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Stand der Technik
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Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Vorrichtungen zur Sedimentprobenentnahme.
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Für die Entnahme von Sedimenten aus Gewässerböden werden üblicherweise austauschbare Kernrohre in einem Kerngerät befestigt, zum Einschlag in den Gewässerboden gebracht und mit dem Kerngerät zurück zur Oberfläche gezogen. Das Sediment verbleibt dabei durch Unterdruck im Kernrohr, wobei der Unterdruck durch das luft- und wasserdichte Abschließen des Kernrohrinnenraumes, nach Einschlag und vor Herausziehen des Rohres aus dem Sediment, erzeugt wird.
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Im Stand der Technik sind unterschiedliche Arten von Verschlüssen des Kernrohrinnenraumes bekannt.
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Im Stand der Technik sind zum Beispiel Stempelverschlüsse realisiert. Diese weisen bisher jedoch hohe Strömungswiderstände auf. Dadurch kann das Wasser beim Eindringen des Kernrohres in das Sediment nur unzureichend beziehungsweise nur mit langsamer Geschwindigkeit verdrängt werden. Dies führt unter anderem dazu, dass das verwendete Kernrohr nur unzureichend in das Sediment eindringen kann. Außerdem kann durch diese nachteiligen Strömungswiderstände die Probe bei der Entnahme beeinflusst werden, beispielsweise durch Verwirbelungen oder Zusammenpressen des Sedimentes.
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Auch üblich sind Verschlüsse mit Stopfen oder Deckel in Kombination mit Gewichten oder Federn. Solche Verschlüsse sind teilweise relativ kompliziert aufgebaut und somit fehler- und vor allem verschmutzungsanfällig.
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Im Stand der Technik sind weiterhin Verschlüsse und Mechanismen bekannt, die aufwendige Auslösmechanismen benötigen. Hier ist zum Beispiel ein Sedimentbohrer, wie in der
US 3299969 A beschrieben, zu erwähnen. Bei dieser Variante verläuft ein Kolben im gesamten Kernrohr oder aber der Verschluss wird durch ein federgetriebenes Ventil realisiert. Dies wirkt sich negativ auf die Strömungswiderstände aus, was wiederum zu einem schlechten Eindringen des Kernrohrs führt.
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In der
DE 4318347 sind Vorrichtungen beschrieben, bei welchen der Verschluss über einen außen liegenden Deckel realisiert wird. Ein solcher Deckel ist anfällig in Bezug auf äußere Einflüsse, zum Bespiel Verschmutzung.
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Um die Sedimentprobe bei der Entnahme nicht zu beeinflussen, muss der Staudruck des Verschlussmechanismus des bei dem Eindringen in das Sediment aus dem Rohr ausströmenden Wassers so gering wie möglich gehalten werden. Gleichzeitig muss der Verschluss unempfindlich gegen Schmutz sein und trotzdem bei unterschiedlichen Sedimenten zuverlässig dicht schließen. Es ist wünschenswert, dass die Vorrichtung möglichst unempfindlich ist und nur einen geringen Wartungsauswand erfordert, da die Probenentnahmen nicht selten in abgelegenen Regionen und unter widrigen Bedingungen stattfinden. Im Stand der Technik ist eine solche Vorrichtung bisher nicht bekannt.
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Es war daher die Aufgabe der Erfindung, einen Verschlussmechanismus für ein Sedimentkerngerät bereit zu stellen, welcher die Nachteile aus dem Stand der Technik überwindet.
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Beschreibung der Erfindung
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Gelöst wird diese Aufgabe durch die unabhängigen Ansprüche der vorliegenden Anmeldung. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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In einer ersten bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Sedimentkerngerät umfassend einen Grundkörper im Wesentlichen in Form eines Hohlzylinders, wobei die Öffnung der Deckfläche kleiner ist als der Innendurchmesser des Hohlzylinders und wobei ein Kernrohr an dem der Grundfläche zugewandten Ende des Grundkörpers befestigbar ist, wobei ein vertikal beweglicher Stempel teilweise im inneren des Grundkörpers angeordnet ist und der Stempel eine innerhalb des Grundkörpers liegende Verschlussscheibe und eine oberhalb der Deckfläche des Grundkörpers liegende Befestigungsvorrichtung umfasst und wobei die Verschlussscheibe in einer geschlossenen Position die Deckfläche des Grundkörpers dicht verschließt.
