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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Entnahme von Bodensäulen.
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Für Untersuchungen des Wasser- und Stoffhaushaltes an Böden in Freilandlysimetern oder Säulenapparaturen in Laboren werden ungestörte Bodensäulen benötigt. Zur Entnahme dieser ungestörten Säulen sind unterschiedlichste Vorrichtungen bekannt. So ist beispielsweise aus
DE 100 48 089 C2 eine Vorrichtung zur monolithischen Entnahme von Bodensäulen bekannt, bei der an der dem Boden zugewandten Seite eines Lysimetergefäßes eine Fräseinheit zum Vorschneiden einer Kontur der Bodensäule angeordnet ist. Die Fräseinheit umfasst eine Fräsmanschette, die das Lysimetergefäß mit radialem Spiel umfasst. Durch Antrieb der Fräseinheit und aufgrund des Eigengewichtes des Lysimetergefäßes dringt dieses in den Boden ein. Das Lysimetergefäß selber kann zur Herstellung der Endkontur der Bodensäule eine am Umfang angeordnete Schneide aufweisen.
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Mit dieser bekannten Vorrichtung ist die Gewinnung ungestörter hydromorpher oder subhydromorpher Bodensäulen nicht möglich. Hydromorphe bzw. subhydromorphe Böden enthalten üblicherweise einen hohen Anteil organischer Substanz, sind von abgestorbenen Wurzeln durchzogen und stehen völlig oder teilweise unter Wasser. Die Meißel der Fräseinheit schneiden in den Boden hinein, gelangen dabei in Eingriff mit den Wurzeln oder anderen festen Bestandteilen. Aufgrund der insgesamt geringen Festigkeit des Bodens werden die Wurzeln dabei im Wesentlichen angeschnitten und durch die Meißel mitgenommen. Dadurch wird die Bodenstruktur in diesem Bereich zerstört. Außerdem ist die Bodenmatrix meist vollständig mit Wasser gesättigt und ist hierdurch instabil. Diese instabile Struktur des Bodens führt dazu, dass beim Eindringen der Fräsmanschette in diesem Bereich der Boden aufgrund seiner Instabilität wegfließt und nicht aufgenommen werden kann.
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Aus
US 797,622 ist ein Kernbohrer bekannt, der drei koaxial zueinander angeordnete, zueinander feststehende Rohre umfasst, zwischen denen jeweils ein Spalt vorgesehen ist. Jedes der Rohre umfasst an seiner unteren Stirnseite eine Schneide, die beim bestimmungsgemäßen Einsatz des Kernbohrers synchron miteinander rotieren.
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Aus
EP 1 154 076 A1 bzw.
US 2003/0089526 A1 ist ein Bodenprobennehmer bekannt, der ein Steckrohr mit einem Aufnahmeraum zur Aufnahme der zu entnehmenden Bodenprobe aufweist. Eine Kammer wird vor Einbringen des Bodenprobennehmers mit einer Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, gefüllt. Anschließend wird die Kammer druckdicht verschlossen. Beim Einbringen des Bodenprobennehmers in eine Entnahmetiefe wird die Kammer durch ein Ventil, das von außerhalb betätigbar ist, geöffnet, so dass bei weiterem Einbringen des Bodenprobennehmers in das Erdreich ein Kolben durch das Erdreich innerhalb des Bodenprobennehmers verschoben wird und hierdurch das sich in der Kammer befindliche Wasser aus dieser herausgedrückt wird.
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Aus
US 4,946,000 ist eine Vorrichtung zur Entnahme einer Bodenprobe aus einer ungesättigten Zone oberhalb eines Grundwasserleiters bekannt. Hierbei handelt es sich um einen Mineralboden, der oberhalb eines Grundwasserleiters ansteht. Das Dokument spricht an, dass Grundwasser bzw. Bodenwasser mittels Unterdruck aus dem Boden entnommen werden kann.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit denen in einfacher, umweltschonender und effizienter Weise zylinderförmige Proben aus hydromorphen oder subhydromorphen Böden realisierbar sind, die den ursprünglich gegebenen Bodenstrukturen am Gewinnungsstandort entsprechen.
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Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Anspruch 1 sowie durch das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 7 bis 10 angegeben.
