DE2531446A1

DE2531446A1 - Probenehmer

Info

Publication number: DE2531446A1
Application number: DE19752531446
Authority: DE
Inventors: Aleksandar Svetislav Jovanovic
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-07-11
Filing date: 1975-07-14
Publication date: 1977-02-03
Also published as: FR2317640A1; NL7508385A; AU8291575A; BE831251A

Description

DR. BERG Di.PL.-TNG STAPF DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR

8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 860245

Anwaltsakte 26 247 m. j_uli 1975

Aleksandar Svetislav Jovanovic London W 8 / Großbritannien

!Probenehmer

Die Erfindung bezieht sich auf einen Probenehmer.

Für die verschiedensten Zwecke, beispielsweise für die Untersuchung verschiedener Bodenschichten im Hinblick auf ihre Tragfähigkeit für Gebäude wie Brücken, Häuser oder Start- und Landebahnen von Flugplätzen, im Bergbau oder beim Bohren nach öl oder Erdgas, müssen aus verschiedenen

609885/0061

»(019) 9» »272 t Mfinchen SO, MauetfcirchentnBe 45 Banken: Bayerische Vadoibink Manchen 453100

9t 7043 Telegramme: BERGSTAPFPATENT Manchen Hypo-Bank Manchen 3892623

913310 TELEX: 05245*0 BERG d Postscheck München 65343-S0I

Untergrundschichten Proben für Analysen entnommen werden. Um eine sichere Beurteilung des Gefüges und der physikalischen Eigenschaften einer zu untersuchenden Schicht zu ermöglichen, sollte die Struktur und Schichtung solcher Proben möglichst wenig gestört werden.

Zu diesem Zweck ist es bisher üblich, eine Bohrung bis auf die erforderliche Teufe niederzubringen, das Bohrgestänge aufzuziehen, die Bohrspitze durch einen Probenehmer zu ersetzen, das Gestänge mit dem Probenehmer wieder in das Bohrloch abzusenken und dabei den Probenehmer in die am Boden des Bohrlochs anstehende Schicht zu treiben, so daß dieser eine Probe aufnimmt, welche dann aus dem Bohrloch aufgezogen und analysiert werden kann.

Herkömmliche Probenehmer dieser Art haben einen rohrförmigen Mantel mit einem Schneidfuß, welcher in die zu untersuchende Schicht getrieben wird, so daß eine zylindrische Probe in den Mantel gepreßt und durch den in der Probe selbst auftretenden Druck darin gehalten wird. Die Verwendung solcher Probenehmer zum Gewinnen von Proben aus weichen Schichten, etwa aus weichem Ton, Sand oder Schlamm, vermag jedoch kaum zu befriedigen, da gewisse Mengen der in der Probe enthaltenen Feststoffe beim Aufziehen des Probenehmers aus dem Bohrloch verloren gehen können, insbesondere wenn die Probe Sand enthält. Außerdem kann auch ein großer Anteil der vorhandenen Feuchtigkeit bzw. Flüssigkeit verloren gehen.

Für eine sichere Beurteilung der zu untersuchenden Schicht

609885/0081

ist es jedoch wichtig, eine möglichst ungestörte Probe unter geringsten Verlusten an Flüssigkeit und Feststoffen zu erhalten. Ebenso ist es wichtig, daß die Probe bei der Entnahme und beim Aufziehen möglichst wenig verdichtet oder sonstwie gestört wird.

Die Erfindung schafft einen Probenehmer, welcher es ermöglicht, einen Probekern aus einem weichen Sediment, etwa aus weichem Ton, Sand oder Schlamm im wesentlichen ohne Verlusten an Feststoffen und Feuchtigkeitsgehalt und unter geringstmöglicher Verdichtung oder sonstiger Störung zu entnehmen und zur Untersuchung zu überführen.

Ein erfindungsgemäßer Probenehmer hat ein rohrförmiges Gehäuse für ein Probenrohr, ein Oberteil, an welchem der Probenehmer aufgehängt ist, ein Unterteil mit einem Schneidfuß, welcher einen Einlaß umgibt, der in einem in das Gehäuse eingesetzten Probenrohr mündet, und eine am Oberteil oder am Unterteil zwischen dem Einlaß und dem Probenrohr angeordnete Verschlußeinrxchtung mit zwischen einer Haltestellung, in welcher der Innenraum des Gehäuses vom Einlaß abgeschnitten ist, und einer Freigabestellung, in welcher der Einlaß in den Innenraum des Gehäuses mündet, bewegbaren Flügeln, wobei das Oberteil und das Unterteil aufeinander zu und voneinander weg bewegbar sind und am jeweils anderen der beiden Teile eine mit diesem bewegbare Betätigungseinrichtung für die Verschlußflügel vorgesehen ist, mittels welcher diese bei der Relativbewegung der

609885/0061

beiden Teile aufeinander zu in die Freigabestellung und bei der Bewegung der beiden Teile voneinander weg in einer schneidenden Bewegung durch im Probenehmer vorhandenes Material hindurch in die Haltestellung bewegbar sind.

