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Gerät zur Entnahme von Bodenproben nach Art von Bohrkernen Um sich
ein genaues Bild über die Art, Folge und Mächtigkeiten der geologischen Schichten
machen zu können, werden beim Bohren Bodenproben, zumeist als Bohrkerne, entnommen.
Solange es sich um festes Gestein handelt, ergeben sich - sofern das Bohren
und Ziehen des Kernes gelingt - keine besonderen Schwierigkeiten bei der
späteren Auswertung, da dem Geologen geschlossene säulenförinige Proben zur Verfügung
stehen, die sowohl ohne weiteres verschickt wie auch längere Zeit aufbewahrt werden
können.
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Wenn das Gestein aber plastisch, brüchig oder feinkörnig ist und es
bei der Beurteilung der geologischen Struktur auch auf die Festellung des Feuchtigkeitsgehaltes
ankommt, die erforderlichen Untersuchungen aber nicht unmittelbar an der Bohrstelle,
sondern erst nach einiger Zeit im Laboratorium vorgenommen werden können, sind die
nach den meisten bisher üblichen Verfahren entnommenen Proben zur Gewinnung genauer
Ergebnisse unbrauchbar. Ein aus zähem Ton bestehender Bohrkern z. B. läßt sich nur
unter Schwierigkeiten aus dem Probezylinder entfernen, weil das Material klebt.
Aber auch eine zusammenhängend aus dem Probezylinder herausgedrückte Probe verformt
sich auf Grund ihrer Plastizität, wenn sie nicht sorgsam behandelt wird. Insbesondere
aber trocknet eine solche Probe rasch aus und läßt keine Feststellung ihres ursprünglichen
Feuchtigkeitsgehaltes mehr zu, wie dies z. B. für Baugrunduntersuchungen von wesentlicher
Bedeutung ist.
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Bei sandigem oder brüchigem Gestein, den sogenannten Lockergesteinen,
war es lange Zeit überhaupt nicht möglich. Kerne zu gewinnen, die ein genaues Bild
der Schichtdicke und -folge vermitteln, weil das aus dem Kernrohr entnommene Material
einen Schüttungskegel bildet, der keine Schichtung oder die Dicke der einzelnen
Schichten erkennen läßt.
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Darüber hinaus war es bei solchem bei Entnahme aus dem Kernrohr zerfallenden
Material nicht möglich, Fälschungen seitens des Bohrpersonals auszuschließen, weil
z. B. anstatt von durch Kernen gewonnenen Proben solche, abgeliefert werden konnten,
die mit einer Spülung hochgefördert worden waren und daher nicht aus einer genau
feststellbaren Teufe oder Schicht stammten.
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Man hat inzwischen Geräte entwickelt, bei denen ein dreifach ineinanderliegender
Schlauch dazu dient, die Probe, insbesondere bei sandigem oder bröckeligem Material
im Kernrohr oder Probenzylinder aufzunehmen. Der Schlauch wird hierbei mit dem Eindringen
der Probe das Rohr über den sich bildenden Kern gestülpt. Zu diesem Zweck ist ein
Ende des Schlauches an einem kolbenartigen Stößel befestigt, der die Abwärtsbewegung
des Kernrohres nicht mitmacht. Der Schlauch geht vom Stößel aus um die untere Kante
des Probenzylinders herum nach außen in einen zwischen dem Kernrohr und einem äußeren
Schutzrohr gebildeten Ringraum, wo er nochmals um sich selbst gefaltet mit seinem
anderen Ende außen am Kernrohr anliegt. Der Schlauch legt sich beim Einsinken des
Kernrohrs mit einer Wälz- oder Stülpbewegung an den Kern, wobei durch den im Bohrgestänge
herrschenden Spülungsdruck der durch die Umfaltung einer Kammer bildende Schlauch
aufgebläht wird und so den Kern festhält.
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Diese bekannte Gerät ist jedoch sehr verwickelt gebaut und verlangt
beim Fertigmachen für einen Kernmarsch zeitraubende Vorbereitungen. Der dabei verwendete
Schlauch muß sehr widerstandsfähig sein, damit er am Kernrähr, ohne abzugleiten,
anliegt und die scharfe Knickung an der Unterkante des Kernrohrs ohne Beschädigung
aushält.
