DE2151672B2 - Geraet zur messung von bodeneigenschaften - Google Patents
Geraet zur messung von bodeneigenschaftenInfo
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Description
55
Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Messung ler Verformbarkeit und Elastizität von Böden, insbeondere
von Sportplätzen, und besteht aus einer ■ührungssäule, die mn einer Aufstandsfläche verbunden
st, mittels der eine Kraft auf den Boden übertragbar ist, ind einer Fallmasse an der Führungssäule, die über die
'lufstandsfläche auf (Jen Boden einwirkt, sowie Dämp-Lingseinrichtungen
und Einrichtungen zur Messung der Verformung des Bodens unter der Einwirkung der durch
üe Fallmasse erzeugten Kraft. λ«,
Es ist bereits ein Gerät mit der Bezeichnung rallmasse-Gerät oder Kugeldeflektometer bekannt.
)ieses Gerät besteht im wesentlichen aus einer Führungssäule, mit der eine Aufstandfläche fesi
verbunden ist, welche wiederum mit einem System vor Kraftmessern in Verbindung steht, und auf der eint
Masse geführt wird, die man in freiem Fall aus einei
variablen Höhe fallen lassen kann, uim über die
Aufstandsfläche auf den Boden eine Kraft auszuüben Ein selbstdämpfendes System, das an der Aufstandsflä
ehe angebracht ist, nimmt die Krafteinwirkung dei
Fallmasse auf und gestattet es, einen bestimmten Wen der Anwendungszeit der Krafiteinwirkung auf der
Boden zuzuordnen. Außerdem sind mechanische Mitte vorgesehen, um die Bodenverformung unter dem Geräi
sowie die vom Boden zurückgegebene Energie zi messen, und zwar durch Messen des Hochschnellens dei
Masse. Dieses Gerät wurde hauptsächlich gebaut, uir
bei einer Fahrbahn oder Fahrbahnschichi: den Einflu£ eines Lastwagenrades zu messen, da« mit einei
bestimmten Geschwindigkeit abrollt
Im Hinblick auf diesen Verwendungszweck ist eine relativ hohe Fallmasse von z. B. :I7O kg notwendig unc
die Fortbewegung des Gerätes und sein praktische! Einsatz erfordern eine Beförderungsmaschine, wie
beispielsweise einen Lastwagen oder einen Traktor, dei zusätzlich einen Kran mit Hebelwinde für die Masse
aufweisen sollte.
Ein Zweck der Erfindung ist es, diese Nachteile de; bekannten Gerätes zu beseitigen und entsprechende
Verbesserungen vorzusehen.
Die Forschungen, die zur Erfindung geführt haben zeigten, daß es insbesondere bei der Bestimmung dei
Bodenbeschaffenheit von Sportplätzen, Leichtathletik bahnen, Pferderennbahnen und entsprechenden Flä
chen günstig ist, die Bodenelastizität durch die Geschwindigkeit zu bestimmen, mit der der Boden nach
einer Verformung in seine Ausgangs- oder Gleichge wichtslage zurückkehrt, d. h. durch die Geschwindigkeit
mit der der Boden die Energie zurückgibt, die ihn zugeführt wurde, da diese Geschwindigkeit in der Tai
eine Meßgröße für den Impuls darstellt, der vom Boder beispielsweise einem laufenden Sportler übermitteli
wird.
Ein weiterer Erfindungszweck ist die Schaffung eine; insbesondere für Messungen dieser Art: geeigneter
Gerätes, wenn auch dieser Verwendungszweck nichi ausschließlich ist, wobei auch der Einsatz an mehr odei
weniger verformbaren bzw. festen Sportplätzen erfol gen kann.
Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, Nachteile unc Ungenauigkeiten zu beseitigen, die notwendigerweisf
mit der Verwendung von mechanischen Mitteln der Art wie sie bei dem bekannten Gerät bei der Vornahme dei
Messung auftreten, wobei es des weiteren ermöglich' werden soll, ein Gerät 2:u schaffen, das elektronisch«
Bauteile aufweist, die die Meßergebnisse in einer sofon
auswertbaren Form liefern.
