DE2931802C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeits-Probenehmer zum Ent­ nehmen einer Probe aus Brunnen, Bohrlöchern oder dgl., be­ stehend aus einem an einem flexiblen Element im geöffneten Zustand absenkbaren rohrförmigen Probegefäß und einer Einrich­ tung zum Schließen des Probegefäßes nach Erreichen einer ge­ wünschten Absenktiefe.

Derartige Geräte zum Entnehmen einer Wasserprobe aus Bohrlöchern sind bekannt. Diese sind häufig mit komplizierten Verschlußein­ richtungen ausgerüstet, die durch Betätigungseinrichtungen in der gewünschten Tiefe betätigt werden können. Die Herstellung dieser Geräte ist relativ teuer, und sie bedürfen einer ständi­ gen Wartung. Es ist weiterhin ein Wasserprobenahmegerät be­ kannt, bei dem die Wandung des Behälters nach dem Absenken eines Boden- und Deckelteils durch eine Fallbewegung von einer Stelle außerhalb der Bohrung auf den Boden- und Deckel­ teil gestülpt wird, so daß auf diese Weise ein Einschluß der Probe erfolgt. Ein Ablaßhahn dient zum Entleeren des Gerätes. Bei diesem bekannten Probenehmer wird beim Überstülpen der Wandung des Gerätes über das Boden- und Deckel­ teil in der Flüssigkeit, aus der die Probe entnommen werden soll, eine starke Turbulenz oder Stoßwelle erzeugt, welche die Schichtungen der Flüssigkeiten im starken Maße beeinträchtigt, so daß die entnommene Flüssigkeit nur ein sehr ungenaues Bild von der tatsächlichen Flüssigkeit und ihrer Schichtung im Brun­ nen, im Bohrloch oder dgl. abgibt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, diesen Mangel zu beseitigen und ein einfaches, wenig störanfälliges und robustes Probenehmer­ gerät zu schaffen, welches eine störungsfreie und der tatsäch­ lichen Flüssigkeitsschichtung genau entsprechende Probeent­ nahme gestattet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Bodenverschlußteil des Probegefäßes fest mit dem flexiblen Element verbunden, und der Gefäßmantel und ein Deckelverschlußglied in Längsrichtung des flexiblen Elementes relativ sowohl gegenüber dem flexiblen Element als auch zueinander axial bewegbar sind und Bodenver­ schlußteil, Gefäßmantel und Deckelverschlußglied in dem geöff­ neten Absenkzustand des Probegefäßes jeweils in einem geringen gegenseitigen axialen Abstand an dem flexiblen Element lösbar gehalten sind.

Bei dem neuen Probenehmer werden die für die Probeentnahme wesentlichen Teile, nämlich Deckelverschlußglied, Gefäßmantel und Bodenverschlußteil beim Absenken des Probenehmers in axia­ ler Richtung in der Reihenfolge, in der sie auch bei dem ge­ schlossenen Probegefäß angeordnet sind, in einer Bereitschaft gehalten, in der die drei Teile jeweils einen gegenseitigen axialen Abstand von nur geringer Größe aufweisen. Dieser Abstand ist so bemessen, daß beim Absenken des geöffneten Probegefäßes der Gefäßmantel in der Flüssigkeit im wesentlichen ohne Erzeu­ gung einer Turbulenz abgesenkt werden kann, wobei in den Gefäß­ mantel die Flüssigkeit des Bohrloches im wesentlichen in der ungestörten Schichtung, wie sie im Bohrloch vorliegt, eintritt und wieder austritt. Insbesondere wird nach Erreichen der ge­ wünschten Absenktiefe durch das Schließen des Probegefäßes prak­ tisch keine nennenswerte Turbulenz und keine nennenswerte Stoß­ welle oder Strömung erzeugt. Damit wird eine sehr genaue Probe­ entnahme möglich, die sehr wirklichkeitsgetreu den Flüssigkeits­ verhältnissen an der betreffenden Absenktiefe im Bohrloch ent­ spricht.

