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Anordnung zur selbsttätigen Regelung der Wasserzugabe entsprechend
der Eigenfeuchtigkeit der Zuschlagstoffe bei der Betonaufbereitung
Die Festigkeit
des Betons hängt unter der Vorausysetzung sorgfältiger und fachgerechter Verarbeitung
außer von der Güte der Aufbereitungsstoffe, der Menge des Zementes und der Zusammensetzung
der Zuschlagstoffe vor allem von der richtigen Wasserzugabe ab. Der Wasserzusatz
zum Beton erfüllt dabei zwei Aufgaben. Seine Hauptaufgabe ist, das Abbinden und
das Erhärten des hydraulischen Bindemittels zu veranlassen. Darüber hinaus hat der
Wasserzusatz die Aufgabe, den Beton verarbeitbar zu machen. Der Wasserbedarf zur
Erlangung einer bestimmten Konsistenz des Mörtels oder Betons ist je nach Art des
verwendeten Zementes und der Zuschlagstoffe verschieden und muß vor der Herstellung
der Betonierung genau ermittelt werden. Üherschüssiges, d. h. nicht chemisch gebundenes
Wasser, vermindert sowohl die Druck- wie auch die Zugfestigkeit des Betons und erhöht
das Schwinden und die Zerstörbarkeit des Betons durch Frost, da jedes nicht chemisch
gebundene Wasserteilchen eine kleine Pore im Beton hinterläßt. Je größer die überschüssige
Wassermenge bzw. je weicher die Konsistenz des Betongemisches ist, um so poröser
und minderwertiger wird daher der Beton ausfallen.
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Die theoretisch mengenmäßig festgelegte Konsistenz wird sich jedoch
infolge der Eigenfeuchtigkeit der Zuschlagstoffe ständig ändern. Diese
schwankt
meist zwischen 4 und Iloo/o und darüber, je nachdem ob z. B. das Material aus dem
Wasser gebaggert oder in Gruben abgebaut ist, ob es auf der Halde von der Sonne
oder vom Wind ausgetrocknet wurde oder durch andere Umstände seine Eigenfeuchtigkeit
behalten oder durch Niederschläge noch erhöht hat.
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Für die richtige Zusammensetzung des Betons und die Bestimmung seiner
Konsistenz ist es daher wichtig, den Prozentsatz der Eigenfeuchtigkeit der Zuschlagstoffe
dauernd zu ermitteln und danach die Wasserzugabe zu bestimmen. Die Eigenfeuchtiglçeit
ist nämlich von großem Einfluß auf Dichte und Raumgewicht des Sandes. Erst die Feststellung
der Eigenfeuchtigkeit des Sandes gibt deshalb die Möglichkeit, die für die Mischung
vorgeschriebene Sandzumessung und auch die Wasserzugabe richtig zu wählen. Die Ermittlung
der Eigenfeuchtiglçeit geschieht bisher durch Rösten und Wiegen und erfordert jeweils
einen erheblichen Zeitaufwand von einigen Stunden. Diese Art der Bestimmung ist
daher nicht nur sehr umständlich und zeitraubend, sondern verfehlt vielfach auch
ihren Zweck, da sich während ihrer langwierigen Durchführung die Eigenfeuchtigkeit
der Zuschlagstoffe wieder wesentlich geändert haben kann, insbesondere wenn z. B.
diese Zuschlagstoffe laufend aus verschiedenen Kiesgruben angefahren werden. Aus
diesem Grunde wird die Bestimmung der Eigenfeuchtigkeit der Zuschlagstoffe auf der
Baustelle meist überhaupt nicht oder nicht mit der erforderlichen, Sorgfalt vorgenommen
und die Bestimmung der Konsistenz des Betons dem Bedienungsmann an der Mischmaschine
überlassen, der sich darauf beschränkt, die Konsistenz mehr oder weniger gefühlsmäß
ig zu regeln.
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Obwohl also die außerordentliche Wlichtigkeit der Einhaltung des
richtigen Wassergehaltes bei der Betonaufbereitung für die Festigkeit und Dauerhaftigkeit
des zu erstellenden Bauwerkes bekannt ist, ist es bisher mangels geeigneter Meß-
bzw.
