-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Qualitätsprüfung des Materials von grobkörnigen Böden, insbesondere von Sportböden, gemäß dem Patentanspruch 1 sowie ein Prüfgerät zur Durchführung eines derartigen Verfahrens gemäß dem Patentanspruch 7.
-
Es ist allgemein bekannt, die Härte, d.h. den mechanischen Widerstand, den ein Werkstoff der mechanischen Eindringung eines anderen Körpers entgegensetzt, für Werkstoffe bzw. für Materialien als einen Parameter des Werkstoffs durch Versuche zu bestimmen.
-
Um die Werte des Parameters „Härte“ eines Werkstoffs objektiv und reproduzierbar zu bestimmen, sind definierte Härtemessverfahren wie beispielweise nach Shore, Brinell, Rockwell und Vickers bekannt, welche jeweils einen Eindringkörper verwenden. Unter einem Eindringkörper wird dabei ein durch das Verfahren bzw. durch Normen vordefinierter Körper verstanden, wobei die zu verwendenden Eindringkörper je nach Verfahren unterschiedlich definiert sind. So weist der Eindringkörper bei der Prüfung nach Brinell die Form einer Kugel, bei Vickers die Form einer Pyramide und bei Shore die Form eines Kegels, auch Prüfkegel genannt, auf.
-
Derartige Härtemessverfahren werden für die unterschiedlichsten Werkstoffe angewendet, beispielsweise auch zur Prüfung der Qualität von Tretschichten für Sportplätze. Die Tretschicht ist die oberste Schicht, die durch (dynamische) Belastungen und Witterungsbedingungen am stärksten beansprucht wird. Derartige Tretschichten bestehen üblicherweise aus Sand oder aus Sand mit Zuschlagstoffen. Hierdurch wird eine gewisse Nachgiebigkeit der Tretschicht zur Erfüllung der sportfunktionellen Eigenschaften erreicht.
-
Derartige Sportplätze können beispielsweise Reitplätze sein. Die Forschungsgesellschaft Landschaftsentwicklung Landschaftsbau e. V. (FLL) hat hierzu „Reitplatzempfehlungen - Empfehlungen für Planung, Bau und Instandhaltung von Reitplätzen“ veröffentlicht, siehe 2. Ausgabe, Februar 2014 (FLL 2014). Danach muss die Tretschicht so beschaffen sein, dass „sie ausreichend rutsch- und trittfest, sprungsicher, huf- und gelenkschonend und stoßdämpfend ist, jedoch ein gewisses Maß an Rutschung und Kraftabbau ermöglicht“.
-
Das bedeutet im Einzelnen:
- - Die Tretschicht muss flächendeckend auf dem gesamten Platz die gleiche Dicke (meistens 7 bis 10 cm) und die gleichen Eigenschaften aufweisen.
- - Die Trittfestigkeit bzw. die Eindringtiefe des Hufes soll auf dem Platz je nach Art der Nutzung 1 bis 6 cm betragen.
- - Die Tretschicht muss in der Lage sein, die Stoßkraft des Pferdehufauftrittes zu reduzieren, was als Kraftabbau bezeichnet wird. Der Kraftabbau beschreibt die prozentuale Reduzierung der Aufprallkraft auf einem Sportboden gegenüber der Aufprallkraft auf einem Betonboden. Ein guter Kraftabbau entlastet den Bewegungsapparat und beugt Schmerzen, Verschleißerscheinungen und Verletzungen vor.
- - Ein hoher Anteil der Eingangsenergie, der vom Boden zurückgegeben wird (Energierückgewinnung) spricht für einen guten Federeffekt und damit verbesserte sportliche Leistungen (schnellerer Parcourslauf). Im Gegensatz zu elastischen Sportbodenbelägen (Laufbahnen) reagieren Tretschichten überwiegend mit plastischen Formveränderungen.
- - Die Gleitscherfestigkeit der Tretschicht soll ein horizontales Verschieben auf den tiefer liegenden Bodenbereich verhindern.
- - Die Torsionsscherfestigkeit muss ein Wegrutschen bei Reitbewegungen in Kurvenbereichen (Wendungen) verhindern.
-
An Tretschichten von Reitplätzen werden somit viele Anforderungen gestellt. Diese können zudem je nach Reitdisziplin, Reitweise und Reitniveau sehr unterschiedlich sein. Vergleichbare Anforderungen werden aber auch an andere Sportplätze mit sandigen Böden als Tretschichtmaterial gestellt, wie z. B. an Sportplätze für Beachsportarten wie Beachhandball, Beachsoccer und Beachvolleyball oder auch für Weitsprunganlagen.
-
Der Stand der Technik der Härtemessverfahren für Sportplätze mit sandigen Böden ergibt sich im Wesentlichen aus den zuvor genannten FLL-Reitplatzempfehlungen (FLL 2014), ergänzt durch den Diskussionsstand im Regelwerksausschuss „Reitplätze“, der mit einer Überarbeitung der Reitplatzempfehlungen befasst ist. Eine Übersicht des Standes der Technik zeigt die Tabelle der 6.
