DE3636322C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Mes­ sung von durch Zugkräfte entstehenden Längenänderungen in Ankern, wie Fels- und Erdankern, oder Kabelverankerungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Derartige Vorrichtungen werden z. B. in Felsankern einge­ setzt, mit denen brüchiger oder absturzgefährdeter Fels ge­ sichert werden soll.

Diese Felsanker weisen als Zugelemente z. B. einen Stahl­ stab oder ein Bündel Stahldrähte auf. Die Zugelemente ver­ laufen in einem Bohrloch im Fels, in das Beton injiziert wird. Am luftseitigen Ende sind die Zugelemente in geeigne­ ter Weise mit einem Ankerbolzen mit Gewinde verbunden, auf den eine Ankerplatte aufgeschoben wird, die an dem zu sichernden Fels bzw. einer Stützkonstruktion anliegt und mittels einer auf dem Ankerbolzen aufgeschraubten Mutter in ihrer Lage festgehalten wird. Der Felsanker wird hierbei in üblicher Weise vorgespannt.

Ähnliches gilt für andere Verankerungen, z. B. Erdanker, Kabelverankerungen von Brückenkabeln oder Bauwerken usw.

Bei solchen Verankerungen muß für eine dauernde Wirkung der Anker dafür Sorge getragen werden, daß die aufgebrachte Vorspannung erhalten bleibt. So können z. B. im zu sichernden Fels infolge von Witterungseinflüssen Verschie­ bungen auftreten, die zu erheblichen Spannungsverlusten, aber auch zu bedenklichen Spannungserhöhungen im Anker führen können. Aus diesem Grunde ist es notwendig, die An­ kerkräfte ständig zu kontrollieren.

Ein nicht vorveröffentlichter Stand der Technik weist eine Vorrichtung der in Rede stehenden Art auf, bei der im Ankerbolzen bzw. einem damit starr verbundenen, den Ankerkräften ausgesetz­ ten Teil, im folgenden allgemein als Meßanker bezeichnet, Dehnungsmeßstreifen angeordnet sind. Diese Dehnungsmeß­ streifen messen die Längenänderungen des Meßankers, die bei unterschiedlichen Ankerkräften entsprechend der erwähn­ ten Spannungsänderungen auftreten.

Die Anschlußdrähte der Dehnungsmeßstreifen werden durch eine Bohrung im Ankerbolzen nach außen geführt und münden dort in einem Stecker. Mit diesem Stecker kann dann eine Anzeigevorrichtung, z. B. in Form eines Handgerätes verbun­ den werden, mit dem die Ankerkräfte direkt angezeigt wer­ den. Alternativ ist es vorgesehen, in den Stecker eine Kabelverbindung einzustecken, die zu einer entfernten An­ zeigevorrichtung, z. B. einer zentralen Kontrollstation führt. Hiermit ist eine Fernüberwachung auch mehrerer An­ ker möglich.

Die bei dieser Vorrichtung verwendeten Dehnungsmeßstreifen geben nur ein geringes Ausgangssignal ab, das extern ver­ stärkt und ausgewertet werden muß. Durch die Steckverbin­ dung zur externen Anzeigevorrichtung kann es bei harten Einsatzbedingungen zu Kriechströmen und somit zur Null­ punktdrift des Meßsystems kommen. Außerdem müssen die in einer Brückenschaltung verbundenen Dehnungsmeßstreifen stets unmittelbar nach dem Einbau in den Meßanker kalibriert und gegebenenfalls jeweils später extern abge­ glichen werden. Die Fernübertragung über Kabel setzt in der Regel auch noch Leitungsverstärker voraus, um die schwachen Meßsignale zur Überwachungsstation übertragen zu können.

In der Schweizer Patentschrift 6 45 979 ist eine Vorrich­ tung zum Messen von Deformationen bei einer Ausbruchfläche in Tiefbauten beschrieben. Diese Vorrichtung besteht aus einem im Fels mit der Ausbruchfläche bündig versetzten Meßkopf zur Aufnahme eines Meßgerätes. Dieses Meßgerät nimmt die Deformationen eines Stabes wahr, der am Boden eines Bohrloches in dem Fels eingespannt ist, während sein meßseitiges Ende frei und mit dem Meßgerät verbunden ist. Dieses Meßgerät registriert die Längenänderungen des Stabs und weist hierzu eine eigene Energieversorgung und einen Speicher auf. Die Meßelektronik kann in bestimmten Zeitab­ schnitten von der Meßstelle entfernt und mit einem kleinen Rechner verbunden werden, in den dann die Meßergebnisse überspielt werden.

