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Verfahren zur Messung der Länge einer Wür-
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felfläche eines Beton-Probewürfels und Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Länge einer
Würfel fläche zwischen zwei einander gegenüberliegenden Kanten, und sie gibt ebenso
eine Vorrichtung zur Durchführun des Verfahrens bei der Bestimmung der Querschnittsfläche
oder des Volumens eines Beton-Probewürfels an.
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Bei der Verarbeitung von Beton ist eine Qualitätskontrolle behördlich
vorgeschrieben, die darin besteht, daß von dem verarbeiteten Material ein Beton-Probewürfel
hergestellt wird, dessen Dichte und spezifische Druckfestigkeit anschließend mit
Hilfe von entsprechenden Geräten festgestellt wird. Zur Bestimmung der Dichte ist
die Kenntnis des Volumens und des Würfelgewichtes, zur spezifischen Druckfestigkeit
ist die Kenntnis der Bruchlast und die Querschnittsfläche, die senkrecht zur Angriffsrichtunc
der Belastung verläuft, erforderlich. Das Volumen und die Quersnittsfläche werden
jeweils durch Multiplikation der an dcm Probewürfel gemessenen Längen benachbarter
Flächen bestimmt. Denn ol,wohl der Probewürfel in einer Form erstellt wird, ergeben
sich c3sgenüber der idealen, vorgegebenen Größe Abweichungen, so daß zu exakten
Bestimmung der Würfel-Eigenschaften die jeweils
individuellen Flächenlängen
jedesmal durch Messen festgestellt werden müssen.
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Während das Gewicht und die Bruchlast im allgemeinen mit nur jeweils
einen Anzeigewert liefernden Geräten bestimmt werden -einmal mit Hilfe einer Waage,
zum anderen mit Hilfe einer Druckprüfmaschine - setzt die Längenmessung bisher die
Handhabung einfacher Meßstäbe voraus, so daß jede Messung durch Anhalte-und/oder
Ablesefehler verfälscht sein kann. Es gibt zwar auch hier die Möglichkeit, manuell
ein relativ genaues Meßergebnis zu bekommen, beispielsweise durch die Verwendung
einer Schieblehre, es hat sich jedoch in der Praxis gezeigt, daß diese in der Handhabung
geringfügig aufwendigeren Meßmittel nicht verwendet werden, sondern nur einfache
MeBstäbe (Gliedermaßstab).
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Da der Beton-Probewürfel ursprünglich als Zeugnis für die Haltbarkeit
des auf der Baustelle verarbeiteten Betons geschaffen wurde, ist eine fehlerbehaftete
Eigenschaftsbestimmung besonders ungeeignet, da sie wiederum nur innerhalb einer
relativ großen Toleranz Gültigkeit hat.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben und eine zur
Durchführung des Verfahrens besonders zweckmäßige Vorrichtung zu schaffen, womit
das Ausmessen eines Beton-Probewürfels in sehr kurzer Zeit innerhalb sehr enger
Fehlertoleranzen unter Ausschalten von menschlichen Unzulänglichkeiten möglich ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß der Würfel mit
der zu messenden Fläche an eine Leiste mit mehreren, in einer Reihe angeordneten
Sensoren angelegt wird, daß die Sensoren mit einer Strahlungsquelle bestrahlt werden,
und daß dann aus der Anzahl der abgedeckten oder mit Strahlen beaufschlagten Sensoren
die Länge der Würfelfläche bestimmt wird.
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Eine gemäß der Erfindung ausgestaltete Vorrichtung zur Durchführung
dieses Verfahrens kennzeichnet sich dadurch, daß vertikal auf einer ebenen, von
einer Grundplatte gebildeten Auflagefläche in einem rechten Winkel zueinander stehende,
mit Anschlagflächen versehene Backen zur Festlegung der Meßlage des Würfels angeordnet
sind, die unterhalb der Würfeloberkante je eine im wesentlichen parallel zu der
Auflage fläche ausgerichtete Sensorenleiste aufweisen, und von denen die eine Anschlagfläche
zusätzlich eine im wesentlichen vertikal zu der Auflagefläche ausgerichtete Sensorenleiste
aufweist,wobei jeweils nur ein Teil der Sensoren jeder Leiste durch die Würfelfläche,
deren Länge zu messen ist, abgedeckt ist und wobei in einem Abstand von jeder Sensorenleiste,
der größer als die Kantenlänge des Würfels ist, mindestens eine Strahlungsquelle
so angeordnet ist, daß alle von der zu messenden Fläche nicht abgedeckten Sensoren
bestrahlt werden, und daß Schaltungsmittel vorgesehen sind, die aus der Zahl der
bestrahlten Sensoren die Abweichung der gemessenen Länge von einer vorgegebenen
Soll-Länge bzw. die tatsächliche Länge der Würfelfläche feststellen.
