DE29606301U1 - Borehole probe - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Bohrlochsonde, wie sieThe invention relates to a borehole probe as
üblicherweise zur Vermessung, Erkundung und Überwachung von Bohrlöchern im Grundbau bzw. bei bodenmechanischen
Untersuchungen verwendet wird.
5is typically used for surveying, exploring and monitoring boreholes in foundation engineering or soil mechanical investigations.
5
Bereits seit relativ langer Zeit ist es bekannt, in den Erdboden oder in Gestein eine Bohrung einzubringen, wobei sich aus dem dabei gewonnenen Bohrkern Aufschlüsse über den Aufbau und die Schichtungen des Gesteins oder des Gebirges gewinnen lassen, so daß Aussagen über die Eignung des Bodens für bestimmte Baumaßnahmen getroffen werden können. Die Auswertung eines Bohrkerns ist in vielen Fällen jedoch nicht ausreichend, da sich insbesondere in einem wenig standfesten Gebirge kein oder zumindest kein zusammenhängender Bohrkern gewinnen läßt. Um auch unter derartigen Verhältnissen zuverlässig Informationen über den Aufbau des Bodens zu erhalten, sind sogenannte Bohrlochsonden entwickelt worden, die nach Ausbildung eines Bohrloches in dieses eingefahren werden.It has been known for a relatively long time that a borehole can be drilled into the ground or rock, whereby information about the structure and layers of the rock or mountain can be obtained from the core sample obtained in this way, so that statements can be made about the suitability of the ground for certain construction projects. However, the evaluation of a core sample is not sufficient in many cases, since no core sample, or at least no coherent core sample, can be obtained, particularly in rock that is not very stable. In order to obtain reliable information about the structure of the ground even under such conditions, so-called borehole probes have been developed, which are inserted into a borehole after it has been formed.
Je nach den Anforderungen an die zu gewinnenden Informationen sind dabei verschiedene Bohrlochsonden im Einsatz.Depending on the requirements for the information to be obtained, different borehole probes are used.
Um den Bohrlochverlauf und insbesondere die Bohrlochneigung zu bestimmen, werden Bohrlochsonden mit mehreren Neigungssensoren eingesetzt, wobei gegebenenfalls zusätzlich ein Kompaß an der Bohrlochsonde angeordnet sein kann. Es sind jedoch auch reine Kompaßsonden bekannt.In order to determine the borehole course and in particular the borehole inclination, borehole probes with several inclination sensors are used, whereby a compass can also be arranged on the borehole probe if necessary. However, pure compass probes are also known.
Gemäß einer weiteren bekannten Bauart einer Bohrlochsonde ist diese mit einer Videokamera versehen, so daß beim Ein- und Ausfahren der Bohrlochsonde eine Film- bzw. Videoaufnahme aufgezeichnet werden kann, die anschließend von Geologen nach gefügekundlichen oder petrographischen Gesichtspunkten ausgewertet werden kann. Darüber hinaus existieren Sondersonden, die speziell für bestimmte Einsatzzwecke ausgelegt und konstruiert sind.According to another known type of borehole probe, it is equipped with a video camera so that a film or video recording can be made when the borehole probe is moved in and out, which can then be evaluated by geologists based on structural or petrographic aspects. In addition, there are special probes that are specifically designed and constructed for certain purposes.
Da Bohrlochsonden bereits in der Anschaffung relativ teuer sind, haben sie noch keine große Verbreitung bei Baufirmen etc. gefunden, sondern Bohrlochuntersuchungen mit Bohrlochsonden werden üblicherweise an darauf spezialisierte Firmen vergeben. Da diese für verschiedene Anwendungsfälle eine Vielzahl unterschiedlicher Bohrlochsonden vorhalten müssen, sind die bei Bohrlocherkundungen anfallenden Kosten relativ hoch.Since borehole probes are relatively expensive to purchase, they have not yet found widespread use among construction companies, etc. Instead, borehole investigations using borehole probes are usually outsourced to companies specializing in this field. Since these companies have to keep a large number of different borehole probes for different applications, the costs incurred for borehole investigations are relatively high.