-
Dort wird die Eindringtiefe als ein Kriterium betrachtet. Hierzu wird zum einen ein Laborversuch in Anlehnung an den CBR (siehe FLL 2014, Anhang V) vorgenommen. Der CBR (California Bearing Ratio)-Versuch dient der Beurteilung der Tragfähigkeit des Baugrundes und wird vorrangig im Straßen- und Verkehrswegebau angewendet (DIN EN 13286-47 oder TP BF - StB Teil B 7.1). Hierbei ist eine Eindringtriefe von ≥ 2,5 mm und von ≤ 15 mm gefordert. Zum anderen kann ein Feldversuch durchgeführt werden, bei dem die Messung der Eindringtiefe des ersten Pferdes unmittelbar nach dem Einebnen der Tretschicht (nach Herstellung bzw. nach Pflegegang) erfolgt, wobei Aufwölbungen nach dem Hufauftritt vor der Tiefenmessung zu beseitigen sind. Hier liegen die Anforderungen der Eindringtriefe zwischen ≥ 1 cm und ≤ 6 cm.
-
Als weiteres Kriterium ist der Kraftabbau bekannt, zu dem jedoch keine Versuchstechniken als Laborversuche bekannt sind. Im Feldversuch erfolgt die Messung des Kraftabbaus und der Energierückgewinnung nach dem Künstliche Sportler-Verfahren (DIN EN 14808).
-
Als weiteres Kriterium ist die Scherfestigkeit bekannt. Hierzu sind jedoch weder Versuchstechniken für Laborversuche noch für Feldversuche bekannt.
-
Ein wesentlicher Nachteil ist somit, dass sich für die Ermittlung der Scherfestigkeit im Labor- und im Feldversuch und des Kraftabbaus im Laborversuch kein Verfahren etabliert hat und dementsprechend in den FLL-Reitplatzempfehlungen (FLL 2014) kein entsprechendes Verfahren aufgeführt wird, siehe Tabelle der 6.
-
Das Laborverfahren zur Ermittlung der Eindringtiefe (CBR-Verfahren) ist technisch aufwendig und erfordert einen hohen monetären Aufwand. Ausführende Betriebe und überwachende Ingenieurbüros nehmen häufig davon Abstand. Zudem ist dieser Versuch nicht als Feldversuch geeignet.
-
Die Ermittlung des Kraftabbaus erfordert ebenfalls einen erhöhten technischen und monetären Aufwand. Hier fehlt das Pendant als Laborversuch.
-
Insgesamt wird damit das Reaktionsverhalten einer Tretschicht gegenüber Belastungen sowohl in eignungsprüfenden Laborversuchen als auch in qualitätsprüfenden Feldversuchen nur unzureichend erfasst. Anerkannte Versuchstechniken sind überwiegend nicht vorhanden oder sehr aufwendig. Mehrfachprüfungen sind je nach Untersuchungsparameter zeit- und kostenintensiv. Veterinärmedizinische Bewertungen, die noch ausstehen, haben damit keine belastbare Datenbasis.
-
Ein Lösungsansatz kann in der Modifikation des dynamischen Plattendruckversuches mit dem leichten Fallgewichtsgerät (Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen, Technische Prüfvorschrift für Boden und Fels im Straßenbau TP BF - StB, Teil B 8.3, Ausgabe 2012) gesehen werden. Das Gerät wird planmäßig eingesetzt, um die Tragfähigkeit eingebauter und verdichteter Bodenschichten im Straßenbau zu prüfen. Dabei wird eine Lastplatte mit einem Durchmesser von 300 mm durch einen gedämpften Stoß belastet und letztlich ein Verformungsmodul als Maß für die Tragfähigkeit ermittelt. Möglichst geringe Lastplatteneindringungen im Versuch sind Voraussetzungen für möglichst geringe Verformungen in der späteren Straßennutzung.
-
Für Tretschichtprüfungen auf Reitplätzen wurde abweichend eine Lastplatte mit einem Durchmesser von 150 mm eingesetzt (eher einer Hufgröße ähnelnd; s. a. FLL 2014). Der Einsatz und die Ergebnisverwertung sind nicht unumstritten. Schließlich ist bei Reitplätzen gegenüber dem Straßenbau eine gewisse Nachgiebigkeit erwünscht. Größere Nachgiebigkeiten führen aber zu schwerer interpretierbaren Ergebnissen (Anwendungsgrenze des Gerätes). Schließlich wird durch die plattenförmige Belastung überwiegend das Setzungsverhalten und weniger die Gleitscher- und Torsionsscherfestigkeit erfasst.
-
Wesentliche sportfunktionelle Eigenschaften wie Eindringung, Kraftabbau und Scherfestigkeit können somit bei nachgiebigen Sportplatz-Tretschichten aus Sand, ggf. mit Zuschlagstoffen, in ihrer kombinatorischen Wirkung durch keine bekannte Versuchstechnik erfasst werden.
-
Gesucht wird daher ein einfaches und robustes Prüfverfahren für nachgiebige Sportplatz-Tretschichten aus Sand, ggf. mit Zuschlagstoffen. Insbesondere die kombinatorische Reaktionswirkung des Bodens soll ausreichend genau erfasst werden können. Insbesondere sollen die Eindringtiefen ausreichend differenzierbar sein, so dass aus bodenmechanischer Sicht die Grundlage für qualifizierte Sportplatz-Tretschichten geschaffen werden kann.
-
Vorzugsweise soll das Verfahren einerseits im Rahmen einer Eignungsprüfung des Materials vor Anlieferung und Einbau auf dem Sportplatz einsetzbar sein, was eine im Erdbau übliche Vorgehensweise darstellt. Andererseits soll das Verfahren auch nach Einbau auf dem Sportplatz als Abnahmekriterium und als Kontrollverfahren für nach den Pflegegängen eingeebnete Flächen angewendet werden können. Das kann insofern wichtig sein, weil die Materialien belastungs- und witterungsbedingten Veränderungen unterliegen und die sportfunktionellen Anforderungen irgendwann nicht mehr erfüllt werden (Sanierungsbedarf).
