausfällen vor. Bei der Konstruktion der Sensoren legt ASC nicht nur Wert auf die Präzision der ausgegebenen Messsignale. Die Ingenieure sorgen auch für eine hohe Schockfestigkeit der Sensoren und berücksichtigen die enorme Krafteinwirkung auf die Kabelverbindungen an Baumaschinen.

Echtzeit-Monitoring durch intelligente Sensoren

Mit den smarten Sensorsystemen von ASC haben Anwender die Möglichkeit, die Daten der Sensoren künftig in Echtzeit zu nutzen. So wird unter anderem das Baustellenmanagement weiter optimiert: Unternehmen können Veränderungen an Fundamenten oder Fahrzeugen sofort erkennen und entsprechende Instandhaltungsmaßnahmen planen.
Die smarten Sensorsysteme besitzen zum einen alle Eigenschaften der jeweiligen herkömmlichen analogen und digitalen Varianten. Zum anderen können sie darüber hinaus deutlich größere Datenmengen erfassen und die Messwerte direkt auswerten. Bei den smarten Sensorsystemen von ASC entfällt also die aufwändige externe Datenerfassung und -analyse. Der Bauunternehmer bekommt von den Sensoren lediglich ein Statussignal wie bei einer Ampel: So sieht sein Personal auf einen Blick, ob und wann Handlungsbedarf besteht.

Vorhersagen sind möglich

Mithilfe der kundenspezifischen Algorithmen erstellen die intelligenten Sensorsysteme zudem Prognosen zur weiteren Entwicklung des Betriebszustands der Baumaschine. So kennt der Unternehmer nicht nur den Echtzeit-Status seines Fuhrparks, sondern weiß auch im Voraus, wann welche Komponente ausgetauscht werden sollte. Wartungsarbeiten können somit optimal in die Betriebsabläufe integriert und plötzliche Maschinenausfälle vermieden werden.
Die smarten Sensorsysteme ebnen der Instandhaltung von Maschinen- und Fuhrparks neue Wege. Das Handling der Messtechnik ist dabei einfach, da kein Fachwissen erforderlich ist und die Sensoren einfache, allgemeinverständliche Statussignale ausgeben. Kostenintensive Peripheriegeräte und speziell ausgebildetes Personal sind nicht nötig.

Exakt nach Kundenwunsch entwickelt

Intelligente Sensorsysteme von ASC sind dabei kein Produkt „von der Stange“. Im Gegenteil: „Wir entwickeln unsere Lösungen in enger Abstimmung mit den Kunden, denn sie kennen die Anforderungen ihrer Anwendung am besten“, so ASC-Applikationsingenieur Markus Nowack. Auf der Basis einer Requirements-Analyse konzipieren die Messtechnik-Spezialisten das Gesamtsystem und nutzen dafür das ASC-Baukastenprinzip. Es umfasst die Auswahl an hochwertigen Komponenten der Sensorik bezüglich der Auflösung sowie der Mess- und Frequenzbereiche sowie die Datenauswertung und Datenkommunikation. Jedes Sensorsystem kann daher ein Unikat sein – genau wie die implementierten Algorithmen, die als Grundlage für die Analyse und Bewertung der erfassten Daten dienen.

Der Anwender hat die Kontrolle

Mittels pre-processing wird in der ersten Stufe eine Datenreduktion durchgeführt. Auf deren Basis werden beispielsweise durch die Anwendung von FFTs (Fast Fourier Transformation), Wavelets oder Time Series Merkmalsvektoren extrahiert. Die nachfolgende Trendanalyse und/oder das Clustering der Ergebnisse führt somit zur Information des Anwenders über den Status der Komponente oder des Systems. Bei den smarten Sensorsystemen von ASC liegt die Datenhoheit immer beim Kunden. Der Hersteller stellt zwar die Programmierschnittstellen (APIs) zur Verfügung, über die sich kundenspezifische Algorithmen einbinden lassen. Die Rechenleistung der Sensoren ist aber frei verwendbar, sodass der Anwender die Algorithmen für die Merkmalsextraktion exakt an seine Bedürfnisse anpassen kann.

Planbarkeit von Bauwerken

Intelligente Sensorsysteme haben für die Bauwirtschaft neben der ­Optimierung der Arbeitsabläufe aber noch weitere Vorteile. Sie ermög­lichen zum Beispiel die Erstellung realitätsnaher virtueller Architekturmodelle. Die an Gebäuden und Bauwerken installierten Sensoren liefern große Mengen an Daten, die dann in die Planung neuer Bauprojekte einfließen. Aus den Daten wird ein Digitaler Zwilling des realen Gebäudes ­modelliert, an dem man simuliert, wie sich unterschiedliche Witterungs- und Umgebungsbedingungen mittel- und langfristig auf die Bauwerksstruktur auswirken. Gebäude können durch dieses Building Information Modeling (BIM) deutlich besser als bisher an ihren künftigen Standort angepasst werden.
Smarte Sensorsysteme ermöglichen der Bauwirtschaft also deutliche Effizienzsteigerungen und eröffnen Baugesellschaften neue Geschäftsfelder wie das Infrastruktur-Monitoring. Durch den Einsatz der intelligenten Sensorsysteme könnte Bauen zudem langfristig günstiger werden, da sich die Planungszeiten verkürzen, keine oder kaum Nacharbeiten mehr nötig sind und Maschinen nicht mehr unerwartet stillstehen. Die smarten Sensorsysteme von ASC haben also das Potential, das Bauen nachhaltig zu verändern.

Autor
Renate Bay, Geschäftsführerin