DE2439782B1 - Kraflmeßgerät für Anker im Bauwesen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftmeßgerät für Anker im Bauwesen mit einem zwischen einem festen Auflager und der Ankermutter eingesetzten Meßwertgeber, der aus zwei starkwandigen und biegesteifen, mit geringem Abstand voneinander angeordneten Scheiben besteht, die unter Bildung einer eine Meßflüssigkeit einschließenden Druckkammer an ihrem Umfang über elastische Zonen druckdicht miteinander verbunden sind.

Beim Einbau von Ankern im Felsbau, aber auch im Betonbau, muß die Vorspannkraft des Ankers oft über längere Zeit während gemessen werden, um beispielsweise rechtzeitig an Hand eines Abfalls Formänderungen, Bodenbewegungen, Geländeverschiebungen usw. feststellen zu können. Dieser Meßtechnik kommt insbesondere beim Bau von Staumauern, Tunnels usw. erhöhte Bedeutung zu.

Außer den aus der allgemeinen Meßtechnik hinlänglich bekannten Spannungsmeßgeräten sind als Kraftmeßgeräte für diesen Anwendungszweck im wesentlichen nur Wegmeßgeräte bekannt (T. H. Hanna »Foundation Instrumentation« 1973 Trans Tech Publications). So wird beispielsweise zwischen der Ankermutter und der festen Auflage eine Feder eingesetzt und deren sich ändernde Federlänge durch einen den Abstand zwischen den Federwiderlagern messenden Taster festgestellt. Es ist ferner bekannt, die Federn durch Elastikkörper zu ersetzen. Beiden bekannten Ausführungsformen ist der Nachteil gemeinsam, daß sie gegen Temperaturschwankungen, mit denen auf dem vorliegenden Einsatzgebiet in besonderem Umfang gerechnet werden muß, sehr empfindlich sind. Gleiches gilt auch für Lageänderungen des Ankers bzw. der außen angebrachten Spannmittel. Diese von der Funktionssicherheit und dem Herstellungspreis her gegenüber Spannungsmeßgeräten vorzuziehenden Kraftmeßgeräte arbeiten also mit einer nur mäßigen Genauigkeit und Reproduzierbarkeit.

Die im Felsbau häufig verwendeten Druckkissen (OE-PS 2 09 597, CH-PS 2 62 587) zur Spannungsmessung im Gestein oder Beton wären zwar auf dem vorliegenden Einsatzgebiet prinzipiell verwendbar, doch haben diese Druckkissen den Nachteil, daß die jeweils wirksame Querschnittsfläche nicht konstant ist. Es bilden sich nämlich beim Druckaufbau linsenförmige Hohlräume mit gegebenenfalls unregelmäßigen Rand.-abgrenzungen, so daß die jeweils vorhandene Bezugsfläche unkontrollierbaren Schwankungen unterworfen ist. Im übrigen lassen sich solche Druckkissen nur schwerlich in der bei Ankern notwendigen Ringform herstellen, wobei dann die genannten Flächenschwankungen noch größer sind.

Die weiterhin bekannten Kraftmeßgeräte in Form von Kolbenmeßgeräten, bei denen die Verlagerung eines Kolbens innerhalb eines Zylinders in Form einer Druckerhöhung gemessen und — da die Kolbenfläche festliegt — direkt in Kraft abgelesen werden kann, sind für den vorliegenden Anwendungszweck einerseits vom Preis her, andererseits von der Störungsempfindlichkeit her uninteressant. Sie haben zwar den Vorteil, daß sie gegen Temperaturschwankungen und auch Verlagerungen unempfindlich sind, insoweit also brauchbare Meßergebnisse liefern dürften, jedoch scheitert ihr Einsatz daran, daß sie gegen exzentrische Belastungen sehr empfindlich sind. Außerdem gibt es wegen der robusten Betriebsweise erhebliche Schwierigkeiten bei der Abdichtung der Kolben.

Diese Schwierigkeiten der Abdichtung treten bei anderen bekannten Meßgeräten (US-PS 29 81101; GB-PS 7 56 452), die eingangs angedeutet worden sind, nicht auf. Bei diesen Meßgeräten ist der Kolben praktisch nicht mehr frei gleitend geführt, sondern über elastische Gummiringe oder -manschetten mit dem Gegenstück verbunden. Eine Kraft- bzw. Wegänderung äußert sich in einer Scherbeanspruchung der gummielastischen Elemente. Der Anwendungsbereich dieser Meßgeräte ist außerordentlich begrenzt, insbesondere nicht für die Ankermessung ausgelegt, da ein gummielastisches Material sich zwingend bei hohen Drucken verformt, ohne daß es dabei zu einer meßbaren Verlagerung einer der beiden Scheiben kommt. Es ist also keine eindeutige Druck-Weg-Abhängigkeit vorhanden. Der Innendruck des Gerätes könnte zwar durch entsprechende geometrische Vergrößerung gemindert werden, doch wäre ein derart großes Meßgerät bei Ankern nicht mehr verwendbar. Schließlich muß bei allen gummielastischen Werkstoffen die mangelnde Temperaturstabilität und die bei dem vorliegenden rauhen

