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In Beton oder ähnliche Massen einzubauendes, nach dem Meßspalt-Prinzip
arbeitendes elektrisches Gerät zum Bestimmen von Spannungen in jenen Materialien
Im Bauwesen ist es oft erforderlich, zur Kontrolle der statischen Bereehnungen die
Spannungen in einzelnen Teilen der Bauwerke zu ermitteln. Außerdem ist es erwünscht,
bei Bauwerken, die stark wechselnden Betriebsbedingungen unterworfen sind, z. B.
Staumauern mit wechselndem Wasserstand, Brükkenpfeilern, die beim Setzen des Untergrundes
wechselnde Bodendrücke übertragen usw. die Spannungsschwankungen zu messen In manchen
Fällen liegt auch die Aufgabe vor, Pressungen und Setzungen im Baugrund selbst zu
bestimmen.
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Um die Spannungen im Beton o. dgl. zu messen, wurden bisher sog.
Meßdosen in den Beton eingebettet, wobei die Meßdose unter dem. Einfluß der auf
sie wirkenden Kräfte geähnlich elastisch verformt wird. Die Verformung beeinflußt
ihrerseits entweder den Abstand zweier in der Meßdose enthaltener Meßkörper, der'
z. B. nach dem Meßspaltprinzip als Änderung Ohmscher, induktiver oder kapazitativer
Widerstände erfaßt werden kann, oder die Spannung einer Saite, die nach induktiv-akustischen
Methoden bestimmt wird.
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Diese Verfahren haben den Nachteil, daß die Meßdose, die gewöhnlich
von einem mehr oder minder starken Stahlmantel umgeben ist, andere elastische Eigenschaften
hat als die umgebende Masse. Wird z. B. eine solche Dose in das Erdreich eingebaut
und der Boden belastet, so drückt sich die Erde dabei verhältnismäßig stark zusammen,
während die Meßdose dieser Zusammendrückung nicht folgen
kann. Die
Äleßdose wirkt also als Hindernis iür die freien Verschiebungen des Erdreiches,
so daß sich in der Umgebung der Dose andere Spannungen einstellen als die mittleren
Spannungen im Erdboden. Ähnlich liegen die Verhältnisse bei Betonbauwerken.
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Demgegenüber beruht nun die Erfindung, die sich auf elektrische Geräte
bezieht, welche nach dem Meßspaltprinzip arbeiten, auf der Erkenntnis, daß jene
Fehler vermieden werden können. wenn das Gerät so gebaut ist daß es auf die Umgebung
keine Rückstellkräfte ausübt, welche in der Größenordnung der Verstellkräfte liegen.
Das erfindungsgemäße in Beton oder ähnliche Massen einzubatiende Geriit zum Bestimmen
von Spannungen in jenen Materialien ist im wesentlichen geliennzeichnet durch eine
beim Einbau die gewünschte Breite des Meßspaltes aufrechterhaltende Nlasse und einen
das eigentliche Meßsystem umgebenden, von Rückstellkräften freien Schutzkörper.
Das Gerät ist demnach nur noch rvillrend des Einbaues eine Meßdose im alten Sinne
und ermöglicht dann eine praktisch kraftlose Längenmessung, d. h. sie erfüllt die
theoretischein Erfordernisse dieser Meßmethode. Dadurch bat man die Möglichkeit,
die besonders in der Baugrundforschung sehr wesentlichen N-erschiebungsgrößen und
damit die Spannungen im Boden zu messen, aber auch bei Kunstbauten die Spannungen
im Baustoff, indem unter Berücksichtigung der elastischen Eigenschaften des Baustoffes
aus den zu messenden Dehnungen auf die Spannungen in den betreflenden Bauteilen
geschlossen wird.
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Die Masse, die beim einbetten die gegenseitige Lage der beiden den
Meßspalt bildenden Teile des Nleßsystems aufrechterhält, liann erfindungsgemäß aus
einem bei mechanischer Belastung oder Erwärmung fließenden Stoff bestehen.
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Unter Umständen kann auch ein Stoff benutzt werden, der sehr schnell
korrodiert und damit seine Festigkeit verliert. Wenn man eine bei Erwärmung schmelzende
Masse verwenden will, so kann eine elektrische Heizvorrichtung eingebaut werden,
um die Masse nach dem Einbau zum Schmelzen zu bringen, wobei ein fiir die freie
gegenseitige Benveglichkeit der Gießkörper genügender Spalt entsteht. Eine besondere
Heizvorrichtung ist entbehrlicll, wenn, wie z. B. beim Abbinden von Beton, eine
Erwärmung stattfindet, die zum Schmelzen der Masse ausreicht. Eine hierzu äquivalente
Lösung würde übrigens in einer mechanischen Verklinkung der beiden den Meßspalt
bildenden Teile bestehen, die nach dem Einbau z. B. elektromagnetisch gelöst wird.