5 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrlochsonde zu schaffen, die in einfacher Weise an verschiedene Anwendungsfälle anpaßbar ist.5 The invention is based on the object of creating a borehole probe which can be easily adapted to different applications.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Bohrloch-0 sonde mit einem Basisteil gelöst, an dem zumindest ein Meßmodul und/oder ein Führungsmodul über eine Kupplung in lösbarer und somit auswechselbarer Weise anbringbar ist.This object is achieved according to the invention by a borehole probe with a base part to which at least one measuring module and/or one guide module can be attached via a coupling in a detachable and thus replaceable manner.
Erfindungsgemäß wird somit von dem Grundgedanken ausge-5 gangen, daß der Benutzer die für einen bestimmten Anwendungsfall optimale Bohrlochsonde aus verschiedenen Modu-The invention is based on the basic idea that the user can select the optimal borehole probe for a specific application from various modules.
len beliebig zusammensetzen kann. Auf diese Weise kann die Bohrlochsonde einerseits optimal auf den gewünschten Einsatzzweck abgestimmt werden und andererseits ist es nicht mehr notwendig, eine Vielzahl unterschiedlicher, vollständiger Bohrlochsonden vorzuhalten. Die Erfindung stellt somit eine Multifunktionssonde in Modulbauweise zur Verfügung.len can be assembled as desired. In this way, the borehole probe can be optimally adapted to the desired application and, on the other hand, it is no longer necessary to have a large number of different, complete borehole probes on hand. The invention thus provides a multifunctional probe in modular design.
Das erfindungsgemäß vorgesehene Basisteil bildet quasi den Träger der vom Benutzer zusammenzustellenden Bohrlochsonde. Da jede Bohrlochsonde üblicherweise mit einem Neigungssensor ausgerüstet ist, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, den Neigungssensor in dem Basisteil anzuordnen. Bei einer speziellen Ausgestaltung können am Basisteil auch drei Neigungssensoren angeordnet sein, die die verschiedenen Vertikal- und Horizontalneigungen erfassen.The base part provided according to the invention forms, so to speak, the carrier of the borehole probe to be assembled by the user. Since each borehole probe is usually equipped with an inclination sensor, the invention can provide for the inclination sensor to be arranged in the base part. In a special embodiment, three inclination sensors can also be arranged on the base part, which detect the various vertical and horizontal inclinations.
Die mit jeder Bohrlochsonde gewonnenen, üblicherweise in analoger Form vorliegenden Daten werden vor der Auswertung normalerweise gespeichert, so daß es sich empfiehlt, die analogen Daten in digitale Daten umzusetzen. Zu diesem Zweck finden bekannte Controller Verwendung, die in Weiterbildung der Erfindung ebenfalls am Basisteil angeordnet sein können.The data obtained with each borehole probe, usually in analog form, is normally saved before evaluation, so it is advisable to convert the analog data into digital data. For this purpose, known controllers are used, which in a further development of the invention can also be arranged on the base part.
Das Basisteil besitzt mehrere Kupplungen beispielsweise in Form von Steckern oder Buchsen, auf die jeweils ein Modul aufgesteckt werden kann. Da die zu erkundenen Bohrlöcher relativ schmal sind, hat es sich bewährt, das Basisteil als ein längliches Gehäuse auszubilden, an dessen entgegengesetzten Stirnseiten jeweils eine Kupplung ausgebildet ist.The base part has several couplings, for example in the form of plugs or sockets, onto each of which a module can be plugged. Since the boreholes to be explored are relatively narrow, it has proven useful to design the base part as an elongated housing with a coupling on each of the opposite ends.
