DE2416647A1

DE2416647A1 - Messwertaufnehmer zur getrennten erfassung des spitzendrucks und der mantelreibung im boden

Info

Publication number: DE2416647A1
Application number: DE2416647A
Authority: DE
Inventors: Harald Beck; Rochus B Dipl Ing Elmiger
Original assignee: H Maihak AG
Current assignee: H Maihak AG
Priority date: 1974-04-05
Filing date: 1974-04-05
Publication date: 1975-10-23
Also published as: NL7500792A; US3988923A; DE2416647B2; IT1033366B; DE2416647C3; SE7503903L

Description

Ho Maihak
2 HAMBURG 39
Semperstro 38

Mes sv/er tauf nehiner zur getrennten Erfassung des Spitzen drucks unä eier Mantelreibung im Boden

Die Erfindung "betrifft einen I.esswertaufnehmer zur getrennten Erfassung J.es Suitsendrucks und der Mantelreibung im Boden.

Zur Bestimmung der Eigenschaften von Bodenschichten im tieferen Untergrund haben sich Sondierungsverfahren bewährte Der Bodenmechaniker kann aus der Kraft, die der Boden der Sonde beim Eindrücken als Widerstand entgegensetzt, Schlüsse auf die durchgefahrenen Bodenarten und die Lagerungsdichte bzw. Konsistenz der Schichten ziehen. Die auf den Messwertaufnehmer der Sonde wirkende Gesamtkraft setzt sich aus der lotrechten Kraft auf die Sonaenspitze und der Mantelreibungskraft, die auf einem eindeutig definierten Teil der Oberfläche des Messwertaufnehmers angreift, zusammen. Aus der gleichzeitigen Kenntnis von Örtlichem Spitzendruck und örtlicher Mantelreibung lässt sich z.B. ein Schichtwechsel zwischen bindigen und nichtbindigen Böden erkennen.

Messwertaufnehmer zur Messung des Spitzendrucks sind bekannt. Sie enthalten z.B. einen dünnwandigen Zylindermantel, dessen elastische Stauchung als Mass für die auf die Spitze einwirkende Kraft dient. Zur Messung dieser Stauchung wird ein in der Sonde angebrachter Messkörper benutzt, der ein elektrisches Ausgangssignal liefert, das über ein im Innern

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des Gestänges verlegtes Kabel einem Empfangsgerät zugeführt wird.

Es sind auch Vorrichtungen bekanntgeworden, die die Gesamtkraft messen, die zum Sindrücken der Sonde erforderlich ist» Aus G-esamtkraft und Spitzendruck ergibt sich dann durch Differenzbildung die Mantelreibung für die gesamte Sonde, bestehend aus Messwertaufnehmer und Gestänge«,

Diese Art der Bestimmung des Spitzendrucks und der Mantelreibung hat eine Reihe von Nachteilen. Sie ist umständlich, da die Mantelreibung nicht direkt, sondern als Differenz zweier Grossen bestimmt wird, und daher auch mit einem grösseren Fehler behaftet. Der Messkörper für den Spitzendruck befindet sich innerhalb der Sondenspitze, während die Mantelreibung am Gestängekopf ermittelt wird, und folglich die Reibung des Gesamtgestänges ebenfalls in die Messung eingeht.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Messwertaufnehmer zur getrennten Erfassung von Spitzendruck und Mantelreibung zu schaffen, bei der sowohl Spitzendruck als auch Mantelreibung unabhängig voneinander unmittelbar an der Sondenspitze bestimmt werden.

Ein derartiger Messwertaufnehmer muss eine Reihe von Anforderungen erfüllen. Die Messkörper für Spitzendruck und Mantelreibung müssen möglichst weit τοη der Mantelfläche des Aufnehmers weg im Innern der Sonde angeordnet werden, denn die bei Mantelreibung und Abrieb entstehenden grossen Temperaturgradienten an der Aussenfläche der Sonde dürfen die Messungen möglichst wenig beeinflussen. Daher ist eine konstruktiv einfachere Messung der Dehnung direkt an der Mantelfläche ungünstige

Um die Messergebnisse für die Mantelreibung entsprechend den experimentellen Gegebenheiten im Boden interpretieren zu können, muss die Mantelreibung zwischen Sonde und Bodenteilchen in ortsfester lage gemessen werden. Dies bedingt

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die Messung dieser Grosse in einer gewissen, möglichst kleinen Entfernung .hinter dem Spitzenkegel, wo die durch das Eindrücken der Sonde ausgelösten Fliessvorgänge um die Sondenspitze im wesentlichen abgeschlossen sind und die Bodenteilchen sich in einer neuen, stabilen Struktur angeordnet habenο