-
Insbesondere für praktische Prüfungen auf dem Sportplatz soll ein leicht handhabbares Gerät zur Durchführung des Prüfverfahrens geschaffen werden, welches schnelle aber ausreichend präzise Messungen ermöglicht. So soll vorzugsweise durch Umsetzen des Gerätes eine repräsentative flächendeckende Untersuchung vorgenommen werden können.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Prüfgerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
-
Somit betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Qualitätsprüfung des Materials von grobkörnigen Böden, insbesondere von Sportböden, mit wenigstens den Schritten:
- • Bilden wenigstens eines Abschnitts des Bodens mit einer glatten horizontalen Oberfläche,
- • Ausrichten eines Prüfkegels eines Prüfgeräts in der vertikalen Richtung gegenüber der glatten horizontalen Oberfläche des Bodens derart, dass die Kegelspitze des Prüfkegels die glatte horizontale Oberfläche berührt,
- • Fallenlassen des Prüfkegels mittels des Prüfgeräts in der vertikalen Richtung mit der Kegelspitze in den Boden hinein, und
- • Erfassen der Wegänderung des Prüfkegels in der vertikalen Richtung mittels einer Wegmesseinrichtung des Prüfgeräts.
-
Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß ein Verfahren mit einem, vorzugsweise erfindungsgemäßen Prüfgerät, durchgeführt, bei dem die Kegelspitze des Prüfkegels als Eindringkörper zuerst mit einer glatten horizontalen Oberfläche des zu prüfenden Bodens bzw. Bodenmaterials in Kontakt gebracht und dann der Prüfkegel in das Bodenmaterial hinein fallen gelassen wird. Die Wegstrecke kann messtechnisch erfasst und beispielsweise an einen Benutzer ausgegeben werden, beispielsweise mittels einer optischen Anzeige der Wegmesseinrichtung. Die Wegstrecke zwischen dem berührenden Kontakt von Kegelspitze des Prüfkegels und Oberfläche des Bodenmaterials als Ausgangspunkt der Wegänderungsmessung und das Maß bzw. die Wegstrecke, um welches die Kegelspitze des Prüfkegels bis zum Stillstand des Prüfkegels in das Material des Bodens eingedrungen ist, kann auch als Eindringtiefe bzw. Eindringung bezeichnet werden. Das Verfahren kann auch als Prüfkegelverfahren bzw. ein einziger Messvorgang des Verfahrens auch als Prüfkegelversuch oder als Prüfkegelmessung bezeichnet werden.
-
Das Bilden eines Abschnitts des Bodens mit einer glatten horizontalen Oberfläche kann dabei mittels eines separaten Gerätes bzw. von einer Person als Benutzer des Prüfgeräts bzw. als ausführende Person des Verfahrens erfolgen. Beispielsweise kann dies mittels eines Stabes oder dergleichen erfolgen, welcher über die Oberfläche des Bodens bzw. des Bodenmaterials gezogen wird und damit eine glatte Oberfläche hinterlässt. Durch entsprechende Ausrichtung des Stabes beim Ziehen kann dabei die glatte Oberfläche in die Horizontale gelegt werden.
-
Mit dem erfindungsgemäßen Prüfkegelverfahren kann das Eindringverhalten des Prüfkörpers bzw. des Eindringkörpers in Form des Prüfkegels in die Tretschicht des Bodens quantifiziert werden. Der vorliegenden Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass die gemessene Eindringtiefe des Prüfkegels die kombinatorische Wirkung aus dem Eindringwiderstand an der Kegeloberfläche (Kegelspitze und Kegelmantel), dem Kraftabbau (Reduzierung der Eindringkraft) und dem Scherfestigkeitsverhalten (Verschieben der Körner in dreidimensionaler Richtung) widerspiegelt. Somit kann mit einem einzigen Versuch bzw. anhand der erfassten bzw. gemessenen Wegstrecke eine Information erhalten werden, welche für alle drei Parameter repräsentativ ist.
-
Eine bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen Prüfkegelversuches kann bei der Qualitätsprüfung von Reitplätzen gesehen werden. Dies kann die Eignungsprüfung von Tretschichtmaterialien als Laborprüfung vor dem Bau des Reitplatzes sowie die Abnahme- und weitere Qualitätsprüfungen (z. B. nach Pflegegängen) nach Herstellung des Reitplatzes umfassen.
-
Als wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Prüfkegelverfahrens bzw. Prüfkegelversuches gegenüber dem Stand der Technik kann somit angesehen werden, dass mit einem erfindungsgemäßen Prüfverfahren die wesentlichen sportfunktionellen Eigenschaften wie Eindringung, Kraftabbau und Scherfestigkeit in ihrer kombinatorischen Wirkung durch einen einfachen und schnell zu ermittelnden Kennwert, nämlich die Eindringung, erfasst werden können. Die Ergebnisse können in größerer Bandbreite von bis zu etwa 10 cm differenziert werden und können damit einen umfassenden Datenpool für noch ausstehende veterinärmedizinische Bewertungen bilden. So können abschließend zulässige und nicht zulässige Eindringungen festgelegt werden. Diese können dann der Maßstab für die Eignung von Tretschichtmaterialien als Eignungsprüfungen im Labor und für Kontrollprüfungen auf den Reitplätzen für Abnahmen oder nach Pflegegängen sein.