Mit einer solchen Vorrichtung können jedoch nicht die durch Zugkräfte entstehenden Längenänderungen in beidsei­ tig eingespannten Ankern, wie Fels- und Erdankern, Kabel­ verankerungen etc. gemessen werden. Wollte man diese Län­ genänderungen mit der bekannten Vorrichtung messen, so müßte zusätzlich zu dem Anker noch der erwähnte Stab vor­ handen sein, wodurch die gesamte Vorrichtung aufwendig wäre. Außerdem ist auch die Installation am Meßort umständ­ lich, wobei das Meßgerät auch vor Ort noch geeicht werden muß.

Aus der DE-OS 14 84 533 ist eine Vorrichtung zur Messung der Längenänderungen von beidseitig eingespannten Ankern bekannt, wobei dort in den Ankerbolzen eine Bohrung einge­ bracht ist, in die ein Meßstab unveränderlicher Länge ein­ gesetzt ist und über den die Längenänderungen des Ankers gemessen und in einem Registriergerät aufgezeichnet wer­ den. Als Längenmeßgerät werden z. B. induktive Wegaufnehmer benutzt. Auch bei dieser bekannten Vorrichtung ist der Nachteil darin zu sehen, daß die gesamte Meßanordnung mit dem Meßgerät erst vor Ort in den Anker eingesetzt werden und gegebenenfalls noch abgeglichen werden müssen. Außer­ dem schwächt die für den Meßstab vorzunehmende Bohrung die Haltekraft des Ankers.

Aus der VDI Zeitschrift 100, Nr. 2, 1958, Seiten 49-58, Bild 5 und zugehörige Beschreibung ist eine Meßmuffe für Deh­ nungsmessungen am Spann- und Verankerungsende eines Spann­ stabes beschrieben. Solche Spannstäbe werden z. B. in Brückenbauwerken, aber auch in Verbindung mit Fels- oder Erdankern eingesetzt. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung ist, daß der Spannstab durch die Meßvorrichtung nicht ge­ schwächt wird. Jedoch müssen zur Bestimmung der Dehnungen des Spannstabes Dehnungsmeßstreifen auf den Spannstab vor Ort aufgebracht werden. Hierzu ist hohe Sorgfalt erforder­ lich, um eindeutige Meßergebnisse zu erhalten. Außerdem muß auch hier vor Ort das Meßgerät und gegebenenfalls eine Meßelektronik abgeglichen und kalibriert werden.

Eine Vorrichtung zur Messung von Deformationen in Bauwerken, die von außen getriggert werden kann, ist aus der US-PS 39 87 667 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß die Arbeiten zur Plazierung der Vorrichtung und insbesondere deren Eichung vereinfacht werden und zuverlässige Meßsignale stets zur Verfügung gestellt werden können.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkma­ le gelöst.

Demgemäß ist in den Meßanker bereits ein Meßverstärker in­ tegriert, der mit einer Meßelektronik zusammenarbeitet, die ebenfalls am Meßanker angeordnet ist, wobei der Meßanker als separates Bauteil ausgebildet ist, das zwischen die beiden Teilstücke des Zugteils zu deren Verbindung einge­ setzt ist.

Die Anschlußleitungen der Meßwertumformer, z. B. Dehnungs­ meßstreifen, werden im Meßanker direkt in den Meßverstär­ ker eingeführt und dort z. B. verlötet. Die Meßwertumformer und der Meßverstärker sowie die Leitungen sind vorzugswei­ se gekapselt, z. B. in eine Silikonmasse eingegossen. Kriechströme können hierdurch nicht auftreten. Außerdem kann der in den Meßanker integrierte Meßverstärker mit den angeschlossenen Meßwertumformern bereits im Herstellerwerk abgeglichen und vorkalibriert werden.

