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Wird bei dieser Einstellung der Permanentmagnet von dem Bewehrungsstab
angezogen, so macht sich dies durch die entsprechende Haftkraft bemerkbar, d. h.,
die Betonüberdeckung hat zumindest die vorgeschriebene Dicke.
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Erreicht die Haftkraft einen spürbaren Wert, muß beispielsweise eine
relativ große Kraft aufgewand werden. um die Einrichtung von der Oberfläche des
Stahlheton-Bauteils abzuziehen, so ist die Dicke der Betonüberdeckung zti geling.
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Diese bekannte Einrichtung ermöglicht also eine eher qtialitative
Messung. d. h., es läßt sich nur feststellen, ob die vorgegebene Dicke der Betonüberdeckung
oder cine Abweichung in eine der beiden möglichen Richtung gen, nämlich zu geringe
Dicke bzw. zu hohe Dicke. vorliegen. Eine quantitative Aussage über den exakten
Zahlenwert der Dicke ist trotz der zusätzlich zu verwenden den lustiervorrichtung
nicht ohne weiteres möglich.
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Die Messung der Abreißkraft läßt sich bei den in Betracht kommenden
Betonüberdeckungen von 10 bis 35 cm auch aus anderen Grtlnden nicht durchführen:
Die Magnetkräfte müssen bei großen Betonüberdckkungen sehr groß werden, so daß Magnete
üblicher Herstellung nicht mehr zu gebrauchen sind. Die dafür crfr>rderlichen
schweren Magnete würden das Gerät unhandlich machen. Wegen der unterschiedlichen
Durchmesser der Bewehrungsstäbe und der unterschiedlichen Betonüberdeckungen sind
die Messungen zwangsläufig sehr ungenau.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung
zur Messung der Dicke der Betonüberdeckung von Bewehrungsstäben für Stahlheton-Bauteile
der angegebenen Gattung zu schaffen, bei der die obenerwähnten Nachteile nicht auftreten.
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Insbesondere soll eine Einrichtung vorgeschlagen werden, die eine
quantitative Aussage über die Dicke der Betonüberdeckung ermöglicht, also beispielsweise
die Dicke der Betonüberdeckung in Zen1imetern anzeigt.
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Dies wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs
1 angegebenen Merkmale erreicht.
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Zweckmäßige Ausführungsfonnen sind in den Unteransprüchen zusammengestellt.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere darauf,
daß nicht die Abrißkraft des Permanentmagneten gemessen, sondern die Anziehungskraft
des Permanentmagneten ohne weitere justierungen sofort und kontinuierlich über den
gesamten Meßbereich angezeigt wird. Die gemessene Magnetkraft entspricht wiederum
einem bestimmten Abstand zwischen Permanentmagnet und Bewehrungsstab und damit zwischen
der Meßeinrichtung und dem Bewehrungsstab, so daß aus dem bekannten Abstand zwischen
Permanentmagnet und Oberfläche des Stahlbeton-Bautcils durch eine entsprechende
Eichung die Betonüberdecku ng ermittell und auf einer Skala dargestellt werden kann.
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Die Beziehung zwischen der Anziehungskraft des Permanentmagneten
und dem Abstand zu dem Bewehrungsstab hat einen näherungsweise hyperbolischen Verlauf,
so daß sich eine extrem nicht-lineare Anzeige ergeben würde. Deshalb ist eine Kompensationsfeder
vorgesehen, die einen ähnlichen, extrem nicht-linearen Verlauf hat und dadurch diese
Beziehung kompensiert, so daß über einen großen Meßbereich eine näherungsweise lineare
Anzeige möglich wird.