Die neue Ausbildung gewährleistet außerdem, daß die sehr einfach ausgebildeten Teile nur einer sehr geringen Beanspruchung unter­ liegen, da die relativen Wege, die zwischen dem geöffneten Zu­ stand des Probegefäßes und dem Schließzustand von den drei Teilen zurückgelegt werden müssen, nur sehr gering sind, so daß Stoß­ kräfte bei dem gegenseitigen Anlegen der Teile weitgehend ausge­ schlossen sind.

Die neue Anordnung ermöglicht auch eine relativ genaue zentrierte gegenseitige Führung der drei Teile bei der relativen Bewegung. Zu diesem Zweck kann vorteilhafterweise mit dem flexiblen Glied eine Führungsstange fest verbunden sein, die das Bodenverschluß­ teil trägt, und auf der der Gefäßmantel und das Deckelverschluß­ glied verschiebbar und zentriert geführt sind. Das bedeutet, daß die miteinander zusammenwirkenden Dichtflächen in zentrierter gegenseitiger Stellung aufeinandertreffen und so nur geringen Belastungen ausgesetzt sind. Ein Ausbrechen der Dichtflächen, wie es bei bekannten Geräten auftreten kann, ist hierbei nicht zu befürchten.

Der Gefäßmantel ist zweckmäßigerweise über eine Leerwegverbin­ dung an dem Deckelverschlußglied angehängt, während das letztere Mittel zu einer lösbaren Verriegelungseinrichtung an dem flexib­ len Element festlegbar ist. Dies bedeutet, daß das Deckelver­ schlußglied und der Gefäßmantel nach Auslösung der Verriege­ lungseinrichtung zunächst gemeinsam den Absenkweg zurücklegen und zuerst das bodenseitige Ende des Gefäßmantels abgedichtet wird, bevor das obere Ende durch eine weitere relative Absenkbe­ wegung des Deckelverschlußteils gegenüber dem Gefäßmantel ver­ schlossen wird.

Die Verriegelungseinrichtung ist zweckmäßigerweise in einem er­ heblichen axialen Abstand oberhalb der Schließfläche des Deckel­ verschlußgliedes angeordnet. Dadurch wird erreicht, daß die Vor­ gänge zum Auslösen des Schließvorgnges an einer Stelle erfolgen, die im erheblichen axialen Abstand oberhalb des Flüssigkeitsbe­ reichs liegt, aus dem die eigentliche Probeentnahme erfolgt. Da­ durch werden alle Störungen, die von dem Auslösevorgang herrüh­ ren könnten, von dem Probeentnahmebereich ferngehalten.

Ein von der Eintauchtiefe des Probenehmers unabhängiges sicheres Schließen wird dadurch gewährleistet, daß das Bodenverschlußteil im geöffneten Zustand durch eine an dem flexiblen Element axial abgestützte Schließfeder in Schließrichtung elastisch vorgespannt ist, so daß auch bei großen Tiefen bis zu 500 m oder mehr ein sicherer Schließvorgang gewährleistet ist.

Die Auslösung der Riegelvorrichtung kann zweckmäßigerweise da­ durch erfolgen, daß das Riegelelement mit seinem Betätigungsab­ schnitt in die Fallbahn eines am flexiblen Element herablaßbaren Auslösegewicht ragt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den Flüssigkeitsprobenehmer in dem zum Ablassen in ein Bohrloch bestimmten geöffneten Zustand in perspektivi­ scher Darstellung und

Fig. 2 in perspektivischer Darstellung und größerem Maßstabe die einzelnen Teile des Probenehmers in auseinanderge­ zogener Stellung.

Der Probenehmer 3 ist an einem flexiblen Element 1 angehängt. Da­ zu dient zweckmäßigerweise ein Kupplungselement 2, das sich be­ sonders bewährt, wenn der Probenehmer 3 gegen ein Tiefenmeßgerät oder dgl. austauschbar an dem zugehörigen Flachbandkabel befestig­ bar ist. Auf diese Weise läßt sich der Probenehmer zwanglos in einen Satz von unterschiedlichen, für das Arbeiten an Brunnen oder Bohrungen notwendigen Ausrüstungsgeräten einordnen.

