Klinometereinrichtung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Klinometereinrichtung zur Messung von Neigungsänderun- gen eines Objektes oder der Bewegung einer über Grund gleitenden Masse.
Ein Klinometer ist ein Messgerät zur Bestimmung der Neigung eines bestimmten Gegenstandes bezüglich einer waagrechten oder einer lotrechten Ebene.
Genaue Neigungsmessungen und insbesondere Mes sungen von Neigungsänderungen sind z. B. vor allem im Hoch-und Tiefbau und auch in der Bodenmechanik sowie in der Schneemechanik und in der Glaziologie von erheblicher Bedeutung. Anhand von Neigungsmessungen bzw. Messungen der Neigungsänderung in der Zeit lassen sich z. B.
Lageveränderungen und einseitige Absenkungen von Bauwerken, die Winkelgeschwindigkeit der Kriechbewegung sowie die Gleitgeschwindigkeit und die relative Gleitgeschwindigkeit von in langsamer Bewegung begrif- fenen Schnee-, Eis-und Erdschichten ermitteln, ohne dass das durch die Messungen erfasste Objekt zerstört werden müsste. Aus diesen Grosse wiederum lassen sich Erkenntnisse über das wahrscheinliche Verhalten dieser Objekte in der Zukunft ableiten, und diesen Erkenntnissen entsprechend lassen sich mit ausreichender Sicherheit Massnahmen treffen, um gegebenenfalls das weitere Verhalten der Objekte zu beeinflussen.
Klinometer lassen sich aber auch auf anderen Gebieten anwenden, wo sich aus einer geringen Anderung einer Neigung bezüglich der Waagrechten oder Lotrechten nützliche Erkenntnisse gewinnen lassen. Z. B. können mit einem Klinometer langsam eintretende Deformationen an ortsfesten Maschinenbauteilen, Neigungsänderungen an Geleisen, an Tunnelwänden erfassen.
Eine bekannte Einrichtung zum Messen der Neigung eines bestimmten Gegenstandes bedient sich eines Lotes, das obernends an dem Gegenstand befestigt ist, während aus der Lage des untern Endes bezüglich eines ortsfesten waagrechten Massstabes die Neigung des Gegenstandes errechnet wird. Diese Einrichtung setzt aber voraus, dass sowohl das obere wie auch das untere Ende des Lotes zugänglich ist. Diese Voraussetzung trifft aber gerade bei interessanten Objekten, z. B. Staudämmen oder hohen Bauwerken oft nicht zu. Andererseits ist es bei einer solchen Einrichtung wünschenswert, das Lot so lange als möglich zu machen, um theoretisch die Genauigkeit der Messung zu erhöhen.
Dies lässt sich aber nicht ohne weiteres erreichen, ganz abgesehen davon, dass mit wachsender Lotlänge auch der Einfluss der Fehlerquellen (Luftbewegung, Erschütterungen, Witterung) beträchtlich wächst, so dass die angestrebte höhere Genauigkeit illusorisch wird.
Es ist daher vorgeschlagen worden, als Bezugsnormal für Neigungsmessungen eine Wasserwaage zu verwenden und die Neigung einer am Objekt ausgebildeten Auflagefläche bezüglich der Wasserwaage etwa mit einem Goniometer zu messen. Diese Einrichtungen geben aber insofern ein unzuverlässiges Resultat, als die Neigung der Auflagefläche nicht unbedingt ein getreues Abbild der Neigung des gesamten Objektes gibt. Deformationen des Objektes werden in der Regel durch die Auflagefläche nicht erfasst.
Es ist somit ein Zweck der Erfindung eine Klinometereinrichtung zu schaffen, die die Nachteile der bekannten Einrichtungen weitgehend vermeidet.
Zu diesem Zweck besitzt die vorgeschlagene Klinometereinrichtung wenigstens einen langgestreckten, praktisch lotrecht mit dem zu messenden Objekt zu veran kernden oder in die Masse zu steckenden Sondenteil, auf dessen einem Ende ein Messteil in mindestens einer Lage abnehmbar befestigt ist, welcher Messteil eine auf einem bezüglich des Sondenteils verschwenkbaren Hebel montierte Libelle sowie ein Längsmessgerät zur Messung der Hebelauslenkung aufweist.
Weitere Vorteile der erfindungsgemässen Einrichtung sind ohne weiteres aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung ersichtlich.
Es zeigt :
Fig. 1 bis 4 schematisch einige typische Anwendungsbeispiele einer Klinometereinrichtung nach der Erfindung.
Fig. 5 einen schematischen Längsschnitt durch einen Sondenteil mit einem eingesetzten Kupplungsteil,
Fig. 6 in vergrössertem Massstab einen Schnitt durch die Linie 6-6 der Fig. 5,
Fig. 7 einen lotrechten Schnitt durch einen Messteil in einer ersten Ausführungsform,
Fig. 8 einen lotrechten Schnitt durch den Messteil einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 9 eine schematische Draufsicht auf den Messteil der Fig. 8,
Fig. 10 einen lotrechten Schnitt durch den Messteil einer weiteren Ausführungsform,
Fig. 11 einen Längsteilschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform des Kupplungsteiles und
Fig. 12 in isometrischer Darstellung das obere Ende des Sondenteiles, das sich besonders für den Kupplungsteil der Fig. 11 eignet.
