Penetrograph
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sonde für Bodenuntersuchungen. Sie dient vornehmlich zum Beurteilen der Bodenstruktur und ihres Zusammenhanges mit dem Pflanzenwachstum, zum Lokalisieren und Untersuchen von Verdichtungsschichten und für das Darstellen des Effektes von Bodenbearbeitungsgeräten.
Seit etwa 60 Jahren verwendet man in der Bodenphysik die einfache Rammsonde. Sie ermöglicht dieFest- stellung der Lagerung sowie des Raumwiderstandes der Bodenschichten.
Ein genauer Aufschluss über den Aufbau des Bodens ist bei Anwendung dieser einfachen Sonde wegen sehr grossen Zeitaufwandes nicht möglich. Dasselbe gilt auch für die Druck- und Drehsonde, bei welchen besonders geformte Spitzen mittels Gestänge in den Untergrund gedrückt oder gedreht werden.
Die Auswertung der Messungen erfordert einen enormen Zeitaufwand. Dennoch haben sich diese Geräte wegen ihrer Einfachheit bis heute in der Praxis durchgesetzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Untersuchungen genauer und in kürzerer Zeit durchführen zu können. Die Untersuchungsergebnisse sollen direkt vom Diagramm ablesbar sein.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Sondenstab mit praktisch konstanter Geschwindigkeit in das zu untersuchende Material eingedrückt wird, wobei der Widerstand des Materials als Kraft am Sondenkopf erfasst und während des Eindringens laufend aufgezeichnet wird.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Handgriff über einer hydraulischen Drossel mit einem Ende einer Kraftmesssonde verbunden ist, an deren anderem Ende der Sondenstab angeschlossen ist, und dass die Kraftmessdose mit einem Registriergerät verbunden ist.
Im folgenden wird anhand der beiliegenden Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht und einen senkrechten Querschnitt der Kraftmessvorrichtung mit Sondenstab und Sondenspitz;
Fig. 2 eine Ansicht mit Teilschnitt des hydraulischen Geschwindigkeitsreglers;
Fig. 3 eine Seitenansicht des Schreibgerätes mit Papiervorschubmechanismus und Zahnstangenantrieb;
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Sonde in Arbeitsstellung;
Die in der Zeichnung dargestellte Kraftmessvorrichtung besteht aus einer mit Öl gefüllten Kraftmessdose 1.
Das bewegliche Dosenstück 2 ist mit dem Sondenstab 5 verschraubt und für den Transport leicht abnehmbar.
Um dem Gerät eine grosse Empfindlichkeit zu verleihen, ist der Sondenstab 5 in einem Bronzelager 4 gelagert.
Je nach Verdichtungsgrad des zu untersuchenden Materials können verschieden gross dimensionierte Sondenspitzen verwendet werden. Das ganze System ist staubdicht an der Grundplatte 3 verschraubt. Der Druckschlauch 35 ist am Nippel 7 angeschlossen und stellt die Verbindung mit der Röhrenfeder 34 her.
Ein hydraulischer Geschwindigkeitsregler dient dazu, die Sonde mit annähernd konstanter Geschwindigkeit in das zu untersuchende Material eindrücken zu können.
Ein doppeltwirkender Zylinder 8 ist zwischen der Griffplatte 16 und der Grundplatte 15 verschraubt. Die Bodenplatte 12 ist mit der Kolbenstange 10 verbunden. Beim Sondieren fliesst das Öl über den Kolben 9 durch den Ausgang respektive Eingang 18 in das Regulierventil 11, das so beschaffen ist, dass eine bestimmte Durchflussmenge eingestellt werden kann, und somit bei verschieden grossem Druck auf die Handgriffe 14 eine annähernd konstante Eindringgeschwindigkeit erzielt wird. Damit der Ölkreislauf geschlossen ist, verbindet der Druckschlauch 13 das Ventil 11 mit dem Eingang respektive Ausgang.
Beim Herausziehen der Sonde aus dem zu untersuchenden Material fliesst das Öl unter dem Kolben 9 durch den Ausgang respektive Eingang 17 durch das Ventil 11 und zurück durch den Eingang respektive Ausgang 18. Das zurückfliessende Öl wird im Ventil 11 nicht gedrosselt, so dass die Sonde ohne grossen Kraftaufwand zurückgezogen werden kann.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Zylinder 8 vorgesehen, wobei die Kraftmessdose 1 und der Schreiber 19 zwischen zwei Druckübertragungspunkten der Handgriffe 14 liegen.
Die Messwerte werden graphisch auf einen bewegten Diagrammstreifen aufgezeichnet. Der Schreibmechanismus 19 wird durch die mit der Bodenplatte 12 verbundene Zahnstange 20 angetrieben. Das Vorschubverhältnis der Sonde zum Papier ist 5:1. Der Aufbau des Schreibers 19 ermöglicht es, mehrere Messungen übereinander aufzuzeichnen, um einen guten Mittelwert zu erhalten.
