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VORRICHTUNG ZUR BODENPROBENENTNAHME UNTER EINER WASSERSCHICHT Die
Erfindung bezieht sich auf Geräte, die bei Baugrunduntersuchungen zum Einsatz gelangen,
insbesondere auf Vorrichtungen zur Bodenprobenentna'hme unter einer Wasserschicht,
Sm besten eignet sich die Erfindung zur Probenahme eines mehrere Dutzend Meter tief
unter dem Wasser befindlichen Bodens.
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Die gemäss der Erfindung ausgebildete Vorrichtung zur Bodenprobenentnahme
kann auch bei geologischen Erkundungs arbeiten im Gebiet eines Schelfes, also unter
dem Meeresspiegel gelegenen Teiles eines Kontinents ihre Anwendung finden.
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Es sind bereits Vorrichtungen zur Bodeaprobenentnahme
unter
einer Wasserschicht bekannt. welche ein pneumatisches Schlagwerk besitzen das einen
koaxial dazu angeordneten Becher zur Bodenprobenahme trägt.
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Das Schlagwerk hat ein Gehäuse, in welchem ein Zylinder mit einem
sich darin bew.-genden als Schlagstück auftretenden Kolben eingebracht ist. Zwischen
der Aussenfläche des Zylinders und der Innenfläche des Gehäuses ist ein Kanal ausgebildet,
der anßeinen im Oberteil des Gehäuses befindlichen Stutzen angeschlossen ist. Der
Stutzen isteverblzden> mit einer Rohrleitung in Form eines flexiblen Schlauchesi
Das andere Ende dieses Schlauches ist an eine Pressluftquelle angeschlossen.
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begrenzen Das Schlagstück und der Zylinder Hohlräume die der Reihe
nach mit dem erwähnten Kanal zur Pressluftzuführung in Verbindung gelangen.
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Damit diese Hohlräume nacheinander mit dem Kanal in Verbindung gelangen,
sind im Zylinder obere und untere Fenster vorgesehen, die durch das Schlagstück
bei dessen hin- und hergehender Bewegung unter Einfluss der in diese Hohlräume kommenden
Pressluft zugedeckt werden.
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Um die Abluft aus den Hohlräumen des Zylinders abzuleiten, sind sie
mittels eines aaderen Kanals und eines daran gekoppelten Stutzens mit der Umgebungsluft
verbunden. Der
Stutzen zur Duftableitung befindet sich im Oberteil
des Gehäuses und stellt ein nach unten gekrümmtes Rohr mit einem darin enthaltenen
Rückschlagventil dar. Das Schlagstück wirkt bei seinem Arbeitshub auf den Becher
ein und lässt die sen 5 ich in den Boden, sinsenken. (Siehe z.B.Urheberschein Nr.169461,
Kl. t21b, 2OO, UdSSR).
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Die vorstehend beschriebenen bekannten Vorrichtungen dienen zur Probenahme
eines unter verhältnismässig geringer Wasserschicht befindlichen Bodens und sind
unbrauchbar bei Probenahmen am Boden von Gewässern, deren Tiefe über mehrere Dutzend
Meter beträgt.
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Da die Rohrleitung ein flexibler Schlauch ist, wird er in einer Tiefe,
in der hydrostatische Druck den Druck der Pressluftquelle übersteigt, gequetscht,
wodurch die Luft nicht mehr in den Kanal des Gehäuses und die Räume des Zylinders
zur Einwirkung auf das Schlagstück gelangt, so dass die Vorrichtung in einer grossen
Tiefe nicht einsatefähig ist.
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Um einer Quetschung des Schlauches zu begegnen, muss der Druck der
Pressluftquelle erhöht werden, wodurch aber die Betriebskosten solcher Vorrichtungen
zunehmen.
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Die Erfindung zielt auf die Beseitigung dieser Nachteile ab.
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Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Bodenprobenentnahme
unter-einer Wasserschicht zu schaffen,
deren Rohrleitung und Verbindung
mit dem Stutzen durch eine konstruktive Lösung gekennzeichnet sind, die die Vorrichtung
bei Bodenprobenentnahme in einer Tiefe von mehreren Dutzenden Meter einzusetzen
gestatten.
