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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Bestimmen des Elastizitätsmoduls von Beton, Gestein oder dergleichen Material, mit einer Druckmesseinrichtung, die aus einem im Material einzubettenden hydraulischen Druckkissen und einem durch eine Hydraulikleitung an das Druckkissen angeschlossenen Messwertgeber besteht.
Für die Berechnung von Bauwerken ist es erforderlich, die Elastizitätseigenschaften der verwendeten Materialien möglichst genau zu kennen, so dass der Bestimmung des Elastizitätsmoduls dieser Materialien, also vor allem Beton und Gestein, grosse Bedeutung zukommt. Bisher ist es allerdings notwendig, eine meist würfelige Materialprobe vorzubereiten, an der dann in einer entsprechenden Prüfanstalt durch Prüfpressen der Elastizitätsmodul bestimmt wird.
Abgesehen von dem durch die Herstellung der Materialprobe und die Entfernung zwischen Baustelle und Prüfort bedingten Aufwand und Zeitverlust kann durch solche Materialprüfungen nicht das tatsächlich beim Bauwerk vorhandene Material, beispielsweise der auf der Baustelle vergossene Beton mit seinen auf Grund der jeweiligen Zusammensetzung, der Schüttbedingungen u. dgl. schwankenden Eigenschaften, erfasst werden, sondern eben nur das Vergleichsmaterial der Probe, und ausserdem ist eine Nachprüfung des Materials am fertigen Bauwerk oder eine fortlaufende Überwachung des Elastizitätsmoduls nicht möglich.
Es sind zwar auch schon verschiedene Druckmesseinrichtungen mit im jeweiligen Material einzubettenden hydraulischen Druckkissen und über Hydraulikleitungen daran angeschlossenen Messwertgebern bekannt, doch dienen diese Einrichtungen eben ausschliesslich der Druckmessung und sind bisher zur Bestimmung des Elastizitätsmoduls ungeeignet.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu beseitigen und eine Vorrichtung zu schaffen, die es erlaubt, die Elastizitätsmodulbestimmung auf einfache und rationelle Weise unmittelbar auf der Baustelle vorzunehmen, und die Möglichkeit bietet, diesen Elastizitätsmodul auch jederzeit wieder überprüfen zu können.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass bei einer Vorrichtung der eingangs geschilderten Art eine in den Messwertgeber oder in die Hydraulikleitung mündende Zusatzleitung vorgesehen ist, die ein Anschlussende für den dichten Ansatz eines Dosiergerätes für eine Hydraulikmittelfüllung bildet, wobei die Hydraulikmittelfüllung der Druckmesseinrichtung mittels des Dosiergerätes um eine bestimmte Zusatzmenge vergrösserbar und die durch diese Zusatzmenge hervorgerufene, mit den bekannten Werten der Druckkissengeometrie, der der Zusatzmenge entsprechenden Volumsvergrösserung der Druckmesseinrichtung und deren Elastizitätsmoduls gemäss dem Hook'sehen Gesetz verknüpfbare Druckerhöhung am Messwertgeber über eine Messuhr od. dgl. ablesbar ist.
Beim Bestimmen des Elastizitätsmoduls von Beton mittels dieser Druckmesseinrichtung entsteht ein Gesamtsystem aus Beton einerseits und Druckmesseinrichtung anderseits, welchem Gesamtsystem auch ein sich aus dem Elastizitätsmodul von Beton und von der Druckmesseinrichtung zusammengesetzter Gesamtelastizitätsmodul zuzuordnen ist.
Dieser Gesamtelastizitätsmodul ergibt sich gemäss dem Hook'sehen Gesetz aus der Gesamtspannung, die nach Eindrücken der Zusatzmenge an der Messuhr ablesbar ist, und der Gesamtdehnung, die aus dem Verhältnis von Zusatzmenge und Hydraulikmittelfüllung ableitbar ist, so dass sich wegen der Bekanntheit des Elastizitätsmoduls der Druckmesseinrichtung, der auf einer Versuchsstation bestimmt werden kann, aus der Verknüpfung des Elastizitätsmoduls von Beton mit dem Gesamtelastizitätsmodul und dem Elastizitätsmodul der Druckmesseinrichtung auch der Elastizitätsmodul von Beton errechnen lässt.
Zur Elastizitätsmodulbestimmung genügt es somit, eine genau dosierte Zusatzmenge in das Hydrauliksystem der Druckmesseinrichtung einzudrücken, und aus der an der Messuhr der Druckmesseinrichtung ablesbaren Druckerhöhung ist bereits der Wert des Elastizitätsmoduls abzuleiten.