Gemäß der Erfindung wird dies bei einem Gerät zui Messung der Verformbarkeit und Elastizität von Böden
insbesondere von Sportplätzen, bestehend aus einei Führungssäuile, die mit einer Aufstandsfläche verbunder
ist, mittels der eine Kraft auf den Boden übertragbar ist und einer Fa.llmasse an der Führungssäule, die über die
Aufstandsfläche auf den Boden einwirkt, sowie Dämpf einrichtungen und Einrichtungen zur Messung dei
Verformung des Bodens unter der Einwirkung der durcr
die Fallmasse erzeugten Kraft erreicht durch die
Kombination folgender Merkmale:
a) Ein auf dem Boden abgestütztes Referenzorgar wird als ortsfester Bezugspunkt verwendet;
b) ζ'-τ Umformung der mechanischen Verschiebung in
eine elektrische Größe zwischen dem Referenzorgan und der Aufstandsfläche des Gerätes dient ein
Meßumformer;
c) zwischen Meßumformer und Anzeigeverrichtung ist ein Verbindungskabel geschaltet;
d) als Stützeinrichtung ist ein Traggestell in fester Ausführung auf dem Boden in einer gewissen
Entfernung von der Meßstelle vorgesehen, das mindestens ein Ausgleichsorgan zwischen der
Stützeinrichtung und der Führungssäule, die mit der Aufstandsfläche verbunden ist, aufweist, damit in
der Ruhelage von der Aufstandsfläche ein statischer Beanspruchungswert in geringer Stärke bzw.
überhaupt keine Kraft auf den Boden ausgeübt wird.
Außerdem ist es angebracht, dem Meßgerä' eine
Ableiteinrichtung für das in dem Meßumformer erzeugte Signal, sowie Organe zur Umwandlung dieses
abgeleiteten Signds in eine Messung der Rückkehr des Bodens in seine Gleichgewichtslage bzw. zur Anzeige
dieser Geschwindigkeit zuzuordnen. Dies kann in der Weise vorgenommen werden, daß ein Schaltkreis zur
Maximalwertbestimmung vorgesehen wird, um eine Angabe der Maximalverformung des Bodens und/oder
des Maximalwertes seiner Rücklaufgeschwindigkeit in die Gleichgewichtslage zu liefern.
Ferner ist es angebracht, eine elektrische Stromquelle mit der Anzeigeeinheit sowie mit dem Meßumformer zu
verbinden.
Die Befestigungseinrichtung für die Fallmasse in angehobener Lage können des weiteren Fernsteuerorgane
aufweisen, um das Fallen der Fallmasse auszulösen.
Die Fallmasse kann von Hand angehoben werden, es ist aber auch möglich, Anhebeeinrichtungen mechanischer,
elektrischer, pneumatischer oder hydraulischer Art dafür vorzusehen.
Es versteht sich, daß ein erfindungsgemäßer Gerätetyp
in sehr verschiedenen Abmessungen hergestellt werden kann, je nachdem, welcher Boden zu vermessen
ist und welche dynamischen Beanspruchungen auf diesen Boden einwirken bzw. vom Gerät reproduziert
werden sollen.
Das ausgebildete Gerät kann insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, zur Messung der Verformbarkeit
und der Elastizität von Sportplatzböden verwendet werden, und dieses Gerät gestattet vor allem die
Reproduktion der auf den Boden ausgeübten Krafteinwirkung des Fußes eines menschlichen Wesens oder
eines Tieres, wobei die Verformung des Bodens unter dieser Krafteinwirkung und die Rückgabegeschwindigkeit
der Energie durch den Boden gemessen werden kann; daraus ist der Impuls abzuleiten, der dem Fuß des
Läufers oder des Tieres durch den Boden verliehen wird.