Weiterhin haben viele Böden die Eigenschaft, dass die durch die Verdrängung erzeugte Öffnung im Boden standfest ist, so dass von einer Sonde mit über ihre Länge konstantem Durchmesser nur kleine und unmassgebliche Mantelreibungswerte angezeigt werden» Für eine Erhöhung des Messwertes der Mantelreibung ist durch einen geeigneten konstruktiven Aufbau der Sonde zu sorgen, ohne dass dadurch neue Strukturänderungen beim Eindrücken oder Ziehen der Sonde angelöst werden«

Diese Aufgaben werden durch die Erfindung gelöste

Der erfindungsgemässe Mewswertailfnehmer zur getrennten Erfassung des Spitzendrucks und der Mantelreibung im Boden ist dadurch gekennzeichnet, dass die Messelemente für die Grossen Spitzendruck bzw. Mantelreibung innerhalb des Messwertaufnehmers angebracht sind und die Sonde mit getrennten Kraftübertragungsleitungen für diese Messwerte ausgerüstet ist_e

Dabei ist zur Messung der Grosse Mantelreibung eine Mantelreibungshülse in der Sonde hinter dem Messelement für den Spitzendruck vorgesehene

Die Mantelreibungshülse ist um das Kraftübertragungsrohr für den Spitzendruck angeordnete

Das Messelement für die Mantelreibung ist vorzugsweise innerhalb des Kraftübertragungsrohrs angeordnete

Die Mantelreibungshülse hat einen grösseren Durchmesser als die übrigen Teile der Mantelfläche der Sonde.

Die übrigen Teile der Mantelfläche der Sonde haben unterein-

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ander den gleichen Durchmesser.

Die ManteIreibungshülse ist in einer bestimmten Entfernung von dem Spitzenkegel angeordnet.

Die Kraftübertragung für den Spitzendruck wird von der Kraftübertragung für die Mantelreibung durch zwei Krafttrennscheiben getrennte

Die K_rafti;rennscheiben haben parallel zu ihrem umfang zwei nahezu halbkreisförmige Aussparungen, die durch zwei gegenüberliegende Stege getrennt sind und deren Breite der Dicke des Kraftübertragungsrohrs entspricht.

Entsprechend hat das Kraftübertragungsrohr für den Spitzendruck zwei auf seinem Umfang gegenüberliegende Schlitze, deren Breite der Breite der Stege der Krafttrennscheiben entspricht und die durch Auflageflächen begrenzt werden.

Die Sonde ist druckdicht und gegen das Eindringen von Bodenpartikeln geschützt«

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen.

^igo 1 einen Schnitt in der Längsachse durch den Messwertaufnehmer gemäss cer Erfindung,

Figo 2 eine Teilansicht in perspektivischer Darstellung.

Der erfindungsgemässe Messwertaufnehmer besteht im wesentlichen aus zwei Teilen, dem Aufnehmer für den Eindringungs-.widerstand gegen die Spitze 1 des Aufnehmers und dem Aufnehmer für den Reibungswiderstand an der Mantelreibungshülse 10«, Durch die besondere konstruktive Gestaltung des Aufnehmers wird erreicht, dass die beiden Grossen Spitzendruck und Mantelreibung unabhängig voneinander gemessen werden können.

Der Messwertaufnehmer wird über ein nicht dargestelltes Gestänge in den Boden eingedrückt. Dabei wird die Kraft ohne irgendwelche gegeneinander gleitenden Teile durch das Innere

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der Sonde über ein Kopfstück 9, ein Kraftübertragungsöle 8, ein Zwischenstück 7 und eine Druckmesseinrichtung 2 "bekannter Bauart auf die Spitze 1 übertragen. Die Druckmesseinrichtung 2 kann z.B« mit Dehnungsmessstreifen oder Schwingsaiten-Messwertgebern ausgerüstet sein. Durch die Wirkung des Bodens gegen die Spitze 1 wird der Messkörper 2 gestaucht und liefert über geeignete, bekannte' Vorrichtungen ein der Grosse des Spitzendrucks äquivalentes Ausgangssignal.