Die Bohrlochsonde muß beim Einfahren in das Bohrloch geführt und vorzugsweise zentriert werden. Dies wirdThe borehole probe must be guided and preferably centered when entering the borehole. This is
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üblicherweise durch Führungsrollen oder Führungskufen erreicht, die sich an der Innenwandung des Bohrloches oder eines in dieses eingesetzten Führungsrohres abstützen. Vorzugsweise sind die Führungsrollen oder -kufen an Fuhrungsmodulen vorgesehen, die an das Basisteil ankoppelbar sind. Auf diese Weise können im Bedarfsfall an den Durchmesser des zu erkundenden Bohrlochs angepaßte Führungsmodule an das Basisteil angekoppelt werden.usually achieved by guide rollers or guide skids that are supported on the inner wall of the borehole or a guide pipe inserted into it. The guide rollers or skids are preferably provided on guide modules that can be coupled to the base part. In this way, if necessary, guide modules adapted to the diameter of the borehole to be explored can be coupled to the base part.
Als Meßmodule, die ebenfalls an das Basisteil ankoppelbar sind, kann ein Kompaßmodul und/oder ein Kameramodul vorgesehen sein, wobei auf letzterem eine Videokamera und gegebenenfalls eine Beleuchtungseinrichtung angeordnet sind. Sobald die Module an dem Basisteil unmittelbar oder mittelbar angeschlossen sind, sind sie mittels der Kupplung auch elektrisch bzw. datentechnisch mit dem Basisteil verbunden, so daß die von dem Modul aufgenommene Daten oder Informationen an das Basisteil übertragen und von diesem gegebenenfalls nach Wandlung in digitale Signale an die Erdoberfläche übermittelt werden können.A compass module and/or a camera module can be provided as measuring modules, which can also be coupled to the base part, with a video camera and possibly a lighting device being arranged on the latter. As soon as the modules are directly or indirectly connected to the base part, they are also connected electrically or in terms of data technology to the base part by means of the coupling, so that the data or information recorded by the module can be transferred to the base part and, if necessary, transmitted from the base part to the earth's surface after being converted into digital signals.
Um mehrere Module hintereinanderschalten zu können, besitzt jedes Meßmodul und/oder jedes Führungsmodul zumindest eine weitere Kupplung zur Anbringung eines weiteren Meßmoduls und/oder Führungsmoduls.In order to be able to connect several modules in series, each measuring module and/or each guide module has at least one additional coupling for attaching another measuring module and/or guide module.
Das Meßmodul kann auch in Form eines Vorläufers ausgebildet sein, der dann vorzugsweise relativ zum Basisteil schwenkbar angeordnet ist.The measuring module can also be designed in the form of a precursor, which is then preferably arranged so as to be pivotable relative to the base part.
Aufgrund der beliebig kombinierbaren Kupplungen an dem Basisteil, den Meßmodulen und den Führungsmodulen kann der Benutzer für jeden Anwendungsfall eine Bohrlochsonde nach den notwendigen Gegebenheiten zusammenstellen, ohne 5 eine entsprechende komplette Bohrsonde ständig vorhaltenDue to the freely combinable couplings on the base part, the measuring modules and the guide modules, the user can put together a borehole probe for each application according to the necessary conditions, without 5 having to keep a corresponding complete borehole probe on hand at all times
zu müssen. Dies ist sowohl in wirtschaftlicher als in meßtechnischer Hinsicht vorteilhaft.This is advantageous both from an economic and a measurement point of view.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung ersichtlich. Es zeigen: Further details and features of the invention can be seen from the following description of an embodiment with reference to the drawing. They show:
Figur 1Figure 1
das Basisteil in Seitenansicht,the base part in side view,
Figur 2aFigure 2a
Figur 2bFigure 2b
Führungsmodule gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ,Guide modules according to a first embodiment,
Führungsmodule gemäß einem zweiten Ausfüh rungsbeispiel ,Guide modules according to a second embodiment,
Figur 3Figure 3
eine Bohrlochsonde gemäß einer ersten Zusammenstellung,a borehole probe according to a first compilation,
Figur 4Figure 4
eine schematische Darstellung der Bohrlochsonde gemäß Figur 3 unda schematic representation of the borehole probe according to Figure 3 and
Figuren 5-12 schematische Darstellungen von Bohrlochson-Figures 5-12 schematic representations of borehole probes
den abgewandelter Zusammenstellungen.the modified compilations.
