DE2912803A1

DE2912803A1 - Neigungsmesser fuer die bodenmechanik

Info

Publication number: DE2912803A1
Application number: DE19792912803
Authority: DE
Inventors: Franz X Gloetzl; Rainer Gloetzl
Original assignee: Gloetzl Gesellschaft fuer Baumesstechnik mbH
Current assignee: Gloetzl Gesellschaft fuer Baumesstechnik mbH
Priority date: 1979-03-30
Filing date: 1979-03-30
Publication date: 1980-10-23

Description

Neigungsmesser für die Bodenmechanik
Die Erfindung betrifft einen Neigungsmesser zur Messung horizontaler Verschiebungen in der Bodenmechanik mittels eines Pendels, das in einem in den Boden eingelassenen Rohr angeordnet ist und dessen Auslenkung aus der Vertikalen gemessen wird. Neigungsmesser sind im wesentlichen in zwei Ausführungsformen bekannt, nämlich den sogenannten Inklinometern und den Deflektometern. Bei den Inklinometern handelt es sich um mobile Geräte, die in ein verrohrtes Bohrloch richtungsorientiert eingeführt werden. Das Rohr besteht aus mehreren Abschnitten, die am Innenmantel achsparallele Nuten aufweisen. Am Inklinometer sind Laufrollen angeordnet, die in diese Nuten eingeführt und mittels der das Inklinometer in vorbestimmte Tiefen abgesenkt werden kann. Als Meßwertgeber dient ein Pendel, dessen Auslenkung über ein Drehpotentiometer oder dgl. abgegriffen wird. Das Inklinometer wird nur zum Zwecke der Messung in das Rohr eingeführt und danach wieder entnormen.
Diese mobilen Inklinometer sind sehr teuer. Einerseits müssen für die Verrohrung des Bohrlochs £pezialrohre verwendet werden, die - je nach Tiefe des Bohrlochs - eine mehr oder minder große Anzahl von Stoßstellen aufweisen. An den Stoßstellen können sich die Rohre verdrehen mit der Folge, daß die Führungsnuten nicht mehr fluchten und das Rohr nicht mehr zur Messung verwendet werden kann. Das gleiche gilt bei starker Durchbiegung des Rohrs aufgrund starker horizontaler Verschiebungen. In diesem Fall kann das Meßgerät sogar stecken bleiben. Schließlich sind für die Messung Bedi enungspersonen erforderlich, die vor Ort das Inklinometer in die Verrohrung einführen. Dies bereitet nicht selten, beispielsweise bei schwierigen Geländegegebenheiten, Probleme.
Bei den bereits genannten Deflektomet ern handelt es sich um eine stationär eingebaute Meßeinrichtung. Hier ist innerhalb eines elastischen Rohrs ein Spanndraht angeordnet, dessen Richtungsänderung mittels Stell -motoren abgegriffen wird. Der Weg der Stellmotoren wird gemessen und umgerechnet. Diese stationäre Messung ist sicherer und ihre Betriebskosten sind billiger, jedoch sind die Anschaffungskosten sehr hoch.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen stationär arbeitenden, kostengünstigeren Neigungsmesser vorzuschlagen.
Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von dem bei mobilen Neigungsmessern bekannten Meßprinzip mit einem Pendel aus. Ein solcher Neigungsmesser zeichnet sich erfindungsgemäß aus durch ein die Pendelbewegung in eine lineare, zur Rohrachse parallele Bewegung umformendes Gestänge, einen diese Linearbewegung in einem pneumatischen Druck wandelnden Umformer und eine diesebDruck durch den Gegendruck eines Fluids feststellende Kompensati onsmeßei nrichtung.
Die Pendelbewegung wird demgemäß in eine hydrostatische Größe umgewandelt und diese wiederum durch einen Gegendruck kompensiert, wobei die Größe des Gegendrucks ein Maß für die Auslenkung des Pendels und damit für die erfolgte Horizontalverschiebung ist. Ein solcher Neigungsmesser läßt sich sehr billig herstellen, so daß er stationär in der Bohrlochverrohrung verbleiben kann. Es ist also - im Gegensatz zu den nach dem Pendelprinzip arbeitenden Inklinometern - eine Begehung der Meßstelle nicht erforderlich, vielmehr können ohne Schwierigkeiten Fernmessungen vorgenommen werden. Gegenüber herkömmlichen Deflektometern fallen die wesentlich geringeren Anschaffungskosten ins Auge. Da die Meßeinrichtung auf hydromechanischem Weg arbeitet und sich infolgedessen einfachster mechanischer Bauteile bedienen kann, ist sie zudem auch gegen rauhen Betrieb - selbst bei Unterwasserbetrieb - unempfindlich. Zur Meßwertübertragung können Kunststoffleitungen eingesetzt werden die gegenüber elektrischen Kabeln höhere Zug- und Scherfestigkeit und eine höhere Bruchdehnung besitzen, so daß es auch bei schwierigen Geländeverhältnissen und Beanspruchungen der Leitungen nicht zu Störungen kommt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform besteht der Umformer aus einer Zylinder-Kolbeneinheit und weist die Kompensati onsmeßei nr i chtung eine beidseitig beaufschlagte Membran auf, wobei das Gestänge mit dem Kolben verbunden ist, während der Zylinder über einen Kanal mit der einen Seite der Membran in Verbindung steht, deren andere Seite eine Druck-und eine Ablaufleitung für das Fluid verschließt und bei Erreichen des Kompensationsdruck von der Druck- und der Ablaufleitung abhebt und diese öffnet.