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wird Die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einer Vorrichtung zur Bodenprobenentnahme
unter einer Wasserschicht, in deren Gehäuse, das einen Becher zur Bodenprobenentnahme
trägt, ein auf den Becher einwirkendes Schlagstück eingebracht ist, welche s innerhalb
des Gehäusss Räume ausbildet, die nacheinander durch neun Stutzen und eine damit
gekoppelte Rohrleitung mit einer Pressgasquelle und durch einen anderen Stutzen
mit der Atmosphäre zur gelangen, wobei Gasableitung in Verbindung der Schlagkolben
einen Hin-und Rückgang ausführt, gemäss der Erfindung die Rohrleitung, die ins Wasser
getaucht wird' als steifes Rohr ausGebildet und mit dem Stutzen durch eine in Axialrichtung
federbelastete Hülse verbunden ist ,, deren eine5 Ende wobei mit dem Rohr fest gekoppelt
ist, ausserdem ein weiteres langs dem ersten Rohr gelegtes und damit verbundenes
Rohr vorgesehen ist, das mit dem Stutzen zur Gasableitung so gekoppelt ist, dass
es sich diesem gegenüber in Axialrichtung beweglich iStund eine Länge aufweist,
die für die Gasableitung an die Wasserfläche ausreicht.
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Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Bodenprobenentnahme unter einer
Wasserschicht eignet sich für Bodenprobenahme in grossen Tiefen (100 m und mehr).
Darüber hinaus zeichnet sie sich durch konstruktive Einfachheit, relative BilligReit
und Betriebssicherheit aus.
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Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Bezugnahme
auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, es zeigt Fig. 1 die erfindungsgemässe
Vorrichtung zur Bodenprobenentnahme in einem teilweisen Axialschnitt; die in Fig.
Tabgebildeten Teile der Vorrichtung folgen nach der Linie 1-1; Fig. 2 einen in grösserem
Masstab gehaltenen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1; Fig. 3 einen in grösserem
Masstab gehaltenen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 1; Fig. 4 einen in grösserem
Masstab gehaltenen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 1.
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Die Vorrichtung zur Bodenprobenentnahme besitzt ein pneumatisches
Schlagwerk 1 (Fig. 1), einen dazu Koaxial angeordneten und fest damit verbundenen
Becher 2 zur Bodenprobenahme und eine Rohrleitung 3, über welche Pressgas
dem
pneumatischen Schlagwerk von einer (nicht gezeigten) Pressgasquelle zugeführt wird.
Bei dem Ausführungsbeispiel, das beschrieben wird, verwendet mnn als Gas Druckluft.
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Gemäss diesem Ausführungsbeispiel hat das pneiatische Schlagwerk
1 ein Gehäuse 4, welches sich aus einem unteren 5 und oberen Teil 6 zusammensetzt,
die miteinander durch eine Verschraubung verbunden sind.
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Innerhalb des Gehäuses 4 ist ein zylindrischer Raum vorgesehen, worin
mit der Eöglichkeit einer hin- und hergehenden Bewegung ein Schlagstück 7 eingebracht
ist. In dem unteren (in Zeichnung) Teil 5 des Gehäuses 4 befindet sich ein Amboß
8, der aus einem Stück mit diesem Teil des Gehäuses 4 besteht.
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Das Schlagstück 7 stellt einen Zylinder dar, an dessen äusserer Seitenfläche
zwei in einem Abstand voneinander befindliche Ringbunde 9 und 10 vorgesehen sind,
von deren jeder mit seiner Aussenfläche die Innenfläche des Gehäuses 4 fortwährend
berührt.
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Das Schlagstück 7 hat in seiner Mitte von der seite oberen (in Zeichnung)
Stirnther einen zylindrischen Raum 11, worin teilweise ein Schieber 12 eingeführt
ist, der einen hohlen Stufenzylinder darstellt und mit seinem Abschnitt grössten
Durchmesser in den Raum 11 des Schlagstückes 7 einmündet.