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Bei einem anderen Gerät zur Entnahme von Bodenproben liegt ein Schlauch
aus flexiblem Material zusammengeschoben in einem zwischen Keinrohr und einer Einschraubhülse
gebildeten Ringraum. Wiederum ist ein längsverschiebbarer Kolben vorgesehen, an
dem das eine Schlauchende befestigt ist. Beim Eindringen des Rohres füllt sich der
Innenraum mit Probenmaterial, der Kolben schiebt sich im Rohr nach oben und zieht
den Schlauch unter gleichzeitiger Umstülpung nach oben, so daß er zwischen Keinmaterial
und Kernrohrinnenseite zu liegen kommt.
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Auch bei diesem Gerät ist die Anbringung des Schlauches vor dem Einsatz
umständlich. Es ist auch nur unter Schwierigkeiten möglich, die vom Schlauch umschlossene
Probe aus dem Rohr herauszunehmen,
wobei unvermeidlich das untere
Ende der Probe verloren geht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zur Entnahme von
Bohrkernen mit einem sich beim Eindringen des Probenzylinders über die Probe legenden
und ihn beim Ziehen umhüllenden Schlauch, der mit seinen Enden lösbar befestigt
ist, 7U schaffen, das besonders einfach gebaut und zu bedienen ist und nicht
nur die Gewinnung von ungestörten Proben gestattet, sondern diese hierbei gleichzeitig
auch in einer Form liefert, die eine langdauernde Aufbewahrung ohne Veränderung
des Feuchtigkeitsgehaltes möglich macht. Zur Lösung dieser Aufgabe wird für ein
Gerät der genannten Art erfindungsgemäß vorg,-schlagen, daß der Schlauch eine an
der Innenwand des Probenzylinders anliegende Auskleidung bildet und an beiden Enden
des Probenzylinders nach g t ist, wobei an dem an der Bohrlochaußen umgelejo
seite gelegenen Ende des Probenzylinders ein den nach außen umgelegten Abschnitt
des Schlauchs überdeckender Schneidschuh abnehmbar befestigt ist. Hierdurch wird
in vorteilhafter Weise erreicht. daß sich der Schlauch beim Einsatz der Vorrichtung
nicht über den Kein oder die Probe zu stülpen braucht, sondern gegenüber dem Probenzylinder
seine Lage
beibehält. Hierdurch sind keine gegeneinander verschiebbaren Teile
erforderlich. Zahlreiche und unter den verschiedenartigsten Verhältnissen durchgeführte
Versuche haben gezeigt, daß die zur Verfügung
stehenden Kunststoffe so reiß-
und verschleißfest sind, daß das Einschieben des Probenmaterials keine Beschädigung
am Schlauch hervorruft.
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Vorteilhaft ist nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung der liebte
Innendurchmesser des Schneidschuhs kleiner als derjenige des mit der Auskleidung
versehenen Probenzylinders. Durch die auf diese Weise erzielte Hinterschneidung
wird die Reibung zwischen Schlauch und Probe verringert und das Einsinken des Probenzylinders
in das Material erleichtert.
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Zur Befestigung des unteren Endes des Schlauches kann vorgesehen sein,
daß sich der Schuh auf einem an der Zylinderaußenseite angeordneten Bund abstützt
und zwischen der unteren Stirnfläche des Probenzylinders und der gegenüberliegenden
Seite des Schuhes ein mindestens der Materialdicke des Schlauches entsprechender
Abstand vorgesehen ist. Somit kann der Schlauch beim Fertigmachen des Gerätes insgesamt
in den Probenzylinder bis auf einen kurzen unteren Randteil eingeschoben werden,
den man nach außen über den an der unteren Stirnfläche des Probenzvlinders befindlichen
Rand umlegt. Der auf diese Weise am unteren Ende offengehaltene Schlauch geht bei
der Probenahme von selbst in die vorgeschriebene Lage.