Der Meßverstärker ist vorzugsweise ein Spannungsverstär­ ker, der eingeprägte Spannungen abgibt. Aus diesem Grunde ist es unproblematisch, die Meßelektronik mit einer Steck­ verbindung an den Meßverstärker anzuschließen, die bevor­ zugt in einem eigenen Gehäuse auswechselbar in dem Meßan­ ker gehalten ist. Diese Meßelektronik versorgt auch den Meßverstärker mit Energie, der selbst keine eigene Energie­ quelle aufweist. Die Betriebszeit des fest eingebauten Meßverstärkers ist somit unabhängig von der Lebensdauer etwaiger Batterien etc. In der Meßelektronik werden die verstärkten Meßsignale der Meßwertumformer in Sendesignale umgewandelt, die von dem Sender, vorzugsweise mit einer Infrarot-Diode abgestrahlt werden und von einer externen Anzeigevorrichtung, z. B. in Form eines Handgerätes empfan­ gen und dort direkt als Ankerkraftwerte angezeigt werden.

Die Meßelektronik ist mit einer Energiequelle hoher Lebens­ dauer, z. B. Lithiumbatterien ausgerüstet und weist unter anderem elektronische Speicher auf, in denen neben den je­ weiligen Meßsignalen noch andere ankerbezogene Daten fest eingespeichert sind, z. B. Daten für den Ankertyp, die Seriennummer des Meßankers und Referenzwerte zum internen Abgleich des Meßsystems.

Eine Messung wird vorzugsweise induktiv iniziiert. Hierzu weist die Meßelektronik eine Induktionsspule auf, in der von außen, z. B. durch Vorbeistreichen eines Magneten, eine Spannung induziert wird, durch die dann der Meßvorgang ge­ triggert wird. Diese Induktionsspule kann im übrigen auch dazu benutzt werden, die Meßelektronik und den Meßverstär­ ker mit Energie zu versorgen, was insbesondere bei einem Dauermeßbetrieb von Vorteil ist.

Die Vorrichtung kann noch durch einen Sensorkopf erweitert werden, der in einem separaten Gehäuse angeordnet und z. B. auf das luftseitige Ende der Meßelektronik aufsteckbar ist. In diesem Sensorkopf werden die Ausgangssignale der Meßelektronik in Funksignale umgewandelt und etwa zu einer zentralen Konstrollstation übertragen. Der Sensorkopf kann durch Solarzellen mit Energie versorgt werden, die auch die Energie für die Meßelektronik und den Meßverstärker zur Verfügung stellen.

Das gesamte Meßsystem ist in Modulbauweise ausgeführt, wo­ durch eine optimale Flexibilität gewährleistet ist. Bei eventuellen Störungen können die einzelnen Module, nämlich Meßanker mit integriertem Meßverstärker, Meßelektronik und gegebenenfalls Sensorkopf, separat ausgewechselt werden.

Soll eine Gruppe von mehreren Ankern überwacht werden, so ist auch eine Ringvernetzung der Meßanker vorgesehen. Diese Ringvernetzung erlaubt eine kontinuierliche Abfrage der einzelnen Meßanker. Über eine Steuerelektronik, die z. B. in einem Handgerät oder in der zentralen Kontrollstation eingebaut ist, werden mit Hilfe eines Ringkabels, das zu jedem einzelnen Meßanker führt, die Versorgungsspannung für die Meßanker und Steuersignale zur Einleitung einer Messung übertragen. Durch die Ringvernetzung ergibt sich die Möglichkeit einer optimalen Fehlersuche, sowohl hin­ sichtlich der Funktion der Meßanker als auch derjenigen des Kabels. Über die Ringvernetzung kann in beiden Richtun­ gen gesendet und empfangen werden. Falls bei einer Ringab­ fragung ein Meßwert ausfällt, werden die Meßanker in der anderen Richtung abgefragt, so daß festgestellt werden kann, wieviele Meßstationen intakt sind und wo der Fehler genau liegt. Wie bereits obenerwähnt, werden vorzugsweise die einzelnen Messungen getriggert, so daß nur während die­ ser Meßzeit das jeweilige Meßsystem mit Spannung versorgt werden muß. In der übrigen Zeit ist die Elektronik auf stromlosen Betrieb geschaltet. Diese Methode hat auch bei der Ringvernetzung den großen Vorteil, daß dadurch auf der Ringleitung nur sehr wenig Strom fließt und damit wegen des geringen Spannungsabfalles auf den Leitungen größere Entfernungen überbrückt werden können. Es wäre unter ande­ rem auch möglich, die Ringvernetzung über Lichtleiter zu realisieren. Von einem Handgerät aus können dann die Daten an einen zentralen Computer weitergegeben werden.