-
Dies kann für grobkörnige Böden, ggfs. mit Zuschlagstoffen, erfolgen, von denen eine gewisse Nachgiebigkeit erwartet wird, wie es bei Sportböden der Fall ist. Als Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Verfahrens kommen insbesondere Ingenieurbüros in Betracht, welche Eignungsprüfungen im Labor und Kontrollprüfungen auf dem Sportplatz durchführen, ferner ausführende Betriebe, welche Eigenprüfungen im Rahmen der Herstellung und der Pflege von Tretschichten durchführen, sowie Anlagenbetreiber, welche Kontrollprüfungen in Eigenregie durchführen möchten.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist das Verfahren ferner wenigstens den weiteren Schritt nach dem Bilden und vor dem Ausrichten auf:
- • Anordnen des Prüfgeräts, vorzugsweise eines Bodengestells des Prüfgeräts, auf dem Boden, so dass der Prüfkegel des Prüfgeräts oberhalb der glatten horizontalen Oberfläche positioniert wird.
-
Dies kann die Durchführung des Verfahrens vereinfachen, indem ein mobiles Prüfgerät entsprechend verwendet wird.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das Verfahren ferner wenigstens den weiteren Schritt nach dem Anordnen und vor dem Ausrichten auf:
- • Nivellieren des Bodengestells in der Horizontalen gegenüber der glatten horizontalen Oberfläche des Bodens.
-
Hierdurch kann die vertikale Richtung des Prüfgeräts in Deckung mit der vertikalen Richtung gegenüber der glatten horizontalen Oberfläche des Bodens gebracht werden, so dass eine lineare Bewegung des Prüfkegels in der vertikalen Richtung gegenüber dem Prüfgerät auch exakt einer linearen Bewegung des Prüfkegels in der vertikalen Richtung gegenüber der glatten horizontalen Oberfläche des Bodens entspricht. Dies kann die Vergleichbarkeit der Messergebnisse untereinander bzw. mit vorbestimmten Kriterien, welche unter derartigen Bedingungen messtechnisch bestimmt wurden, verbessern bzw. sicherstellen.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das Verfahren ferner wenigstens den weiteren Schritt nach dem Ausrichten und vor dem Fallenlassen auf:
- • Nullen der Wegmesseinrichtung des Prüfgeräts.
-
Mit anderen Worten wird die Erfassung bzw. die Anzeige der Wegstrecke der Wegmesseinrichtung in dem Moment, beispielsweise durch einen Bedienvorgang des Benutzers, auf Null gesetzt, wenn der Prüfkegel in der Ausgangsposition ist, d.h. wenn die Kegelspitze des Prüfkegels die glatte horizontale Oberfläche berührt. Dies kann das Erfassen der Eindringung vereinfachen, da diese somit direkt erfasst bzw. angezeigt werden kann.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das Verfahren ferner wenigstens den weiteren Schritt nach dem Erfassen auf:
- • Verbringen des Prüfkegels in der vertikalen Richtung in die Position des Anordnens.
-
Hierdurch kann die Position des Anordnens als Ausgangsposition bzw. als Ausgangslage des Prüfkegels wieder eingenommen werden, d.h. es kann ein erneutes Ausrichten des Prüfkegels des Prüfgeräts in der vertikalen Richtung gegenüber der glatten horizontalen Oberfläche des Bodens derart erfolgen, dass die Kegelspitze des Prüfkegels die glatte horizontale Oberfläche berührt, wie zuvor beschrieben. Nun können auch die nachfolgenden Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens an einer anderen Stelle des Bodens wiederholt werden, wie weiter unten näher beschrieben wird.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das Verfahren ferner wenigstens den weiteren Schritt nach dem Erfassen, vorzugsweise nach dem Verbringen, auf:
- • Wiederholen des Verfahrens für wenigstens eine weitere glatte horizontale Oberfläche des Bodens.
-
Mit anderen Worten kann nach einem erfolgten Prüfvorgang bzw. nach einem durchgeführten Prüfverfahren ein weiterer Abschnitt des Bodens mit einer glatten horizontalen Oberfläche ausgebildet werden und dort ein erneutes Ausrichten des Prüfkegels des Prüfgeräts in der vertikalen Richtung gegenüber der glatten horizontalen Oberfläche des Bodens derart erfolgen, dass die Kegelspitze des Prüfkegels die glatte horizontale Oberfläche berührt, wie zuvor beschrieben. Dann kann ein erneutes Fallenlassen des Prüfkegels mittels des Prüfgeräts in der vertikalen Richtung mit der Kegelspitze in den Boden hinein und ein erneutes Erfassen der Wegänderung des Prüfkegels in der vertikalen Richtung mittels der Wegmesseinrichtung des Prüfgeräts dort erfolgen. So kann die Eindringung in den Boden bzw. in das Bodenmaterial an wenigstens einer weiteren Stelle des Bodens und durch mehrere Wiederholungen des Verfahrens an entsprechend vielen Stellen des Bodens bestimmt bzw. erfasst werden. Damit kann eine entsprechend flächendeckende bzw. repräsentative Untersuchung eines Bodens als Kontrollprüfung erfolgen.