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Regeleinrichtungen nicht gelungen, diese Forderung in der Praxis des
Baubetriebes zu verwirklichen.
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Die Erfindung bezweckt deshalb, diese Aufgabe einer umfassenden Lösung
zuzuführen und eine Anordnung zur selbsttätigen Regelung der Wasserzugabe entsprechend
der Eigenfeuchtigkeit der Zuschlagstoffe bei der Betonaufbereitung zu schaffen.
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Durch die selbsttätige Regelung soll insbes,ondere erreicht werden,
daß die bei Beginn der Arbeiten auf einer Baustelle bzw. auf einem Baustellenabschnitt-durch
die Bauleitung an Hand von Vorversuchen festgelegte Mischung (bezüglich Wasserzugabe)
immer wieder reproduziert werden kann, und zwar in so einfacher Weise, daß selbst
ungelernte Arbeitskräfte diese Arbeit verrichten können.
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Da mit steigendem Wassergehalt der Leitwert Ides Gemisches steigt,
also der Widerstand sinkt, gibt dessen Bestimmung ein lAfaß für den Wassergehalt
des zu iiberwachenden Gemisches.
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Die Erfindung ist demgemäß im wesentlichen dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Mischtrog, in der Trommel oder an der Ausflußöffnung des Betonmischers
Meßelektroden angeordnet sind, durch die der elektrische Widerstand bzw. Leitwert
des Gemisches zwecks Bestimmung seines Wassergehaltes laufend gemessen und dessen
Änderung zur Regeltung der Wasserzugabe nutzbar gemacht wird.
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Zxveckmäßig kann zur selbsttätigen Wasserzugabe ein nach Prozenten
des Mitschbehälters geechtes Tropfgefäß od. dgl. vorgesehen werden, aus dem in diesen
ein Wasserzuschlaggegeben werden kann.
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Die Regelung der Wasserzugabe kann gemäß der Erfindung auch in einer
oder in mehreren Vorstufen erfolgen, so daß die Drosselung der Wasserzugabe vor
Erreichen des Sollwertes des Wassergehaltes stufenweise eintritt.
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Das Meßorgan kann bevorzugt aus einem z. B. faustförmigen, rinnen-
oder sattelförmigen Isolierstück bestehen, das die beiden Meßelektroden trägt und
mit diesem zusammen eine bauliche Einheit bildet.
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Die elektrische Widerstandsmessung zur Überwachung des Feuchtigkeitsgehaltes
ist zwar an sicl7 auf verschiedenen Gebieten der Technik bereits vorgeschlagen worden
und man hat zu diesem Zweck die verschiedensten Geräte je nach der Eigenart des
zu messenden Gutes entwickelt. Bei dem Bekannten liegt jedoch eine von der vorliegenden
Erfindung erheblich abweichende Problemstellung vor und die entwickelten Einrichtungen
sind für die Zwecke der Erfindung nicht verwendbar.
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So ist z. B. die elektrische Widerstandsmessung zur Überwachung des
Wassergehaltes von Mehl u. dgl. in Vorschlag gebracht, bei der eine Regelung der
Wasserzugabe natürlich nicht in Betracht kommt. Zur Durchführung der Messungen dient
bei dem älteren Vorschlag eine Einrichtung, bei der laufend aus einem Fallrohr das
schwach feuchte, zu messende Material mittels einer kleinen Schneclce abgezweigt
und über ein Kupferdrahtgitter in ein Röhrchen gedrückt wird, das am Ende eine unter
Federdruck stehende Klappe aufweist, wobei an den beiden Enden des Röhrchens die
Elektroden augeschlossen sind.
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Eine solche Einrichtung ist für Zwecke der Erfindung schon deshalb
ungeeignet, weil grobkörniges Gut mit wechselnder Korngröße und Kornbeschaffenheit
(Kies oder Splitt) sich nicht gleichmäßig durch ein Sieb oder Gitter drücken läßt
und letzteres einem hohen Verschleiß unterliegen würde, der auf die Dauer einen
gleichförmigen Durchlaß nicht gewährleistet. Vor allem aber würde, wenn man die
bekannte Einrichtung zum Messen von Betonmischungen verwenden wollte, nicht die
gesamte Wassermenge in den Me'ßkanal gelangen, vielmehr würde die Schnecke bei nassen
Mischungen nur die im Meßgut befindlichen Trockenbestandteile mit den an ihnen haftenden
Wasserpartikeln herausnehmen und das überschüssige Wasser vorbeigehen lassen, so
daß die beabsichtigte Messung illusorisch würde.
