DE1634490A1 - Vorrichtung zur Gewinnung von Kernen - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur Gewinnung von Kernen

  Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Gewin-

  nung von Kernen-mit einem Innenrohr und einem relativ zu

  diesem drehbaren, vom Gestänge-eines Bohrgeräts antreibba-

  ren Außenrohr. -

  Im Bauwesen und in allen Bereichen der Industrien, die

  Bohrarbeiten durchzuführen haben, müssen für verschiedene

  Zwecke Proben aus dem Baugrund oder dem zu durehteufenden

  Gebirge entnommen werden. Dabei kommt es vielfach darauf

  an, Proben größerer Iänge aus einer oder mehreren Schich-

  ten zu gewinnen. Dies geschieht mit Hilfe von lernbohrge- ,.

  raten, die unao als sog. Doppelk®rnrohree ausgebildet sind,

  also zwei konzentrizah angeordnete Rohre aufweio®n (-vgl.

  Prikel, "Tiefbo%rgeräte" D `liien 19579 S. 28-29)#, Das Innen-

  rohr ist dabei entweder mit dem Augenrohr fest verachraubt R

  so daß es sich mit diesem deGht, odepist ixe einem Kopf-

  stück des Außenr®hrae mittels eines-Kugellagers aufge-

  hängt.

  Mit den bekannten Vorrichtungen. der genannten Art können

  Kerne aus harten und auch mittelharten Formationen gut

  gewonnen werden. Bei weicheren Schichten ergeben sich je-

  doch bereite Schwierigkeiten. Handelt-es sich um sehr wei-

  ehe Formationen, wie z.B. Fließsande, so ist mit bekann-

  ten Geräten die Gewinnung von Kernen nicht mehr möglich

  bzw. kein brauchbares Ergebnis mehr zu erzielen. Diese

  Formationen werden deshalb auch ausdrücklich als "nicht

  kernfähig" bezeichnet.

  Weiterhin wird die Kerngewinnung mit den gebräuchlichen

  Vorrichtungen auch dann besondere problematisch oder so-

  gar undurchführbär, wenn Formationen mit wechselnder

  Schichtung vorliegen, z. B. mit Wechsel von hartem Fels

  und Sand oder schmierendem Material wie weiche Tone oder

  zerbröckelndem Material wie Schiefer.

  Ziel der Erfindung ist en, Nachteile und Unzulänglichkei-

  ten bekannter Ausführungen zu beheben und eine Vorrich-

  tung zu schaffen, mit der auch unter ungünstigen Bedin-

  gungen der erläuterten Art bzw. in Fällen, in denen dies

  bisher überhaupt nicht möglich war, eine zu brauchbaren

  Ergebnissen führende Probenentnahme oder Kerngewinnung

  durchführbar ist. Die Vorrichtung soll ein einwandfreies

  Gewinnen von Kernen selbst bei sehr weichen Formationen er-

  möglichen. Ferner zielt die Erfindung auf die Schaffung

  einer Vorrichtung, die auch bei wechselnden Formationen

  mit Erfolg einsetzbar ist.

  Die Erfindung sieht vor, daß das Innenrohr bei axialer

  Beweglichkeit gegenüber des Außenrohr unter einer en aua

  dem Außenrohr hinauszuschieben suchenden Federwirkung

  steht und in seinem Weg in dieser Richtung begrenzt ist.

  Die Federwirkung kann dabei insbesondere durch eine Schrau-

  benfeder oder ein Federpaket aufgebracht werden. En: ist

  .aber auch möglich, ein anderes elastischen Element vorzu-

  sehen oder ein kompreseibles Medium zu diesem Zweck zu

  verwenden. Die Größe der Kraft kann durch geeignete Ein

  atellglieder für das elastische Element oder durch einfa-

  ches Auswechseln desselben bei Bedarf verändert werden.