Vorteilhafterweise wird dabei die Hydraulikmittelfüllung der Druckmesseinrichtung zuerst vergrössert, bis der Messwertgeber reagiert, worauf dann die bestimmte Zusatzmenge an Hydraulikmittel eingebracht und die Druckerhöhung über die Messuhr abgelesen wird, da so Einbettungsfehler des Druckkissens, wie schwingungsbedingte Hohlräume zwischen Druckkissen und umgebendem Material, überbrückt und exakte Messergebnisse erzielt werden können. Durch die Füllungsvergrösserung wird das Druckkissen bis zur satten Anlage am Material praktisch ohne wesentliche Druckerhöhung aufgeweitet, und erst nach einer satten Anlage reagiert die Messuhr auf eine weitere Füllungsvergrösserung. Nun kann nach einer entsprechenden Justierung der Messuhr die
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bestimmte Zusatzmenge eingedrückt und die richtige Druckerhöhung an der Messuhr abgelesen werden.
Die bei grösseren Bauwerken ohnehin vorhandenen Druckmesseinrichtungen können daher nicht nur zur Druckmessung selbst, sondern auch zur Elastizitätsmodulbestimmung des Baumaterials herangezogen werden, und die bleibend im Material eingebetteten Druckkissen gewährleisten eine beliebige und ständige Kontrolle sowohl des Materialdruckes als auch der Materialgüte.
Ist erfindungsgemäss das Dosiergerät abnehmbar an dem mit einem Abschlussventil bestückten Anschlussende angesetzt, kann es bedarfsweise eingesetzt und auch bei mehreren Druckmesseinrichtungen verwendet werden. Ausserdem gibt es dann keine störenden und gefährdeten Teile an der Aussenseite des zu überprüfenden Materials.
In einer besonders günstigen Konstruktion weisen Messwertgeber und Dosiergerät in an sich bekannter Weise einen Zylinder mit einem axial geführten Stempel auf, und der Stempel ist von einem hydraulikmittelbeaufschlagten Zylinderraum durch einen am Stempel stirnseitig angreifenden, federbelasteten Balg oder eine Membran getrennt, wobei der Stempel im Messwertgeber mit einer Messuhr und im Dosiergerät in gleichfalls bekannter Weise mit einer Stelleinrichtung, beispielsweise einer Schraubspindel, zusammenwirkt. Messwertgeber und Dosiergerät sind also gleichartig aufgebaut, wobei der Balg bzw. die Membran im Zylinder eine eigene Abdichtung des Stempels gegenüber dem Zylinderraum unnötig macht, so dass es auf Grund der fehlenden dichtungsbedingten Reibung zu einer hysteresefreien Beziehung zwischen Stempelbewegung und Druckänderungen im Zylinderraum kommt.
Das gewährleistet wieder eine genaue Druckanzeige durch die Stempellage relativ zu einer zylinderfesten Eichfläche im Messwertgeber, und im Dosiergerät lässt sich wieder durch eine Stelleinrichtung der Stempel um ein exaktes Mass vordrücken und damit der Balg bzw. die Membran in den Zylinderraum ausbauchen, was zur Verdrängung einer exakten Hydraulikmittelmenge aus dem Zylinderraum in das Hydrauliksystem der Druckmesseinrichtung führt.
In den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt, u. zw. zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur E-Modul-Bestimmung im Schema und Fig. 2 ein Dosiergerät für eine solche Vorrichtung im Schnitt.
Um den Elastizitätsmodul des verarbeiteten Betons im Bauwerk --B-- selbst bestimmen zu können, wird eine Druckmesseinrichtung-l-verwendet, die ein an geeigneter Stelle in einer Wandung des Bauwerkes --B-- eingebettetes hydraulisches Druckkissen --2-- und einen über eine Hydraulikleitung --3-- an dieses Druckkissen --2-- angeschlossenen Messwertgeber --4-- mit einer Messuhr --5-- umfasst. In die Hydraulikleitung --3-- mündet eine Zusatzleitung --6--, die ein Anschlussende --7-- mit einem nur angedeuteten Abschlussventil --8-- auf- weist, an welchem Anschlussende --7-- ein Dosiergerät --9-- dichtend angesetzt werden kann.
Dieses Dosiergerät --9-- erlaubt das Einfüllen von Hydraulikmittel ganz bestimmter Menge in die vorhandene Hydraulikmittelfüllung der Druckmesseinrichtung --1-- und kann je nach Bedarf aufgesetzt und abgenommen werden, da das bei aufgesetztem Dosiergerät durch einen entsprechen-
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--10-- überbrückte Abschlussventil --8-- beidert.