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Der ohere (in Zeichnung) Teil des Schiebers 12, der einen kleineren
Durchmesser hat, dient als Stutzen 13 zur PressluStzufuhrung zum Raum 11. Zur Verbindung
des Schiebers 12zenit dem Stutzen 13 ist im Gehäuse 4 ein ringförmiger Gummidämpfer(l4
vorgesehen, der sich mit seinen Stirnseiten auf Bunde des Gehäuse 4 und des Stutzens
13 abstützt.
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In dieser Weise bildet sich zwischen den Innenfläche' des Gehäuses
4, der Aussenfläche des Stutzens 13 und den Stirnflächen des Dämpfers 14 und des
Schlagstückes 7 ein Raum 15 aus. Zwischen der Innenfläche des Gehäuses 4 und der
äusseren Seitenfläche des Schlagstückes.7 ist ein Raum 16 gebildet.
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Die Räume 15 und 16 sind voneinander durch den Bund 10 an der Aussenfläche
des Schlagstückes 7 getrennt.
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Zu einer intermittierenden Verbindung des Raumes 16 mit den Räumen
15 und 11 während der Bewegung des Schlagstückes 7 sind in seiner Seitenwand Fenster
17 und zur Verbindung des Raumes 15 mit einem über dem Dämpfer 14 liegenden Raum
18 in dem letzteren mehrere Längskanäle 19 geführt.
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r die Befestigurg des Bechers 2 am Gehäuse 4 dient ein Ubergangsstück
20 mit einem konischen Gewindeloch,
das mit dem Gehäuse 4 starr
verbunden ist. Der Becher 2 verfügt über ein konisches Endstück 21, welches sich
in mit damit diesem der Mitte von dessen Boden befindet undaus einem Stück besteht.
Das Endsteg 21 ist mit dem Ubergangsstück 20 mittels einer Verschraubung verbunden.
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Die Rohrleitung 3, die ins Wasser eingetaucht wird, ist ein steifes
Rohr 22 , das aus einzelnen miteinander verbundenen (nicht veranschaulichten) Abschnitten
besteht.
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Das Ende dieses Rohres ist mit dem Stutzen 13 mittels einer Hülse
23 gekoppelt. Die Länge des Rohres 22 stimmt mit der Tauchtiefe der Vorrichtung
überein oder ist etwas größer.
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Die Hülse 23 hat zylindrische Gestalt mit einem inneren Mittenkanal
2+ zum Druckluftdurchlauf, An ihren entgegengesetzten Enden besitzt die Hülse 23
Abschnitte a und b, wo der Durchmesser des Kanals 24 etwas grösser bemessen ist
als der des Kanals 24 in dem mittleren Abschnitt c. In den Abschnitten a und b der
Hülse 23 sind Ringnuten zur Unterbringung von Dichtungen 25 und 26 vorgesehen.
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Mit ihrem unteren Abschnitt a ist die Hülse 23 auf den Stutzen 13
aufgesetzt, und als kann sich; frei bezüglich des letzteren bewegen.
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Mit ihrem oberen Abschnitt b ist die Hülse 23 fest mit dem Rohr 22
verbunden. Eine derartige feste Verbindung ist mittels eines im Inneren des oberen
Abschnittes b der Hülse 23 befindlichen Schlosses 27 erreicht. Das Schloss 27 verfügt
über einen zylindrischen Teil 28 (Fig. 1, 2, 3) und einen Finger 29.
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Der Teil 28 ferbunden> ist fest durch eine Schweissnaht mit dem
Rohr 22ie Fig. 3 erkennen lässt, und hat axiale Kanäle 30 (Fig. 1. 2) zum Pressgasdurchlauf.
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Das Schloss 27 und die Hülse 23 sind mit dem Finger 29 verbunden.
Zur Einbringung des Fingers 29 in der Hülse 23 und dem Teil 28 sind koaxiale Offnungen
vorgesehen. Gegen axiale Versetzungen wird der Finger 29 durch einen Bolzen 31,
eine Feder 32 und ein in die Rille 34 des Fingers 29 einmündendes Element 33 (Fig.
3) gesichert.
