DE4339090C2 - Vorrichtung zur Messung und Überwachung von Druckspannungen in der Geomechanik und Bautechnik - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen und Überwachen von Druckspannungen in der Geomechanik und Bautechnik, bestehend aus einem mit einer Hydraulikfüllung versehenen Druckkissen sowie einem damit hydraulisch verbundenen Kompensationsbaustein, welcher eine die Hydraulikfüllung dicht abschließende Membran sowie gegenüberliegend zu der Verbindung mit dem Druckkissen eine einer Kompensationsdruckmessung dienende Druckleitung aufweist.

Derartige Vorrichtungen sind bekannt und haben sich in der Praxis durchaus bewährt.

In der Druckschrift EP 0 150 757 B1 des Europäischen Patentamtes wird eine gattungsgemäße Vorrichtung beschrieben, welche im wesentlichen aus zwei parallel zueinander stehenden und mit ihren Innenflächen aneinanderliegend angeordneten, im Abstand zueinander variablen und an ihren Rändern dicht miteinander verlöteten Metallplatten besteht. Mittels einer Druckleitung läßt sich ein Druckmedium zwischen die Metallplatten pressen, wodurch diese sich voneinander ablösen. Über zwei elektrische Kontakte wird ein Gleichstrom an die Metallplatten anlegt. Der elektrische Widerstand, welcher im Augenblick der Ablösung der beiden Metallplatten voneinander sprunghaft ansteigt, wird über einen Widerstandsabgriff gemessen und zeigt den Zeitpunkt an, an dem der Preßdruck den Wert des auf die Metallplatten wirksamen Umgebungsdruckes überschreitet. Als nachteilig hat sich dabei erwiesen, daß die Lötnähte entlang der Ränder der Metallplatten bei Einwirkung höherer Drücke zu Leckagen neigen und eine Messung verfälschen oder unmöglich machen. Die relativ komplexe Anordnung der elektrischen Ausstattung macht eine umfangreiche Isolierung der Kontakte notwendig. Die Änderung des elektrisches Widerstandes erfolgt signifikant erst nach vollständiger Ablösung der Metallplatten voneinander, welche insbesondere bei steifen Umgebungsmedien wie Beton schwer erreichbar ist. Daraus resultieren in der Regel überhöhte Meßergebnisse. Umfangreiche, zeit- und kostenintensive Kalibrierungen im Vorfeld einer Messung sind daher notwendig.

In der Druckschrift DE-GM 79 06 087 des Deutschen Patentamtes wird ein Druckmeßgerät für das Bauwesen beschrieben, bei dem ein mit einem Hydraulikmedium gefülltes Druckkissen über eine Hydraulikleitung mit einem Ventilgeber verbunden ist. In diesem wird das Hydraulikmedium mittels einer Membran nach außen dicht abgeschlossen. Durch einen an dem Druckkissen anliegenden Umgebungsdruck wird die Membran über das Hydraulikmedium dicht gegen die Auslaßöffnung einer Meßkammer gepreßt und verschließt diese. Mittels einer in die Meßkammer mündenden Druckleitung ist auf die Membran ein Kompensationsdruck ausübbar. Bei Überschreiten des anliegenden Umgebungsdruckes wird die Membran zurückgepreßt und gibt analog zu einem Überdruckventil die Auslaßöffnung frei. Der zu diesem Zeitpunkt erreichte Kompensationsdruck wird gemessen. Als nachteilig hat sich herausgestellt, daß das Meßgerät auf die Steigerung des Kompensationsdruckes relativ träge reagiert, wodurch die Meßdauer verlängert wird. Bei manueller Drucksteigerung, wie allgemein üblich, ist die Abfolge der einzelnen Hübe einer hydraulischen Pumpe im wesentlichen abhängig von dem individuellen Zeitempfinden des Operators. Es werden somit subjektiv beeinflußte Meßwerte erhalten. Bei zu rascher Hubfolge neigt das Ventil zum Durchschlagen, daß heißt, es werden stark verfälschte Meßwerte erhalten. Eine exakte Annäherung an einen tatsächlich anliegenden Umgebungsdruck wird so erschwert und erfordert eine zeit- und kostenintensive Wiederholung der Messung mit anschließender Mittelung der Meßergebnisse. Zur Betätigung des Überdruckventils ist ein Mindestdurchfluß des Hydraulikmediums erforderlich. Dies führt zu Reibungsverlusten in der Kompensationsdruckleitung, woraus eine weitere Verfälschung der Meßergebnisse resultiert. Durch Verunreinigungen des Hydraulikmediums neigt das Überdruckventil zur Verstopfung, so daß eine Messung nicht durchführbar ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Vorrichtung zu schaffen, welche ohne aufwendige Vorarbeit oder Auswertung die exakte Messung und Überwachung von Druckspannungen ermöglicht.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art, welche einen elektrischen Kontaktstift sowie eine elektrisch leitende Membran aufweist, wobei der elektrische Kontaktstift zu Beginn einer Kompensationsmessung mit der elektrisch leitenden Membran in elektrischem Kontakt stehend angeordnet ist.

