DE2548604A1

DE2548604A1 - Sondeneinrichtung

Info

Publication number: DE2548604A1
Application number: DE19752548604
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-10-31
Filing date: 1975-10-30
Publication date: 1976-05-06
Also published as: NL7512722A; NL182160C; GB1523779A; NL182160B; DE2548604C2; US4043186A; IT1023139B

Description

Silvano Marchetti, Via Bracciano, 38 - 00159 Roma - (Italien) Sondeneinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Sondeneinrichtung zum Messen des Betrages bzw. Moduls der Gelandeverformbarkeit bzw. der Verformbarkeit von Gelände- bzw. Bodenschichten an Ort und Stelle, sowie ein Verfahren zum Durchfuhren derartiger Messungen.

Die Bedeutung, Messungen des Betrages bzw. Moduls der Verformbarkeit von Gelände- bzw. Bodenschichten so genau, wie nur irgendwie möglich, durchfuhren zu können, ist allgemein bekannt. Besonders bedeutsam ist bei diesen Messungen ihre Reproduzierbarkeit. Die Messungen dürften daher nur möglichst geringfügig von den Mitteln beeinflußt sein, mit denen sie durchgeführt werden.

Derartige Messungen werden heute allgemein mit Hilfe eines Gerätes durchgeführt, welches als "Presso-Meter" bezeichnet wird und welches elastische, dehnbare Strukturen aufweist, die auf alle Seiten Druck innerhalb einer

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Gerichtsstand Regensburg

Aussparung bzw. Ausnehmung (im Boden) ausüben, in welcher das Gerät arbeitet.

Diese bekannten Einrichtungen beruhen auf der Ausnutzung von akustischen Wellen, wobei eine genaue Messung große Sorgfalt voraussetzt und sehr viel Zeit in Anspruch nimmt. Auch ist bei Verwendung dieser Einrichtunger eine reproduzierbare Messung sehr schwierig.

Es sind weiterhin Eindrucktiefenmesser bzw. Penetrationsmesser bekannt, die keine akustischen Wellen voraussetzen. Diese Einrichtungen sind jedoch mehr dazu bestimmt, den Boden aufzuspalten bzw. aufzubrechen als den Betrag der Verformbarkeit zu messen.

Um diese Schwierigkeiten auszuräumen wird mit der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung vorgeschlagen, deren primärer Zweck es ist, genaue, zuverlässige und wiederholbare Meßergebnisse fUr den Betrag bzw. Modul der Verformbarkeit einer Boden- bzw. Geländeschicht zu liefern, ohne daß dafUr entsprechende Messungen bezüglich der Leitfähigkeit akustischer Wellen notwendig sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Sondeneinrichtung der eingangs geschilderten Art erfindungsgemäß gekennzeichnet durch wenigstens eine Sondenstange bzw. -Körper, vorzugsweise in Parallel Epiped-Form, mit einem Ende oder einer Spitze zum Einbringen in das Gelände, mit einer Druckkammer, die zwei kreisförmige, aneinander gegenüberliegenden Seiten des Sondenkörpers vorgesehene Öffnungen aufweist, mit zwei dehn- bzw. auslenkbaren Metallmembranen, die die kreisförmigen Öffnungen der Druckkammer dicht nach außen abschließen, mit Mitteln zum Zu- bzw. Abfuhren von Druckluft bzw. Gas in die Druckkammer sowie mit elektrischen Kontakten, die in Abhängigkeit von der Bewegung der Membranen wirksam werden, wobei in der Druckkammer vorzugsweise eine Auslaßventilanordnung fUr die

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- 3 -Druckluft bzw. das Druckgas vorgesehen ist.

Meßmittel werden mit Elementen versehen, um sie mit herkömmlichen Stangen oder Rohren zum Eindrucken bzw. Eintreiben zu verbinden, wobei diese Stangen bzw. Rohre einen Querschnitt ähnlich der Spitze oder aber einen von dieser Spitze abweichenden Querschnitt, z.B. einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht somit auch darin, daß Mittel zum Eindrucken bzw. Einbringen der Sonde verwendet werden können, die fUr diesen Zweck bereits bei den statischen Penetrationsmessern verwendet werden, wodurch die Gesamtkosten wesentlich reduziert werden. J

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist auch, daß die horizontale Bewegung der mit Druck beaufschlagten Membranen dazu fuhrt, daß das Geländematerial in einer Richtung zusammengedruckt wird, die genau der horizontalen Komponente der Bewegung eines Pfahles oder Mastes im Boden entspricht, wodurch eine wertvolle Information bezüglich des Land- bzw. Bodenwiderstandes in Vergleich zu dieser Kompnente erhalten wird.