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Eine andere bekannte Einrichtung zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehahes
von Getreide oder
ähnlichem Rieselgut arbeitet mit einer aus Glas
oder Isoliermaterial bestehenden, umlaufenden Prüftrommel, durch die das Gut in
dünnem Rieselstrom hindurchgeleitet wird. Die elektrische Messung wird dabei über
die als Elektroden ausgebildeten Trommelendscheiben und Schleifkontakte bewirkt.
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Für Zwecke der Betonaufbereitung ist eine derartige Bauart wegen sofort
eintretender Verklebung ersichtlich ungeeignet, ganz abgesehen davon, daß auch bei
dieser bekannten Einrichtung eine Regelung der Zugabe von Wasser nicht in Frage
kommt.
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Eine weitere gleichfalls bekannte Einrichtung zum Bestimmen des Feuchtigkeitsgehaltes
sowie des Volumgewichtes von rieselfähigem IGut setzt, wie andere ähnliche bekannte
Meßgeräte, die Entnahme von Proben des Meßgutes, hier in Verbindung mit einer Waageeinrichtung,
voraus und unterscheidet sich schon dadurch grundsätzlich vom Erfindungsgegenstand.
Für Betonmischungen ist aber eine solche Einrichtung deshalb unbrauchbar, weil sie
mit induktiver oder kapazitiver Messung arbeitet, also nur für hochgradig trockenes
Meßgut anwendbar ist.
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Schließlich sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt, um die Konsistenz
von Beton zu überwachen und in Abhängibollçeit von der gemessenen Konsistenz der
Masse den Wasserzufluß selbsttätig zu regeln. Indessen ist die dem älteren Verfahren
zugrunde liegende Aufgabe grundsätzlich verschieden von der der hier zu lösenden.
Die selbsttätige Regelung der VÇaslserzugabe entsprechend der Konsistenz des Betons
führt nämlich keineswegs zu dem gleichen Ergebnis, wie eine auf Grund der Eigenfeuchtigkeit
durchgeführte Regelung und kann somit die letztere nicht ersetzen. Das Verfahren
der Konsistenzbestimmung arbeitet nach dem Grundgedanlsenl, die bewegte Mischmasse
auf eine Stoßplatte oder auf einen in die Masse eintauchenden Arm einwirlçen zu
lassen, wobei diese Einwirkung je nach der Konsistenz der Masse schwankt und dadurch
für die Bestimmung der Konsistenz nutzbar gemacht werden kann. Diese Bestimmung
ist aber mit erheblichen Fehlerquellen behaftet, da die Konsistenz der Mischmasse
nicht allein von der zugegebenen Wassermenge abhängt, sondern auch von der Dauer
des Miischvorganges. So kann beispielsweise die Konsistenz der Mischmasse bei einer
bestimmten Wasserzugabe vor Beendigung des Mischvorganges die gleiche sein wie nach
Beendigung des Mischvorganges mit zu geringer Wasserzugabe. Bei Verwendung einer
Stoßplatte, die unmittelbar von der in der Trommel fallenden Masse getroffen wird,
spielt auch das Gewicht der fallenden Masse, damit auch das spezifische Gewicht
der Zuschlagstoffe eine Rolle, das in größeren Grenzen schwanken kann als die zulässige
Toleranz der Wasserzugabe. Ferner wirkt sich auch die Korngröße und die Form des
Kornes der Zuschlagstoffe in erheblichem Maße auf die Beeinflussung der Stoßplatte
aus. Falls der erwähnte, in die Masse zwecks Konsistenzermittlung eintauchende Arm
verwendet wird, wird dieser in die Masse bei Vorhandensein von runden Kieseln tiefer
in die Masse eindringen als bei kantigem Spllitt. Überdies kann auch eine schon
geringe Änderung der Füllhöhe das Meßergebnis nicht unbeträchtlich beeinflussen,
wie auch Reibungen der mechanischen Teile der Vorrichtung das Ergebnis verfälschen
können.