Die mit Hilfe des Gerätes durchgeführten Messungen ermöglichen, insbesondere durch Hinzufügen eines
geeigneten Aufzeichnungsgerätes, vollständige Aufzeichnung der Verformung des Bodens unter der
Krafteinwirkung, wobei gezeigt wird, daß das Maximum
der Rückgabegeschwindigkeit der Energie zum Zeitpunkt des Auswerfens der Masse durch den Boden oder
zum Zeitpunkt des Abhebens des Fußes des Läufers oder des Tieres erfolgt.
Die Verwendung eines erfindungsgemäßen Gerätes ermöglicht auch die Kennzeichnung durch Auswertung
der erhaltenen Meßergebnisse einer Bodenform im Vergleich zu anderen. Die Vergleichsergebnisse können
dann z. B. dazu verwendet werden, um die Anerkennung
von sportlichen Leistungen in Abhängigkeit von Bodenqualitäten zu bestimmen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Erläuterungen in der nachstehenden Beschreibung eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels- Hierin zeigt
F i g. 2 eine Blockdiagrammdarstellung der Elektrcnikmeßeinheit
und
F i g. 3 eine Grafik mit der Darstellung des vollständi
gen Phänomens der Bodenverformung und der Rückkehr in die Ausgleichslage, wobei die Verformung
(in '/ioo mm) auf der Ordinate und die Zeit (in
Millisekunden) auf der Abszisse dargestellt ist.
Das in F i g. 1 dargestellte Gerät weist eine Führungssäule 1 auf, die in vertikaler Lage durch ein Stativ 2
gehalten wird, dessen Füße 3 jeweils mit Hilfe einer Schnellverschluß-Schelle 4 einzeln in der Höhe regulierbar
sind. Die Führungssäuie 1 ist hierbei mit einer beispielsweise kreisförmigen Aufstandsfläche 5 fest
verbunden, die dazu dient, auf den Boden die Kraft zu übertragen, die sie aufnimmt. Diese Kräfte werden in an
sich bekannter Weise durch das Herabfalien einer Masse 6 auf eine Platte 7 erzeugt, die in bezug auf die
Führungssäule 1 beweglich ist und auf Stoßdämpfern 8 ruht, die zwischen der genannten Platte 7 und der
Aufstandsfläche 5 angeordnet sind.
Eine entsprechende Wahl der Härte der Stoßdämpfer 8, ihres Dämpfungskoeffizienten, des Gewichts der
Masse 6 und der Fallhöhe dieser Masse ermöglichen eine Simulierung auf der Aufstandsfläche 5 eines
bestimmten Bereichs von Beanspruchungen und Energien, der sehr ausgedehnt sein kann.
Des weiteren ist eine Befestigungseinrichtung 9 mittels Gewindestangen 10 und Muttern 11 am Stativ 2
befestigt. Diese Einrichtung 9 dient dazu, die Masse 6 in angehobener Lage zu halten, bevor sie fällt. Die
Gewindestangen 10 und die Muttern 11 ermöglichen die Einstellung der Lage der Befestigungseinrichtung 9 an
der Führungssäule 1 und dementsprechend der Fallhöhe der Masse 6.
Durch eine Fernsteuerungseinrichtung, hier dargestellt durch ein Kabel 12 und einen Handgriff 13, wird es
ermöglicht, aus einer gewissen Entfernung der Befestigungseinrichtung 9 zu lösen und damit die Freigabe der
Masse 6 zu steuern. Nach F i g. 1 sind an der Masse 6 Handgriffe 14 angebracht, mittels denen die Masse 6 bis
zur Befestigungseinrichtung 9 angehoben werden kann. Es ist jedoch selbstverständlich, daß auch andere Mittel
dazu vorgesehen werden könnten, falls die Masse 6 ein größeres Gewicht hat.
Damit in Ruhelage die statische Einwirkung der Aufstandsfläche 5 auf den Boden praktisch gleich Null
ist, ist die Führungssäule 1 am Stativ 2 über ein Ausgleichsorgan 15 befestigt, das eine Feder sein kann.