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Diese Kompensationsfedel kann beispielsweise durch eine Luftfeder
gebildet werden, bei der der Permaneatmagnet die in einex flexiblen Zylinder enthaltene
Luft komprimiert. Der jeweils vorliegende Luftdruck kann dann gleichzeitig mittels
eines Manometers gemessen und für die Anzeige herangezogen werden.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird jedoch eine magnetische
Kompeiisationsfeder verwendet, d. h., der Balken wird mit einem zweiten Permanentmagneten
versehen, dem ein cm ritter Permiinentmagnet gegenüberliegt. Es muß also, ausgehend
von einer stabilen Gleichgewichtslage ohne Beeinflussung des ersten Mel3-Permallelltmlgneten
durch den Bewehrungsstab, titir die Verschiebung des Balken in die cigentliche Meßlagc
erhißt welclell. wobei der G lcichge'vichtszustand durch die Anziehungskraft des
Bewehrungsst-ibes einerseits und durch die magnetische Feder andererseits festgelegt
wird.
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ZweckmsiBigel weìse wird der Balken schwenkbar gelagert, wobei der
Massensebwerpunkt des Balkens auf der Schwenkachse liegen sollte, so daß die Messung
unabhängig von der Lage der Einrichtung wird, also beispielsweise auch Überkopf-Messungen
oder Messungen an senkrechten Flächen möglich sind.
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Außerdem kann durch geeignete Auswahl der Länge der beiden Hebelarme
des Balkens die magnetische Kompensationsfeder durch kleinere Permanentmagnetc aufgebaut
werden, so daß sich ein sehr kompaktes Meßgerät ergibt.
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Als Alternative hierzu ist es auch möglich, den Balken in seiner
Längsrichtung verschiebbar zu lagern. Dann ist jedoch nur die Messung durch Auflegen
auf horizontale Flächen der Stahlbeton-Bauteile möglich, weil bei einer Abweichung
aus der senkrechten Lage des Meßgerätes die Schwerkraft das Meßergebnis beeinfiußt.
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Für die eigentliche Anzeige. also für die Umsetzung der Gleichgcwichts-Meßlage
des Balkens in den entsprechenden Meßwert für die Dicke der Betonüberdekkung, stehen
verschiedene Verfahren zur Verfügung, beispielsweise die einfache mechanische Verstellung
eines Zeigers, der über einen Seiltrieb mit dem Balken verbunden ist. aber auch
elektrische. magnetische und optische Verfahren, also induktive Meßaufnehmer. kapazitivc
Meßaufnehmer, Potentiometer, Widerstandaufnehmer, die photoelektrische Wegmessung
oder auch die inkrementale Längenmessung.
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Gute Ergebnisse werden mit einem induktiven Wegmeßaufnehmer nach
dem Differentialdrossel-Prinzip erreicht. Außerdem benötigt dieser Wegmeßnehmer
nur sehr wenig Raum, so daß sich ein sehr kompaktes Gerät ergibt.
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Die Anzeige kann entweder analog, also beispielsweise mittels eines
Zeigers. oder auch digital erfolgen, wozu sich wiederum das Meßsignal eines induktiven
Wegaufnehmers nach dem Differentialdrossel-Prinzip sehr gut cignet.
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Bei der Messung von Betonüberdeckungen über Bewehrungsståbell ist
zwischen der Messung über den dicksten Bewehrungsstäben, die im allgemeinen einen
Durchmesser von etwa 27 mln haben. und den Stäben von Betonsta hlmatten. die einen
kleinsten Durchmesser von 5 mm aufweisen. über den gesamten Meßbereich eine näherungsweise
konstante Verringerung der Anzeige für die Dicke der Betonüberdeckung von höchstens
3 mm Festzustellen.
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Bei bekannter Stabdicke, wie sie im allgemeinen aus den Bewehrungsplänen
abgeleitet werden kann, läßt sich also bei einer linearen Skala die Kompensation
des Meßfehlers der auf unterschiedliche Stabdicken zurückzuführcii ist, sehr einfach
durch eine relative Verdrehung zwischen Skala und Zeiger erreichen, die etwa einer
Verringerung des angezeigten Meßwertes um 3 mm entspricht.
