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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entnahme von Bodenproben aus einem Bohrloch mit einem Bohrrohr, wobei die Vorrichtung mindestens ein Probeentnahmerohr und mindestens einen Seilzug mit mindestens einem Zugseil zum Herablassen und Heraufholen des Probeentnahmerohres aufweist, wobei die Vorrichtung mindestens eine Verkeileinrichtung zum Verkeilen der Vorrichtung in dem Bohrrohr aufweist, die zumindest abschnittsweise in dem Bohrrohr angeordnet ist, wobei das Probeentnahmerohr zumindest abschnittsweise von dem Bohrrohr umgeben ist, wobei die Vorrichtung mindestens einen Kolben aufweist, der zumindest abschnittsweise in dem Probeentnahmerohr verschiebbar angeordnet ist.
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Vorrichtungen der eingangs genannten Art sind bekannt und kommen vielfach bei der Entnahme von Bodenproben zum Einsatz. Die Entnahme von Bodenproben, insbesondere die unbeeinflusste Bodenprobenentnahme ist Voraussetzung für die realitätsnahe Vorhersage von Eigenschaften der betrachteten Bodenbereiche, beispielsweise für deren Nutzungseigenschaften. Insbesondere kommen hierbei Tiefenbohrungen zum Einsatz, wobei aus dem Bohrloch anschließend Material mit einem Bodenentnahmegerät unterhalb des Bohrers oder aus dem Hohlraum innerhalb des Bohrers entnommen wird. Dieses Bodenmaterial wird bei der Entnahme horizontal komprimiert und seitlich durch Reibung in seiner Morphologie gestört. Problematisch ist hierbei insbesondere die Kompression der Bodenprobe, da beispielsweise bei Tragfähigkeitsuntersuchungen die exakte Zuordnung in der Tiefe und somit auswertbare Tiefeninformationen verloren geht. Zusätzlich kommen häufig bei der Entnahme hydraulische Maschinenkomponenten zum Einsatz, die ökologisch problematisch sein können, denn gerade bei der Bodenprobenentnahme in tieferen Erdschichten ist eine kontaminationsfreie Entnahmemethode sicherzustellen. Beispielsweise ist aus der
DE 10 2012 215 628 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Probeentnahme von Weichsedimenten bekannt. Hierbei erfolgt die Probenentnahme mit einem Probenrohr, das Mittel zur Verschließung des oberen und unteren Endes des Probenrohrs und eine Aufhängung zum Absenken und Anheben des Probenrohres aufweist. Als Aufhängung ist eine Anschlagsöse angeordnet, die über eine Verriegelungseinheit gleichzeitig mit den Mitteln zum Verschließen des unteren Endes des Probenohrs und den Mitteln zum Verschließen des oberen Endes des Probenrohrs in Verbindung steht.
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Des Weiteren ist aus der
DD 1 41 069 A1 eine Vorrichtung zur Entnahme von Bohrproben bekannt. Hierbei ist in einem Mantelrohr eine konische Hülse vorgesehen, über die ein Folienschlauch gestreift wird. Der Folienschlauch wird durch einen Stopfen mit einem Ventil an einem Ende verschlossen. An der offenen Seite ist eine in Sektoren geteilte, mit Verstärkungen versehene Gummilamelle angeordnet, die von einem weiteren Folienschlauch allseitig abgedeckt wird.
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Beispielsweise ist aus der
DE 10 2011 085 192 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Probeentnahme unter Erhalt eines am Probeentnahmeort herrschenden Druckes bekannt. Das Autoklav-Probenahmegerät weist ein sich schließendes Druckkammermodul zur Aufnahme der Probe auf, wobei das Druckkammermodul zum Heben der Probe in einem Probenhub mit einem Hubmodul in Verbindung steht. Hierzu weist das Probenahmegerät ein Auslösemodul und ein Druckregulierungsmodul auf, wobei das Auslösemodul zum Auslösen des Probehubes auf das Hubmodul einwirkt und das Druckregulierungsmodul nach dem Probenhub zur Beeinflussung eines Druckes im Druckkammermodul zumindest druckseitig mit dem Druckkammermodul gekoppelt ist.
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Zudem ist in der
US 4 050 512 A ein hubbetätigtes Prüfwerkzeug für Bohrlöcher beschrieben. Hierbei weist das Prüfwerkzeug eine innere rohrförmige Struktur auf, die einen mittigen Strömungskanal bildet. Zudem weist das Prüfwerkzeug eine äußere röhrenförmige Struktur auf, die die innere röhrenförmige Struktur umgibt, wobei die röhrenförmigen Strukturen eine begrenzte Längsrelativbewegung zueinander ausführen können und zwischen sich eine in Längsrichtung verlaufende ringförmige Probekammer ausbilden. Weiterhin ist eine Ventileinrichtung am unteren Ende der Probekammer vorgesehen, die im geöffneten Zustand einen Teil des in dem mittigen Strömungskanal aufwärts fließenden Strömungsmittels aufnehmen kann und eine Ventileinrichtung an oberen Ende der Probenkammer, die im geöffneten Zustand beim Füllen der Probekammer überschüssiges Strömungsmittel aus der Probenkammer in den mittigen Strömungskanal zurückführt. Die Probenkammer wird geöffnet und geschlossen durch eine auf eine vorbestimmte Relativlängsbewegung der röhrenförmigen Struktur ansprechende Ventilbetätigungseinrichtung.