Dadurch, daß sich die Flügel der Verschlußeinrichtung in einer schneidenden Bewegung durch das im Probenehmer enthaltene Material hindurch bewegen, läßt sich das Ablösen einer Probe und das Festhalten derselben im Probenrohr mit einem Minimum an Verdichtung oder sonstiger Störung der Probe bewerkstelligen, und die Betätigung der Verschlußeinrichtung erfordert einen äußerst geringen Kraftaufwand. Die zum Schließen der Verschlußeinrichtung benötigte Kraft wird zu Beginn des Aufziehens des in die zu untersuchende Schicht getriebenen Probenehmers durch die Bewegung des Oberteils weg vom Unterteil aufgebracht. Diese Relativbewegung der beiden Teile kommt dadurch zustande, daß das Unterteil neben seinem Eigengewicht von der Reibung in der Schicht, in welche es vorher eingetrieben wurde, festgehalten wird.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der bzw. sind die Flügel der Verschlußeinrichtung am Unterteil und die Betätigungseinrichtung dafür mit diesem beweglich am Oberteil des Probenehmers angebracht.

Die schneidende Bewegung ist mit einer Anordnung von Flügeln erzielbar, welche in der Freigabestellung nur einen schmalen, ringförmigen Raum einnehmen, indem die Flügel

609885/0061

in einem Bogen zwischen der Freigabe- und der Haltestellung verschwenkbar sind, wobei die Fläche der Flügel zwischen ihrem vorderen Schneidrand und dem hinteren Rand einen Bogen mit im wesentlichen gleichbleibendem Radius um die Schwenkachse beschreibt. Bei Verwendung mehrerer Flügel, welche in der Haltestellung zusammen einen Verschluß bilden, können die Flügel in der Freigabestellung in einem schmalen ringförmigen Raum untergebracht werden, welcher im wesentlichen innerhalb der Wandstärke des Gehäuses gebildet ist, so daß Proben entnommen werden können, deren Querschnitt ein sehr großer Teil des Querschnitts des Bohrlochs ist.

Der Probenehmer ist vorzugsweise von zylindrischer Form, so daß er sich der Form des Bohrlochs, aus welchem eine Probe genommen werden soll, anpaßt. Der Einlaß des Probenehmers sowie das Gehäuse für die Probe haben daher vorzugsweise kreisförmigen Querschnitt, und die Verschlußeinrichtung enthält mehrere zwischen der Freigabestellung und der Haltestellung verschwenkbare Flügel, welche in der Haltestellung zusammen eine dem Einlaß zugewandte oder von ihm abgewandte, etwa kugelig gewölbte Fläche bilden. Vorzugsweise sind zwei Flügel vorgesehen, welche in der Haltestellung in einer diametralen Ebene des Gehäuses in gegenseitige Anlage kommen. Jeder Flügel ist vorzugsweise um eine im Unterteil verlaufende Achse schwenkbar gelagert und über ein elastisch verformbares Verbindungsglied, etwa ein Band aus Federstahl, bewegungsübertragend reit dem Oberteil

609885/006 1

verbunden. Das Verbindungsglied wandelt die lineare Bewegung des Oberteils relativ zum Unterteil in eine Schwenkbewegung der Flügel um. Vorzugsweise hat die Betätigungseinrichtung für die Verschlußflügel eine am hinteren Rand der einzelnen Flügel angreifende Stufe zum Bewegen der Flügel in die Freigabestellung.

Das Oberteil und das Unterteil haben vorzugsweise teleskopartig ineinander geführte Rohrteile, welche das Gehäuse des Probenehmers bilden.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines Probenehmers in einer ersten Ausführungsform der Erfindung in senkrechtem Schnitt,

Fig. 2 eine teilweise im Schnitt dargestellte Schrägansicht von Teilen des Probenehmers nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht eines Probenehmers in einer zweiten Ausführungsform der Erfindung in senkrechtem Schnitt,

Fig. 4- eine teilweise im Schnitt dargestellte Schrägansicht des in Fig. 3 gezeigten Probenehmers und

Fig. 5 eine Darstellung der Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Probenehmers.