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Dank einer solchen Verbidung der Hülse 23 mit dem Rohr 22 werden
diese schnell montiert und demontiert.
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Das verwendete Schloss ermöglicht auch die Abschnitte des Rohres
22 miteinander zu verbinden.
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An der Aussenfläche der Hülse 23 ist ein ringförmiger Vorsprung 35
vorgesehen, dessen Seitenfläche ständig das Gehäuse 4 berührt.
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Das Gehäuse 4 ist von oben (in Zeichnung) mit einem Deckel 36, der
als Mutter ausgebildet ist, verschlossen.
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Der Deckel ist mit einer zentralen Öffnung für den Durchtritt
der
Hülse 23 und mit einer Dichtung 37 versehen. Im Teil 6 des Gehäuses 4 ist in einem
gewissen Abstand vom Vorsprung 35 ein Ring 38 vorgesehen, der eine Bohrung 39 zum
Pressgasdurchlauf aufweist. Der Ring 38 stützt sich auf den im Teil 6 des Gehäuses
+ befindlichen Bund ab. Zwischen dem Vorsprung 35 und dem Ring 38 befindet sich
eine Feder 40.
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Die Belastungsgrösse dieser Feder stellt sich durch Anziehen des Deckels
36 ein.
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Durch eine solche Verbindung des Rohres 22 mit dem Stutzen 13 wird
das Gewicht des Rohres 22 auf das Gehäuse 4 übertragen, wodurch also das Schlagwerk
1 entlastet und somit ein sohneller Anlauf und ein sicherer Betrieb der Vorrichtung
geschert wird.
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Am Deckel 36 wird ein Stutzen 41 festgehalten, der für die Gasableitung
aus dem Raum 18 sorgt. Um den Stutzen 41 mit dem Raum 18 zu verbinden, sind im Deckel
36 und in dem ringförmigen Vorsprung 35 jeweils Kanäle 42 und 43 zum aus Abgasdurchlauf
geführt.
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Es ist möglich, in dem ringförmigen Vorsprung 35 der aus Hülse 23
mehrere Kanäle\zuführen, wodurch bei der Einstellung der Belastung der Feder 40durch
eine Drehung des Deckels 3?einfacher und bequemer <der Raum 1 mit dem Kanal 42
verbunden wird.
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Innerhalb des Stutzens 41 befindet sich mit der Mög
lichkeit
einer axialen Verschiebung ein Rohr 44 zur Ableitun des Abgases an die Wasserfläche.
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Im Stutzen 41 sind Dichtungen 45 vorgesehen, die für eine luftdichte
Verbindung des Rohres 44 mit dem Stutzen 41 verantwortlich sind.
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Das Rohr 44 ist längs dem Rohr 22 gelegt, und seine Länge ist praktisch
gleich der des Rohres 22. Die Rohre 22 und 44 sind miteinander mittels Schellen
46 (Fig. 1, 4) fest verbunden, welche der gesamten Länge der Rohre 22 tznR 44 entlang
in einem Abstand, bei welchem eine feste Verbindung gesichert ist, angeordnet sind.
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Bei dem beschriebenen Ausfiihrungsbeispiel ist das Rohr 44 steif;
es kann aber auch aus einem elastischen Werkstoff angefertigt werden.
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Dadurch, dass das Rohr 22 steif ist und es mit dem Rohr 44 zur Ableitung
des Abgases fest verbunden ist, kann die Vorrichtung senkrecht bis an den Boden
eines Gewässers gesenkt werden.
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Die Vorrichtung zur Bodenprobeentnahme unter einer Wasserschicht
hat folgende Wirkungsweise.
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In der Ausgangsstellung, also vor dem Einsatz, befindet sich die
Vorrichtung untereiner Wasserschicht. Hierbei stützt sich das Schlagstück 7 gegen
den Amboss 8, und seine Fenster 17bringen die Räume ll und 16 miteinander in
Verbindung.
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Die Pressluft gelangt von der Pressluftquelle (nicht gezeigt) in
die Rohrleitunz 3 und dann über die Hülse 23 und den Stutzen 13 in den Raum 11.