Um verschiedene Anwendungsgebiete der erfindungsgemässen Klinometereinrichtung zu erläutern, sei zunächst auf die Fig. 1 bis 4 hingewiesen.
In Fig. I ist der Einsatz der Klinometereinrichtung zur Erforschung der Schneemechanik dargestellt. In einer Schneeschicht 1 der Mächtigkeit ho über dem Boden 2 ist bei A ein Sondenteil 3 eingerammt und zwar in einer nahezu lotrechten Richtung. Nach einer gewissen Zeit t wird sich der Sondenteil zusammen mit der in langsamer Bewegung befindlichen Schneeschicht 1 an die Stelle Ao verschoben haben. Aus der Neigungsänderung des Sondenteils 3 an der Stelle Ao bezüglich der Stelle A lässt sich nun der Winkel a ermitteln.
Aus den beiden Grossen t und a lässt sich die mittlere Winkelgeschwindigkeit der Kriechbewegung u odeur t dx lés = dt ermitteln ; vermisst man auch noch die Lagen A und Ao dann lässt sich auch noch das Momentanzentrum Z der Kriechbewegung ermitteln.
Ferner ergibt sich aus der Vermessung von A und Ao die Geschwindigkeitskomponente in X-Richtung ux der Schneeschicht 1 an ihrer Oberfläche.
Damit lässt sich auch die Gleitgeschwindigkeit uu über Grund mit der Formel u"= uX-uX Uxi ermitteln, wobei uxl
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Es ist leicht ersichtlich, dass alle diese Grosse stark von der Schneebeschaffenheit und von den herrschenden atmosphärischen Bedingungen abhängen und mithin eine Funktion der Zeit sind. Um diese Funktion zu ermitteln, ist man angewiesen, möglichst Momentanwerte zu errechnen, d. h. den Zeitabschnitt At möglichst kurz zu wählen. Dies bedeutet aber auch, dass möglichst kleine A ru mit einer hohen Genauigkeit zu erfassen sind.
In Fig. 2 ist schematisch die Anwendung der Klinometereinrichtung zur Erforschung des Verhaltens eines auf einer gekrümmten Gleitfläche 4 abgleitenden Erdkör- pers 5 dargestellt. Wiederum ist nur der Sondenteil 3 in zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Zuständen angedeutet.
In Fig. 3 ist der Einsatz der Klinometereinrichtung bei der Uberwachung von Masten oder Türmen angedeutet. Hier ist der Sondenteil 3 mittels Laschen 6 fest an dem durch einen Pfahl 7 dargestellten Objekt verankert.
Der Pfahl 7 ist in den Boden 8 gerammt und führt dieselben Bewegungen wie dieser aus. Da der Sondenteil die Bewegungen des Pfahles zwangsläufig mitmacht, genügt es dessen Verhalten messtechnisch zu erfassen.
In der Fig. 4 ist der Sondenteil 3 über Laschen 6 an einer Stützmauer 9 befestigt, deren Verhalten mit der Klinometereinrichtung erfasst werden soll.
Als besonders zweckmässig hat sich der in den Fig. 5 und 6 dargestellte Aufbau des Sondenteiles 3 erwiesen.
Es besteht aus einem Rohr 10, das am untern Ende mit einer eingeschraubten Spitze 11 abgeschlossen ist und obernends eine bearbeitete Stirnfläche 12 aufweist. Das Rohr 10 hat zweckmässigerweise eine Länge von 120 cm mit einem Laschenabstand, falls solche vorgesehen sind, von etwa 100 cm, damit es einerseits noch handlich genug ist, um an das zu messende Objekt herangebracht zu werden und andererseits lang genug um einen erheblichen Teil des zu messenden Objektes zu erfassen, wenn es einemal daran verankert ist. Als Material für das Rohr 10 kommt ein Werkstoff in Frage, der mechanisch nicht ohne weiteres verformbar ist. Ist das Rohr 10 ausserdem dazu vorgesehen, in der Schneemechanik Verwendung zu finden, sollte sein Werkstoff eine möglichst geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, um die Temperaturverhältnisse in tieferen Schneeschichten nicht zu stören.
Als geeignet haben sich Rohre aus organischem Glas oder aus Hart-PVC erwiesen, während für andere Zwecke ohne weiteres Metallrohre in Frage kommen können.
