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Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das Verfahren dienen zur Probennahme von Weichsedimenten an Gewässergründen wie beispielsweise die Schlick- bis Feinsandbeprobung und bodennahem Wasser auf See, in Häfen und Binnengewässern.
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Mittels zylindrischer Gefäße werden ungestörte Proben genommen, was bedeutet dass es zu keinerlei Verwirbelungen oder Vermischungen am Gewässergrund und in der Probe, einschließlich einer Schicht des über der Probe liegenden Wassers kommt und der vorhandene Schichtaufbau erhalten bleibt. Diese Vorrichtungen werden insbesondere im Bereich der Forschung auf Schiffen mit Auslegern und Winden eingesetzt.
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Im Stand der Technik kommen dafür verschiedene Vorrichtungen zur Probenentnahme zur Anwendung, wie beispielsweise Multicorer und Rumohr- oder Niemestö-Lote.
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Ein Multicorer besteht aus einem äußeren Rahmen, der dem Schutz eines inneren, vertikal beweglichen Kopfes dient. Der Kopf nimmt, eine Vielzahl von zylindrischen Rohren auf, die jeweils an beiden offenen Enden Verschlussmechanismen verfügen. Wird nun der Multicorer auf dem Gewässergrund abgesetzt, bleibt der äußere Rahmen auf dem Grund stehen, wohingegen sich der Kopf aufgrund des hohen Gewichts weiter absenkt, so dass die zylindrischen Rohre in den Untergrund gedrückt werden. Durch Auslösen der Verschlussmechanismen werden die Enden verschlossen und die ungestörten Proben können zur Überführung in Labore entnommen werden. Die Nachteile des Multicorers liegen in seinem komplexen Aufbau, der Wartungsintensität, dem hohen Gewicht von etwa 600 Kilogramm sowie den relativ kleinen Probenvolumina aufgrund einer ungefähren Probenhöhe von 45 Zentimetern.
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Die Rumohr- und Niemestö-Lote haben dagegen jeweils ein einziges zylindrisches Rohr zur Probenentnahme. Sie werden auf den Grund aufgesetzt und dringen aufgrund ihres Eigengewichts in die Weichsedimente ein. Zur Entnahme werden die Rohre durch einen Deckel am oberen Ende verschlossen, so dass die Proben durch Unterdruck in den Rohren gehalten werden. Der Unterschied zwischen beiden Bauformen liegt hauptsächlich im größeren Rohrdurchmesser und der deutlich größeren Bauhöhe des Niemestö-Lots. Nachteilig sind bei beiden Probennehmern die relativ geringen Volumina, ein hohes Eigengewicht sowie nicht exakt arbeitende Unterdruckklappen.
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In der Offenlegungsschrift
WO 8912220 A1 wird eine Probennehmer zum Aufnehmen von Proben aus dem Sediment und / oder der wässrigen Schicht in der Nähe des Bodens eines Gewässers offenbart. Der offene, Probenbehälter ist im Wesentlichen eine durchgehende Röhre und hat an der dem Sediment zugewandten Seite ein Klingenelement. Die untere Öffnung des Klingenelements ist mit einer Verschlussplatte verbunden, welche über Drehmomentstützen an dem Probenbehälter gelagert ist. Die Verschlussplatte ist über ein Seil mit einer Verriegelung oberhalb des Probenbehälters verbunden und wird während der Probennahme offen gehalten. Durch Entriegelung wird der Probenbehälter unterhalb des Klingenelements mit der Verschlussplatte verschlossen. Der Drehpunkt der Verschlussplatte befindet sich im unteren Drittel des Rohres, so dass die Verschlussplatte selbst nur eine geringe Eindringtiefe des Probenbehälters in das Sediment ermöglicht.
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Darstellung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Entnahme einer ungestörten Oberflächenprobe in Weichsedimenten und bodennahem Wasser, das im direkten Kontakt mit den Weichsedimenten steht, zu schaffen, die eine einfache Beprobung und eine einfache Entnahme und Lagerung der Kerne ermöglicht. Die Vorrichtung soll einen unkomplizierten Aufbau besitzen und neben dem Einsatz auf Forschungsschiffen auch auf leichten Booten mit Ausleger und Winde zur Anwendung kommen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt entsprechend der in den Ansprüchen dargestellten Ausführungsformen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Probennahme von Weichsedimenten erfolgt mit einem Probenrohr, Mitteln zum Verschließen des unteren und oberen Endes des Probenrohrs und einer Aufhängung zum Absenken und Aufheben des Probenrohrs und ist dadurch gekennzeichnet, dass als Aufhängung eine Anschlagöse angeordnet ist, welche über eine Verriegelungseinheit gleichzeitig mit den Mitteln zum Verschließen des unteren Endes des Probenrohrs und den Mitteln zum Verschließen des oberen Endes des Probenrohrs in Wirkverbindung steht.