Ein in Fig. 1 dargestellter Probenehmer hat ein Oberteil 2 mit einem abwärts verlaufenden Rohrteil 4. Dieses ist axial verschieblich in einem zweiten Rohrteil 6 geführt, welches zu einem Unterteil 8 der Vorrichtung gehört. Die

609885/0061

Rohrteile 4 und 6 bilden zusammen ein Gehäuse 10 für die Aufnahme eines in Gleitpassung in das Rohrteil 4 eingesetzten Probenrohrs 12 vorzugsweise aus Kunststoff.

Ein etwa kegelstumpfförmiges Kopfteil 14 ist mit einem Gewinde 16 auf das obere Ende des ersten Rohrteils 4 geschraubt und hat am verjüngten oberen Ende ein Innengewinde 18 zum Anschrauben am Ende eines Bohrgestänges. Ferner hat das Kopfteil 14- im Inneren des Gehäuses 10 mündende Durchlässe 20 und ein Rückschlagventil 22 für die Druckentlastung des Gehäuses.

Das Unterteil 8 hat einen Schneidfuß 24 mit einem Einlaß 26, welcher in den Innenraum des Gehäuses mündet. Ein oberhalb des Schneidfußes 24 im zweiten Rohrteil 6 sitzendes Fassungsteil 28 ist mittels wenigstens einer Halteschraube 30 am Fußteil 24 befestigt. Zusammen mit dem Fassungsteil ist der Schneidfuß 24 mittels einer Halteschraube 32 am zweiten Rohrteil 6 befestigt.

Das Fassungsteil 28 enthält zwei jeweils um eine Achse schwenkbare Schneidflügel 34-* welche jeweils als Teil einer Kugelfläche ausgebildet sind, so daß die beiden Flügel in gegenseitiger Anlage zusammen eine gewölbte Fläche bilden (Fig. 2).

Das Rohrteil 4 des Oberteils 2 hat Schlitze 38, in denen jeweils ein in das untere Rohrteil 6 geschraubter Zapfen 40 gleitend geführt ist, so daß das Oberteil innerhalb der

609885/0061

253U46

durch Anschlag der Zapfen 40 an den oberen und unteren Enden der Schlitze 38 vorgegebenen Grenzen axial gegenüber dem Unterteil verschieblich ist.

Das untere Ende des oberen Rohrteils 4 ist durch Leisten 42 verlängert, welche in unter die unteren Ränder der Schneidflügel 34 greifenden Stufen 44 auslaufen. Jeder Flügel 34-ist über ein Federstahlband 46 mit der zugeordneten Stufe 44 verbunden.

Zum Entnehmen einer Probe aus einem mit herkömmlichem Gerät gebohrten Bohrloch wird der Bohrer aufgezogen und der Probenehmer an seiner Stelle am Bohrgestänge befestigt, worauf dieses, wieder in das Bohrloch gesenkt wird (Fig. 5A). Wahrend des Absenkens der Vorrichtung zum Boden des Bohrlochs hängt das Unterteil unter Anlage der Zapfen 40 an den unteren Enden der Schlitze 38 am Oberteil, so daß sich die eine Verschlußeinrichtung bildenden Schneidflügel 34-in der Haltestellung befinden. Dies ist insofern wichtig, als bei geöffneter Verschlußeinrichtung während des Absenkens der Vorrichtung irgendwelches Material in das Probenrohr eindringen und die aus der zu untersuchenden Schicht entnommene Probe verfälschen könnte.

Setzt dann der Probenehmer am Boden des Bohrlochs auf, so bewirken das auf dem Oberteil lastende Gewicht und der einer weiteren Abwärtsbewegung des Unterteils vom Boden des Bohrlochs entgegengesetzte Widerstand das Zusammenschieben der Vorrichtung, wobei eich das obere Rohrteil 4 mit den

609885/0061

253H46

unten hervorstehenden Leisten 42 abwärts bewegt, bis die Zapfen 40 an den oberen Enden der Schlitze 38 in Anlage kommen. Dabei werden die Schneidflügel 34 der Verschlußeinrichtung über die Federstahlbänder 46 in die geöffnete Stellung mitgenommen.