Als Meßwertumformer können nicht nur die erwähnten Dehnungsmeßstreifen, sondern jegliche elektronische Meß­ wertumformer oder Sensoren verwendet werden. Durch die Flexibilität der Auslegung der einzelnen Elektronikbaugrup­ pen und der Programmierbarkeit des Meßankers und des Sen­ sortypes kann das Meßsystem dann selbst erkennen, welcher Sensor bzw. welcher Meßbereich ausgewählt werden muß. Der Funktionsablauf der beschriebenen Meßvorrichtung kann durch entsprechende Software-Programmierung flexibel ge­ steuert werden. Zentrale Schaltstelle ist bevorzugt immer das erwähnte Handgerät bzw. Handterminal. Wird ein Compu­ ter zur Datenauswertung verwendet, so werden vom Handtermi­ nal an den Computer die Daten übertragen, diese dort wei­ terverarbeitet und gespeichert.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unter­ ansprüchen hervor.

Die Erfindung ist in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser stellt dar

Fig. 1 einen Schnitt durch das luftseitige Ende eines Felsankers mit einer Vorrichtung zur Messung von Längenänderungen des Ankers;

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch einen in der Vorrichtung verwendeten Meßanker;

Fig. 3 ein elektrisches Schaltbild des verwendeten Meßan­ kers;

Fig. 4 einen schematischen Querschnitt durch eine in der Vorrichtung verwendete Meßelektronik;

Fig. 5 ein Blockschaltdiagramm des Aufbaues der Meßelek­ tronik;

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines Handterminals;

Fig. 7 ein Blockschaltbild der Elektronik in dem Handter­ minal;

Fig. 8 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung mit einer Funkübertragung;

Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Ringverbindung mehrerer Vorrichtungen.

In Fig. 1 ist ein Querschnitt durch das luftseitige Ende eines Zugelements 1 eines Felsankers dargestellt. Der Felsanker weist eine Vielzahl von Spanndrähten 2 auf, die in einem Bohrloch 3 innerhalb eines Hüllrohres 4 verlaufen. Innerhalb einer luftseitigen Betonstützkonstruktion 5 ist eine gegenüber dem Bohrloch 3 im Durchmesser vergrößerte Ausnehmung 6 vor­ gesehen, innerhalb der die Spanndrähte 2 aufgefächert und in einem Kabelkopf 7 in herkömmlicher Weise befestigt sind. Mit dem Kabelkopf 7 ist ein Meßanker 8 verbunden, der sich in einem Ankerbolzen 9 mit Gewinde fortsetzt. Auf diesem Ankerbolzen 9 ist eine Ankerplatte 10 aufgeschoben, die an der Betonstützkonstruktion 5 anliegt und in ihrer Lage durch eine auf dem Ankerbolzen 9 laufende Mutter 11 fixiert ist.

Mit Hilfe der Mutter 11 wird die Vorspannung für den Fels­ anker eingestellt.

In dem Meßanker 8 sind als Meßumformer-Dehnungsmeßstreifen 12 und ein Meß­ verstärker 13 eingebaut (Fig. 2); in einer Ausnehmung am Ende des Ankerbolzens ist eine Meßelektronik 14 (Fig. 4) eingesetzt, wobei Meßverstärker und Meßelektronik über eine in einer zentrischen Bohrung 15 des Ankerbolzens 9 verlaufende Kabelverbindung miteinander verbunden sind. Die von der Meßelektronik 14 abgegebenen Signale werden mit Hilfe eines Handterminals 16 (Fig. 6) empfangen.

Der in Fig. 2 gezeigte Meßanker 8 weist einen stählernen Grundkörper 17 auf, auf dessen Außenumfang in Aussparungen 18 in 90°-Abständen jeweils in Längs- und Querrichtung ins­ gesamt acht Dehnungsmeßstreifen 12 aufgeklebt werden. Die Ausnehmungen 18 werden anschließend mit Silikonmasse 20 ausgegossen. Zumindest in diesem Bereich wird über den Meß­ anker 8 ein Schutzrohr 21 geschoben und fixiert. Anschluß­ leitungen 22 der Dehnungsmeßstreifen 12 werden durch Stich­ bohrungen 23 in eine zentrische Durchtrittsbohrung 24 des Meßankers geführt. Diese Durchtrittsbohrung 24 weist an beiden Enden des Meßankers Gewinde 25 auf, die zur Verbin­ dung einerseits mit dem Kabelkopf 7 und andererseits mit dem Ankerbolzen 9 dienen. In der Mitte der zentrischen Durchtrittsbohrung 24 ist der Meßverstärker 13 gelegen, der ein Spannungsverstärker ist. Die Anschlußleitungen 22 sind in den Meßverstärker geführt und dort entsprechend verlötet. Der Meßverstärker 13 ist mit einem Anschluß­ stecker 27 verbunden, der in der Durchtrittsbohrung 24 auf der Seite des einzuschraubenden Ankerbolzens 9 mündet. Der Meßverstärker 13 ist in sich ausgegossen und gekapselt. Außerdem sind der Meßverstärker 13 und die Anschlußleitun­ gen 22 in einer die Durchtrittsbohrung mittig ausfüllenden Silikonmasse 28 eingebettet, die auch die Stichbohrungen 23 ausfüllt.