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Demgegenüber arbeitet die Anordnung gemäß der Erfindung mit einer
Regelung, die dem tatsächlichen Feuchtigkeitsgehalt des Gemisches unter Erfassung
der inneren Feuchtigkeit des Gutes entspricht, wobei die übrigen Faktoren des Mischvorganges,
wie u. a. spezifisches Gewicht, Korngröße und Kornform der Zuschlagstoffe, Füllhöhe
und Mischdauer, das Ergebnis der Bestimmung überhaupt nicht fehlerhaft zu beeinflussen
vermögen.
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Weitere Merkmale der Erfindung und 'Einzelheiten der durch dieselbe
erzielten Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiele.
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Fig. I bis 3 zeigen einen faustförmigen Meßfühler in drei Ansichten;
Fig. 4 und 5 veranschaulichen in zwei Ansichten einen rinnenförmigen Meßfühler,
Fig. 6 einen sattelförmigen Meßfühler; Fig. 7 und 8 geben in schematischer Darstellung
die Anordnung von zwei verschieldenen Regeianordnungen wieder; Fig. g zeigt schematisch
eine Meßkammer zur Durchführung der Feuchtigkeitsbestimmung gemäß der IErfindung
im Querschnitt; Fig. IIo zeigt dieselbe Meßkammer in Draufsicht mit schematisch
angedeuteter Verbindung mit einem bleß;gerätM; < Fig. ii zeigt die Meßkammer
nach Fig. g und ii in perspektivischer Ansicht in Verbindung mit dem Meßgerät M
und einem Wasserzugabegefäß zur Ermittlung der prozentualen Wasserzugabe.
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Im folgenden werden zunächst Geräte gemäß der Erfindung beschrieben,
wie sie in der Praxis hauptsächlich für die selbsttätige Regelung der Wasser zugabe
bei der Betonaufbereitung in der Mischmaschine, also im Freifalimischer und Zwangmischer
in Betracht kommen. Bei der ersten Type wird das Mischgut in einer umlaufenden Trommel,
bei der zweiten Type in einem trogartigen Gefäß durch sich drehende Schaufelarme
durchgearbeitet, wobei eine vorbestimmte Wassermenge aus einem einstellbaren Wassergefäß
zugegeben wird.
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Gemäß der Erfindung wird zwecks Bestimmung des Wassergehaltes des
Betongemisches in der Mischmaschine ein im wesentlichen aus zwei Meßelektroden bestehender
Meßfühler untergebracht, der in einen elektrischen Meßkreis eingeschaltet ist.
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Fig. I bis 3 zeigen einen derartigen Meßfühler, der aus zwei auf
einem Isolierkörper befestigten Elektroden h aus korrosionsfestem Material, z. B.
rostfreiem Stahl, besteht. Die Gestalt des Isolierkörpers kann in Form einer Faust,
rinnen- oder sattelförmig gewählt werden, und zwar eignet sich die Faustform insbesondere
zur Anbringung in der Mischmaschine, wo sie vom Mischgut umspült wird, die Rinnen-
und Sattelform vorwiegend. zur Anbringung in Ausflußöffnungen der Maschine, wo
der
Meßfühler vom Mischgut durchflossen bzw. überbrückt wird.
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Fig. I bis 3 zeigen in drei Ansichten einen faustförmigen Mbeßfühler,
während Fig. 4 und 5 in zwei Ansichten einen rinnenförmigen und Fig. 6 einen sattelförmigen
Meßfühler darstellen. Die Zuleitungen zu den Elektroden werden zweckmäßig, wie es
die geschnittene Darstellung der Fig. 2 zeigt, durch den Isolierkörper hindurchgefiihrt,
so daß sie vor den schädlichen Einflüssen der den Fühler umgebenden Betonmischer
geschützt sind.
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Fig. 7 zeigt einen Meßfühler in Verbindung mit dem zugehörigen Regelkreis.
