Wir haben es schon wieder getan... Das denkbar unmöglich möglich gemacht und die Inklinometermessung auf ein neues Niveau gebracht.

"Ein richtiger Messwert ist nichts. Viele falsche Messwerte sind alles - Im Mittel die Wahrheit."

Zitat: Jürgen Glötzl 2014

Von der Idee über eine Philosophie zur Lösung ...

Die GGB mbH, Gesellschaft für Geomechanik und Baumesstechnik mbH ist ein Dienstleistungsunternehmen der Baubranche und realisiert geo- und baumesstechnische Komplettleistungen. Als marktunabhängige Unternehmung pflegen wir mit zahlreichen Kompetenzpartnern und Lieferanten weltweit vorbehaltslos ungebundene Beziehungen, die uns ein umfassendes Leistungsspektrum ermöglichen, dieses Leitkonzept nennen wir „complete independent solution“.

Seit 1992 als Mitglied einer Familienunternehmung gegründet, pflegen wir heute unter der traditionellen Führung von Jürgen Glötzl mit Maria-Barbara Schaller unsere Unabhängigkeit und vermeiden so eine Angebotsbeschränkung, die bei unserer früheren Schwester vorlag. Wir erarbeiten zielgenaue, kostenoptimierte und durchdachte Angebote, die Ihnen eine herstellerunabhängige Fachkompetenz und einen optimalen Kosten-Nutzen bei maximaler Qualität garantieren. Wir bieten die Zusammenarbeit engagierter, erfahrener und speziell ausgebildeter Fachingenieure in der Geo- und Baumesstechnik an und stehen Ihnen bei allen Fragen zur Baumesstechnik beratend zur Seite.

Ebenso garantiert ein hervorragend geschultes Montageteam einen reibungslosen Ablauf der Instrumentierung innerhalb des Baubetriebs, mit allen notwendigen organisatorischen Absprachen und dokumentarischen Pflichten in eigenständiger Verantwortung. Unsere Niederlassung in Dresden realisiert die digitale Infrastruktur, von der beständigen analogen Messwerterfassung bis zu hochmodernen, digitalen und individuell zugeschnittenen Logger-Systemen aus modular konfektionierten Einheiten für die unabhängige Datenaufzeichnung aller Messsysteme. Alles basiert auf höchster technischer Fachkompetenz, begründet aus jahrzehntelanger Arbeit, eigener Entwicklungen und wertvoller Erfahrungen.

NIHIL IN TERRA SINE CAUSA FIT, „Nichts auf dieser Welt geschieht ohne Grund…“
(Leitspruch des großen Qualitätssiegels der GGB mbH)

…ist eine Erkenntnis, die uns veranlasst, Unregelmäßigkeiten gründlich zu analysieren und die Abwendbarkeit von Bauwerksschäden in der Zukunft sicher zu stellen.

Unser Engagement umfasst neben der eigenen Entwicklung auch anwendungsspezifische Grundlagenforschung mit Hochschulen und Behörden, die uns die Teilnahme am Fortschritt sichern. Dies zeigt sich unter anderem auch in unserer stetigen Entwicklung eines einzigartigen Datenmanagementsystems mit analytischer Auswertung und integriertem Dokumentenmanagement, die alle in unserer weit verbreiteten und wertstellenden GKSPro® Software für Server und Workstations vereint wurden.

Analytiker freuen sich im besonderen Maße auf schnellen Datenzugriff auch auf umfassende dynamische Datenmengen und leichte Bedingung zur schnellen Analyse von Bauzuständen. Pragmatiker dürfen sich am Minimum an Aufwendung begeistern, um selbst zu einem schnellen Ergebnis und repräsentativen Auswertung auch in Form eines umfassenden automatisierten Berichtswesens zu gelangen. Wir vergleichen und verrechnen Informationen aus Geotechnik, Baumesstechnik und Geodäsie gleichermaßen in allen 3D Koordinatensystemen, dokumentieren und analysieren Zusammenhänge und Ursachen. GKSPro® Software ist eine gewachsene Profianwendung mit umfassenden Funktionalitäten.

