DE1909609B2 - Vorrichtung zur Ermittlung der Ausrollgrenze von Bodenproben - Google Patents
Vorrichtung zur Ermittlung der Ausrollgrenze von BodenprobenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung der Ausrollgrenze von Bodenproben gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Für bindige Böden lassen sich über die Ausrollgrenze
Aufschlüsse für die Tragfähigkeit und sonstige Belastbarkeit von Baugründen in Abhängigkeit vom Wassergehalt geben, und es kommt deshalb der Ausrollgrenze
in der Praxis eine große Bedeutung zu; dies sowohl
während der Vorbereitungsarbeiten für die Bauplanung
als auch gegebenenfalls während der Bauausführung zur Berücksichtigung von veränderten Wasserverhältnissen.
Die Bestimmung der Ausrollgrenze ist deshalb eine
Meßaufgabe, die verhältnismäßig häufig durchgeführt
werden muß und die bislang nur manuell durchgeführt werden kann, was entsprechende Unsicherheitsfaktoren
wie auch einen verhältnismäßig großen Zeitaufwand bedingt. Es muß bei der Bestimmung der Ausrollgrenze
im Handverfahren nämlich eine Probemenge von etwa 30 g feuchtplastischer Bodenmasse auf einer wasseraufsaugenden Unterlage mittels einer Platte, im allgemeinen einer Glasscheibe oder dgl, zu einem strangförmigen, im wesentlichen zylindrischen Körper mit einem
festgelegten Enddurchmesser von etwa 3 mm ausgerollt werden, wobei das Zerbröseln der Bodenprobe, d. h. der
Plastizitätsübergang, gleichzeitig mit dem vorgegebenen Enddurchmesser der Probe erreicht werden soll.
Der dann gegebene Wassergehalt der Probe stellt den
Zahlenwert der Ausrollgrenze dar, der den weiteren
Ermittlungen zugrundegelegt wird.
Da die Beendigung des Ausrollvorganges mit dem Zerbröseln des gebildeten Stranges nur selten beim
ersten Versuch zusammenfällt, ist der Ausrollvorgang
meist mehrfach zu wiederholen, bevor die Bestimmung
des Wassergehaltes vorgenommen werden kann. Dies bedeutet einen erheblichen Zettaufwand. Zum anderen
ist bei der vorgeschilderten Arbeitsweise das Eintreten des Zerbröselns nicht nur vom Wassergehalt abhängig,
sondern wird auch durch die jeweils individuelle
begrenzte Vergleichbarkeit
eingangs genannten Art geschaffen werden, die diese durch die Handarbeit bedingten Nachteile ausschaltet
und damit bei gleichzeitiger Verringerung der Streuung der ermittelten Werte ein schnelleres Arbeiten ermöglicht.
Diese Aufgabe wird laut kennzeichnendem Teil des Patentanspruches 1 gelöst
Dadurch, daß hier voll mechanisch gearbeitet wird, entfallen zunächst die Fehlerquellen, die bei Handarbeit
durch die individuellen Einflüsse gegeben sind. Darüberhinaus läßt sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
dadurch, daß die bewegte Fläche ständig in derselben Bewegungsrichtung angetrieben ist, aber auch eine
Vergleichmäßigung des Ausrollvorganges erreichen, wobei auf die Durchlaufzeit der Probe zwischen
Einfüllstutzen und Probenauslaß durch die Einstellbarkeit des Enddurchmessers Einfluß genommen werden
kann, so daß trotz praktisch kontinuierlichem Durchlaufvorgang insbesondere in Verbindung mit zusätzlichen
Trocknungseinrichtungen, wie Gebläsen, die notwendige Abstimmung im Hinblick auf das Eintreten
des Zerbröselns bei Erreichen des Enddurchmessers der strangförmigen Probe leicht vorgenommen werden
kann.
Das Ausrollen auch nicht zusammenhängender Materialien mittels Ausrollvorrichtungen ist an sich
bekannt (GB-PS 9 65 810). Bei der bekannten Vorrichtung sollen allerdings Drähte oder Bänder aus
Pulvermetall gerollt werden, und es ist h'erzu dann vorgesehen, eine Abstimmung derart vorzunehmen, daß
über die Druckrollen lediglich eine Verdichtung des Pulvermateriales, aber keine Streckung erreicht wird.