Von der neutralen Papierrolle 22 geht der Diagrammstreifen 23 über eine Laufgewichtsrolle 24, die durch den Führungsbügel 25 geführt wird. Die Umlenkrolle 26 führt den Streifen 23 über den Schreibtisch 31 und wird von der antreibenden Rolle 27 nachgezogen.
Die mit der Sperre 29 befestigte Rolle wickelt das beschriebene Diagramm auf. Beim Eindringen der Sonde in das zu untersuchende Material wird das Antriebsrad 21 des Schreibers 19 von der Zahnstange 20 angetrieben. die Rollenbremse 33 bewirkt, dass durch den Papiervorschub die Laufgewichtsrolle 24 gehoben wird.
Das Zurückziehen der Sonde bewirkt den Rückzug des Papiers 23 durch die Laufgewichtsrolle 24 in die Ausgangslage; somit ist es möglich, auf dem gleichen Diagrammabschnitt mehrere Messungen zu registrieren.
Durch das Ausschalten der Rollenbremse 33 und der manuellen Betätigung der Antriebsrolle 27 kann der Papiervorschub für weitere Messungen vorgenommen werden. Der Zapfen 30 dient für die Schreibhalterung.
Gegenüber einfachen Ramm-, Druck- oder Drehsonden ist es möglich, mit wenig Arbeitskräften und geringem Zeitaufwand die Leistung um das Dreissigfache zu steigern. Die Berechnung des spezifischen Widerstandes fällt dahin; die Festigkeit des zu untersuchenden Materials wird in kg pro cm2 registriert. Die auswechselbaren Sondenspitzen gewähren einen unbeschränkten Messbereich.
PATENTANSPRUCH I
Verfahren zum Messen der Lagerungsdichte eines Materials, insbesondere für Bodenuntersuchungen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sondenstab mit praktisch konstanter Gschwindigkeit in das zu untersuchende Material eingedrückt wird, wobei der Widerstand des Materials als Kraft am Sondenkopf erfasst und während des Eindringens laufend aufgezeichnet wird.
UNTERANSPRÜCHE
1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass der Sondenstab manuell eingedrückt wird, wobei die Eindringgeschwindigkeit mittels einer hydraulischen, vorzugsweise einstellbaren Drosselanordnung konstant gehalten wird.
2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Eindringwiderstand der Sonde mittels einer Kraftmessdose erfasst und mit einem Regi striergerät aufgezeichnet wird.
3. Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Papiervorschub des Registriergerätes beim Eindringen des Sondenstabes durch eine auf der Materialoberfläche aufliegende Platte über eine mechanische Übertragung selbsttätig bewirkt wird.
PATENTANSPRUCH II
Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Handgriff über eine hydraulische Drosselanordnung mit einem Ende einer Kraftmessdose und diese mit einem Registriergerät verbunden ist.
UNTERANSPRÜCHE
4. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Handgriff mit einem hydraulischen Zylinder verbunden ist, in dem ein auf der Ober- fläche des zu untersuchenden Materials abzustützender Verdrängungskolben läuft, dessen Vorder- und Rückseite miteinander über ein einseitig wirksames und einstellbares Drosselventil verbunden sind.
5. Vorrichtung nach Unteranspruch 4, gekennzeichnet durch eine auf die Oberfläche des zu untersuchenden Materials aufzulegende Bodenplatte, die einerseits mit dem genannten Verdrängungskolben starr verbunden ist und anderseits mit der Papiervorschubrolle des Registriergerätes derart in mechanischer tXbertragungs- verbindung steht, dass diese bei der Verschiebung des Sondenstabes gegenüber der Bodenplatte selbsttätig angetrieben wird.
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Penetrograph
The present invention relates to a soil survey probe. It is primarily used to assess the soil structure and its connection with plant growth, to locate and examine compaction layers and to show the effect of soil cultivation equipment.
The simple pile-driving probe has been used in soil physics for around 60 years. It enables the storage and spatial resistance of the soil layers to be determined.
A precise information about the structure of the soil is not possible when using this simple probe because of the very large amount of time required. The same applies to the pressure and rotary probe, in which specially shaped tips are pushed or rotated into the ground using rods.
The evaluation of the measurements requires an enormous amount of time. Nevertheless, because of their simplicity, these devices have established themselves in practice to this day.
The invention is based on the object of being able to carry out these investigations more precisely and in a shorter time. The test results should be readable directly from the diagram.
The method according to the invention is characterized in that a probe rod is pressed into the material to be examined at a practically constant speed, the resistance of the material being recorded as a force at the probe head and continuously recorded during penetration.