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Zur Lösung der Aufgabe wird eine Vorrichtung zur Entnahme von Bodensäulen zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung umfasst ein am Umfang der Stirnseite wenigstens eine erste Schneide aufweisendes Lysimetergefäß und eine Schneideinrichtung, welche wenigstens eine zweite Schneide aufweist, die um die Längsachse des Lysimetergefäßes rotierbar ist, wobei mit der ersten Schneide und der zweiten Schneide in Zusammenwirkung eine Scherbeanspruchung in die Materie einbringbar ist. Dabei wirken die von der ersten Schneide und der zweiten Schneide auf den Boden aufbringbaren Kräfte zur Realisierung der Scherbeanspruchung im Wesentlichen auf einer Wirkungslinie. Das heißt, dass die auf einer Wirkungslinie wirkenden Kräfte von den Schneiden unmittelbar auf den Boden aufgebracht werden. Demzufolge greift die von der zweiten Schneide auf den Boden aufbringbare Kraft zur Realisierung der Scherbeanspruchung am inneren Umfang der Rotationsbahn der zweiten Schneide an.
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Das Lysimetergefäß ist von der Schneideinrichtung umgeben, wobei die Schneiden des Lysimetergefäßes sowie der Schneideinrichtung relativ gegeneinander bewegbar sind und unmittelbar aneinander anliegen. Dadurch lässt sich in einfacher Ausführungsform die beschriebene Scherbeanspruchung in den Boden einbringen. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, dass auch bei hydromorphen beziehungsweise subhydromorphen Böden ein Schnittverlauf erzeugt werden kann, der das Nachfließen von instabiler Bodenstruktur verhindert.
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Die erste Schneide ist Bestandteil eines Schneidringes am Lysimetergefäß.
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Dies wird dadurch ergänzt, dass die zweite Schneide Bestandteil eines Schneidringes der Schneideinrichtung ist. Der Schneidring der Schneideinrichtung ist koaxial um die Längsachse des feststehenden Lysimetergefäßes beziehungsweise des an diesem Lysimetergefäß angeordneten Schneidringes drehbar, so dass es zu einer Rotation des Schneidringes der Schneideinrichtung um den Schneidring am Lysimetergefäß kommt.
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Um gegenläufige Schneidkanten zu erzeugen, weist die erste und die zweite Schneide jeweils einen Wellenschliff auf. Das heißt, dass sich Zähne des Wellenschliffs relativ zueinander bewegen, so dass dazwischen befindliche Materie abgeschert wird. Damit wird in einfacher Weise ein aktives Durchschneiden organischer Substanzen in der instabilen Bodenstruktur möglich, ohne dass die Struktur selber Schaden nimmt. Die Schneiden sind dabei in axialer Richtung gewellt, so dass bei rotatorischer Bewegung in Bezug zueinander Schneidkanten am Umfang des Schneidringes am Lysimetergefäß aneinander vorbeigeführt werden, um effizient eine Scherwirkung zu erzielen.
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Dabei kann der Schneidring selbst eine konische Form ausbilden. Alternativ oder hinzukommend kann auch der Schneidring am Lysimetergefäß konisch geformt sein. Durch die konische Form eines jeden Schneidringes wird ein stabiles Eindringen des Lysimetergefäßes und des das Lysimetergefäß umgebenden Schneidringes in den instabilen Boden gewährleistet. Der konisch zulaufende Schneidring führt zu einer Justierung der Vorrichtung während des Vorschubs in den Boden und zur Verdrängung der instabilen Bodenstruktur um die zu gewinnende Bodensäule herum. Hierdurch wird das Eindringen der Vorrichtung in den Boden unterstützt.
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Das Lysimetergefäß kann ein Gefäß eines Gerätes zur Ermittlung von Bodenwasser- bzw. Stoffhaushaltsgrößen sein, um die Quantität und Qualität des Sickerwassers und weiterer hydrologisch, pedologisch und meteorologisch relevanter Parameter zu bestimmen.