Der Umformer ist also als einfache Zyl inder-Kolbeneinheit ausgebildet, während die eigentliche Kompensationsmessung mit einem einfachen Membranventil, das nach Art eines Überströmventils arbeitet, erfolgt. Die Membran verschließt normalerweise die Ausmündung der Druckleitung und die Eintrittsöffnung der Ablaufleitung aufgrund des auf ihrer anderen Seite anstehenden Drucks aus dem Zylinder. Wird nun über die Druckleitung Fluid auf die andere Seite der Membran aufgegeben, so hebt sie in dem Augenblick von der Druckleitung ab, wo der Kompensationsdruck den Belastungsdruck schwach übersteigt. Zugleich gibt sie auch die Eintrittsöffnung der Ablaufleitung frei, so daß das Fluid aus dem Meßkreislauf überströmen und ablaufen kann. Der in diesem Augenblick erreichte Druck im Meßkreislauf kann in herkömmlicher Weise durch M anometer oder dgl. festgestellt werden und gibt somit ein Maß für die Bewegung des Kolbens bzw. die Auslenkung des Pendels.
Vorzugsweise ist das Gestänge aus einem Winkelhebel gebildet, dessen einer Arm die Pendel stange bildet und dessen anderer Arm gelenkig an dem Kolben angreift, während der Winkelhebel an der Knickstelle an einer Aufhängung gelagert ist. Aufgrund des Winkelhebels wird die Pendelbewegung um einen Winkel von bei spiel sweise 900 umgeformt, so daß diese dann in eine zur Achse des Rohrs parallele, lineare Bewegung mittels des Kolbens transformiert werden kann.
Weitere vor tei hafte Ausführungsbeispiele sind in den Ansprüchen 4 bis 9 gekennzeichnet. Nachstehend ist die Erfindung anhand einer in der Zeichnung im schematischen Schnitt dargestellten bevorzugten Ausführungsform beschrieben.
In dem zu untersuchenden Gelände sind Bohrlöcher niedergebracht, die mit einem Rohr 1 ausgekleidet sind. In das Rohr 1 ist ein Neigungsmesser 2 eingesetzt, der ein frei im Rohr 1 hängendes Pendel 3 aufweist. Das Pendel 3 wird von einem Gewicht 4 und dem einen Arm 5 eines Winkelhebels gebildet, dessen anderer, etwa horizontal verlaufender Arm 6 die Pendelbewegung in eine annähernd vertikale Bewegung umformt. Zu diesem Zweck ist der Winkelhebel im Bereich seines Knicks bei 7 an einer Aufhängung 8 gelagert.
Der Arm 6 des Winkelhebels ist an seinem freien Ende gelenkig mit einer Stoßstange 9 verbunden, die ihrerseits gelenkig an dem Kolben 11 einer Zylinder-Kolbeneinheit 10 angebracht ist. Diese Einheit weist als weiteres Bauteil einen Zylinder 12, mit dem der Kolben 11 über eine Dichtmanschette 13 verbunden ist. Die Zylinder-Kolbeneinheit 10 formt die lineare Bewegung der Stoßstange 9 in einen pneumatischen Druck um, der in dem Zylinder 12 herrscht.
Der Zylinder 12 weist einen Kopf 14 auf, der mit einem Kanal 15 versehen ist. Dieser Kanal 15 stellt die Verbindung zwischen dem Zylinder 12 und der einen Seite eines Membranventils 16 her, deren andere Seite einen Meßkopf 17 begrenzt. Der Meßkopf 17 besteht aus einem zylindrischen Gehäuse 18, das mit einer als Bohrung ausgebildeten Druckleitung 19 und einer Ablaufleitung 20 versehen ist. Zwischen dem Gehäuse 18 und dem Membranventil 16 ist ein Ventilkörper 21 eingesetzt. Während die Druckleitung 19 in eine fluchtende Bohrung 22 im Ventilkörper 21 übergeht und damit zu der einen Seite der Membran führt, ist an der Stirnseite zum Ventilkörper 21 hin ein konzentrischer Ringkanal 23 angeordnet, an den die Ablaufleitung 20 angesetzt ist. Der Ringkanal 23 steht über wenigstens zwei Bohrungen 24 mit der gleichen Seite der Membran in Verbindung. Zwischen dem Meßkopf 17 und dem Ventilkörper 21 sind außerhalb des Ringkanals 23 Dichtungen 25 angeordnet. Ferner ist zwischen der Druckleitung 19 und dem Ventilkörper 21 eine weitere Dichtung 26 eingesetzt. Die Bohrung 19 in dem Gehäuse 18 des Meßkopfs 17 setzt eine von außerhalb in das Rohr 1 hineingeführte Druckleitung 27 fort, die an eine Druckluftquelle 28 angeschlossen ist. Nahe der Druckluftquelle 28 sitzen ein Druckminderer 29, ein Mengenregler 30 und ein Manometer 31.
Der in dem Zylinder 12 herrschende Ausgangsdruck ist so bemessen, daß die Membran des Membranventils 16 die Bohrungen 22 (Druck) und 24 (Ablauf) des Ventilkörpers 21 verschließt. Wird das Pendel 3 ausgelenkt, so äußert sich dies in einer Druckerhöhung in dem Zylinder 12 und einer entsprechenden Druckkraft der Membran auf die Bohrungen 22, 24. Zum Messen der Auslenkung des Pendels 3 wird aus der Druckquelle 28 über die Druckleitung 27, die Bohrung 19 und die Bohrung 22 Xgen-druck auf die Membran aufgegeben, bis diese sich von der Bohrung 22 abhebt. Zugleich hebt sich die Membran von den Bohrungen 24 ab, so daß das Druckmittel in diese überströmen und durch die Bohrung 20 abströmen kann.
In diesem Augenblick ist der Kompensationsdruck erreicht, der ein Maß für die Auslenkung des Pendels 3 gibt. Aufgrund der wenigstens zwei Bohrungen 24 im Ventilkörper 21, die mit der Ablaufbohrung 20 in Verbindung stehen, ist sichergestellt, daß die Membran gleichmäßig belastet sein muß, bevor Druckmittel über die Ablaufleitung abströmt.