Auf der Stirnfläche 12 des Rohres liegt ein gesamthaft mit 13 bezeichneter Kupplungsteil auf. Dieser Kupplungsteil 13 besitzt einen sich in das Innere des Rohres 10 erstreckenden Ansatz 14, dessen Länge so bemessen ist, dass er sich über einen erheblichen Teil der Rohrlänge erstreckt. In dem Ansatz 14 ist an zwei Stellen eine Zentriervorrichtung 15 vorgesehen, die ihrerseits aus zwei festen Stiften 16 (Fig. 6) und einem bewegbaren Stift 17 besteht. Diese insgesamt drei Stiften jeder Zentriervorrichtung liegen in einer zur Rohrachse senkrechten Ebene. Der Stift 17 ist mittels einer Feder 18 vorgespannt, die in einer Querbohrung 19 im Ansatz 14 angeordnet ist und einerends gegen einen Verschlussstopfen 20, andernends gegen das eine Ende des Zentrierstiftes 17 aufliegt.
Damit ist Gewähr dafür geboten, dass der Ansatz 14, einmal in das Rohr 10 eingeführt, stets spielfrei in diesem verspannt bleibt.
Am obern Ende des Ansatzes 14 weist der Kupplungsteil 12 eine Scheibe 181 auf, die fest mit dem Ansatz 14 verbunden ist, und somit die Lage des Kupplungsteiles 13 bezüglich der Rohrlänge festlegt. Die Scheiben 181, sowie das obere Ende des Rohres 10 sind mit Marken 191 bzw. 201 versehen, damit beim Einsetzen des Kupplungsteiles auch dieser stets in die gleiche Drehlage bezüglich des Rohres 10 gebracht werden'kann.
Oben ist der Kupplungsteil 13 durch einen Konus 21 abgeschlossen, der in der Art eines Morsekonus dazu bestimmt ist, mit einem entsprechenden Konus am nicht dargestellten Messteil zusammenzuwirken.
Es sei an dieser Stelle ausdrücklich darauf hingewie- sen, dass der Sondenteil nicht rohrförmig zu sein braucht.
Er kann auch aus einem Profil oder gar als Vollstange hergestellt sein. Wenn im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Rohr gewählt wurde, so lediglich deshalb, weil ein Rohr eine leicht im Handel erhältliche Form ist, im Verhältnis zu seiner Festiglceit ein gringes Gewicht hat und in vielen Werkstoffen erhältlich ist.
Auch ist der Kupplungsteil nicht unbedingt erforderlich, sobald auf andere Weise dafür Gewähr besteht, dass der Messteil wiederholt auf den Sondenteil und zwar immer in derselben Lage befestigbar ist. Es bleibt demnach dem Ermessen des Fachmannes freigestellt, jene Massnahmen zu treffen, die im besonderen Fall diese Gewähr bieten.
In Fig. 7 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des Messteiles in aufgesetzter Stellung dargestellt. Man erkennt schematisch das Rohr 10 des Sondenteiles sowie den Ansatz 14 des Kupplungsteiles, der an seinem oberen Ende einen Auflageflansch 22 sowie einen Zentrierdorn 23 trägt. Diese beiden Teile 22 und 23 entsprechen funktionell dem Konus 21 der Fig. 5. Der eigentliche Messteil (allgemein mit 25 bezeichnet) besitzt einen Grundbalken 26, der eine auf den Zentrierdorn 23 passende Bohrung 27 aufweist, sowie einen zur Auflage auf den Auflageflansch 22 bestimmten Gegenflansch 28.
Der Grundbalken 26 befindet sich damit in einer eindeutig bestimmten Bezugslage relativ zum Rohr 10.
An dem einen Ende des Balkens 26 ist mittels Gewindestiften oder Nieten 29 eine obernends gegabelte Stütze 30 befestigt, an deren abstehenden Ende ein Vförmiges Lager 31 für einen Schwenkzapfen 32 ausgebildet ist. Der Schwenkzapfen 32 selbst besitzt die Form eines beiderends abgesetzten Zylinders und greift mit seinem dickeren Mittelabschnitt 33 zwischen die Gabelung der Stütze 30 und ist damit gegen eine Axialverschiebung gesichert. Der Schwenkzapfen 32 ist mit einem Schwenkhebel 34 fest verstiftet. Dieser Schwenkhebel 34 verläuft im wesentlichen parallel zum Grundbalken 26 und ist etwa gleich lang wie dieser.
Der Schwenkhebel 34 ruht mit seinem freien Ende über ein Auflageplättchen 35 auf der Messspitze 36 eines Gewindespindelmikrometers 37, dessen Schaft 38 durch das rechte Ende des Grundbalkens 26 hindurchgeführt und daselbst eingespannt ist.
Wenn nun durch Drehung der Mikrometertrommel 39 bzw. des Kopfes 39a die Spitze 36 in lotrechter Richtung verschoben wird, hat dies eine Verschwenkung des Hebels 34 zur Folge. Das Ausmass dieser Verschwenkung ist an den Skalen bzw. an dem Nonius 40 der Mikrometertrommel ablesbar, und mit Hilfe des Abstandes der Schwenkachse des Zapfens 32 vom Auflagepunkt der Spitze 36 auf das Auflageplättchen 35 lässt sich daraus der Schwenkwinkel errechnen. Damit der Schwenkbalken 34 nach einer von den Teilen der Klinometereinrichtung unabhängigen Bezugsrichtung ausrich- ten lässt, ist an diesem mittels einer Schutzhülse 37 eine Libelle 38 befestigt, deren Blase 39 durch ein Schlitz 40 in der Hülse 37 sichtbar ist.