Die acht Dehnungsmeßstreifen 12 sind entsprechend Fig. 3 in einer Brückenschaltung zusammengefaßt, wobei in jedem Brückenzweig jeweils ein in Längsrichtung ausgerichteter Dehnungsstreifen und ein in Querrichtung ausgerichteter Dehnungsstreifen angeordnet sind. An zwei gegenüberliegen­ den Brückenverzweigungspunkten ist jeweils ein Potentiome­ ter 29 bzw. 30 angeordnet, deren Abgriffe mit den Meßein­ gängen des Meßverstärkers 13 verbunden sind. Das Potentio­ meter 29 dient zum Temperaturabgleich, das Potentiometer 30 zum Widerstandsabgleich der Brücke. Die beiden anderen Brückenverzweigungspunkte sind an Spannungsausgänge des Meßverstärkers 13 angeschlossen.

Der Anschlußstecker 27 weist vier Anschlüsse auf, nämlich die Anschlüsse 31 und 32 zur externen Spannungsversorgung des Meßverstärkers 13, einen Signalausgang 33 zur Übertra­ gung der verstärkten Meßsignale der Dehnungsmeßstreifen 12 und schließlich einen Prüfanschluß 34, über den dem Meßver­ stärker ein Referenzsignal zugeführt werden kann, mit dem der Meßverstärker sowie die Brückenschaltung getestet wer­ den können.

Der beschriebene Meßanker wird im Herstellerwerk gefertigt; das gesamte Meßsystem wird dort abgeglichen und kalibriert. Auf der Baustelle wird der Meßanker 8 dann mit dem Kabelkopf 7 und dem Ankerbolzen 9 im Sinne der Fig. 1 verbunden.

Auf das luftseitige Ende des Ankerbolzens 9 ist gemäß Fig. 4 die Meßelektronik 14 aufgesteckt und greift mit einem Halsteil 35 in eine dortige Ausnehmung 36 ein. Am Boden des Halsteils 35 ist ein Anschlußstecker 37 vorgese­ hen, der über eine in der zentrischen Bohrung 15 des Anker­ bolzens 9 verlaufende Leitung 38 mit dem Anschlußstecker 27 des Meßverstärkers 13 verbunden ist.

Die Meßelektronik 14 ist in einem eigenen Gehäuse 39 aufge­ nommen. Innerhalb des Gehäuses sind vier Platinen 40, 41, 42 und 43 aufgenommen, die - schematisch dargestellt - eine Ein/Ausgangsschaltung 44 mit einem Analog/Digitalwand­ ler 45, eine Mikroprozessorschaltung 46, ein Netzteil 47 bzw. eine Leistungstreiberschaltung 48 tragen.

In dem Halsteil 35 der Meßelektronik 14 sind noch zwei Lithiumbatterien 49 angeordnet.

Auf der gegenüberliegenden Frontseite der Meßelektronik ist deren Gehäuse 39 durch eine infrarotdurchlässige Platte 50 abgeschlossen, hinter der eine Induktionsspule 51 an­ geordnet ist. In einem mittigen Hohlraum der Induktions­ spule 51 ist eine Infrarot-Diode 52 gelegen.