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Nach der Herstellung des Beton-Probeeürfels durch Giessen und nach
dessen Aushärtung wird zunächst die für die spezifische Druckfestigkeit ausschlaggebende
Querschnittsfläche bestimmt. Dazu wird der Würfel auf eine Auflagefläche gesetzt
und mit zwei seiner Seiten gegen zwei in einem rechten Winkel zueinanderstehende
Anschlagflächen gedrückt, wobei zweckmäßigerweise die beim Giessen des Würfels nach
oben weisende Fläche gegen die eine Anschlagfläche weist. Diese Seite des Würfels
ist nämlich bei entsprechend akkurater Ausrichtung der Gießform im allgemeinen planparallel
gegenüber der beim Giessen unten liegenden Seite, wenn auch die Oberfläche im Vergleich
zu den Seiten, die durch die Formwandung gebildet werden, relativ rauh ist. Während
also der
Würfel in seine Meßlage gebracht wird, wird von den Sensorenleisten
gegenüber angeordneten Strahlenquellen - diese senden z.B. infrarotes, sichtbares
oder ultraviolettes Licht ausbereits ein Strahlenfächer in Richtung der Sensoren
geworfen.
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Nach der Fixierung des Würfels in seiner Meßlage wird der Meßvorgang
durchgeführt, der im wesentlichen darin besteht, daß von einer elektrischen, mit
den Sensoren verbundenen Schaltung diejenigen Sensoren innerhalb der Sensorenleisten
ermittelt werden, die von der davorliegenden, entsprechenden Seitenfläche des Würfels
abgedeckt werden. Umgekehrt kann natürlich ebenso der nichtabgedeckte Anteil der
Sensoren innerhalb der Sensorenleiste ermittelt werden, wenn die elektrische Schaltung
entsprechend ausgerüstet ist.
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Da es sich bei den Beton-Probewürfeln um Abmessungen einer vorgegebenen
Größe handelt - im allgemeinen werden Würfel von 15 cm und von 20 cm Kantenlänge
verwendet - sind die Maßschwankungen durch die bereits mit solchen Würfeln gewonnene
Erfahrung mit Sicherheit auf einen Toleranzbereich von + 1 cm beschränkt, wobei
die Toleranzmitte gerade dem idealen Würfel mit der exakten Kantenlänge entspricht.
Deshalb brauchen die Sensorenleisten auch nicht über die gesamte Länge einer Fläche
zu reichen, sondern es genügt, wenn sie die von den Toleranzgrenzen definierte Strecke
überdecken. Mit Hilfe der elektrischen Schaltung kann dann zu der Anzahl der abgedeckten
Sensoren jeweils eine Konstante addiert werden, die dann der Länge bis zu dem tiefsten
abgedeckten Sensor entspricht.
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Zweckmäßigerweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem
Wahlschalter bzw. Tastschaltern versehen, mit dem bzw. mit
denen
vorgewählt werden kann, welcher Meßwert zur Anzeige gebracht werden soll, nämlich
ob einekantenlänge, die Querschnittsfläche, das Volumen des Würfels oder alle drei
Werte nacheinander zur Anzeige gebracht werden sollen. Dazu ist dann lediglich noch
ein Taster zu drücken, der bewirkt, daß im Augenblick der Betätigung der gerade
von dem Würfel bewirkte, an den Sensorenleisten vorhandene Zustand registriert und
ggf. über entsprechende Schaltkreise zu der Querschnittsfläche oder dem Volumen
ausgewertet wird. In üblicher Weise können die so ermittelten Daten gespeichert
werden und/oder von einem ggfs. nachgeschalteten Schreiber ausgedruckt werden.
