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Bodenprobenentnahmevorrichtung und Verfahren zum Sammeln
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einer ungesörten - Bodenprobe Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
und ein Verfahren nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 8.
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Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Sammeln von Bodenproben für das Testen.
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Die Erfindung betrifft im einzelnen ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Sammeln von Bodenproben zur Erzielung grösserer und gleichmässiger Proben selbst
aus unterhalb der Oberfläche gelegenen dünnen Bodenschichten.
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Ein herkömmliches Verfahren zum Sammeln von Bodenproben zum Testen
zeichnet sich aus durch Bohren eines senkrechten Lochs
mit einem
Durchmesser von etwa 10 cm von der Erdbodenoberfläche bis der Schicht für die Probenentnahme
mittels Entfernens des über der Schicht liegenden Bodenmaterials, durch Herausziehen
des Bohrmeissels, durch Einführen eines Sammelzylinders in das Loch, durch senkrechtes
Drücken des Sammelzylinders in die Schicht zum Füllen des Sammelzylinders mit Bodenmaterial
und durch Herausziehen des Sammelzylinders aus dem Loch zur Gewinnung der Bodenprobe.
Derartige herkömmliche Verfahren, die nur in senkrechter Richtung arbeiten, können
keine ausreichende Menge an Bodenmaterial zur Untersuchung liefern, wenn die Dicke
der Bodenschicht geringer als die Länge des Sammelzylinders ist.
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Auch können während des Einsetzens des Sammelzylinders in das Bohrloch
Bodenmaterialteilchen von oben her auf die Zielbodenschicht fallen, insbesondere
wenn die über der Zielschicht liegenden Bodenschichten nicht aneinanderkleben, wie
bei Kies. In diesem Fall müssen die Teilchen vor dem Einsetzen des Sammelzylinders
durch einen Bohrmeissel oder einen Schöpfer entfernt werden. Anderenfalls werden
die Teilchen in den Sammelzylinder gedrückt und verringern die vom Sammelzylinder
gewonnene Länge der Zielbodenschicht.
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Selbst wenn die Bodenschicht anfänglich eine ausreichende Dicke hat,
wird somit die Probe der Zielbodenschicht verringert und liefert keine ausreichende
Probe für Tests.
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Ferner variieren im allgemeinen Bodenschichten in senkrechter Richtung,
selbst wenn sie gleichmüssig zu sein scheinen.
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Daher ist die herkömmliche senkrechte Bodenprobenentnahme nicht in
der Lage, eine ausreichende Probenmenge zu liefern, die körperlich gleichmässig
ist. Aus diesem Grund liefern axial ausgeführte genaue Bodentests (insbesondere
solche zur Bewertung dynamischer Bodeneigenschaften) unvermeidlich schwankende Testergebnisse,
die von geringem oder keinem Wert sind.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung und eines
Verfahrens zur Bodenprobenentnahme, durch die die Nachteile der herkömmlichen Probenentnahmeverfahren
vermieden werden, wobei ein schnelles und leichtes Sammeln einer gleichförmigen
ungestörten Bodenprobe selbst aus einer dünnen Bodenschicht und ferner die Gewinnung
einer gleichmässigen Bodenprobe auch dann ermöglicht wird, wenn die über der Zielschicht
liegenden Bodenschichten nicht zusammenkleben und leicht zusammenfallen können und
wenn die Eigenschaften der Bodenschicht in senkrechter Richtung variieren.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss durch die Gegenstände
der Ansprüche 1 bzw. 8.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung gleicht dem oben beschriebenen herkömmlichen Verfahren
darin, dass im Boden ein zur Zielbodenschicht reichendes senkrechtes Loch geformt
wird. Jedoch wird bei der Erfindung der Probenentnahmezylinder in eine zum senkrechten
Loch im Boden senkrechte Stellung gedreht, wenn der Probenentnahmezylinder die Zielschicht
erreicht, wonach er in die Bodenschicht gedrückt wird. Danach wird der Probenentnahmezylinder
zurückgezogen, in die senkrechte Lage zurückgedreht und aus dem senkrechten Loch
herausgezogen.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der
Zeichnung beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 bis 5 eine Folge des bei der Vorrichtung
nach der Erfindung angewendeten Vorgehens; Fig. 1 einen senkrechten Schnitt eines
durch einen Boden gebohrten Lochs;
Fig. 2 einen Probenentnahmekopf,
der mit einem in das Bohrloch eingesetzten Sammelzylinder versehen ist; Fig. 3 den
Probenentnahmekopf und den Sammelzylinder bei der Drehung um eine senkrechte Achse,
wobei die Wand des Bohrlochs durch Wasser abgespült wird, das aus Düsen an der vorauseilenden
Seite des Kopfs ausgespritzt wird; Fig. 4 den Kopf und den Sammelzylinder in waagerechter
Stellung; Fig. 5 den Sammelzylinder, der durch die Wirkung eines Druckzylinders
in die Bodenschicht gedrückt wird; Fig. 6 und 6a eine vergrösserte Draufsicht bzw.