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Bei weiterführenden Interesse oder eine kostenfreie Fachberatung schreiben Sie uns, oder rufen Sie einfach an: +49 (0) 34206 646 0

Gegebenheiten

Im Jahr 1985 führte die damalige Rheinbraun AG das Neigungsmessverfahren in Ihren Tagebauen zur Feststellung des Verformungsverhaltens im Gebirge ein. Damals wie heute, wurden die Messungen weitestgehend manuell durchgeführt. Mit zunehmenden Tagebauteufen wurde zu Beginn der 2000er Jahre ein neues vollautomatisches Inklinometermesssystem (automatische Positionierung und Messwertübernahme) eingeführt. Die Tiefenlage des Inklinometers wird über ein Messkabel mit Induktionsmarkierungen angefahren und bei Erreichen einer Tiefenmarke ein Neigungswinkel mittels Beschleunigungssensor festgestellt und in der Auswertung als Polygonzug aufgetragen.

Im Vergleich zur vorhergehenden manuellen Verfahrensweise stellte dies eine erhebliche Verbesserung der Handhabbarkeit, Geschwindigkeit, Sicherheit und Genauigkeit dar. Die schwere und große Messausrüstung ist in einem Anhänger montiert und wird zur jeweiligen Messstelle transportiert.

Diese Messwerte und deren ausgewertetes und berechnetes Ergebnis können zur Darstellung eines Bohrlochverlaufs und in Folge mehrerer Messungen auf der Zeitachse als Bohrlochdeformation aufgetragen und visualisiert werden.

Die derzeit vorhandene Messeinrichtung der Firma GLÖTZL ist eine einzigartige für die großen Teufen angepasste automatisierte Version einer sonst händisch verwendeten mobilen Neigungsmesseinrichtung, die seit dreißig Jahren eine marktübliche Messeinrichtung nach Stand der Technik als Referenzeinrichtung darstellt. Dieses Verfahren wurde seitdem nicht wesentlich weiterentwickelt und selbst der Weltmarkt stellt keine anwendbaren Alternativen zu dieser Technologie bereit, Varianten werden lediglich in verschiedenen Ausführungen und Qualitäten zum Kauf angeboten.

Die GLÖTZL-Sonde stellt dabei das Maß aller Dinge dar; Sie ist in ihrer mechanischen Qualität unübertroffen. Gerade für die händische Messung ist ein maximum der mechanischen Präzision von Sondenkörper und Rollenführung erforderlich, um die Chance zu erhalten, reproduzierbare Folgemessungen zu erzeugen deren Fehler nicht auf die Sonde selbst und deren Lagerung zurückzuführen sind.

Alternativ dazu bietet der Markt kostengünstige Inklinometersonden mit MEMS-Sensoren an, die als mikromechanische Sensorelemente laut Datenblätter der Qualität einer Beschleunigungsmessung entsprechen sollen. Die Sondenkörper selbst und die entsprechenden mechanischen Bauteile sind in der Regel zur Kostenoptimierung deutlich weniger aufwendig und weniger präzise ausgeführt.

Das automatisch messende GLÖTZL System ist allerdings in Wartung und Bewertung sehr kostspielig und mit zunehmendem Alter nimmt außerdem die Ausfallwahrscheinlichkeit auf Grund mehrerer Verschleißelement an der Sonde, der Kabel und der motorbetriebene Kabelwicklung zu. RWE hat sich daher in den 2007 entschieden, eine Ersatzmesseinrichtung in einem transportablem Kleincontainer anzuschaffen und durch Jürgen Glötzl in der Firma GLÖTZL in Folge herstellen zu lassen, um der Gefahr eines Ausfalls zu begegnen, da die Durchführung kontinuierliche Messungen als standortsichernde Maßnahme gefordert ist.

Aufgabenstellung

Wegen des nun zunehmenden Alters und der gestiegenen Reparaturanfälligkeit der Messeinrichtung ist die RWE an GLÖTZL herangetreten, um einen Weg zu finden die Anfälligkeit und die Reparaturkosten zu minimieren und günstigenfalls die Messqualität und Messgeschwindigkeit zu erhöhen. Die Entwicklung einer Lösung wurde im Anfang 2014 von Jürgen Glötzl als damaligen Geschäftsführer der Firma GLÖTZL zugesagt und ist als zukunftsweisende Entwicklung, im beiderseitigem Interesse, angenommen worden.