Das Libellenrohr trägt wie üblich eine Graduierung 41, mit deren Hilfe sich die Lage der Blase 39 immer wieder herstellen lässt, d. h. dass die Libelle 38 und mit ihr der Schwenkhebel 34 mit grösster Genauigkeit in die Horizontale gebracht werden kann.
Es sei nun angenommen, dass der Abstand zwischen der Schwenkachse des Zapfens 32 und dem Auflagepunkt der Spitze 36 100 mm, d. h. 10-t m betrage. Die Ablesung an der Mikrometertrommel erfolge in 0,001 mm, d. h. in 10-6 m. Einem Verschwenkungsmass von 0,002 mm (abgelesen an der Mikrometertrommel) entspricht ein Verschwenkwinkel a, für den folgende Gleichung gilt : 10-1 tga = 2 10-6 oder tgx = = 2-10-5 was für a einem Wert von etwa 4,3" entspricht, d. h. einem extrem kleinen Winkel.
Damit der Messteil 25 bezüglich des Sondenteils 10 in jene Lage verdreht werden kann, in der die Libelle 38 die grösste Neigung erfasst, d. h. dass die Libelle 38 in die lotrechte Ebene durch die Fallinie zu liegen kommt, ist im rechten Winkel zur Libelle 38 eine zweite, mit 42 bezeichnete Libelle an dem Schwenkhebel 34 befestigt.
Man wird daher praktisch so vorgehen, dass zunächst der Messteil 25 in dem Sondenteil 3 (Rohr 10) verdreht wird, bis die Libelle 42 Nivellierung anzeigt. Anschliessend wird die Mikrometerschraube betätigt, bis auch die Libelle 38 Nivellierung anzeigt. Die Ablesung an der Mikrometerschraube wird dann von der vorhergehenden Ablesung subtrahiert. Diese Differenz ergibt dann auf rechnerischem Wege die Änderung der Neigung des Sondenteiles in der Zeit zwischen den beiden Ablesungen.
Es versteht sich, dass sich auch absolute Neigungsmessungen durchführen lassen. Es bedingt dies indessen, dass der Wert der Mikrometerablesung bei horizontal aufliegendem Grundbalken 26 und nivellierter Libelle 38 bekannt sein muss.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbei- spiel liegt der Schwenkbalken 34 durch sein Eigengewicht auf der Messspitze 36 auf. Dies hat gewisse Nachteile im praktischen Gebrauch. Um diese Nachteile zu beheben kann die Ausführungsform nach Fig. 8 und 9 vorgesehen werden.
Man erkennt hier wiederum das Sondenrohr 10, die Auflagescheibe 181 und den Konus 21. Auf diesem Konus ist mittels eines Gegenkonus 43 ein vertikaler Schaft 44 des Messteiles aufgesetzt. Obernends dieses Schaftes 44 sind zwei seitlich abstehende, parallel verlaufende konsolenartige Träger 45 vorgesehen, zwischen denen ein T-förmiger Schwenkhebel 46 um einen Schwenkzapfen 47 schwenkbar gelagert ist. Auf dem Joch 48 des Schwenkhebels 46 ist wiederum eine Libelle 38 sowie eine zweite Libelle 42 befestigt.
Während das untere Ende des Schenkels des T-förmigen Schwenkhebels 46 über ein Auflageplättchen 35 wiederum auf der Messspitze 36 des Mikrometers 37 aufliegt, wird die dazu notwendige Anpresskraft durch einen Federbolzen 49 erzeugt, der oberhalb des Schwenkzapfens 47 auf das Joch wirkt und verschiebbar gegen die Wirkung einer Druckfeder 51 in einer zwischen den Konsolen 45 am Schaft 44 befestigten Hülse 50 gelagert ist.
Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform ist dieselbe wie jene der Fig. 7. Der Unterschied besteht darin, dass die Mikrometerspindel horizontal angeordnet ist, und dementsprechend leichter ablesbar, und dass der Schwenkhebel fest gelagert ist und nicht wie etwa in der Ausführungsform gemäss Fig. 7 aus seinen Schwenklagern heraushebbar ist. Allerdings gestattet diese Ausfüh- rungsform nicht eine raumsparende Auslegung wie jene der Fig. 7, es sei denn auf Kosten des Abstandes zwischen Schwenkachse und Berührungspunkt der Messspitze.
In der Fig. 10 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, die einerseits einfacher ist und andererseits grosse Anforderungen an Messgenauigkeit zu erfüllen vermag.
Man erkennt wiederum den vertikalen Schaft 44 des Messteiles, in dessen unteren Bereich der Mikrometer 37 eingespannt ist. Am oberen Ende des Schaftes 44 sind mittels Gewindebolzen oder Nieten 52 wiederum zwei seitlich abstehende, in einem Abstand voneinander, parallel verlaufende Konsolen 45 befestigt. Am abstehenden Ende dieser Konsolen ist mittels des Schwenkzapfens 47 ein in Form eines Winkelhebels 53 ausgeführter
Schwenkhebel gelagert. Auf dem lotrecht nach unten sich erstreckenden Schenkel 54 dieses Winkelhebels ist die Auflagefläche 36 für die Messspitze 35 des Mikrometers befestigt, während der waagrecht verlaufende Schenkel 55 die Libelle 38 trägt.
