DE102012214187B3

DE102012214187B3 - Abdichtungsvorrichtung und Lysimetervorrichtung

Info

Publication number: DE102012214187B3
Application number: DE201210214187
Authority: DE
Inventors: Georg von Unold; Stefan Engelhardt
Original assignee: UMS GmbH
Current assignee: METER GROUP GMBH, DE
Priority date: 2012-08-09
Filing date: 2012-08-09
Publication date: 2013-07-04
Anticipated expiration: 2032-08-10

Abstract

Die Abdichtungsvorrichtung zur Abdichtung eines Ringspalts (9) zwischen dem Außenumfang eines Lysimeterbehälters (2) und dem Innenumfang einer Einfassung (3), in der der Lysimeterbehälter (2) angeordnet ist, zeichnet sich durch einen flexiblen Schlauch (1) aus, der so dimensioniert ist, dass er in dem Ringspalt (9) in Umfangsrichtung des Lysimeterbehälters (2) so anbringbar ist, dass er mit dem Außenumfang des Lysimeterbehälters (2) und dem Innenumfang der Einfassung (3) dichtend in Kontakt steht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abdichtungsvorrichtung zur Abdichtung eines Ringspalts zwischen dem Außenumfang eines Lysimeterbehälters und dem Innenumfang einer Einfassung, in der der Lysimeterbehälter angeordnet ist, sowie auf eine Lysimetervorrichtung mit einer derartigen Abdichtungsvorrichtung.
Lysimeter sind Behälter, die mit Bodenmaterial aufgefüllt werden und mit monolithisch gewonnenen Bodenkörpern gefüllt werden, um daran Untersuchungen in den Bereichen Boden, Wasser, Pflanzen oder Klima durchzuführen. Es gibt nicht wägbare und wägbare Lysimeter. Wägbare Lysimeter haben den Vorteil der Quantifizierbarkeit von Verdunstung oder Niederschlägen, wohingegen die Sickerwassermenge mit beiden Typen bestimmt werden kann. Die Konstruktion eines wägbaren Lysimeters ist zum Beispiel in der DE 20 2009 000 642 U1 beschrieben. Aus diesem Dokument ist zum Beispiel ein wägbarer Lysimeterbehälter bekannt, der in einer Einfassung mit einem Spalt zu dieser angeordnet ist, wobei der Lysimeterbehälter mittels drei Wägesensoren gewogen werden kann. Insbesondere in den wägbaren Lysimetern sind die Lysimeterbehälter konstruktionsbedingt von dem Innenumfang der Einfassung durch einen Luftspalt zwischen dieser und dem Außenumfang des Lysimeterbehälters getrennt. Der dadurch entstehende Ringspalt wird in den derzeit bekannten Lysimetervorrichtungen zum Beispiel mittels einer länglich ausgebildeten flexiblen U-artigen Klammer abgedichtet, deren Schenkel nach unten gerichtet sind und die jeweils mit einem Lysimeterbehälterkragen und mit dem oberen Rand der Einfassung in Umfangsrichtung des Lysimeterbehälters verbunden sind. Die dadurch entstehenden elastischen Kräfte zwischen der Einfassung und dem Lysimeterbehälter tragen dabei zur Verfälschung der Gewichtsmessung des Lysimeterbehälters bei.
Bekannt ist ebenfalls eine Dichtung, die aus einer flexiblen Folie hergestellt ist und das Lysimetergefäß mit der umliegenden Einfassung verbindet, wobei diese entweder am Lysimetergefäß oder an der Einfassung befestigt ist und lose aufliegt. Bei dieser Art der Abdichtung muss der obere Rand des Lysimeterbehälters in die Höhe gezogen sein und eine Art Lysimeterkragen bilden, der einige Zentimeter hoch sein kann, damit das Oberflächenwasser, das nicht sofort versickert, auf dem Lysimeter gehalten und in das Lysimeter infiltriert werden kann. Andernfalls wird die Wasserbilanz des Feldes, bei der Niederschläge eine zentrale Rolle spielen, verfälscht. Der einige Zentimeter hoch gehaltene Lysimeterkragen trägt jedoch zur Änderung der Luftströmungen an der Oberfläche sowie zur Erschwerung der Behandlung des im Lysimeterbehälter angeordneten Bodens bei.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Abdichtungsvorrichtung für die Lysimetervorrichtung derart weiterzubilden, dass der Gewichtskraftmessfehler des Lysimeters, den diese Abdichtung bewirkt, minimiert wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Abdichtungsvorrichtung durch einen flexiblen Schlauch gebildet wird, der so dimensioniert ist, dass er in dem Ringspalt in Umfangsrichtung des Lysimeterbehälters so anbringbar ist, dass er mit dem Außenumfang des Lysimeterbehälters und dem Innenumfang der Einfassung dichtend in Kontakt steht, wobei der Schlauch einstückig torusförmig ausgebildet ist, wobei dieser auf der der Torusachse zugewandten Seite wenigstens eine durch die Wandung des Schlauches hindurchgehende Durchgangsöffnung und wenigstens eine unterhalb der wenigstens einen Durchgangsöffnung angeordnete Ablauföffnung aufweist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist gegenüber den bekannten Abdichtungsvorrichtungen für Lysimeter den Vorteil auf, dass die abdichtungsbedingte Kraftübertragung zwischen dem wägbaren Lysimeterbehälter und dessen Einfassung weitgehend minimiert wird. Dies wird erreicht durch eine querkraftfreie Bewegung der schlauchförmigen Abdichtung in einem Ringspalt zwischen dem zylindrischen Außenumfang des Lysimeterbehälters und dem zylindrischen Innenumfang der Einfassung, in der der Lysimeterbehälter angeordnet ist.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass der Schlauch einen Außendurchmesser aufweist, der 3 bis 50%, vorzugsweise 10 bis 20% größer ist als die Breite des Ringspalts. Dadurch tragen die elastischen Eigenschaften des Schlauches optimal zu einer querkraftfreien Abdichtung des Ringspalts bei.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Schlauch dünnwandig und besteht aus einem Material, das im Temperaturbereich von –20°C bis +40°C eine im Wesentlichen temperaturunabhängige Elastizität aufweist. Dadurch lässt sich die erfindungsgemäße Abdichtungsvorrichtung unter realen Feldbedingungen einsetzen. Vorzugsweise besteht der Schlauch aus Silikon.