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Weiterhin wird in der
US 2 555 275 A ein Kernbohrgerät beschrieben, das eine Kerntrommel zur Aufnahme einer Kernprobe des Materials aufweist. Innerhalb der Trommel ist ein Instrument zur Aufzeichnung der Richtung und Zeitrate der Bewegung der Kernprobe in die Trommel angeordnet. Das Instrument umfasst einen äußeren Hohlzylinder und einen Uhrmechanismus im Boden des äußeren Zylinders. Weiterhin umfasst die Vorrichtung einen inneren Hohlzylinder, der konzentrisch mit dem äußeren Hohlzylinder angeordnet ist, wobei der äußere Zylinder eine Skala aufweist, die an der Innenwand befestigt ist. Der innere Zylinder ist mit dem Uhrmechanismus verbunden, so dass dieser relativ zum äußeren Zylinder rotiert. Zudem weist die Vorrichtung einen ersten und einen zweiten Zahnradzug auf, wobei der erste Zahnradzug eine Rolle und eine Verbindungskette mit einem Schreiber für das Diagramm aufweist. Der Schreiber wirkt vertikal auf dem Diagramm in Abhängigkeit von der vertikalen Bewegung des äußeren Zylinders zu dem Diagramm.
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Zudem ist aus der
US 4 518 051 A ein perkussionsbetätigtes Probeentnahmegerät zum Einsatz in einem Bohrstrang bekannt. Das Probeentnahmegerät weist eine Kerntrommel auf, die in den Bohrstrang eingesetzt und frei darin bewegbar ist. Mit der Kerntrommel ist eine hydraulische Perkussionsvorrichtung verbunden, die ebenso in den Bohrstrang eingesetzt und frei darin beweglich ist. Die Vorrichtung weist eine Bohrlochturbine auf, um die Kerntrommel aus dem Ende des Bohrstranges in das Material zu treiben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur Entnahme von Bodenproben aus einem Bohrloch vorzuschlagen, mit der eine einfache, kontaminationsfreie und nicht komprimierende Entnahmemethode ermöglicht wird.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Bei einer Vorrichtung zur Entnahme von Bodenproben aus einem Bohrloch mit einem Bohrrohr, wobei die Vorrichtung mindestens ein Probeentnahmerohr und mindestens einen Seilzug mit mindestens einem Zugseil zum Herablassen und Heraufholen des Probeentnahmerohres aufweist, wobei die Vorrichtung mindestens eine Verkeileinrichtung zum Verkeilen der Verkeileinrichtung in dem Bohrrohr aufweist, die zumindest abschnittsweise in dem Bohrrohr angeordnet ist, wobei die Vorrichtung zumindest abschnittsweise von dem Bohrrohr umgeben ist, wobei die Vorrichtung mindestens einen Kolben aufweist, der zumindest abschnittsweise in den Probeentnahmerohr verschiebbar angeordnet ist, ist erfindungswesentlich vorgesehen, dass das Probeentnahmerohr eine Verbindung zu mindestens einem Zugseil des Seilzuges aufweist, dass der Kolben mindestens eine Seilumlenkung für das mit dem Probeentnahmerohr verbundene Zugseil aufweist, dass der Kolben eine starre Verbindung zu der Verkeileinrichtung aufweist, dass die Vorrichtung einen oberen Zugpunkt zur Befestigung an einer externen Zugeinrichtung aufweist, dass mit dem oberen Zugpunkt mindestens eine obere Seilumlenkung verbunden ist, dass die mindestens eine obere Seilumlenkung über das Zugseil mit einer oberhalb der Verkeileinrichtung angeordneten Seilumlenkung verbunden ist, dass zwischen der der Verkeileinrichtung zugeordneten Seilumlenkung und der Verkeileinrichtung eine Verbindungsstange angeordnet ist, dass an der Verbindungsstange ein Anschlussstück zur Aufnahme mindestens eines Probeentnahmerohres beweglich gelagert angeordnet ist, und dass die dem Zugpunkt zugeordneten Seilumlenkungen, die der Verkeileinrichtung zugeordnete Seilumlenkung, die an dem Kolben angeordneten Seilumlenkungen und das Anschlussstück mit einem Zugseil miteinander verbunden sind.