Der Probenehmer 3 besteht im wesentlichen aus einem oberen Deckel­ verschlußglied 9, einem darunterliegenden Gefäßmantel 10 und einem Bodenverschlußteil 11.

An das Kupplungsglied 2 ist der Probenehmer 3 mittels eines An­ schlußstückes 4 befestigbar, das an seinem oberen Ende eine Ge­ windebohrung 6 zum Verschrauben mit dem Kupplungsglied 2 auf­ weist. Das Anschluß- oder Verbindungsstück 4 weist auch an seinem unteren Ende im dargestellten Beispiel eine Gewindebohrung 7 auf, in die das obere mit Gewinde versehene Ende 19 einer langge­ streckten Führungsstange 8 einschraubbar ist. Alle Teile des Probenehmers 3 sind auf diese Führungsstange 8 aufgefädelt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Anschlußstück 4 noch eine Ringnut 5 auf, deren Zweck weiter unten erläutert ist.

Das Deckelverschlußglied 9 weist eine Innenbohrung 21 auf, die sich bis nahe dem unteren Ende erstreckt, an dem eine kegelstumpfförmige Verschlußfläche 15 vorgesehen ist, die mit dem oberen, vorzugsweise entsprechend trichterförmig ausgebilde­ ten Ende 16 des Gefäßmantels 10 in der Schließstellung abdich­ tend zusammenwirkt. Nahe dem unteren Ende ist die Innenbohrung 21 unter Bildung einer Anlageschulter 22 auf einen Durchmesser ver­ engt, der für die leicht verschiebbare Aufnahme der Führungs­ stange 8 ausreichend ist. Die Schulter 22 dient zur Anlage des unteren Endes einer Druckfeder 20, die sich mit ihrem oberen Ende gegen die untere Stirnfläche des Anschlußstückes 4 legt.

Das Deckelverschlußglied ist als langgestreckter Zylinder ausge­ bildet und weist einen maximalen Durchmesser 17 auf, der etwas größer ist als der maximale Außendurchmesser 18 des Gefäßmantels 10. Nahe dem oberen Ende schließt sich an den Hauptteil des Deckelverschlußgliedes 9 ein langgestreckter, verjüngter Auflauf- und Zentrierabschnitt 26 an, dessen Bedeutung weiter unten er­ läutert ist. An der Übergangsstelle zwischen dem Hauptteil und dem verjüngten Teil 26 weist das Deckelverschlußglied 9 ein seit­ liches schlitzförmiges Fenster auf, in dem ein zweiarmiges Riegel­ glied 23 entsprechend dem Doppelpfeil 24 schwenkbar gelagert ist. Das Riegelteil 26 weist an seinem in die Innenbohrung 21 ragen­ den Ende eine Fangschulter 25 auf, die in dem geöffneten Zustand des Probenehmers gemäß Fig. 1 in die Ringnut 5 des Anschlußstückes 4 einrastet und so bei gespanntem Zustand der Feder 20 das Deckel­ verschlußglied 9 an dem Anschlußstück 4 und so an dem flexiblen Element 1 axial festlegt. In der Riegelstellung ragt das obere Betätigungsende 23 a im Bereich oberhalb des Übergangsbereiches zwischen den beiden Abschnitten des Deckelverschlußteils 9 nach außen. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß in jeder Stel­ lung des Riegelteils 23 der Betätigungsabschnitt 23 a radial inner­ halb des maximalen Durchmessers 17 des Deckelverschlußteiles 9 liegt, so daß ein unbeabsichtigtes Öffnen durch Anstoßen des Probenehmers an die Bohrlochwandungen nicht zu befürchten ist.