Im Einsatz wird die Abdichtungsvorrichtung so in den Ringspalt platziert, dass die Durchgangsöffnung oberhalb und die Ablauföffnung unterhalb des oberen Randes des Lysimeterbehälters angeordnet ist. Dadurch lässt sich der obere Rand des Lysimeterbehälters praktisch bündig mit der Lysimeterbodenoberfläche anordnen, ohne weitere Maßnahmen zur Aufhaltung des Überstauwassers im Lysimeterbehälter. Das Überstauwasser kann in diesem Fall über die Durchgangsöffnungen in den Schlauch eindringen und über die Ablauföffnungen in der unteren Wandung des Schlauches abgeführt werden. Vorzugsweise steht die Ablauföffnung mit einer Auffangvorrichtung in Fluidverbindung. Dies kann mittels wenigstens eines zwischen der Ablauföffnung und der Auffangvorrichtung angeordneten biegsamen Schlauches oder mit Hilfe einer am Außenumfang des Lysimeterbehälters angeordneten Regenrinne erfolgen. Dadurch lässt sich das Oberflächenwasser, das auf dem Feld abfließen würde, über eine Auffangvorrichtung feldreal erfassen.
Eine erfindungsgemäße Abdichtungsvorrichtung für Lysimeter weist eine zylinderförmige Einfassung und einen in dieser Einfassung angeordneten wägbaren Lysimeterbehälter mit einem oberen zylindrischen Außenumfangsbereich auf, der unter Bildung eines Ringspalts in radialem Abstand zum Innenumfang der Einfassung liegt, wobei die oben beschriebene Abdichtungsvorrichtung in Umfangsrichtung des zylindrischen Außenumfangsbereichs in dem Ringspalt abdichtend angeordnet ist. Durch die zylinderförmigen Flächen des Außenumfangsbereichs des Lysimeterbehälters sowie des Innenumfangs der Einfassung lässt sich eine rollende Bewegung der schlauchartigen Abdichtungsvorrichtung praktisch ohne jegliche Kraftübertragung entlang der Bewegungsrichtung des Lysimeterbehälters erreichen.
Vorzugsweise sind der obere Rand der Einfassung und der obere Rand des Lysimeterbehälters im Wesentlichen bündig zueinander angeordnet. Vorteilhafterweise liegen diese in einer Ebene mit dem Lysimeter sowie mit der umliegenden Bodenfläche.
Anhand von Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Draufsicht von unten auf die erfindungsgemäße Abdichtungsvorrichtung und
2 einen senkrechten Querschnitt einer erfindungsgemäßen Lysimetervorrichtung.
Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abdichtungsvorrichtung umfasst einen flexiblen Schlauch 1, der ringtorusartig um eine Torusachse 10 mit einem Kreisquerschnitt einstückig ausgebildet ist. Auf der der Torusachse 10 zugewandten Seite des Schlauchs 1 sind durch die Wandung des Schlauchs 1 mehrere hindurchgehende Durchgangsöffnungen 4 vorgesehen. Der Schlauch 1 weist außerdem in einem Abstand des Kreismittelpunktes von der Torusachse 10 unterhalb der Durchgangsöffnungen 4 zwei Ablauföffnungen 5 auf, die mit einer Ablaufvorrichtung 7 in Fluidverbindung stehen. Die Ablaufvorrichtung 7 umfasst zwei Schläuche, deren obere Enden mit den Ablauföffnungen 5 fluidtechnisch verbunden sind und deren untere Enden zusammenlaufen.
Der Schlauch 1 ist dünnwandig aus einem Material ausgebildet, das im Temperaturbereich von –20°C bis +40°C eine im Wesentlichen temperaturunabhängige Elastizität unter Beibehaltung seines im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitts in unbelastetem Zustand aufweist. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel besteht der Schlauch 1 aus Silikon. Es versteht sich jedoch, dass auch andere Materialien benutzt werden können, die die obengenannten Eigenschaften aufweisen.
2 zeigt einen senkrechten Querschnitt einer erfindungsgemäßen Lysimetervorrichtung mit einem zylindrischen Lysimeterbehälter 2, der in einer zylindrischen Einfassung 3 angeordnet ist, wobei zwischen dem Außenumfang des Lysimeterbehälters 2 und dem Innenumfang der Einfassung 3 ein Ringspalt 9 ausgebildet ist. Der Lysimeterbehälter 2 weist einen oberen zylindrischen Außenumfangsbereich 6 auf, dessen oberer Rand mit dem oberen Rand der Einfassung 3 bündig in einer Ebene angeordnet ist. In dem Ringspalt 9 ist die in 1 gezeigte Abdichtungsvorrichtung so angeordnet, dass die Durchgangsöffnungen 4 im Schlauch 1 oberhalb und die Ablauföffnungen 5 im Schlauch 1 unterhalb des oberen Randes des Lysimeterbehälters 2 angeordnet sind. Der Schlauch 1 weist einen Außendurchmesser auf, der um circa 10% größer ist als die Breite des Ringspalts 9, wodurch der flexible Schlauch 1 mit dem Außenumfang des Lysimeterbehälters 2 und dem Innenumfang der Einfassung 3 dichtend in Kontakt steht. Die Ablaufvorrichtung 7, die durch zwei im unteren Bereich zusammenlaufende flexible Schläuche gebildet ist, mündet mit ihrem Ablauf in eine Auffangvorrichtung 8. Auf diese Weise lässt sich das Oberflächenwasser auf dem Lysimeterbehälter 2 durch die Durchgangsöffnungen 4 in dem Schlauch 1 sammeln und kann durch die Ablauföffnungen 5 und die beiden Schläuche 7 in die Auffangvorrichtung 8 abfließen. Die Parameter des in der Auffangvorrichtung 8 gesammelten Wassers lassen sich dadurch kontinuierlich auswerten.
Es versteht sich, dass sich die Anzahl der Ablauföffnungen 5 bzw. der Schläuche 7 variieren lässt. Dasselbe gilt auch für die Durchgangsöffnungen 4, deren Form rund, oval, quadratisch oder schlitzartig sein kann.