Durch einen Wechsel in der Geschäftsleitung der Firma GLÖTZL Anfang 2015 wurde diese Zusage durch die Nachfolge der Firma GLÖTZL aber nicht weiter verfolgt, so dass sich die GGB mbH im Bewusstsein der Fortführung alter Traditionen und Zusagen verpflichtet hat, das Projekt bis zum geplanten Erfolg weiterzuführen und die Entwicklung eines neuen Konzeptes der Inklinometermessung als Aufgabe anzuzunehmen und wurde entsprechend beauftragt.

Dies geschah in enger und vertrauensvoller Zusammenarbeit mit der RWE; für dieses nachvollziehbare, aber nicht selbstverständliche Engagement sind wir als GGB sehr dankbar. Zumal diese Zusammenarbeit mit hoher Wahrscheinlichkeit eine komplette aber längst überfällige Neuentwicklung der Neigungsmessmethode und deren Bewertung möglich macht.

Die Verbesserung der Systematik an sich, war versprochene Sache, in welchem Umfang sich dieses Engagement allerdings bewerten lässt war zum Zeitpunkt der Beauftragung noch unklar und auf Grund vorliegender Erfahrungen positiv prognostiziert. Bis dahin war geplant weiterhin eine GLÖTZL Sonde als Basis der neuen Technologie einzusetzen. Allerdings wurde unser Engagement seitens des ehemaligen Partners ausgebremst und unnötiger Weise verzögert so dass das Projekt Gefahr lieb zu scheitern. Somit waren wir angehalten zur Erfüllung unserer Ziele Alternativen in Betracht zu ziehen und mussten koordiniert Partnerunternehmen der deutschen Wirtschaft suchen, um der Aufgabenstellung gerecht zu werden. Die GGB besitzt bekannter Weise keine eigene mechanische Fertigung. Dies hat sich in allen Belangen aber als vorteilhaft erwiesen und ermöglichte ganz neue Aspekte und die Schaffung neuer technische Voraussetzungen und Nutzung technischer Errungenschaften.

Aufgrund unserer umfassenden Kenntnisse im Bereich moderner Messmethoden schien es uns praktikabel - losgelöst von bestehenden Restriktionen - das Thema neu zu durchdenken. Wir kamen zum Schluss, dass es theoretisch und praktisch zu einer deutlichen Verbesserung führen muss, wenn die punktuelle statische Messung gegen eine dynamische Erfassung ersetzt und der Mehrwert an Informationen entsprechend praktikabel verarbeitet und auswertet wird.

Durch den Einsatz eines autonomen Loggers mit Versorgung an der Sonde, in Verbindung mit einer elektronisch gesteuerten und mit Sensoren überwachten Stahldrahtführung, mittels automatisierten Seilwinde und Trommel, können alle ermittelten Daten nach erfolgter Messung synchronisiert und miteinander vergleichend und kompensierend ausgewertet werden.

So wird ein bekannter kostenintensiver und zeitraubender Fehler vermieden, der aus der Längenausdehnung und bleibenden Deformation des Messkabels herrührt, dass durch das Eigengewicht und Widerstände im Bohrloch bei der Befahrung zu einer abweichenden Tiefenortung führen kann.

Außerdem ist die Systematik des vorgetragenen und aufsummierten Fehlers über eine Bohrlochmessung bekannt, die aus unterschiedlichen Bauwerksbedingten Gründen und in der Handhabung resultierend auftreten kann und faktisch mit Ingenieursverstand händisch korrigiert werden muss. Die neue Messeinrichtung soll diese Gegebenheiten mittels Algorithmen erkennen und selbständig kompensieren.

Mit dem neuen Konzept konnte außerdem die besonders wichtige Anforderung der RWE realisiert werden, die Inklinometermessungen zukünftig - unter den teilweise sehr harten Bergbaubedingungen - ohne schweren Messanhänger – Direkt von der Laderampe eines Geländewagens durchführen zu können. Die Messeinrichtung soll auf die Größe einer Ladefläche, eines geländefähigen Pickups transportiert und direkt an den Messort gefahren werden, was die Rüstzeiten eines Messeinsatzes deutlich verringert und bei jedem Einsatz eine positiv kostenreduzierende Auswirkung hat, die nicht unterschätzt werden darf.