Die beschriebenen Elemente der Meßelektronik sind gemäß Fig. 5 miteinander verbunden. Die Induktionsspulen 51 sind ebenso wie die Lithiumbatterie 49 mit dem Netzteil 47 verbun­ den, dessen Versorgungsausgänge mit den Schaltungen 44, 45, 46 und 48 verbunden sind. Die Mikroprozessorschaltung 46 liefert Daten an die Ein/Ausgangsschaltung 44, deren analoge Ausgangssignale dem Analog/Digitalwandler 45 und von diesem der Mikroprozessorschaltung 46 zugeführt werden. Die Mikroprozessorschaltung 46 triggert außerdem die Leistungs­ treiberschaltung 48, die entsprechend die Infrarot-Diode 52 aktiviert. Die Meßsignale der Dehnungsmeßstreifen 12 werden auf diese Weise in eine Folge von Lichtimpulsen im Infrarotbereich umgesetzt. Eine Messung wird mit Hilfe der Induktionsspule 51 getriggert, sobald in dieser eine Span­ nung induziert wird. In der Meßelektronik kann noch ent­ sprechend Fig. 5 ein Infrarotempfänger 53 vorhanden sein, der mit der Ein/Ausgangsschaltung 44 verbunden ist und der ebenfalls zum Triggern einer Messung verwendet werden kann.

Das in Fig. 6 dargestellte Handterminal 16 ist ein univer­ selles Meßgerät, das mit folgenden Baugruppen ausgestattet ist:

Einem Infrarotempfänger 54, der zur Aufnahme der von der Infrarot-Diode 52 gesendeten Lichtimpulse dient;
einem Infrarotsender 55, der zur Befehlsausgabe, z. B. der obenerwähnten Triggerung einer Messung über den Infrarot­ empfänger 53 der Meßelektronik 14 verwendet werden kann;
einem Ein/Ausgangsstecker 56 zum Anschluß an Peripherie- Geräte, wie Drucker, Datenterminals oder ähnliches;
einer zweizeiligen Flüssigkristallanzeige 57 zur Daten- und Funktionsanzeige;
einem Tastenfeld 58 zur Funktionsauswahl sowie zum Ein- und Ausschalten des Handterminals.

Im Inneren des Handterminals 16 ist ein Netzteil 59 vorge­ sehen, das von zwei Batterien 60 gespeist wird und seiner­ seits einen Mikroprozessor 61 und einen damit in Datenaus­ tausch stehenden Dekoder 62 mit Energie versorgt. Für den Mikroprozessor 61 ist noch ein kleiner Akku 63 vorgesehen, insbesondere zur Datensicherung der in einem Speicher 64 abgelegten Daten. Außerdem sind mit dem Mikroprozessor 61 noch eine Uhr 65 sowie zwei Zähler 66 und 67 verbunden.

Der Dekoder 62 ist mit dem Infrarotsender 55 und dem Infra­ rotempfänger 54 sowie mit der Flüssigkristallanzeige 57 verbunden. An diese ist das Tastenfeld 58 angeschlossen. Der Dekoder arbeitet ferner mit einem Analog-Digitalwand­ ler, einem Digital/Analogwandler, einer Treiberschaltung 70, einer I²C-Schnittstelle 71, einer Schnittstelle 72 für serielle bidirektionale Datenübertragung und einer Drucker­ schnittstelle 73 zusammen. Der Analog/Digitalwandler 68 und der Digital-Analogwandler 69 sind über Multiplexer 74 bzw. 75 ebenso wie die Ausgänge der übrigen Schaltungen 70 bis 73 mit den Anschlüssen des Ein/Ausgangssteckers 56 ver­ bunden. Zum Triggern einer Messung der Ankerkräfte mit dem beschriebenen Meßsystem wird entweder in die Induktions­ spule 51 etwa durch Vorbeistreichen eines Magneten eine Spannung induziert oder der Infrarotsender 55 des Handter­ minals 16 mit Hilfe des Tastenfeldes 58 betätigt, wobei das Triggersignal in diesem Falle durch den Infrarotempfän­ ger 53 der Meßelektronik 14 aufgenommen wird. Die an­ schließend durch die Infrarot-Diode 52 der Meßelektronik ausgesendeten Lichtimpulse werden mit dem Infrarotempfänger 54 des Handterminals empfangen, entsprechend bearbeitet und im Speicher 64 des Mikroprozessors 61 abgelegt. Die Werte werden gleichzeitig auf der Flüssigkristallanzeige 57 ange­ zeigt. Diese Werte können dann über den Ein/Ausgangs­ stecker später in einen zentralen Computer zur weiteren Auswertung eingeschrieben werden.

