-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur meeresgeologischen Probennahme, welche auch als Schwerelot bezeichnet wird.
-
Das Schwerelot ist ein Gerät zur Entnahme von Bodenproben aus unter Wasser befindlichen geologischen Formationen. Es besteht üblicherweise aus einem Gewichtssatz mit Gewichten von 1 bis 3 Tonnen, beispielsweise aus Blei oder Stahl. Die Gewichte werden über ein Rohr geschoben, so dass das in das Schwerelot eintretende Wasser nach oben hin abfließen kann. Unterhalb des Gewichtssatzes ist ein Stechrohr mit einem Rohradapter verbunden. An dem Rohradapter wird je nach Bauweise und Anwendung, beispielsweise der Beschaffenheit des Meeresbodens angepasst, ein 5 bis 20 Meter langes Stahlrohr von 6 bis 18 Zentimetern Durchmesser befestigt. Das Stahlrohr kann durch das Verbinden mit Muffen bis maximal 30 m Länge verlängert werden und so ein durchgehendes Rohr bilden. Das Stahlrohr hat in der Regel einen größeren Durchmesser als das Rohr für den Gewichtssatz. Ein Kernfänger am unteren Ende des Stahlrohrs verhindert, dass die Probe beim Heraufholen aus dem Schwerelot herausfällt. In das Stahlrohr wird ein Liner, beispielsweise aus PVC eingeschoben. Mit Hilfe des Liners wird der Sedimentkern nach der Beprobung ungestört aus dem Stahlrohr gezogen. Der Liner ist so lang wie das Stahlrohr und passt sich im Durchmesser genau in das Stahlrohr ein. Oberhalb des Gewichtsatzes kann das Schwerelot verschlossen werden.
-
Das Schwerelot wird zur Beprobung an einem Stahlseil zum Meeresboden abgesenkt und drückt sich durch sein eigenes Gewicht in den Grund. Das Sediment dringt in den Liner, wird durch den Kernfänger verschlossen und kann dann an Bord geholt werden. Der sedimentgefüllte Liner wird aus dem Stahlrohr gezogen und dann für die weitere Untersuchung aufbereitet.
-
In
DE 10346351 B3 wird eine Vorrichtung zur Probennahme in Gewässern unter sehr dicken Eisschichten, beispielsweise im Schelfbereich der antarktischen Meere, offenbart, welche durch sehr lange, enge Bohrungen im Eis bis auf den Grund abgesenkt und wieder geborgen werden muss. Dazu hat die Vorrichtung ein glattes, zylinderförmiges Aufnahmegehäuse, in welchem ein zentrales, gegen ein Führungsgehäuse abgedichtetes Kernrohr gelagert ist. Eine innenliegende obere Verschlussplatte hat einen Stopfen, welcher in eine obere Dichtung eingreift. Der Stopfen wird mittels Federkraft in die obere Dichtung gedrückt. Die Öffnung am Verschluss ist sehr kompliziert und zu eng, wodurch vor dem Stechrohr Stauwasser vor sich hergeschoben und sehr weiches Sediment weggedrückt wird.
-
Das deutsche Gebrauchsmuster
DE 20 2005 013 917 U1 beschreibt ein Bodenstechrohr mit oberseitigem federbelastetem Dichtverschluss, welcher als eine nach oben geschlossene Schraubkappe mit seitlichen Auslassöffnungen ausgeführt ist. In die seitlichen Auslassöffnungen werden federbelastete Dichtstopfen eingefügt, die durch Drehen der Schraubkappe die Auslassöffnungen verschließen. Bodenstechrohre werden in einem Gestell zu Wasser gelassen und können nicht als Schwerelot verwendet werden. Die Öffnungen zum Durchströmen des Wassers am Verschlusskopf sind zu klein, so dass Stauwasser vor dem Gerät entsteht und somit sehr weiches Sediment weggedrückt wird.
-
Der Nachteil des Standes der Technik ist, dass beim Eindringen in das Sediment der Gewichtsträger mit einsackt. Im Rohr des Gewichtssatzes verbleibt die Sediment-Oberfläche und muss später ausgespült und entsorgt werden. Eine mögliche Klappe am oberen Ende des Schwerelots nach dem Stand der Technik verhindert nur das Durchströmen des Wassers beim Hieven und damit ein Ausspülen der Probe, erzeugt aber keinen Unterdruck. Verschlüsse, wie sie in
DE 10346351 B3 und in
DE 20 2005 013 917 U1 beschrieben werden, sind zu kompliziert aufgebaut.