Die Lösung

Die RWE federführend und die GGB unter der Leitung von Jürgen Glötzl haben es schon wieder getan…

Wir haben die konventionelle Neigungmessmethode neu definiert und damit der Fachwelt und bestehenden Normenausschüsse zukünftig Grundlagen geschaffen die Systematik neu zu überdenken, den Fortschritt in die Industrie 4.0 in aller Konsequenz vollzogen und in das Fachgebiet der geotechnischen Messverfahren transformiert:

Mit einer standardisierten MEMS-Sonde der Firma SISGEO und eigenem autonomen Logger der Firma GGB im Verbund, mit ca. 400 Hz (Aufzeichnungsgeschwindigkeit: 400 Messwerte pro Sekunde) wird der Messquerschnitt kontinuierlich befahren; Eine elektronisch gesteuerte Kabeltrommel der Firma Login GmbH bietet in einer modifizierten Version eine geregelte hohe Gleichmäßigkeit der Befahrung und maximale Geschwindigkeiten von 40 m pro Minute. Bei den derzeit realisierten Messungen werden Geschwindigkeiten von 20 m pro Minute vorgegeben. Für eine Messstreckenlänge von 1 m stehen damit ca. 1200 Einzelmesswerte in kontinuierlicher doppelter Befahrung zur Berechnung des Neigungswinkels zur Verfügung.

Im Vergleich dazu wird im statischen Polygonverfahren alle 30 Sekunden ein Messwert alle zwei Meter erfasst. Im Idealfall immer an derselben Stelle, was aufgrund der Veränderungen und Längenausdehnung des Kabels natürlich nicht absolut realisiert werden kann. Die zu erwartende Genauigkeit liegt bei +/- 0,2 mm/m unter optimalen Bedingungen.

Aufgrund der jahrzehntelangen Erfahrung im Umgang mit den Messungen und wegen des hohen Aufwands in Ausrüstung und Wartung, erreicht die RWE diesen Bestwert.

Die Befahrung einer 500 m langen Bohrung dauert demnach ohne Umschlagverfahren im automatisierten GLÖTZL System ca. 250 Minuten (4,5 Stunden) und erzeugt 250 Messwerte.

Beim dem nun vorliegenden dynamischen Messverfahren stehen repräsentativ im Mittel 1.200 Messungen/m (bei 500m is das 1.2 Millionen Werte)   in einer überschaubaren Fehlerstreuung in Form einer Vibrationsbandbreite zur Verfügung, deren Mittel einen gesicherten und reproduzierbaren Neigungswinkel mit einer maximalen Abweichung von +/- 0,02 mm/m als Sinuswinkel aufgetragen wird und für jede beliebige Teufenlage herleiten lässt.

Das Ergebnis ist eine mindestens 10-fach genauere Messung bei 10-facher Geschwindigkeit die sich jederzeit vergleichend wiederholen lässt. Des Weiteren lässt sich die Befahrung einer Tiefenbohrung bis auf die Länge Sonde (0,5m) neu auflösen so dass der Bohrlochverlauf mit vier-fach höherer Auflösung dargestellt werden kann.

Um die Vergleichbarkeit beider Systeme zu gewährleisten und die Messungen auch fortführen zu können, haben wir derzeit die Auswertung mit den gemittelten Werten einer Dynamikmessung über einen Meter einer einzelnen Polygonzugmessung pro Meter gleichgesetzt. Auch hier steckt noch Optimierungspotential einer weniger aufwendigen Weiterentwicklung der Auswertesoftware GKSPro Line, die mit dem System ausgeliefert wurde und mit dem bisherigen Messprogramm GLNP der Firma GLÖTZL kompatibel ist und diese zukünftig ersetzen kann

Verschiedene Möglichkeiten zur weiteren Optimierung des neuen Messverfahrens sind realisierbar. Insbesondere bezüglich Geschwindigkeit, Speicherkapazität und der Berücksichtigung unveränderlicher Positionsdaten (Muffen in den Messquerschnitten). Auch die Sondenlänge ist zukünftig ggf. weiter reduzierbar, um die Befahrbarkeit einer über die Jahre stark deformierten Messbohrung noch gewährleisten zu können, was die Standzeit eines bestehenden Inklinometermessstelle deutlich verlängert oder dessen Nutzung sogar erst ermöglicht.