-
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Prüfgerät zur Durchführung eines Verfahrens zur Qualitätsprüfung des Materials von grobkörnigen Böden, insbesondere von Sportböden, wie zuvor beschrieben, mit einem Prüfkegel, welcher ausgebildet ist, vorzugsweise gegenüber einem Bodengestell, in der vertikalen Richtung positioniert und mit der Kegelspitze in der vertikalen Richtung nach unten zeigend fallengelassen zu werden, und mit einer Wegmesseinrichtung, welche ausgebildet ist, eine Wegänderung des Prüfkegels in der vertikalen Richtung zu erfassen. Hierdurch kann ein Prüfgerät zur Verfügung gestellt werden, um ein zuvor beschriebenes Verfahren umsetzen und dessen Eigenschaften und Vorteile wie zuvor beschrieben nutzen zu können.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist das Prüfgerät ein Bodengestell auf, welches ausgebildet ist, auf einem Abschnitt des Bodens mit einer glatten horizontalen Oberfläche angeordnet zu werden. Hierdurch können die entsprechenden zuvor beschriebenen Aspekte des Verfahrens mittels des erfindungsgemäßen Prüfgeräts umgesetzt und dessen Eigenschaften und Vorteile wie zuvor beschrieben genutzt werden.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das Bodengestell wenigstens ein Nivellierelement, vorzugsweise wenigstens eine Libelle, besonders vorzugsweise eine Längslibelle und eine hierzu senkrecht angeordnete Querlibelle, zum Nivellieren des Bodengestells in der Horizontalen gegenüber der glatten horizontalen Oberfläche des Bodens auf. Dies kann ein Nivellieren wie zuvor beschrieben ermöglichen.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Wegmesseinrichtung ausgebildet, genullt zu werden. Hierdurch können die entsprechenden zuvor beschriebenen Aspekte des Verfahrens mittels des erfindungsgemäßen Prüfgeräts umgesetzt und dessen Eigenschaften und Vorteile wie zuvor beschrieben genutzt werden.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung nimmt das Prüfgerät den Prüfkegel entlang der vertikalen Richtung linear beweglich, vorzugsweise mittels wenigstens einer Linearführung, auf. Dies kann eine lineare Fallbewegung des Prüfkegels in der vertikalen Richtung nach unten in den Boden bzw. in das Bodenmaterial hinein begünstigen bzw. sicherstellen.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das Prüfgerät ein Führungselement, vorzugsweise eine Führungsstange, auf, welches feststehend mit dem Prüfkegel und entlang der vertikalen Richtung linear beweglich mit dem Bodengestell, vorzugsweise mit der Linearführung, verbunden ist. Ein derartiges Führungselement, insbesondere als sich im Wesentlichen länglich in der vertikalen Richtung erstreckende Führungsstange, kann eine lineare bzw. lotrechte Fallbewegung des Prüfkegels in der vertikalen Richtung nach unten in den Boden bzw. in das Bodenmaterial hinein begünstigen bzw. sicherstellen.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das Prüfgerät ein schaltbares Halteelement, vorzugsweise einen elektrischen Haltemagneten, auf, welches ausgebildet ist, den Prüfkegel entlang der vertikalen Richtung zu halten und fallenzulassen. Mit anderen Worten ist ein Haltemechanismus vorgesehen, welcher gelöst werden kann. Dies kann beispielsweise durch eine Steuerungseinheit des Prüfgeräts aber auch von Hand durch den Benutzer des Prüfgeräts erfolgen. In jedem Fall kann der Prüfkegel vorzugsweise von einem bestromten elektrischen Haltemagneten gehalten werden, welcher den Prüfkegel fallen lässt, sobald die Bestromung unterbrochen bzw. beendet wird. Alternativ sind jedoch auch mechanische Halteelemente verwendbar, welche entweder vom Benutzer von Hand oder vom Benutzer über die Steuerungseinheit durch eine Aktor gelöst werden können. Dies können beispielsweise Rast- oder Klemmmechanismen sein. In jedem Fall kann ein stets gleichartiges Lösen des Prüfkegels erfolgen, so dass sehr wiederholungsgenaue bzw. reproduzierbare Messungen bzw. Erfassungen ermöglicht werden können.
-
Dabei vorzugsweise das schaltbare Halteelement mittels einer Halteelementjustierung entlang der vertikalen Richtung positionieren zu können kann dahingehend vorteilhaft sein, dass das Ausrichten des Prüfkegels des Prüfgeräts in der vertikalen Richtung gegenüber der glatten horizontalen Oberfläche des Bodens derart, dass die Kegelspitze des Prüfkegels die glatte horizontale Oberfläche berührt, durch die Justierung des Prüfkegels bzw. dessen Führungsstange samt schaltbaren Halteelement in der vertikalen Richtung erfolgen kann, d.h. im gehaltenen Zustand des Prüfkegels bzw. dessen Führungsstange am schaltbaren Halteelement. Dies kann die Genauigkeit der Ausrichtung der Kegelspitze des Prüfkegels möglichst genau berührend auf der glatten horizontalen Oberfläche des Bodens begünstigen.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Prüfkegel gegenüber dem Prüfgerät, vorzugsweise gegenüber der Führungsstange, austauschbar. Dies kann es ermöglichen, verschiedene Prüfkegel zu verwenden, welche jeweils wie zuvor beschrieben verwendet werden können. Die Prüfkegel können sich insbesondere in der Masse bzw. im Gewicht, im maximalen Durchmesser, in der Höhe als Ganzes, in der Höhe der Kegelfläche, d.h. der Erstreckung der Kegelfläche in der vertikalen Richtung, und bzw. oder in dem Öffnungswinkel der Kegelfläche unterscheiden.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung beträgt die Masse des Prüfkegels, vorzugsweise zusammen mit der Führungsstange, wenigstens ca. 5 kg, vorzugsweise wenigstens ca. 10 kg, und bzw. oder die Höhe des Prüfkegels in der vertikalen Richtung beträgt wenigstens ca. 5 cm, vorzugsweise wenigstens ca. 10 cm, besonders vorzugsweise ca. 13 cm, und bzw. oder die Höhe der Kegelfläche des Prüfkegels in der vertikalen Richtung beträgt wenigstens ca. 5 cm, vorzugsweise wenigstens ca. 10 cm, und bzw. oder der Öffnungswinkel der Kegelfläche des Prüfkegels beträgt zwischen ca. 45° und ca. 70°, vorzugsweise ca. 60°. Diese Werte dieser Parameter des Prüfkegels können die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wie zuvor beschrieben begünstigen.