-
Weiterer Stand der Technik wird in
US 3295616 A offenbart. Ein Kernhalter (Liner) ist von unten in ein Leichtgewichtsrohr eingeschoben und wird dort durch eine Kupplungsanordnung mit Schraubengewinde gesichert, welches in den Kernhalter eingreift. In dem Rohr ist für den Zweck der Verhinderung des Auswaschens des Kerns während des Heraufziehens der Vorrichtung ein Ventil in dem Rohr montiert.
-
Ähnliche Anordnungen sind aus den Patentveröffentlichungen
US 2807439 A ,
US 3372760 A ,
US 3561546 A ,
US 3078931 A ,
US 3313357 A ,
US 2318062 A ,
US 3180438 A und
US 3095050 A bekannt. Es werden verschiedene Ausführungen gezeigt, die grundsätzlich aus einem Mantelrohr und einem darin befindlichen und nach der Probennahme entfernbaren Liner für die Probe bestehen. Ein Ventil ist in der Regel oberhalb des Mantelrohres angebracht, um beim Absenken der Probennehmer überschüssiges Wasser entweichen zu lassen und beim Hieven die Probe durch einen Unterdruck im Liner fest zu halten.
-
Bei den offenbarten Lösungen in
US 3139945 A ,
US 3299969 A und
US 1655644 A , welche sich auch aus einem Mantelrohr und einem darin befindlichen Liner zusammen setzen, werden kappenförmigen Ventilteile am äußeren Umfang des Mantelrohrs befestigt.
-
Darstellung der Erfindung
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache Vorrichtung zu schaffen, welche das Schwerelot zuverlässig abdichtet, so dass beim Heraufholen ein Unterdruck im Liner entsteht und damit eine Entlastung des Kernfängers und ein besserer Probenhalt im Rohr ermöglicht wird.
-
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausführungsformen der Vorrichtung.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur meeresgeologischen Probennahme besteht aus einem senkrecht ausgerichteten, zylindrischen Mantelrohr, in welchem ein Kernrohr in Form eines Liners angeordnet ist. Das Mantelrohr ist mit einer automatischen Verschlusseinrichtung und einem Gewichtssatz, welcher auf die obere Hälfte des Mantelrohrs geschoben ist, verbunden. Die Verschlusseinrichtung, welche auf das obere Ende des Mantelrohrs geschoben wird, enthält einen Dichtungsverschluss, welcher als ein kappenartiges, mit einer durchgehenden, verschließbaren axialen Öffnung versehenes Formteil ausgeführt ist und oberhalb des Gewichtssatzes einerseits an der Außenwand des Mantelrohrs direkt anliegt und andererseits an der Innenwand des in dem Mantelrohr angeordneten Liners dichtend anliegt.
-
Der Dichtungsverschluss besteht aus einer umlaufenden äußeren Wand und einer umlaufenden inneren Wand, die einseitig durch einen umlaufenden Steg miteinander verbunden sind. Zwischen der äußeren und der inneren Wand wird somit ein Raum für die Aufnahme des Mantelrohrs und des Liners gebildet. Der Dichtungsverschluss ist mit einer einseitig auf dem Steg beweglich angeordneten, runden Unterdruckklappe verbunden, sodass die axiale Öffnung beim Hieven der Vorrichtung dichtend verschlossen wird.
-
In einer Ausführungsform weist der Steg auf seiner Oberseite in Richtung der durchgehenden axialen Öffnung einen umlaufenden, mit dem Steg fest verbundenen Dichtkranz auf.
-
In einer Ausführungsform ist die Unterdruckklappe auf ihrer zum Steg zeigenden Seite teilweise ringförmig oder auch vollständig mit einem elastischen und gleichzeitig dichtenden Material versehen.
-
Eine weitere Ausführungsform hat in der inneren Wand in Richtung Aufnahme an ihrem unteren Rand eine Ringnut eingearbeitet, in welcher ein umlaufender Dichtring angeordnet ist.
-
In einer Ausführungsform ist das Mantelrohr fest mit einem umlaufenden Halteflansch verbunden, auf dem der Gewichtssatz aufliegt und mit diesem kraftschlüssig verbunden ist.