Claims

Patent ans pr U c he 1. Neigungsmesser zur Messung horizontaler Verschiebungen in der Bodenmechanik mittels eines Pendels, das in einem in den Boden eingelassenen Rohr angeordnet ist und dessen Auslenkung aus der Vertikalen gemessen wird, g e k e n n z e i c h n e t durch ein die Bewegung des Pendels (3) in eine lineare, zur Achse des Rohrs (1) parallele Bewegung umformendes Gestänge (5, 6, 9) einen dieseLinearbewegung in einen pneumatischen Druck wandelnden Umformer (10) und eine diesen Druck durch den Gegendruck eines Fluids feststellende Kompensationsmeßeinrichtung (16 bis 31).
2. Nei gungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umformer (10) aus einer Zylinderkolbeneinheit (11, 12) besteht und die Kompensationsmeßeinrichtung eine beidseitig beaufschlagte Membran (16) aufweist, wobei das Gestänge (5, 6, 9) mit dem Kolben (11) verbunden ist, während der Zylinder (12) über einen Kanal (15) mit der einen Seite der Membran (16) in Verbindung steht, deren andere Seite eine Druck- und eine Ablaufleitung (19, 20) für das Fluid verschließt und bei Erreichen des Kompensationsdrucks von der Druck- und der Ablaufleitung abhebt und diese öffnet.
3. Neigungsmesser nach anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestänge aus einem Winkelhebel (5, 6) gebildet ist, dessen einer Arm (5) die Pendel stange bildet und dessen anderer Arm (6) gelenkig an dem Kolben (11) angreift, während der Winkelhebel an der Knickstel le an einer Aufhängung (8) gelagert ist.
4. Neigungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (11) über eine Dichtmanschette (13) mit dem Zylinder (12) verbunden ist.
5. Neigungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckleitung (19) und die Ablaufleitung (20) in einem Meßkopf (17) parallel zueinander angeordnet sind, die Druckleitung (19) direkt, die Ablaufleitung (20) hingegen in einem offenen Ringkanal (23) an einer Stirnseite des Meßkopfs (17) ausmünden und daß zwischen dieser Stirnseite des Meßkopfs (17) und der Membran (16) eine Ventilscheibe (21) angeordnet ist, die eine mit der Ausmündung der Druckleitung (19) fluchtende Bohrung (22) und wenigstens zwei weitere den Ringkanal (23) mit der Membran (16) verbindende Bohrungen (24) aufweist.
6. Neigungsmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (5) die Druckleitung (19) konzentrisch umgibt.
7. Neigungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (12) das Membranventil (16), die Ventilscheibe (21) und der Meßkopf (17) zu einer starren Einheit zusammengefügt sind, und daß der Zylinder (12) über die Dichtmanschette (13) mit dem Kolben (11) und der Meßkopf (17) über Kunststoffleitungen (27) mit einer Druckmittelquelle (28) und einem Druckmeßgerät (31) verbunden sind.
8. Neigungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Zylinder (12), Ventilscheibe (21) und Meßkopf (17 bestehende Einheit über elastische Dichtorgane (32) an der Wandung des Rohrs (1) geführt ist.
9. Neigungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufhängung (8) für das Pendel (3) an dem Zylinder (12) oder an dem Meßkopf (17) angebracht ist.