-
Ein Ausführungsbeispiel und weitere Vorteile der Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit den folgenden Figuren rein schematisch dargestellt und näher erläutert. Darin zeigt:
- 1 eine seitliche Darstellung eines Prüfkegels mit Führungsstange;
- 2 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Prüfgeräts in einer Ausgangsposition eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 3 eine perspektivische Detailsdarstellung der 2 mit fallengelassenem Prüfkegel;
- 4 eine perspektivische Detailsdarstellung der 3 mit wieder angehobenem Prüfkegel;
- 5 eine Versuchstabelle der Eindringungen gemäß mehrerer Prüfkegelversuche gemäß des erfindungsmäßen Verfahrens;
- 6 eine tabellarische Darstellung bekannter Labor- und Feldversuche zur Qualitätsprüfung des Materials von grobkörnigen Böden, insbesondere von Sportböden;
- 7 eine tabellarische Vergleichsdarstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit bekannten Fallkegelversuchen; und
- 8 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
Die 1 bis 4 werden in kartesischen Koordinaten betrachtet. Es erstreckt sich eine Längsrichtung X, welche auch als Tiefe X oder als Länge X bezeichnet werden kann. Senkrecht zur Längsrichtung X erstreckt sich eine Querrichtung Y, welche auch als Breite Y bezeichnet werden kann. Senkrecht sowohl zur Längsrichtung X als auch zur Querrichtung Y erstreckt sich eine vertikale Richtung Z, welche auch als Höhe Z bezeichnet werden kann und der Richtung der Schwerkraft entspricht. Die Längsrichtung X und die Querrichtung Y bilden gemeinsam die Horizontale X, Y, welche auch als horizontale Ebene X, Y bezeichnet werden kann.
-
Ein erfindungsgemäßes Prüfgerät 1 gemäß den 1 bis 4 weist einen Rahmen 10 auf, welcher auch als Gestell 10 bezeichnet werden kann. Der Rahmen 10 weist ein U-förmiges Bodengestell 10a auf, welches bei bestimmungsgemäßer Verwendung flach auf einem Abschnitt eines Bodens 2 mit einer glatten horizontalen Oberfläche aufliegt. Vom U-förmigen Bodengestell 10a erstreckt sich mittig eine Halterung 10b senkrecht in der vertikalen Richtung Z nach oben. In der vertikalen Richtung Z zueinander beabstandet erstrecken sich parallel zueinander drei Quertraversen 10c in der Längsrichtung X von der Halterung 10b weg in den Raum oberhalb des U-förmiges Bodengestells 10a und halten dort gemeinsam ein Führungselement 10e, welches sich parallel zur Halterung 10b in der vertikalen Richtung Z erstreckt. Das Führungselement 10e wird in seinem unteren Bereich in der Querrichtung Y seitlich schräg von unten von jeweils einer Stütze 10d des Rahmens 10 zusätzlich gestützt, siehe 2.
-
An dem Führungselement 10e sind in der vertikalen Richtung Z zueinander beabstandet und der Halterung 10b abgewandt zwei Linearführungen 12 feststehend angeordnet, welche gemeinsam ein Führungselement 15 in Form einer Führungsstange 15 aufnehmen, welche auch als Prüfstange 15 bezeichnet werden kann. Am in der vertikalen Richtung Z unteren Ende der Führungsstange 15, welche ein Außengewinde (nicht dargestellt) aufweist, ist ein Eindringkörper 16 in Form eines Prüfkegels 16 mittels eines Innengewindes (nicht dargestellt) aufgeschraubt. Eine Kegelspitze 16a des Prüfkegels 16 ist somit der Führungsstange 15 abgewandt in der vertikalen Richtung Z nach unten hin ausgerichtet, siehe beispielsweise 1.
-
Der Prüfkegel 16 ist mittels der Führungsstange 15 und gemeinsam mit der Führungsstange 15 gegenüber den Linearführungen 12 entlang der vertikalen Richtung Z in einem gewissen Maße beweglich. Die Führungsstange 15 ist aus Metall ausgebildet.
-
Die obere Quertraverse 10c erstreckt sich in der Längsrichtung X oberhalb des Führungselements 10e über das Führungselement 10e hinaus und nimmt unter sich und oberhalb der Linearführungen 12 mittels einer Halteelementjustierung 13a ein schaltbares Halteelement 13 in Form eines elektrischen Haltemagneten 13 auf. Der elektrische Haltemagnet 13 kann mittels der Halteelementjustierung 13a, welche beispielsweise als Drehschraube ausgebildet sein kann, stufenlos in der vertikalen Richtung Z in einem gewissen Maß gegenüber dem Führungselement 10e positioniert werden.