  In das Innenrohr ist zweckmäßig en an sich bekanntes Rohr oder eine Hülse aus durchsichtigem Kunststoff zur Aufnahme des Kernes eingesetzt, so daß der gewonnene Kern,in-diesem Rohroder der Hülse entnommen werden kann und in seinem Aufbauerkennbar ist.
• Während das Außenrohr vom Bohrgerät über das Gestänge in drehende-Bewegung versetzt wird", bewirkt die auf das Innenrohr ausgeübte Federkraft ein Vorschieben und Eindrücken des Innenrohres in die weiche Formation, aus der der Kern entnommen werden soll. Das Ende des Innenrohres kann dabei insbesondere über das Ende bzw. die Bohrkrone den Außenrohres vorstehen oder voreilen. Es hat sich erwiesen, daß mit einer derart ausgebildeten Vorrichtung eine einwandfreie Kerngewinnung auch bei sehr weichen Schichten möglich ist.
• Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das Innenrohr mit dem Außenrohr auf drehende Mitnahme kuppelbar. Dies bringt den Vorteil, daß im Bedarfsfall, namentlich beim Anfahren härterer Schichten, nun auch das Innenrohr eine Drehbohrarbeit ausführt. Die Vorrichtung wird dadurch besonders geeignet für den Einsatz bei Formationen, -die aus. verschiedenen Schichten unterschiedlicher Beschaffenheit bestehen.
• Zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr läßt sich zum Zweck der im Bedarfsfall erwünschten Drehmitnahme eine wahlweise zu betätigende Kupplung vorsehen. Es kann sich z.B. um'eine Blektromagnetkupplung oder um eine hydraulisch einrückbare Kupplung handeln. Über entsprechende En®rgieleitungawege kann das Einrücken der Kupplung vom Bohrgerät aus ferngesteuert werden.
• (tanz besondere vorteilhaft ist es, zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr eine durch Axialveraehiebung des Innen- rohres einrüekbare Kupplung für die Drehmitnahme vorzu-sehen. Hierdurch paßt sieh der Betriebszustand oder die

  Arbeitsweise der Vorrichtung selbsttätig den jeweiligen

  Gegebenheiten an. Trifft das Ende oder die Krone den In-

  nenrohren nach dem Durchgang durch eine weiche Schicht,

  durch die es unter der Federwirkung hindurchgedrückt wur-

  de, auf eine härtere Schicht, die dem Vordringen des In-

  nenrohres größeren Widerstand entgegensetzt, so wird da-

  durch das Innenrohr entgegen der hgderwirkung in das

  Außenrohr hineingeschoben. Erreicht das Innenrohr im Ver-

  lauf dieser Bewegung eine bentimmte,#' vorgegebene Stel-

  lung, so kommt die Kupplung zum Eingriff und das Innen-

  rohr wird nun ebenso wie das Außenrohr drehend angetrie-

  ben.

  Zweckmäßig erfolgt das Einrücken der Kupplung unmittel-

  bar durch die Versohiebebewegung des Innenrohres selbst.

  Die Kupplung kann formsc=i? üsoig@ u.adY/oder kraftschlüssig

  zum Eingriff gelangende Teile aufweisen. Besonders vorteil-

  haft läßt zieh eine Umellenkupplungverwenden, deren La-

  mellen durch den auf das Innenrohr wirkenden Bohrdruck

  zusammengepreßt werden.

  Es ist auch möglich, die Ausführung so zu 'reffen, daß

  das Einricken der Kupplung in Abhängigkeit vom Erreichen

  einer bestimmten Stellung des Innenrohrs .m Außenrohr

  mittelbar erfolgt, wobei durch die Bewegung des Innenroh-

  res ein mechanisches, elektrischre oder sonatigce Schalt-

  glied betätigt wird, das ein Einecken der Kupplung mit-

  tele einer Hilfskraft auslöst.