Seitenansicht der Beziehung des Druckzylinders, des Sammelzylinders und eines waagerecht
dargestellten zylindrischen Gehäuses; Fig. 7 eine schematische Ansicht der den Kopf
drehenden Vorrichtung; Fig. 8 einen Detailschnitt 8-8 von Fig. 2 mit einer Darstellung
der Beziehung der Wasserzufuhrrohre, Lager, der Welle und des Drehblocks; Fig. 9
einen Detailschnitt 9-9 von Fig. 6 mit einer Darstellung der Beziehung der Wasserzufuhrrohre,
Lager, der Welle und des Drehblocks; Fig.10 einen Teilschnitt 10-10 von Fig. 9;
Fig.11 einen vergrösserten Schnitt 11-11 von Fig. 4;
Fig.12 eine
vergrösserte Ansicht der Mitte von Fig. 6a; Fig.13 eine schematische Ansicht einer
weiteren Ausführungsform der Sammelvorrichtung; Fig.14 eine schematische Gesamtansicht
der Sammelvorrichtung mit waagerecht angeordnetem Sammelzylinder; Fig.15 einen senkrechten
Schnitt des Lochs zur Aufnahme einer weiteren Ausführungsform der Sammelvorrichtung
von Fig. 13 und 14; Fig.16a und 16b schematische Ansichten einer bekannten Vorrichtung
zum Bohren eines Teils des Lochs von Fig. 15.
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Eine Bodenentnahmevorrichtung enthält erfindungsgemäss einen Kopf
mit einem betätigbaren Sammelzylinder, in dem beim Drücken in eine Bodenschicht
Bodenmaterial gesammelt wird, und eine Drückeinrichtung, die den Sammelzylinder
längs einer ersten Achse ifl die Bodenschicht drückt und daraus herauszieht.
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Gemäss Fig. 6 enthält der Kopf 10 einen hohlen Sammelzylinder 12,
der in einem Zylindergehäuse 14 angeordnet ist.
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Ein Ende 16 des Sammelzylinders 12 ist offen und ermöglicht das Pressen
des Sammelzylinders in eine Bodenschicht und das Sammeln einer Bodenprobe im Sammelzylinder.
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An dem Sammelzylinder 12 gegenüberliegenden Ende des Kopfs 10 befindet
sich im zylindrischen Gehäuse 14~ein Druckzylinder 18. Ein im Druckzylinder 18 befindlicher
Kolben ist mittels einer Kolbenstange 20 (Fig. 6, 8 und 10) über einen Drehblock
26 mit dem geschlossenen Ende 20 des Sammelzylinders 12 verbunden. Eine hydraulische
oder pneumatische Betätigung des Druckzylinders 18 drückt den Sammelzylinder 12
längs
einer ersten Achse 24 in die Bodenschicht und zieht durch
Umsteuern des Druckzylinders 18 den Sammelzylinder 12 zurück in das Gehäuse 14 und
aus der Bodenschicht.
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Gemäss Fig. 6 und 10 ist der Kolben 28 im Ende 16 des Sammelzylinders
12 verschiebbar angeordnet. Zwischen dem Kolben 28 und der Innenwand des Sammelzylinders
12 sind um den Kolben Gummiringe 30 angeordnet. Der Kolben 28 ist durch an seinem
einen Ende befestigte Drähte 32 aufgehängt. Die Drähte 32 erstrecken sich durch
Drahtklemmen 34 in Öffnungen 36 im geschlossenen Ende 22 des Sammelzylinders 12
und sind auf Drahttrommeln 38 gewickelt, in denen Federn 40 die Trommeln 38 zur
Aufnahme der Drähte 32 antreiben. Die Drahtklemmen 34 ergreifen sie Drähte 32, wenn
sie aus dem Sammelzylinder 12 herausgezogen werden, und lösen die Drähte 32, wenn
sie auf Grund der gegenseitigen Bewegung des Kolbens 28 in den Sammelzylinder 12
durchhnge.
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Der Kolben 28, die Drähte 32, die Klemmen 34 und die Drahttrommeln
38 bilden eine Einrichtung zum Herausziehen der im ausgefahrenen Sammelzylinder
12 angeordneten Bodenprobe aus dem umgebendenBoden. Wenn die Bodenprobe aus dem
umgebenden Boden bewegt wird, wird ein Vakuum erzeugt, das die Probe an ihrem Ort
halten will. Dadurch aber, dass der Kolben 28 in enger Berührung mit der Bodenprobe
im Sammelzylinder 12 steht und an einer Bewegung gegenüber dem Sammelzylinder 12
durch die Drähte und Drahtklemmen 34 gehindert wird, wird dem Vakuumeffekt entgegengewirkt.