-
Ein bestrombares Magnetelement (nicht dargestellt) des elektrischen Haltemagneten 13 ist in der vertikalen Richtung Z nach unten zur Führungsstange 15 hin ausgerichtet und kann das obere Ende der Führungsstange 15 magnetisch halten. Hierdurch kann auch der Prüfkegel 16 vom bestromten Magnetelement des elektrischen Haltemagneten 13 gehalten werden. Dabei kann die Kegelspitze 16a des Prüfkegels 16 mittels der Halteelementjustierung 13a in der vertikalen Richtung Z gegenüber der glatten horizontalen Oberfläche des Bodens 2 ausgerichtet werden, um diese genau zu berühren, wie weiter unten noch näher beschrieben werden wird. Wird dann die Bestromung des bestromten Magnetelements des elektrischen Haltemagneten 13 unterbrochen oder beendet, so fällt der Prüfkegel 16 mit seiner Kegelspitze 16a voran in der vertikalen Richtung Z in den Boden 2 bzw. in dessen Material hinein.
-
Um dabei die Wegstrecke als Eindringung in den Boden 2 zu messen bzw. zu erfassen, weist das Prüfgerät 1 eine Wegmesseinrichtung 14 auf. Die Wegmesseinrichtung 14 weist einen Messaufnehmer 14a auf, welcher in der Querrichtung Y seitlich an dem Führungselement 10e angeordnet ist und das Maß einer linearen Bewegung der Führungsstange 15 gegenüber dem Messaufnehmer 14a erfassen kann. Das Ergebnis dieser Erfassung kann von einer Anzeige 14b der Wegmesseinrichtung 14, welche in der Querrichtung Y seitlich am oberen Ende der Halterung 10b angebracht ist, einem Benutzer angezeigt werden.
-
Den Boden 2 bzw. dessen Material, welches auch als Untergrund 2 bezeichnet werden kann, gilt es unter Verwendung des erfindungsgemäßen Prüfgeräts 1 mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zu untersuchen, wie weiter unten näher beschrieben werden wird. Um den Rahmen 10 bzw. dessen Bodengestell 10a dafür in der Horizontalen X, Y auf der glatten horizontalen Oberfläche des Bodens 2 ausrichten zu können, weist die Oberseite des U-förmigen Bodengestells 10a zwei Nivellierelemente 11 in Form von Libellen 11 auf, wobei eine Längslibelle 11a entlang der Längsrichtung X und eine Querlibelle 11b entlang der Querrichtung Y ausgerichtet ist.
-
Mittels des erfindungsgemäßen Prüfgeräts 1 kann das erfindungsgemäße Verfahren gemäß der 8 nun wie folgt ausgeführt werden, um die Qualität des Bodens 1 als Sportboden 2 zu prüfen:
- Zunächst erfolgt ein Bilden 100 wenigstens des zuvor bereits erwähnten Abschnitts des Bodens 2 mit einer glatten horizontalen Oberfläche durch den Benutzer, beispielsweise durch Glattziehen mittels eines Stabes oder dergleichen. Nun erfolgt ein Anordnen 200 des Prüfgeräts 1 auf dem Boden 2, so dass der Prüfkegel 16 des Prüfgeräts 1 oberhalb der glatten horizontalen Oberfläche positioniert wird. Hierzu wird der elektrische Haltemagnet elektrisch bestromt, damit die Führungsstange 15 samt Prüfkegel 16 gehalten wird. Dann wird das Bodengestell 10a des Prüfgeräts 1 auf den Abschnitt des Bodens 2 mit der glatten horizontalen Oberfläche aufgestellt. Um nun die Führungsstange 15 des Prüfgeräts 1 mit der vertikalen Richtung Z auszurichten, erfolgt ein Nivellieren 300 des Bodengestells 10a in der Horizontalen X, Y gegenüber der glatten horizontalen Oberfläche des Bodens 2 mittels der Libellen 11.
-
Mittels der Halteelementjustierung 13a erfolgt nun ein Ausrichten 400 des Prüfkegels 16 des Prüfgeräts 1 in der vertikalen Richtung Z gegenüber der glatten horizontalen Oberfläche des Bodens 2 derart, dass die Kegelspitze 16a des Prüfkegels 16 die glatte horizontale Oberfläche berührt. In dieser Position der Führungsstange 15 erfolgt dann ein Nullen 500 der Wegmesseinrichtung 14 des Prüfgeräts 1, so dass die Anzeige der Wegmesseinrichtung 14 die Wegstrecke „0“ anzeigt. Damit sind die Vorbereitungen des Prüfkegelversuchs abgeschlossen.
-
Zur Durchführung des Prüfkegelversuchs erfolgt nun ein Fallenlassen 600 des Prüfkegels 16 mittels des Prüfgeräts 1 in der vertikalen Richtung Z mit der Kegelspitze 16a in der vertikalen Richtung Z in den Boden 2 hinein, siehe 3. Dabei wird mittels eines Erfassens 700 die Wegänderung des Prüfkegels 16 in der vertikalen Richtung Z in den Boden 2 hinein mittels der Wegmesseinrichtung 14 bzw. dessen Messaufnehmers 14a sensorisch gemessen bzw. erfasst. Das Messergebnis der Wegstrecke des Prüfkegels 16 bzw. dessen Kegelspitze 16a in den Boden 2 hinein wird auf der Anzeige 14b der Wegmesseinrichtung 14 dem Benutzer angezeigt. Die Wegstrecke als Eindringung kann nun von der Person als Benutzer des Prüfgeräts 1 ausgewertet werden, wie weiter unten noch näher beschrieben werden wird.