The device according to the invention for carrying out this method is characterized in that at least one handle is connected via a hydraulic throttle to one end of a force measuring probe, at the other end of which the probe rod is connected, and in that the force measuring cell is connected to a recording device.
An exemplary embodiment of the invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawings.
Show it:
1 shows a view and a vertical cross section of the force measuring device with a probe rod and probe tip;
Figure 2 is a partial sectional view of the hydraulic speed governor;
3 shows a side view of the writing instrument with a paper feed mechanism and a rack drive;
4 shows a schematic representation of the probe in the working position;
The force measuring device shown in the drawing consists of a load cell 1 filled with oil.
The movable can piece 2 is screwed to the probe rod 5 and can be easily removed for transport.
In order to give the device great sensitivity, the probe rod 5 is mounted in a bronze bearing 4.
Depending on the degree of compaction of the material to be examined, probe tips of different sizes can be used. The whole system is screwed to the base plate 3 in a dust-tight manner. The pressure hose 35 is connected to the nipple 7 and establishes the connection with the tubular spring 34.
A hydraulic speed regulator enables the probe to be pushed into the material to be examined at an almost constant speed.
A double-acting cylinder 8 is screwed between the grip plate 16 and the base plate 15. The base plate 12 is connected to the piston rod 10. When probing, the oil flows via the piston 9 through the outlet or inlet 18 into the regulating valve 11, which is designed so that a certain flow rate can be set, and thus an approximately constant penetration speed is achieved with different levels of pressure on the handles 14. So that the oil circuit is closed, the pressure hose 13 connects the valve 11 with the input or output.
When the probe is withdrawn from the material to be examined, the oil flows under the piston 9 through the outlet or inlet 17, through the valve 11 and back through the inlet or outlet 18. The returning oil is not throttled in the valve 11, so that the probe without great effort can be withdrawn.
In this exemplary embodiment, two cylinders 8 are provided, the load cell 1 and the pen 19 being between two pressure transmission points of the handles 14.
The measured values are graphically recorded on a moving chart strip. The writing mechanism 19 is driven by the rack 20 connected to the bottom plate 12. The feed ratio of the probe to the paper is 5: 1. The construction of the recorder 19 makes it possible to record several measurements one above the other in order to obtain a good mean value.
The chart strip 23 goes from the neutral paper roll 22 over a running weight roll 24 which is guided by the guide bracket 25. The pulley 26 guides the strip 23 over the desk 31 and is pulled by the driving roller 27.
The roller attached to the lock 29 winds up the diagram described. When the probe penetrates the material to be examined, the drive wheel 21 of the recorder 19 is driven by the rack 20. the roller brake 33 has the effect that the weight roller 24 is lifted by the paper advance.
The retraction of the probe causes the paper 23 to be retracted by the weight roller 24 into the starting position; thus it is possible to record several measurements on the same diagram section.
By switching off the roller brake 33 and manually actuating the drive roller 27, the paper can be fed for further measurements. The pin 30 is used for the writing holder.
Compared to simple ramming, pressure or rotary probes, it is possible to increase the performance thirty times with little labor and little time. The calculation of the specific resistance no longer applies; the strength of the material to be examined is recorded in kg per cm2. The exchangeable probe tips allow an unlimited measuring range.
PATENT CLAIM I
Method for measuring the storage density of a material, in particular for soil examinations, characterized in that a probe rod is pressed into the material to be examined at a practically constant speed, the resistance of the material being recorded as a force on the probe head and continuously recorded during penetration.
SUBCLAIMS
1. The method according to claim I, characterized in that the probe rod is pressed in manually, the penetration speed being kept constant by means of a hydraulic, preferably adjustable throttle arrangement.
2. The method according to claim I, characterized in that the penetration resistance of the probe is detected by means of a load cell and recorded with a regi striergerät.
3. The method according to dependent claim 2, characterized in that the paper feed of the recording device is automatically brought about by a mechanical transmission when the probe rod penetrates by a plate resting on the material surface.
PATENT CLAIM II
Device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that at least one handle is connected to one end of a load cell via a hydraulic throttle arrangement and this is connected to a recording device.
SUBCLAIMS
4. Device according to claim II, characterized in that the handle is connected to a hydraulic cylinder in which a displacement piston to be supported on the surface of the material to be examined runs, the front and rear sides of which are connected to one another via a one-sided and adjustable throttle valve are.
5. The device according to dependent claim 4, characterized by a base plate to be placed on the surface of the material to be examined, which is rigidly connected on the one hand to the said displacement piston and on the other hand with the paper feed roller of the recording device in such a mechanical transmission connection that it is in the displacement of the Probe rod is driven automatically opposite the base plate.
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