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Die Vorrichtung weist ein Bohrrohr auf, mit dem ein Bohrloch in das Erdreich eingebracht wird. Beispielsweise kann das Bohrrohr einen Durchmesser von 113 mm aufweisen und das Bohrrohr kann auf verschiedene Weisen in das Erdreich eingebracht werden. Das Bodenmaterial kann auf unterschiedliche Weisen aus dem Bohrrohr entnommen werden. Bei Erreichen der Bohrtiefe, aus der eine Bodenprobe entnommen werden soll, kann die Vorrichtung zur Entnahme von Bodenproben in das Bohrrohr eingeführt werden. Zur Entnahme einer Bodenprobe aus dem Bohrrohr weist die Vorrichtung ein Probeentnahmerohr auf, wobei das Probeentnahmerohr einen geringeren Durchmesser als das Bohrrohr aufweist. Zum Einbringen des Probeentnahmerohres in das Erdreich weist die Vorrichtung eine Verkeileinrichtung auf. Diese Verkeileinrichtung ist zum Verkeilen bzw. zum Verklemmen in dem Bohrrohr vorgesehen. Durch das Verkeilen ist ein fester Halt, also eine feste Positionierung, der Vorrichtung in dem Bohrrohr gegeben, so dass eine Aufwärtsbewegung oder eine Abwärtsbewegung der Vorrichtung zumindest während der Verkeilung unterbunden ist. Die Vorrichtung weist mindestens einen Kolben auf, der in dem Probeentnahmerohr verschiebbar angeordnet ist. Insbesondere ist das Probeentnahmerohr relativ zu dem Kolben verschiebbar. Zudem ist der Kolben über eine starre Verbindung, die beispielsweise als eine Verbindungsstange ausgeführt ist, mit der Verkeileinrichtung verbunden. Die Vorrichtung weist einen Seilzug auf, der mindestens ein, insbesondere ein, Zugseil aufweist. Das Zugseil kann beispielsweise über Seilumlenkungen zur Richtungsumlenkung geführt sein. Beispielsweise kann es sich bei den Seilumlenkungen um Umlenkrollen oder Ähnliches handeln. Das dem Boden abgewandte Ende des Probeentnahmerohres ist mit mindestens einem Ende des Zugseil verbunden. Der Kolben weist Seilumlenkungen für das Zugseil auf, wobei das Zugseil mit dem dem Boden abgewandten Ende des Probeentnahmerohres verbunden ist. Beispielsweise kann das Probeentnahmerohr an seinem oberen Ende einen Befestigungspunkt für das Zugseil aufweisen. Vom Boden aus gesehen ist das dem Boden abgewandte Ende des Probeentnahmerohres, also das obere Ende des Probeentnahmerohres, vor dem Entnehmen der Bodenprobe oberhalb des Kolben angeordnet. Der Kolben ist vorzugsweise vor der Entnahme der Bodenprobe im Bereich des unteren Endes des Probeentnahmerohrs angeordnet. Durch einen Zug an dem Seilzug in Richtung der Erdoberfläche wird das obere Ende des Probeentnahmerohres dem Kolben angenähert, das Probeentnahmerohr also nach unten bewegt. Da der Kolben eine starre Verbindung zu der verkeilten Verkeileinrichtung aufweist und somit die Position des Kolbens im Bohrrohr festgelegt ist, wird das Probeentnahmerohr in das Erdreich eingetrieben. Vorzugsweise liegt vor dem Einbringen des Probeentnahmerohres in das Erdreich der Kolben auf dem Erdreich unterhalb der Erdoberfläche auf. Die Vorrichtung weist einen oberen Zugpunkt zur Befestigung an einer externen Zugeinrichtung auf, mit dem oberen Zugpunkt sind obere Seilumlenkungen verbunden, die oberen Seilumlenkungen sind über das Zugseil mit einer oberhalb der Verkeileinrichtung angeordneten Seilumlenkung verbunden und zwischen der der Verkeileinrichtung zugeordneten Seilumlenkung und der Verkeileinrichtung ist eine Verbindungsstange angeordnet. Als externe Zugeinrichtung kann beispielsweise ein Kran, eine Seilwinde oder Ähnliches eingesetzt werden, um die Vorrichtung in das durch das Bohrrohr erzeugte Bohrloch herabzulassen. Der obere Zugpunkt kann beispielsweise durch eine Öse, insbesondere durch eine Ringöse, ausgebildet sein. Vorzugsweise sind an dem oberen Zugpunkt zwei Seilumlenkungen angeordnet. Die Seilumlenkungen können beispielsweise als Umlenkrollen oder Ähnliches ausgebildet sein. Vorzugsweise sind die Umlenkrollen so an dem oberen Zugpunkt angeordnet, dass deren Befestigungen dem Probeentnahmerohr abgewandt sind und die Rollen dem Probeentnahmerohr zugewandt sind. Oberhalb der Verkeileinrichtung ist eine obere Seilumlenkung angeordnet. Zwischen der der Verkeileinrichtung zugeordneten Seilumlenkung und der Verkeileinrichtung ist eine starre Verbindungsstange angeordnet, so dass die Verkeileinrichtung und die Seilumlenkung eine feste Verbindung aufweisen. Somit kann das Seil über die oberen, dem Zugpunkt zugeordneten Seilumlenkungen, über die der Verkeileinrichtung zugeordnete Seilumlenkung und über die mit dem Kolben verbundenen Seilumlenkungen geführt sein und mit den oberen Ende des Probeentnahmerohres, also dem erdbodenabgewandten Ende, verbunden sein. Insbesondere sind dem Zugpunkt zwei Seilumlenkungen zugeordnet und auch dem Kolben sind zwei Seilumlenkungen zugeordnet, so dass ein symmetrischer Verlauf der Zugseilführung ermöglicht ist. Hierbei kann insbesondere das Zugseil mit beiden Enden mit dem Probeentnahmerohr verbunden sein, wobei das Seil ausgehend von der einen Verbindungsstelle über die erste Seilumlenkung des Kolbens, über die erste Seilumlenkung des Zugpunktes, über die oberhalb der Verkeileinrichtung angeordneten Seilumlenkung, über die zweite dem Zugpunkt zugeordnete Seilumlenkung, über die zweite am Kolben befestigte Seilumlenkung geführt sein, wobei das zweite Ende des Zugseils wieder an dem Probeentnahmerohr befestigt ist.