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Da bei dem erfindungsgemäßen Gerät das Probematerial in bekannter
Weise durch Vakuumwirkung gehalten wird, muß ein Ventil vorgesehen sein. das bei
der Abwärtsbewegung des Gerätes öffnet, ohne daß hierzu bei dem Durchstrom der Spülung
ein fühl-
barer Widerstand zu überwinden ist. Wenn nämlich die oberhalb der
Probe im Zylinder eingeschlossene Flüssig,keit das betreffende Ventil gegen einen
Widerstand öffnen muß, wirkt sich ein Rückdruck der Flüssigkeit auch auf die Probe
selbst aus, so daß sich der Zylinder nicht vollständig füllt. Um diesen bei den
bekannten Geräten festzustellenden Nachteil zu beheben, ist erfindungsgemäß fernerhin
vorgesehen, daß der Probenzylinder am oberen Ende lösbar mit einem begrenzt längsbeweglich
in ein an sich bekanntes rohrförmiges, ein Rammgewicht führendes Gehäuse eingreifenden
Verlängerungsteil verbunden ist und im Bereich des Eingriffs des Verlängerungsteils
in das Gehäuse nach außen führende öffnungen angeordnet sind, von denen die im Verlängerungsteil
befindlichen öffnungen beim Heben des Gerätes durch eine Dichtung luftdicht verschließbar
sind, die auf dem oberen Verlängerungsteil des Probenzylinders gleitet und am Gehäuse
axial fest ist. Damit die Dichtung durch das Eigengewicht des Gerätes angepreßt
wird. ist fernerhin vorgesehen, daß die Dichtung im Querschnitt dreieckig ausgebildet
ist, mit ihrer Grundseite am verläncrerten Probenzylinder und ihren beiden anderen
Seiten an Schrägflächen anliegt, von denen die in Heberichtung vorne liegende Schrägfläche
an einem im Gehäuse begrenzt axial beweglichen Ring angeordnet ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 das erfindungsgemäße
Gerät im senkrechten Schnitt und F i g. 2 einen Schnitt auf der Linie
11-11 in F i g. 1.
In einem rohrförmigen Gehäuse G ist
ein Rammgewicht R bei F in Axialrichtung geführt. Die Aufhängungen für das Gehäuse
G und das RammgewichtR sind nicht dargestellt.
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In den unteren Teil des GehäusesG greift der Probenzylinder
1 mit einer oberen. rohrförmigen Verlängerung 7 ein. Die Verlängerung
7 des Probenzylinders ist oben geschlossen und bildet eine Fläche, auf die
das Rammgewicht G bei Betätigung der Vorrichtung aufschlägt.
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Ebenfalls im oberen Teil 7 des Zylinders 1 sind
Öff-
nungen Öl vorgesehen. die in den zwischen Gehäuse G und der Verlängerung
7 befindlichen Ringraum führen. Weitere öffnungen ö" sind in der Wand des
unteren Gehäuseteils G vorgesehen. Bei der in der Zeichnung dargestellten
Lage. die dem Einrammen des Probenzylinders entspricht. besteht somit eine freie
Verbindung vom Inneren des Zylinders durch die Öffnungen ö, und ö,
nach außen.
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Unterhalb der Öffnungen Öl. ö, ist im Gehäuse
G
ein im Querschnitt etwa keilförmiger Ring3 angeordnet, dessen Beweglichkeit
nach oben durch einen Bund 3 a an der Gehäuseinnenseite begrenzt ist.
Der Ring 3 liegt mit seiner schrägen Seite 3 b an einer im
Querschnitt dreieckigen Ringdichtung 5 an, die auf der rohrförmigen Verlängerung
7 des Probenzylinders verschiebbar ist. Das Gehäuse G ist nach unten
durch einen die Verlängerung 7 des Zylinders 1 mit Spiel umgebenden
Ring 4 verschlossen. dessen nach oben gerichtete Seite 4 b der gegenüberliegenden
Seite der dreieckigen Dichtung 5 entsprechend abgeschrägt ist. Der Ring 4
ist in das untere Ende des Gehäuses G
eingeschraubt.
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Am oberen Ende des Verlängerungsteils 7 ist ein Ring 2 befestigt,
der einen die Beweglichkeit dieses Teils 7 nach unten begrenzenden Anschlag
bildet.