Die erfindungsgemäße Sondeneinrichtung ist leicht zu handhaben und liefert Messungen mit einen reproduzierbaren Meßergebnis.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den UnteransprUchen beschrieben.

Die Erfindung wird in folgenden anhand der Figuren an einem AusfUhrungsbeispiel näher erläutert. Es versteht sich, daß die Erfindung grundsätzlich nicht auf diese bevorzugte Ausfuhrungsform beschränkt ist. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Einrichtung;

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Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie I-I der Fig* I.

In der Fig. 1 ist der Körper einer Sonde gezeigt, welcher mit einer Spitze versehen is t, um das. Einfuhren, Eindrucken usw. der Son-de in den Boden bzw. in das Gelände zu gestatten.

Innerhalb der Sonde ist eine im wesentlichen zylinderförmige Druckkammer 2 vorgesehen, die eine horizontale Achse aufweist und die an zwei einander gegenüberliegenden Seiten des Sondenkörpers jeweils eine nach außen führende kreisförmige öffnung 3 besitzt.

Konzentrisch um jede kreisförmige öflhung 3 ist ein kreisförmiger bzw. ringförmiger Schlitz 4 vorgesehen, in welchem jeweils wenigstens ein Befestigungsflansch untergebracht werden kann, wie dies weiter unten noch beschrieben wird.

Die Oberfläche 5 des Sondenkörpers, die zwischen der jeweiligen kreisförmigen öffnung 3 und dem Schlitz 4 liegt, ist gegenüber der Oberfläche 6 des Sondenkörpers etwa um die Dicke der Membran 7 leicht versetzt. Die Membranen 7 sind jeweils kappen- oder becherförmig ausgebildet, bestehen aus Metall und werden an Dichtungen 9 angedrückt, die sich am Boden der kreisförmigen Schlitze 4 befinden. Die Membranen 7 werden dort durch Schrauben und Metallflansche 8 festgehalten, die in den Schlitzen 4 im Bereich der offenen Schlitzseite untergebracht sind. Diese Ausbildung stellt sicher, daß die Membranen 7 kein Hindernis beim Einbringen der Sonde in den Boden bzw. in das Gelände darstellen·

In den öffnungen 3 in dem Gehäuse bzw. in dem Sondenkörper, der bzw. die speziell fUr diesen Zweck hergestellt ist bzw. sind, sind jeweils eine Scheibe 10 aus isolierendem Material angeordnet, wobei dies· Scheiben ein· innere Fläche zum Abstutzen und zum Schutz der Membranen bil-

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den und gleichzeitig eine Entladeventilanordnung tragen und an Ort und Stelle halten.

Die öffnungen 3 sind im wesentlichen mit einem kleinen Zylinder 11 ausgestattet, welcher an einem Ende geschlossen ist und mit einer Ehtrittsöffnung 12 sowie mit einer Austrittsdüse 13 für Luft versehen ist.

Innerhalb des Zylinders 11 ist ein keiner Kolben 15 angeordnet, der sich frei jedoch abdichtend innerhalb des Zylinders 11 verschieben kann und der eine gewundene fföckfeder 16 zusammendrückt, die zwischen dem inneren Ende des Kolbens 15 sowie des geschlossenen Endes des Zylinders 11 an- ^; geordnet ist. Das andere Ende des Kolbens 15 sowie die Außenfläche des i geschlossenen Endes des Zylinders 11 reichen durch zentrale öffnungen der Scheiben 10 hindurch und liegen gegen die Innenflächen der Membranen ^! 7 an. ^j

Durch die Scheiben 10 aus isolierendem Material reichen zwei stiftförmige Kontakte χ und y hindurch, die einen elektrischen Kontakt mit den Membranen 7 herstellen.

Die beiden Kontakte sind Über dünne elektrische Verbindungsdrähte bzw. Kabel mit einer zentralen Schalt- bzw. Bedienungseinrichtung verbunden, die außerhalb angeordnet ist. Die Auslaßdüse 13 ist über ein dünnes Rohr 17 aus Metall oder Plastik mit der Außenseite bzw. der Umgebung verbunden, während über eine Leitung 18 Druckluft in die Druckkammer 2 zugeführt werden kann.