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An der Verbindungsstange ist ein Anschlussstück zur Aufnahme mindestens eines Probeentnahmerohres beweglich gelagert. Durch Zug an dem Zugseil wird das Probeentnahmerohr in das Erdreich, aus dem eine Bodenprobe zu entnehmen ist, eingetrieben. Der Kolben, der in dem Probeentnahmerohr geführt ist, weist eine starre Verbindung zu der Verkeileinrichtung auf. Zum Eintreiben des Probeentnahmerohres in das Erdreich wird das Probeentnahmerohr über das Zugseil nach unten gezogen. Da sich während des nach unten Ziehens, also während des Eintreibens des Probeentnahmerohres, der Kolben und die Verkeileinrichtung an einem festen Ort befinden, also stationär sind, muss das Probeentnahmerohr beweglich auf der Verbindungsstange gelagert sein. Das Probeentnahmerohr wird von einem auf der Verbindungsstange beweglich gelagerten Anschlussstück aufgenommen. Das Anschlussstück kann zumindest abschnittsweise zylindrisch ausgeführt sein und beispielsweise ein Schraubgewinde oder einen Bajonettanschluss zur Aufnahme des Probeentnahmerohres aufweisen. Das Probeentnahmerohr kann ein entsprechendes Gegenstück oder einen Abschnitt aufweisen, der zur Aufnahme in das Anschlussstück geeignet ist.
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Die dem Zugpunkt zugeordneten Seilumlenkungen, die der Verkeileinrichtung zugeordnete Seilumlenkung, die an dem Kolben angeordneten Seilumlenkungen und das Anschlussstück sind mit einem Zugseil miteinander verbunden. Die Führung des Zugseils erfolgt ausgehend von einer Befestigung an dem Anschlussstück des Probeentnahmerohes über eine erste an dem Kolben angeordnete Seilumlenkung, durch eine Öffnung in dem Löseelement, über eine erste an dem Zugpunkt befestigte Seilumlenkung, über eine obere der Verkeileinrichtung zugeordnete Seilumlenkung, über eine zweite an dem Zugpunkt angeordnete Seilumlenkung, durch eine zweite Öffnung in dem Löseelement und über eine zweite am Kolben angeordnete Seilumlenkung zu einer zweiten Befestigung des Zugseil an dem Anschlussstück für das Probeentnahmerohr. Beide Enden des Zugseils sind somit mit dem Anschlussstück verbunden. Durch diese Führung des Zugseils ist durch einfachen Zug am Zugpunkt, beispielsweise durch eine externe Zugeinrichtung, ein Eintreiben des Probeentnahmerohres in das Erdreich und ein Lösen der Verkeileinrichtung durch die Mitnehmer am Zugseil und somit das Anheben der Löseplatte ermöglicht.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Verkeileinrichtung mindestens einen Keilkörper auf, der mindestens eine Keilkörper ist in Richtung der Innenwandung des Bohrrohres verschiebbar gelagert und der mindestens eine Keilkörper ist durch eine Keilführung geführt. Die Verkeileinrichtung weist mindestens einen Keilkörper, vorzugsweise zwei oder auch mehr Keilkörper auf. Bei den Keilkörpern kann es sich insbesondere um flächig ausgebildete plattenartige Körper handeln, die Anlagepunkte zur Anlage an der Innenwandung des Bohrers aufweisen. Bei den Anlagepunkten kann es sich beispielsweise um zackenartig ausgeführte Vorsprünge an den Keilkörpern handeln, durch die sich die Keilkörper an der Innenwandung des Bohrrohres festkrallen können. Bei der Verwendung von einem Keilkörper kann dieser beispielsweise zwei Seitenflächen aufweisen, die Anlagepunkte aufweisen können. Des Weiteren können auch mehrere Keilkörper miteinander verbunden sein. Die Keilführung kann beispielsweise plattenartig ausgebildet sein und der Querschnitt der Keilführung ist vorzugsweise zumindest abschnittsweise kreisrund ausgeführt und kann Aussparungen aufweisen. In die Aussparungen können die Keilkörper zumindest abschnittsweise eingeführt werden. Hierbei steht vorzugsweise die von der Keilführung aufgespannte Ebene senkrecht zu den von den Keilkörper auf gespannten Ebenen.