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Mit typischen Lysimetergefäßen ist auch eine Probenahme sowie die Durchführung von Versuchen möglich.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung mit einem hohlzylinderförmigen Lysimetergefäß und einer an seinem Umfang angeordneten ersten Schneide ist vorgesehen, dass die von dieser ersten Schneide aufbringbare Kraft am äußeren Umfang dieser Schneide angreift. An einem Berührungspunkt der beiden Schneiden wirkt somit ein Kräftepaar, wobei jeweils eine Kraft von einer Schneide aufgebracht wird, nämlich von der Schneide am Lysimetergefäß sowie von der Schneide der Schneideinrichtung, die auch als Schneidrohr bezeichnet werden kann. Dieses Kräftepaar wirkt im betrachteten Punkt in einer Wirkungslinie, die tangential zu der Rotationsbahn der Schneideinrichtung beziehungsweise zum äußeren Umfang der ersten Schneide verläuft. Somit wirkt das von den Schneiden aufgebrachte Kräftepaar auf einer ideellen Wirkungslinie beziehungsweise in einer ideellen Wirkungsfläche bei linienförmigen Schneiden, die mit geringstmöglichem Abstand aneinander vorbeiführbar sind, so dass sie, in einer parallel zur Drehachse verlaufenden Berührungslinie betrachtet, in zwei aneinander anliegenden gewölbten Ebenen bewegt werden. Bei mehreren relativ zueinander beweglichen Schneiden, die in Schneidringen angeordnet sein können, entstehen selbstverständlich mehrere Kräftepaare, die an mehreren Stellen eine Scherspannung in die Materie einleiten.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie das erfindungsgemäße Verfahren dienen der Entnahme von Bodensäulen aus hydromorphen oder subhydromorphen Böden.
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Dadurch, dass eine Scherbeanspruchung auf den Boden in einer definierten Ebene erfolgt, werden Festkörper, wie zum Beispiel Wurzeln in Böden, sauber durchschnitten, so dass sie in ihrer ursprünglichen Lage im Wesentlichen erhalten bleiben. Es erfolgt somit kein Reißen oder Bodenaufbruch wie bei herkömmlichen Entnahmemethoden und somit auch keine Störung der gesamten Bodensäule. Dadurch lassen sich in einfacher, effizienter und schonender Weise hydromorphe oder subhydromorphe Bodensäulen aus Böden entnehmen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Vorrichtung eine Vakuumquelle, mittels der auf die Oberseite der zu entnehmenden Materie ein Unterdruck aufbringbar ist. Aufgrund dieses Druckes an der Oberfläche der zu entnehmenden Materie, der geringer ist als der Umgebungsdruck, bewirkt dieser Umgebungsdruck, dass die entnommene Materie im Lysimetergefäß gehalten wird oder dass zumindest eine Fixierung dieser Materie im Lysimetergefäß unterstützt wird. Hierdurch erfolgt eine Stabilisierung der instabilen Bodensäule innerhalb des Lysimetergefäßes während des Stechens der Bodensäule sowie gegebenenfalls während des Heraushebens der Bodensäule. Das Vakuum kann entsprechend der Stechtiefe variiert werden. Diese Variation kann stufenlos oder in Schritten erfolgen. Das Lysimetergefäß liegt dabei mit seiner der ersten Schneide gegenüberliegenden Seite an einem Gehäuse der Vorrichtung an, so dass es an dieser Seite abgedichtet ist.
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Das Lysimetergefäß kann dabei derart ausgestaltet sein, dass es einen Unterdruckraum und in diesem eine Abdichtung zwischen der Oberfläche des zu entnehmenden Bodens und zumindest eines Teils des Unterdruckraumes aufweist. Diese Abdichtung kann zum Beispiel eine an der Innenwandung des Lysimetergefäßes verschiebliche Dichtscheibe sein, die sich bei Erzeugung des Unterdrucks im Unterdruckraum verschiebt und derart zur Seite der zu entnehmenden Materie ebenfalls einen Unterdruck erzeugt, so dass der Umgebungsdruck die Materie im Lysimetergefäß fixiert.