  Ist das Innenrohr mit dem Außenruhr auf drehende Mitnahme

  gekuppelt, so kann-damit gleiohseitig auch jede weitere

  Azialbewegung des Innenrohren unterbunden sein. Die Er-

  gindung sieht weiterhin vor, duß die.zur Drehmitnahme die-

  nende Kupplung auch in eingertiokten Zustand eine Azialbe-

  wegung des Innenrohres zulUt. Dies kann für das Arbeiten

  des Innenrohres zur Kerngewinnung von Vorteil sein. Eine

  besonders zweckmäßige Ausführung besteht darin, daß die

  zur Drehmitnahme dienende Kupplung bsw. ein zu ihr gehören-

  der oder-ihr zugeordneter Teil. sich gegen eine Druckfeder oder ein Federpaket abstützt. Es kann auf diese Weise eine nachgiebige Belastungskraft auch während der" Drehung des Innenrohres erzielt werden, die z.B. beim Durchfahren sehr harter Schichten günstig ist.
• Ein Merkmal, das mit besonderem Vorteil bei einer Vorrichtung gemäß den vorstehend erläuterten Ausführungen vorgesehen wird, dem darüber hinaus jedoch selbständige Bedeutung zukommt, besteht gemäß der Erfindung in einer Einrichtung zur Erzeugung einer schwingenden oder schlagenden Axialbewegung des Innenrohres relativ zum Außenrohe. Dem Innenrohr wird dadurch eine axiale Bewegungsfolge erteilt, die sich einerseits günstig auf das Vordringen des Innenrohres und den Bohrvorgang mit der Bildung des Kernen auswirkt und die andererseits das Hineingleiten des entstehenden Kernes in das. Innenrohr bzw. in eine darin befindliche Aufnahmehülse _in besonders zweckmäßiger Weise fördert.
• Bei einer Ausführung der Vorrichtung mit:Kupplung zur bedarfaweisen Drehmitnahme den Innenrohres durch das Außenrohr kann es so sein, daß die der Vorschubbewegung über- lagerte Axialbewegung des Innenrohren nur stattfindet, wenn die Kupplung nicht im Eingriff steht.. Es ist jedoch möglich, die überlagerte Axialbewegung auch bei eingerückter Kupplung fortdauern zu lassen.

  Die Einrichtung zur Erzeugung der Azialbewegung kann ein

  auf das Innenrohr wirkender, meahanieoh, z.B. durch um-

  laufende 'Unwucht, elektromagnetisch oder durch Druckmit-

  tel betriebener Schwingungserzeuger sein., Zum Antrieb der

  Einrichtung kann auch die Drehung' des Außenrohres heran-

  gezogen werden.

  Eine zweckmäßige Ausführung besteht gemäß der Erfindung

  ,darin,-daß zwei einander zügeordnete Teile, von denen der

  eine mit den Innenrohr und der. andere mit dem Außenrohr

  in Verbindung steht, in ümfangeriohtung in abwechselnder

  Folge mit Erhöhungen und Vertiefungen versehen sind. Die

  Höhendifferenz ergibt dabei den Hub und das Produkt aus

  der Anzahl der Erhöhungen und der Drehzahl den Außenroh-

  res die Frequenz der dem Innenrohr erteilten Bewegung.

  Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausfiihrungebeispiel

  der erfindungsgemäßen Vorrichtung im hängeschnitt, wo-

  bei Fig. 1 den oberen, an ein Gestänge anzuschließenden

  Teil, Fig. 2 den mittleren Teil und Fig. 3 den unteren

  oder vorderen Teil der Vorrichtung wiedergibt.

  Die dargestellte Vorrichtung enthält ein zum Anschlu8

  an ein Bohrgestänge dienendes Kopfstück 1, das mit einem

  aus mehreren miteinander vorsohraubten Teilen 2a, 2b, 2e

  bestehenden Außenrohr 2 durch Gewinde verbunden ist. Am

  unteren Ende des Außenrohrteiles 2o befindet sich eine

  Bohrkrone 3. Konzentrisch zum Außenrohr 2 erstreckt sich

  innerhalb desselben ein am unteren Ende ebenfalls mit

  einer Bohrkrone 5 versehenes, insgesamt mit der Ziffer 4

  bezeichnetes Innenrohr. Die Bohrkrone 5 weist konisch zu-

  laufende oder abgeschrägte Bereiche auf und kann im Inne-

  ren mit einen Kernfänger, einer Kernfeder od.dgl. ausge-

  stattet sein.

  Das Innenrohr 4 enthält einen unteren Seil 4a, der mit

  einem Kopf 4b verschraubt ist. Der Teil 4a nimmt den Kern

  auf, und strak bei der dargestellten 'Ausführung in einem .

  aus durchsichtigem Kunststoff bestehenden Rohr 6, das

  zwischen der Innenbohrkrone,5 uad dem topf 4b einge-

  spannt ist und nach Beendigung des Arbeitsvorganges zu-

  sasmen mit den lern herausgezogen worden kann. Der topf

  4b ist mit einem Kugelventil 7 vernehen, durch daa.die

  vom eintretenden lern verdrängtes Bpüluag in den Baum

  zwischen Aufenrohr und Innearohr ausfliegen kann. 1n den

  Kopf 0 sohlie#en sieh zwei Tolle 44 und 44 am die die

  Verlängerung des eigentlichen lnnenrohreir nach oben hin

  bilden.

  In das Kopfstück 1 des Außenrohres ist ein zentrales

  Rohr 8 eingeschraubt, durch das vom Bohrgestänge kommen-

  de Spülung in den vom Innenrohrteil 4c umschlossenen

  Raum und von dort durch Bohrungen 9 im Kopf 4b in den

  Ringraum zwischen Außenrohr und Innenrohr bis zur Bohr-

  krone 6 gelangen kann, wo sie austritt.