Zur Ermittlung der Ausrollgrenze von Bodenproben vergleichbare Verhältnisse sind hier nicht gegeben.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 eine Teilschnitt-Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Schnitt Ia-Ia in
F i g. 2 (oberer Bereich von F i g. 1) und Ib-Ib in F i g. 3
(unterer Bereich von F i g. 1) und
Fig.2 und 3 je einen Horizontalschnitt der Vorrichtung gemäß F i g. 1 entsprechend den Schnittebenen
H-II bzw. III-III in F ig. 1.
Bei der Vorrichtung nach den F i g. 1 bis 3 ist über eine
Rollenanordnung 110 für eine von oben eintretende, strangförmige Probe 100 ein etwa vertikaler, sich nach
unten verjüngender Durchlauf kanal 120 mit einer durch ständig in derselben Bewegungsrichtung bewegte
Flächen und Gegenfläche gebildeten Wandung geschaffen, wobei die Umfangsflächen der angetriebenen
Rollen 111 diese Flächen bilden. Die Achsen der Rollen 111 sind dabei entsprechend dem sich nach unten
verjüngenden Querschnitt des Durchlaufkanals 120 zu diesem radial konvergierend angeordnet und außerdem
um die unteren Rollenenden in Tangentialrichfung zum Probenquerschnitt geringfügig gegen die Vertikale
verschwenkt, und zwar in Richtung der Rollenumfangsbewegung an den Berührungsstellen zwischen Probe
und Rollenoberfläche. Aufgrund dieser tangentialen Neigung weist die Bewegung der Rollenoberfläche an
den Berührungsstellen mit der Probe außer einer größeren, tangential zum Probenquerschnitt gerichteten
Bewegungskomponente eine kleinere in Probenlängsrichtung gleichsinnig zur Durchlaufrichtung, d.h.
im Beispielsfall nach unten gerichtete Komponente auf. Dadurch erhält die strangförmige, schwach kegelige
Probe außer ihrer tangentialen Abrollbewegung an den Rollen eine nach unten zu den konvergierenden
Rollenenden gerichtete Vorschubbewegung und wird somit beim Vorrücken längs des Durchlaufkanals vom
Durchmesser der oberen, zylindrischen Probenzuführung 131 auf den vorgesehenen Enddurchmesser im
unteren Probenauslaß 151 ausgerollt.
Probeneinlaß und Probenauslaß sind im Beispielsfall als zylindrische Gehäusekanäle im Bereich der Kopf-
und Fußlagerung der Rollen ausgebildet und koaxial zum Durchlaufkanal der Probe angeordnet Gegebenenfalls
können für dieses Gehäuse Kanäleeinsätze mit unterschiedlichen Bohrungen zur Erzielung entsprechender
Probenanfangs- und Probenenddurchmesser vorgesehen werden. Die Probenmasse kann mit Hilfe
eines trichterartigen Probeneinfüllstutzens 115 oder dergleichen in den die Probenzuführung bildenden
Gehäusekanal eingebracht und dabei str&ngartig vorgeformt
werden.
Der konstruktive Aufbau des Gerätes umfaßt einen oberen und einen unteren Träger 130 bzw. 150, die durch
vertikale Tragstäbe 125 miteinander zu einem gehäuseartigen Gestell verbunden sind und deren nach rechts
is vorstehende Endabschnitte die ICopflagerung 138 und
die Fußlagerung 158 der Rollenanordnung 110 sowie die Probenzuführung 131 bzw. den Probenauslaß 151
aufweisen. Am oberen Träger ist außerdem eine gemeinsame Antriebsvorrichtung 140 für die Rollen 111
angeordnet. Diese Antriebsvorrichtung umfaßt im einzelnen einen Motor 145, der über eine Kettentrieb,
bestehend aus einem Endloszugorgan 141 in Form einer Kette, ein auf der Motorwelle sitzendes Ritzel 146 sowie
ein Spannrad 147 mit Spannvorrichtung 148 (s. F i g. 2) und Antriebsrädern 142 mit den oberen Enden der
Rollen gekuppelt ist, wobei die Kette 141 in der aus Fig.2 ersichtlichen Weise die Antriebsräder 142
gemeinsam umschlingt
Letztere sitzen an den oberen Enden von je einer Rolle zugeordneten Zwischenwelle 143, welche die
Kopflagerung der Rollen bilden und mit diesen über flexible oder winkelbewegliche Kupplungen 144 verbunden
sind. Diese Kupplungen haben wegen der annähernd senkrechten Anordnungen der Rollen 111
.35 nur geringfügige Verformungen aufzunehmen.