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In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Keilkörper zumindest abschnittsweise flächig ausgebildet, die Keilkörper weisen jeweils mindestens einen Anlagepunkt zur Anlage an die Innenwandung des Bohrrohres auf, die Keilkörper weisen jeweils mindestens eine dem mindestens einen Anlagepunkt gegenüberliegende Gegenlage auf, die Gegenlagen weisen jeweils einen schrägen Verlauf in Bezug zur Innenwandung des Rohres auf und die Gegenlagen sind jeweils durch eine Aussparung in dem Keilführungskörper geführt. Die Keilkörper sind vorzugsweise flächig ausgebildet und weisen zumindest eine im Wesentlichen gerade ausgebildete Kante zur Anlage an die Innenwandung des Bohrrohres auf. An dieser geraden Kante können Anlagepunkte zur Anlage an der Innenwandung des Bohrrohres angeordnet sein. Beispielsweise können die Anlagepunkte in Form von zackenartigen Vorsprüngen in der von dem flächigen Keilkörper aufgespannten Ebene ausgebildet sein. Der geraden Kante mit den angeordneten Anlagepunkten gegenüberliegend ist eine Gegenlage angeordnet, die im Bezug zur Wandung des Bohrrohres einen schrägen Verlauf aufweist. Vorzugsweise weist die Gegenlage an ihrem dem Probeentnahmerohr zugewandten Ende, also dem bei der Verwendung oberen Ende, einen geringeren Abstand zur Innenwandung des Bohrrohres als an ihrem dem Zugpunkt zugewandten Ende, also dem bei der Verwendung unteren Ende, auf. Die Keilführung ist vorzugsweise flächig ausgebildet und kann an die Form und die Größe des inneren Querschnittes des Bohrrohres angepasst sein. Insbesondere kann die Keilführung im Wesentlichen kreisrund ausgebildet sein und einen leicht geringeren Durchmesser als der Innendurchmesser des Bohrrohres aufweisen. Zur Führung der flächig ausgebildeten Keilkörper weist die Keilführung Aussparungen an ihrem Randbereich auf, in die die Keilkörper abschnittsweise aufgenommen werden können. Insbesondere können sich die Aussparungen radial vom äußeren Umfang der Keilführung ausgehend in Richtung des Mittelpunktes der Keilführung erstrecken. Die Breite der Aussparungen ist hierbei insbesondere an die Dicke, also an die Materialstärke der Keilkörper angepasst. Die jeweils von den Keilkörpern aufgespannten Ebenen stehen senkrecht zu der von der Keilführung aufgespannten Ebene. Die Keilkörper werden mit der Gegenlage in Richtung der senkrecht zur Ebene der Keilführung stehenden Symmetrieachse der Keilführung in die Aussparungen eingefügt. Durch eine relative Verschiebung der Keilkörper zur Keilführung werden die Keilkörper durch die schräg verlaufende Gegenlage nach innen, also in Richtung des Mittelpunktes der Keilführung oder nach außen, also vom Mittelpunkt der Keilführung weg, geführt. Durch diese Führung ist eine Annäherung bzw. Anlage der Keilkörper an die Innenwandung des Bohrrohres oder eine entsprechende Bewegung in die Gegenrichtung ermöglicht. Durch die relative Bewegung der Keilführung zu den Keilkörper von kann es somit zu einem Verklemmen bzw. Verkeilen der Keilkörper in dem Bohrrohr, sowie durch eine relative Bewegung in die Gegenrichtung zu einem Lösen der Keilkörper und somit zu einem Lösen der Verkeileinrichtung kommen.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist oberhalb der Keilkörper mindestens ein Gewichtskörper angeordnet und der Gewichtskörper ist verschiebbar auf der Verbindungsstange gelagert. Zur Herstellung einer Klemmverbindung zwischen der Verkeileinrichtung und dem Bohrrohr wird die Keilführung nach oben bewegt, so dass die Keilkörper in Richtung der inneren Wandung des Bohrrohres bewegt werden und zu dieser in Anlage gebracht werden. Um die Verklemmung der Keilkörper mit dem Bohrrohr zu unterstützen, ist oberhalb der Keilkörper ein Gewichtskörper angeordnet. Der Gewichtskörper kann beispielsweise zylindrisch ausgeführt sein und vorzugsweise im Bereich seiner Symmetrieachse beweglich gelagert auf der Verbindungsstange angeordnet sein. Bei einem Aufwärtshub der Keilführung werden die Keilkörper zwischen der Keilführung und der Innenwandung des Bohrrohres verklemmt, wobei der Gewichtskörper auf der oberen Seite der Keilkörper aufliegt. Die Gewichtskraft des Gewichtskörpers und der Aufwärtshub der Keilführung durch einen Zug am Zugseil sind hierbei entgegengesetzt gerichtet.