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Es war völlig überraschend, dass ein Sedimentkerngerät mit dem genannten technischen Eigenschaften besonders gut geeignet ist, die erfindungsgemäße Aufgabe zu lösen. Es lag für den Fachmann nicht nahe, dass die Kombination aus den genannten technischen Merkmalen zu einem überraschend guten Sedimentkerngerät führt. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Sedimentkerngerätes können Proben sicher und schnell entnommen werden, ohne dass der Entnahmeprozess die Sedimentprobe so beeinflusst, dass nachfolgende Messungen oder Untersuchungen hiervon negativ beeinflusst werden. Es war völlig überraschend, dass das erfindungsgemäße Sedimentkerngerät zahlreiche Probleme des Standes der Technik lösen kann. So ist beispielsweise der Verschluss zum einen weitestgehend unempfindlich gegen Verschmutzung und zum anderen ist aber auch die gesamte Vorrichtung so aufgebaut, dass es nur einen geringen Wartungsaufwand erfordert, das Sedimentkerngerät einzusetzen. Es ist beispielswiese durchaus üblich, dass Sedimentproben in bestimmten zuvor definierten Bereichen, mehrfach genommen werden. Hierzu ist es erforderlich, dass das Gerät mehrfach hintereinander ohne größeren Reinigungsaufwand (der Zeit kosten würde), eingesetzt werden kann. Das erfindungsgemäße Kerngerät nutzt die Gewichte von Probe, Kerngerät und Zusatzgewichten für einen mit besonders hoher Kraft abgedichteten Verschluss. Ein solcher Verschluss ist zuverlässiger als Verschlüsse mit Stopfen oder Deckel in Kombination mit Gewichten oder Federn. Das erfindungsgemäße Kerngerät kann aus Einzelteilen bestehen, die sehr platzsparend transportiert werden können und die für jedermann einfach mit Schrauben und Muttern zum einsatzfähigen Gerät zusammenzufügen sind. Aufgrund des einfachen Aufbaus des Kerngeräts können vielfältig geformte Zusatzgewichte genutzt werden, die ggf. das ausreichend tiefe Eindringen des Kernrohrs ins Sediment gewährleisten. Diese sind in vielen Fällen bereits am Einsatzort vorhanden, so dass sie nicht zusammen mit dem Gerät transportiert werden müssen, was zu zusätzlichen Transportkosten führt.
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Im Sinne der Erfindung bedeutet „Hohlzylinder“ bevorzugt, dass es sich um einen im Wesentlichen zylindrischen Grundkörper handelt, der eine durchgehende Bohrung aufweist. In der ersten Ausführungsform der Erfindung ist dabei die Öffnung in der Deckfläche kleiner als der Innendurchmesser an der Stelle des Grundkörpers mit dem größten Innendurchmesser. Das heißt, es findet eine Verengung der Bohrung an der Deckfläche statt.
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Die hier vorgeschlagene Kombination von Verschluss mit Dichtung hat eine Vereinfachung der Handhabung von Sedimentkerngeräten und eine Vergünstigung von Sedimentprobenentnahmen zur Folge. Eine Besonderheit der Erfindung besteht unter anderem darin, dass die üblicherweise mit Stopfen und Deckeln verbundenen aufwendigen Mechaniken entfallen. Diese haben erfahrungsgemäß Probleme mit unzureichender Dichtung aufgrund von Sedimentresten und/oder mangelndem Anpressdruck.
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Durch den erfindungsgemäßen Stempelverschluss in Verbindung mit dem beschriebenen Grundkörper, können die hohen Strömungswiderstände aus dem Stand der Technik beseitigt werden.
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Das Vermeiden von hohen Strömungswiderständen gestattet es, Sedimentproben zu untersuchen, die mit Geräten des Standes der Technik nicht untersucht werden konnten, da Strömungswiderstände Sedimentproben so verändern können, dass eine sinnvolle Untersuchung nicht mehr möglich ist.
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Durch die optimale Größenrelation von durchströmten Kerngerät und umströmten Stempel, werden niedrigere Strömungswiderstände bei gleichzeigt hoher Dichtung erzielt.