Die im unteren Träger 150 angeordnete Fußlagerung 158 der Rollen ist so ausgebildet, daß letztere in ihrer
radialen Neigung verstellt werden können. Hierfür sind in der aus Fig. 1 und 3 ersichtlichen Weise zwei relativ
zueinander um die Längsmittelachse des Durchlaufkanals 120 verdrehbar gelagerte, scheibenförmige Kulissen
152 und 154 mit sich paarweise kreuzenden, schlitzförmigen Führungsbahnen 153 bzw. 155 vorgesehen.
Im Beispielsfall ist die untere Kulisse 154 drehfest mit dem Träger 150 verbunden, während die obere
Kulisse 152 in einer flachen Zentrierung der unteren Kulisse drehbar gelagert ist Gemäß F i g. 3 verlaufen
die Führungsbahnen 155 der unteren Kulisse radial zur Längsmittelachse des Durchlaufkanals, während die
Führungsbahnen 153 der oberen Kulisse tangential sowie schwach gekrümmt spiralartig verlaufen. Die
Kreuzungen 156 der Führungsbahnen, in die je eine ein Lagerteil bildende und in dem hohlgebohrten unteren
Ende einer zugehörigen Rolle drehbar angeordnete Steckachse 157 eingreift, können somit durch Verdrehen
der oberen Kulisse in Radialrichtung verschoben und es kann damit die Radialneigung der Rollen
entsprechend verändert werden. Wenn ferner eine von der Radialverstellung unabhängige Einstellbarkeit der
<» Tangentialneigung der Rollen erwünscht ist, so kann
dies durch gemeinsame Verdrehung beider Kulissen bei entsprechend ausgebildeter Lagerung erreicht werden.
Eine bestimmte Zuordnung zwischen Radial- und Tangentialverstellung kann noch einfacher durch einen
(i5 entsprechend von der Radialen abweichenden Verlauf der Führungsbahnen der feststehenden Kulisse erreicht
werden.
Im Beispielsfall ist die obere, drehbare Kulisse 152 mit
einem nach unten gerichteten, im Träger 150 drehbar gelagerten Hülsenansatz 159 versehen, dessen Zentralbohrung
gleichzeitig den Probenauslaß 151 bildet. Die Kulisse 152 wird mit Hilfe einer Tellerfeder 160, die sich
an einer auf dem Hülsenansatz 159 sitzenden Anschlagmutter abstützt, in der Zentrierung der Kulisse 154
gehalten. Der Hülsenansatz 159 ist ferner mit einem über den Träger 150 vorstehenden Handgriff 161
versehen, mittels dessen die Kulisse 152 von Hand verdreht und damit die Radialneigung der Rollen
eingestellt werden kann.
Wie in F i g. 1 schematisch dargestellt, ist zwischen
den Tragstäben 125 des Gerätes ein Gebläse 170 angebracht, welches mit seinem trichterförmigen
Auslaß 171 einen seitlich gegen den Durchlaufkanal 120 bzw. die Umfangsfläche der darin befindlichen Probe
gerichteten Trockenluftstrom erzeugt. Gegebenenfalls kann das Gebläse eine Heizvorrichtung zur Erzielung
einer stärkeren Trockenwirkung erhalten.
