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Vorrichtung zum Feinmessen von Längenänderungen in Gebirgskörpem und Bauwerken
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Feinmessen von Längenänderungen in Gebirgskörpern und Bauwerken unter Verwendung eines im Bohrloch befestigten und aus diesem herausragenden
Messgestänges, wobei der Abstand dessen Endes gegenüber einer festen Bezugsmarke gemessen wird, zum Zwecke der Überwachung und zur Ermittlung von technischen Nennwerten durch Messungen von
Bewegungen innerhalb derselben.
Eine zweckentsprechende Messmethode für derartige Feinmessungen bestand bisher darin,
Bewegungen eines Fixpunktes mittels eines gespannten Drahtes oder eines ungespannten Gestänges zu einer zugänglichen Messstelle zu übertragen. Der Fixpunkt für den Draht bzw. für das Gestänge war an der zu beobachtenden Gebirgsstelle bzw. an dem zu beobachtenden Bauwerksteil verankert. An der Messstelle wurden die übertragenen Bewegungen mechanisch durch Wegmessung des Drahtes oder Gestänges angezeigt oder in elektrische Werte umgesetzt, die dann fernübertragen werden konnten.
Beim Einsatz solcher Drahtextensometer in Gesteinsbohrungen überträgt jedoch der gespannte Messdraht Gebirgsbewegungen mit genügender Genauigkeit nur unter de ; Voraussetzung, dass die Gesteinsbohrungen höchstens minimal von einer Geraden abweichen. In der Praxis kann die erforderliche, axiale Geradheit der Gesteinsbohrungen kaum verwirklicht werden. Der wesentliche Vorteil der Verwendung eines Messdrahtes hiefür ist darin zu sehen, dass bei Gebirgsbewegungen quer zur Messstrecke, die ein normales Mass nicht überschreiten, die volle Funktionsfähigkeit des Messsystems erhalten bleibt, da der Messdraht zufolge seines kleinen Durchmessers im Schutzrohr genügend Spiel besitzt.
Werden jedoch ungespannte Messgestänge in Gesteinsbohrungen eingebaut, so übertragen diese nur in relativ kurzen Bohrungen die zu messenden Bewegungen mit genügender Genauigkeit, weil sich Bohrlöcher in der Praxis nur selten ohne Krümmungen herstellen lassen. Es besteht jedoch die Gefahr, dass durch Gebirgsbewegungen quer zur Messstrecke das Gestänge geklemmt und dadurch die Messanzeige verfälscht wird. Die Messgenauigkeit von längeren Extensometern mit ungespanntem Messgestänge kann auch dadurch leiden, dass kleine Längsbewegungen des Gestänges in Gestängeausbauchungen übergeführt und"verschluckt"werden. In diesem Fall werden die zu messenden Gebirgsbewegungen überhaupt nicht oder nur zum Teil am Messende des Gestänges angezeigt.
Der wesentliche Hauptnachteil der bisher verwendeten Extensometer besteht jedoch darin, dass die Messgestänge oder Messdrähte im Bohrlochtiefsten fest verankert wurden und deshalb nicht ausgewechselt und daher in ihrer Funktionsfähigkeit weder geprüft noch im Bohrloch justiert werden konnten.
Beim Erfindungsgegenstand soll bei Feinmessung nur ein torsionssteifes Messgestänge (daher kein Draht) verwendet werden. Das Kennzeichen der erfindungsgemässen Vorrichtung besteht darin, dass das Messgestänge aus einer im Bohrloch verankerten Büchse und einem beweglichen Messgestänge mit
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Verankerungsdorn besteht, die miteinander durch Ineinanderstecken und Verdrehen kuppelbar sind, wobei die Verankerungsbüchse sehr kurz ausgeführt ist, während das von aussen bewegliche, auswechselund verstellbare Messgestänge sehr lange ausgeführt ist. Zweckmässigerweise besteht die Kupplungsvorrichtung aus einem Verankerungsteil mit einer genuteten Büchse und einem Führungsdorn mit Anschlagstift normal zur Gestängeachse am Ende des Messgestänges.
Zur Ermöglichung der Justierung sind in der rohrförmigen Büchse mindestens zwei, in axialer Richtung in genau definierter Tiefe angeordnete Rasten zur Aufnahme des Anschlagstiftes des Messgestänges vorgesehen. Zur leichteren Einrastung kann das bewegliche Messgestänge unter Federzugwirkung stehen. Weitere Kennzeichen der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen in der Beschreibung näher erläutert.
Durch diese Unterteilung des Messgestänges in eine im Bohrloch verankerte Büchse und ein bewegliches Messgestänge werden gegenüber den bekannten Vorrichtungen dieser Art folgende Vorteile erzielt :
Die Funktionsfähigkeit der Messvorrichtung kann im Betriebszustand jederzeit festgestellt werden und bei der Montage justiert werden. Ferner kann das bewegliche Messgestänge jederzeit aus-und eingebaut werden. Die Messwerte können mit einem bekannten mobilen Ablesegerät mechanisch so abgetastet werden, dass für diesen Vorgang geringster Raum beansprucht wird, so dass auch für mehrere, in einem Bohrloch untergebrachte, verschieden lange Messgestänge die Wegstrecken in einer einzigen Messplatte ablesbar sind. Der mit der Vorrichtung ermöglichte Justiervorgang ermöglicht die entsprechende Kalibrierung bzw. Skalenanbringung des Messwertzeigers (Ablesegerät).