Die vom Bohrgestänge auf die Vorrichtung ausgeübte, abwärts gerichtete Kraft wird durch die Anlage der Zapfen 40 an den oberen Enden der Schlitze 38 auf das Unterteil 8 übertragen, so daß der Schneidfuß in die zu untersuchende Schicht eindringt und dabei eine ungestörte Probe in das Probenrohr 12 gelangt (Fig.

Nach Aufnahme der Probe im Probenrohr 12 wird über das Gestänge ein ausfwärts gerichteter Zug auf das Oberteil 2 mit dem oberen Rohrteil 4 ausgeübt (Fig. 5C). Das Unterteil 8 ist dabei durch sein Eigengewicht sowie durch die Reibung des es umgebenden Materials festgehalten. Dementsprechend bewegt sich das obere Rohrteil 4 nun gegenüber dem Unterteil 8 aufwärts, bis die Zapfen 40 wieder in Anlage an den unteren Enden der Schlitze 38 kommen und eine weitere Relativbewegung verhindern. Die Aufwärtsbewegung des Rohrteils 4 wird über die Verlängerungsleisten 42, deren Stufen 44 und die Federstahlbänder 46 auf die Schneidflügel 3^- übertragen, so daß diese sich in einer schneidenden Bewegung durch das in das Gehäuse eingedrungene Material in die Haltestellung bewegen und damit die im Probenrohr 12 enthaltene Probe einschließlich darin enthaltener Feuchtigkeit gegenüber dem Einlaß 26 absperren. Diese

609885/0061

Schließbewegung bewirkt nur ein Minimum an Verdichtung oder sonstigen Störungen der Probe.

Erst nach dem Schließen der durch die Schneidflügel 34 gebildeten Verschlußeinrichtung in vorstehend beschriebener Weise beginnt das Unterteil 8 mit dem unteren Rohrteil 6 sich unter dem Zug der an den unteren Enden der Schlitze anliegenden Zapfen 40 aufwärts zu bewegen (Pig. 5D) ·

Nach dem Aufziehen des Probenehmers aus dem Bohrloch wird er vom Bohrgestänge abgenommen, worauf dann der kegelst ump ff örmi ge Kopf 14 des Oberteils vom Rohrteil 4 abgeschraubt und das Probenrohr 12 mit der darin enthaltenen Probe aus der Vorrichtung hervorgezogen werden kann.

Zum Reinigen des Probenehmers wird der kegelstumpfförmige Kopf 14 vom oberen Rohrteil 4 abgeschraubt und die Halteschraube 32 sowie die Zapfen 40 werden entfernt, worauf sich das obere Rohrteil 4 zusammen mit dem Schneidfuß 24, dem Fassungsteil 28 und den Schneidflügeln 34 nach unten aus dem unteren Rohrteil ziehen läßt. Darauf kann dann die Halteschraube 30 entfernt und das Passungsteil 28 vom Schneidfuß abgenommen werden.

Bei der in Fig. 3 und 4 dargestellten zweiten Ausführungsform der Erfindung sind der Ausführung nach Fig. 1 und 2 entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Das obere Rohrteil 4 hat hier ein oberes Teil 50 und ein mittels Halteschrauben 54 daran befestigtes unteres Teil 52. Das untere Teil 52 hat eine Stufe 56, welche im

609885/0061

253U46

zusammengeschobenen Zustand des Probenehmers auf dem oberen Rand des unteren Rohrteils 6 aufsetzt. In dieser Ausführungsform ist das Passungsteil 28 nicht vorhanden. Stattdessen hat das untere Teil 52 des oberen Rohrteils nahe dem unteren Ende eine Innenstufe 58, auf welcher das Probenrohr 12 aufsitzt. Die Schneidflügel 34 sind schwenkbar auf von außen her in das untere Rohrteil 6 geschraubten Schraubzapfen 60 gelagert 0?ig. 4).

Der Schneidfuß 24 ist hier mit einem Gewinde 62 am unteren Röhrteil 6 angeschraubt.

Wie man aus vorstehender Beschreibung erkennt, schafft die Erfindung einen Probenehmer, mittels dessen sich Proben ohne nennenswerte Störung und unter minimalem Verlust an Feuchtigkeit entnehmen lassen. Die Vorrichtung hat vorzugsweise eine zylindrische, einem mit herkömmlichem Gerät gebohrtem Bohrloch angepaßte Form. Zum Entnehmen einer Probe braucht die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht, wie in älteren Vorschlägen vorgesehen, gedreht oder eingeschlagen zu werden, so daß die Probe während der Entnahme im wesentlichen ungestört bleibt. Ferner ermöglicht die Vorrichtung einen im wesentlichen dichten Abschluß des die Probe enthaltenden Gehäuses, so daß die Probe intakt geborgen werden kann.