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Das gleiche Ergebnis läßt sich bei einem elektrischen Wegmeßverfahren
und einer entsprechend elektrischen
Anzeige, beispielsweise bei
dem obenerwähnten induktiven Wegmeßaufnehmer, durch Zuschalten einer Vorspannung
erzielen, die von dem vorhandenen Meßwert die erwähnte Differenz von 3 mm abzieht.
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Um eine weitere Abstufung zu ermöglichen, kann die Vorwahl verschiedener
Bereiche von Stabdurchmessern vorgesehen werden, d. h., an dem Gerät lassen sich
beispielsweise sehr geringe, mittlere oder große Stabdurchmesser einstellen, so
daß eine entsprechende Vorspannung die-elektrische Anzeige beeinflußt Die anderen,
im Prinzip möglichen Varianten zur Berücksichtigung des Einflusses unterschiedlicher
Stabdurchmesser sind aufwendiger und/oder ungenauer, beispielsweise das Hinzufügen
weiterer Magnete für die teilweise Kompensation dieses Einflusses. die Veränderung
des Abstandes der Magnete für die magnetische Kompensationsfeder oder die Abschwächung
des Magnetfeldes durch eine zusätzliche Abschirmung. technisch aber möglich.
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Ein weiteres Problem bei Einrichtungen zur Messung der Dicke der
Betonüberdeckung von Bewehrungsstäben liegt darin, daß ein solches Meßgerät direkt
über dem Bewehrungsstab auf das Stahlbeton-Bauteil aufgesetzt werden sollte, d.
h., der Bewehrungsstab sollte senkrecht unter dem Meßgerät liegen, weil bereits
geringe Abweichungen von dieser senkrechten Lage zu einer Erhöhung der gemessenen
Dicke und damit zu einer Fehimessung führen.
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Um die exakte Lage des Bewehrungsstabes zu orten, ist ein zusätzliches
Meßsystem vorgesehen, bei dem die beiden Teilspulen einer Pifferentialdrosselschalttlng
parallel nebeneinanderliegen. Wenn die beiden Teilspulen jeweils den gleichen Abstand
von dem Bewehrungsstab haben, erzeugen sie jeweils identische Ausgangssignale, nämlich
die gleiche Meßspannung, so daß die korrekte Lage beispielsweise durch Erregung
einer Leuchtdiode oder bei einer digitalen Anzeige durch das Einschalten der Anzeige
angegeben werden kann.
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Ist die von den beiden Teilspulen gelieferte Spannung nicht gleich,
so haben sie unterschiedliche Abstände vom Bewehrungsstab, d. h. das Gerät muß so
lange über die Oberfläche des Stahlbeton-Bauteils verschoben werden, bis die gleiche
Spannung erreicht wird.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt Fig.
1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsförmeiner Einrichtung zur Messung der
Dicke der Betonüberdeckung von Bewehrungsstäben mit einer mechanischen Zeigeranzeige,
F i g. 2 eine Detailansicht der mechanischen Zeigeranzeige, F i g. 3 eine zweite
Ausführungsform einer Einrichtung zur Messung der Dicke der Betonüberdeckung von
Bewehrungsstäben, Fig. 4 eine Seitenansicht der Ausführungsform nach Fig. 1, jedoch
mit induktivem Wegmeßaufnehmer, Fig.5 den Schaltungsaufbau des induktiven Wegmeßaufnehmers,
und Fig. 6 den Aufbau einer Schaltung für die Justierung der korrekten Meßlage einer
Einrichtung zur Messung der Dicke der Betonüberdeckung von Bewehrungsstäben.
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Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte, allgemein durch das Bezugszeichen
10 angedeutete Einrichtung zur Messung der Dicke dci. Betonüberdeckung von Bewehrungsstäben
für Stahlbetoll-Bauteiìe weist ein Gehäuse 12 aus einem nicht-magnetisierbaren MateriaL
beispielswcise einem Kunststoff, auf, in dem ein Balken 14 um eine Achse 16 schwenkbar
gelagert ist Die Achse 16 befindet sich im Massenmittelpunkt des Balkens 14.