Claims

Abdichtungsvorrichtung zur Abdichtung eines Ringspalts (9) zwischen dem Außenumfang eines Lysimeterbehälters (2) und dem Innenumfang einer Einfassung (3), in der der Lysimeterbehälter (2) angeordnet ist, gekennzeichnet durch einen flexiblen Schlauch (1), der ebenerdig angeordnet ist und so dimensioniert ist, dass er in dem Ringspalt (9) in Umfangsrichtung des Lysimeterbehälters (2) so anbringbar ist, dass er mit dem Außenumfang des Lysimeterbehälters (2) und dem Innenumfang der Einfassung (3) dichtend in Kontakt steht, wobei der Schlauch (1) – einstückig torusförmig ausgebildet ist, – auf der der Torusachse (10) zugewandten Seite wenigstens eine durch die Wandung des Schlauches (1) hindurchgehende Durchgangsöffnung (4) aufweist, und – wenigstens eine unterhalb der wenigstens einen Durchgangsöffnung (4) angeordnete Ablauföffnung (5) aufweist.
Abdichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauch (1) einen Außendurchmesser aufweist, der 3 bis 50% größer ist als die Breite des Ringspalts (9).
Abdichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauch (1) einen Außendurchmesser aufweist, der 10 bis 20% größer ist als die Breite des Ringspalts (9).
Abdichtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauch (1) dünnwandig ist und aus einem Material besteht, das im Temperaturbereich von –20°C bis +40°C eine temperaturunabhängige Elastizität aufweist.
Abdichtungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauch (1) aus Silikon besteht.
Abdichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Ablauföffnung (5) mit einer Auffangvorrichtung (8) in Fluidverbindung steht.
Lysimetervorrichtung mit – einer zylinderförmigen Einfassung (3), – einem in der Einfassung (3) angeordneten wiegbaren Lysimeterbehälter (2) mit einem oberen zylindrischen Außenumfangsbereich (6), der unter Bildung eines Ringspalts (9) in radialem Abstand zum Innenumfang der Einfassung (3) liegt, gekennzeichnet durch eine Abdichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die in Umfangsrichtung des zylindrischen Außenumfangsbereichs in dem Ringspalt (9) abdichtend angeordnet ist.
Lysimetervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Rand der Einfassung (3) und der obere Rand des Lysimeterbehälters (2) bündig sind.
Lysimetervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnung (4) oberhalb und die Ablauföffnung (5) unterhalb des oberen Randes des Lysimeterbehälters (2) angeordnet ist.