Die Verwendung von gewölbten Schneidflügeln in der bevorzugten Ausführung der Verschlußeinrichtung ermöglicht das Einschließen der Probe im Gehäuse mit minimalem

609885/0061

Kraftaufwand durch. Ale Bewegung des Oberteils relativ zum Unterteil.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung eignet sich nicht nur zum Entnehmen von Bodenproben, sondern kann auch, für andere Zwecke ausgebildet sein, etwa zum Entnehmen von subkutanen Gewebeproben am menschlichen Körper.

609885/0061

Claims

Patentansprüche:

l1.y Probenehmer, gekennzeichnet durch ein rohrförmiges Gehäuse (10) für ein Probenrohr (12), mit einem Oberteil (2, 4) an welchem der Probenehmer aufgehängt ist, und einem Unterteil (6, 8), welches einen Schneidfuß (24) mit einem von diesem umgebenen, im Innenraum eines in das Gehäuse eingesetzten Probenrohrs mündenden Einlaß (26) aufweist, und durch eine zwischen dem Einlaß und dem Probenrohr am Oberteil oder am Unterteil angebrachte Verschlußeinrichtung mit zwischen einer Haltestellung, in welcher der Innenraum des Gehäuses gegenüber dem Einlaß abgesperrt ist, und einer Freigabestellung, in welcher der Innenraum des Gehäuses gegenüber dem Einlaß geöffnet ist, bewegbaren Flügeln (34), wobei das Oberteil und das Unterteil aufeinander zu und voneinander weg bewegbar sind und am jeweils anderen der beiden Teile eine mit diesem bewegbare Betätigungseinrichtung (46) für die Verschlußflügel vorgesehen ist, mittels welcher diese bei der Relativbewegung der beiden Teile aufeinander zu in die Freigabestellung und bei der Bewegung der beiden Teile voneinander weg in einer schneidenden Bewegung durch im Probenehmer vorhandenes Material hindurch in die Haltestellung bewegbar sind.
2. Probenehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußeinrichtung (34) am Unterteil (6, 8) und die Betätigungseinrichtung (46) dafür mit diesem bewegbar am Oberteil (2, 4) angebracht ist.

609885/0061
3. Probenehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußeinrichtung eine Anzahl von Flügeln (34) aufweist, welche den Innenraum des Gehäuses (10) in der Haltestellung gemeinsam gegenüber dem Einlaß (26) absperren und in der Freigabestellung in einer im wesentlichen innerhalb der Wandstärke des Gehäuses vorhandenen Ausnehmung untergebracht sind.
4. Probenehmer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (3^) um eine Schwenkachse herum zwischen der Freigabestellung und der Haltestellung schwenkbar sind und daß die Fläche der Flügel zwischen deren Schneidrand und dem hinteren Rand einen Kreisbogen mit im wesentlichen gleichem Radius um die Schwenkachse beschreibt.
5. Probenehmer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (26) und das Gehäuse (10) kreisförmigen Querschnitt haben, und daß die Verschlußeinrichtung eine Anzahl von Flügeln (34) hat, welche in der Haltestellung zusammen eine gewölbte Fläche bildet.
6. Probenehmer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußeinrichtung zwei Flügel (34) aufweist, welche in der Haltestellung in einer Diametralebene des Gehäuses (10) zusammentreffen.

609885/0061

253U46
7. Probenehmer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Flügel (34·) über ein elastisch verformbares Verbindungsglied (4-6) mit dem Oberteil (2, 4) verbunden ist.
8. Probenehmer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7i dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung für die Verschlußflügel (34) eine Stufe (44) aufweist, welche am hinteren Rand jedes Flügels angreift, um ihn in die Haltestellung zu bewegen.
9. Probenehmer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberteil (2) und das Unterteil (8) teleskopartig ineinander geführte Rohrteile (4 bzw. 6) aufweisen, welche das Gehäuse (10) des Probenehmers bilden.
10. Probenehmer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9> dadurch gekennzeichnet, daß er für die Entnahme von Kernproben aus weichen Sedimenten oder Bodenschichten ausgebildet ist.
11. Probenehmer nach Anspruch 1, im wesentlichen wie vorstehend anhand von Fig. 1 und 2 bzw. 3 und 4 der Zeichnung beschrieben.

609885/0061

Le

erseite