Die Härte des Ausgleichsorgans 15 bzw. dieser Feder muß genügend schwach sein, damit ihre Wirkung
gegenüber dem Energieimpuls zu vernachlässigen ist, der auf die Aufstandsfläche 5 durch die Fallmasse 6
übertragen wird.
Am unteren Teil des Gerätes ist ein Referenz.träger 16 als ortsfester Bezugspunkt vorgesehen, der auf dem
Boden liegt, und zwar in einer gewissen Entfernung von der Aufstandsfläche 5, damit er nicht von der
Verformung . des Bodens unter der Wirkung dieser Aufstandsfläche 5 beeinflußt wird, wobei der Träger 16
auch in einer gewissen Entfernung von den Füßen 3 des
Stativs 2 aufliegt. Ein Sensor 17 als Meßfühler zur Erfassung der Verschiebung von elektrischer Bauart
steht mit der Aufstandsfläche 5 in Verbindung, wobei der Kern des Sensors 17 mit der Aufstandsfläche 5
verbunden ist, wie es schematisch in F i g. 1 dargestellt ist, um die Verschiebung der Aufstandsfläche 5 unter der
Einwirkung der Fallmasse 6 abzufühlen. Der Sensor 17 ist mittels eines Kabels 18 an eine Meß- und
Anzeigeeinheit 19 angeschlossen, die von einer elektrischen Stromquelle 20 in der Weise versorgt wird, daß
das Gerät autonom ist. Die Meß- und Anzeigeeinheit 19 wird unter Bezugnahme auf F i g. 2 im folgenden
beschrieben.
In Fig.2, die einem Blockdiagramm entspricht, ist
dargestellt, daß das Signal des Sensors 17 über das Kabel 18 an den Eingang eines Filters 21 angelegt wird.
Das Signal, das vom Kabel 18 übermittelt wird, variiert in Abhängigkeit von der Verschiebung der Aufstandsfläche
5 und dementsprechend in Abhängigkeit von der Bodenverformung, und zwar beides zu gleicher Zeit,
wenn man die Amplitude der Verschiebung und deren Geschwindigkeit betrachtet. Ein Ausgang des Filters 21
ist über einen Maximaldetektor 22 mit einem elektronischen Speicher 23 verbunden, der von jedem beliebigen
Typ sein kann und ein numerisches Voltmeter 24 versorgt. Letzteres liefert einen Wert durch Anzeigen.
Dieser Wert entspricht offensichtlich im vorliegenden Fall der Messung der Verformung des Bodens, und die
Anordnung ist derart ausgebildet, daß sie über die Einschaltung des Detektors 22 eine Angabe liefert, die
dem Maximum der Verformung entspricht. Man erhält also durch Anzeigen die Maximalverformung des
Bodens unter der Wirkung der Fallmasse 6.
Der zweite Ausgang des Filters 21 ist, wie dargestellt,
mit einer Ableitungsstufe 25 verbunden, die den abgeleiteten Wert dieses Signals liefert. Der Ausgang
der Ableitungsstufe 25 steht über einen weiteren Maximaldetektor 26 mit einem zweiten Speicher 27 in
Verbindung, welcher wiederum ein numerisches Voltmeter 28 speist. Das Voltmeter 28 liefert auch einen
Wert, der aufgrund der Zwischenableitung die Rücklaufgeschwindigkeit des Bodens in seine Ausgangs- oder
Gleichgewichtslage bzw. die Geschwindigkeit der Energierückgabe des Bodens über die Aufstandsfläche 5
bzw. nach dem Einwirken der Fallmasse 6 anzeigt, und die Anordnung ist so ausgebildet, daß der Maximalwert
der Rücklaufgeschwindigkeit angezeigt wird.
Wie es schematisch in F i g. 2 dargestellt ist, hat man
bei 29 eine Anzeigesteuerung vorgesehen, des weiteren bei 30 eine Null-Stellung der Speicher 23 und 27 und bei
31 eine Steuerung der Verschiebung des Nullpunktes der Voltmeter 24 und 28.