Stangen bzw. Rohre zum Vortrieb bzw. zum Eindrücken der Sonde, die auch für andere Sondentypen allgemein verwendet werden, können an der Oberseite der beschriebenen Sonde befestigt werden, wenn diese die Oberfläche des Geländes durchdringt bzw. in den Boden des Geländes eingedrückt bzw.

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-getrieben wird.

Diese Stangen bzw. Rohre sind in ihrem Inneren so ausgestaltet, daß die Leitungen zum Zu- und Abfuhren der Luft sowie elektrische Kabel fUr die elektrischen Kontakte aufnehmen können, wobei diese Leitungen mit üblichen Mitteln mitcer Leitung 18 bzw. dem Rohr 17 und die elektrischen Kabel mit den Kontakten χ und y verbunden werden können.

Die Steuer- bzw. Bedienungseinrichtung wird selbstverständlich an der Oberfläche des Geländes angeordnet und besitzt eine Druckquelle, die durch Zwischenschaltung beispielsweise eines Stiftventils das Zuführen von Luft oder Gas gestattet, wobei der Druck dieser Luft bzw. dieses Gases mit Hilfe eines Manometers kontrolliert wird. Dieses nicht näher dargestellte Manometer ist ebenfalls in der Bedienungs- bzw* Steuereinrichtung angeordnet und über eine Druckleitung mit dem Steuerkabel verbunden. Die Steuer- bzw. Bedienungseinrichtung besitzt weiterhin eine Batterie bzw. eine elektrische Spannungs- oder Stromquelle, die zwei Anzeigeeinrichtungen, vorzugsweise zwei Leuchtanzeigen betätigt, wenn die beiden elektrischen Verbindungsleitungen des Steuerkabels einen Kurzschluß mit dem Block bzw. dem Material in der Nähe der Spitze bilden.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der Einrichtung beschrieben. Nachdem die Spitze der Sonde in den Boden bis zur angestrebten Tiefe eingedrückt wurde, wird Druckluft allmählich über die Leitung 18 in die Druckkammer 2 eingeführt. Diese Druckluft wirktauf die Membranen 7 ein und in kurzer Zeit wird ein Gegendruck des Geländes in umgekehrter Richtung auf die

bzw. /der Druck Membranen 7 einwirken. Sobald das Eindrücken / des Geländes ausgeglichen ist, wird eine geringfügige Erhöhung des Innendruckes dazu führen, daß die Membranen 7 sich nach außen bewegen. Sobald dies eintritt, heben siel· die Membranen von den stiftförmigen Kontakten x und y ab und unterbrecher den elektrischen Stromkreis, wodurch in der zentralen Bedienungs- bzw.

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Steuereinrichtung der Beginn der Membranbewegung angezeigt wird.

Durch Ablesen des Druckwertes pl am Manometer in diesem Augenblick ist der Druck, der im Gelände vor dem Bewegen der Membranen erzeugt wurde, bekannt. Beim weiteren Zufuhren von Druckluft bzw. Druckgas werden die Membranen ausgelenkt bzw. nach außen gedruckt und die Feder 16 im ZyIin-· der 11 drUckt den kleinen Kolben 15 zur Seite, der dann der in Fig. 2 gezeigten linken Membran folgt, während der kleine Zylinder 11 der Bewegung der rechten Membran folgt. Wird die Zufuhr von Luft weiter aufrechterhalten, so bewegen sich die beiden Membranen 7 soweit auseinander, daß die Innenseite bzw. das innere Ende des Kolbens 15 die Auslaßöffnung bzw. Düse 13 freigibt. In diesem Augenblick entsteht ein Gleichgewichtszustand zwischen dem inneren und dem äußeren Druck, weit letzterer durch den Widerstand ces Geländes hervorgerufen wird, wobei die Überschüssige zugefUhrte Luft durch die Auslaßdüse 13 entweicht. Dieser Zustand wird in der zentralen Bedienungs- bzw. Steuereinrichtung durch das dort vorgesehene Manometer durch einen konstanten Druckwert p2 innerhalb der Druckkammer 2 angezeigt.

Aus der Differenz der Druckwerte pi und p2 sowie aus dem Abstand zwischen den Membranen läßt sich nun der Wert des Moduls fUr die Verformbarkeit des Geländes entsprechend der Theorie von Platten, die sich auf einem elastischen Untergrund abstutzen, berechnen.

Es ist selbstverständlich, daß das System der Druckentlastung bzw. des Druckausgleichs sowie der Auslenkung auch auf andere Weise realisiert werden kann. Es ist auch möglich, die Druckentlastung bzw. den Druckausgleich kontinuierlich bzw. fortlaufend auszufuhren, wobei die Druck-Auslenkungskurven einen Auslenkungsumsetzer fUr das pneumatische System und die elektrischen Kontakte ersetzen.