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Der unteren Stirnfläche des Gehäuses G bzw. des Rings 4 liegt
eine nach oben gerichtete Ringfläche 7a am Zylinder 1 gegenüber, welche die
Einschiebbarkeit des Probenzylinders in das Gehäuse G begrenzt. Auf diese
Weise besteht eine Axialbeweglichkeit des Rohrs 7, 1 gegenüber dem Gehäuse
G, welche sich durch die Lage des Anschlags 2, dem als Gegenanschlag
wirkenden
Ring 3 und der unteren Stirnfläche des Rings 4 mit der nach oben gerichteten
Gegenfläche 7 a am Probenzylinder ergibt.
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Im Innern des Probenzylinders 1 ist eine schlauchförmige Kunststoffolie
8 angeordnet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Probenzylinder
aus zwei bei 9 miteinander verschraubten Rohrteilen la und lb zusammengesetzt.
Selbstverständlich kann die Verbindung bei 9 auch ein Bajonettverschluß sein.
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Der Rohrteil 1 b weist eine nach oben über die Verbindung
9 vorstehende Verlängerung le auf, zwischen deren Außenseite und der Innenseite
des Teils la ein mindestens der Dicke der Folie entsprechender Abstand vorgesehen
ist. Das obere Ende der Folie ist nach außen über den Teil 1 c herumgeschlagen
und auf diese Weise befestigt.
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Auf ähnliche Weise ist auch das untere Ende der Folie 8 um
das untere Ende des Rohrteils 1 b nach außen umgeschlagen und dadurch befestigt.
Der am unteren Ende des Kernrohrs befestigte Schneidschuh 10 dient hierbei
zusätzlich zum Schutz der Faltkanten der Folie an der Stirnfläche des Rohrteils
1 b.
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Zu diesem Zweck übergreift der Schneidschuh 10
mit einem im
Innendurchmesser mindestens um die doppelte Foliendicke als der Außendurchmesser
des Rohrteils 1 b größeren Hülsenteil 10 a den Rohrteil
1 b und stützt sich mit der Stirnfläche der Hülse bei 11 auf
einen am Teil 1 b vorgesehenen Bund ab. Die Öffnung 10b im Schuh 10 ist etwas
kleiner als der Innendurchmesser des Rohrteils 1 b, so daß der Schuh
einen sogenannten Freischnitt herstellt.
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Zwischen dem Absatz 10c am übergang des eigentlichen Schuhes zum Hülsenteil
10a verbleibt durch entsprechende Bemessung der Länge der Hülse ein freier Abstand
für die Folie 8.
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Der Schuh 10 ist am Ende des Probenzylinders mittels Steckstiften
11 a befestigt, die durch den Hülsenteil 10a des Schuhes schräg durchdringende
Bohrungen 12 gesteckt sind. An der Außenseite des Rohrteils 10
c sind tangential verlaufende Ausnehmungen 13 vorgesehen, die an ihrer
tiefsten Stelle im Profil etwa dem halben Stiftquerschnitt entsprechen. Beim Durchstecken
der Stifte wird die Folie 8 mit in die Ausnehmungen 13 hineingedrückt,
wodurch die Sicherheit der Befestigung der Folie noch erhöht wird, ohne daß jedoch,
wie sich gezeigt hat, die Folie zerreißt.
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Um die Folie 8 einzulegen, wird der Rohrteil 1
b
bei 9 vom übrigen Gerät getrennt und die schlauchförinige Folie
bei abgenommenem Schuh 10 durch das Rohr 1 b geführt. Die Folie wird
an beiden Enden nach außen umgelegt, wobei die Länge der umgelegten Teile so gewählt
wird, daß sich der nach der Probenahme gefüllte Schlauch an beiden Enden mühelos
verschließen, z. B. zubinden oder zuklemmen läßt. Dann werden die Teile
10 und 1 b wieder mit dem Gerät verbunden, weiches nunmehr einsatzbereit
ist.
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Wenn das Gerät, welches zunächst am Gehäuse G
hängt, die Bohrlochsohle
erreicht, schiebt sich der Probenzylinder 1 nach oben in das Gehäuse
G hinein und nimmt die in Fig. 1 dargestellte Lage ein.
Um den Zylinderl mit Material zu füllen, werden mit Hilfe des Rammgewichts
R Schläge auf die Oberseite des Oberteils 7 ausgeübt.
