DE10203231C1 - Schlauchwaage - Google Patents

Abstract

Eine Schlauchwaage zur Messung von Setzungen und Hebungen bei Böden, Gebäuden oder Fundamenten weist mindestens zwei in vorgegebener räumlicher Beziehung zu den Böden, Gebäuden oder Fundamenten angeordnete Gefäße (1) auf, die jeweils teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllt sind, derart, daß sich in den einzelnen Gefäßen nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren von deren jeweiliger Höhe abhängige relative Pegelstände der Flüssigkeit einstellen. Weiterhin sind jeweils mindestens ein in jedem Gefäß befindlicher, in die Flüssigkeit teilweise eingetauchter und von dieser ganz oder teilweise getragener Auftriebskörper (10) und jeweils mindestens ein mit jedem Auftriebskörper (10) in der Weise zusammenwirkender Kraftsensor (13, 14) vorgesehen, daß das Zusammenwirken nur innerhalb eines bestimmten Bereichs des relativen Pegelstandes stattfindet und außerhalb dieses Bereichs aufgehoben ist. Vorzugsweise ist der relative Pegelstand in einem Gefäß durch Zu- oder Abführung von Flüssikgeit willkürlich veränderbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schlauchwaage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Setzungen und Hebungen des Bodens können erhebliche Schäden an Gebäuden verursachen. Bei Großbauwerken ist deshalb in kritischen Fällen eine kontinuierliche messtechnische Überwachung solcher Bewegungen sinn­ voll, so daß rechtzeitig Gegenmaßnahmen - z. B. hy­ draulisches Anheben oder Absenken der Auflager von Brücken - veranlaßt werden können.

Für diesen Zweck werden hydrostatische Schlauchwaagen eingesetzt. Dabei werden an den zu überwachenden Stellen Gefäße befestigt, die untereinander über ein System von Schläuchen oder Rohrleitungen verbunden und teilweise mit Flüssigkeit gefüllt sind. Die Ände­ rung des Füllstandes eines Gefäßes ist ein Maß für die Höhenänderung des betreffenden Messpunktes. Be­ kannte Schlauchwaagen lassen sich einteilen nach dem Prinzip der Füllstandsmessung.

Bei einigen Systemen wird die Höhe des Flüssigkeits­ spiegels relativ zum Gefäß mittels Ultraschallsensor oder mittels Schwimmer und induktivem Wegsensor ge­ messen. Der prinzipielle Nachteil dieser Systeme be­ steht darin, dass eine temperaturabhängige Änderung des Volumens der im Gefäß befindlichen Flüssigkeit die Höhe des Flüssigkeitsspiegels verändert und somit das Ergebnis verfälscht. Ein derartiges System ist beispielsweise aus der DE 37 06 363 A1 bekannt.

Dieser Nachteil wird bei einem anderen, beispielswei­ se in der DE 44 10 614 A1 beschriebenen Schlauchwaa­ gensystem dadurch vermieden, dass anstelle der Höhe des Flüssigkeitsspiegels die Masse der in dem Gefäß befindlichen Flüssigkeit gemessen wird, nämlich durch Wägung von Gefäß mitsamt Inhalt mit Hilfe eines Kraft­ sensors.

Ein weiteres in der DE 43 26 706 A1 offenbartes Schlauchwaagensystem basiert auf der Messung des Drucks mit Hilfe von Drucksensoren an verschiedenen Stellen einer Ringleitung, wobei auf die Gefäße mit Ausnahme eines zentralen Reservoirs verzichtet werden kann.

Ein gravierender Nachteil der beiden zuletzt genann­ ten Systeme besteht darin, dass im normalen Betrieb die Sensoren ständig unter Last stehen, so dass die Drift und das Kriechen der Sensoren die Langzeitsta­ bilität des Systems beeinträchtigen. Eine Entlastung der Sensoren zwecks Korrektur der Nullpunkte wäre nur mit größeren Eingriffen möglich.

