Kugelharfe nach DIN 4127

Mit Hilfe des Kugelharfengerätes wird die Fließgrenze von stützenden Suspensionen gemessen. Hierzu werden mehrere Glas- und Stahlkugeln mit jeweils unterschiedlichen Durchmessern gleichzeitig in die Suspension getaucht. Bei gegebener Dichte der Suspension ist jeder dieser Kugeln eine andere, kritischen Fließgrenze zugeordnet. Kugeln, deren kritische Fließgrenze kleiner ist als die Fließgrenze der Suspension, treiben auf der Stützflüssigkeit. Kugeln, deren kritische Fließgrenze größer ist als die der Stützflüssigkeit, tauchen in sie ein.

Die Kugeln sind in der Reihenfolge ihrer wachsenden und kritisch wirksamen Fließgrenze mit laufenden Nummern 1 bis 10 gekennzeichnet. Die wirksame Fließgrenze der Suspension liegt also zwischen den kritischen Fließgrenzen der Kugel mit der größten Nummer, die noch schwimmt, und der kritischen Fließgrenze der Kugel mit der kleinsten Nummer, die in die Suspension eingetaucht ist.

Die kritisch wirksamen Fließgrenzen aller Kugeln sind normativ in einer Tabelle für Dichten zwischen 1,02 und 1,32 g/cm³ angegeben. Zur Bestimmung der Fließgrenze von Suspensionen mit höherer Dichte sind schwere Kugelsätze erhältlich.

Die Bestimmung der kritischen Fließgrenze ist erforderlich, um den Nachweis der Standsicherheit von mit Stützflüssigkeit gefüllten Schlitzen nach DIN 4126:2013-09 zu erbringen. Im Zuge der Überarbeitung der Normen über den "Nachweis der Standsicherheit von Schlitzwänden" und der "Erd- und Grundbau-Prüfverfahren für Stützflüssigkeiten im Schlitzwandbau" in den Jahren 2013/2014 wurde das zuvor in der DIN 4126 normierte Kugelharfengerät in die DIN 4127 verschoben.

Die Kugelharfe wird jedoch nicht ausschließlich im Schlitzwandbau eingesetzt. Mit Hilfe des Kugelharfengerätes lässt sich ebenso die Tragfähigkeit einer Bohrspülung ermitteln. Deren Aufgabe ist es u. a. die Reibung zwischen Bohrgestänge und Ringraum zu reduzieren. Zunächst bildet die Bohrspülung dabei einen Schmierfilm zwischen Mantel bzw. Gestänge und Formation. Dann stützt sie idealerweise das umgebende Gebirge. Bei geringer Porengröße, kann die Stützwirkung bereits durch einen relativ dünnen äußeren Filterkuchen erzeugt werden. Bei großporigem Untergrund kann die Spülung jedoch in den umgebenden Boden eindringen. In diesem Fall muss die benötigte Stützwirkung mit Hilfe der Stagnation erreicht werden. Die Spülung muss den Gegebenheiten entsprechend gemischt und aufbereitet werden, damit sie in der betreffenden Porengröße stagnieren kann. Stagniert das Bentonit der Spülung in den Poren des Baugrundes, kann der Stützdruck im Ringraum aufgebracht werden. Hier ist die statische Fließgrenze (nach DIN 4126) als maßgebliche Richtgröße wichtig, die mit der Kugelharfe nach Soos (nach DIN 4127) gemessen wird. Auf der anderen Seite darf die Fließgrenze der Bohrspülung nicht zu hoch sein, da anderenfalls die Spülungspumpe nicht mehr betrieben werden kann.

• Anleitung Kugelharfe nach DIN 4127
• DIN 4127:2014-02: Erd- und Grundbau - Prüfverfahren für Stützflüssigkeiten im Schlitzwandbau und für deren Ausgangsstoffe