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Bei den Geräten des Standes der Technik war es häufig so, dass sie entweder eine gute Dichtung erzielten oder aber niedrige Strömungswiderstände. Überraschenderweise gestattet die Größenrelation des erfindungsgemäßen Sedimentkerngerätes, dass niedrige Strömungswiderstände bei gleichzeitig hoher Dichtung erzielt werden. Hierdurch ist es möglich, die entnommenen Proben bis zu ihrer Entnahme aus dem Gerät sicher zu transportieren.
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Die Erfindung ist besonders bevorzugt vorgesehen für manuell bedienbare Kerngeräte.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung das beschriebene Sedimentkerngerät, wobei das Sedimentkerngerät zusätzlich ein Kernrohr umfasst.
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Es ist dabei besonders bevorzugt, dass das Kernrohr an der Grundfläche des Grundkörpers befestigt ist.
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Hierbei kann es insbesondere vorgesehen sein, dass das Kernrohr und der Grundkörper nicht direkt miteinander verbunden sind, sondern über eine Haltevorrichtung. Alternativ ist es auch bevorzugt, dass ein Grundkörper mit der Haltevorrichtung einteilig bereitgestellt wird. Die zweiteilige Ausgestaltung führt zu einem überraschend geringen Packmaß und weiterhin dazu, dass Halterungen für verschiedene Kerndurchmesser am gleichen Kerngerät einsetzbar sind. In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen Grundkörper und Halterungsvorrichtung Gewichte verbaut werden. Besonders bevorzugt kann es sich hierbei um scheibenförmige Metallgewichte handeln.
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Weiterhin bevorzugt ist, dass das Kernrohr derart an dem Grundkörper befestigt ist, dass Wasser zwischen Kernrohr und Grundkörper durch die Öffnung der Grundfläche strömen kann. Das bevorzugt ungehinderte Herausströmen von Wasser aus dem Kernrohr durch den Grundkörper gewährleistet eine störungsfreie Probenentnahme, da die Probe nicht durch aufgestautes Wasser im Kernrohr beeinträchtigt wird.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Innendurchmesser des Grundkörpers größer ist als der Innendurchmesser des Kernrohrs. Dadurch wird ein besonders schnelles Verdrängen des Wassers beim Eindringen des Kernrohrs in das Sediment ermöglicht. Bei Sedimentkerngeräten die mit unterschiedlichen Kernrohren verwendet werden können, sollte daher darauf geachtet werden, dass der Innendurchmesser des verwendeten Kernrohres geringer ist als der Innendurchmesser des Grundkörpers des Sedimentkerngerätes.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Öffnung der Deckfläche mindestens so groß ist wie der Innendurchmesser des Kernrohrs. Hierbei handelt es sich lediglich um eine Vorzugsvariante der vorliegenden Vorrichtung. Diese Ausführungsform kann zusätzlich positiv beeinflussen, dass das Wasser aus dem Grundkörper durch die Deckfläche hinausströmen kann, ohne dass es zu negativen Staudrucken kommt. Es ist dabei besonders bevorzugt, dass die Öffnung der Deckfläche größer ist als der Innendurchmesser des Kernrohres, da hierdurch ein noch besseres Ausströmen des Wassers ermöglicht wird.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Öffnung der Grundfläche mindestens so groß wie der Innendurchmesser des Kernrohres. Dadurch wird ein schnelles Einströmen des Wassers aus dem Kernrohr in den Grundkörper gewährleistet. Besonders bevorzugt ist hierbei, dass die Öffnung der Grundfläche größer ist als der Innendurchmesser des Kernrohres, da der zuvor beschriebene Effekt hierdurch noch verstärkt wird.
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Es ist außerdem bevorzugt, dass das Sedimentkerngerät eine Sicherungsvorrichtung umfasst.
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Besonders bevorzugt ist, dass die Sicherungsvorrichtung eine geöffnete Position des Stempels sichert. Es ist dabei bevorzugt, dass die Verschlussscheibe in geöffneter Position so angeordnet ist, dass Wasser durch den Grundkörper strömen kann. Es ist dabei bevorzugt, dass in der geöffneten Position die Oberkante der Verschlussscheibe sich um circa die Hälfte des Höhenmaßes des Grundkörpers unterhalb der Deckfläche des Grundkörpers befindet.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Sicherung durch mindestens einen Stift erfolgt, der bevorzugt durch Bohrlöcher in Stempel und mindestens einer weiteren Komponente des Kerngeräts gesteckt wird.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Sicherung durch ein elastisches Element gelöst wird, wenn das Kernrohr ins Sediment einschlägt.