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Die rfindung wurde voranstehend unter Bezugnahme auf eine bestimmte AusfUhrungsform beschrieben. Es sind jedoch zahlreiche Abwandlungen konstruktiver Art möglich, ohne daß dadurch der Erfindungsgedanke ver lassen wird.

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Claims

Patentansprüche

1. Sondeneinrichtung zur Messung des Betrages bzw. des Moduls der Gelände verformbarkeit an Ort und Stelle, gekennzeichnet durch Sondenstangen oder Körper vorzugsweise in Parallelepiped-Form, mit einem Ende oder einer Spitze zum Einbringen in das Gelände, mit einer Druckkammer (2), die zwei kreisförmige, aneinander gegenüberliegenden Seiten des Sondenkörpers vorgesehene öffnungen (3) besitzt, mit zwei dehn- bzw. auslenkbaren Membranen (7) aus Metall, die die kreisförmigen Öffnungen (3) der Druckkammer (2) dicht abschließen, mit Mitteln zum Zu- und Abfuhren von Druckgas bzw. Druckluft in die Druckkammer (2) bzw. aus der Druckkammer, sowie mit elektrischen Kontakten (xy) die in Abhängigkeit von der Bewegung der Membranen (7) wirksam werden.

2. Sondeneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen (7) becher- oder kappenförmig ausgebildet und an einem Ende unter Verwendung eines Systems von metallischen Druckflanschen (8) befestigt sind. ,

3. Sondeneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisförmigen öffnungen (3) mit Scheiben (1O) aus isolierendem Material versehen sind, gegen die die Innenfläche der Membranen (7) anliegen.

4. Sondeneinrichtung nach einem der Ansprüche. 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auslaßventilanordnung innerhalb der Druckkammer (2) angeordnet ist, und daß die Ventilanordnung aus einem an einepj Ende geschlossenen Zylinder, der eine Einlaßöffnung (12) sowie eine Auelaßöffnung (13) aufweist, aus einem Kolben (15) der sich frei jedoch dicht abschließend im Zylinder (ii) verschieben kann, sowie aus

Vorspann- oder Druckmitteln (16) besteht, die zwischen dem inneren

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Ende des Kolbens (15) und dem geschlossenen Ende des Zylinders (ll) angeordnet sind, um die Ventilanordnung zu steuern.

5. Sondeneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Kontakte (xy) von mehreren stiftförmigen Elementen gebildet sind, die an der inneren Fläche der Scheiben (10) aus isolierendem Material befestigt sind und durch die Scheiben hindurchreichen sowie an den aus Metall bestehenden Membranen (7) anliegen, um bei einem Verschieben bzw. bei einem Auslenken der Membranen (7) ein elektrisches Signal aufgrund der durch diese Auslenkung hervorgerufenen Unterbrechung zu liefern.

6. Sondeneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn- j zeichnet, daß die Auslenkung der Membranen (7) um einen vorgegebenen j Wert die Registrierung eines elektrischen Signales aufgrund eines Druckausgleichs bzw. Druckgleichgewichts im Inneren der Druckkammer J

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7. Verfahren zum Messen des Betrages bzw. des Moduls der Geländeverform-j barkeit an Ort und Stelle mit Hilfe der Sondeneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Druckluft in die Druckkammer zugeführt wird, um zunächst den vom Gelände auf die Membranen ausgeübten Druck auszugleichen und daß im Anschluß daran die Zufuhr von Druckluft weitergeführt wird, bis der Druck in der Druckkammer größer ist als der Druck des Geländes, so daß eine Verformung bzw. Auslenkung der Membranen zur Außenseite der Sonde erfolgt, wobei diese Verformung ein Auseinanderbewegen bzw. ein relatives Verschieben zwischen dem Kolben und dem Zylinder unter Mitwirkung der Vorspannbzw. Druckmittel bewirkt, bis die Auslaßöffnung des Zylinders freigegeben wird, die einen Austritt der überschüssigen Luft nach außen hin gestattet.

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8. Sondeneinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn der Verformung bzw. Auslenkung der Membranen (7) das Abheben der Membranen (7) von den elektrischen Kontaktelementen (xy) einleitet, wodurch der elektrische Stromkreip, der durch den Körper der Sondeneinrichtung bzw. des Sondenkörpers verläuft, unterbrochen und ein elektrisches Signal erzeugt wird.

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