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Die Erfindung sieht in Weiterbildung darüber hinaus vor, daß während
der geometrischen Bestimmung des Würfels zur selben Zeit das Gewicht bestimmt wird,
was in vorteilhafter Weise dadurch erreicht wird, daß die Auflagefläche für den
Würfel einschließlich der daran befestigten Anschlagflächcnmit ihren Sensorenleisten
und einschließlich der beispielsweise ebenfalls auf der Auflagefläche gestützten
Strahlenquellen, als Auflageplatte einer Waage ausgebildet ist. Wenn das Eigengewicht
der Auflagefläche mit allen Aufbauten dem Anzeigewert Null zugeordnet wird, erhält
man durch Auflegen des Würfels dessen tatsächliches Gewicht. Die Waage ist zweckmäßigerweise
in die elektrische Schaltung integriert, so daß bei entsprechender Erweiterung des
Vorwählschalters auf die Position "Gewicht" auch dieses Meßergebnis getrennt oder
im Anschluß an die drei genannten Größen zur Anzeige gebracht bzw. gespeichert und
ausgedruckt werden kann.
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Es kann bei einem Beton-Probewürfel durchaus einmal vorkommen, daß
auf einer der Meßflächen ein Korn in Form eines Steinchens oder sonst irgendeine
Verunreinigung vorhanden ist. Um auch hier Meßfehler so weit wie möglich auszuschließen,
sieht die Erfindung in Weiterbildung vor, daß jede Sensorenleiste von mehreren,
z.B.
zwei Strahlenquellen unter verschiedenen Winkeln angestrahlt wird. Wenn dann tatsächlich
einer der beiden Strahlengänge durch einen Fremdkörper daran gehindert ist, eine
der entsprechenden Fläche gemäße Verteilung zwischen beleuchteten und abgedeckten
Sensoren hervorzurufen, sorgt der zweite, von der zweiten Strahlungsquelle ausgesendete
Strahl für eine entsprechende Abdecksituation. Im Normalfall führt jedoch die Bestrahlung
durch beide Strahlenquellen zu einem identischen Meßergebnis.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles,
das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert; darin bedeuten: Fig. 1 eine
isometrische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Beton-Probewürfel
in Meßposition, Fig. 2 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß
Fig. 1 und Fig. 3 eine Seitenansicht eines Teiles der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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In Fig. 1 ist die Erfindung in isometrischer Abbildung dargestellt.
Auf einer als Auflagefläche dienenden Grundplatte sind zwei vertikal aufragende,
zueinander in einem rechten Winkel stehende, als Anschlagflächen dienende Backen
2 und 4 befestigt.
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Ein Beton-Probewürfel 6 ist auf der Grundplatte 1 so ausgerichtet,
daß er mit seinen hinteren, dem Betrachter abgewandten Seiten an den Backen 2 und
4 anliegt. Dadurch ist seine Lage eindeutig definiert.
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In dieser Lage deckt der Würfel 6 einen Teil eines Fensters 8 innerhalb
der Backen 2 und 4 und innerhalb eines Aufsatzes 10 auf der Backe 4 ab, hinter dem
sich jeweils eine in Fig. 3schematisch dargestellte Sensorenleiste 12 befindet.
Es ist klar zu erkennen, daß mit wachsender Kantenlänge des Würfels ein größerer
Bereich des Fensters 8 in jeder Backe 2 und 4 bzw. in dem Aufsatz 10 und damit eine
größere Anzahl von Sensoren 20 der Sensorenleiste 12 abgedeckt wird. Diese Tatsache
wird zur Erfassung der Länge der einzelnen Würfelflächen ausgenutzt.
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In einem gewissen Abstand von den Backen 2 und 4 sind zwei Pfosten
14 und 16 auf der Grundplatte 1 aufgestellt, an denen Strahlungsquellen 18 angebracht
sind. Diese senden einen Fächer z.B. von infrarotem, sichtbarem oder ultravioletten
Licht aus, der jeweils auf eines der Fenster 8 und damit auf die Sensorenleiste
12 gerichtet ist. In Impulsen ausgesendetes infrarotes Licht eignet sich besonders
gut, da es den Einfluß von künstlichem oder Tages-Licht ausschließt,das bei einer
Messung in die Sensoren 20 fallen kann. In den Figuren ist jeweils nur ein Strahl,
und zwar der, der jeweils die vor jedem Fenster 8 liegende Kante berührt, als gestrichelte
Linie eingezeichnet.