Im Betrieb wird die Probenmasse über einen gemäß F i g. 1 auf dem oberen Träger 130 angebrachten
Einfüllstutzen 115 und die Probenzuführung 131 in den Durchlaufkanal 120 gebracht und dabei strangförmig
vorgeformt Unter Ausrollen und Durchmesserverminderung durch die Rollen 111, deren Umfangsflächen im
Zusammenwirken als Flächen und Gegenflächen den Durchlaufkanal 120 bilden, erreicht das untere Ende der
Probe schließlich die unteren Rollenenden und gelangt in den Probenauslaß 151, den die Probe mit dem
vorgesehenen Enddurchmesser oder, je nach der Radialeinstellung der unteren Rollenenden, mit einem
größeren, gegebenenfalls auch einem geringeren Zwischenwert des Durchmessers verläßt.
Bei Radialeinstellung der Rollen auf den Enddurchmesser erfolgt die Einstellung des der Ausrollgrenze
entsprechenden Wassergehaltes der Probe zweckmäßig von einem Ausgangszustand, bei dem die Probe in bezug
auf die Ausrollgrenze einen vergleichsweise hohen Wassergehalt aufweist. Das untere Ende des Probenstranges
hat dann bei Erreichen des Probenauslasses 151, d.h. in der Anfangsphase des ersten Durchlaufes,
während der zweckmäßig noch keine zusätzliche Trocknung vorgesehen ist, die Ausrollgrenze und damit
den Zerbröselungsübergang noch nicht erreicht. Beim weiteren Durchlauf und weiter fortschreitender Trocknung
der Probenmasse, gegebenenfalls unter Beaufschlagung mit Trocknungsluft durch das Gebläse 170,
tritt der Zerbröselungsübergang zuerst an der dünnsten Probenstelle, d. h. am Probenauslaß 151, in Erscheinung.
Die Zerbröselungsstelle wird bei weiter fortschreitendem Trocknen der Probe entgegen der Durchlaufrichtung
am Probenstrang hinaufsteigen. Durch entsprechende Einregulierung der Ausrollgeschwindigkeit und
gegebenenfalls des Trocknungsluftstromes wird die Zerbröselungsstelle jedoch im Bereich des Probenauslasses
gehalten, bis eine genügende Probenmenge im Zerbröselungszustand beim Enddurchmesser angefallen
ist. Diese Probenmenge wird dann sogleich einem
ίο Feuchtemeßgerät üblicher Art zur Ermittlung des
Wassergehaltes und damit der Ausrollgrenze zugeführt.
Das Gerät kann ferner gegebenenfalls auch in der
Weise betrieben werden, daß zunächst ein bezüglich des vorgegebenen Enddurchmessers geringerer Probendurchmesser
am Auslaß eingestellt wird. Die Zerbröselungsstelle wandert dann bei fortschreitender Trocknung
von unten längs des Probenstranges in den Durchlaufkanal und erreicht bei dem der Ausrollgrenze
entsprechenden Wassergehalt gerade diejenige Höhe innerhalb des Durchlaufkanals, in deren Bereich der
Probenstrang den vorgegebenen Enddurchmesser aufweist. Durch allmähliches Auseinanderziehen der
unteren Rollenenden bis zum vorgegebenen Probendurchmesser sowie gegebenenfalls unter entsprechender
Regulierung des Trocknungsvorganges wird die Zerbröselungsstelle dann zum Abwärtswandern gebracht
Wenn die Zerbröselungsstelle den Probenauslaß erreicht, ist die Ausrollgrenze erreicht. Durch eine
derartige kontinuierliche Einstellung läßt sich eine vergleichsweise hohe Meßgenauigkeit erzielen.
Beim Ausrollen von Proben mit ungünstigen Verformungscigenschaften
kann gegebenenfalls mit einem anfänglich größeren Probenenddurchmesser und gleichmäßiger
radialer Zustellung der unteren Rollenenden gearbeitet werden. Wenn jedoch die Zerbröselung vor
Erreichen des vorgegebenen Enddurchmessers eintritt, so ist hierbei der Wassergehalt der Probe bereits unter
die Ausrollgrenze abgesunken, so daß die Trocknung vermindert oder unterbrochen bzw. die Durchlaufgeschwindigkeit
der im Eintrittszustand noch genügend feuchten Probe erhöht, gegebenenfalls sogar eine
Wiederbefeuchtung vorgenommen werden muß, wenn nicht der Ausrollvorgang abgebrochen und mit einer
neuen Probe wiederholt werden soll.