Die Kompatibilität mit einer handelsüblichen Verdrehungssonde sollte mit demselben dynamischen Mess- und Auswerteverfahren der Bohrlochverlaufsmessung den letzten Schliff hinsichtlich Lagegenauigkeit im dreidimensionalen Raum geben.

Auf dieses Ergebnis sind wir, die RWE und die GGB jetzt schon höchst gespannt auf das uns erwartende Ergebnis im Zuge eines weiterführenden Engagements im gegenseitigen Interesse in Bezug auf die Wirtschaftlichkeit und Informationsgehalt einer weltweit bekannten und anerkannten geotechnischen Messmethode in nun vorliegender neuen und modernen Version die nach 30 Jahren alt hergebrachtes einen neuen Sinn und Mehrwert gibt.

Fazit

Abschließender Kommentar der RWE:

Das neue dynamische Messverfahren ist ein System, das größte Anerkennung verdient; es zeigt, dass nichts, was schon immer so war, auch in Zukunft so sein muss.

Nachwort von Jürgen Glötzl GGB mbH:

Es war nicht unser primär verfolgtes Ziel - aber unser gemeinsames Sicherheitsbedürfnis, sowie Anforderungen der RWE, für den Werterhalt der Sonden-Einrichtung einen Sicherheitsmechanismus mittels Kraftmessung am Zugseil einzubauen, der nebenbei zu zusätzlichen Mehrwerten geführt hat. Dieser Datenbestand ist zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Berichtes noch nicht umfassend untersucht worden, wartet aber in Form von sehr großen Datenmengen auf unsere Analyse zur weiteren Verarbeitung und Messwertkompensation.

Die Analyse zukünftiger Messungen im Tagebau der RWE wird auf Grund vorliegender Daten und deren weiterführenden Analyse mit Sicherheit noch weitere Aspekte der Borlochverlaufsmessung herleiten können. Eine davon ist die Tiefenlage der Muffen einzelner Rohrverbindungen, die jetzt schon in den vorliegenden Daten deutlich als verwertbarer „Messausbruch“ erkennbar sind.

Es ist möglich und jetzt schon nachvollziehbar, dass diese auch zukünftig als zusätzliche Setzungsmessmethode herangezogen werden können, wenn uns die Erkennung reproduzierbaren Erfolg bringt und in Algorithmen der Auswertesoftware eingebunden werden kann.

Auf jeden Fall geben sie uns einen Eindruck der Deformationen auf die totale Verformung über die gesamte Rohrlänge, was wiederum zu einem zusätzlichen Genauigkeitsaspekt herangezogen werden kann.

Informationen, die man theoretisch erahnen und aber nun auch messen und herleiten kann.

Auch Qualitätsnachweise der Befahrung in Bezug auf die Durchgängigkeit und Befahrbarkeit sind nun gegeben. Dazu hat die Windeneinrichtung von Anfang an konzeptionell ein präzises Kraftmessgerät mit Notausschaltung und exakten Teufenzähler implementieret bekommen, um bei der schnellen Befahrung rechtzeitig automatisch abschalten zu können, falls das Bohrloch in der Befahrung Wiederstände aufzeigt, die eine kontinuierliche Fahrt beeinflussen oder sogar zum Verlust der Sonde durch Steckenbleiben führen kann.

Wie immer haben wir an alles gedacht und dennoch gibt uns dieser Entwicklungserfolg die Möglichkeit, noch an vieles zu denken, zu forschen und entsprechend zu bewerten. - Ein Schelm, der anderes denkt.

Technische Daten

 Atribut  Data
 Auflösung  0,001 mm/m
 Messbereich  +- 30° auf 500 m
 Genauigkeit Drucksensor  0,1 mm/m
 Arbeitsbereich  -20 bis +75 °C
 Messgeschwindigkeit  von 10 bis 40 m/min
 Datenrate  400 Hz

... nicht billig aber angemessen !

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