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Der Meßbereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist aufgrund der
vorgegebenen Sensorenleisten-Länge auf Würfelgrößen begrenzt, von denen sich in
der Praxis herausgestellt hat, daß sie praktisch niemals überschritten werden. Meßtechnisch
bedeutet das, daß ein Würfel der maximal meßbaren Größe bis auf einen Sensor 20
die gesamte Sensorenleiste 12 mit der entsprechenden Würfel fläche abdeckt. Jede
einer Sensorenleiste 12 zugeordnete Strahlungsquelle 18 muß also innerhalb einer
Ebene, die senkrecht zu der entsprechenden Backe und rechtwinklig zu der Sensorenleiste
12 verläuft und darüber hinaus den äußersten Sensor innerhalb der Sensorleiste
schneidet,
angeordnet oder auf der dem Würfel abgewandten Seite dieser Ebene angeordnet sein.
Anderenfalls würde, was deutlich aus Fig. 2 zu erkennen ist, bei sehr großen Würfelformen
die vordere, der Strahlungsquelle zugewandte Kante des Würfels und nicht die hintere,
zu der die Sensorenleiste abdeckenden Fläche gehörige Kante den Ausschlag für die
Messung geben. Bei einer Anordnung der Strahlungsquelle 18 in großer Entfernung
von der o.g. Ebene treten allerdings Parallaxe-Fehler auf. Falls jedoch - z.B. aus
Raumgründen - die Strahlungsquellen nicht so angeordnet werden können, daß keine
Parallaxe auftritt, kann die mit den Sensoren verbundene Schaltung so gestaltet
werden, daß derartige Fehler z.B. aufgrund einer unterschiedlichen Bewertung der
von den Sensoren ausgehenden Signale ausgeglichen werden.
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Bei der dargestellten Ausführungsform sind jeder Sensorenleiste 12
zwei Strahlungsquellen 18 zugeordnet. Damit wird jede Sensorenleiste 12 aus zwei
unterschiedlichen Richtungen angestrahlt, so daß ein evtl. im Strahlengang der einen
Strahlungsquelle befindlicher Fremdkörper das Meßergebnis nicht verfälscht, vorausgesetzt,
daß der andere Strahlengang ungehindert von Fremdkörpern bis zur Sensorenleiste
vordringen kann. Es kommt bei der Anordnung der Strahlungsquellen 18 also nicht
auf die Einhaltung eines bestimmten Winkels zwischen den von ihnen emittierten Strahlenfächern
an, sondern lediglich darauf, daß zwei unabhängige, genügend weit auseinanderliegende
Strahlungswege vorgesehen sind.
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Aus Fig. 2 ist zu erkennen, daß die beiden Strahlungsquellen 18 zur
Messung der Würfelhöhe an dem Pfosten 14 nicht unmittelbar gegenüber des zugehörigen
Fensters 8 innerhalb des Aufsatzes 10 angeordnet sind, sondern in einem Winkel dazu
versetzt.
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Diese Abweichung gegenüber den anderen beiden Meßstellen ist unerheblich,
da für die Messung der Höhe einzig die den Strahlungsquellen 18 abgewandte, obere
Kante der die Sensorenleiste 12 teilweise abdeckenden Fläche maßgeblich ist. Diese
Zusammenhänge sind
besonders gut aus der Fig. 3 zu erkennen. Hier
sind drei verschiedene Würfelhöhen dargestellt, wobei die niedrige Höhe als ausgezogene
Linie und die beiden höheren Größen gestrichelt dargestellt sind. Der von den beiden
Strahlungsquellen 18, von denen in Fig.3 nur eine zu sehen ist, ausgesandte Strahlen
fächer trifft in einem gewissen Neigungswinkel auf die Oberseite des Würfels, wobei
dann die an der Backe 4 anliegendc Seite des Würfels 6 letztlich den Ausschlag gibt,
welcher Sensor gerade noch bestrahlt wird und welcher bereits abgedeckt ist. Auf
der rechten Seite in Fig. 3 ist als Ausschnitt die Anlagefläche der Backe 4 mit
ihrem Aufsatz 10 dargestellt. In der dargestellten Ausführungsform sind die einzelnen
Sensoren 20 innerhalb der Sensorenleiste 12 übereinander, jedoch zueinander versetzt
angeordnet. Bei vorgegebenem Durchmesser eines Sensors kann dadurch das Auflösungsvermögen
verbessert werden.