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Weiterhin ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung die Schneideinrichtung im Bezug zur ersten Schneide am Lysimetergefäß in Richtung der Längsachse des Lysimetergefäßes verschiebbar, wobei wenigstens eine zweite Schneide der Schneideinrichtung umklappbar ist, so dass diese Schneide im Wesentlichen horizontal und radial verläuft. Vorzugsweise sollte die Schneide horizontal und somit radial verlaufen. Dadurch lässt sich die Schneideinrichtung tiefer als das Lysimetergefäß in den Boden einschieben und bei gleichzeitiger Drehung der Schneideinrichtung ein gewindegang- und spiralförmiges Einschneiden in die Bodensäule während des Umklappvorganges der zweiten Schneide realisieren, bis die zweite Schneide im Wesentlichen waagerecht steht. Zur Gewährleistung eines im Wesentlichen waagerechten Schnittverlaufes sollte die zweite Schneide dann wenigstens eine Umdrehung weiter gedreht werden. Dadurch lässt sich eine Verringerung des Querschnittes der aus dem umgebenden Boden herausgeschnittenen Bodensäule an ihrem unteren Ende realisieren, gegebenenfalls sogar ein Abschneiden der Bodensäule bei ausreichend langer zweiter Schneide. Die abgeschnittene Bodensäule lässt sich einfach zusammen mit dem Lysimetergefäß aus dem Boden herausheben. Sollte kein vollständiger waagerechter Schnitt im unteren Bereich der Bodensäule erfolgen können, weil die zweite Schneide dafür nicht lang genug ist, ist zumindest der Querschnitt der Bodensäule in diesem Bereich derart verringert, dass ein Abtrennen der Bodensäule vom darunter befindlichen Boden möglich ist.
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Zur Lösung der Aufgabe wird außerdem ein Verfahren zur Entnahme von Bodensäulen zur Verfügung gestellt, wobei das Verfahren mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt wird. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Drehbewegung der Schneideinrichtung um das Lysimetergefäß realisiert, das Lysimetergefäß und die drehende Schneideinrichtung wird in den Bodenabgesenkt, wobei ein ringförmiger Spalt in dem Boden erzeugt wird, und der im. Lysimetergefäß enthaltene Boden wird aus dem das Lysimetergefäß umgebenden Boden herausgehoben. Zur Sicherung der Aufnahme des Bodenmaterials im Lysimetergefäß kann spätestens nach Einbringung des Lysimetergefäßes in die gewünschte Tiefe im Lysimetergefäß an der Oberseite des im Lysimetergefäß enthaltenden Bodens ein Unterdruck erzeugt werden. Diese Oberfläche ist die Deckfläche des Materiezylinders, der aus der umgebenden Materie herausgeschnitten wurde, wie zum Beispiel die Oberfläche dieses Bodenzylinders. Der Unterdruck ist dabei geringer als der Umgebungsdruck und ist gegebenenfalls ein Vakuum. Sobald das Lysimetergefäß in der gewünschten Tiefe in dem Boden eingebracht ist, kann der Abstand der zweiten Schneide der Schneideinrichtung von der ersten Schneide am Lysimetergefäß durch eine translatorische Verschiebung vergrößert werden. Das heißt, dass – wie oben bereits beschrieben – die zweite Schneide tiefer in die umgebende Materie eindringt als die erste Schneide am Lysimetergefäß. Vorzugsweise kann dabei die Schneideinrichtung weiter rotieren. Alternativ kann das Verfahren derart ausgeführt werden, dass die Schneideinrichtung nicht-rotierend erst verschoben wird und danach eine Rotation fortgesetzt wird. Dadurch, dass die zweite Schneide nicht mehr die erste Schneide am Schneidring überdeckt, kann zumindest ein Zahn an der zweiten Schneide der Schneideinrichtung in radialer Richtung einklappen und dabei die Bodensäule abschneiden oder zumindest ihren Querschnitt verringern, so dass die Bodensäule vom darunter befindlichen Boden getrennt werden kann.
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Zum Erhalt der Bodensäule wird die Schneideinrichtung zusammen mit dem Lysimetergefäß aus dem umgebenden Boden herausgehoben. Das heißt, dass sowohl die Schneideinrichtung als auch das mit dem Boden geführte Lysimetergefäß aus dem umgebenden Boden herausgehoben wird, so dass der im Lysimetergefäß aufgenommene Boden zugänglich ist. Dadurch, dass das Lysimetergefäß und die Schneideinrichtung im Wesentlichen koaxial angeordnet sind, lassen sie sich in einfacher Weise zusammen aus dem umgebenden Boden herausheben. Die Kraft zum Herausheben kann durch eine von der erfindungsgemäßen Vorrichtung ebenfalls umfasste Hubeinrichtung in Form eines Stativs und einer Betätigungseinrichtung, wie zum Beispiel einer Kurbel oder eines Motors, aufgebracht werden.