Die elektronischen Schaltkreise, die die verschiedenen Stufen dieser Gesamteinheit bilden, können in sehr
verschiedener Weise ausgebildet werden, und ihre Konzeption liegt im Bereich der Fähigkeit jedes
qualifizierten Elektronikers. Die Verwirklichung kann ausgehend von handelsüblichen Bauteilen erfolgen.
Die Verwendungsweise des Gerätes versteht man leicht aufgrund der vorstehenden Beschreibung. Um
einen Boden zu testen, beispielsweise eine Leichtathletikbahn, wobei man die wirklichen Einsatzbedingungen
beim Laufen oder beim Training simuliert, wählt man die Stoßdämpfer 8, das Gewicht der Masse 6 und die
Fallhöhe in Abhängigkeit von dem zu testenden Untergrund.
Nach Anheben der Masse 6 und Befestigung derselben an der Vorrichtung 9 steuert man ihr
Herabfallen mit Hilfe des Handgriffes 13 und des Kabel 12. Beim Auf treffen der Masse 6 auf der Platte 7 win
eine Beanspruchung auf die Aufstandsfläche 5 bzw. dei Boden übertragen. Daraus ergibt sich eine Verformunj
des Bodens. Diese Verformung wird vom Sensor 11 erfaßt und über das Kabel 18 an die Meß- unc
Anzeigeeinheit 19 weitergeleitet.
In dieser Einheit wird eine Angabe bezüglich dei
Maximalverformung des Bodens über Filter 21 Detektor 22, Speicher 23 und Voltmeter 24 geliefert
Diese Angabe entspricht der Verformung bzw. dei Verformbarkeit des Bodens. Eine Angabe der Rücklaufgeschwindigkeit
in die Ausgangslage wird außerdem durch den Filter 21, die Ableitungsstufe 25, den Detektor
26, den Speicher 27 und den Voltmeter 28 geliefert Diese Angabe bezieht sich auf die Elastizität des
Bodens, das heißt, auf die Geschwindigkeit, mit der er die ihm übermittelte Energie zurückgibt. Man erhält so
durch Anzeigen zwei charakteristische, sehr wichtige Werte bezüglich des Bodens, und diese Werte sind
direkt und unmittelbar verwertbar.
Das Vorhandensein eines Speichers in jedem Meß- und Anzeigekanal ermöglicht es, einen zuverlässigen
Meßwert trotz der Kürze des Phänomens zu erhalten, das das Signal des Sensors 17 bewirkt.
Messungen mit dem erfindungsgemäßen Gerät haben beispielsweise die folgenden Ergebnisse geliefert, die in
sehr unmittelbarer Weise die Merkmale verschiedener Böden widerspiegeln.
Verfor | Maximale Rücklauf- | |
mung in | geschwindigkeit | |
/iooTim | im Gleichgewichts | |
zustand | ||
in mm/Sek. | ||
Elastischer Boden, 62 | 7 | |
bestehend aus einem | ||
40 | Agglomerat von | |
Kautschukkörnern, | ||
hartem Granulat | ||
und Bitumen mit | ||
verschiedenen | ||
■45 | Additiven | |
Schweres Polyurethan, 57 | 11 | |
an Ort und Stelle ver | ||
gossen, fest mit dem | ||
50 | Untergrund verbunden | |
Elastische Ver- 60 | 20 | |
kleidung aus Poly | ||
urethankautschuk, fest | ||
mit dem Untergrund | ||
55 | verbunden |
kleidung aus Polyurethankautschuk mit
^ einer elastischen
Schicht, die nicht mit
dem Untergrund fest
verbunden ist
Man sieht sofort, daß die so erhaltenen Zahlenwerte
eine mühelose Interpretation der Merkmal«! der betrachteten Böden ermöglichen.
rates parallel mit der Anzeigeeinheit kann man in graphischer Form die Aufzeichnung der Gesamtheit des
Verformungsphänomens des Bodens unter der Aufstandsfläche 5 und des Rücklaufs in die Gleichgewichtslage
aufzeichnen. Die erhaltene Graphik ist in Fig. 3
sichtbar. Man sieht, daß es mit Hilfe einer solchen Aufzeichnung leicht ist. die Maximalverformung und
durch den Verlauf der Tangente zum Biegungspunkt das Maximum der Rücklaufgeschwindigkeit in die Gleichgewichtslage
zu bestimmen.