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Falls eine besonders hohe Auflösung gewünscht wird, also die Messung
besonders genau sein soll, jedoch keine genügend kleinen Sensoren 20 zur Verfügung
stehen, kann statt der Sensorenleiste 12 eine ähnliche Leiste vorgesehen sein, die
statt der Sensoren die Endflächen von fiberoptischen Fasern enthält. Die Fasern
werden dann zu einer Stelle geführt, wo genügend Platz vorhanden ist um die Sensoren,
ohne auf die Raumgründe Rücksicht nehmen zu müssen, unterbringen zu können. Jede
Faser ist dann einem Sensor zugeordnet, wodurch bei Verwendung besonders dünner
Fasern, die sehr eng beieinanderliegend angeordnet werden können, sich eine sehr
große Auflösung ergibt.
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An den Backen 2 und 4 können noch Anschläge 22 angebracht sein, wobei
es zweckmäßig ist, daß eine der beiden Backen mit zwei, in gleicher Höhe über der
Grundplatte 1 angeordneten Anschlägen 22 und die andere Backe mit einem Anschlag
versehen ist.
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Dadurch kommt es zumindest an den Backen zu einer eindeutigen Anlage,
falls die Seitenflächen des Würfels 6 in sich gekrümmt sind bzw. nicht aufeinander
senkrecht stehen. Sie verhindern außerdem
den Einfluß von Fremdkörpern,
die sich auf der Grundplatte 1 zwischen der Backe 4 und der Probe 6 ansammeln können.
Die Anschläge 22 sollten keinen zu großen Abstand des Würfels 6 von den Backen 2
und 4 bewirken, da anderenfalls das Meßergebnis aufgrund des Parallaxe-Effektes
beeinträchtigt wird.
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Da zur Eigenschaftsbestimmung des Beton-Probewürfels auch die Ermittlung
der Dichte gehört, die aus dem Quotienten aus dem Gewicht und dem Volumen gebildet
wird, ist neben der geometrischen Datenerfassung auch die Gewichtsmessung des Würfels
erforderlich. Die Erfindung sieht deshalb vor, daß die Grundplatte 1 den Meßtisch
einer Waage bildet, die so geeicht ist, daß sie den Wert Null bei leerer Vorrichtung
anzeigt. Alle Aufbauten auf der Grundplatte 1 gehören somit zum Eigengewicht der
Waage, so daß bei Auflegen eines Beton-Probewürfels 6 auf die Auflagefläche der
Grundplatte 1 von der Waage das Gewicht des Würfels unmittelbar erfaßt werden kann.
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Die Erfindung umfaßt weiterhin eine elektrische Schaltung, die mit
den Sensoren 20 und der nicht weiter dargestellten Waage verbunden ist. Mit ihrer
Hilfe können die Querschnittsflächen und das Volumen aus den einzelnen Längenmessungen
der Flächen berechnet und außerdem das Gewicht hintereinander ausgegeben werden.
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Die Erfindung bedient sich hierbei bekannter Schaltungen, so daß auf
eine Darstellung verzichtet werden kann.
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Die mit Hilfe der Erfindung erreichbaren Genauigkeiten liegen über
denen, die von herkömmlichen Prüfmaschinen zur Bestimmung der Bruchlast erzielbar
sind. Somit ist das Ergebnis der spezifischen Druckfestigkeits-Messung mit einer
Toleranz behaftet, die in erster Linie durch die Prüfmaschine und nicht durch die
erfindungsgemäße Vorrichtung bestimmt wird. Bei der bisher üblichen Messung von
Hand allerdings mußte wegen der großen Meßunsicherheit der geometrischen Größen
ein weit größerer Toleranzbereich als
von der Prüfmaschine vorgegeben,
angenommen werden. Somit erleichtert die Erfindung nicht nur die Messung, sondern
führt sie auch wesentlich präziser durch.
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- Patentansprüche -
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