Figur 1 zeigt ein Basisteil 10, das für die vom Benutzer beliebig zusammenstellbare Bohrlochsonde die Grundeinheit bildet. Das Basisteil 10 besitzt ein längliches Gehäuse 11, das an seinen entgegengesetzten Stirnseiten mit Steckeraufnahmen bzw. Anschlußausnehmungen 16 ausgebildet ist, an deren Boden elektrische Anschlußkontakte 17 ausgebildet sind. Wie in Figur 1 schematisch angedeutet ist, besitzt das Basisteil 10 einen ersten NeigungssensorFigure 1 shows a base part 10, which forms the basic unit for the borehole probe, which can be assembled as desired by the user. The base part 10 has an elongated housing 11, which is formed on its opposite end faces with plug receptacles or connection recesses 16, on the bottom of which electrical connection contacts 17 are formed. As is schematically indicated in Figure 1, the base part 10 has a first inclination sensor
12, mittels dessen die vertikale Neigung der Bohrlochsonde erfaßbar ist, einen zweiten Neigungsensor 13, der der Erfassung der horizontalen Neigung der Bohrlochsonde dient, sowie einen weiteren Neigungssensor 14, der ebenfalls zur Erfassung der Vertikalneigung der Bohrlochsonde verwendet wird. Darüber hinaus ist an dem Basisteil ein Controller 15 angeordnet, mittels dessen analog vorliegende Meßwerte oder Informationssignale in digitale Meßwerte oder Signale umgesetzt werden können.12, by means of which the vertical inclination of the borehole probe can be detected, a second inclination sensor 13, which is used to detect the horizontal inclination of the borehole probe, and a further inclination sensor 14, which is also used to detect the vertical inclination of the borehole probe. In addition, a controller 15 is arranged on the base part, by means of which analogue measured values or information signals can be converted into digital measured values or signals.
Um die Bohrlochsonde in einem Führungsrohr eines Bohrloches oder an der Bohrungswandung während ihrer Bewegung abzustützen und zu führen, sind Führungsvorrichtungen vorgesehen, die gemäß einem ersten, in Figur 2a dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils zu Führungsmodulen 20 zusammengefaßt sind. Jedes Führungsmodul 20 besitzt ein Gehäuse 18, das auf einer Stirnseite mit einem Stecker 21 und daran befindlichen Steckkontakten 21a ausgebildet ist. Der Stecker 21 kann in die Anschlußausnehmungen 16 des Basisteils 10 eingeführt werden, wobei die Steckkontakte 21a mit den Anschlußkontakten 17 des Basisteils 10 in Eingriff treten. Auf der dem Stecker 21 gegenüberliegenden Stirnseite des Gehäuses 18 ist ein Außengewinde 2 2 ausgebildet, an dem ein nicht dargestelltes Kabel zur Führung der Bohrlochsonde angeschlossen werden kann. Darüber hinaus besitzt das Führungsmodul 2 0 auf der dem Stecker 21 abgewandten Seite eine nicht dargestellte Anschlußausnehmung, die der Anschlußausnehmung 16 des Basisteils 10 mit entsprechenden Anschlußkon-0 takten 17 entspricht. Über diese Anschlußausnehmung kann ein weiteres Modul an dem Führungsmodul 2 0 angebracht werden.In order to support and guide the borehole probe in a guide tube of a borehole or on the borehole wall during its movement, guide devices are provided which, according to a first embodiment shown in Figure 2a, are each combined to form guide modules 20. Each guide module 20 has a housing 18 which is formed on one end face with a plug 21 and plug contacts 21a located thereon. The plug 21 can be inserted into the connection recesses 16 of the base part 10, whereby the plug contacts 21a engage with the connection contacts 17 of the base part 10. On the end face of the housing 18 opposite the plug 21, an external thread 22 is formed to which a cable (not shown) can be connected for guiding the borehole probe. In addition, the guide module 2 0 has a connection recess (not shown) on the side facing away from the plug 21, which corresponds to the connection recess 16 of the base part 10 with corresponding connection contacts 17. A further module can be attached to the guide module 2 0 via this connection recess.