Gemäss dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 dient als Dosiergerät --9-- ein Zylinder --11--, in dem ein an einem Balg --12-- angreifender Stempel --13-- axial geführt ist. Der Balg - trennt den Stempel --13-- vom Zylinderraum --14--, aus dem durch Ausdehnen des Balges --12-- Hydraulikmittel durch den Anschlussstutzen --10-- in die Zusatzleitung --6-eingedrückt werden kann. Dazu wirkt der Stempel --13-- mit einer Schraubenspindel --15-zusammen, die pro Umdrehung einen ganz bestimmten axialen Weg zurücklegt und dadurch über den Stempel --13-- und den ausbauchenden Balg --12-- die gewünschte, genau dosierte Hydraulikmittelverdrängung aus dem Zylinderraum --14-- verursacht.
Um eine spielfreie Bewegungskopplung zwischen Balg --12-- und Schraubspindel --15-- zu erreichen, ist der Balg --12-- und der Stempel --13-- über eine Rückholfeder --16-- in Richtung Schraubspindel --15-- belastet.
In gleicher Art wie das in Fig. 2 dargestellte Dosiergerät --9-- kann auch der Messwert- geber --4-- der Druckmesseinrichtung --1-- ausgebildet sein, wobei lediglich statt der Schraub-
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spindel --15-- eine die relative Lage des Stempels --13-- gegenüber einer zylinderfesten Eichfläche erfassende Messuhr am Zylinder --11-- befestigt werden muss und statt der Rückholfeder - eine gegensinnig zur Hydraulikmittelbeaufschlagung des Balges --12-- wirkende Vorspannfeder Platz findet. Auf Grund der Kombination aus Stempel --13-- und Balg --12-- braucht die Führung des Stempels --13-- nicht gegenüber dem Hydraulikmittel abgedichtet zu werden, so dass eine hysteresefreie Spannungsmessung mit grossem Auflösungsvermögen erreicht wird.
Soll mit Hilfe der Druckmesseinrichtung-l-nicht in üblicher Weise die Betonspannung im Bauwerk --B-- gemessen, sondern der Elastizitätsmodul des Betons bestimmt werden, ist über das angesetzte Dosiergerät --9-- eine ganz bestimmte Zusatzmenge A Q an Hydraulikmittel in die Zusatzleitung --6-- einzudrücken, so dass das Druckkissen --2-- von seiner ursprünglichen Höhe L eine Aufweitung um A L erfährt, welche Aufweitung sich durch die der Zusatzmenge A Q entsprechenden Volumsvergrösserung des Druckkissens --2-- ergibt und eine entsprechende Verformung des Betons mit sich bringt.
Die dabei auftretende Spannung a z ist an der Messuhr --5-- der Druckmesseinrichtung-l-abzulesen. Da die Abmessungen des Druckkissens --2--, wie die Druckfläche A oder die Höhe L, bekannt sind, genauso wie die Grösse der Zusatzmenge A Q oder des E-Moduls vom Druckkissen --2--, lässt sich aus diesen Werten zusammen mit der abgelesenen Spannung a z gemäss dem Hook'sehen Gesetz der Elastizitätsmodul des beim Bau- werk --B-- verarbeiteten Betons bestimmen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Bestimmen des Elastizitätsmoduls von Beton, Gestein oder dergleichen Material, mit einer Druckmesseinrichtung, die aus einem im Material einzubettenden hydraulischen Druckkissen und einem durch eine Hydraulikleitung an das Druckkissen angeschlossenen Messwertgeber besteht, dadurch gekennzeichnet, dass eine in den Messwertgeber (4) oder in die Hydraulikleitung (3) mündende Zusatzleitung (6) vorgesehen ist, die ein Anschlussende (7) für den dichten Ansatz eines Dosiergerätes (9) für eine Hydraulikmittelfüllung bildet, wobei die Hydraulikmittelfüllung der Druckmesseinrichtung (1) mittels des Dosiergerätes (9) um eine bestimmte Zusatzmenge vergrösserbar und die durch diese Zusatzmenge hervorgerufene, mit den bekannten Werten der Druckkissengeometrie,
der der Zusatzmenge entsprechenden Volumsvergrösserung der Druckmesseinrichtung und deren Elastizitätsmodul gemäss dem Hook'sehen Gesetz verknüpfbare Druckerhöhung am Messwertgeber (4) über eine Messuhr (5) od. dgl. ablesbar ist.