Hier/u 2 Blatt Zeichnungen
709 526/56
Claims (5)
1. Gerät zur Messung der Verformbarkeit und Elastizität von Böden, insbesondere von Sportplätzen,
bestehend aus einer Führungssäule, die mit einer Aufstandsfläche verbunden ist, mittels der eine Kraft
auf den Boden übertragbar ist, und einer Fallmasse an der Führungssäule, die über die Aufstandsfläche
auf den Boden einwirkt, sowie Dämpfungseinrichtungen
und Einrichtungen zur Messung der Verformung des Bodens unter der Einwirkung der durch
die Fallmasse erzeugten Kraft, gekennzeichne t d u r c h die Kombination folgender Merkmale:
a) Ein auf dem Boden abgestütztes Referenzorgsn
(16) wird als ortsfester Bezugspunkt verwendet;
b) zur Umformung der mechanischen Verschiebung in eine elektrische Größe zwischen dem
Referenzorgan (16) und der Aufstandsfläche (5) des Gerätes dient ein Meßumformer (17);
c) zwischen Meßumformer (17) und Anzeigevorrichtung (19) ist ein Verbindungskabel (18)
geschaltet;
d) als Stützeinrichtung ist ein Traggestell (3) in fester Ausführung auf dem Boden in einer
gewissen Entfernung von der Meßstelle vorgesehen, das mindestens ein Ausgleichsorgan (15)
zwischen der Stützeinrichtung (3) und der Führungssäule (1), die mit der Aufstandsfläche
verbunden ist, aufweist, damit in der Ruhelage von der Aufstandsfläche (5) ein statischer
Beanspruchswert in geringer Stärke bzw. überhaupt keine Kraft auf den Boden ausgeübt
wird.
2. Meßgerät räch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Schaltkreis (22) zur Maximalwertbestimmung vorgesehen ist.
3. Meßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Stromquelle
(20) mit der Arizeigeeinheit (19) sowie mit dem Meßumformer (17) verbunden ist
4. Meßgerät nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtungen
(9) für die Fallmasse (6) in angehobener Lage Femsteuerorgani» (12, 13) aufweisen, um das Fallen
der Fallmasse auszulösen.
5. Meßgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgesehenen
Anhebeeinrichtungen (14) der Fallmasse (6) mechanischer, elektrischer, hydraulischer oder pneumatischer
Art sind.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR7038102 | 1970-10-22 | ||
FR7038102A FR2066356A5 (de) | 1970-10-22 | 1970-10-22 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2151672A1 DE2151672A1 (de) | 1972-04-27 |
DE2151672B2 true DE2151672B2 (de) | 1977-06-30 |
DE2151672C3 DE2151672C3 (de) | 1978-02-23 |
Family
ID=
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007035348A1 (de) | 2007-07-27 | 2009-02-05 | Bernd Zorn | Fallgewichtsprüfgerät zur Bestimmung der Verformungskennwerte unter definierten Stoßbelastungen von Böden |
DE202010009539U1 (de) | 2010-06-25 | 2010-09-16 | Zorn, Bernd | Rammgerät, insbesondere zur Rammsondierung |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007035348A1 (de) | 2007-07-27 | 2009-02-05 | Bernd Zorn | Fallgewichtsprüfgerät zur Bestimmung der Verformungskennwerte unter definierten Stoßbelastungen von Böden |
DE202010009539U1 (de) | 2010-06-25 | 2010-09-16 | Zorn, Bernd | Rammgerät, insbesondere zur Rammsondierung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2151672A1 (de) | 1972-04-27 |
FR2066356A5 (de) | 1971-08-06 |
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Legal Events
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