Weiter durchlät die Pressluft die Fenster 17 in der Seitenwand des Schlagstückes
7 und' füllt den Raum 16, der durch die innere Seitenfläche des Gehäuses 4 und die
äussere Seitenfläche des Schlagstückes 7 ausgebildet ist, und gelangt dann in dessen
unteren Teil über die Kanäle (nicht wiedergegeben) des Bundes 9.
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infolge der unterschiedlichen Kräfte, bewirkt durch den Pressluftdruck
auf. die untere (in Zeichnung) Stirnfläche des Schlagstückes 7 und den Boden des
Raumes 16, die an Flächengrösce verschieden sind, bewegt sich das Schlagstück 7
nach oben (in Zeichnung). Bei dieser Bewegung nach oben werden die Fenster 17 durch
die Seitenfläche des Schiebers 12 zugedeckt, wodurch das Gas dem Raum 16 nicht mehr
zugeleitet wird.
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Die weitere Bewegung des Schlagstückes 7 nch oben erfolgt auf Grund
einer Dilatation des Pressgnses in dem unteren Teil des Raumes 16. Das Schlagstück
7 geht solanwärts ge auf, bis seine Benster 17 über dem Abschnitt des Schiebers
12 mit dem grössten Durchmesser liegen.
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Danach kommt das Pressgas alls dem Raum 16 in den Raum 15 und dann
über die Kanäle 19 des Dämpfers 14 in den Raum 18. Im weiteren gelanRt die Abluft
durch die Bohrung 39 des Ringes 38 und die Kanäle 43 und 42 des ringförmigen Vorsprunges
und des Deckels 36 in den Stutzen 41, und über das Bohr 44 wird sie an die Wasserfläche
abgeführt, dah. ein Abgasauspuff findet statt. In diesem Algen blick ist der Luftdruck
innerhalb des Raumes 11 beträchtgrößer als lich im Raum 18 (gleich dem atmosphärischen
Druck); deshalb bewegt sich das Schlagstück 7 nach unten auf Grund der Differenz
dieser Drücke sowie unter der Einwirkung des Eigengewichtes, wnbei diese Bewegung
mit einem Schlag des Schlagstückes 7 auf den Ajaboss 8 des Gehäuses 4 endet. Der
mit dem Gehäuse 4 starr gekoppelte Becher 2 dringt hierbei in den Boden ein.
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in dem In dem Augenblick, das Schagstück 7 einen Schlag auf den Amboss
8 ausübt, wird der Raum 11 mit dem Raum 16 durch die Fenster 17 verbund wodurch
der letztere mit dem Pressgas gefüllt wird und sich das Schla;estück 7 wieder nach
oben bewegt. Somit wiederholt sich das Arbeitsspiel des Schlagwerkes 1. Die Arbeitaspiele
des Schlagwerkes 1 wiederholen sich 90 lange, bis der Becher 2 mit einerSäulenprobe
gefüllt ist. Hierbei wird ein durch das Schlagwerk 1 erzeugtes Gegenmoment von der
Hülse 23 durch die
Feder 40 aufgenommen und ans Gehäuse 4 übertragen.
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Die federbelastete Hülse 23 verhindert ausserdem die Einwirkung des
Gewichtes des Rohres 22 auf das Schlagwerk i, weil sie am Stutzen 13 frei gleitet.
Die Bewegungslänge der Hülse 23 bezüglich des Stutzens 13 richtet sich nach der
Hubgrösse der Feder 40.
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Das Rohr 44 wird im Stutzen 41 um den Hub der Feder 40 <wegendessen
starrer Verbindung mit dem Rohr 22>versetzt.
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Nach Füllung des Bechers 2 mit Boden wird der Vorrichtung keine Pressluft
zugeführt, und sie wirdfaus dem Wasso mit Hilfe eines Hebezeuges (nicht abgebildet)
für die Abnahme des Bechers 2 und die Entfernung der Bo-Für den denprobegehoben.
Notfall kann der Becher mit einer Vorrettung bestückt werden, die diesen mit der
Bodenprobe auf der Wasserfläche hält.