Dies ist besonders bei Fernmeldung der Messwerte von Vorteil. Die Dreh- und Längsbeweglichkeit des beweglichen Gestänges gestattet es vor allem zu prüfen, ob das Gestänge frei und voll beweglich ist und somit seine exakte Funktion erfüllen kann. Durch die Spannung des Messgestänges wird ausserdem sichergestellt, dass keine Längsbewegungen in Gestängebäuchen verschluckt werden.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung dargestellt, u. zw. zeigen Fig. l den Verankerungsteil-A-im Längsschnitt, die Fig. 2 und 3 die genutete und mit Rasten versehene Büchse in Abwicklung und Vorderansicht, die Fig. 4 den Messkopf --B-- am Ende des beweglichen Teiles der Vorrichtung im Längsschnitt, die Fig. 5 ein Messnormal mit eingesetztem Anzeigegerät, die Fig. 6 eine Draufsicht auf die Messplatte von oben und Fig. 7 den Messkopf-B-mit fest eingebautem Weggeber.
Bei der dargestellten Vorrichtung besteht das Messgestänge aus zwei Teilen, u. zw. dem Verankerungsteil-A-und dem beweglichen Messgestänge mit dem Messkopf --B--.
Der Verankerungsteil --A-- der Extensometerausrüstung besteht erfindungsgemäss aus einem Stabteil-l--, der in geeigneter und bekannter Weise im Gebirge fixiert werden kann, und aus einem
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Messgestänge sichergestellt wird. Im Inneren des gebohrten Konusteiles ist eine Büchse --4-- fixiert, die eine, in axialer Richtung in genau definierter Tiefe angeordnete Messraste --5-- und eine ebensolche Justierraste-6-jedoch verschiedener Tiefe besitzt (Fig. l und 2). In der Büchse --4-ist ferner eine Längsnut --7-- eingefräst, durch die beim Ein- und Ausbau des beweglichen Messgestänges-8-mit einem Führungsdorn --8a-- dessen Anschlagstift --12-- ein- und ausgeführt werden kann.
Das bewegliche Messgestänge besteht etwa aus einem Rohr-8-in welches am unteren Ende ein Führungsdorn --8a-- befestigt ist. Am Führungsdorn --8a-- ist normal zur Gestängeachse ein Anschlagstift --12-- befestigt. Dieser Anschlagstift --12-- stützt sich in Messstellung gegen die axiale Messraste --5-- in der Büchse --4-- ab. Dieser Teil-A-ist durch mechanische Klemmung oder Vermörtelung mit dem Gebirge fest verbunden. In einem bestimmten, axialen Abstand zur Messraste ist die Justierraste --6-- angeordnet (Fig.1 und 2). Die Art der Anordnung der erwähnten Rasten ähnelt dem bekannten Bajonettverschluss. Die Anordnung hat hier jedoch den Zweck, eine bestimmte Wegstrecke (Länge) für den Justiervorgang vorzugeben.
Beim Justiervorgang stützt sich der Anschlagstift --12-- des beweglichen Messgestänges --8,8a-einmal in der Justierraste-6-und zum andern Mal in der Messraste-5-ab. Dabei wird das Aus- und Einrasten durch Drehen und Ziehen bzw. Schieben des gesamten Messgestänges --8,8a-- am Bohrlochmund bewerkstelligt. In Mess- und Justierstellung des Anschlagstifes --12-- wird die Axialverschiebung des vorderen Gestängeendes in bezug auf eine ortsfeste Messplatte --1,3-abgetastet und auf dem zu justierenden, an sich bekannten Anzeigegerät --11-- angezeigt.
Bei der Prüfung, ob das Messgestänge mit der gesamten Messstreckenlänge frei liegt, wird durch Drehen des Messgestänges dessen Anschlagstift --12-- ausgerastet und, soweit es der Abstand--a- (Ende des Messgestänges-8a-bis Anfang des Stabteiles-l-) zulässt, wird das Gestänge axial
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verschoben.
Durch die Nut-7-in der Büchse-4-des Ankerteiles-2-kann der Anschlagstift --12-- des Messgestäng endes durchgeführt werden, so dass das Messgestänge --8,8a-- gänzlich aus dem Ankerteil-1, 2- gezogen und hierauf ausgebaut werden kann. Der Einbau eines Messgestänges erfolgt entsprechend in umgekehrter Reihenfolge.
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und zweckmässigerweise mittels Federn oder Gewichten in an sich bekannter Art gegen den Verankerungstell--2--gespannt.
Die Stellung des Messgestänges --8,8a-- in bezug auf die Lage der Messplatte-13-wird
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(Fig. 7)stützt sich in Messstellung gegen den Tasteranschlag-9'--im Messkopf-13-. Der Anschlag, gegen den der Messtaster-11-mit der Hand gedrückt wird, führt gleichzeitig den Messtaster. Dieser
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--11-- misstTasteranschlag-9'--. Dieser Abstand wird mit dem Fixabstand eines Messnormals --C-- (Fig.5) verglichen. Die Konstruktion des Eichnormals entspricht der Konstruktion des Messteiles im Messkopf --B--.
Die Tastermessmethode ermöglicht die Unterbringung zahlreicher Messanschläge auf engstem Raum,
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B.PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Feinmessen von Längenänderungen in Gebirgskörpern und Bauwerken unter Verwendung eines im Bohrloch befestigten und aus diesem herausragenden Messgestänges, wobei der Abstand dessen Endes gegenüber einer festen Bezugsmarke gemessen wird, d a d u r c h g e k e n n zeichnet, dass das Messgestänge aus einer im Bohrloch verankerten Büchse (1, 2, 4) und einem beweglichen Messgestänge mit Verankerungsdorn (8, 8a) besteht, die miteinander durch Ineinanderstecken und Verdrehen kuppelbar sind, wobei die Verankerungsbüchse (1, 2, 4) sehr kurz ausgeführt ist, während das von aussen bewegliche, auswechsel-und verstellbare Messgestänge (8, 8a) sehr lange ausgeführt ist.
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