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Das Mittel zum Verschließen des unteren Endes des Probenrohrs ist eine Verschlusseinheit, welche aus zwei Klapparmen mit jeweils einer einstellbaren Verlängerung und einer dazwischen befindlichen Verschlussplatte besteht. Die Klapparme sind über eine Lagerung an der hinteren Seite zweier Seitenbleche beweglich angeordnet. Die Seitenbleche verjüngen sich zu ihrem oberen Ende hin trapezförmig und sind miteinander durch einen Steg verbunden, an welchem mittig die Anschlagöse beweglich angeordnet ist. Die Anschlagöse ist drehbar durch eine mittige Öffnung im Steg geführt und wirkt an ihrem unteren Ende mit der Verriegelungseinheit zusammen. Die Seitenbleche sind an ihrem unteren Ende mit einer Grundplatte verbunden. Eine Schelle ist zwischen den Seitenblechen angeordnet und mit der Grundplatte verbunden. Das Mittel zum Verschließen des oberen Endes des Probenrohrs besteht aus einem Deckel mit Dichtfläche, welcher oberhalb der Schelle mittig über dem durch die Schelle gehaltenen Probenrohr angeordnet ist und über ein Drahtseil mit der Verriegelungseinheit zusammen wirkt.
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Die Klapparme bestehen aus jeweils zwei, ineinander übergehende und fest verbundene Schenkel, die in einem Winkel von ca. 130 Grad zueinander stehen. Die unteren Enden der Klapparme sind durch einen Anschlag miteinander verbunden, in dessen Mitte eine Drahtöse für die Verriegelung angeordnet ist.
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Die Grundplatte ist mit Haltevorrichtungen für das Auflegen von Gewichten versehen, wobei die Haltevorrichtungen rechts und links außerhalb der Seitenbleche angeordnet sind. Die Haltevorrichtungen sind als Stehbolzen ausgebildet und sind an ihrem oberen Ende mit einem Sicherungsverschluss versehen.
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Die Verriegelungseinheit besteht aus zwei ineinandergreifende Scheiben, welche durch ihren Mittelpunkt hindurch mit der Anschlagöse verbunden sind.
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Die Schelle ist insbesondere eine Stauff-Schelle. Das Probenrohr ist ein beidseitig geöffneter Hohlzylinder aus einem üblichen Material, insbesondere Plexiglas. Der Deckel ist mit einem Scharnier und rückfedernden Haltevorrichtungen verbunden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Probennahme von Weichsedimenten mit einem Probenrohr und einem Mittel zum Verschließen des unteren und oberen Endes des Probenrohrs und einer Aufhängung zum Absenken und Aufheben des Probenrohrs erfolgt mit den folgenden Schritten:
- a) Aufbringen von Gewichten auf eine Grundplatte nach vorheriger Berechnung in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des zu beprobenden Bodens,
- b) Arretieren einer Verschlusseinheit für das untere Endes des Probenrohrs über einen Anschlag in einer Verriegelungseinheit,
- c) Gleichzeitiges Arretieren eines Deckels zum Verschließen des oberen Endes des Probenrohrs über ein Drahtseil im Anschlag, wobei die Verriegelung automatisch durch das Eigengewicht der Vorrichtung auf eine mit der Verriegelungseinheit verbundenen Anschlagöse wirkt,
- d) Befestigen des Probenrohrs mittels einer Schelle mittig durch eine Grundplatte hindurch,
- e) Absenken der Vorrichtung mit dem Probenrohr mit Hilfe eines Krans oder einer Winde bis kurz vor dem Grund,
- f) Weiteres verwirbelungsfreies Eindringen in den Grund durch das Eigengewicht der Vorrichtung bis zur Grundberührung der Bodenplatte und Auslösen der Verriegelung,
- g) Verschließen des oberen Endes des Probenrohres mit dem Deckel (14) und gleichzeitiges Absenken der Verschlusseinheit für das untere Endes des Probenrohrs,
- h) Heraufholen der Probe und vollständiges Verschließen des Probenrohrs an seinem unteren Ende durch eine Verschlussplatte.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem Verfahren zur Probennahme von Weichsedimenten liegen einerseits in der Verwendung standardisierter Rohrschellen – so genannter Stauff-Schellen, welche im Vergleich zu herkömmlichen Systemen auf Quetschdichtungen, O-Ringe und ähnliche Bauteile verzichtet, was den Ein- und Ausbau beziehungsweise den Austausch wesentlich vereinfacht.