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In einer alternativen Ausführungsform wird nach Einbringung des Lysimetergefäßes in den umgebenden Boden zunächst die Schneideinrichtung aus dem umgebenden Boden herausgehoben, wobei das Lysimetergefäß in dem umgebenden Boden verbleibt, und erst danach wird das Lysimetergefäß aus dem umgebenden Boden herausgehoben.
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Bei beiden Verläufen des Heraushebens des Lysimetergefäßes aus dem Boden kann der auf der Oberseite der entnommenen Bodensäule im Lysimetergefäß realisierte Unterdruck die Fixierung des entnommenen Bodens im Lysimetergefäß unterstützen.
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Bei der Verfahrensausgestaltung, in der die Schneideinrichtung und das Lysimetergefäß getrennt aus dem umgebenden Boden gehoben werden, kann nach dem Herausheben der Schneideinrichtung in den Schneidspalt zwischen dem Lysimetergefäß und dem umgebenden Boden ein Hilfsmittel eingeführt werden und dieses abschnittsweise unter dem Lysimetergefäß beziehungsweise dem darin aufgenommenen Boden positioniert werden. In das Hilfsmittel kann eine Zugkraft eingeleitet werden, die das Herausheben des Lysimetergefäßes mit samt dem darin aufgenommenen Boden erleichtert. Dabei dient der unter dem Lysimetergefäß befindliche Abschnitt des Hilfsmittels zur Blockade des entnommenen Bodens gegen ein Herausrutschen aus dem Lysimetergefäß.
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Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand des in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
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Es zeigt:
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1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Ansicht von der Seite,
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2 ein in fester Materie eingebrachtes Lysimetergefäß und Schneideinrichtung.
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Die in Anspruch 1 dargestellte Vorrichtung zeigt die Komponenten Lysimetergefäß 18 und Schneideinrichtung 20, die auch als Schneidrohr bezeichnet werden kann, in einer aus der umgebenden Materie herausgehobenen Position, in der sich im Lysimetergefäß 18 zu entnehmende Materie 52 befindet.
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In 2 sind das Lysimetergefäß 18 sowie die Schneideinrichtung 20 koaxial in der Materie 50 angeordnet, wobei zur Verdeutlichung dieses Aspektes der Erfindung die restlichen Vorrichtungsbestandteile nicht dargestellt sind.
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1 zeigt eine insgesamt mit 10 bezeichnete Vorrichtung zur monolithischen Entnahme von hydromorphen bzw. subhydromorphen Bodensäulen. Die Vorrichtung 10 umfasst ein Stativ 12, an dem mittels einer schlittenartigen verfahrbaren Halterung 14 der in den Boden einzubringende Teil der Vorrichtung 10 gehalten ist. Die Halterung 14 ist mittels einer Handkurbel 16 oder dergleichen höhenverfahrbar. Das Lysimetergefäß 18 ist innerhalb einer Schneideinrichtung 20 angeordnet, die eine rohrförmige zweite Schneide 21 aufweist. Das Lysimetergefäß 18 besitzt an seiner unteren Stirnseite eine erste Schneide 19 mit einem Wellenschliff 22. Das Lysimetergefäß 18 kann beispielsweise aus einem Kunststoffrohr (PVC-Rohr) bestehen, an dem stirnseitig ein Schneidring mit der ersten Schneide 19 mit Wellenschliff aufgesetzt ist. Die das Lysimetergefäß 18 umgebende Schneideinrichtung 20, die auch als Schneidrohr bezeichnet werden kann, besitzt an seiner unteren Stirnseite ebenfalls einen Wellenschliff 24, wobei die Schneidkanten des Wellenschliffs 22 und des Wellenschliffs 24 unmittelbar zur Ausbildung einer linienförmigen Schneidlinie aneinander anliegen bzw. aneinander vorbei geführt werden können, um die Scherbeanspruchung auf die Materie aufzubringen.
