Ob beim Bau von Tunneln für den Verkehr unter der Erde oder bei der Errichtung von Gebäuden oder Brücken – ohne das Ausheben von Bau- oder Fundamentgruben geht es nicht. Während der oftmals langen Bauzeiten unterliegen die Grubenwände zahlreichen Einflüssen, die ihre Stabilität gefährden können. Hydraulische Stützbalken – ausgerüstet mit Ultraschallsensoren und Druckmessumformern von SICK – gewährleisten dauerhafte Standsicherheit.
Dauerregen, Bodenfrost, langanhaltende Sonneneinstrahlung und Trockenheit, Störungen im Bodengefüge und Vibrationen durch Verkehr und Rammarbeiten sind Einflussgrößen, die die Standsicherheit der Grubenwände beeinträchtigen können. Um die Gefahr von nachrutschendem Erdreich oder gar den Einsturz von Grubenwänden zu vermeiden, sind Stützbalken ein grundsätzlich probates Mittel. Doch einmal in die Grube eingebracht, führen stark schwankende Saisontemperaturen und andere äußere Einflüsse dazu, dass sich die Streben zusammenziehen oder ausdehnen und dadurch die gewünschte Stützleistung beeinträchtigen. Die Toehold Civil Engineering Technology Co., Ltd. in Shanghai hat diese Herausforderung aufgegriffen und Stützbalken mit hydraulischer Längenanpassung entwickelt.
Die Idee: die intelligente Stützstrebe
Toehold wurde im Jahr 2010 gegründet und zählt seit dem in Shanghai zu den Innovatoren im Hoch- und Tiefbauwesen. So hat das Unternehmen bereits mehr als 20 Lösungen erfunden, mit denen Bauarbeiten automatisiert, Schadstellen detektiert und bautechnische Infrastrukturen sicher überwacht werden können. Auch die jetzt entwickelte, intelligente Stützstrebe sucht Ihresgleichen. Ihre Aufgabe ist es, unter allen Bedingungen immer die optimale Stützkraft aufzubringen und in die Grubenwände einzuleiten. Ein regelbarer Hydraulikzylinder an einem Ende der Stützstrebe ermöglicht es, deren Länge kontinuierlich und ohne Funktionsverlust anzupassen. Die Länge des erforderlichen Verfahrweges wird von einem Ultraschallsensor UM18-2 Pro von SICK gemessen. Einzelne Stützen können sich so nicht mehr lösen – der Aufwand der erneuten Anbringung entfällt ebenso wie die Kosten beispielsweise für die Bergung und Instandsetzung von Maschinen und Geräten nach dem Abrutschen einer Grubenwand.
Wirkprinzip Ultraschall prädestiniert für das raue Baugrubenumfeld
Toehold hat sich zur Wegmessung für den Hydraulikzylinder für das Wirkprinzip Ultraschall entschieden. Im rauen Umfeld des Bauwesens kommt zunächst die zuverlässige Funktion bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen sowie bei Feuchte und Staub zum Tragen. Hilfreich gegen Ablagerungen sind dabei die hochfrequenten Schwingungen der Wandlermembran, die für einen gewissen Selbstreinigungseffekt sorgen. Die integrierte Temperaturkompensation der Ultraschallsensoren von SICK sorgt – bei Wind und Wetter, im Sommer wie im Winter – für eine konstant hohe Messgenauigkeit.
UM18-2 Pro gewährleistet Erreichen der optimalen Stützlast
Die Ultraschallsensoren der Produktfamilie UM18-2 überzeugten die Ingenieure von Toehold durch ihre kurze Bauform im einteiligen M18-Metallgehäuse sowie die hohe mechanische und messtechnische Robustheit. In der Variante UM18-2 Pro bietet der Sensor umfangreiche Eigenschaften – unter anderem einen einlernbaren Analogausgang sowie eine Störgeräuschunterdrückung, die unerwünschten Fremdschall ausblendet und somit stabile Messergebnisse liefert. Toehold parametriert die Sensoren per Teach-in über Leitung und sichert sie dabei gegen unbeabsichtigtes Verstellen auf der Baustelle. Ein weiterer großer Vorteil der UM18-2 Pro ist, dass die optionale Visualisierungs- und Parametriersoftware „Connect+“ es unter anderem ermöglicht, Parameter auf einfachste Art von Sensor zu Sensor zu kopieren und so die steuerungstechnische Integration zu unterstützen.
Der gerade einmal 41 Millimeter lange Sensor ist bündig in die Frontplatte der Hydraulikeinheit integriert und misst auf eine Metallplatte, die als Reflektor dient und an der verfahrbaren Stützplatte zur Grubenwand montiert ist. Beim Einbringen der intelligenten Stützstrebe wird diese bis zum Kontakt mit der Grubenwand ausgefahren und dann mit konstantem Druck gegen diese gepresst. Verändert sich die Länge der Stützstrebe, ändert sich der Abstand zwischen Sensor und Metallplatte, woraufhin die Hydraulikeinheit entsprechend ein- oder ausgefahren wird. Zur Regelung des Systemdrucks setzt Toehold einen Druckmessumformer PBT von SICK ein. Auch dieser Sensor ist auf höchste Robustheit ausgelegt: die Edelstahlmembran ist hermetisch dicht verschweißt; der Sensor selbst enthält keine mechanisch bewegten Teile und ist dadurch verschleiß-, ermüdungs- und wartungsfrei.
Die Sensorikkombination aus UM18-2 Pro und PBT ermöglicht so die automatische Regelung der hydraulischen Aktuatorik. Die intelligente Stützstrebe von Toehold gewährleistet auf diese Weise auch über lange Bauphasen hinweg eine dauerhafte Standsicherheit der Wände von Bau- und Fundamentgruben.
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