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Um zu zu erreichen, daß die Gießkörper nach dem Lösen der Festhaltung
den Längenänderungen der Nleßstrecke in deren Richtung folgen können, und zum Bestimmen
der in dieser Richtung liegenden Komponenten der zu messenden Spannungen können
die beiden Meßkörper in Richtung der Meßstrecke in an sich bekannter Weise geradegeführt
werden. Man kann aber eine solche Geradführung unter Umständen auch dadurch ersetzen,
daß die Meßkörper durch einen leicht verformbaren Schutzkörper geeigneter Gestalt,
z, B. nach Art eines Wellrohres, miteinander verbunden werden.
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Besonclers vorteilhaft ist es, ein Sicherungsglied aus einem zähplastischen
Niaterial zu verwenden, das bei der Belastung fließt, z. B.
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Asphalt o. dgl. ÄVeun durch Druckspannungen die Meßstrecke verkürzt
wird, so gibt die Asphaltmasse praktisch ohne einen Gegendruck nach und bildet bei
einer etwa daran anschließenden Entlastung einen Spalt für die freie Bewegung der
Meßkörper.
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Bei Induktionsmessungen wird eine in den Meßspalt einzubringende
Masse verwendet, die erfindungsgemäß frei von magnetisierbaren Teilen ist.
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In den Abbildungen sind einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes,
teilweise im Schnitt, dargestellt.
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Nbb. 1 zeigt eine induktive Meßeinrichtung. wobei die beiden Meßkörper
durch ein leicht nachgiebiges Wellrohr miteinander verbunden sind. Abb. 7 stellt
eine kapazitative Nleßeinrichtung dar, bei der die beiden Nleßkörper gegenseitig
geradegeführt sind.
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Abb. 3 zeigt eine ähnlich gebaute Heinrich tung, bei der die Meßstrecke
durch eine Zwischenstange verlängert ist.
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In Abb. I sind die beiden Meßkörper I und 2 plattenförmig gestaltet
und durch ein leicht nachgiebiges dünnes Wellrohr 3 von der Länge der gewünschten
Meßstrecke L miteinander verbunden. Die beiden Platten I und 2 tragen je einen Teil
4 bzw. 5 des bis auf einer schmalen Spalt geschlossenen Eisenkerns einer Induktivität,
die das Meßsystem bilden. Beide Teile 4 und 5 des Eisenkerns sind mit Wicklungen
6 bzw. 7 versehen, die durch nichtgezeichnete Zuleitungen zu einer ebenfalls nicht
dargestellten elektrischen Meßeinrichtung an sich bekannter Bauart führen.
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Der Spalt zwischen den beiden Teilen 4 und 5 des Eisenkerns ist durch
eine von Teile len aus magnetisierbaren Werkstoffen freie Asphaltmasse 8 gefüllt.
Beim Einbau gellt man zweckmäßig so vor, daß man vor dem Einbau das Ganze so weit
zusammendrückt, daß die angeschlossene Nleßeinrichtung den spannungslosen Zustand
anzeigt. Dabei quillt die Asphaltmasse, wie in der Abbildung angedeutet, zum Teil
seitlich heraus. Nach dem Einbetten in den. Baugrund oder den Beton
bleibt
dann der so eingestellte der Meßstrecke L entsprechende Abstand der Eisenteile 4,
5 bestellen, solange keine Spannungen auftreten.
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Wenn Druckspannungen wirken, so verringert sich der Abstand, wobei
das den Abschluß bildende Wellrohr 3 sich zusammendrückt und die Asphaltmasse 8
nachgibt, so daß die Meß-I;örper den etwa auftretenden Spannungsänderungen ungehindert
folgen können. Dabei entsprechen die Ausschläge an der augeschlossenen Meßeinrichtung
den zu messenden Spannungsänderungen, deren Beträge bei entsprechender Eichung der
Anzeigeskaln gegebenenfalls unmittelbar abgelesen werden können.
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Bei der in Abb. 2 dargestellten kapazitativen Meßeinrichtung sind
zwei NIeßkörper-g, 10 vorgesehen, die erfindungsgemäß als Drehkörper ausgebildet
sind und in ihrem mittleren Teile je eine plattenförmige Elektrode 1 1 bzw. 12 eines
Kondensators tragen. Diese sind unter Zwischenlage von Isolierschichten 13, 1-4
an den Drehkörpern 9, 10 befestigt.