Einsatz zwangsläufig eintretende Versprödung hingenommen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftmeßgerät für Anker im Bauwesen zu schaffen, das alle meßtechnischen Vorteile eines Kolbenmeßgerätes, insbesondere Konstanz der Bezugsfläche und damit Genauigkeit und Reproduzierbarkeit des Meßergebnisses aufweist, auf der anderen Seite die bei den im praktischen Einsatz befindlichen Geräten vorhandene Empfindlichkeit gegen Temperaturschwankungen und Lageveränderungen nicht besitzt.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs geschilderten Kraftmeßgerät dadurch gelöst, daß die beiden Scheiben den Anker umgebende Ringscheiben sind und die elastischen Zonen dadurch gebildet sind, daß die Wandstärke wenigstens einer der beiden Ringscheiben in unmittelbarer Nähe des inneren und äußeren Umfangs von der der anderen Ringscheibe zugekehrten Seite her geschwächt ist.

Spannungs- bzw. Kraftänderungen am Anker führen zu Änderungen des Drucks in der Druckkammer. Diese Druckänderungen können in herkömmlicher Weise mittels eines Manometers, gegebenenfalls mit Grenzwertgebern für eine Signalanlage od. dgl., oder mittels eines in die Druckmeßleitung eingebauten Überdruckventils, das an eine Förderpumpe angeschlossen ist, gemessen werden. Die gemessene Druckänderung ist aus folgenden Gründen der Kraftänderung direkt und reproduzierbar proportional: Die quer zur Kraftrichtung vorhandene Querschnittsfläche der Druckkammer ist auf Grund der biegesteifen Ausbildung der Ringscheiben über den gesamten Meßbereich konstant. Diese biegesteifen Ringscheiben sind — mit anderen Worten ausgedrückt — über die durch Schwächung ihrer Wandung erhaltenen biegeelastischen Zonen am inneren und äußeren Umfang quasi angelenkt, so daß eine ähnliche Kinematik wie bei einem Kolbenmeßgerät gegeben ist, ohne daß jedoch dessen Nachteile hinsichtlich der Abdichtung gegeben sind, da der Meßwertgeber vollständig geschlossen ist. Ebenso sind die Nachteile der elastischen Gummiringe nicht vorhanden, da die Ringscheiben weder verspröden, noch eine nennenswerte Temperaturabhängigkeit aufweisen. Dem Meßbereich bei hohen Drucken kann ohne weiteres durch einfache konstruktive Maßnahmen entsprochen werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die elastischen Zonen durch je eine nahe dem äußeren und inneren Umfang der Ringscheibe von deren .der anderen Ringscheibe zugekehrten Seite her eingedrehte Ringnut gebildet. Die beiden Scheiben lassen sich damit als einfache Drehteile herstellen, so daß das gesamte Gerät mit einem gegenüber herkömmlichen Geräten weit geringeren Kostenaufwand gefertigt werden kann. Es besteht insbesondere nicht, wie die eingangs geschilderten Geräte, aus mehreren Tel· len, die durch Verschrauben, Kleben od. dgl. miteinander verbunden werden müssen.

In weiterer Ausgestaltung der bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß unmittelbar neben den beiden Ringnuten nach außen versetzt je eine weitere Ringnut angeordnet ist, die von den einander abgekehrten Seiten der Ringscheiben unter Belassen eines schmalen Flanschstegs eingedreht sind.

Damit besteht die biegeelastische Zone aus dem geschwächten Abschnitt der Ringscheiben, der dünnen Umfangswandung, die sich auf Grund der nahe ihr vorgesehenen Eindrehungen ergibt und dem gleichfalls dünnen Flanschsteg, während sowohl die Ringscheibe über ihren größten Bereich, als auch die Flansche biegesteif sind. Damit ist gewährleistet, daß die zwischen den inneren und äußeren Flanschen eingeschlossene Ringfläche stets konstant bleibt. Durch die Art der Schwächung, die einem dünnwandigen Z-Profil entspricht, wird eine Art Gelenk geschaffen, um das die dickwandige Ringscheibe einen Hub ausführen kann.

Wenngleich die vorgenannten konstruktiven Merkmale der Ringscheibe nur an einer Scheibe verwirklicht sein müssen, ist mit Vorteil vorgesehen, daß beide Ringscheiben identisch ausgebildet sind. Dies bringt herstellungstechnisch den Vorteil, daß für jedes Gerät njr zwei gleiche Teile gefertigt werden müssen und bei Verbinden der beiden Scheiben kein ungleichmäßiger Verzug auftritt. In montagetechnischer Hinsicht ist von Vorteil, daß die Einbaulage des Meßwertgebers gleichgültig ist, so daß seine Funktion nicht durch einen fehlerhaften Einbau beeinträchtigt werden kann.

Die zur Meßwertaufzeichnung führende Meßleitung ist zweckmäßigerweise an die beiden äußeren Flansche parallel und in der Mitte zwischen den Ringscheiben angesetzt.