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An dem gemäß der Darstellung in Fig. 1 linken Ende des Balkens 14
ist ein erster, zur eigentlichen Messung dienender Permanentmagnet 18 angebracht,
der im folgenden auch als »Meßmagnet 18« bezeichnet werden soll. Dieser Meßmagnet
18 befindet sich an der Unterseite des Balkens 14, ist also zu der Fläche des Gehäuses
12 hingerichtet, die auf das Stahlbeton-Bauteil aufgelegt wird.
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An dem gemäß der Darstellung rechten Ende des Balkens 14 ist ein
zweiter Permanentmagnet 20 auf der gegenüberliegenden Seite des Balkens 14 angebracht,
also nach oben hin gerichtet. Gegenüber diesem Kompensations-Permanentmagneten 20
befindet sich ein weitercr Permanentmagnet 22, der an der Innenseite des Gehäuses
12 befestigt ist. Die gleichnamigen Pole, also z. B. die Nordpole der beiden Permanentmagnete
20,22 sind einander zugewandt, so daß sie sich abstoßen.
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und zwar mit einer Kraft, die mit kleiner werdendem Abstand zunimmt.
Die beiden Permanentmagnete 20 und 22 bilden gemeinsam eine magnetische Kompensationsfeder.
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Unter dem rechten Ende des Balkens 14 ist eine Eisenplatte 24 am
Boden des Gehäuses 12 angeordnet: diese Eisenplatte 24 dient zur Abschirmung des
Kompensations-Magneten 20 gegen den Bewehrungsstab.
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Der Balken 14 wird durch eine Wendelfeder 26, die am Gehäuse 12 befestigt
ist, in einer definierten Gleichgewichtslage gehalten, wenn sich kein Bewehrungsstab
unter dem Mcßmagneten 18 befindet. Diese Gleichgewichtslage ist in Fig. 1 durch
die Schraffur angedeutet.
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Statt der Wendelfeder kann auch ein Anschlag verwendet werden.
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Die beiden Arme des Balkens 14, von der Drehachse 16 aus gesehen,
haben unterschiedliche Längen, so daß für die magnetische Kompensationsfeder nur
relativ kleine Permanentmagnete erforderlich sind.
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Das gemäß der Darstellung in F i g. 1 linke Ende des Balkens 14 ist
über einen Seiltrieb 28, der über eine Rolle 30 läuft, und über eine Kette 32 mit
einer Drehachse 34 eines Zeigers 36 verbunden, die über eine Spiralfeder 38, die
am Gehäuse 12 befestigt ist, in ihre Ausgangslage zurückgestellt wird (siehe auch
F i g. 2). Der Zeiger 36 läuft über eine nicht dargestellte Skala auf einer Anzeigescheibe
39 die sich unter einer durchsichtigen Scheibe 40 an der Oberseite des Gehäuses
12 befindet und deshalb von außen abgelesen werden kann, wenn das Gehäuse 12 auf
die Meßstelle aufgelegt wird.
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Vor der eigentlichen Messung, also vor dem Auflegen des Gchäuses
12 auf die Meßstelle, wird der Balken 14 durch die Wendelfeder 26 sowie die magnetische
Kompensationsfeder aus den beiden Permanentmagneten 20 und 22 in einer Gleichgewichtslage
gehalten, die in F i g. 1 durch die Schraffur angedeulel ist.
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Wird nun das Gehäuse 12 auf die Meßstelle aufgelegt und dadurch der
Meßmagnet 18 immer näher an den Bewehrungsstab hçrangebracht. so wird der Meßmagnet
18 durch den Bewehrungsstab angezogen und verschiebt sich so lange, bis durch die
erhöhte Gegenkraft der beiden Permanentmagnete 20 und 22. die einander anstoßen,
ein neuer Gleichgewichtszustand des Balkcns 14 erreicht wird, der in F i g. 1 ohne
Schraffur angedeutet ist.