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Durch Leitungen I5, I6 stehen die in einem sehr kleinen Abstand voneinander
angeordneten Kondensatorplatten II, 12 mit 4er zugehörigen nichtgezeichneten elektrischen
Meßeinrichtung in Verbindung.
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Zur axialen Führung der Meßkörper ist der Drehkörper 9 mit einem
äußeren Mantel I7 und der Drehkörper 10 mit einem inneren Mantel IS versehen, die
erfindungsgemäß ineinandergleiten. Zwischen ihnen kann zum Erleichtern des Gleitens
ein Rohr 19 angeordnet sein. Zwischen der Stirnfläche des äußeien Mantels I7 und
einem dieser gegenüberliegenden Flansch des den Innenmantel IS tragenden Meßkörpers
10 ist die den Meßspalt aufrechterhaltende Masse erfindungsgemäß als Ring (Asphaltring)
zo angeordnet. Zum Abschluß kann ein leicht nachgiebiges dünnes Wellrohr 21 vorgesehen
sein. Statt durch das Rohr 19 kann der Abstand zwischen den Führungsmänteln I7,
18 auch durch eine leicht schmelzbare Masse ausgefüllt sein, die nach dem Erwärmen
ausfließt.
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Vor dem Einbau wird zweckmäßig zwischen die Kondensatorplatten II,
12 ein dünnes Blatt von der dem gewünschten Plattenabstand entsprechenden Dicke
eingelegt und das Ganze mit mäßigem Druck zusammengepreßt. Dabei drückt sich der
Asphaltring 20 bis auf die Stärke zusammen, die einem Plattenabstand von der Blattstärke
entspricht. Sodann wird der obere Teil g abgenommen und nach dem Entfernen des Blattes
wieder aufgesetzt. Xach dem Anbringen der Schutzumhüllung 2I ist die Einrichtung
zum Einbetten bereit. Durch die auftretenden Spannungen ändert sich dann der Abstand
der Kondensatorplatten II, 12 und damit die Kapazität des Kondensators, die durch
die angeschlossene Meßeinrichtung gemessen wird. Auch hier können die zu inessenden
Spannungen gegebenenfalls unmittelbar an einer entsprechend geeichten Skala abgelesen
werden.
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Durch die Entfernung der zum Verankern dienenden Flansche der Meßkörper
ist die I,änge L der Meßstrecke gegeben. Wenn diese im Hinblick auf eine Erhöhung
der Empfindlichlieit vergrößert werden soll, so ist es nach einem weiteren Merkmal
der Erfindung zweck mäßig, mindestens den einen der beiden Meßkörper mit einem quer
zur Richtung der Meßstrecke nachgiebigen Zwischenstück geeigneter Länge zu versehen.
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Bei der in Abb. 3 dargestellten Anordnung ist zu diesem Zweck erfindungsgemäß
eine verhältnismäßig dünne Stange 22 vorgesehen, deren unteres Ende mit dem oberen
Meßkörper 23 einer ähnlich Abb. 2 gebauten kapazitativen Meßeinrichtung fest verbunden
ist.
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Am oberen Ende ist die Stange 22 mit einem zum Verankern dienenden
Flansch 24 durch eine Verschraubung verbunden. Der durch einen Asphaltring 20 in
dein gewünschten Abstand gehaltene untere Meßkörper ist mit einem Flansch 25 versehen,
wobei die durch den Abstand der beiden Flansche 24 und 25 gegebene Meßstrecke L
entsprechend verlängert-ist.
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Als Abschluß ist erfindungsgemäß ein Blechgehäuse 26 vorgesehen,
das oben und unten flanschartig gestaltet ist und unter Zwischenfügung von Asphaltringen
27, 28 sich gegen die Flansche 24 und 25 abstützt.
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Unter dem Einfluß von auftretenden Druckspannungen geben sämtliche
Asphaltringe nach, wobei die Stange 22 die Bewegungen auf den Meßkörper überträgt.
Die Stange 22 ist verhältnismäßig dünn ausgeführt, damit durch etwaige seitliche
Verschiebungen der Flansche 24 und 25 gegebene Verbiegungen ohne wesentliche Rückwirkungen
auf die Meßkörper aufgenommen werden können. Zu dem gleichen Zweck könnte die Übertragung
auf die Stange auch mittels eines spielfreien Gelenkes erfolgen.
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PATENTAXSPRÜCHE: I. In Beton oder ähnliche Massen einzubauendes,
nach dem Meßspalt-Prinzip arbeitendes elektrisches Gerät zum'Bestimmen von Spannungen
in jenen Materialien, gekennzeichnet durch eine beim Einbau die gewünschte Breite
des Meßspaltes aufrechterhaltende Masse und einen das eigentliche Meßsystem umgebenden,
von Rückstellkräften freien Schutzkörper.