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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Zur Bestimmung der Wasserbilanz, durch Verdampfung von Boden und Vegetation in die Atmosphäre und Niederschlag, kann ein Lysimeter verwendet werden, das auf Grundlage von Gewichtsmessung eines Bodenkerns, mit Vegetation oder nicht, die Menge an Niederschlag und Verdampfung bestimmt. Das Lysimeter ist mit einem Feuchtigkeitsregelungssystem versehen, das den Bodenkern auf einen gleichen Wasserspannungsstatus regelt wie die Umgebung, oder überschüssige Feuchtigkeit über Versickerung ablaufen lässt. Das Lysimeter ist mit Sensoren zum Messen von beispielsweise Wasserspannung, Temperatur und einer Einrichtung versehen, mit der Aufzeichnungsgeräte – drahtlos oder nicht – in Verbindung stehen.
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Es ist bekannt, dass der Einbau – das Stechen des ungestörten Bodenkerns und das Zurücksetzen in die Umgebung – von Lysimetern ein präziser und zeitraubender Prozess ist, der zu unzureichender Messgenauigkeit führen kann. Überdies stellt die Anzahl Leitungen zwischen Bodenkern, Sensoren, Elektronik und Pumpen ein Hindernis dar, das bei Installation und Betrieb die ordnungsgemäße Funktion stören kann.
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Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Lysimeter zu verbessern.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Dazu wird nach der Erfindung eine Einrichtung zum Messen des Gewichts eines Bodenkerns und Wasserbehältnisses bereitgestellt, welche eine tragende Wandgründungskonstruktion umfasst, auf der ein in Höhe und horizontal verstellbarer Kragen montiert wird. Befestigt an diesem Kragen stellt eine mehrfach, bevorzugt dreifach, stabförmige Vorrichtung eine frei hängende Konstruktion eines Tragrahmens mit den integrierten Teilen (Bodenkern, Saugplatte, Elektronik, Pumpen, Wasserbehältnis, Kraft-Messwertaufnehmer) bereit.
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Ferner wird nach der Erfindung eine Einrichtung zum Messen von Verdampfung und Niederschlag durch eine integrierte Konstruktion bereitgestellt, welche Folgendes umfasst: Probenrohr gefüllt mit Bodenkern und Vegetation, Saugplatte zur Feuchtigkeitsregelung des Bodenkerns, Kraft-Messwertaufnehmer für Probe, Kraft-Messwertaufnehmer für Wasserbehältnis, Elektronik zum Messen, Regeln und Aufzeichnen und Kommunizieren von Messwerten, Pumpe zur Feuchtigkeitsregelung, Pumpe für Wasserbehältnis und Wasserbehältnis, Kragen, und Gründungskonstruktion.
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Ferner wird nach der Erfindung eine Einrichtung zur genauen Regelung des Feuchtigkeitsgehalts des Bodenkerns mittels einer Saugplatte bereitgestellt. Die Einrichtung sorgt sowohl für den Entzug als auch die Zufuhr von Wasser. Die Saugplatte besteht aus einer geschlossenen Konstruktion gefüllt mit Wasser, angeschlossen an eine Einrichtung, die die Saugplatte je nach dem Feuchtigkeitszustand der Umgebung regelt. Die Saugplatte besteht aus einer Stapelkonstruktion mit einer flexiblen hydrophilen Filzschicht, die für kompletten hydrologischen Kontakt mit dem Boden sorgt, einer hydrophilen Kunststoffmembran mit ausreichend kleinen Poren, die einen Unterdruck von mindestens 1 bar aushalten kann, einem hydrophilen Träger zur mechanischen Unterstützung der Membran und einem Gewebe zur gleichmäßigen Druckverteilung unter der Membrankonstruktion.
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Ferner wird nach der Erfindung eine Einrichtung als Wandgründungskonstruktion bereitgestellt, aufgebaut aus einer Reihe von Wandteilen, die zusammen eine zusammenhängende Wandgründungskonstruktion bilden. Die Wandteile sind an den Längsseiten mit einer Koppelungskonstruktion versehen, an der Oberseite mit einer Montagemöglichkeit versehen, beispielsweise in Form eines Kragens, und an der Unterseite ist eine Vorrichtung in Form einer Verdickung angebracht, die die notwendige Kraft zum Einführen infolge von Bodenkohäsion senkt und, einmal in Position, den Bodengründungsgriff durch Hakenwirkung erhöht.
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In einem weiteren Aspekt wird eine Einrichtung zum Stechen eines Bodenkerns mittels der erwähnten Gründungskonstruktion bereitgestellt, auf der ein Druckrahmen montiert werden kann. Auf dem Druckrahmen wird ein Druckmechanismus montiert, der den Bodenprobenring in den Boden drückt. Da die Wandgründungskonstruktion einen größeren Widerstand gegen Herausziehen ergibt, als der Bodenprobenring gegen Eindrücken, wird eine gute Funktion gewährleistet.