Als Ergebnis überwinden die Reibungskraft zwischen der Bodenprobe und dem Sammelzylinder
12 und die vom Kolben 28 erzeugte Vakuumkraft die Kraft, die die Probe im umgebenden
Boden halten will. Hierdurch wird ein Zurückziehen des Sammelzylinders 12 mit der
darin befindlichen Bodenprobe ermöglicht.
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Bei der Ausführungsform von Fig.. 13 und 14 enthält ein Kopf
110
einen hohlen Sammelzylinder 112, der in einem zylindrischen Gehäuse 114 verschiebbar
angeordnet ist. Das Ende 116 des Sammelzylinders 112 ist offen und ermöglicht das
Einpressen des Sammelzylinders 112 in eine Bodenschicht und das Sammeln einer Bodenprobe
im Sammelzylinder 112.
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An dem dem Sammelzylinder 112 entgegengesetzten Ende des Kopf 110
befindet sich ein Druckzylinder 118, der teilweise durch das Gehäuse 114 gebildet
ist. Ein Kolben 115 im Druckzylinder 118 ist am geschlossenen Ende 122 des Sammelzylinders
112 befestigt. Der Kolben 115 unterteilt das Gehäuse 114 in Kammern 119 und 121,
die über zwei Leitungen 123, 123' mit einer hydraulischen oder pneumatischen Pump-und
Steuervorrichtung 129 verbunden sind. Bei Betätigung der Vorrichtung 129 wird Druck
in die Kammer 119 geleitet und der Sammelzylinder 112 längs einer ersten Achse in
die Bodenschicht gedrückt. Durch Entlasten des Drucks in der Kammer 119 und durch
Unterdrucksetzen der Kammer 121 wird der Sammelzylinder 112 in das zylindrische
Gehäuse 114 zurück- und aus der Bodenschicht herausgezogen.
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Die Erfindung enthält vorzugsweise eine Einrichtung zum drehbaren
Tragen des Kopfs und zum Einführen und Herausziehen des Kopf in eine bzw. aus einer
der Bodenschicht nahen Stellung.
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Gemäss Fig. 7 wird der Kopf 10 von einem hohlen Tragrohr 42 drehbar
getragen. Eine Querwelle 44, die zu einer zur ersten Achse senkrechten zweiten Achse
koaxial ist, trägt an ihrem Mittelteil den Kopf 10 drehbar. Das Tragrohr 42 trägt
den Kopf 10 im wesentlichen kooaxial, während das Tragrohr 42 in ein Loch im Boden
eingefährt und daraus herausgezogen wird.
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Bei der Ausführungsform von Fig. 13 und 14 wird der Kopf 110 durch
im wesentlichen parallele Arme 127 drehbar getragen, die sich von einem hohlen Tragrohr
142 aus erstrecken. Querwellen
144, 144' in Armen 127 tragen den
Kopf 110 drehbar.
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Das Tragrohr 142 trägt den Kopf 110 im wesentlichen koaxial, während
es in ein Loch im Boden eingeführt oder daraus herausgezogen wird.
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Erfindungsgemäss enthält die Bodenprobenentnahmevorrichtung ferner
eine Einrichtung zum Drehen des Kopfs um 900 um eine zur:;ersten Achse senkrechte
zweite Achse zwischen einer Stellung, in der die Achse des Sammelzylinders koaxial
zur ersten Achse ist, und einer zweiten Stellung, die um etwa 900 gegenüber der
ersten Stellung verdreht ist.
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Gemäss Fig. 7 befinden sich zwei Druckzylinder 46, 48 in entgegengesetzten
Enden des Tragrohrs 42. Der Druckzylinder 46 hat einen Kolben, der über eine Stange
50 mit einer Stelle 52 an einem Drehblock 26 verbunden ist. Die Stelle 52 befindet
sich im Abstand von der Achse der Querwelle 44, vgl. auch Fig. 11 und 12. Somit
dreht sich der Drehblock 26 in Fig. 7 im Uhrzeigersinn um die Achse der Querwelle
44, wenn der Druckzylinder 46 zum Aufwärtsziehen der Stange 50 betätigt wird.
