DE1930663B2 - Verfahren zur Aufzeichnung der Deformation von Materialproben und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufzeichnung der Deformation von Materialproben, insbesondere von Frd- und Gesteinsproben, bei mechanischen oder anderen Prüfungen, in Abhängigkeit von der Zeit, und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Die mechanischen Proben der Erde und Gesteine, beispielsweise die Prüfung der Zusammendrüekharkeit. triaxiale Proben. Schubproben werden bei geologischen Untersuchungsarbeilen oder bei der Vorbereitung von Baustellen usw. ausgeführt.

Es ist bekannt, die Λη/eigen von Meßgeräten für mechanische Proben der Erd- oder Gesteinsmuster, wie beispielsweise Oedometer. visuell abzuzählen und handschriftlich in Formulare einzutragen, aus denen sie nach Beendigung der Messung so graphisch übertragen werden, daß auf einer Koordinatenachse Y die Werte der Senkung der Erdmasse und auf einer Koordinatenachse X der Logarithmus der Zeit der Senkung aufgetragen wird.

Im einzelnen ist es bereits bekannt, Magnetband-Aufzeichnungen für seismische Messungen vorzunehmen (vgl. »Erdöl und Kohle« (1956), 9. Jahrgang,

ίο Seiten 754 bis 757). Dabei wird eine zeitlich sich verändernde Größe, wie beispielsweise der zeitliche Verlauf einer Bodenunruhe, umgesetzt in den Verlauf einer elektrischen Spannung, beispielsweise in den räumlichen Verlauf einer Magnetisierung verwandelt.

Für eine derartige Aufzeichnung geeignete Magnetband-Registriergeräte werden bereits mit unterschiedlichen elektrischen Daten von mehreren Herstellern gefertigt (vgl. z. B. »Elektronik« (1964), Heft 10, Seiten 307 bis 311).

Es ist auch ein Gerät zum stetigen, gleichzeitigen Aufzeichnen des zeitlichen Verlaufs mehrerer elektrischer Meßgrößen auf einen fortlaufend bewegten Aufzeichnungsträger mit Hilfe von einzelnen Meßgrößen zugeordne.en Aufzeichnungsmitteln bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 104 055). Bei diesem Gerät sind für die zweiten und gegebenenfalls weiteren Meßgrößen Zeitverzögerungsglieder in der Form von Speichereinrichtungen mit gegenüber der ersten Meßgröße jeweils verschiedenen, untereinander gestaffelten Speicherzeiten vorgesehen. Die von den Abnahmeorganen der Speichereinrichtungen beaufschlagten Aufzeichnungsmittel für die zweiten und gegebenenfalls weiteren Meßgrößen sind jeweils um eine solche Strecke in der Bewegungsrichtung des Aufzeichnungsträgers gesehen gegenüber dem Aufzeichnungsmittel fur die erste Meßgröße versetzt angeordnet, wie es der jeweils zugehörigen Speicherzeit entspricht. Damit wird eine zeit- und amplitudenrichtige Darstellung der Meßgrößen in demselben Koordinatensystem ermöglicht. Die Verwendung von Magnetbändern als Aufzeichnungsträger von Deformationen von Materialproben ist schon seit längerem bekannt (»Journal of Peir. Technology« (1966), Seiten 688 bis 696 und »Erdöl und Kohle« (1960), 3.

Jahrgang. Seiten 461 bis 466).

Es sind schließlich auch Gerate bekannt, die aus einem mit einer Belastungseinrichtung verbundenen Meßapparat, einem Schreiber, einem sich verschiebenden Aufzeichnungsträger und einem Triebwerk für diesen Trager bestehen. Bei diesen Geräten wird die Senkung der Erdmassc pneumatisch verstärkt. Die Vergrößerung der Senkung wird in krummlinigen Koordinaten auf dem sich gleichförmig drehenden rundlichen Aufzeichnungsträger registriert.