Auf dem flexiblen Element oder Lotkabel 1 ist von der Erdober­ fläche auslösbar ein Auslösegewicht 27 absenkbar. Dieses ist im dargestellten Beispiel als langgestreckter Hohlzylinder ausge­ bildet, dessen Innenbohrung sich am unteren Ende in einen Be­ tätigungsabschnitt 28 trichterförmig erweitert. Mit diesem er­ weiterten Abschnitt läuft das Auslösegewicht 27 stoßfrei auf das entsprechend abgeschrägte obere Ende des Auflauf- und Zen­ trierabschnittes 26 auf, der im letzten Teil der Absenkbewegung des Auslösegewichtes 27 dieses gegenüber dem Deckelverschlußteil 9 zentriert, so daß der trichterförmige Abschnitt 28 schließ­ lich auf den entsprechend abgeschrägten Betätigungsarm 23 a des Riegelgliedes 23 trifft und radial nach innen drängt, wodurch der Fangabschnitt 25 aus der Nut 5 ausrastet und der Deckelver­ schlußteil 9 von dem Anschlußstück 4 und so von dem flexiblen Element 1 freikommt und sich unter der Wirkung der Feder 20 mit vorbestimmter Kraft axial nach unten bewegen kann.

Der Gefäßmantel 10 ist als glatter Hohlzylinder ausgebildet. Er weist ein oberes und ein unteres Führungsstück 32 bzw. 34 auf, die im Abstand von den Gefäßmantelenden am Gefäßmantel, z. B. mittels Schrauben 33 bzw. 35, festgelegt sind. Zentrale Bohrun­ gen in diesen Teilen dienen zur Aufnahme der Führungsstange 8 mit leichtem Spiel, so daß der Gefäßmantel unter enger Führung, aber leicht verschiebbar auf der Stange 8 absenkbar ist.

Der Deckelverschlußteil 9 weist an seinem unteren Ende unterhalb und radial innerhalb der Abdichtungsfläche 15 Befestigungselemen­ te 30 für flexible Verbindungselemente 31 auf, die z. B. in Form von Nylonringen oder dgl. in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise um das Teil 32 geschlungen sind. Auf diese Weise ist der Gefäß­ mantel 10 am unteren Ende des Deckelverschlußgliedes 9 so ange­ hängt, daß der Gefäßmantel mit dem Deckelverschlußteil 9 auf der Führungsstange 8 abgesenkt werden, aber auch eine Relativbewe­ gung in axialer Richtung ausführen kann. Statt der gezeigten Ele­ mente kann auch eine andere Leerwegverbindung zwischen Deckel­ verschlußteil 9 und Gefäßmantel 10 vorgesehen sein.

Die Führungsstange 8 weist an ihrem unteren Ende einen Gewinde­ abschnitt 38 auf, der unterhalb des Teils 34 in die obere Gewin­ debohrung 37 eines unteren Verbindungsstückes 36 eingeschraubt ist. Das Verbindungsstück 36 weist am unteren Ende ein Außenge­ winde 42 auf, das in die Gewindebohrung des Bodenverschlußteils 11 einschraubbar ist. An die Gewindeöffnung 43 des Bodenver­ schlußteils schließt sich dessen kegelstumpfförmige Dichtfläche 40 an, die mit einer entsprechenden trichterförmigen Randöffnung 41 des Gefäßmantels 10 zusammenwirkt. Das Anschlußstück 36 ist hohlzylindrisch ausgebildet und weist oberhalb des Außengewin­ des 42 eine Querbohrung 50 auf. Der Bodenverschlußteil 11 weist eine zentrale Bohrung auf, die unter Bildung einer Schulter 55 sich zu einer unteren Öffnung 52 verengt. Die in der Schulter 55 liegende Mündung der engen Bohrung 52 wirkt mit einem Ventil­ glied, insbesondere einer Ventilkugel 44 zusammen, die unter der Vorspannung einer Feder 45 stehen kann, welche sich mit ihrem oberen Ende gegen die untere Stirnfläche des Verbindungs­ stückes 36 abstützt.