-
Anschließend kann ein Verbringen 800 des Prüfkegels 16 in der vertikalen Richtung Z wieder in die Position des Anordnens 200 als Ausgangsposition für weitere derartige Messungen erfolgen, siehe 4, und dort durch Bestromen des elektrischen Halteelements 13 wieder gehalten werden. Gut zu sehen ist dabei in der 4 die kegelförmige Verdrängung des Bodens 2. Der Boden 2 verschiebt sich nach unten unterhalb der Kegelspitze 16a sowie seitlich neben den Kegelmantel bzw. der Kegelfläche (beides nicht zu sehen) und wölbt sich kreisförmig um den Kegel nach oben oberhalb der ursprünglichen Bodenoberfläche auf (deutlich zu erkennen).
-
Nun kann das Prüfgerät 1 an eine andere Stelle des Bodens 2 gebracht werden, um dort ein Wiederholen 900 des Verfahrens für wenigstens eine weitere glatte horizontale Oberfläche des Bodens 2 durchzuführen.
-
Mittels der Schraubverbindung zwischen Führungsstange 15 und Prüfkegel 16 kann der Prüfkegel 16 gegen einen anderen Prüfkegel 16 ausgetauscht werden. Beispielsweise kann ein Prüfkegel 16 mit einer Kegelhöhe von 130 mm, mit einem Öffnungswinkel von 60° der Kegelfläche, mit einem maximalen Kegeldurchmesser von 120 mm und mit einem Gesamtgewicht von Führungsstange 15 und Prüfkegel 16 von ca. 10 kg verwendet werden.
-
Mittels eines derartigen Prüfkegels 16 kann mittels dem erfindungsgemäßen Prüfgerät 1 und dem erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise ein Laborversuch zur Prüfung der Qualität von Sand durchgeführt werden, welcher die Anforderungen an Tretschichtmaterialien gemäß FLL-Reitplatzempfehlungen (FLL 2014) erfüllt. Korngrößenverteilung und Kornform bleiben damit innerhalb der Versuchsreihe unverändert. Die Reaktion der Tretschicht wird im Wesentlichen vom Verdichtungszustand und Wassergehalt des Sandes beeinflusst. Der Sand wurde in einem Prüfzylinder (Durchmesser 250 mm, Höhe 200 mm) bei unterschiedlichen Wassergehaltsstufen mit unterschiedlicher Intensität verdichtet. Dabei wird angenommen, dass der Prüfzylinderdurchmesser ausreichend groß ist, so dass kein Einfluss der starren Zylinderwand auf die Messergebnisse besteht. Die ermittelten Eindringtiefen des Prüfkegels sind in der 5 aufgeführt.
-
Die Ergebnisse zeigen:
- - Bei gleichem Wassergehalt (trocken oder 4,0 %) nimmt die Eindringtiefe mit zunehmender Trockendichte ab.
- - Bei etwa gleichem Dichteniveau nimmt die Eindringtiefe mit einer Zunahme des Wassergehaltes von 0 % auf 4,0 % ab.
- - Die dargestellten Ergebnisse entsprechen insofern den bodenmechanischen Grundsätzen.
- - Die Dimensionierung des Prüfkegels ist so gewählt, dass eine große zahlenmäßige Bandbreite der Eindringtiefen ermittelt werden kann. Damit wird für anschließende veterinärmedizinische Betrachtungen ein guter Datenpool zur Verfügung gestellt.
-
Erfindungsgemäße Prüfkegelversuche auf einem Reitplatz laufen grundsätzlich ähnlich ab. Da die Versuche im Gegensatz zu Laborversuchen auf vorgefundener Tretschicht nach Pflegegang durchgeführt werden, sind bei einer Versuchsdauer von ca. zwei Minuten viele Versuche in kurzer Zeit möglich. Insbesondere können hier unverzüglich Aussagen zur flächendeckenden Gleichmäßigkeit der Tretschichteigenschaften getroffen werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- X
- Längsrichtung; Tiefe; Länge
- Y
- Querrichtung; Breite
- Z
- vertikale Richtung; Höhe
- X, Y
- Horizontale; horizontale Ebene
- 1
- Prüfgerät
- 10
- Rahmen; Gestell
- 10a
- Bodengestell
- 10b
- Halterung
- 10c
- Quertraversen
- 10d
- Stützen
- 10e
- Führungselement
- 11
- Nivellierelemente; Libellen
- 11a
- Längslibelle
- 11b
- Querlibelle
- 12
- Linearführungen
- 13
- schaltbares Halteelement; elektrischer Haltemagnet
- 13a
- Halteelementjustierung
- 14
- Wegmesseinrichtung
- 14a
- Messaufnehmer der Wegmesseinrichtung 14
- 14b
- Anzeige der Wegmesseinrichtung 14
- 15
- Führungselement; Führungsstange; Prüfstange
- 16
- Eindringkörper; Prüfkegel
- 16a
- Kegelspitze
- 2
- Material des grobkörnigen Bodens bzw. des Sportbodens; Untergrund
- 100
- Bilden eines Abschnitts des Bodens 2 mit glatter horizontaler Oberfläche
- 200
- Anordnen des Bodengestells 10a des Prüfgeräts 1 auf dem Boden 2
- 300
- Nivellieren des Bodengestells 10a in der Horizontalen X, Y
- 400
- Ausrichten des Prüfkegels 16 in der vertikalen Richtung Z
- 500
- Nullen der Wegmesseinrichtung 14 des Prüfgeräts 1
- 600
- Fallenlassen des Prüfkegels 16
- 700
- Erfassen der Wegänderung des Prüfkegels 16
- 800
- Verbringen des Prüfkegels 16 in die Position des Anordnens 200
- 900
- Wiederholen des Verfahrens