Ausgehend von der DE 37 06 363 A1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schlauchwaage zur Messung von Setzungen und Hebungen bei Böden, Gebäuden oder Fundamenten mit mindestens zwei in vorgegebener räumlicher Beziehung zu den Bö­ den, Gebäuden oder Fundamenten angeordneten, durch Schläuche miteinander verbundenen Gefäßen, die je­ weils teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllt sind, derart, daß sich in den einzelnen Gefäßen nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren von deren jewei­ liger Höhe abhängige relative Pegelstände der Flüs­ sigkeit einstellen, zu schaffen, welche es ermög­ licht, eine regelmäßige, automatisch ablaufende Null­ punktkontrolle und -korrektur bei allen Kraftsensoren vorzunehmen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Schlauchwaage mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vor­ teilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schlauchwaage ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch Vorsehen jeweils mindestens eines in jedem Ge­ fäß befindlichen, in die Flüssigkeit teilweise einge­ tauchten und von dieser getragenen Auftriebskörpers und jeweils mindestens eines mit jedem Auftriebskör­ per in der Weise zusammenwirkenden Kraftsensors, daß das Zusammenwirken nur innerhalb eines bestimmten Be­ reiches des relativen Pegelstandes stattfindet und außerhalb dieses Bereichs aufgehoben ist, kann der Kraftsensor außerhalb der Meßphasen von dem Auf­ triebskörper abgekoppelt werden, so daß eine ständi­ ge mechanische Belastung des Kraftsensors vermieden wird. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, durch entsprechende Einwirkung auf den Auftriebskörper die Schlauchwaage in gewünschten Zeitabständen nachzuei­ chen.

Vorzugsweise ist der relative Pegelstand in einem Ge­ fäß durch Zu- oder Abführung von Flüssigkeit willkür­ lich veränderbar. Damit läßt sich auf einfache Weise das Zusammenwirken des Auftriebskörpers mit dem Kraftsensor aufheben, so daß das Zusammenwirken und damit die Belastung des Kraftsensors so eingestellt werden kann, daß diese nur während der Mess- und Eichphasen auftritt.

Das Zusammenwirken des Auftriebskörpers mit dem Kraftsensor kann in der Weise erfolgen, daß innerhalb des bestimmten Bereichs des relativen Pegelstandes eine formschlüssige Verbindung zwischen diesen be­ steht, welche außerhalb dieses Bereichs gelöst ist.

Es besteht die Möglichkeit, daß die Aufhebung des Zu­ sammenwirkens zwischen dem Auftriebskörper und dem Kraftsensor entweder bei Unterschreiten oder bei Überschreiten jeweils eines bestimmten relativen Pe­ gelstandes erfolgt.

Durch Verwendung mindestens eines Vorratsbehälters und einer Pumpeinrichtung kann der relative Pegel­ stand in allen Gefäßen gleichzeitig verändert werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Fi­ guren dargestellten Ausführungsbeispielen näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Gefäß gemäß einem ersten Ausführungs­ beispiel in einer Schnittdarstellung,

Fig. 2 ein Gefäß gemäß einem zweiten Ausführungs­ beispiel in einer Schnittdarstellung, und

Fig. 3 ein Schlauchwaagensystem in schematischer Darstellung.

Ein an einer vorbestimmten Stelle eines Bauwerkes be­ festigtes Gefäß 1 weist einen doppelwandigen Topf mit zwei konzentrisch angeordneten Wänden 2 und 3 und ei­ nem Boden 4 sowie einen den Topf dicht abschließenden Deckel 5 auf. Die innere Wand 3 und die äußere Wand 2 des Topfes enthalten axial fluchtend jeweils minde­ stens einen Durchlaß. Konzentrisch angeordnete Schlauchanschlüsse 6 und 7 sind so mit dem Gefäß 1 verbunden, daß die innere Leitung 6 jedes Schlauches bis zu einem Durchlaß in der inneren Wand 3 und die äußere Leitung 7 jedes Schlauches bis zu einem Durchlaß in der äußeren Wand 2 geführt sind. Der Innenraum der beiden Leitungen 6 ist somit mit dem durch die innere Wand 3 umgrenzten Innenraum des Topfes und der Zwi­ schenraum 8 zwischen den Leitungen 6 und 7 jedes Schlauches ist mit dem Zwischenraum 9 zwischen den Wänden 2 und 3 des Topfes verbunden.