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Verkeileinrichtung ein Löseelement zum Anheben der Keilkörper und somit zum relativen Verschieben der Keilkörper zur Keilführung auf. Ein Lösen der verkeilten Verkeileinrichtung ist beispielsweise durch ein Anheben der Keilkörper ermöglicht. Durch ein Anheben der Keilkörper, also durch ein Bewegen der Keilkörper parallel zur Innenwandung des Bohrrohres in Richtung des Zugpunktes, werden die Keilkörper durch den schrägen Verlauf der Gegenlage in den Führungen, also den Aussparungen der Keilführung, in Richtung des Mittelpunktes der Keilführung bewegt. Um das Anheben der Keilkörper ermöglichen zu können, weist die Vorrichtung ein Löseelement auf. Das Löseelement kann beispielsweise als ein parallel zur Keilführung unterhalb der Keilführung im Verwendungszustand angeordnetes flächig ausgebildetes Bauteil ausgebildet sein, das beispielsweise über das Zugseil angehoben werden kann, so dass die Keilkörper angehoben werden können.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist das Zugseil mindestens einen Mitnehmer in Form einer Verdickung auf, das Löseelement weist mindestens eine Öffnung auf, durch die mindestens ein Zugseil geführt ist und mindestens ein Mitnehmer ist unterhalb der Öffnung des Löseelementes zum Anheben des Löseelementes bei Zug an dem Zugseil nach oben angeordnet. Vorzugsweise ist das Löseelement plattenförmig ausgebildet und unterhalb der Keilführung angeordnet. Beispielsweise kann das plattenartige Löseelement Öffnungen aufweisen, durch die das Zugseil geführt ist. An dem Zugseil sind Mitnehmer montiert, die beispielsweise als eine Verdickung an dem Zugseil ausgebildet sein können. Insbesondere weisen hierbei die Verdickungen einen jeweils größeren Durchmesser als die entsprechende Öffnung in dem Löseelement auf. Beispielsweise kann ein Mitnehmer als eine an dem Zugseil befestigte Hülse oder Ähnliches ausgeführt sein. Dadurch, dass die Mitnehmer nicht in die Öffnungen des Löseelementes einführbar sind, insbesondere nicht durch diese hindurchführbar sind, werden beim Zug des Zugseil nach oben die Mitnehmer unterhalb des Löseelementes in Anlage gebracht und bei weiterem Zug wird das Löseelement durch das Zugseil nach oben gezogen. Somit kann durch Zug am Zugseil das Löseelement zur Lösung der Keilkörper angehoben werden.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Kolben zumindest abschnittsweise zylindrisch ausgebildet, an der Außenwandung des Kolben ist mindestens eine Dichtung zur Ausbildung einer luftdichten Verbindung zwischen dem Kolben und der Innenwandung des Probeentnahmerohrs angeordnet und an einer Stirnseite des Kolbens ist mindestens eine Entlüftungseinrichtung angeordnet. Zur Aufnahme der Bodenprobe wird das Probeentnahmerohr in den Boden eingetrieben. Der Kolben ist beweglich in dem Probeentnahmerohr angeordnet. Insbesondere weist der Kolben Dichtungen, beispielsweise Runddichtungen, die entlang des zylindrischen Querschnitts des Kolbens angeordnet sind, auf. Durch die Dichtungen ist eine luftdichte bzw. nahezu luftdichte Verbindung zwischen dem Kolben und der Innenwandung des Probeentnahmerohres gegeben. Zur Aufnahme der Bodenprobe in das Probeentnahmerohr weist der Kolben eine Entlüftungseinrichtung auf, damit das vor der Aufnahme der Bodenprobe im Probeentnahmerohr befindliche Fluidvolumen aus dem Probeentnahmerohr entweichen kann, um so die Aufnahme der Bodenprobe zu ermöglichen. Bei dem Fluidvolumen kann es sich beispielsweise um in dem Probeentnahmerohr befindliche Luft, Wasser, insbesondere Grundwasser oder Ähnliches handeln. Bei der Entlüftungseinrichtung kann es sich beispielsweise um ein Kugelventil handeln, das ein Ausströmen des Fluids ermöglicht, aber ein Wiederbefüllen des Probeentnahmerohes mit einem Fluid verhindert. Die Entlüftungseinrichtung ist vorzugsweise an einer Stirnseite des Kolbens, beispielsweise an der der Verkeileinrichtung zugeordneten Seite des Kolbens angeordnet.
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In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Keilkörper durch Sicherungsverbindungen, insbesondere durch Sicherungsketten, mit der Verbindungsstange verbunden. Beispielsweise kann an der Verbindungsstange ein Befestigungsstück für die Sicherungsverbindungen angeordnet sein. Bei dem Befestigungsstück kann es sich insbesondere um einen Körper mit einer Öffnung zur Durchführung der Verbindungsstange handeln, der Vorsprünge zur Befestigung der Sicherungsverbindungen aufweist. Bei den Sicherungsverbindungen kann es sich beispielsweise um Antriebsketten, Gliederketten, Stahlseile oder Ähnliches handeln. Durch die Sicherungsverbindungen sind die Keilkörper mit der Verbindungsstange verbunden. Vorzugsweise ist ein Ende der Sicherungskette mit dem Keilkörper und das andere Ende mit dem Befestigungsstück an der Verbindungsstange verbunden. Somit ist verhindert, dass die Keilkörper, beispielsweise beim Heraufholen der Vorrichtung verloren gehen.