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Durch die konstruktive Gestaltung wird spezielles Werkzeug entbehrlich und bietet darüber hinaus die Möglichkeit schneller Gewichtswechsel. Daraus ergibt sich als Vorteil ein auf etwa ein Sechstel reduziertes Gewicht der Vorrichtung, was die Handhabbarkeit verbessert. Dadurch kann ein Einsatz auf kleineren Booten in bisher unzugänglichen Flachwasserbereichen für Probennahmen ermöglicht werden.
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Die Vermeidung von speziellen Werkzeugen im Zuge der Anwendung, eine geringer Wartungsaufwand sowie die Verwendung standardisierter Bauteile in Kombination mit dem relativ geringen Gewicht von max. 100 kg ist eine weiterer Vorteil der Vorrichtung.
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Durch das längere Rohr kann das Probenvolumen um etwa 50 Prozent gegenüber den herkömmlichen Systemen gesteigert werden. Zudem ermöglicht die Erfindung auch genauere Probennahmen.
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Ein weiterer Vorteil ist eine erhebliche Zeiteinsparung bei Vorbereitung und Abbau der Vorrichtung zur Probennahme.
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Ausführung der Erfindung
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Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierzu zeigt
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1 die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Zeitpunkt des Heraufholens des Probenrohrs in der Vorderansicht,
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2 eine Seitenansicht von 1,
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3 die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Zeitpunkt der Probennahme,
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4 Detailansicht eines Klapparms.
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Die Vorrichtung nach 1 und 2 besteht aus einer Grundplatte 1 mit zwei Haltevorrichtungen 9 und einer Schelle 13 mit einem Deckel 14, zwei Seitenblechen 2 mit einem Steg 11 und einer Anschlagöse 6 für die Aufhängung der Vorrichtung, zwei Klapparmen 3 mit Verlängerung 4 und einer dazwischen befindlichen Verschlussplatte 5.
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Die Grundplatte 1 ist mittig mit einer Öffnung in der Größe des aufzunehmenden Probenrohres 12 versehen. Mit der Grundplatte 1 sind rechts und links der Öffnung zwei Seitenbleche 2 verbunden. Die Seitenbleche 2 verjüngen sich zu ihrem oberen Ende hin trapezförmig und sind miteinander durch einen Steg 11 verbunden. An diesem Steg 11 ist mittig eine Anschlagöse 6 für die Aufhängung der Vorrichtung an einem Kran oder eine Winde vorgesehen. Die Anschlagöse 6 führt drehbar mit einem Bolzen durch eine mittige Öffnung im Steg 11 und wirkt an ihrem unteren Ende mit einer Verriegelungseinheit 10 zusammen. Die Verriegelungseinheit 10 besteht aus zwei ineinander greifende Scheiben, welche durch ihren Mittelpunkt hindurch mit der Anschlagöse 6 verbunden sind.
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Zwischen den Seitenblechen 2 ist auf der Grundplatte 1 oberhalb der Öffnung und mit der Grundplatte 1 verbunden eine Schelle 13 angeordnet. Die Schelle 13 ist beispielsweise eine Stauff-Schelle. Sie dient dazu, ein Probenrohr 12 aufzunehmen und für die Dauer der Probennahme festzuhalten. Das Probenrohr 12 ist ein beidseitig geöffneter Hohlzylinder aus einem üblichen Material, wie beispielsweise Plexiglas. Der Hohlzylinder ist an seinem oberen Ende mit einer Dichtfläche und an seinem unteren Ende mit einer 45° Schneide versehen. Mittig über der Schelle 13 und damit oberhalb des Probenrohrs 12 ist ein Deckel 14 mit Dichtfläche angeordnet. Der Deckel 14 ist mit einem Scharnier, rückfedernden Haltevorrichtungen und einem Drahtseil 15 verbunden.
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Oberhalb der Schelle 13 an der vorderen Seite der Seitenbleche 2 ist eine Verschlusseinheit für das untere Endes des Probenrohrs 12, bestehen aus zwei Klapparmen 3 mit einem Anschlag 16 und Verlängerungen 4 mit einer Verschlussplatte 5, angeordnet. Die Klapparme 3 sind über je eine Lagerung 7 an den Seitenblechen 2 beweglich angeordnet. Die Klapparme 3 bestehen, wie in 4 gezeigt, jeweils aus zwei, ineinander übergehende und fest verbundene Schenkel 31 und 32, wobei der erste Schenkel 31 von der Lagerung 7 bis zur hinteren, unteren Kante der Seitenbleche 2 führt und dann in den zweiten Schenkel 32 in einem Winkel von ca. 130 Grad übergeht und bis zur Mitte des Probenrohrs 12 reicht. Die unteren Enden der Klapparme 3 sind durch einen Anschlag 16 miteinander verbunden. Mittig im Anschlag 16 ist eine Drahtöse 8 für die Verriegelung vorgesehen.