Es kann somit beim Einsatz einer Vorrichtung der beschriebenen Art in einem weiten Bereich der
Probenbeschaffenheit und Probenfeuchte Rechnung getragen und eine hohe Meßgenauigkeit bei geringem
Zeitaufwand für den Ausrollvorgang erzielt werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (10)
1. Vorrichtung zur Ermittlung der Ausrollgrenze von Bodenproben, bei der eine im wesentlichen
strangförmige Probe zwischen einer beweglichen Fläche und einer Gegenfläche mit wenigstens
annähernd kreisförmigem Querschnitt bis zum Zerbröseln bei einem vorgegebenen Enddurchmesser ausgerollt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die hinter einem Probeneinfüllstutzen
(115) angeordnete bewegte Fläche ständig in derselben Bewegungsrichtung angetrieben ist und
daß sich der Abstand zwischen der bewegten Fläche und der Gegenfläche in Vorschubrichtung der Probe
auf den Enddurchmesser der Probe bis zu einem Probenauslaß (151) einstellbar verjüngt
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Fläche und die
Gegenfläche durch relativ zueinander bewegte umlaufende Flächen gebildet sind und daß jede der
Flächen jeweils ständig in derselben Bewegungsrichtung angetrieben ist
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Flächen
durch die Oberfläche wenigstens einer Rolle (Hl) gebildet ist
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen durch die Oberflächen von
mindestens drei Rollen (111) gebildet sind und einen
aufrechten, zwischen Probeneinfüllstutzen (115) und Probenauslaß (151) verlaufenden Durchlaufkanal
(120) begrenzen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Rollen (111) sich in
Längsrichtung des Durchlaßkanales (120) erstrecken und gegen das dem Probenauslaß (151) zugeordnete
untere Ende zusammenlaufen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (111) an ihren
unteren Enden in Richtung ihrer Umfangsbewegung an den Berührstellen mit der Probe gegen die
Vertikale verschwenkt angeordnet und mit in Radial- und/oder Tangentialrichtung zum Durchlaufkanal (120) verstellbarer Neigung gelagert sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (111) an ihrem oberen Ende
auf gleicher Höhe in einem ersten Träger (130), der mit einer an den Einfüllstutzen (115) anschließenden
Probenzuführung (131) versehen ist, ortsfest gelagert und mit einer gemeinsamen Antriebsvorrichtung (140) gekuppelt sind sowie an ihrem anderen
Ende in einem mit dem Probenauslaß (151) versehenen zweiten Träger (150) in Radial- und/oder
Tangentialrichtung zum Durchlaufkanal (120) verschiebbar gelagert sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß für die verschiebbare Lagerung der
Rollen (Hl) im zweiten Träger (150) eine erste und eine zweite Kulisse (152 bzw. 154) vorhanden sind,
die relativ zueinander um die Achse des Durchlaufkanales (120) verdrehbar angeordnet sind und deren
jede für jedes Rollenende eine Führungsbahn (153 bzw. 155) aufweist und daß jeweils eine Führungsbahn (153) der einen Kulisse (152) mit einer
zugeordneten Führungsbahn (155) der anderen Kulisse (154) eine Kreuzung (156) bildet, in welche
ein Lagerteil (157) der zugeordneten Rolle (111) in Längsrichtung beider FUhrungsbahnen verschiebbar
eingreift
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kulisse (152) ortsfest
angeordnet und die zweite Kulisse (154) verdrehbar gelagert ist
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Antriebsvorrichtung für die Rollen (Hl) ein
Endloszugorgan (141) umfaßt, welches die Rollen (Hl) umgreift und über an den ortsfest gelagerten
Enden der Rollen (111) angebrachte Antriebsräder (142) läuft
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