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In einer Weiterbildung der Erfindung sind die der Verkeileinrichtung zugeordneten Seilumlenkungen, die Keilführung und der Kolben mit der Verbindungsstange verbunden, und die Mittelachse der Keilführung und die Mittelachse der Verbindungsstange liegen parallel zueinander. Die Seilumlenkung, die der Verkeileinrichtung zugeordnet ist, die Keilführung und der Kolben, der in dem Probeentnahmerohr beweglich gelagert ist, sind untereinander entlang der Verbindungsstange angeordnet und mit dieser verbunden. Insbesondere weisen die Keilführung und der Kolben sowie das Anschlussstück zur Aufnahme des Probeentnahmerohres eine in etwa zylindrische Form auf. Die Mittelachsen, insbesondere die Symmetriemittelachsen, dieser Bauteile verlaufen parallel zu der Symmetriemittelachse der Verbindungsstange, insbesondere verlaufen sie koaxial zueinander. Die der Verkeileinrichtung zugeordnete Seilumlenkung kann beispielsweise an einer Stirnseite der Verbindungsstange angeordnet sein, während an dem anderen Ende der Verbindungsstange der Kolben, der in dem Probeentnahmerohr beweglich gelagert ist, angeordnet ist.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist der obere Zugpunkt mit einem Federkörper verbunden und der Federkörper weist eine Verbindung über ein flexibles Verbindungsmittel zu dem Löseelement auf. Der Federkörper kann beispielsweise als eine Zugfeder, eine Druckfeder oder Ähnliches ausgebildet sein. Durch den Federkörper ist beim Heraufholen der Vorrichtung ein Entlasten des Zugseils bei zu starker Belastung erreicht. Durch die Entlastung durch den Federkörper soll ein Reißen des Zugseils verhindert werden. Hierzu weist der Federkörper eine Verbindung mit einem flexiblen Verbindungsmittel, beispielsweise einem Stahlseil, einer Sicherungskette oder Ähnlichem mit dem Löseelement auf. Somit kann durch Zug an dem Verbindungsmittel das Löseelement nach oben gezogen werden, um somit die Keilkörper zu lösen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Die schematischen Darstellungen zeigen:
- 1 a: eine Vorrichtung zur Entnahme von Bodenproben mit einer Verkeileinrichtung und einem Probeentnahmerohr in einer Seitenansicht;
- 1 b: eine Vorrichtung zur Entnahme von Bodenproben gemäß 1a in einer gedrehten Seitenansicht;
- 2a: eine Seitenansicht einer Verkeileinrichtung im nicht verkeilten Zustand;
- 2b: eine Seitenansicht einer Verkeileinrichtung gemäß 2a im verkeilten Zustand;
- 3: eine Verkeileinrichtung gemäß 2a und 2b mit einem Gewichtskörper;
- 4: einen Kolben zur Führung in einem Probeentnahmerohr mit einer Entlüftungseinrichtung;
- 5a: ein Aufnahmestück zur Aufnahme eines Probeentnahmerohres in einer perspektivischen Darstellung; und
- 5b ein Aufnahmestück gemäß 5a in einer Draufsicht.
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In 1a ist eine Vorrichtung 1 zur Entnahme von Bodenproben mit einem Bohrrohr 2, einer Verkeileinrichtung 3 und einem Probeentnahmerohr 4 dargestellt. Die Vorrichtung 1 weist einen oberen Zugpunkt 5 auf, der zur Verbindung mit einer externen Zugeinrichtung, beispielsweise einem Kran oder Ähnlichem vorgesehen ist. Dem oberen Zugpunkt 5 sind zwei Seilumlenkungen 6, 7 zugeordnet. Unterhalb des Zugpunktes 5 ist eine Verkeileinrichtung 3 angeordnet. Die Verkeileinrichtung 3 weist zwei Keilkörper 8, 9 auf. Die Keilkörper 8, 9 sind flächig ausgebildet und weisen Anlagepunkte 10 zur Anlage an die inneren Wandung des Bohrrohres 2 auf. Die Anlagepunkte 10 sind zackenförmig ausgebildet. An der, der Innenwandung des Bohrrohres 2 abgewandten Seite der Keilkörper 8, 9 ist eine Gegenlage 11 ausgebildet, die einen schrägen Verlauf zur inneren Wandung des Bohrohres 2 aufweist. Mit ihren Gegenlagen 11 sind die Keilkörper 8, 9 in einer Keilführung 12 geführt. Die Keilführung 12 ist flächig ausgebildet und weist abschnittsweise einen kreisrunden Querschnitt auf. Zur Führung der Keilkörper 8, 9 weist die Keilführung 12 Aussparungen auf, in die die Keilkörper 8, 9 eingeführt werden. Die von den Keilkörpern 8, 9 aufgespannten Flächen und die von der Keilführung 12 aufgespannte Fläche stehen senkrecht zueinander. Oberhalb der Keilführung 12 ist ein Gewichtskörper 13 angeordnet. Unterhalb der Keilkörper 8, 9 und der Keilführung 12 ist ein Löseelement 14 angeordnet. Das Löseelement 14 ist flächig ausgebildet, weist einen kreisrunden Querschnitt auf und ist zum Anheben der Keilkörper 8,9 ausgebildet, um diese von einer verkeilten Lage in eine nicht verkeilte Lage zu bringen. Die Keilführung 12 ist mit einer Verbindungsstange 15 verbunden. Die Verbindungsstange 15 weist an ihrem oberen Ende eine Seilumlenkung 16 auf. An ihrem unteren Ende weist die Verbindungsstange 15 eine Verbindung mit einem Kolben 17 auf. Der Kolben 17 ist zur beweglichen Führung in dem Probeentnahmerohr 4 vorgesehen. Der Kolben 17 weist Dichtungen 18 zur Herstellung einer luftdichten Verbindung zwischen dem Kolben 17 und der inneren Wandung des Probeentnahmerohres 4 auf. Des Weiteren weist der Kolben 17 ein Entlüftungselement 19 in Form eines Kugelventils auf. Das Probeentnahmerohr 4 ist über ein Anschlussstück 20 beweglich mit der