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Die zweiten Schenkel 32 der Klapparme 3 sind mit einstellbaren Verlängerungen 4 verbunden. Am unteren Ende der Verlängerungen 4 ist zwischen diesen eine Verschlussplatte 5 für das Probenrohr 12 befestigt.
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Die Verlängerungen 4 können an den Klapparmen 3 je nach Länge von unterschiedlichen Probenrohren 12 eingestellt werden.
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Auf der Grundplatte 1 sind weiterhin rechts und links der Öffnung Haltevorrichtungen 9 für das Auflegen von Gewichten vorgesehen. Die Haltevorrichtungen 9 sind als Stehbolzen ausgebildet und haben an ihrem oberen Ende entweder einen Splintverschluss oder eine andere geeignete Vorrichtung zum Sichern der hier nicht weiter gezeigten Gewichte. Die Gewichte sind im Gegenzug mit einer Öffnung versehen, welche zur Aufnahme der Haltevorrichtung 9 dient. Um ein ungehindertes Eindringen des Probenrohres 12 in den Untergrund zu ermöglichen, wird eine dem Untergrund entsprechende Anzahl an Gewichten auf die Grundplatte 1 gebracht.
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3 zeigt den Zeitpunkt der Probennahme. Die Klapparme 3 mit ihren Verlängerungen 4 und der Verschlussplatte 5 sind in der Verriegelungseinheit 10 arretiert. Der Anschlag 16 wird in die Verriegelungseinheit 10 eingelegt. Ebenso befindet sich das Drahtseil 15 in der Drahtöse 8 des Anschlags 16, wodurch der Deckel 14 während der Probennahme geöffnet ist. Die Verriegelung erfolgt automatisch, indem das Eigengewicht der Vorrichtung auf die Anschlagöse 6 wirkt. Das Probenrohr 12 wird in das Wasser eingetaucht und kommt kurz vor dem Grund zum Halten. Damit Proben von Weichsedimenten genommen werden könne, darf es am Grund nicht zu Verwirbelungen kommen. Die Vorrichtung hat durch ihr geringes Eigengewicht, ihre Gestaltung und einem fast komplett geöffneten Stechrohr einen minimierten Wasserwiderstand. Bei einem langsamen Herablassen mittels eines Kranes oder einer Winde treten nur wenige oder gar keine Verwirbelungen am Grund auf. Das Probenrohr 12 wird nun weiter in den Grund getrieben, was im Wesentlichen durch das Eigengewicht der Vorrichtung erfolgt. Von Bedeutung für ein einwandfreies Arbeiten ist hier die vorherige Berechnung der Gewichte auf der Grundplatte 1 abhängig von der Beschaffenheit des Bodens. Von Vorteil ist in diesem Zusammenhang auch, dass das Probenrohr 12 eine Länge von ca. 80 cm und einen Innen-Durchmesser von 100 mm hat. So können Proben von 70 cm Höhe und 10 cm darüber liegenden Wasser mit der Flafileaschicht genommen werden. Es ist aber auch möglich, kürzere Probenrohre 12 mit dieser Vorrichtung zu benutzen, da durch die Verlängerungen 4 an den Klapparmen 3 die Länge einstellbar ist.
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Ist die Probennahme erfolgt (Auflage der Grundplatte), wird der Anschlag 16 gelöst, indem das Gewicht von der Anschlagöse 6 durch Absenken der Vorrichtung genommen wird. Der Deckel 14 verschließt mittels eines Rückholmechanismus (z.B. einer Rückholfeder oder einen Gummizug) das obere Ende des Probenrohres 12. So entsteht im Probenrohr 12 ein Unterdruck. Gleichzeitig senken sich die Klapparme 3 mit den Verlängerungen 4 und der Verschlussplatte 5. Die Probe wird nach oben geholt. Verlässt der untere Teil des Probenrohres 12 den Grund, verschließt die Verschlussplatte 5 das Probenrohr 12 an seinem unteren Ende. Dadurch kann die Probe sicher gehalten und anschließend vollständig eingeholt werden kann.
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Da es sich bei den vorhergehenden, detailliert beschriebenen Vorrichtung und dem Verfahren zur Probennahme von Weichsedimenten um Ausführungsbeispiele handelt, können sie in üblicher Weise vom Fachmann in einem weiten Umfang modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere können auch die konkreten Ausgestaltungen der Vorrichtung in anderer Form als in der hier beschriebenen folgen. Weiter schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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