Die Elektroden h des z. B. in der Ausflußöffnung des Mischers angebrachten Meßfühlers
liegen in dem eine Batterie B, einen Widenstand W und den Regler R enthaltenden
Stromkreis. Der Reglers besteht aus einem Strommesser, der zunächst, nachdem die
Fühlérelektroden durch eine Drucktaste D kurzgeschlossen wurden, mittels eines veränderlichen
Widerstandes W auf seine Nullstellung eingestellt werden kann, um eventuelle 5 p
aunmlgsänderungen der Batterie B auszugleichen. Im übrigen ist der Regler nach Art
eines üblichen Fall- oder Druckbügelreglers ausgebildet, dessen Regelorgane aus
dem um den Zeigerdrehpunkt drehbaren Kontaktarm n und aus dem Drudcbügel o bestehen,
der in an sich bekannter Weise von einem kleinen Motor i auf und ab bewegt wird.
Wenn der Zeiger des Strommessers den durch die Stellung des Kontaktarmes bestimmten
Ausschlag erreicht, wird dessen Kontakt !durch den Drudkbiiel geschlossen. Dabei
kann eine ebenfalls bekannte Einrichtung vorgesehen sein, die den Kontakt bis zum
nächsten Hub des Bügels geschlossen hält. Der Kontakt 7S liegt in einem Stromkreis
mit einer zweiten Batterie B' und dem Hubventil I, das bei Betätigung des Konitaktes
n die Wasserzufuhr m zu dem Mischbehälter absperrt. Selbstverständlich kann auch
die umgekehrte Anordnung getroffen werden, indem der Kontakt 11 als Ruhekontakt
ausgebildet und bei seiner Betätigung das Ventil I geöffnet wird. Die Batterie B'
speist ferner den Motor i des Reglers.
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Zeigt also der Strommesser des Reglers den dem Optimalwert des Wassergehaltes
entsprechenden Widerstand der Mischung an, so wird die Wasserzufuhr selbsttätig
abgestellt. :D ab ei können, um eine Regelung mit Vorstufe durchzuführen, auch noch
ein oder mehrere Vorkontakte angeordnet werden, die entweder eine teilweise Drosselung
des Ventils bewirken oder besondere Brausen od. dgl. ein- oder ausschalten. Statt
der Batterie B kann selbstverständlich auch ein kleiner Wechselstromerzeuger benutzt
werden, um die Polarisation an den Elektroden des Fühlers zu vermeiden. Die schädliche
Auswirkung der Polarisation ist indessen unwesentlich, da die sich an den Elektroden
bildenden Gase (Wasserstoff und Sauerstoff) durch das vorbeibewegte Mischgut ständig
entfernt werden.
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Bei der Anordnung nach Fig. 8 ist der Regler der in Fig. 7 dargestellten
Anordnung nicht erforderlich, vielmehr durch ein Membranventil V ersetzt. Die Membran
dieses Ventils erhält ihren Druck aus der Wasserzuleitung rn über eine feine Düse
p. Die Leitung zwischen p und V wird weiterhin durch die Düse r geöffnet bzw. geschlossen,
die etwas größer ist als p und eine Klappe besitzt.
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Durch das öffnen oder Schließen dieser Klappe sinkt bzw. steigt der
auf die Membran V einwirkende Druck. Die Klappe wird durch den Hubmagnet I bewegt.
Da die Düse r nur etwa 0,2 mm2 groß ist, sind die zur Betätigung der Klappe erforderlichen
Kräfte gering. Der Raum über der Membran V wird zweckmäßig möglichst klein gehalten,
da andernfalls die 1Verzögerung der Regelung zu groß werden kann. Der Widerstand
W dient bei dieser Anordnung zur Einstellung des Sollwertes des Wassergehaltes,
während A nur als Anzeigeinstrument für den in den Maßkreis fließenden Strom dient.