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Der Probenzylinder 1 kann sich hierbei ohne weiteres mit Material
füllen, weil er an seinem oberen Ende über die öffnungen 01, ö2 mit der Außenseite
der Vorrichtung in Verbindung steht und die Folienauskleidung dem Material geringen
Reibungswiderstand entgegensetzt.
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Sobald der Probenzylinder durch Wirkung des Rammgewichts R ausreichend
tief in das als Probe zu entnehmende Material eingetrieben worden ist und das Gerät
im Bohrloch nach oben gehoben wird, gleitet während des ersten Teils der Hebebewegung
das Gehäuse G bis zum Anschlag des Rings 3 am Ring 2 auf dem oberen
Ende 7 des Probenzylinders nach oben, wodurch die Dichtung 5 vor die
öff-nungen Öl im Kemrohrteil 1 gelangt. Beim weiteren Heben des Gehäuses
G wirkt das Gewicht des gefüllten Probenzylinders 1 über den Ring
2 auf den Ring 3, der an der Innenseite des Gehäuses G nach unten
bewegbar ist. Der Ring 3 drückt daher fest auf die schräge Seite
3 b des Dichtungsrings 5, der mit der gegenüberliegenden Schrägseite
4 b an der Abschrägung am Ring 4 anliegt. Der Dichtungsring 5
wird
durch Keilwirkung unter luftdichtem Verschluß der öffnungen Öl gegen den
Rohrteil 7 gepreßt. Beim weiteren Heben wird somit nicht nur der Zylinder
1
sondern auch die Füllung des Probenzylinders, die auf Grund des luftdichten
Abschlusses der oberen Öffnungen Öl nicht nach unten herausfallen, mit nach oben
genommen.
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Um den Inhalt des Probenzylinders nach dem Heben freizugeben, braucht
das Gerät nur auf eine feste Stützfläche abgesenkt zu werden, wodurch sich der Zylinder
mit seinem oberen Fortsatz 7 in das Gehäuse G hineinschiebt und die
Dichtung 5 durch den nach oben unbeweglich am Anschlag 3 a anliegenden
Ring auf dem Rohrteil 7 nach unten geschoben wird, so daß die Öffnungen
Öl nunmehr wieder frei sind.
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Sodann kann nach Abnehmen des Schuhes 10 die von Folie umhüllte
Probe aus dem Zylinder herausgezogen werden. Das umgeschlagene Stück der Folie dient
hierbei als Angriffsfläche. Es empfiehlt sich, die aus dem Zylinder entnommene Probe
sofort durch Verschließen des Folienschlauches an beiden Enden in ihrem naturgetreuen
Zustand zu konservieren. Beim Verschließen der Schlauchenden nüttels Klemmen können
gleichzeitig zur späteren Identifizierung der Probe dienende Beschriftungszettel
od. dgl. befestigt werden, die auch das obere und untere Ende des Kerns kenntlich
machen, um spätere Irrtümer oder Zweifel bei der geologischen Auswertung auszuschließen.
Da zwischen dem Kernmaterial und der Rohrinnenwand nur geringe Reibung herrscht,
kommt es auf einen besonders sicheren, luftdichten Abschluß am oberen Rohrende an,
um ein Herausfallen des Kerns zu verhüten. Dieser Abschluß wird mit dem Schieberventil
am erfindungsgemäßen Probenzylinder auf besonders einfache Weise erzielt, weil etwa
in der öffnung 0, festsitzendes Material beim Anheben des Gerätes abgeschert wird.
An der Dichtung 5 tritt praktisch kein Verschleiß auf, weil sie mit großem
Spiel auf dein Rohrteil 7
gleitet und erst dann nach innen gedrückt wird,
wenn sie bereits von den zu verschließenden Öffnungen steht.
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Es hat sich gezeigt, daß eine normale Kunststofffolie ausreichend
fest und zäh ist, um den auftretenden Beanspruchungen standzuhalten. Durch die Erfindung
wird daher mit Hilfe außerordentlich einfacher und wirtschaftlicher Mittel eine
überraschende
Erweiterung der Möglichkeiten, aus Bohrlöchern naturgetreue
Gesteinsproben zu entnehmen, erzielt.