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Der dadurch hervorgerufene Ausschlag des i3iilkens 14 stellt also
ein Maß fül die Anziehungskraft des A1eßmagneten 18 und damit für den Abstand zwischen
Mcß-
magnet 18 und Bewehrungsstab dar. so daß der ,:ugehörige Ausschlag
des Zeigers 36, nach entsprechendel Eichung, die Dicke der Betonüberdeckung des
Bewehrungsstabes darstellt.
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F i g. 3 zeigt eine allgemein durch das Bezugszeichen 50 angedeutete
Variante der Einrichtung zur Messung der Dicke der Betonüberdeckung, bei dci ds
C;eh:iusc 52 etwa die Form eines Hohlzylinders hat. In ,lieseii Hohlzylinder 52
ist der Balken 54 in seiner Längsrichtung nämlich auf der Achse des Hohlzylinders
52, verschiebbar gelagert und wird beispielsweise in Führungen einer Zwischenwand
56 geführt.
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An dem gemäß der Darstellung in Fig.3 unteren Ende des Balkens 54
ist der eigentliche Meßmagnet 58 angebracht, während der Balken an seinem oberen
Ende den ersten Permanentmagneten 60 der magnetischen Kompensationsfeder trägt.
Der stalionärc Permanentmagnet 62 der magnetischen Kompensationsfeder ist in dem
Gehäuse befestigt und weist eine weitere Führung 64 für die Längsverschiebung des
Balkens 54 atifl Die beiden Permanentmagnete 60 und 62 sind als Scheiben ausgebildet.
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Diese Ausführungsform hat die gleiche Funktionsweise wie die oben
beschriebene Ausführungsform nach Fig. 1, wobei die bis zur neuen Gleichgewichtslage
durchlaufene Verschiebung des Balkens 54 über einen geeigneten Wcgmeßaufnehmer (nicht
dargestellt) auf eine Anzeige (ebenfalls nicht dargestellt) übertragen wird.
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F i g. 4 zeigt eine Ausführungsfoi.m einer Meßeinrichtung, die im
wesentlichen die gleichc Funktionsweise wie die Ausführungsform nach Fig. 1 hat:
dabei ist jedoch keine mechanische Anzeige sondern eine Anzeige mitlels eines induktiven
Wegmeßaufnehmers vorgesehen. Die Bauteile, die bereits bei der Ausführungsform nach
Fig. 1 vorhanden sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und sollen nicht
nochmals beschrieben werden, Bei dieser Ausführungsform ist an dem Balken 14, und
zwar zweckmäßigerweise auf der Höhe seiner Schwenkachse 16, ein Lappen 70 angebracht,
der einen Tauchanker 72 trägt. Dieser Tauchanker erstreckt sich in eine Differentialdrossel
74, die über scheinati',ch angedeutete Leitungen mit einer Auswertelektronik 76
verbunden ist. Das Ausgangssignal der Auswertelektronik 76 wird in einem Anzeigeelement
78 dargestellt das von außen abgelesen werden kann. Dabei handelt es sich entweder
um eine anloge oder um eine digitale Anzeige, beispielsweise durch Leuchtdioden
oder Flüssigkristallelemente.
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F i g. 5 zeigt den Grundaufbau eines induktiven Wcgmeßaufnehmers,
der nach dem Differentialdrossel-Prinzip arbeitet, also den eigentlichen Meßteil
der Ausführungsform nach Fig.4. Der Tauchanker 72 kann in Richtung des Doppelpfeils
in der Differentialdrossel 74 verschoben werden, die einen Hohlzylinder 74a und
die eigentlichen Spulenwicklungen 74b aufweist.
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Die beiden äußeren Enden der Spulenwicklungen 74b liegen an einer
Wechselspannungsquelle, deren Pole über Widerstände R1 und R 2 miteinander verbunden
sind. Der Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen R 1 und R 2 ist über
ein Spannungsmeßgerät 76 an die Mitte der Spulenwicklungen 74b angeschlossen.