Es ist ersichtlich, daß die Führungsstange 8 mit dem flexiblen Element 1 fest verbunden ist und an ihrem unteren Ende das Boden­ verschlußteil fest unterstützt. Das Deckelverschlußglied 9 und der Gefäßmantel 10 sind dagegen gegenüber der Führungsstange 8 und dem Bodenverschlußteil 11 axial verschiebbar. Beide Teile sind aber auch relativ zueinander in axialer Richtung aufgrund der Leerwegverbindung verschiebbar.

Der Probenehmer wird in der in Fig. 1 gezeigten geöffneten Stel­ lung, bei der sich jedoch das Auslösegewicht 27 oben an der Meßstation befindet, in ein Bohrloch oder dgl. abgesenkt. Das Deckelverschlußteil 9 ist in seiner axialen Stellung an dem flexiblen Element 1 bzw. dem Anschlußstück 4 mittels der Verrie­ gelungseinrichtung 12 unter Spannung der Feder 20 festgelegt. Über die Leerwegverbindung wird der Gefäßmantel 10 an dem Deckel­ verschlußglied so abgestützt, daß sein oberes Ende 16 im ge­ ringen axialen Abstand von der Dichtfläche 15 zu liegen kommt. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß in dieser Stellung das untere Ende 41 des Gefäßmantels 10 im geringen axialen Ab­ stand oberhalb der Dichtfläche 40 des Bodenverschlußteils 11 liegt. Beim langsamen Absenken des Probenehmers kann die im Bohr­ loch oder dgl. befindliche Flüssigkeit ohne nennenswerte Turbu­ lenz und ohne Vermischungsvorgänge unten in den Gefäßmantel 10 eintreten und oben wieder austreten. Ist die gewünschte Tiefe erreicht, wird das Auslösegewicht 27 am flexiblen Element 1 her­ untergelassen und löst die Riegeleinrichtung 12 aus. Die ge­ spannte Feder 20 drückt das Deckelverschlußteil 9 nach unten. An dieser Bewegung nimmt der Gefäßmantel 10 teil, bis die trichter­ förmige Stirnfläche 41 auf der Dichtfläche 40 des Bodenver­ schlußteils 11 aufsetzt. Der Deckelverschlußteil 9 setzt seine Bewegung unter der Wirkung der Feder 20 relativ zur Führungsstange 8 und relativ zu dem nunmehr axial festgelegten Gefäßmantel 10 fort bis die Dichtfläche 15 auf der Trichterfläche 16 am oberen Ende des Gefäßmantels abdichtend aufsetzt. Die Querbohrung 50 in dem Anschlußstück 36 liegt innerhalb des Gefäßmantels 10. Der Wasserdruck bzw. die Vorspannung der Feder 45 sorgen dafür, daß die Ventilkugel 44 die Bohrung 52 im Bodenverschlußteil 11 zu­ verlässig abdichtet. Der Probenehmer kann nunmehr störungsfrei nach oben gezogen werden. Die Restspannung der Feder 20 sorgt für eine zuverlässige dichtende Anlage der die Flüssigkeitsprobe einschließenden Teile.

In einigen Fällen kann auf die Feder 20 ebenso wie auf die Fe­ der 45 verzichtet werden. In diesen Fällen sorgt das vereinte Gewicht des Deckelverschlußgliedes und des Auslösegewichtes 27 für die abdichtende Zusammenpressung der Dichtflächen. Die Ver­ wendung einer Vorspannfeder 20 wird jedoch bevorzugt.

Die neue Anordnung ist außerordentlich robust und einfach im Aufbau. Die Kunststoffringe 31 können auch durch eine Schiebe­ verbindung mit begrenztem Leerweg zwischen Gefäßteil und Deckel­ verschlußglied ersetzt werden. Die Riegelnut 5 kann statt an dem Anschlußstück 4 auch an der Führungsstange 8 vorgesehen sein. Es ist dabei vorteilhaft, die Verriegelungseinrichtung 12 in einem möglichst großen axialen Abstand 51 von der Dichtfläche 15 des Deckelverschlußteils 9 anzuordnen, um durch den Auslösevorgang des Riegels jeden störenden Einfluß auf die Flüssigkeitsbereiche im Bohrloch oder dgl. auszuschließen, aus denen die Probe ent­ nommen werden soll.