Die Anpresskraft des Schenkels 54 auf die Messspitze 36 wird hier durch eine Zugfeder 56 erzeugt, die einerends am Schaft 44 und andernends am Schenkel 54 befestigt ist.
Die Wirkungsweise ist wiederum analog wie bei den bisherigen Ausführungsformen. Zu erwähnen ist noch, dass bei dieser Ausführungsform die zweite Libelle 42 nicht vorgesehen ist. Dies aus dem Grund, weil es auch andere Mittel gibt, um die Libelle 38 nach der lotrechten Ebene durch die Fallinie auszurichten.
Auf ein solches Mittel sei im Zusammenhang mit den Fig. 11 und 12 hingewiesen.
In Fig. 11 ist in vertikalem Längsschnitt das obere Ende des Sondenrohres 10 dargestellt, in das, analog wie in Fig. 5, der Ansatz 14 des Kupplungsteiles eingesetzt ist. Dieser Ansatz trägt wiederum zwei Zentriervorrichtungen 15, die etwa denjenigen der Fig. 6 entsprechen.
Die axiale Bezugslage sowie die Verdrehungslage des Messteiles bezüglich des Sondenrohres ist hier durch einen seitlich vom Ansatz 14 abstehenden und in diesen verschraubten Anschlagstift 57 gegeben, der in eine von zwei Kerben 48 eingreift, die an der Stirnseite des Rohres 10 ausgebildet sind (Fig. 12).
Wie in Fig. 12 dargestellt, schliessen die Kerben 58 bezüglich der Rohrachse einen Zentriwinkel von 90 ein, d. h. dass der Kupplungsteil 31 (Fig. 5) und mit ihm der Messteil 25 (Fig. 7) bei dieser Ausführungsform in zwei genau 90 zueinander verdrehten Lagen auf das Sondenrohr aufsetzbar ist.
Man wird also bei der Erstellung der Klinometereinrichtung zunächst den Messteil bzw. den Mikrometer derart einstellen, dass die Libelle 38 genau rechtwinklig zum Schaft 44 (Fig. 10) und damit zum Ansatz 14 verläuft. Sodann wird unter Beibehaltung dieser Einstellung der Messteil auf den Sondenteil zentriert und dabei in die eine Kerbe eingerastet. Darauf wird das Sondenrohr vor seiner definitiven Verankerung mitsamt dem aufgesetzten Messteil verdreht, bis die Libelle einspielt.
Wird nun der Messteil soweit verdreht, bis der Anschlagstift 57 in die zweite Kerbe einrastet, befindet sich die Libelle zwangsläufig in der für die Messung gewünschten Richtung.
Der Fachmann kann aus dem Vorstehenden entnehmen, dass für die klinometrische Erfassung eines Objektes eine grössere Anzahl von Sondenteilen erforderlich ist, die jeweils mit einem einzigen Messteil ausgemessen werden. Diese Sondenteile können bei Bauwerken schon während des Baues an bestimmten Stellen vorgesehen und eingebaut werden und bedürfen später praktisch keinerlei Wartung mehr. Auch sind sie infolge ihres einfachen Aufbaus gegen Witterungseinflüsse verhältnismassig widerstandsfähig. Der Messteil dagegen ist nur während der eigentlichen Messungen erforderlich und kann zur Betreuung einer grossen Anzahl von Sondenteilen herangezogen werden. Als empfindlicher Messteil kann er auch den Witterungseinflüssen entzogen werden, und so seine Genauigkeit über lange Zeiten beibehalten.
Das Längenmessgerät des Messteiles braucht nicht ein Gewindemikrometer zu sein. Man kann ebensogut eine Messuhr oder einen Komparator mit entsprechender
Teilung vorsehen, wobei dann allerdings weitere Mittel vorgesehen sein müssten, um den Schwenkhebel zu verschwenken. In diesem Falle könnte man diese Schwenkbewegung über eine separate Feingewindespindel erzeugen oder über ein mit dem Schwenkhebel verbundenes Schneckengetriebe oder schliesslich durch einen verschiebbaren Keil geringer Steigung.
Clinometer device
The subject of the present invention is a clinometer device for measuring changes in inclination of an object or the movement of a mass sliding over the ground.
A clinometer is a measuring device for determining the inclination of a certain object with respect to a horizontal or a vertical plane.
Accurate inclination measurements and, in particular, measurements of inclination changes are z. B. especially in civil engineering and also in soil mechanics as well as in snow mechanics and in glaciology of considerable importance. Using inclination measurements or measurements of the change in inclination over time, z. B.