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Es ist außerdem besonders bevorzugt, dass die Verschlussscheibe eine Dichtung umfasst. Ein Fachmann weiß, wie eine solche Dichtung ausgestaltet sein kann, ohne dabei selbst erfinderisch tätig zu werden. Die Dichtung hat den Vorteil, dass die Verschlussscheibe in einer geschlossenen Position den Grundkörper besonders luft- und wasserdicht abschließt, sodass die Probenentnahme nicht weiter beeinträchtigt wird. Besonders bevorzugt ist dabei, dass die Dichtung am äußeren Rand der Verschlussscheibe angeordnet ist.
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Es ist jedoch auch oder zusätzlich möglich, dass eine Dichtung am Innenrand der Deckfläche angeordnet ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein beschriebenes Sedimentkerngerät, wobei der Stempel gegen Rotation und/oder Verdrehen im Grundkörper gesichert ist.
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Es ist außerdem bevorzugt, dass an der Befestigungsvorrichtung ein Seil angebracht ist, über welches das Sedimentkerngerät bewegt werden kann.
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Bevorzugt ist, dass die Verschlussscheibe bei gelöster Sicherung durch Ziehen an dem Seil von der offenen Position in die geschlossene Position bewegt werden kann. Hierdurch wird gewährleistet dass beim Herausziehen des Sedimentkerngerätes die Verschlussscheibe des Stempels den Grundkörper abdichtet und somit den notwendigen Unterdruck erzeugt, um die Probe in dem Kernrohr zu bergen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein beschriebenes Sedimentkerngerät, wobei das Sedimentkerngerät ein Schwerelot ist.
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Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung noch einmal verbessert werden kann, wenn sie bestimmte Dimensionierungen aufweist.
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Hierbei handelt es sich nicht um zufällig gewählte, sozusagen willkürliche Dimensionierungen, sondern um solche, die mit einem besonderen Effekt verbunden sind. Es lag für den Fachmann auch nicht nahe, dass gerade diese Dimensionierungen zu einem besonders guten Gerät führen. Wenn der Grundkörper einen Außendurchmesser von bevorzugt 140 mm bis 180 mm, insbesondere 160 mm und einen Innendurchmesser von bevorzugt 130 mm bis 170 mm, bevorzugt 150 mm und eine Höhe von bevorzugt 60 mm bis 100 mm, insbesondere 80 mm aufweist, ist die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabemit der erfindungsgemäßen Vorrichtung überraschend gut möglich. Weiterhin ist es dann bevorzugt, dass der Öffnungsdurchmesser unten/oben bevorzugt 115 mm bis 135 mm, insbesondere 126 mm / bevorzugt 60 mm bis 100 mm, insbesondere 80 mm beträgt. In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Stempel eine Länge des Stabes von 200 mm bis 400 mm, insbesondere 300 mm und einen Stabdurchmesser von 8 mm bis 18 mm, insbesondere 12 mm und eine Verschlussscheibe mit einem Durchmesser von bevorzugt 80 mm bis 95 mm, insbesondere 88 mm auf. Es war völlig überraschend, dass durch die erfindungsgemäße Auswahl der Dimensionierungen eine Vorrichtung bereitgestellt werden kann, die die erfindungsgemäße Aufgabe ganz besonders gut löst.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert werden, ohne auf diese beschränkt zu sein. Die 1 zeigt das Sedimentkerngerät im offenen Zustand. Stempel und Dichtung sind ca. mittig im Hohlzylinder positioniert. Ein Stift durch Bohrlöcher in Stempel und mit dem Hohlzylinder verbundenen Aufbauten fixiert diese Lage des Stempels.
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2 zeigt die Position von Stempel und Dichtung im Hohlzylinder bei geschlossenem Zustand. Durch den Einschlag des Geräts ins Sediment, ist die Fixierung durch den Stift gelöst. Stempel und Dichtung werden dann so weit nach oben gezogen, bis die Dichtung den Deckel des Hohlzylinders kontaktiert. So ergibt sich ein dichter Verschluß des Sedimentkerngeräts Der Stempel ist hierbei beispielsweise an einem Seil angebracht, an dem das gesamte Kerngerät hängt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stempel
- 2
- Dichtung
- 3
- Deckel des Hohlzylinders
- 4
- Stift
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 3299969 A [0006]
- DE 4318347 [0007]