Der von der inneren Wand 3 umgrenzte Innenraum des Topfes ist teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllt, die über die inneren Leitungen 6 der beiden Schläuche zu- oder abgeführt werden kann. Oberhalb des Flüssig­ keitsspiegels befindet sich Luft, die über den Zwi­ schenraum 9 zwischen den Wänden 2 und 3 und den Zwi­ schenraum 8 zwischen den Leitungen 6 und 7 zu- oder abgeführt werden kann.

Im Inneren des Topfes des Gefäßes 1 befindet sich ein topfförmiger Auftriebskörper 10, der auf der Flüssig­ keit schwimmt und dessen Auftrieb vom Pegelstand der Flüssigkeit im Gefäß 1 (relativer Pegelstand) ab­ hängt. In der Mitte des Bodens des Auftriebskörpers 10 ist ein halbkugelförmiger Anschlag 11 angeordnet.

An der unteren Seite des Deckels 5 ist ein Zapfen 12 befestigt, dessen unteres Ende mit einem parallel zum Deckel 5 verlaufenden Federkörper 13 verbunden ist. Der Federkörper 13 trägt einen Dehnungsmeßstreifen 14, der als Kraftsensor dient. Weiterhin trägt der Federkörper 13 am dem Zapfen 12 entgegengesetzten En­ de einen dem Anschlag 11 zugewandten Anschlag 15, der eine kegelförmige Vertiefung aufweist.

Bei ausreichendem Flüssigkeitspegel im Gefäß 1 ragt der Anschlag 11 in die Vertiefung des Anschlags 15 und übt eine Kraft auf diesen aus. Je höher der Flüs­ sigkeitspegel ist, desto stärker ist die auf den An­ schlag 15 wirkende Kraft, die mit dem Dehnungsmeß­ streifen 14 gemessen wird. Die gemessene Kraft ist somit ein Maß für den relativen Pegelstand der Flüs­ sigkeit im Gefäß 1.

Der Auftriebskörper 10 hat am oberen Ende einen Au­ ßenrand 16, der, wenn der Auftriebskörper 10 bei ei­ nem ausreichend niedrigen Pegelstand stark abgesenkt ist, gegen einen ringförmigen, an der äußeren Wand 2 befestigen Anschlag 17 stößt. Dieser Anschlag 17 ist als Dichtung ausgebildet, so daß dann die Verbindung zwischen dem Inneren des Auftriebskörpers 10 und dem diesen umgebenden Raum des Gefäßes 1 dichtend unter­ brochen ist.

Das Gefäß 1 nach Fig. 2 unterschiedet sich von dem­ jenigen nach Fig. 1 dadurch, daß der Anschlag 11 des Auftriebskörpers 10 nicht von unten gegen den ge­ fäßfesten Anschlag 15 stößt, sondern der Anschlag 11 ist auf einen mit dem Boden des Auftriebskörpers 10 verbundenen und durch den Federkörper 13 sowie den Anschlag 15 hindurch geführten Stab 18 aufgesetzt, so daß er bei entsprechendem Pegelstand der Flüssigkeit von oben gegen den Anschlag 15 drückt.

Bei dem Gefäß nach Fig. 1 löst sich somit die form­ schlüssige Verbindung zwischen den Anschlägen 11 und 15, wenn die Flüssigkeit im Gefäß einen bestimmten Pegelstand unterschreitet und bei dem Gefäß nach Fig. 2 löst sich diese Verbindung, wenn der Pegelstand der Flüssigkeit im Gefäß einen bestimmten Wert über­ schreitet.

