Fail-Safe-Prinzipien für ausgewählte Komponenten adaptiver Tragwerke

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

1.1 Abstract

2 Technischer Stand

2.1 Sicherheitstechnik im Gebäudebau

2.2 Technische Definitionen

2.2.1 Fail-Safe Prinzipien

2.3 Adaptives System

2.3.1 Aufbau des Systems

2.3.2 Beispielsystem: Stuttgart Smart Shell

2.4 Fehlermöglichkeits- und einflussanalyse

2.5 Morphologischer Kasten

3 Systemanalyse

3.1 Ergebnisse der FMEA

3.1.1 Ergebnisse der FMEA

3.2 Ergebnisse des Morphologischen Kastens

4 Fail-Safe Ansätze und Lösungen

4.1 Hydraulikzylinder mit Stutzen

4.2 Selbsthemmung - Kolbengewinde

4.3 Das Sensor Daten-Diskrepanz Problem

4.4 Druckverlust durch Leitungsbruch

4.5 Mechanische Zwangsführung

4.6 Redundanz-Prinzip in Verbindung mit dem Fail-Safe Prinzip

4.7 Selbsthilfe-Effekt

4.8 Notlaufeigenschaften

4.9 Stabile Endlagen

4.10 Ruhestromprinzip

4.11 Personenüberwachung

4.12 Prozessüberwachung

5 Zusammenfassung

Zielsetzung & Themen

Das primäre Ziel dieser Arbeit ist die Erhöhung der Standsicherheit adaptiver Tragwerke durch die Integration von Fail-Safe-Elementen, um bei Ausfällen von Aktoren das Versagen der Gesamtstruktur zu verhindern und so die Sicherheit von Mensch und Umwelt zu gewährleisten.

• Grundlagen der Fail-Safe-Methodik und Sicherheitstechnik im Gebäudebau
• Aufbau und Funktionsweise adaptiver Tragwerke (Sensorik, Regelung, Aktorik)
• Analyse kritischer Fehlerquellen mittels Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse (FMEA)
• Systemkonkretisierung durch morphologische Kästen
• Entwicklung und Bewertung spezifischer Fail-Safe-Konzepte und Konstruktionslösungen

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 Einleitung: Diese Einleitung beleuchtet den Ressourcenkonflikt im modernen Bauwesen und definiert die Notwendigkeit adaptiver Tragwerke, deren Sicherheit durch Fail-Safe-Methoden gewährleistet werden soll.

2 Technischer Stand: Dieses Kapitel führt in die Grundlagen der Sicherheitstechnik ein, unterscheidet zwischen Safe-Life- und Fail-Safe-Prinzipien und beschreibt den Aufbau adaptiver Systeme sowie Methoden zur Systemanalyse.

3 Systemanalyse: Hier erfolgt eine detaillierte Untersuchung potenzieller Fehlerquellen im adaptiven System mittels FMEA sowie eine Systemkonkretisierung durch morphologische Kästen, um die Basis für Fail-Safe-Entwürfe zu legen.

4 Fail-Safe Ansätze und Lösungen: In diesem Hauptteil werden verschiedene konstruktive Lösungsansätze für adaptive Tragwerke vorgestellt, bewertet und kritisch hinsichtlich ihrer Eignung und Anwendungsmöglichkeiten diskutiert.

5 Zusammenfassung: Dieses Kapitel rekapituliert die Vorgehensweise und die zentralen Erkenntnisse der Arbeit hinsichtlich der Implementierung von Fail-Safe-Prinzipien zur Sicherung adaptiver Tragwerke.

Schlüsselwörter

Fail-Safe-Prinzipien, Adaptive Tragwerke, Sicherheitstechnik, FMEA, Systemanalyse, Aktorik, Sensorik, Regelungstechnik, Notlaufeigenschaften, Redundanz, Standsicherheit, Morphologischer Kasten, Ressourcenoptimierung, Lastverteilung, Fehleranalyse

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?

Die Arbeit beschäftigt sich mit der Sicherheit adaptiver Tragwerke. Es wird erforscht, wie durch Fail-Safe-Prinzipien verhindert werden kann, dass ein Defekt an einzelnen Komponenten zu einem Totalversagen der Gebäudestruktur führt.

Was sind die zentralen Themenfelder?

Zentrale Themen sind die Sicherheitstechnik im Bauwesen, die Funktionsweise adaptiver Systeme, die Analyse von Versagensarten durch FMEA und die Entwicklung konkreter konstruktiver Fail-Safe-Lösungen.

Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?

Das Ziel ist die Erhöhung der Standsicherheit von Gebäuden mit adaptiven Strukturen. Durch den Einsatz von Fail-Safe-Methoden soll sichergestellt werden, dass auch bei einem Ausfall von Aktoren ein definiertes Sicherheitsniveau nicht unterschritten wird.

Welche wissenschaftlichen Methoden werden verwendet?

Zur methodischen Untersuchung werden die Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse (FMEA) zur Identifikation von Schwachstellen sowie der Morphologische Kasten zur kreativen Systemkonkretisierung und Lösungsfindung eingesetzt.

Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?

Der Hauptteil befasst sich mit der detaillierten Ausarbeitung konkreter technischer Lösungsansätze, wie beispielsweise Stützstangen bei Hydraulikzylindern, das Ruhestromprinzip, Redundanzkonzepte und verschiedene Überwachungsmethoden für Sensorik und Aktorik.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Wichtige Begriffe sind Fail-Safe, adaptive Tragwerke, FMEA, Redundanz, Notlaufeigenschaften, Standsicherheit und Prozessüberwachung.

Warum ist die Unterscheidung zwischen Sicherheit und Zuverlässigkeit so wichtig?

Ein Bauteil kann zwar zuverlässig seine Funktion erfüllen, aber dennoch unsicher sein. Fail-Safe-Prinzipien stellen in erster Linie die Sicherheit des Gesamtsystems in den Vordergrund, auch wenn dies unter Umständen Einbußen bei der direkten Funktionstüchtigkeit eines einzelnen Bauteils in Kauf nimmt.

Welche Rolle spielt die FMEA für die Fail-Safe-Entwicklung?

Die FMEA dient dazu, kritische Stellen im adaptiven System systematisch aufzudecken, die Wahrscheinlichkeit von Fehlern zu bewerten und somit gezielt diejenigen Bereiche zu identifizieren, in denen Fail-Safe-Maßnahmen den größten Sicherheitsgewinn bringen.