In vorteilhafter Weise wird ein auf die relativ große Druckkissenoberfläche wirksamer Umgebungsdruck auf eine wesentlich kleinere und damit für Kompensationsmessungen empfindlichere Membranfläche übertragen. Die Anordnung der elektrisch leitenden Membran sowie des elektrischen Kontaktstiftes als elektrischer Ein-/Ausschalter ermöglicht eine exakte und rasche Bestimmung eines anliegenden Umgebungsdruckes.

Im folgenden wird die Vorrichtung anhand einer Zeichnung beschrieben. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt die Vorrichtung in schematischer Darstellung im Längsschnitt.

Gemäß der Darstellung in Fig. 1 der Zeichnung besteht die Vorrichtung im wesentlichen aus einem mit einem Hydraulikmedium 2 gefüllten Druckkissen 1, welches über eine ebenfalls mit dem Hydraulikmedium 2 gefüllte Hydraulikleitung 3 mit einem Kompensationsbaustein 4 verbunden ist.

Der Kompensationsbaustein 4 besteht im wesentlichen aus einem Unterteil 5, einem Mittelstück 6 sowie einem Oberteil 7, welche mittels durch sie hindurchgeführte Halteschrauben 19 fest miteinander verbunden sind.

Das Unterteil 5 weist auf seiner dem Mittelstück 6 zugewandten Seite eine durch eine elektrisch leitende Membran 10 mittels Dichtungen 9 nach außen dicht verschlossene, in ihrem Querschnitt kreisförmige Vertiefung 11 auf. Über eine Bohrung 24 am Boden der in ihrem Querschnitt kreisförmigen Vertiefung 11 steht diese mit der Hydraulikleitung 3 in Verbindung und ist ebenfalls mit dem Hydraulikmedium 2 gefüllt.

In einer vorteilhaften, in der Zeichnung dargestellten Ausgestaltung weist die in ihrem Querschnitt kreisförmige Vertiefung 11 abgeschrägte Seitenwände 12 auf, so daß die mechanische Beanspruchung der elektrisch leitenden Membran 10 während des Zurückdrückens gegen Ende einer Messung verringert wird.

Das Mittelstück 6 des Kompensationsbausteines 4 ist durch Dichtungen 9 nach außen dicht mit der elektrisch leitenden Membran 10 verbunden und weist neben weiteren Bohrungen 14 in seinem Zentrum eine Bohrung 13 auf, durch welche ein elektrischer Kontaktstift 8 hindurchführbar ist.

Das Oberteil 7 des Kompensationsbausteines 4 ist mittels Dichtungen 9 nach außen dicht mit dem Mittelstück 6 verbunden und weist auf seiner dem Mittelstück 6 zugewandten Seite eine in ihrem Querschnitt kreisförmige Vertiefung 16 auf, in deren Zentrum eine das Oberteil 7 durchlaufende Bohrung 17 einmündet. In diese Bohrung 17 ist ein elektrischer Kontaktstift 8 mittels Dichtungen 9 nach außen dicht abschließend einsetzbar. Eine weitere das Oberteil 7 durchlaufende und in die in ihrem Querschnitt kreisförmige Vertiefung 16 einmündende Bohrung 18 weist an ihrer Austrittsöffnung aus dem Oberteil 7 Vorrichtungen für den Anschluß einer hydraulischen oder pneumatischen Druckleitung 22 auf.

In einer vorteilhaften, in der Zeichnung nicht dargestellten Ausgestaltung weist das Oberteil 7 eine weitere in die in ihrem Querschnitt kreisförmige Vertiefung 16 einmündende verschließbare Bohrung auf, welche im Falle der Verwendung eines flüssigen Mediums zum Aufbau eines Kompensationsdruckes als Entlüftungsventil dient.

Im Folgenden wird mit Hilfe der Zeichnung die Funktionsweise der Vorrichtung erläutert.