Weiterhin benötigt der Auftriebskörper 10 nach Fig. 2 nicht den Außenrand 16, da der Deckel 5 des Gefäßes 1 selbst als Anschlag dient, gegen den die obere Kan­ te des Auftriebskörpers 10 stößt, wenn dieser durch den Auftrieb die maximale Höhe erreicht hat. Eine auf der Unterseite des Deckels 5 angebrachte Dichtung 19 sorgt in diesem Fall für einen dichtenden Abschluß des Inneren des Auftriebskörpers 10 gegenüber dem diesen umgebenden Raum.

Fig. 3 zeigt ein Schlauchwaagensystem mit drei Gefä­ ßen 1, die an unterschiedlichen Stellen eines Gebäu­ des fest angebracht sind und deren gegenseitige Hö­ henverschiebung gemessen werden soll. Die Gefäße 1 sind durch die aus den konzentrischen Leitungen 6 und 7 bestehenden Schläuche miteinander verbunden. Wei­ terhin enthält das Schlauchwaagensystem zwei Vorrats­ behälter 20 für die Flüssigkeit sowie eine Pumpein­ richtung 21, durch die die Flüssigkeit zwischen den beiden Vorratsbehältern 20 in beiden Richtungen ge­ pumpt werden kann. Der eine der beiden Vorratsbehäl­ ter 20 ist über einen aus den Leitungen 6 und 7 be­ stehenden Schlauch mit einem der Behälter 1 verbun­ den. Mit Hilfe der Pumpeinrichtung 4 ist es möglich, in diesen Vorratsbehälter und damit auch in den Gefä­ ßen 1 einen gewünschten Flüssigkeitspegel einzustel­ len. Die Gefäße 1 können in beliebiger Weise zusam­ mengeschlossen sein, beispielsweise als Stern, als Ring oder - wie dargestellt - in einer Reihe. Es muß nur sichergestellt sein, daß sich in allen Gefäßen 1 stets der gleiche absolute Flüssigkeitspegel einstel­ len Kann.

Der Flüssigkeitspegel im mit den Gefäßen 1 verbunde­ nen Vorratsbehälter 20 kann durch die Pumpeinrichtung 21 so eingestellt werden, daß in allen Gefäßen 1 eine formschlüssige Verbindung zwischen den Anschlägen 11 und 15 besteht. In dieser Messphase kann die jeweili­ ge Auftriebskraft des Auftriebskörpers 10 und damit der jeweilige Pegelstand der Flüssigkeit in jedem Ge­ fäß 1 gemessen werden. Hieraus kann auf eine etwaige Vertikalverschiebung zwischen den Gefäßen aufgrund von Setzungen oder Hebungen des Bodens geschlossen werden.

Außerhalb der Messphasen kann der Flüssigkeitspegel in den Gefäßen 1 mittels der Pumpeinrichtung 21 so eingestellt werden, daß die Verbindung zwischen den Anschlägen 11 und 15 gelöst wird. Der aus dem Feder­ körper 13 und dem Dehnungsmessstreifen 14 bestehende Kraftsensor ist daher außerhalb der Messphasen entla­ stet.

Da bei dem Gefäß nach Fig. 1 die Verbindung zwischen den Anschlägen 11 und 15 dadurch gelöst wird, daß Flüssigkeit aus dem Gefäß abgezogen wird, während bei dem Gefäß nach Fig. 2 zu diesem Zweck dem Gefäß Flüssigkeit zugeführt werden muß, können nicht gleichzeitig Gefäße nach Fig. 1 und Gefäße nach Fig. 2 an einen der Vorratsbehälter 20 angeschlossen sein. Bei Verwendung von Gefäßen beider Typen sind daher entweder zwei getrennte Pumpeinrichtungen er­ forderlich oder es sind die Gefäße des einen Typs mit dem einen und die Gefäße des anderen Typs mit dem an­ deren der in Fig. 3 gezeigten Vorratsbehälter 20 verbunden.