-
Der Liner wird durch die komplette Länge des Gewichtssatzes geführt.
-
Es können Mantelrohre verschiedener Längen und unterschiedlicher Durchmesser mit einem Gewichtssatz versehen werden, wenn die axiale Bohrung im Gewichtssatz an den größtmöglichen Durchmesser des Mantelrohrs angepasst ist. Zur Stabilisierung kann der Gewichtssatz auch am oberen Ende am Mantelrohr gesichert werden.
-
Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist es, dass eine Mitnahme der Oberfläche bei der Weichsedimentbeprobung und somit die Gewinnung einer durchgehenden kompletten Probe in Weichsedimenten per Schwerelot ermöglicht wird.
-
Ausführung der Erfindung
-
Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierzu zeigt
-
1 das erfindungsgemäße Schwerelot in einer schematischen Darstellung,
-
2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Dichtungsaufsatzes,
-
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Dichtungsaufsatzes und
-
4 eine Detailzeichnung für die Ausführung eines Anschlags.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur meeresgeologischen Probennahme nach 1, im Folgenden als Schwerelot bezeichnet, besteht aus einem Kopfteil, welches aus einem Dichtungsverschluss 10 und einem Anschlag 6 zum Hieven der Vorrichtung besteht, einem Gewichtssatz 1 mit einem oder mehreren Gewichten, einem beim Absenken senkrecht ausgerichteten Mantelrohr 2, beispielsweise aus Stahl, mit einem Kernfänger 3 und einem Kernrohr, z.B. aus PVC, welcher nachfolgend als Liner 4 bezeichnet wird. Das Kopfteil ist hier als das obere Ende und der Kernfänger 3 als das untere Ende des Schwerelots definiert.
-
Der Gewichtssatz 1 ist mit einer axialen Bohrung 8 versehen, welche dem Durchmesser des Mantelrohres 2 angepasst ist. Der Gewichtssatz 1 kann ein oder mehrere Gewichte beinhalten. Das Mantelrohr 3 wird durch den Gewichtssatz 1 durchgeführt und steht am oberen Ende ca. 10 cm über den Gewichtssatz 1. Eine über dem Umfang umlaufende Halteflansch 5 in Form einer Manschette mit mindestens vier Bohrungen 701 in axialer Richtung ist mit dem Mantelrohr 2 fest verbunden. Die Halteflansch 5 ist ca. in der Mitte der Längsachse des Mantelrohres 2 angeordnet. Der Gewichtssatz 1 liegt am oberen Ende des Mantelrohres 2 auf der Halteflansch 5 auf und wird dort mittels Bolzen oder Schrauben 7 fixiert. Der Liner 4 wird in das Mantelrohr 2 geschoben und hat die gleiche Länge wie das Mantelrohr 2. Der Kernfänger 3, beispielsweise ein so genannter Apfelsinenverschluss, ist am unteren Ende des Mantelrohres 2 angebracht, so dass Mantelrohr 2 und Liner 4 beim Hieven verschlossen sind. Der Anschlag 6 ist am oberen Ende mit dem Gewichtssatz 1 verbunden.
-
Das Kopfteil, welches auf das Mantelrohr 2 aufgesetzt und dort kraftschlüssig verbunden wird, besteht aus einem Dichtungsverschluss 10 und einem hier nicht weiter dargestellten Haltegriff. Das Kopfteil kann beispielsweise auf dem Mantelrohr 2 verschraubt oder vernagelt werden. Der Dichtungsverschluss 10 enthält eine automatisch wirkende Verschlusseinrichtung. Er ist als ein kappenartiges, mit einer durchgehenden axialen Öffnung 110 versehenes Formteil ausgeführt, welches aus einer umlaufenden äußeren Wand 101 und einer umlaufenden inneren Wand 102 besteht. Einseitig sind die äußere Wand 101 und die innere Wand 102 einseitig durch einen umlaufenden Steg 103 miteinander verbunden, so dass im Querschnitt ein auf dem Kopf stehendes U-Profil gebildet wird. Die innere Wand 102 kann etwas kürzer, länger oder gleich lang als die äußere Wand 101 sein. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die innere Wand 102 etwas kürzer als die äußere Wand 101. Der Raum zwischen der äußeren Wand 101 und der inneren Wand 102 dient der Aufnahme 104 des Mantelrohrs 2 mit eingeschobenen Liner 4. In die innere Wand 102 in Richtung Aufnahme 103 und von ihrem unteren Rand 111 beabstandet ist eine Ringnut 105 eingearbeitet, welche einen umlaufenden Dichtring 106 aufnimmt. Wird der Dichtungsverschluss 10 auf das Mantelrohr 2 inklusive Liner 4 geschoben und dort von außen arretiert, ist automatisch der Liner 4 gegenüber der Umgebung abgedichtet. Der in Richtung innere Wand 102 und somit in Richtung der durchgehenden axialen Öffnung 110 liegende Rand des umlaufenden Steges 103 ist mit einem umlaufenden Dichtkranz 107 versehen. Auf dem Dichtungsverschluss 10 ist eine runde Unterdruckklappe 108 durch ein Scharnier 109 mit diesem verbunden. Die Unterdruckklappe 108 ist auf ihrer zum Steg 103 zeigenden Seite vollständig mit einer elastischen Masse vergossen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass die elastische Masse lediglich am äußeren unteren Rand der Unterdruckklappe 108 angeordnet ist. Die Unterdruckklappe 108 öffnet sich automatisch durch das durchströmende Wasser beim Absenken (Fieren) der Vorrichtung auf den Meeresboden. Wird die Vorrichtung heraufgeholt schließt sich die Unterdruckklappe 108 ebenso automatisch durch ihr Eigengewicht. Beim Schließen der Unterdruckklappe 108 drückt sich der Dichtkranz 107 in die elastische Masse, wodurch beim Hieven die Vorrichtung vakuumdicht verschlossen wird und im Liner 4 ein Unterdruck entsteht. Dadurch bleibt die komplette Sedimentprobe erhalten.
-
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Dichtungsverschlusses 10 im geschlossenen Zustand und mit Haltegriff 112. Hier ist die innere Wand 102 etwas länger als die äußere Wand 101 ausgeführt. Die Unterdruckklappe 108 ist beweglich am Haltegriff 112 befestigt. Der umlaufenden Dichtkranz 107 ist direkt an dem inneren Rand des Steges 103 angeformt.
-
Der Anschlag 6 wird in einer Detailzeichnung in 4 dargestellt. Diese Ausführung stellt lediglich ein Beispiel dar. Der Anschlag 6 wird am Gewichtssatz 1 mittels Bolzen 601 beweglich befestigt. Dadurch kann der Anschlag 6 beim Anbringen des Dichtungsverschlusses 10 umgelegt werden. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Gewichtssatz 1 nach oben hin verjüngt und mit zwei Bohrungen 602 für die Aufnahme der Bolzen 601 versehen. Der Anschlag 6 kann aber ebenso über den gesamten Durchmesser des Gewichtssatzes 1 befestigt werden.
-
Da es sich bei der vorhergehenden, detailliert beschriebenen Vorrichtung zur meeresgeologischen Probennahme, kurz Schwerelot, um ein Ausführungsbeispiel handelt, kann es in üblicher Weise vom Fachmann in einem weiten Umfang modifiziert werden. Insbesondere können auch die konkreten Ausgestaltungen des Dichtungsverschlusses 10 in anderer Form als in der hier beschriebenen folgen. Ebenso kann die Anbringung der Unterdruckklappe 108 und deren Betätigung in einer anderen Form ausgestaltet werden, wenn dies aus Platzgründen bzw. designerischen Gründen notwendig ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Gewichtssatz
- 2
- Mantelrohr
- 3
- Kernfänger
- 4
- Liner
- 5
- Halteflansch
- 6
- Anschlag
- 601
- Bolzen für den Anschlag 6
- 602
- Bohrung für den Bolzen 601
- 7
- Bolzen oder Schrauben
- 701
- Bohrungen im Halteflansch 5
- 8
- axialen Bohrung im Gewichtssatz 1
- 10
- Dichtungsverschluss
- 101
- umlaufende äußere Wand des Dichtungsverschlusses 10
- 102
- umlaufende innere Wand des Dichtungsverschlusses 10
- 103
- umlaufender Steg
- 104
- Aufnahme
- 105
- Ringnut
- 106
- umlaufender Dichtring
- 107
- umlaufender Dichtkranz
- 108
- Unterdruckklappe
- 109
- Scharnier
- 110
- durchgehende axiale Öffnung des Dichtungsverschlusses 10
- 111
- unterer Rand der inneren Wand 102
- 112
- Haltegriff