Die Mantelreibung wird an einer Mantelreibungshülse 10 mit aus konstruktiven und messtechnischen Gründen bedingter definierter Länge und mit durch eine Schutzhülse 3 und ein Zwischenstück 7 definiertem Abstand zum Spitzenkegel gemessen, wobei auf das ^esselement 11 für die Mantelreibung nur die Grosse der Mantelreibung und kein Anteil des Spitzendruckes einwirken darf. Dies wird dadurch erreicht, dass keine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Basisfläche der Spitze 1 und der Mantelreibungshülse 10 existierte Die Mantelreibungshülse 10, die in einer bestimmten Entfernung hinter dem Spitzenkegel 1 beginnt und einen etwas grösseren Durchmesser hat als die übrigen Mantelteile der Sonde (z„B. 0,3 mm grosser), ist kraftschlüssig von der restlichen Mantelfläche getrennt.Dies wird durch die Anordnung von zwei Krafttrennscheiben 12a, 12b an den Endin der Mantelreibungshülse 10 bewirkt. Diese Krafttrennscheiben 12a, 12b haben parallel zu ihrem Umfang zwei nahezu halbkreisförmige Aussparungen 15, die durch zwei gegenüberliegende Stege 16 getrennt sind und deren Breite der Dicke des Kraftübertragungsrohres 8 entspricht. Beim Sondieren schiebt sieh die Mantelreibungshülse 10 gegen die Krafttrennscheibe 12b und zieht über den mit den &rafttrennscheiben 12a, 12b fest verschraubten Messkörper 11 die mit entsprechenden Aussparungen versehene Krafttrennscheibe 12a gegen die Anlagefläche 14 des an seinen Enden geschlitzten Kraftübertragungsrohres 8 (siehe Mg₀ 2)_o Entsprechend der Mantelreibung wird der Messkörper 11, der z.B. mit Dehnungsmeßstreifen oder Schwingsaiten-Messwertgebern versehen sein kann, gedehnt

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und liefert ein dem Wert der Mantelreibung äquivalentes Ausgangssignal. Zwischen der Krafttrennseheibe 12b und dem Kopfstück 9 ist zu diesem Zweck genügend Spiel vorgesehen (zeBo 0,5 mm)ο Die Kraftübertragungslinien sind in Figo 1 angegebene

Beim Ziehen der Sonde schiebt sich die Mantelreibungshülse lOjfeegen die Krafttrennseheibe 12a und zieht über den Messkörper 11 die Krafttrennseheibe 12b gegen die entsprechende Auflagefläche 14 des Kraftübertragungsrohres 8, Die Mantelreibung führt somit sowohl beim Eindrücken als auch beia Ziehen der Sonde zu einer Dehnung des Messkörpers 11, der in beiden Fällen ein Ausgangssignal gleichen Vorzeichens liefertο

Durch Dichtungen 13 ist der Messwertaufnehmer druckdicht und gegen das Eindringen.von Bodenpartikeln geschützt.

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Claims

Patentansprüche

1o) Messwertaufnehmer zur getrennten Erfassung des Spitzen-Nirucks und der Mantelreibung im Boden, dadurch g e k e η η zeichnet, dass die Messelemente (2 bzw. 11) für die Grossen Spitzendruck bzw_o Mantelreibung innerhalb des Messwertaufnehmers angebracht sind und die Sonde mit getrennten Kraftübertragungsleitungen für die>eMesswerte ausgerüstet ist«,
2. Messwertaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung der Grosse Mantelreibung eine Mantelreibungshülse (10) in der Sonde hinter dem Messelement (2) für den Spitzendruck vorgesehen ist.

3ο Messwertaufnehmer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass die Mantelreibungshülse (10) um das Kraftübertragungsrohr (8) für den Spitzendruck angeordnet ist„

4o Messwertaufnehmer nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , dass das Messelement (11) für die Mantelreibung innerhalb des Kraftübertragungsrohrs (8) angeordnet ist«,

5 ο Messwertaufnehmer nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet , dass die Mantelreibungshülse (10) einen grösseren Durchmesser als die übrigen Teile (1,3,7,12a,12b,9) der Mantelfläche der Sonde hat.

6o Messwertaufnehmer nach Anspruch 2, 3 und 5, dadurch gekennzeichnet , dass die übrigen Teile (1,3,7,12a,12b,9) der Mantelfläche der Sonde untereinander den gleichen Durchmesser haben_e

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7o Messwertaufnehmer nach Anspruch 2, 3,5 und 6, dadurch gekennzeichnet , dass die ManteIreibungshülse (10) in einer "bestimmten Entfernung von dem Spitzenkegel (1) angeordnet ist«,

8o Messwertaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , dass die Kraftübertragung für den Spitzendruck (9,8,7,2,1) von der Kraftübertragung für die Mantelreibung (10,11) durch zwei Krafttrennscheiben (12a,12b) getrennt wird.

9ο Messwertaufnehmer nach Anspruch 8, dadurch g e k e η η zeichnet, dass die Krafttrennscheiben (12a,12b) parallel zu ihrem Umfang zwei nahezu halbkreisförmige Aussparungen (15) haben, die durch zwei gegenüberliegende Stege (16) getrennt sind und deren Breite der Dicke des Kraftübertragungsrohres (8) entspricht.

1Oo Messwertaufnehmer nach Anspruch 8 und 9» dadurch gekennzeichnet , dass das Kraftübertragungsrohr (8) zwei auf seinem Umfang gegenüberliegende Schlitze hat, deren Breite der Breite der Stege (16) der Krafttrennscheiben (12a,12b) entspricht und die durch Auflageflächen (14) begrenzt sind.

11 ο Messwertaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertaufnehmer (Sonde) druckdicht und gegen das Eindringen von Bodenpartikeln geschützt ist₀

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