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An seiner oberen Stirnseite ist die rohrförmige Schneideinrichtung 20 mit einem Stirnradgetriebe 26 wirkverbunden, dessen Planetenräder 28 einen umlaufenden Zahnring 30 kämmen. Die Planetenräder 28 sind mit einem Sonnenrad 32 des Getriebes im Eingriff, das durch einen Antrieb, insbesondere elektromotorischen Antrieb 34, antreibbar ist.
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Die Vorrichtung 10 umfasst ferner eine Vakuumquelle 36, mittels der über eine Vakuumleitung 38 in einem Unterdruckraum 40, der auch als Hohlraum bezeichnet werden kann, oberhalb des Lysimetergefäßes 18 ein Unterdruck erzeugbar ist. Der Hohlraum 40 ist von der zu entnehmenden Materie 52 bzw. der zu gewinnenden Bodensäule durch eine Abdichtung 42 in Form einer Dichtscheibe abgedichtet. Die Abdichtung 42 ist kolbenartig innerhalb des Lysimetergefäßes 18 bewegbar. Der Unterdruckraum 40 nimmt somit bei Beginn der Bodenentnahme zunächst im Wesentlichen den gesamten Innenraum des Lysimetergefäßes 18 ein. Mit Eindringen der Vorrichtung 10 in den Boden wird der Unterdruckraum 40 immer kleiner. Die Abdichtung 42 schwimmt quasi auf der gewonnenen Bodensäule auf.
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Die in 1 dargestellte Vorrichtung 10 zeigt folgende Funktion: Während des Eindringens des Lysimetergefäßes 18 in den zu gewinnenden Boden rotiert die Schneideinrichtung 20 um das nach Art einer feststehenden Kartusche angeordnete Lysimetergefäß 18. Die Wellenschliffe 22 und 24 bewegen sich hierbei relativ zueinander. Wie aus den zur besseren Übersichtlichkeit nicht in einander überlappend dargestellten Wellenschliffen 22 und 24 ersichtlich ist, werden Abschnitte des Wellenschliffs 24 bei seiner Drehbewegung am Wellenschliff 22 anliegend um diesen herumgeführt. Das heißt, dass der Wellenschliff 24 sich koaxial um den feststehenden Wellenschliff 22 bewegt. Durch die einzelnen Zähne der Wellenschliffe 22 und 24 kommt es dabei zur Einleitung von Kräften in die zu trennende Materie, die zusammen eine Scherbeanspruchung in der Materie bewirken.
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Dadurch wird die organische Substanz und/oder ähnliche Materie oder Materialien innerhalb des Bodens aktiv durchschnitten, ohne dass Strukturschäden am Boden auftreten.
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Über die Handkurbel 16 kann das Lysimetergefäß 18 mit der Schneideinrichtung 20 in den Boden hinein bewegt werden. Das Stativ 12 ist beispielsweise als Dreibeinstativ ausgebildet und sorgt für einen sicheren Stand der Vorrichtung 10.
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Nachdem das Lysimetergefäß 18 die gewünschte Entnahmetiefe erreicht hat, wird die Schneideinrichtung 20 bzw. deren Schneidring axial nach unten gefahren, wobei der Schneidring des Lysimetergefäßes in seiner Position verbleibt. Der Wellenschliff 24 verlagert sich somit relativ zum Wellenschliff 22 axial nach unten. Der Wellenschliff 24 besitzt einzelne radiale Zähne, die durch eine Rückstellkraft, die beispielsweise durch Federelemente oder durch entsprechende Auswahl des Materials bewirkt werden kann, radial nach innen klappen können. Hierdurch kann bei nochmaligem kurzzeitigen Einschalten des Antriebes 34 die innerhalb des Lysimetergefäßes 18 gewonnene Bodensäule horizontal vom umgebenden Boden zumindest teilweise abgeschnitten werden. Diese radial nach innen klappbaren Bereiche des Wellenschliffs 24 dienen gleichzeitig der Stabilisierung der Bodensäule innerhalb des Lysimetergefäßes 18 nach unten, insbesondere beim Herausheben des Lysimetergefäßes 18 aus dem Boden.