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Damit entstehen also im Prinzip zwei Spulen, in denen bei einer Verschiebung
des Tauchankers 72 Spannungen induziert werden, deren Größe von der momentanen Lage
des Tauchankers 72 abhängt. Diese Spannungen werden von deni Spannungsmeßgerät 76
erfaßt und stellen damit ein Maß für die Lage des Tauchankers 72 und damit schließlich
für die Schwcnkbewegung des Balkens 14 dar, so daß dieses Spannungssignal als Maß
für die Dicke der Betonüberdeckung herangezogen werden kann F i g. tu zeigt schließlich
ein Zusatzgerät, das ebenkills in dem Gehäuse 10 untergebracht werden kann und dazu
dient, die exakte Lage des Meßgerätes in bezug auf den Bew.ehrtingsstab zu j justieren.
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Hierbei sind die beiden Teilspulen der Differentialdrossel nach F
i g. 5 nicht axial hintereinander, sondern parallel nebeneinander angeordnet. nämlich
die beiden aus F i g. 6 ersichtlichen Teilspulen 80 und 82, die wieder an die Wechselspannungsquelle
angeschlossen sind.
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Auch die beiden Widerstände R 1 und R 2 sind wieder vorgesehen.
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Der Verbinclungsptlnkt zwischen den beiden Widerständen R 1 und R
2 ist an einen Gleichrichter 84 angeschlossen. der außerdem mit den heiden Teilspulen
80, 82 verbunden ist.
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Das Ausgangssignal des Gleichrichters wird auf einen Differenzverstärker
86 gegeben, der einerseits über einen Widerstand R 3 eine Leuchtdiode LED erregt
und außerdem über ein Relais 88 einen Schalter 90 für die Einschaltung der Meßelektronik
92 mit digitaler Anzeige betätigt. Der zweite Pol der Leuchtdiode (LED) und das
Relais liegen am + Pol der Versorgungsspannung.
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An den beiden Tcilspulen 80 und 82 werden nur dann gleiche Spannungen
induziert, wenn die beiden Teilspulen 80 und 82 den gleichen Abstand von dem Bewehrungsstab
haben, d. h.. das Gerät exakt senkrecht über dem Bewehrungsstab angeordnet ist.
In diesem Fall liefert der Differenzverstärker 86 das Signal »Null«, das einerseits
die Leuchtdiode LED erregt und dadurch die exakte Lage anzeigt und/oder iiber den
Schalter 90 die Meßelektronik 92 einschaltet. womit durch Erregung der digitalen
Anzeige die korrekte Lage des Meßgerätes angedeutet werden kann.
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Anschließend wird dann unter Benutzung dieser korrekten Lage mit
den beschriebenen Ausführungsformen die Dicke der Betonüberdeckung ermittelt.
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Das Gehäuse 12, 52 kann mit Rollen oder Rädern (nicht dargestellt)
versehen sein. um die direkte Berilhrting zwischen dem Gehäuse 12, 52 und der rauhen
Betonoberfläche zu verhindern. Dies ist insbesondere dann wesentlich. wenn das Gerät
über die Betonoberfläche verschoben werden muß.
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Bei Verwendung eines induktiven Wegaufnehmers nach dem Differentialdrosscl-
Prinzip nitiß zur digitalen Anzeige die analoge Ausgangsgröße, die Amplitude der
Wechselspannung. zuerst analog-digital gewandelt werden.
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Daher ist die Verwendung einer Wegaufnehmerspule innerhalb einer
Oszillatorschaltung, deren Frequenz sich bei Verschieben des Tauchankers ändert,
mindestens genauso geeignet, da hier der Wegaufnehmer schon eine digital leichter
und direkter meßbare Größe.
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nämlich die Frequenz, liefert.
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Beim Differentialdrosse!-PIinzip hingegen bleibt die Freqtienz konstant.
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