Mit der erfindungsgemäßen Schlauchwaage lassen sich folgende Vorteile erzielen:

• - Hohe Langzeitstabilität des Nullpunktes der Kraftsensoren durch deren Entlastung außerhalb der Meßphasen.
• - Wartungsarmer Langzeitbetrieb durch Ferndiagnose/­ Funktionsprüfung aller elektrischen und hydrauli­ schen Funktionselemente über Vergleichsmessungen mit unterschiedlichen Gesamtflüssigkeitspegeln sind jederzeit (auch automatisiert) möglich.
• - Erhöhte Sicherheit gegen Auslaufen der Betriebs­ flüssigkeit durch coaxiale Anordnung von Betriebs­ flüssigkeits- und Luftrückführungsleitung.

Claims (11)

1. Schlauchwaage zur Messung von Setzungen und He­ bungen bei Böden, Gebäuden oder Fundamenten mit mindestens zwei in vorgegebener räumlicher Be­ ziehung zu den Böden, Gebäuden oder Fundamenten angeordneten, durch Schläuche miteinander ver­ bundenen Gefäßen (1), die jeweils teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllt sind, derart, daß sich in den einzelnen Gefäßen (1) nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren von deren jeweiliger Höhe abhängige relative Pegelstände der Flüssig­ keit einstellen, gekennzeichnet durch jeweils mindestens einen in jedem Gefäß (1) befindli­ chen, in die Flüssigkeit teilweise eingetauchten und von dieser getragenen Auftriebskörper (10) und jeweils mindestens einen mit jedem Auf­ triebskörper (10) in der Weise zusammenwirkenden Kraftsensor (13, 14), daß das Zusammenwirken nur innerhalb eines bestimmten Bereichs des relati­ ven Pegelstands stattfindet und außerhalb dieses Bereichs aufgehoben ist.

2. Schlauchwaage nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der relative Pegelstand in einem Gefäß (1) durch Zu- oder Abführung von Flüssig­ keit willkürlich veränderbar ist.

3. Schlauchwaage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des bestimmten Be­ reichs des relativen Pegelstandes eine form­ schlüssige Verbindung zwischen dem Auftriebskör­ per (10) und dem Kraftsensor (13, 14) besteht, welche außerhalb dieses Bereichs gelöst ist.

4. Schlauchwaage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufhebung des Zusammenwirkens zwischen dem Auftriebskörper (10) und dem Kraftsensor (13, 14) entweder bei Unterschreiten oder bei Überschreiten jeweils eines bestimmten relativen Pegelstandes erfolgt.

5. Schlauchwaage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der relative Pegel­ stand mittels einer Pumpeinrichtung (21) und mindestens eines Vorratsbehälters (20) in allen Gefäßen (1) gleichzeitig veränderbar ist.

6. Schlauchwaage nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der relative Pegel­ stand in mindestens einem Gefäß (1) erhöhbar und gleichzeitig in mindestens einem anderen Gefäß (1) senkbar ist.

7. Schlauchwaage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftsensor (13, 14) unabhängig vom relativen Pegelstand der Flüssigkeit im Gefäß (1) angeordnet ist.

8. Schlauchwaage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schläuche je­ weils zwei getrennte koaxial angeordnete Verbin­ dungsleitungen (6, 7) aufweisen, von denen die innere Verbindungsleitung (6) für den Austausch von Flüssigkeit und die äußere Verbindungslei­ tung (7) für den Austausch von Luft zwischen je­ weils zwei Gefäßen (1) vorgesehen sind.

9. Schlauchwaage nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gefäße (1) zumindest im Be­ reich der Schlauchanbindung doppelwandig ausge­ bildet sind, wobei die innere Verbindungsleitung (6) durch die Außenwand (2) der Doppelwand hin­ durchgeführt ist und in der Innenwand (3) mün­ det, und die äußere Verbindungsleitung (7) in der Außenwand mündet.

10. Schlauchwaage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Auftriebskörpers (10) zur Aufhebung des Zusam­ menwirkens mit dem Kraftsensor (13, 14) durch einen Anschlag (17, 19) begrenzt ist.

11. Schlauchwaage nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Anschlag (17, 19) eine Dich­ tung zur Abdichtung des Innenraums des anliegen­ den Auftriebskörpers (10) gegenüber dem diesen umgebenden Innenraum des Gefäßes (1) bildet.