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Zur Durchführung der Feuchtigkeitsbestimmung könnte an sich auch
das Gemisch in eine UMéßkammer gebracht werden, wie sie schematisch in Fig. 9 bis
II beispielsweise veranschaulicht ist. Sie kann aus einem Rahmen a aus glasierten
Tonplatten oder ähnlichem elektrischem Isoliermaterial, zwei Elektroden b aus nichtrostendem
Stahlblech oder aus mit solchem überzogenem beliebigem Metall oder aus korrosionsunempfindlichem
leitendem Material anderer Art bestehen. Die Elektroden b werden mittels der Holme
c und der Bolzen d dicht an den Isolierrahmen gepreßt. Die Holme c bestehen aus
Holz, das mit Öl oder mineralischem Wachs imprägniert ist, damit es möglichst wenig
Feuchtigkeit aufnimmt. Sie können auch aus beliebigem anderem Material bestehen,
sie dürfen nur zusammen mit den Bolzen keine leitende Verbindung zwischen den Elektroden
darstellen. In das so gebildete Gefäß bringt man das zu messende Gemisch, das nun
je nach seinem Feuchtigkeitsgehalt die beiden Elektroden mehr oder weniger leitend
verbindet. An den Elektroden sind Anschlüsse e vorhanden, die mit einem Leitungsprüfer
oder Widerstandsmesser.;ll verbunden werden, um den Widerstand der Mischung festzustellen.
Der Widerstandsmesser kann entweder durch eine oder mehrere Trockenbatterien oder
einen Wechselstrominduktor als Stromquelle gespeist werden. Letzterer kommt für
lang andauernde Messungen dieser Art, wie sie aber auf Baustellen kaum vorkommen,
in Frage, da er Polarisationserscheinungen vermeiden läßt. Als Meßinstrument besitzt
der an sich bekannte Leitungsprüfer oder Isolationsmesser ein Drehspulmeßgerät,
welches zweckmäßig statt nach Ohm nach Wassergehaltsprozenten geeicht ist. Selbstverständlich
gilt diese Wasserprozentskaia nur für eine bestimmte Meßkammergröße. Zu beachten
ist noch, daß saure oder basische Wasserzuschlilge andere Prozentwerte ergeben.
Es genügt aber, wenn diese einmalig und zu Beginn auf jeder Baustelle entsprechend
dem Wasserzustand ermittelt werden, wobei man sich des gleichen Apparates bedient.
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Beispielsweise kann man in den Meßstromkreis einen entsprechend den
verschiedenen Zementgehalten und anomalen Leitwerten von sauer oder hasisch verunreinigtem
Wasser geeichten veränder-
lichen Vorwiderstand vorsehen, der je
nach dem gewählten und konstant gehaltenen Zementgehalt eingestellt wird.
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Um zu gewährleisten, daß der Inhalt der Meßkammer stets der gleiche
ist, ist sie mit einem ebenen, glatten Rand versehen, so daß ihr Inhalt durch einfaches
Abstreichen mit einem Lineal od. dgl. stets auf gleiche Füllmasse gebracht werden
kann.
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Fig. in zeigt die Anordnung in Verbindung mit einem durchsichtigen
Tropfgefäß od. dgl. f, das mit Wasser gefüllt wird. Dieses Gefäß ist nach Prozenten
des Meßkammervolumens geeicht, und zwar so, daß der oberste, zweckmäßig mit einem
Überlauf übereinstimmende Strich der Nullstrich ist. Durch Öffnen des Hahnes g kann
Wasser in die mit dem Probegemisch gefüllte Kammer zugegeben werden, bis der Zeiger
des Meßgerätes M einen vorbestimmten Ausschlag zeigt, worauf der Hahn g geschlossen
wird. An der Skala des Gefäßes f kann dann der prozentuale Wasserzuschlag sofort
abgelesen werden. Diese Anordnung ermöglicht es demnach, auch denWasseiziischlag
in Prozenten zu ermitteln, der erforderlich ist, um einen bestimmten Wasserprozentsollwert
zu erreichen.
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Die beschriebene Meßkammer stellt natürlich lediglich ein Beispiel
dar. Die Meßkammer kann auch in anderer Form ausgebildet werden, z. B. aus einem
aus leitendem Metall bestehenden Topf und mit einer stabförmigen Elektrode, oder
es kann an Stelle des verschraubten Kastens eine Ausführung aus einem Stück mit
eingelegten, gefugten oder eingekitteten Elektroden oder auch eine aufklappbare
Bauart verwendet werden. Auf eine absolute Austrocknung der leeren Meßkammer vor
der Füllung kommt es bei den beschriebenen -Messungen nicht an, wenn vor der Füllung
der Zeiger des Widerstandsmessers mittels der vorgesehenen Nullstellungseinrichtung
auf den Wert Null gebracht und so der in der Meßkammer befindliche Feuchtigkeitsrest
aus der Messung eliminiert wird.