Determine changes in position and one-sided lowering of structures, the angular speed of the creeping movement as well as the sliding speed and the relative sliding speed of snow, ice and earth layers in slow motion without the object detected by the measurements having to be destroyed. From this quantity, in turn, knowledge about the probable behavior of these objects in the future can be derived, and measures can be taken with sufficient certainty in accordance with this knowledge to influence the further behavior of the objects if necessary.
Clinometers can also be used in other areas where useful knowledge can be gained from a slight change in an inclination with respect to the horizontal or vertical. For example, a clinometer can be used to record slowly occurring deformations on stationary machine components, changes in inclination on tracks, on tunnel walls.
A known device for measuring the inclination of a certain object makes use of a plumb bob which is attached to the object at the top, while the inclination of the object is calculated from the position of the lower end with respect to a fixed horizontal scale. However, this facility assumes that both the upper and lower ends of the plumb bob are accessible. However, this requirement applies especially to interesting objects, e.g. B. dams or high structures often not to. On the other hand, in such a device, it is desirable to make the plumb as long as possible in order to theoretically increase the accuracy of the measurement.
However, this cannot be achieved without further ado, quite apart from the fact that the influence of the sources of error (air movement, vibrations, weathering) increases considerably as the plumb line length increases, so that the desired higher accuracy becomes illusory.
It has therefore been proposed to use a spirit level as a reference standard for inclination measurements and to measure the inclination of a support surface formed on the object with respect to the spirit level, for example with a goniometer. However, these devices give an unreliable result insofar as the inclination of the supporting surface does not necessarily give a true image of the inclination of the entire object. Deformations of the object are usually not detected by the contact surface.
It is therefore an aim of the invention to create a clinometer device which largely avoids the disadvantages of the known devices.
For this purpose, the proposed clinometer device has at least one elongated, practically perpendicular to the object to be measured to be anchored or to be plugged into the ground probe part, on one end of which a measuring part is detachably attached in at least one position, which measuring part is a relative to the Has probe part pivotable lever mounted level and a longitudinal measuring device for measuring the lever deflection.
Further advantages of the device according to the invention are readily apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the drawing.
It shows :
1 to 4 schematically show some typical examples of application of a clinometer device according to the invention.
5 shows a schematic longitudinal section through a probe part with an inserted coupling part,
6 shows, on an enlarged scale, a section through the line 6-6 in FIG. 5,
7 shows a vertical section through a measuring part in a first embodiment,
8 shows a vertical section through the measuring part of a second embodiment,
FIG. 9 is a schematic plan view of the measuring part of FIG. 8,
10 shows a vertical section through the measuring part of a further embodiment,
11 shows a partial longitudinal section through a preferred embodiment of the coupling part and FIG
FIG. 12 is an isometric view of the upper end of the probe part which is particularly suitable for the coupling part of FIG. 11.
In order to explain various areas of application of the clinometer device according to the invention, reference should first be made to FIGS. 1 to 4.
In Fig. I the use of the clinometer device for researching the mechanics of snow is shown. In a layer of snow 1 of thickness ho above the ground 2, a probe part 3 is rammed in at A, specifically in an almost perpendicular direction. After a certain time t, the probe part together with the snow layer 1, which is in slow motion, will have moved to the point Ao. From the change in inclination of the probe part 3 at the point Ao with respect to the point A, the angle a can now be determined.
The mean angular velocity of the creeping movement u odeur t dx lés = dt can be determined from the two variables t and a; If you also measure layers A and Ao, then the instantaneous center Z of the creeping movement can also be determined.
Furthermore, the measurement of A and Ao results in the speed component in the X direction ux of the snow layer 1 on its surface.
This also allows the sliding speed uu over ground to be determined with the formula u "= uX-uX Uxi, where uxl
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It is easy to see that all of these parameters depend heavily on the nature of the snow and the prevailing atmospheric conditions and are therefore a function of time. In order to determine this function, one is instructed to calculate instantaneous values if possible, i. H. to choose the period At as short as possible. However, this also means that the smallest possible A ru should be recorded with a high degree of accuracy.
In FIG. 2, the use of the clinometer device for researching the behavior of an earth body 5 sliding on a curved sliding surface 4 is shown schematically. Again, only the probe part 3 is indicated in two chronologically successive states.
In Fig. 3 the use of the clinometer device is indicated in the monitoring of masts or towers. Here, the probe part 3 is firmly anchored to the object represented by a post 7 by means of tabs 6.
The pile 7 is rammed into the ground 8 and performs the same movements as this. Since the probe part inevitably follows the movements of the pile, it is sufficient to record its behavior by measurement.
In FIG. 4, the probe part 3 is fastened to a retaining wall 9 via tabs 6, the behavior of which is to be recorded with the clinometer device.
The structure of the probe part 3 shown in FIGS. 5 and 6 has proven to be particularly useful.
It consists of a tube 10, which is closed at the lower end with a screwed-in tip 11 and has a machined end face 12 at the top. The tube 10 expediently has a length of 120 cm with a tab spacing, if such is provided, of about 100 cm, so that on the one hand it is still handy enough to be brought to the object to be measured and on the other hand long enough to cover a considerable part of the to capture the object to be measured if it is anchored to it. The material used for the tube 10 is a material that cannot easily be mechanically deformed. If the tube 10 is also intended to be used in snow mechanics, its material should have the lowest possible thermal conductivity in order not to disturb the temperature conditions in deeper snow layers.