Im mittleren Bereich des Gehäuses 18 sind zwei diametral gegenüberliegend angeordnete Rollen 19 gelagert, die inIn the middle area of the housing 18, two diametrically opposed rollers 19 are mounted, which
bekannter Weise für die Führung des Führungsmoduls 20 und somit der Bohrlochsonde sorgen.As is known, they ensure the guidance of the guide module 20 and thus of the borehole probe.
In Figur 2b ist eine alternative Ausgestaltung von Führungsmodulen dargestellt, wobei gegenüber der Ausführung gemäß Figur 2a lediglich statt der Führungsrollen 19 nunmehr Führungskufen 19a vorgesehen sind.Figure 2b shows an alternative design of guide modules, where, compared to the design according to Figure 2a, only guide runners 19a are now provided instead of the guide rollers 19.
Figur 3 zeigt eine Ausführung einer Bohrlochsonde, die aus einem Basisteil 10 sowie stirnseitig eingesteckten Führungsmodulen 20 besteht. Da eine derartige Bohrlochsonde nur die im Basisteil 10 angeordneten Neigungssensoren 12, 13 und 14 besitzt, dient sie zur Horizontal- und Vertikal-Neigungsmessung in einem Bohrloch.Figure 3 shows a design of a borehole probe that consists of a base part 10 and guide modules 20 inserted into the front. Since such a borehole probe only has the inclination sensors 12, 13 and 14 arranged in the base part 10, it is used for horizontal and vertical inclination measurements in a borehole.
Figur 4 zeigt nochmals die Ausgestaltung der Bohrlochsonde gemäß Figur 3 in schematischer Darstellung. Auch hierbei ist das in dieser Figur nicht näher dargestellte Basisteil 10 beidseitig mit Führungsmodulen 20 gekoppelt, so daß eine Bohrlochsonde mit elementarem Aufbau vorgesehen ist.Figure 4 again shows the design of the borehole probe according to Figure 3 in a schematic representation. Here too, the base part 10, not shown in detail in this figure, is coupled on both sides with guide modules 20, so that a borehole probe with an elementary structure is provided.
Gemäß Figur 5 ist die Bohrlochsonde gemäß Figur 4 abgewandelt. Auch hierbei ist das Basisteil 10 an seiner einen Stirnseite mit einem Führungsmodul 2 0 gekoppelt. An der anderen Stirnseite ist ein Verbindungsmodul 27 vorgesehen, das auf der seiner Seite mit dem Basismodul 10 und auf seiner anderen Seite mit einem sogenanntem Vorläufer 25 über entsprechende Kupplungen gekoppelt ist. Das Verbindungsmodul 27 ist so aufgebaut, daß der Vorläufer 25 um ein Gelenk 26 um einen gewissen Winkel relativ zum Basisteil 10 schwenkbar ist, wie durch den Doppelpfeil S angedeutet ist. An seinem dem Verbindungsmodul 27 abge-5 wandten Ende ist der Vorläufer mit einem bereits beschriebenen Führungsmodul 2 0 gekoppelt.According to Figure 5, the borehole probe according to Figure 4 is modified. Here too, the base part 10 is coupled on one end face to a guide module 20. On the other end face, a connection module 27 is provided, which is coupled on one side to the base module 10 and on the other side to a so-called precursor 25 via corresponding couplings. The connection module 27 is constructed in such a way that the precursor 25 can be pivoted about a joint 26 by a certain angle relative to the base part 10, as indicated by the double arrow S. At its end facing away from the connection module 27, the precursor is coupled to a guide module 20 already described.