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Anschließend wird die Schneideinrichtung 20 mittels der Halterung 14 nach oben herausgefahren. Das Lysimetergefäß 18 verbleibt zunächst im Boden.
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Das Lysimetergefäß 18 kann anschließend aus dem Boden mittels geeigneter Hilfsmittel wie z. B. so genannter Ziehhaken geborgen werden.
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In alternativer Ausgestaltung wird die Schneideinrichtung 20 zusammen mit dem Lysimetergefäß aus dem Boden herausgehoben, wobei der an der Oberseite der zu entnehmenden Materie 52 aufgebrachte Unterdruck bewirkt, dass die zu entnehmende Materie 52 während des Heraushebens im Lysimetergefäß verbleibt.
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Aus 2 ist die Anordnung der Schneideinrichtung 20 sowie des Lysimetergefäßes 18 in der Materie 50, die zum Beispiel ein Boden sein kann, dargestellt. Die Schneideinrichtung 20, die in bevorzugter Ausführungsform ein dargestelltes Rohr mit stirnseitigem Wellenschliff 24 sein kann, wird in der dargestellten Pfeilrichtung um das feststehende Lysimetergefäß 18 gedreht, wobei insbesondere die Wellenschliffe 22 und 24, wie in Bezug zu 1 bereits erwähnt, die Scherbeanspruchung auf die Materie 50 ausüben. Dabei schneidet sich das Lysimetergefäß 18 sowie die Schneideinrichtung 20 in axialer Richtung in die Materie 50, so dass diese Materie 50 in die umgebende Materie 51 sowie die im Lysimetergefäß 18 enthaltende, zu entnehmende Materie 52 geteilt wird. Die Kräfte, die zur Aufbringung der Scherbeanspruchung auf die Materie 50 wirken, werden somit, in dem dargestellten ideellen betrachteten Punkt 60, entlang einer Wirkungslinie 61 aufgebracht, die tangential zum Lysimetergefäß 18 beziehungsweise zum Schneidring am Lysimetergefäß 18 verläuft. Das heißt, dass die Kräfte zur Aufbringung der Schneidbeanspruchung unmittelbar am Umfang des Schneidringes des Lysimetergefäßes 18 auf die Materie wirken, wodurch ein Abscheren von im Boden enthaltener fester Bestandteile, wie zum Beispiel Wurzeln, realisiert wird.
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Auf die vom Lysimetergefäß 18 eingeschlossene und zu entnehmende Materie 52 kann dabei auf deren Oberseite 53 ein Unterdruck, gegebenenfalls ein Vakuum, wirken, so dass der Umgebungsdruck auf die zu entnehmende Materie 52 im Lysimetergefäß 18 derart wirkt, dass diese selbst beim Herausheben des gefüllten Lysimetergefäßes aus der umgebenden Materie im Lysimetergefäß 18 verbleibt.
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Die axiale Verschiebung der Schneideinrichtung 20 in Bezug zum Lysimetergefäß 18 kann mit einer nicht dargestellten Schiebeeinrichtung realisiert werden, die trotzdem die Übertragung eines Drehmomentes von dem dargestellten Getriebe auf die Schneideinrichtung 20 beziehungsweise auf deren zweiten Schneide 21 realisieren kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vorrichtung
- 12
- Stativ
- 14
- Halterung
- 16
- Handkurbel
- 17
- Getriebegehäuse
- 18
- Lysimetergefäß
- 19
- erste Schneide
- 20
- Schneideinrichtung
- 21
- zweite Schneide
- 22
- Wellenschliff
- 24
- Wellenschliff
- 26
- Stirnradgetriebe
- 28
- Planetenräder
- 30
- Zahnring
- 32
- Sonnenrad
- 34
- elektromotorischer Antrieb
- 36
- Vakuumquelle
- 38
- Vakuumleitung
- 40
- Unterdruckraum
- 42
- Abdichtung
- 50
- Materie
- 51
- umgebende Materie
- 52
- zu entnehmende Materie
- 53
- Oberseite
- 60
- betrachteter Punkt
- 61
- Wirkungslinie