Pipes made of organic glass or hard PVC have proven to be suitable, while metal pipes can easily be used for other purposes.
On the end face 12 of the pipe, a coupling part designated as a whole rests on. This coupling part 13 has a projection 14 which extends into the interior of the tube 10 and the length of which is dimensioned such that it extends over a considerable part of the tube length. In the extension 14, a centering device 15 is provided at two points, which in turn consists of two fixed pins 16 (FIG. 6) and a movable pin 17. These three pins of each centering device lie in a plane perpendicular to the pipe axis. The pin 17 is pretensioned by means of a spring 18 which is arranged in a transverse bore 19 in the attachment 14 and rests against a sealing plug 20 at one end and against one end of the centering pin 17 at the other end.
This ensures that the extension 14, once inserted into the tube 10, always remains clamped in it without play.
At the upper end of the extension 14, the coupling part 12 has a disk 181 which is firmly connected to the extension 14 and thus defines the position of the coupling part 13 with respect to the pipe length. The disks 181 and the upper end of the tube 10 are provided with marks 191 and 201, so that when the coupling part is inserted, it can always be brought into the same rotational position with respect to the tube 10.
At the top, the coupling part 13 is closed by a cone 21, which is designed in the manner of a Morse cone to interact with a corresponding cone on the measuring part, not shown.
It should be expressly pointed out at this point that the probe part does not need to be tubular.
It can also be made from a profile or even as a solid bar. If a tube has been selected in the illustrated embodiment, it is only because a tube is a readily commercially available shape, has a low weight in relation to its strength and is available in many materials.
The coupling part is also not absolutely necessary as soon as there is a guarantee in some other way that the measuring part can be repeatedly fastened to the probe part and that always in the same position. It is therefore left at the discretion of the specialist to take those measures that offer this guarantee in a particular case.
In Fig. 7 a first embodiment of the measuring part is shown in the attached position. The tube 10 of the probe part and the attachment 14 of the coupling part, which carries a support flange 22 and a centering mandrel 23 at its upper end, can be seen schematically. These two parts 22 and 23 functionally correspond to the cone 21 of FIG. 5. The actual measuring part (generally designated 25) has a base bar 26 which has a bore 27 that fits on the centering mandrel 23 and one intended to rest on the support flange 22 Counter flange 28.
The base bar 26 is thus in a clearly defined reference position relative to the pipe 10.
At one end of the beam 26, a support 30 that is forked at the top is fastened by means of threaded pins or rivets 29, at the protruding end of which a V-shaped bearing 31 for a pivot pin 32 is formed. The pivot pin 32 itself has the shape of a cylinder offset at both ends and engages with its thicker central section 33 between the fork of the support 30 and is thus secured against axial displacement. The pivot pin 32 is firmly pinned to a pivot lever 34. This pivot lever 34 runs essentially parallel to the base beam 26 and is approximately the same length as this.
The pivot lever 34 rests with its free end via a support plate 35 on the measuring tip 36 of a threaded spindle micrometer 37, the shaft 38 of which is passed through the right end of the base beam 26 and is clamped there.
If the tip 36 is now shifted in the vertical direction by rotating the micrometer drum 39 or the head 39a, this results in a pivoting of the lever 34. The extent of this pivoting can be read on the scales or on the vernier 40 of the micrometer drum, and the pivot angle can be calculated therefrom with the aid of the distance between the pivot axis of the pin 32 and the point of support of the tip 36 on the support plate 35. So that the swivel bar 34 can be aligned in a reference direction independent of the parts of the clinometer device, a spirit level 38 is attached to it by means of a protective sleeve 37, the bubble 39 of which is visible through a slot 40 in the sleeve 37.
As usual, the vial tube has a graduation 41, with the aid of which the position of the bubble 39 can be reproduced again and again; H. that the level 38 and with it the pivot lever 34 can be brought into the horizontal with the greatest possible accuracy.
It is now assumed that the distance between the pivot axis of the pin 32 and the point of support of the tip 36 is 100 mm, i.e. H. 10-t m amounts. The reading on the micrometer drum is 0.001 mm, i.e. H. in 10-6 m. A pivoting angle a corresponds to a pivoting dimension of 0.002 mm (read on the micrometer drum), for which the following equation applies: 10-1 tga = 2 10-6 or tgx = = 2-10-5 which for a is a value of approximately 4.3 "corresponds to an extremely small angle.
So that the measuring part 25 can be rotated with respect to the probe part 10 into that position in which the level 38 detects the greatest inclination, i.e. H. that the level 38 comes to lie in the vertical plane through the fall line, a second level, denoted by 42, is attached to the pivot lever 34 at right angles to the level 38.