Verbindungsstange 15 verbunden. Der Kolben 17 weist an seiner dem oberen Zugpunkt 5 zugewandten Seite Seilumlenkungen 21, 22 auf. Zur Führung der Verbindungsstange 15 ist an der Verbindungsstange 15 ein Führungskörper 23 angeordnet. Der Führungskörper 23 ist vorzugsweise kreisrund ausgeführt und weist einen an den Innendurchmesser des Bohrrohres 2 angepassten Querschnitt auf. Zur Sicherung sind die Keilkörper 8, 9 mit Sicherungsketten 24 über ein Verbindungsstück 25 (siehe 2a und 2b) mit der Verbindungsstange 15 verbunden. Zur Bedienung der Vorrichtung 1 weist diese ein Seilzugsystem mit einem Zugseil 26 auf. Das Zugseil ist an dem Anschlussstück 20, insbesondere mit dem Verbindungssteg 30, (siehe 5b) mit einem Ende verbunden. Hierzu weist der Verbindungssteg 30 Öffnungen 31, 32 auf. (siehe 5b) Das Zugseil 26 wird durch die Seilumlenkung 21 am Kolben 17 geführt, verläuft durch eine Öffnung im Löseelement 14 zur oberen Seilumlenkung 6, wird durch die der Verbindungstange 15 zugeordnete Seilumlenkung 16 und die obere Seilumlenkung 7 geführt, wird dann zur Seilumlenkung 22 am Kolben 17 geführt und mit dem Verbindungssteg 30 des Anschlussstückes 20 verbunden. Somit ist ein Seilzugsystem mit einem einzigen Zugseil gegeben. Das Zugseil 26 weist Mitnehmer 27 auf, die unterhalb des Löseelementes 14 angeordnet sind. Die Mitnehmer 27 sind als Verdickungen ausgeführt, so dass diese die Öffnungen des Löseelements 14 nicht passieren können und bei Zug nach oben am Zugseil das Löseelement 14 durch die Mitnehmer 27 angehoben wird. Am oberen Zugpunkt 5 ist ein Federkörper 28 angeordnet, der zur Entlastung des Zugseils 26 im Falle einer nichtlösbaren Verklemmung im Bohrrohr 2 vorgesehen ist. Der Federkörper 28 weist hierbei eine Verbindung mit dem Löseelement 14 über eine Sicherungskette 29 auf.
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In 1b ist eine Vorrichtung gemäß 1a in einer Seitenansicht dargestellt. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 2a ist eine Verkeileinrichtung 3 im nicht verkeilten Zustand in einer Detaildarstellung dargestellt. Die Keilkörper 8, 9 weisen jeweils Anlagepunkte 10 und eine Gegenlage 11 auf. Die Keilkörper 8, 9 sind in einer Keilführung 12 geführt. Die Keilführung 12 weist Aussparungen auf, in die die Keilkörper 8, 9 mit ihrer Gegenlage 11 in Richtung der Symmetrieachse der Keilführung 12 eingefügt werden. Die Keilkörper 8, 9 sind über Sicherungsketten 24 und über ein Verbindungsstück 25 mit der Verbindungstange 15 verbunden. Durch ein Anheben der Keilführung 12, hervorgerufen durch einen Aufwärtshub der Verbindungsstange 15, werden die Keilkörper 8, 9 durch den schrägen Verlauf ihrer Gegenlagen 11 nach außen in Richtung der Innenwandung des Bohrrohres verschoben und somit mit der Bohrrohrinnenwandung verkeilt.
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In 2b ist eine Verkeileinrichtung gemäß 2a bei maximaler Auslenkung nach außen der Keilkörper 8, 9 dargestellt. Durch das Anheben der Keilführung sind die Keilkörper 8, 9 nach außen gelenkt. Durch ein Anheben des Löseelementes 14 können die Keilkörper 8, 9 wieder in Richtung der Verbindungsstange 15 gerückt werden.
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In 3 ist eine Verkeileinrichtung 3 gemäß den vorherigen Figuren dargestellt. Oberhalb der Keilkörper 8, 9 ist ein Gewichtskörper 13 beweglich an der Verbindungsstange 15 angeordnet, der ein sicheres Verkeilen der Keilkörper 8, 9 bei Anheben der Keilführung 12 sicherstellt. Die Keilkörper 8,9 werden bei Anheben der Keilführung 12 zwischen der Keilführung 12 und dem Bohrrohr 2 eingeklemmt, wobei der Gewichtskörper 13 auf den Keilkörpern 8, 9 aufliegt.
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In 4 ist ein Kolben zur Führung innerhalb des Probeentnahmerohres 4 dargestellt. Der Kolben weist ein Entlüftungselement 19 in Form eines Kugelventils auf. Hierdurch kann das im Probeentnahmerohr 4 vor Aufnahme der Bodenprobe befindliche Fluidvolumen entweichen, um die Aufnahme der Bodenprobe in das Probeentnahmerohr 4 zu ermöglichen.
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In 5a ist ein Anschlussstück 20 zum Anschluss eines Probeentnahmerohres 4 dargestellt. Der Anschluss bzw. die Aufnahme des Probeentnahmerohres 4 kann über einen Bajonettverschluss erfolgen. Das Anschlussstück 20 ist beweglich an der Verbindungsstange 15 gelagert.
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In 5b ist das Anschlussstück gemäß 5a in einer Draufsicht dargestellt. Das Anschlussstück 20 weist einen Verbindungssteg 30 auf. Der Verbindungssteg 30 weist eine mittlere Öffnung 33 zur Durchführung der Verbindungsstange 15 auf. Des Weiteren weist der Verbindungssteg 30 Öffnungen 31, 32 zur Verbindung mit den Enden des Zugseils 26 auf.
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Alle in der vorstehenden Beschreibung und in den Ansprüchen genannten Merkmale sind in einer beliebigen Auswahl mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs kombinierbar. Die Offenbarung der Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle im Rahmen der Erfindung sinnvollen Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.