Das beschriebene Meßsystem kann noch für eine Funkübertra­ gung der Meßwerte erweitert werden. Hierzu wird entspre­ chend Fig. 8 auf das Gehäuse der Meßelektronik 14 ein Sen­ sorkopf 76 geschoben, der einen Infrarotempfänger 77 zum Empfang der von der Infrarot-Diode 52 der Meßelektronik 14 abgegebenen Lichtimpulse sowie ferner eine Induktionsspule 78 aufweist, die so angeordnet ist, daß über sie eine Span­ nung in der Induktionsspule 51 der Meßelektronik 14 indu­ ziert werden kann. Der Sensorkopf 76 ist mit seinen Elemen­ ten mit einem Sender/Empfänger 79 verbunden, wobei dieses z. B. über ein Kabel 58 erfolgen kann. Der Sender/Empfänger 79 kann bei entsprechender Dimensionierung auch direkt mit dem Sensorkopf 76 verbunden werden. Die von dem Infrarot­ empfänger 77 abgegebenen Signale werden über das Kabel 80 dem Sender/Empfänger 79 zugeführt und dort in entsprechende Funksignale umgewandelt, die über eine Antenne 81 abge­ strahlt werden. Der Sender/Empfänger wird mit Hilfe eines Batterieblocks 82 und gegebenenfalls zusätzlich durch Solarzellen 83 mit Energie versorgt.

Mit einer derartigen Erweiterung des Meßsystems können Daten einfach mit Hilfe eines Meßwagens abgefragt werden. Auf dem Meßwagen ist dann ein Funkgerät montiert, über das die Ankernummer und der Ankertyp gesendet werden, wonach eine entsprechende Messung getriggert wird. Die Meßdaten werden dann über die Antenne 81 zum Meßwagen abgestrahlt, dort aufgenommen und zur Weiterverarbeitung gespeichert. Die Reichweite dieses Funksystems soll bis zu drei Kilome­ tern betragen, um auch eine weit verteilte Gruppe von An­ kern abfragen zu können.

In Fig. 9 ist ein erweitertes Meßsystem entsprechend Fig. 8 gezeigt, wobei jedoch der Sender/Empfänger nicht im Funkbereich arbeitet. Dieses hier angegebene System ist eine Ringvernetzung einer Vielzahl von Sender/Empängern 79′ a, . . . 79′ i, . . . 79′ n. Alle diese Sender/Empfänger 79′ a . . . sind mit entsprechenden Sensorköpfen 76 verbunden. Die Sender/Empfänger 79′ a . . . sind alle untereinander durch eine Ringleitung 84 verbunden, die an ihren beiden Enden mit dem Handterminal 16 verbunden ist. Über diese Ringleitung können in beiden Richtungen Daten übertragen werden. Das Handterminal 16 kann über eine weitere, mit der Schnitt­ stelle 72 verbundene Datenleitung 85 mit einem Zentralcom­ puter 86 verbunden werden.

Über das Handterminal 16 werden nun sukzessive die einzel­ nen Sender/Empfänger 79′ a . . . angesteuert, wodurch eine Messung im zugehörigen Meßanker ausgelöst wird. Die empfangenen Meßwerte werden dann wieder zum Handterminal 16 übertra­ gen. Die Stromversorgung der einzelnen Sender/Empfänger 79′ a . . . kann ebenfalls über die Ringleitung 85 erfolgen; eine zusätzliche Stromversorgung über Solarzellen 83′ ist eben­ falls möglich. Sollte ein Meßsystem ausgefallen sein, so wird das von dem Handterminal 16 abgegebene Steuersignal an der Stelle des defekten Meßsystems unterbrochen. Hiermit ist eine genaue Ortung des fehlerhaften Meßsystems möglich. Durch eine Kontrollansteuerung in der entgegengesetzten Richtung kann diese Ortung noch vervollkommnet werden.

Das geschilderte Meßprinzip kann auch zur Überwachung von physikalischen Größen, wie Temperatur, Druck oder Länge im bautechnischen Bereich angewendet werden, so z. B. in Bau­ werken wie Staumauern oder in Tiefbohrlöchern. Im bautech­ nischen Bereich wird es oftmals gewünscht, physikalische Größen kontinuierlich zu überwachen. Hier kann entsprechend dem Meßanker ein Meßelement als separates Bauteil vorge­ sehen werden, in dem die Meßwertumformer mit einem Meßver­ stärker integriert sind. Die Abfrage und Aufbereitung der Meßwerte erfolgt ebenso über eine mit dem Meßelement zu verbindende Meßelektronik. Eine Fernabfrage und Fernüber­ wachung im geschilderten Sinne ist ebenfalls möglich.