In practice, therefore, the procedure is that the measuring part 25 is first rotated in the probe part 3 (tube 10) until the level indicator 42 indicates leveling. The micrometer screw is then operated until the spirit level 38 also indicates leveling. The reading on the micrometer is then subtracted from the previous reading. This difference then calculates the change in the inclination of the probe part in the time between the two readings.
It goes without saying that absolute inclination measurements can also be carried out. However, this means that the value of the micrometer reading must be known when the base bar 26 is lying horizontally and the vial 38 is level.
In the exemplary embodiment described above, the pivoting beam 34 rests on the measuring tip 36 by its own weight. This has certain disadvantages in practical use. In order to remedy these disadvantages, the embodiment according to FIGS. 8 and 9 can be provided.
Here again the probe tube 10, the support disk 181 and the cone 21 can be seen. A vertical shaft 44 of the measuring part is placed on this cone by means of a counter cone 43. At the top of this shaft 44, two laterally protruding, parallel bracket-like supports 45 are provided, between which a T-shaped pivot lever 46 is pivotably mounted about a pivot pin 47. A level 38 and a second level 42 are in turn attached to the yoke 48 of the pivot lever 46.
While the lower end of the leg of the T-shaped pivot lever 46 rests on the measuring tip 36 of the micrometer 37 via a support plate 35, the contact pressure necessary for this is generated by a spring bolt 49, which acts on the yoke above the pivot pin 47 and is displaceable against the Action of a compression spring 51 is mounted in a sleeve 50 fastened between the consoles 45 on the shaft 44.
The mode of operation of this embodiment is the same as that of FIG. 7. The difference is that the micrometer spindle is arranged horizontally, and accordingly easier to read, and that the pivot lever is fixed and not, as in the embodiment according to FIG Swivel bearings can be lifted out. However, this embodiment does not allow a space-saving design like that of FIG. 7, unless at the expense of the distance between the pivot axis and the contact point of the measuring tip.
A further embodiment is shown in FIG. 10, which on the one hand is simpler and on the other hand is able to meet high requirements for measurement accuracy.
The vertical shaft 44 of the measuring part can again be seen, in the lower region of which the micrometer 37 is clamped. At the upper end of the shaft 44, two laterally protruding brackets 45 running parallel at a distance from one another are in turn fastened by means of threaded bolts or rivets 52. At the protruding end of these brackets, by means of the pivot pin 47, a lever 53 in the form of an angle lever is provided
Swivel lever stored. The support surface 36 for the measuring tip 35 of the micrometer is fastened to the leg 54 of this angle lever extending vertically downwards, while the horizontally extending leg 55 carries the level 38.
The pressing force of the leg 54 on the measuring tip 36 is generated here by a tension spring 56 which is attached to the shaft 44 at one end and to the leg 54 at the other end.
The mode of operation is again analogous to the previous embodiments. It should also be mentioned that the second vial 42 is not provided in this embodiment. This is because there are other means of aligning the level 38 with the perpendicular plane through the fall line.
Reference is made to such a means in connection with FIGS. 11 and 12.
In Fig. 11, the upper end of the probe tube 10 is shown in vertical longitudinal section, in which, analogously to Fig. 5, the extension 14 of the coupling part is inserted. This approach in turn carries two centering devices 15 which correspond approximately to those of FIG.
The axial reference position as well as the rotational position of the measuring part with respect to the probe tube is given here by a stop pin 57 protruding laterally from the extension 14 and screwed into it, which engages in one of two notches 48 which are formed on the end face of the tube 10 (Fig. 12 ).
As shown in FIG. 12, the notches 58 enclose a central angle of 90 with respect to the tube axis, i.e. H. that the coupling part 31 (FIG. 5) and with it the measuring part 25 (FIG. 7) in this embodiment can be placed on the probe tube in two positions rotated exactly 90 with respect to one another.
When creating the clinometer device, the measuring part or the micrometer will first be set in such a way that the level 38 runs exactly at right angles to the shaft 44 (FIG. 10) and thus to the attachment 14. Then, while maintaining this setting, the measuring part is centered on the probe part and locked into one notch. The probe tube is then rotated, together with the attached measuring part, before it is definitively anchored, until the level moves in.
If the measuring part is now rotated until the stop pin 57 engages in the second notch, the level is inevitably in the direction required for the measurement.
The person skilled in the art can see from the above that a larger number of probe parts is required for the clinometric detection of an object, each of which is measured with a single measuring part. These probe parts can be provided and installed at certain points in structures during construction and require practically no maintenance at all later. Due to their simple structure, they are also relatively resistant to the effects of the weather. The measuring part, on the other hand, is only required during the actual measurements and can be used to support a large number of probe parts. As a sensitive measuring part, it can also be withdrawn from the effects of the weather and thus maintain its accuracy over long periods of time.
The length measuring device of the measuring part does not need to be a thread micrometer. You can just as easily use a dial gauge or a comparator with a corresponding
Provide division, but then additional means would have to be provided to pivot the pivot lever. In this case, this pivoting movement could be generated via a separate fine-thread spindle or via a worm gear connected to the pivoting lever or, finally, via a displaceable wedge with a low pitch.