  Wie Pig. 1 zeigt, ist das Zentralrohr 8 in seinem obe-

  ren Bereich von einem Tellerfederpaket 10 umgeben, das

  sich am oberen Ende über ein Wälzlager 11 am Kopfstück

  1 abstützt und mit dem anderen Ende gegen eine das Zen-

  tralrohr 8 umgebende Hülse 12 anliegt, die ein Widerla-

  ger für die Lamellen 13a einer Lamellenkupplung 13 bil-

  det. Die Lamellen 13a sind. abwechselnd auf einem Viel-

  keilprofil 14 des Zentralrohres 8 und in einem ebenfalls

  ein Vielkeilprofil 15 aufweisenden erweiterten Bohrungs-

  teil am Ende des Innenr®hrteiles 4d undrehbar, aber axial

  verschiebbar gehalten. Der eeitorte Bohrungsteil düo

  Innenrohrteilen 4d endet in einer Schulter 16.

  In seinem unterhalb der Kupplung 13 befindlichen Teil

  ist das Zentralrohr 8 von einer Schraubenfeder 1 7 umge-

  ben, die sich am oberen Ende über ein Wälzlager 18 an

  einer Absetzung des Zentralrohres 6 abstützt und. mit dem

  unteren Ende auf einen inneren Bund 19 des Innenrohrtei-

  los 4d wirkt, so daß dieser und mit ihm die übrigen In-

  nenrohrteile unter einer durch die federkennwerte gege-

  benen vorbestimmten Belastung stehe;3.

  Am unteren Ende den Innenrohrteilem 4d ist mit Hilfe von

  . Stiften '20 ein Ring 21 festgelegt, dessen Profil in Um-

  fang®richtung aus abwechselnd aufeinanderfolgenden Er-

  höhumgen und Vertiefungen gebildet ist, etwa ähnlich

  einer Wollen- oder Mianderform mit abgeschrägten flanken.

  Den Ring 21 gegenüber liegt eine Ringhülse 22, die auf

  ihren Außenumfang ein Vislkeilprofil aufweist, welches

  in ein entsprechendes Vislkeilprofil 23 im Inneren des

  Außenrohrtsilen 2b eingreift. Die Ringhülao 22 ist da-

  durch mit dem Außenrohr unter Belaenung axialer Verschieb-

  barkeit auf drehende Mitnahme verbunden. Auf ihrer dem

  Ring 21 zugewandten Seite ist dis Ringhülse 22 mit über

  .den Umfang verteilten Ausnehmungen versehen, in denen

  Kugeln 24 sitzen. Die Ringhülse stützt sich über ein Wälz-

  lager 25 am Innenrchrteil 40 ab. Diese insgesamt mit der

  Ziffer 26 bezeichnete Einrichtung dient dazu, dem Innen-

  rohr 4 eine axiale Bewegung zu erteilen, deren Frequenz

  sich aus der Anzahl der Kugeln 24. brw. der entsprechenden

  Erhöhungen und Vertiefungen im Ring 21 und der Drehzahl

  des Außenrohres 2 ergibt. Der Hub ist gleich der Höhen-

  differenz zwischen den Erhöhungen und Vertiefungen im

  Ring 21.

  Der die Kupplung 13 und die Einrichtung 26 einschließen-

  de Raum unterhalb den Kopfatüokea 1 des Anechlußrohres 2

  ist zweckmäßig mit Ö1 gefüllt. Um das Austreten denselben

  nach unten $u verhindern, sind zw1.e®hen dem Zentralrohr 8

  und den Innenrohrteil 4c sowie zwischen den letzteren und

  dem an dieser Stelle verdickten Augonrohrte.l *b Dich-

  tungen oder Packungen 27, 2!4 vorgesehen.

  Bei der Gewinnung von Kernen aus weichen Yorm,tIonen wird

  das stillstehende Innenrohr 4 durch die Kraft der Feder

  17 eingedrückt und vorgeschoben, während das Außenrohr 2

  mit seiner Bohrkrone 3 sich dreht. Zuroh diese Drehung

  den Augenrohres wird gleichseitig den Inneaschr 4 mittels

  der Einrichtung 26 eine periodiaohe "Vibratißne- oder

  Schlagbewegung erteilt, die das EindrIngen des Innenrohren

  unterstützt und das unverletzte und gleichmäßige Einschie-

  ben den entstehenden Kernes in das Zunstatoffrohr 6 för-

  dert.