Das Druckkissen 1 ist in den zu vermessenden Untergrund fest eingebaut und überträgt mittels der Füllung mit dem Hydraulik­ medium 2 den auf seine Oberfläche einwirkenden Umgebungsdruck p über die Hydraulikleitung 3 auf die elektrisch leitende Membran 10 in dem Kompensationsbaustein 4, welche fest gegen das untere Ende des elektrischen Kontaktstiftes 8 gepreßt wird. Hierdurch wird ein an der elektrisch leitenden Membran 10 und am oberen Ende des elektrischen Kontaktstiftes 8 anliegender, durch eine Stromquelle 15 betreibbarer elektrischer Stromkreis 21 geschlossen, welcher eine Anzeigevorrichtung 20 betreibt. Bei einer Messung wird die hydraulische oder pneumatische Druckleitung 22 auf die elektrisch leitende Membran 10 ein mit einem Manometer 23 abzulesender steigender Kompensationsdruck ausgeübt. Hierbei sorgen die Bohrungen 14 in dem Mittelstück 6 des Kompensationsbausteines 4 sowie die in ihrem Querschnitt kreisförmige Vertiefung 16 in dem Oberteil 7 für eine gleichmäßige und verzögerungsfreie Druckübertragung auf die Fläche der elektrisch leitenden Membran 10. Zu dem Zeitpunkt der Messung, an dem der über die Druckleitung 22 auf die elektrisch leitende Membran 10 ausgeübte steigende Kompensationsdruck den Wert des auf das Druckkissen 1 wirksamen Umgebungsdruckes p übersteigt, wird die elektrisch leitende Membran 10 von dem elektrischen Kontaktstift 8 abgehoben. Dadurch wird der elektrische Stromkreis 21 unterbrochen und die Anzeigevorrichtung 20 ausgeschaltet. Der zu diesem Zeitpunkt erreichte Kompensationsdruck wird an dem Manometer 23 abgelesen.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Messen und Überwachen von Druckspannungen in der Geomechanik und Bautechnik, bestehend aus einem mit einer Hydraulikfüllung versehenen Druckkissen sowie einem damit hydraulisch verbundenen Kompensationsbaustein, welcher eine die Hydraulikfüllung dicht abschließende Membran sowie gegenüberliegend zu der Verbindung mit dem Druckkissen eine einer Kompensationsdruckmessung dienende Druckleitung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensationsbaustein (4) einen elektrischen Kontaktstift (8) aufweist, daß die Membran (10) elektrisch leitend ist und daß der elektrische Kontaktstift (8) zu Beginn einer Kompensationsdruckmessung zu der elektrisch leitenden Membran (10) in elektrischem Kontakt stehend angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Anzeigevorrichtung (20) aufweist, daß durch den direkten Kontakt der elektrisch leitenden Membran (10) zu dem elektrischen Kontaktstift (8) ein elektrischer Stromkreis (21) schließbar ist, daß mittels des geschlossenen Stromkreises (21) die Anzeigevorrichtung (20) betreibbar ist und daß der Endpunkt einer Kompensationsdruckmessung als elektrische Ein-/Ausschaltung der Anzeigevorrichtung (20) anzeigbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensationsbaustein (4) in ein Unterteil (5), ein Mittelstück (6) und ein Oberteil (7) gegliedert ist, daß die elektrisch leitende Membran (10) zwischen dem Unterteil (5) und dem Mittelstück (6) des Kompensationsbausteines (4) angeordnet ist, daß das Unterteil (5) auf seiner der elektrisch leitenden Membran (10) zugewandten Seite eine in ihrem Querschnitt kreisförmige Vertiefung (11) aufweist und daß die in ihrem Querschnitt kreisförmige Vertiefung (11) durch die elektrisch leitende Membran (10) nach außen dicht verschließbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in ihrem Querschnitt kreisförmige Vertiefung (11) abgeschrägte Seitenwände (12) aufweist, daß das Mitteilstück (6) des Kompensationsbausteins (4) in seinem Zentrum eine Bohrung (13) aufweist, durch welche der elektrische Kontaktstift (8) hindurchführbar ist und daß das Mittelstück (6) weitere Bohrungen (14) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberteil (7) des Kompensationsbausteines (4) mittels Dichtungen (9) nach außen dicht mit dem Mittelstück (6) verbunden ist, daß das Oberteil (7) auf seiner dem Mittelteil (6) zugewandten Seite eine in ihrem Querschnitt kreisförmige Vertiefung (16) aufweist, in deren Zentrum eine das Oberteil (7) durchlaufende Bohrung (17) einmündet, und daß in diese Bohrung (17) ein elektrischer Kontaktstift (8) mittels Dichtungen (9) nach außen dicht abschließbar einsetzar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere das Oberteil (7) durchlaufende Bohrung (10) in die in ihrem Querschnitt kreisförmige Vertiefung (16) einmündet, und daß die Bohrung (18) an ihrer Austrittsöffnung aus dem Oberteil (7) Vorrichtungen für den Anschluß einer hydraulischen oder pneumatischen Druckleitung (22) aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberteil (7) eine weitere dieses durchlaufende und in die kreisförmige Vertiefung (16) einmündende Bohrung aufweist, welche als Entlüftungsventil ausgebildet ist.