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In einem weiteren Aspekt wird eine Einrichtung zum an der Unterseite Abschneiden und Unterstützen eines Bodenkerns mithilfe eines Schneidedrahtes bereitgestellt. Mithilfe einer Konstruktion, auf der eine Drahtwinde mit Schneidedraht montiert ist, die über eine Öse an der Unterseite in einer Schlinge endet, die rund um den ringförmig ausgeschnittenen Bodenkern gelegt wird. Eine Drahtwinde windet die Schlinge so, dass der Draht den Bodenkern an der Unterseite durchschneidet, sodass der Bodenkern entnommen werden kann. Eine an der Schlinge befestigte Unterstützungsvorrichtung, beispielsweise ein Tragenetz oder -tuch, kann gleich unter die Probe gezogen werden, um den Bodenkern beim Hochziehen vor Probenverlust zu schützen.
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In einem weiteren Aspekt wird eine Einrichtung zum Herausnehmen und Wiedereinsetzen der integrierten Konstruktion mittels der erwähnten Gründungskonstruktion bereitgestellt, auf der ein kippbarer Hubrahmen montiert werden kann. Auf dem Hubrahmen wird ein Hubmechanismus montiert, der den Bodenprobenring anhebt und seitlich vom Probenloch kippt, wodurch das Probenloch zum weiteren Ausgraben frei wird und der gestochene Bodenkern in die Konstruktion gelegt werden kann.
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Die in dieser Beschreibung und den Patentansprüchen des Antrags beschriebenen und/oder die in den Zeichnungen dieses Antrags dargestellten Aspekte und Maßnahmen können, wo möglich, auch getrennt voneinander angewendet werden. Diese getrennten Aspekte, und andere Aspekte, können Gegenstand darauf gerichteter gesonderter Patentanträge sein. Dies gilt insbesondere für die Maßnahmen und Aspekte, die an sich in den Unteransprüchen beschrieben sind.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Erfindung wird anhand einiger in den beiliegenden Zeichnungen gezeigten beispielhaften Ausführungen erläutert. Gezeigt wird in:
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eine Seitenansicht und ein teilweiser Längsschnitt einer beispielhaften Ausführung eines Lysimeters;
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eine Seitenansicht und ein teilweiser Längsschnitt einer weiteren beispielhaften Ausführung eines Lysimeters;
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eine Detailansicht von ;
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eine Ansicht einer beispielhaften Ausführung einer Saugplatte;
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eine Seitenansicht einer beispielhaften Ausführung einer Wandgründungskonstruktion;
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eine Ansicht einer beispielhaften Ausführung einer Einrichtung zum Stechen eines Bodenkerns;
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eine Ansicht einer beispielhaften Ausführung einer Einrichtung zum an der Unterseite Abschneiden und Unterstützen; und
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eine Ansicht einer beispielhaften Ausführung eines kippbaren Hubrahmens.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Das in dargestellte Lysimeter ist ein tonnenförmiger Körper B mit einer Unterseite C und einer Oberseite A und ist in der dargestellten Situation in einem Boden mit einer Geländeoberfläche in Höhe M angeordnet.
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Das Lysimeter umfasst einen Kragen 3, mittels eines Verstellmechanismus 1 einstellbar in Höhe und Fläche. Eine Dammwandkonstruktion 5 fungiert als Fundament für den Verstellmechanismus. Befestigt an diesem Kragen stellt eine mehrfach, bevorzugt dreifach, stabförmige Einrichtung 14, eine frei hängende Konstruktion eines Tragrahmens 13 bereit, mit den integrierten Teilen (Bodenkern 6, Saugplatte 7, Elektronik 8, Pumpen 9, Wasserbehältnis 12, Kraft-Messwertaufnehmer Bodenkern 10, Kraft-Messwertaufnehmer Behältnis 11). Die stabförmige Einrichtung ist an der Oberseite mit einer Hubaufhängung ausgestattet. Ein wasserdichtes Gehäuse 4 sorgt für den freien ringförmigen Raum rund um die frei hängende Konstruktion.
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Die in dargestellte Konstruktion zeigt den Längsschnitt einer beispielhaften Ausführung eines Lysimeters nach der Erfindung als integrierte Konstruktion mit dem Ziel der Realisierung einer kompakten Zusammenstellung, welche Folgendes umfasst: eine Gründungskonstruktion 5, Verstellmechanismus 1, Kragen 3, Bodenkern 6, Saugplatte 7, Elektronik 8, Pumpen 9, Wasserbehältnis 12, Kraft-Messwertaufnehmer Bodenkern 10, Kraft-Messwertaufnehmer Behältnis 11, wasserdichtes Gehäuse 4.
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Die in dargestellten Details von zeigen den Bodenkern 6, Saugplatte 7, Elektronik 8, Pumpen 9, Wasserbehältnis 12, Kraft-Messwertaufnehmer Bodenkern 10, Kraft-Messwertaufnehmer Behältnis 11. Tragerahmen 13 sorgt für die kompakte Montage der genannten Komponenten.