  Bein Anfahren einer härteren gebioht wird durch die dabei

  auftretende Kraft das Innenrehr 4 oetaegen der Wirkung

  der lhder 1? in das Außenrohr 2 kineingeaohoben, bis nach

  Überwindung eines besti»ten lederwegea die Schulter 16

  (Fis. 1) den Innenrohrteilea 4d zur Anläse an den lsaellen-

  Paket der Kupplung 13 kommt und dieses zusammenpreßt. Da-

  durch kommt die Kupplung zum Greifen, so dad nun das In-

  nenrohr 4 zusammen mit dem Augenrohr 2 umläuft und die

  Bohrkrone 5 des Innenrohres sich drehend in die härtere

  Schicht einbohrt. Das Innenrohr ist hierbei über die Kupp-

  lung 13 an dem Tellerfederpaket 10 abgestützt, welches

  eine nachgiebige Belastung bewirkt und bei Härtesteigerun-

  gen oder Härteschwankungen der durchbohrten Schicht Azial-

  verschiebungen den Innenrohres ermöglicht.

  Nach Durchteufen der harten lag® und Erreichen einer wei-

  cheren Schicht kehrt das Innenrohr unter der Wirkung der

  Feder 17 wieder in seine voreilende Lage zurück, wobei

  die Kupplung 13 sich löst und die Drehung des Innenrohren

  4 aufhört. _

  Abweichend von der dargestellten und beschriebenen Aus-

  führung kann die Vorrichtung auch so ausgebildet sein, daB

  die Einrichtung zur ErNugung einer z@sätzliohen Azialbewe-

  gung fortfällt oder daß auf die Kupplung zur drehenden Mit-

  nahme verzichtet wird oder da'd diese beiden Einrichtungen

  weggelassen werden. Dies richtet sich je nach den Anforde-

  rungen und den Gegobetheiten des Anwendungnfalles.

  Alle in der vorstehenden Beschreibung erwähnten bzw. in

  der Zeichnung dargestellten Merkmale sollen, sofern der

  bekannte Stand der Technik es zuläßt, für sieh allein oder

  auch in Kombinationen als erfindungswesentlich angesehen

  werden, auch wenn sie in den Ansprüqhen nicht ausdrUcklieh

  erwähnt sind,

Claims (1)

1. P a, t e n t a n a p r ü c h e 1. Vorrichtung zur Gewinnung von Kernenmit einem Innenrohr und einem relativ zu diesem drehbaren, vom Gestänge eines Bohrgeräts antreibbaren Außenrohr, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (4) bei axialer Beweglichkeit gegenüber dem Außenrohr (2) unter einer es aus dem Außenrohr hinaus- zuschieben suchenden Federwirkung steht und in seinem Weg in dieser Richtung begrenzt ist. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB das Innenrohr (4) mit dem Außenrohr (2) auf drehende Mit- nahme kuppelbar ist. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Innenrohr (4) und dem Außenrohr°(2) eine durch Axialverachiebung des Innenrohres (4)_einrückbare Kupplung (13) für die Drehmitnahme vorgesehen ist. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, da.ß $wiechen dem Innenrohr und dem Außenrohr eine wahlweise zu betätigende Kupplung für die Drehmitnahme vorgesehen ist. 5. Vorrichtung nach einen der Ansprüche 2 bis 4, dadurch ge- kennzeichnet, daß eine zur drehenden Mitnabme des Innen- rohres (4) durch das Außenrohr (2) dienende Kupplung (13) auch in eingerücktem Zustand eine Axialbewegung dis Innen- rohres (4) zuläßt. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenruseiohnot, da9 die zur Drehmitnahme dienende Kupplung b.w. ein ihr zuge- ordneter Teil (12) sich gegen eine Druckfeder oder ein Federpaket (10) abetüt:t. 7. Vorrichtung zur Gewinnung von Kernen mit einem Innenrohr und einem vom Gestänge eines Bohrgeräts antreibbaren Außenrohr, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (26) zur Erzeugung einer schwingenden oder schlagenden Axialbewegung den Innenrohres (4) relativ zum, Außenrohr (2). B. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (26) zur Erzeugung der Axialbewegung durch die Drehung des Außenrohres (2) antreibbar ist. g. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch zwei -einander zugekehrte, in Umfangsrichtung in abwechselnder Folge Erhöhungen und Vertiefungen aufweisende Teile (21, 22), von denen der eine (21) mit dem Innenrohr (4)-und der. andere (22) mit dem Außenrohr (2) in Verbindung steht. 10. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen auf das Innenrohr wirkenden, mecÜanisch, elektromagnetisch oder durch Druckmittel betriebenen Schwingungserreger.