Infolge der gleichförmigen Verschiebung des Aufzeichnungsträgers wächst der Umfang der primären Dokumentation derart, daß dadurch sowohl ihre Bearbeitung, als auch die Aufbewahrung in Archiven erschwer! ist und sich als unvorteilhaft erwiesen hat. Mil Rücksicht darauf, daß die Deformation anfänglich rascher vor sich gehen und sich erst nach länger wirkender Belastung verlangsan .11. ist es notwendig, eine verhältnismäßig hohe Geschwindigkeit für den Vorschuh des Aufzeichnungsträgers zu wählen. Für die Endphase der Prüfung bietet dann die rasch vor sich gehende »fließende« Aufzeichnung keine Gewähr für eine ausdrucksvolle Wiedergabe der abschließenden Konsolidierung des geprüften Erd- oder Gesteinsmu-

sters. Die bisher bekannten Prüfarten sind sehr anspruchsvoll gegenüber manueüen Eingriffen, die viel Zeit beanspruchen und es deshalb leicht möglich machen, daß in die Endresultate subjektive Fehler eingetragen werden, was beispielsweise bei nachträglichen Überzeichnungen leicht geschehen kann.

Diese Mängel beseitigt das Verfahren ζίγ Aufzeichnung der Deformation von Materialproben, ins besondere von Erd- und Gesteinsprcben, bei mechanischen oder anderen Prüfungen, in Abhängigkeit von der Zeit, erfindungsgemäß dadurch, daß diekontinuierlich gemessenen Größen in zeitlichen Abstanden aufgezeichnet werden, die die Glieder einer geometrischen Zeitenfolge bilden, und der Vorschub des Aufzeichnungsträgers zwischen den einzelnen zeitlichen Abständen immer gleich ist.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht aus einem Oedometer mit einer Belastungseinrichtung, einem Aufzeichnungsgerät mit einer sich verschiebenden Aufzeichnungstrommel und einer Antriebseinheil, unö ist dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit für gleich große Vorschubschritte der Aufzeichnungstrommel eingerichtet und in einen Stromkreis mit einem Programmgeber eingeschaltet ist.

Der Programmgeber arbeitet mit einer festen vor gewählten Logik, unabhängig von dem Deformanoiisgeschehen; mit Hilfe eines mechanischen oder elektronischen Verfahrens erzeugt der Progiammgebei kurze Impulse im Rhythmus der Zeitfolge (z.B. 2". 2', Ίτ ... 2"sec). Vorschub der Aufzeichnungstrommel.

Die schrittweise Verschiebung im Rhythmus einer geometrischen Zeitenfolge ermöglicht eine dichte und ausdrucksvolle Aufzeichnung oder Registrierung. Die gewonnenen Aufzeichnungen brauchen nicht überzeichnet zu werden; die ganze Aufzeichnung verläuft automatisch, ohne unbedingt eine persönliche Bedienung eines Angestellten zu erfordern. Die automalische Einstellung kann ferner mit der automatischen Vergrößerung der Belastung der Erd- oder Gesteinsmuster koordiniert werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung registriert einen absteigenden Verlauf, der einen stufenartigen Charakter aufweist. Die ganz von Hand durchzuführende Arbeit liegt darin, daß die Kurve durch die Eckpunkte des aufgezeichneten oder registrierten Verlaufs gelegt wird (siehe Fig. 2). Die Abhängigkeit der Deformation (oder einer anderen Größe) von der Zeit isi dadurch graphisch abgebildet, wobei die Zeit direkt im logarithmischen Maßstab aufgetragen ist.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung ii.ihcr erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung, Fi g. 2 eine Aufzeichnung bei einer fünffachen Zusatzbelastung. wobei rechts der schiefe Pfeil einen vergrößerten Abschnitt der Aufzeichnung nach der Verlegung der fließenden Kurve bezeichnet.

Fig. 3 eine Schaltung von Teilungs-Kippstufen, und

Fig. 4 einen Programmgeber zur Erzeugung von Impulsen.

Das Symbol t bezeichnet die Zeit und das Symbol χ die vergrößerte Deformation der geprüften Probe.