Claims (12)

1. Flüssigkeits-Probenehmer zum Entnehmen von Proben aus Brunnen, Bohrlöchern oder dgl., bestehend aus einem an einem flexiblen Element im geöffneten Zustand absenkbaren rohrförmigen Probe­ gefäß mit einer Einrichtung zum Schließen des Probegefäßes nach Erreichen einer gewünschten Absenktiefe, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bodenverschlußteil (11) des Probegefäßes (3) fest mit dem flexiblen Element (1) ver­ bunden und der Gefäßmantel (10) und ein Deckelverschlußglied (9) in Längsrichtung des flexiblen Elementes relativ sowohl gegenüber dem flexiblen Element (1) als auch zueinander beweg­ bar sind und Bodenverschlußteil (11), Gefäßmantel (10) und Deckelverschlußglied (9) in dem geöffneten Absenkzustand des Probegefäßes (3) jeweils in einem geringen gegenseitigen axialen Abstand an dem flexiblen Element (1) lösbar gehalten sind.

2. Probenehmer nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Gefäßmantel (10) über eine Leerweg­ verbindung (30, 31) an dem Deckelverschlußglied (9) angehängt und das letztere mittels einer lösbaren Verriegelungseinrich­ tung (12) an dem flexiblen Element (1) festlegbar ist.

3. Probenehmer nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verriegelungseinrichtung (12) in einem erheblichen axialen Abstand (51) oberhalb der Schließ­ fläche (15) des Deckelverschlußgliedes (9) angeordnet ist.

4. Probenehmer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des flexiblen Elementes (1) eine Führungsstange (8) befestigt ist, die das Bodenverschlußteil (11) trägt und auf der der Gefäßmantel (10) und das Deckelverschlußglied (9) axial ver­ schiebbar geführt sind.

5. Probenehmer nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das langgestreckt ausgebildete Deckel­ verschlußglied (9) einen maximalen Außendurchmesser (17) größer als der Außendurchmesser (18) des Gefäßmantels aufweist.

6. Probenehmer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Deckelverschlußglied (9) ein Riegelelement (23) aufweist, das im geöffneten Zustand des Probegefäßes (3) in eine Riegelausnehmung oder Riegelnut (5) der Führungsstange (4, 8) eingreift.

7. Probenehmer nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Riegelelement (23) mit seinem Be­ tätigungsabschnitt (23 a) in die Fallbahn eines am flexiblen Element (1) herablaßbaren Auslösegewichtes (27) ragt.

8. Probenehmer nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Betä­ tigungsabschnitt (23 a) des Riegelelementes (23) in jeder Stellung des Riegelelementes radial innerhalb des maximalen Durchmessers (17) des Deckelverschlußgliedes (9) liegt.

9. Probenehmer nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslösegewicht (27) als Hülse mit sich erweiterndem unterem Auslöseabschnitt (28) ausgebildet ist und das Deckelverschlußglied (9) einen verjüngten Auflauf- und Zentrierabschnitt (26) aufweist.

10. Probenehmer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß an dem flexiblen Element (1) eine im geöffneten Zustand des Probe­ gefäßes (3) gespannte Druckfeder (20) axial abgestützt ist, durch die der Deckelverschlußteil (9) in Richtung auf seine Schließstellung vorspannbar ist.

11. Probenehmer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in dem hohl ausgebildeten Bodenverschlußteil (11) eine oberhalb der Schließfläche (40) liegende Öffnung (50) und am Boden eine durch - ggf. unter Federvorspannung stehendes - Ventilglied (44) selbsttätig schließbare Bodenöffnung (52) vorgesehen sind.

12. Probenehmer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Probegefäß (3) gegen ein Tiefenmeßlot oder dgl. Meßgerät austauschbar an dessen Lotkabel (1) befestigbar ist.