Claims (18)

1. Vorrichtung zur Messung von durch Zugkräfte entstehenden Längenänderungen in Ankern, wie Fels- und Erdankern oder Kabelverankerungen, die zumindest ein längliches Zugelement aufweisen, das an seinen beiden Enden einge­ spannt ist, wobei die Vorrichtung Meßwertumformer auf­ weist, die an einem den Längenänderungen unterworfenen Teil des Zugelementes angeordnet und mit einer Meßelek­ tronik verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der mit den Meßwertumformern (Dehnungsmeßstreifen 12) ausge­ rüstete Teil des Zugelements (1) ein vorgefertigtes se­ parates Bauteil in Form eines Meßankers (8) ist, der ne­ ben den Meßwertumformern (Dehnungsmeßstreifen 12) noch einen mit der Meßelektronik (14) verbindbaren Meßver­ stärker (13) zum Verstärken der Ausgangssignale der Meßwertumformer (Dehnungsmeßstreifen 12) aufnimmt, und daß das zumindest eine längliche Zugelement senkrecht zu seiner Längsrichtung aus zwei Teilstücken besteht und daß zur Verbindung der beiden Teilstücke der Meßanker (8) als Teil des Zugelementes (1) eingesetzt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßanker (8) zur Verbindung mit den beiden Teilstücken des zumindest einen Zugelementes Gewindebohrungen (24) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßelektronik (14) einen Sender zur draht­ losen Übertragung der vom Meßverstärker (13) und der Meßelektronik (14) aufbereiteten Meßsignale der Meßwert­ umformer (12) an die Anzeigevorrichtung (Handterminal 16) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender der Meßelektronik (14) eine Licht, insbe­ sondere Infrarotlicht aussendende Infrarot-Diode (52) ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Meßverstärker (13) in dem Meßanker (8) in eine Schutzmasse, vorzugsweise eine Silikonmasse (28) eingegossen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich das Innere des Meßverstärkers (13) mit einer Schutzmasse, vorzugsweise einer Silikonmasse aus­ gegossen ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Meßelektronik (14) in ei­ nem separaten Gehäuse (39) angeordnet und mit dem Meß­ verstärker (13) über eine Steckverbindung (Anschluß­ stecker 27, 37, Leitung 38) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Meßwertumformer (12) am Außenumfang des Meßankers (8) angeordnet sind, und daß auf die Meßwertumformer (12) eine Schutzmasse, vorzugs­ weise eine Silikonmasse (20) aufgebracht ist, auf die ein den Meßanker (8) umgebendes Schutzrohr (21) aufge­ schoben ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Meßverstärker (13) ein Spannungsverstärker ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßelektronik (14) eine Spannungsversorgung (Netzteil 47, Lithiumbatterie 49, Induktionsspule 51) aufweist, die auch den Meßverstär­ ker (13) speist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßelektronik (14) eine Induktionsspule (51) zum externen Einspeisen einer Spannung aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule (51) die Meßelektronik (14) und den Meßverstärker (13) zur Durchführung einer Mes­ sung der Ankerkräfte triggert.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Meßelektronik (14) ein Sensorkopf (76) gekoppelt ist, der die von der Meß­ elektronik gelieferten Meßsignale aufnimmt, und daß mit dem Sensorkopf (76) ein Sender/Empfänger (79), der eine Wandlerschaltung zum Umwandeln der Signale des Sensorkopfes (76) in Sendesignale aufweist, zur Fern­ übertragung der Sendesignale und zum Triggern einer Messung der Ankerkräfte verbunden ist.

14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Sensorkopf (76) einen Infrarot­ empfänger (54) zum Empfang der von der Infrarot-Diode (52) der Meßelektronik (14) abgegebenen Signale auf­ weist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Sensorkopf (76) auf das Gehäuse (39) der Meßelektronik (14) aufsteckbar ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorkopf (76) und/ oder der Sender/Empfänger (79) zur Energieversorgung Solarzellen (83) aufweisen.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender/Empfänger (79) ein Funksende-Empfänger ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung einer Vielzahl von Ankern die jeweils damit verbundenen Sender/Empfänger (79′ a . . . 79′ i . . . 79′ n) mittels einer Ringleitung (84) verbunden sind, in die auch die Anzeigevorrichtung (Handterminal 16) eingeschaltet ist.