Die Einrichtung zur Aufzeichnung von Deformationen der Erd- oder Gesteinsproben besteht aus einem Oedometer 1 als Meßgerät, aus einer Belastungseinrichtung 11. aus einer Vorrichtung 3 zur Multiplizierung der Deformationen (Multiplizierer der Deformationen), aus einer Aufzeichnungstrommel 5, aus einer impulsweise arbeitenden Antriebseinheit 6 eines Programmgebers 7, aus einer Steuer- und Kontrolltafel 8 und aus einer Energiequelle 9. Im Oedometer 1 ist die Probe der Erdmasse oder des Gesteins untergebracht, auf welche die Belastungseinrichtung 11 einwirkt. Der Indikator 2 der Vergrößerungseinrichtung 11 ist mit dem Eingang der pneumatischen Multtpliziercinrichtung 3 in Berührung, deren Stift oder Griffel 4 federnd auf dem Aufzeichnungsträger aufliegt, der auf der Aufzeichnungstrommel 5 befestigt ist. Die Aufzeichnungstrommel 5 wird von der Impulsbetrieb-Antriebseinheit 6 angetrieben, die vom Schrittmotor gebildet wird. Die Antriebseinheit 6 ist in den Stromkreis mit dem Programmgeber 7 eingeschaltet und mit der Steuer- und Kontrolltafel 8 gesteuert. Als Energiequelle dient ein Akkumulator 9 mit einem Netzladegerät, der in der Figur nicht eingezeichnet ist. Der Programmgeber 7 besteht aus einer Quelle 12 für genaue regelmäßige elektrische Zeitimpulse, die auf den Eingang eines binomischen Untersetzers 13 geschaltet ist und ein System von Teilungs-Kippstufen bildet. Das System der Teilungs-Kippstufen besteht aus einer Doppeltriode 14 und aus Hilfskreisen. Der positive Impuls aus der Quelle 12 regelmäßiger Zeitimpulse wird über einen Eingang 16 zu einer gemeinsamen Kathode 15 gespeist und kippt die Stufe oder den Kreis um. Beim Umkippen schließt sich die geöffnete Elektronenröhre, und die geschlossene wird geöffnet. Der Impuls aus der linken Anode 18 wird über den Nebenschlußhilfskreis durch einen Ausgang 17 zur Kathode weiterer Stufen gespeist. Nachdem der Kippkreis nur durch einen Impuls bestimmter Polarität getriggert wird, wird die zweite Kippstufe oder Teilungseinheit nur durch eine Hälfte der Impulse getriggert, die zum Eingang der ersten Kippstufe oder Teilungseinheit gespeist werden. Dieser Unterschied wird mit einer Leistungselektronenröhre abgeschlossen, die im Anodenkreis ein mechanisches Leistungsbauelement eingeschaltet hat. im vorliegenden Falle die impulsweise arbeitende Antriebseinheit 6. Die Elektronenröhren werden nach entsprechenden Einschaltanpassungen durch Transistoren ersetzt; das Untersetzungsverhältnis kann bei einem komplizierteren Einschalten auch anders abgestimmt werden als 1 :2.

Der Programmgeber 7, der in der Zeitfolge 2, 4, S ... rjsec arbeitet, kann auch auf andere Art ausgebildet sein. Auf der sich gleichmäßig drehenden Drehscheibe 36 ist eine Programmspirale 37 eingraviert, die an den Stellen, wo sie in der ersten, zweiten, ;; -ten Sekunde mit der Sammelspitze 38 in Berührung kommt.mit leitfähigen Kontakten 39 versehen ist, die bis auf eine leitfähige diehbare Tragscheibe 40 durchgeschaltet sind. Die Sammelspitzc 38 ist galvanisch mit einer der Klemmen 42 verbunden und wird von einem drehbaren Arm 43 getragen. Bei der Berührung der Sammelspitze 38 mit den leitfähigen Kontakten 3" erzeugt die Spannungsquclle 41 auf den Klemmen 42 einen Spannungsimpuls, der zum Antrieb der Antriebseinheit 6 verwendet werden kann. Jc nach der I agc der Sammelspitze 38 kann sogleich die Zeit festgestellt werden, während welcher das Messen bereits abläuft. Die sich rasch drehende Drehscheibe 36 kann zu den einleitenden Meßschritten dienen, während die zweite, jedoch sich langsam drehende Einrichtung der

Leitung der Endphase dienen kann. Das Drehen der Drehscheiben 36 und 40 bewirkt ein genau gehendes Uhrwerk 45.