Nachstehend ist die Erfindung an Hand einer in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsform näher erläutert. Hierin zeigt

F i g. 1 einen Axialschnitt durch den Kopf eines Ankers und

F i g. 2 und 3 schematisch angedeutete Ausführungsformen für die Meßwertbearbeitung.

In F i g. 1 ist der Kopf eines Ankers 1 erkennbar, der beispielsweise in Fels, Beton 2 od. dgl. eingesetzt ist. Da die Erfindung bei jeder Konstruktionsart von Ankern eingesetzt werden kann und diese im übrigen bekannt sind, erübrigt sich eine detaillierte Beschreibung des Ankers. Der Anker 1 wird mittels einer Mutter 3 vorgespannt, die sich über eine Ausgleichsplatte 4, einen Meßwertgeber 5 und eine Auflageplatte 6 am Untergrund 2 abstützt. Der Meßwertgeber 5 besteht aus zwei Ringscheiben 7, 8, die den Anker 1 konzentrisch umgeben und beim wiedergegebenen Ausführungsbeispiel in gleicher Weise gestaltet sind. Die Ringscheiben 7, 8 sind als starkwandige, biegesteife Platten 9,10 ausgebildet und mit geringem Abstand voneinander angeordnet, so daß zwischen ihnen eine Druckkammer 11 gebildet wird. Diese Druckkammer 11, die also einerseits von den beiden Platten 9,10 begrenzt ist, wird andererseits von zwei gleichfalls biegesteifen Randflanschen 12, 13 bzw. 14, 15 am inneren und äußeren Umfang beider Ringscheiben abgeschlossen.

In unmittelbarer Nähe des äußeren und inneren Umfangs sind die beiden Platten 9, 10 durch eingedrehte Ringnuten 16, 17 bzw. 18, 19 derart geschwächt, daß je eine biegeelastische Zone 20, 21 bzw. 22, 23 entsteht. Diese ist also einerseits von der geschwächten Wandstärke der Platte, andererseits durch die beim Eindrehen stehenbleibende dünne Umfangswandung 24, 25 bzw. 26, 27 gebildet. Die biegeelastische Zone wird beim wiedergegebenen Ausführungsbeispiel durch an der Umfangswandung 24 bis 27 angeordnete dünne Flanschstege 28, 29 bzw. 30, 31 erweitert, die durch außenseitig eingedrehte Ringnuten 32, 33 bzw. 34, 35 entstanden sind und dann in die dickwandigen Flansche 12, 13 bzw. 14, 15 übergehen. Beide Ringscheiben können als einfache Drehteile hergestellt werden. Die Verbindung der Ringscheiben kann durch Schweißen, Löten od. dgl. erfolgen.

An einer beliebigen Stelle des Meßweitgebers ist die

Meßleitung 36 beispielsweise durch Löten angesetzt. Die beiden Flansche 12, 13 sind an dieser Stelle mit einer kleinen Querbohrung versehen. Diese Meßleitung kann, wie in den F i g. 2 und 3 gezeigt, zu einem fest installierten Manometer 37 oder 38 führen, wobei das Manometer 38 mit zwei Grenzwertgebern 39, 40, beispielsweise mit einem Maximal- und einem Minimalwert, ausgerüstet ist, um eine Signalanlage od. dgl. bei Über- bzw. Unterschreiten einer vorbestimmten Vorspannkraft des Ankers in Tätigkeit zu setzen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Kraftmeßgerät für Anker im Bauwesen mit einem zwischen einem festen Auflager und der Ankermutter eingesetzten Meßwertgeber, der aus zwei starkwandigen und biegesteifen mit geringem Abstand voneinander angeordneten Scheiben besteht, die unter Bildung einer eine Meßflüssigkeit einschließenden Druckkammer an ihrem Umfang über elastische Zonen druckdicht miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben den Anker (1) umgebende Ringscheiben (7, 8) sind und die elastischen Zonen (20, 21; 22, 23) dadurch gebildet sind, daß die Wandstärke wenigstens einer der beiden Ringscheiben in unmittelbarer Nähe des inneren und äußeren Umfangs von der der anderen Ringscheibe zugekehrten Seite her geschwächt ist.

2. Kraftmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Zonen (20, 21, 22, 23) durch je eine nahe dem äußeren und inneren Umfang der Ringscheibe (7, 8) von deren der anderen Ringscheibe zugekehrten Seite her eingedrehte Ringnut (16, 17, 18,19) gebildet sind.

3. Kraftmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar neben den beiden Ringnuten (16, 18; 17, 19) nach außen versetzt je eine weitere Ringnut (32, 34, 33, 35) angeordnet ist, die von den einander abgekehrten Seiten der Ringscheiben (7; 8) unter Belassen eines schmalen Flanschstegs (28, 30; 29, 31) eingedreht sind.

4. Kraftmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Ringscheiben (7,8) gleich ausgebildet sind.

5. Kraftmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß beide Ringscheiben (7,8) als Drehteile ausgebildet sind.

6. Kraftmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßleitung (32) an die beiden äußeren Flansche (12, 13) parallel und in der Mitte zwischen den Ringscheiben (7, 8) angesetzt ist.