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Die in dargestellte Konstruktion zeigt eine Einrichtung zur genauen Regelung des Feuchtigkeitsgehalts des Bodenkerns mittels einer Saugplatte. Die Einrichtung sorgt sowohl für den Entzug als auch die Zufuhr von Wasser. Die Saugplatte besteht aus einer geschlossenen Konstruktion 7, gefüllt mit Wasser, angeschlossen an eine Einrichtung, die die Saugplatte je nach dem Feuchtigkeitszustand der Umgebung regelt. Die Saugplatte ist aus einer Stapelkonstruktion aufgebaut, welche eine flexible hydrophile Filzschicht 15 umfasst, die für kompletten hydrologischen Kontakt mit dem Boden sorgt, eine hydrophile Kunststoffmembran 16 mit ausreichend kleinen Poren, die in wassergesättigtem Zustand einen Unterdruck von mindestens 1 bar aushalten kann, einen hydrophilen Träger 17 mit Montagerahmen 18 zur mechanischen Unterstützung der Membran und ein Gewebe 19, das für freien Raum für gleichmäßige Druckverteilung unter der Membrankonstruktion sorgt.
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Die in dargestellte Konstruktion zeigt eine Lysimeter-Wandgründungskonstruktion 5. Diese Konstruktion hat den Zweck zu vermeiden, dass die Wände einstürzen, als Gründung des Lysimeters, vermeiden, dass Grundwasser die Installation des Lysimeters erschwert, und das Abpumpen von überschüssigem Grundwasser ermöglichen. Die Wandgründungskonstruktion ist aufgebaut aus einer Reihe von losen Wandelementen, die zusammen eine zusammenhängende Konstruktion bilden. Die losen Elemente ermöglichen eine einfache Anbringung, weil eine beschränkte Eindringungskraft je Element notwendig ist, während alle gekoppelten Elemente zusammen ausreichende Gründungskraft haben. Die Elemente sind an der Längsseite mit einer Koppelungskonstruktion 20 versehen, an der Oberseite mit einer Montagevorrichtung 21 versehen, beispielsweise in Form eines Kragens, und an der Unterseite ist eine Vorrichtung in Form einer Verdickung 22 angebracht, die die notwendige Kraft zum Einführen infolge von Bodenkohäsion senkt und, einmal in Position, den Bodengründungsgriff durch Hakenwirkung erhöht. Ferner ist dargestellt Kragen 3, der Verstellmechanismus 1, die Hubaufhängung 2 und das wasserdichte Gehäuse 4.
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Die in dargestellte Einrichtung dient zum Stechen eines Bodenkerns, mit oder ohne Vegetation. Mittels der erwähnten Gründungskonstruktion 5, auf der ein Druckrahmen 23 montiert werden kann. Auf dem Druckrahmen wird ein Druckmechanismus 24 montiert, der den Bodenprobenring 6 in den Boden drückt und zugleich die Vegetation schützt. Da die Wandgründungskonstruktion einen größeren Widerstand gegen Herausziehen ergibt, als der Bodenprobenring gegen Eindrücken, wird eine gute Funktion gewährleistet.
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Die in dargestellte Konstruktion zeigt eine Einrichtung zum an der Unterseite Abschneiden und Unterstützen eines Bodenkerns mit Vegetation mithilfe eines Schneidedrahtes 25. Die Konstruktion 26 mit Stütze 27, darauf montiert eine Drahtwinde 28, versehen mit Schneidedraht 25, der an der Unterseite in einer Schlinge endet, die rund um den ringförmig ausgegrabenen Bodenkern gelegt wird. Eine Drahtwinde windet die Schlinge so, dass der Draht den Bodenkern an der Unterseite durchschneidet, sodass der Bodenkern ohne Probenverlust entnommen werden kann. Die Einrichtung stellt beispielsweise ein an der Schlinge befestigtes Tragenetz oder -tuch bereit, das gleichzeitig beim Durchschneiden unter die Probe gezogen wird, um den Bodenkern beim Hochziehen gegen Probenverlust zu schützen.
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Die in dargestellte Konstruktion zeigt eine Einrichtung zum Herausnehmen und Wiedereinsetzen der integrierten Lysimeterkonstruktion mittels der erwähnten Gründungskonstruktion 5, auf der ein kippbarer Hubrahmen 29, mit Hub-Kipp-Vorrichtung 30, montiert werden kann. Auf dem Hubrahmen wird ein Hubmechanismus 31 montiert, der den Bodenprobenring 6, mit Bodenkern und Vegetation aus dem Probenentnahmeloch hebt und seitlich vom Probenentnahmeloch kippt, wodurch das Probenentnahmeloch zum weiteren Ausgraben frei wird und der gestochene Bodenkern einfach gehandhabt und in die Konstruktion gelegt werden kann.
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Die obige Beschreibung wurde aufgenommen, um die Funktion der bevorzugten Ausführungen der Erfindung zu illustrieren, und nicht um den Schutzbereich der Erfindung zu beschränken. Ausgehend von der obigen Erläuterung werden für Fachleute viele Variationen deutlich sein, die unter den Geist und den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallen.
