DE1909609C3 - Vorrichtung zur Ermittlung der Ausrollgrenze von Bodenproben - Google Patents

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 etw£ 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 Zeitaufwand. Zum anderen ist bei der vorgeschilderten Arbeitsweise das Eintreten des Zerbröselns nicht nur vom Wassergehalt abhängig, sondern wird auch durch die jeweils individuelle

Arbeitsweise beeinflußt. Die Folge ist eine gewisse Streuung der ermittelten Werte und damit eine nur

begrenzte Vergleichbarkeit

Durch die Erfindung soll eine Vorrichtung der

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 hierzu dann vorgesehen, eine Abstimmung derart vorzunehmen, daß über die Druclcrollen lediglich eine Verdichtung des Pulvermaterial, 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

Fig. 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 IMI bzw. III-III in F i g. 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 Durchlaufkanal 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 Tangentialrichtung zum Probenquerschnitt geringfügig gegen die Vertikale verschwenkt, und zwar in Richtung der Rollenumfangsbewegung an den Berühr«ragsstellen zwischen Probe und Rollenoberfläche. Aufgrund dieser tangentäalen 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 Piobenauslaß sind im Beispielsfall als zylindrische Gehäusekinäle 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 strangartig 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 vorstehende Endabschnitte die Kopflagerung 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 «41 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 eisichtlichen Weise die Antriebsräder 142 gemeinsam umschlingt

Letztere sitzen an den oberen Enden von je einer

Rolle zugeordneten Zwischenwelle 543, weiche 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 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 F i g. 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 Fig.3 verlaufen die Führungsbahnen 155 der unteren Kulisse radial zur Längsmittelachse des Durchlaufkanals, während die

so 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 Stedcathse 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 dir 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 entsprechend von der Radialen abweichenden Verlauf der Führungsbahnen cV 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 Fig. I 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 gemäli F i g. I 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 Probt· 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 Hohe innerhalb des Durchlaufkanals, in deren Bereich der Probenstrang den vorgegebenen Enddurchmesser aufweist. Durch allmähliches Auseinanderziehen der unteren Rollenenden bis zum vorgegebenen Probendurchmesser sowie gegebenenfalls unte^r entsprechender Regulierung des Trocknungsvorganges wird die Zerbröselungsstelle dann zum Abwärtswandern gebracht. Wenn die Zerbröselungsstelle den Probenauslaß erreicht, ist die Ausrollgrenze erreicht. Durch eine derartigt kontinuierliche Einstellung läßt sich eine vergleichsweise hohe Meßgenauigkeit erzielen.

Beim Ausrollen von Proben mit ungünstigen Verformungseigenschaften 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.

-ti 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)

Patentansprüche:

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 Rächen gebildet sind und daß jede ä&r Flächen jeweUs 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 (111) gebildet ist

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen durch die Oberflächen von mindestens drei Rollen (!!!) gebildet sind und einen aufrechten, zwischen ProbeneinfüHstutzen (115) und Probenausiaß (151) verlaufenden Durchlaufkanal (120) begrenzen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Rollen (111) sich in Längsrichtung des Durchlaüknnales (120) erstrecken und gegen das dem Probenauslaß; I51) 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 (Ul) 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 Führungsbahnen 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 (111) ein Endloszugorgan (141) umfaßt, welches die Rollen (111) umgreift und über an den ortsfest gelahrten Enden der Rollen (Ul) angebrachte Antriebsräder (142) läuft