Die Bohrlochsonde gemäß Figur 6 geht von dem elementaren Aufbau gemäß Figur 4 aus, wobei lediglich auf einer Seite des Führungsmoduls 20 ein 1. Meßmodul in Form eines Kompaßmoduls 3 0 angekoppelt ist. Das Kompaßmodul besitzt auf einer Stirnseite einen Stecker, mit dem es in die Anschlußausnehmung des Führungsmoduls 20 eingreift, sowie eine entsprechende Anschlußausnehmung 34 auf seiner gegenüberliegenden Stirnseite. Dieser Aufbau ermöglicht es, das Kompaßmodul auch zwischen dem Basisteil 10 und dem Führungsmodul 20 anzuordnen, wie es in Figur 7 dargestellt ist.The borehole probe according to Figure 6 is based on the elementary structure according to Figure 4, with a first measuring module in the form of a compass module 30 being coupled to only one side of the guide module 20. The compass module has a plug on one end face with which it engages in the connection recess of the guide module 20, as well as a corresponding connection recess 34 on its opposite end face. This structure makes it possible to arrange the compass module between the base part 10 and the guide module 20, as shown in Figure 7.
Statt eines Kompaßmoduls kann die in Figur 6 dargestellte Bohrlochsonde auch mit einem 2. Meßmodul in Form eines Kameramoduls 40 gekoppelt werden, wie es in Figur 8 dargestellt ist, wobei die dortige Ausgestaltung eine Hintereinanderschaltung eines Führungsmoduls, des Basisteils, eines weiteren Führungsmoduls und des Kameramoduls 40 zeigt, das an seinem freien Ende mit einer Beleuchtungseinrichtung 41 versehen ist.Instead of a compass module, the borehole probe shown in Figure 6 can also be coupled with a second measuring module in the form of a camera module 40, as shown in Figure 8, the design there showing a series connection of a guide module, the base part, a further guide module and the camera module 40, which is provided with an illumination device 41 at its free end.
Figur 9 zeigt eine Abwandlung der Bohrlochsonde gemäß Figur 7, wobei zusätzlich zu dem Kompaßmodul 3 0 ein 5 Kameramodul 40 angeordnet ist. Somit besteht die Bohrlochsonde aus einer Hintereinanderkopplung eines Führungsmoduls 20, des Basisteils 10, des Kompaßmoduls 30, eines weiteren Führungsmoduls 20 sowie des Kameramoduls 40.Figure 9 shows a modification of the borehole probe according to Figure 7, in which a camera module 40 is arranged in addition to the compass module 30. The borehole probe thus consists of a series coupling of a guide module 20, the base part 10, the compass module 30, a further guide module 20 and the camera module 40.
Für den Fall, daß eine Neigungsmessung nicht notwendig sein sollte, kann bei der Ausführung gemäß Figur 10 ein Basisteil 10a in Form eines Blindstückes vorgesehen sein. Das Basisteil 10a ist an seinem einen Ende in bekannter Weise mit einem Führungsmodul 20 gekoppelt, während auf der anderen Seite ein Kompaßmodul 3 0 angeschlossen ist,In the event that an inclination measurement is not necessary, a base part 10a in the form of a dummy piece can be provided in the embodiment according to Figure 10. The base part 10a is coupled at one end in a known manner to a guide module 20, while a compass module 30 is connected at the other end.
an das wiederum ein zweites Führungsmodul 20 angekoppelt ist. Die in Figur 11 dargestellte Bohrlochsonde ist demgegenüber um ein an das Führungsmodul 20 angekoppeltes Kameramodul ergänzt. Figur 12 zeigt eine ähnliche Ausführung einer Bohrlochsonde, wobei lediglich gegenüber Figur 11 das Kompaßmodul weggelassen ist.to which a second guide module 20 is coupled. The borehole probe shown in Figure 11 is, in contrast, supplemented by a camera module coupled to the guide module 20. Figure 12 shows a similar design of a borehole probe, with the compass module being omitted compared to Figure 11.
Aus den beispielhaft dargestellten Zusammenstellungen einer Bohrlochsonde ist ersichtlich, daß der Benutzer mit der erfindungsgemäßen Modultechnik die Bohrlochsonde individuell zusammenstellen und optimal an dem gewünschten Einsatzzweck anpassen kann.From the examples of borehole probe configurations shown, it is clear that the user can individually configure the borehole probe using the modular technology according to the invention and optimally adapt it to the desired application.
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