In das Oedometer 1 wird die Probe der Erdmasse oder des Gesteins eingelegt, worauf die Belastungseinrichtung 11 installiert wird. Der Stift oder Griffel 4 wird auf den Aufzeichnungsträger angelegt. Gleichzeitig mit dem Triggern der Belastungseinrichtung mittels der Steuer- und Kontrolltafel 8 wird in Gang gesetzt auch der Programmgeber 7 mit dem zuvor vorbereiteten Programm der ausgesanten impulse und die Aufzeichnungstrommel S mit dem Aufzeichnungsträger. Die regelmäßigen Zeitimpulse der elektrischen Uhrfür einheitliche Zeiten werden durch den binomischen Untersetzer 13 zum Eingang der Impulsbetrieb-Antriebseinheit nur dann durchgelassen, wenn sie ihrer Reihenfolge nach den Werten der gewählten geometrischen Folge entsprechen., beispielsweise also der erste, zweite, vierte, achte, sechzehnte usw. Impuls. Zur Erleichterung der Steuerung ist auf der Steuer- und Kontrolltafel 8 mittels elektrischer Leiter die Funktion des Triggcrns oder Ansteuerns, Einsteilens und Rückstellen des Programmgebers 7 durchgeführt. Wird beispielsweise auf Grund gemachter Erfahrungen die Zeit zur Konsolidierung der

ίο Erdmasse auf 3 Tage geschätzt, dann ist es vorteilhaft, den Impuls, den der Programmgeber 7 aussendet, am dritten Tage der Messungen durch Leitung auf den Ausgang 10 der vorgewählten Impulse herauszuführen. Diese vorgewählten Impulse können die BeIastungseinrichtung 11 steuern, so daß dann die gesamte Einrichtung automatisch arbeitet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Aufzeichnung der Deformationen von Materialproben, insbesondere von Erd- und Gesteinsproben, bei mechanischen oder anderen Prüfungen, in Abhängigkeit von der Zeit, dadurch gekennzeichnet, daß die kontinuierlich gemessenen Größen in zeitlichen Abständen aufgezeichnet werden, die die Glieder einer geometrischen Zeitenfolge bilden, und der Vorschub des Aufzeichnungsträgers zwischen den einzelnen zeitlichen Abständen immer gleich ist.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend -jus einem Oedometer mit einer Belastungseinrichtung, einem Aufzeichnungsgerät mit einer sich verschiebenden Aufzeichnungstrommel und einer Antriebseinheit, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit (6) für gleich große Vorschubschritte der Aufzeichnungstrommel (5) eingerichtet und in einen Stromkreis mit einem Programmgeber (7) eingeschaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Programmgeber (7) mit einer Quelle (12) für genaue regelmäßige elektrische Zeitimpulse versehen ist, die in regelmäßigen Zeitabständen Impulse abgibt, die dem Eingang (16) der gemeinsamen Kathode (15) einer Doppeltriode (14) mindestens eines Kippkreises einer Teilungsschaltung (13) zugeführt werden, die von den Impulsen der Quelle (12) nur jeden ersten, zweiten, vierten, achten ... usw. Impuls durchlaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Programmgeber (7) eine sich gleichmäßig drehende elektrisch nicht leitende Drehscheibe (36) ist, die eine eingravierte Programmspirale (37) aufweist, die mit bis zu einer elektrisch leitenden und koaxial zur Drehscheibe (36) angeordneten Tragscheibc (40) führenden Kontakten (39) versehen ist, daß die Programmspirale (37) mit einer mechanisch geführten und elektrisch leitenden Sammelspitze (38) in Berührung ist, die von einem drehbaren Arm (43) getragen und mit einer der Ausgangsklemmen (42) des Programmgebers (7) verbunden ist, daß die zweite der Ausgangsklemmen (42) an die Tragscheibe (40) angeschlossen ist, und daß die Drehscheibe (36) und die Tragscheibe (40) zur Drehung mit einem Uhrwerk (45) verbunden sind.