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Der Druckzylinder 48 hat einen Kolben, der über zwei parallele Stangen
54, 56 mit der Stelle 52 am Drehblock 26 verbunden ist, vgl. Fig. 11. Wenn somit
der Druckzylinder 48 zum Abwärtsziehen der Stangen 54, 56 betätigt wird, wird der
Punkt 52 zum Drehen des Drehblocks 26 im Gegenuhrzeigersinn um die Querwelle 44
abwärtsgezogen, vgl. Fig. 7. Eine selektive Betätigung der Druckzylinder 46, 48
bewirkt, dass der den Sammelzylinder 12 und den Druckzylinder 18 enthaltende Kopf
10 um 909 um die durch die Querwelle 44 gebildete zweite Achse gedreht wird zwischen
einer der ersten Achse 24 entsprechenden ersten waagerechten Stellung (Fig. 5) und
einer senkrechten Stellung (Fig. 2), die im wesentlichen um 900 gegenüber der ersten
Stellung versetzt ist.
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Gemäss Fig. 11 befinden sich die Stangen 54, 56 in grösserem Abstand
als die maximale Breite des den Druckzylinder 18 enthaltenden Teils des Kopfs 10,
um dessen Drehung zu verhindern.
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Bei der Ausführungsform von Fig. 13 enthält die Einrichtung zum Drehen
des Kopfs 110 Druckzylinder 146, 148, die mit an den Wellen 144 und 144' befestigten
koaxialen Zahnrädern 147, 149 verbunden sind. Die Druckzylinder 146, 148 befinden
sich insbesondere im Tragrohr 142 im Abstand von den Armen 127 und enthalten jeweils
einen Kolben, der über Zahnstangen 151, 153 mit Riteln an Zahnrädern 115, 157 verbunden
ist. Diese Zahnräder 155, 157 sind durch Wellen 159, 161 drehbar an der Innenwand
des Rohrs 142 zwischen den Druckzylindern 146, 148 und den Armen 127 befestigt.
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Die Zahnräder 155,157 sind über Ketten 163, 165 antreibend mit den
Zahnrädern 147, 149 verbunden. Die Betätigung der Druckzylinder 146, 148 dreht die
Zahnräder 147, 149, 155, 157 zur Drehung des Kopfs 110 um 900 um eine durch die
Wellen 144, 144' gebildete zweite Achse zwischen einer ersten Stellung (Fig. 14),
in der der Sammelzylinder 112 koaxial zur ersten Achse ist, und einer zweiten senkrechten
Stellung (Fig. 13), die im wesentlichen um 900 gegenüber der ersten Stellung versetzt
ist.
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Das Tragrohr 142 enthält ferner einen Sitz 166, der durch einen Schaft
168 mit der Stange 170 verbunden ist, wobei alles verschiebbar im Tragrohr 142 angeordnet
ist. Die Unterseite des Sitzes 166 passt sich an den Aussenumfang des Gehäuses 114
des Kopfs 110 an. Wenn der Kopf 110 in die erste waagerechte Stellung (Fig. 14)
gedreht wird, wird die Stange 170 durch Steuerung von der Oberfläche aus abwärts
bewegt und drückt den Sitz 166 auf das Gehäuse 114, um den Kopf 110 in der waagerechten
Stellung fest zu legen.
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Erfindungsgemäss enthält die Probenentnahmevorrichtung eine
Fernsteuereinrichtung
zur Betätigung der Dreheinrichtung und der Drückeinrichtung.
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Gemäss Fig. 4 ist eine hydraulische oder pneumatische Pump-und Steuervorrichtung
58 durch schematisch dargestellte und sich durch das hohle Tragrohr 42 erstreckende
Leitungen mit dem Druckzylinder 18 und den Druckzylindern 46, 48 verbunden. Die
Pump- und Steuervorrichtung 58 betätigt die Druckzylinder 46, 48 zur Drehung des
Kopfs 10 um die Querwelle 44 und betätigt den Druckzylinder 18 zum Ausfahren und
Zurückziehen des Sammelzylinders 12.
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In ähnlicher Weise ist bei der Ausführungsform von Fig. 13 und 14
die Pump- und Steuervorrichtung 129 über zwei Leitungen 123, 123' mit den Druckzylindern
146, 148 und über zwei Leitungen 125, 125' mit dem Druckzylinder 118 verbunden zum
Drehen des Kopfs 110 und zum Ausfahren bzw.
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Zurückziehen des Sammelzylinders 112.
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Die Vorrichtung enthält vorzugsweise eine Wasserstrahleinrichtung
längs des Kopfs zum Abwaschen von Bodenmaterial in der Drehbahn des Kopfs von der
zweiten Stellung in die erste Stellung. Gemäss Fig. 3, 6a und 7 erstrecken sich
Wasserrohre 70 längs des Kopfs 10 auf der Seite jedes Endes des Kopfs, die sich
bei Drehung des Kopfs von der zweiten senkrechten Stellung in die erste waagerechte
Stellung in den Boden vorwärtsbewegt. Wasserstrahldüsen 72 sind längs der Wasserrohre
70 im Abstand angeordnet und spritzen Druckwasser unter einem optimal gewählten
Winkel zur Achse des Kopfs 10 aus zum Abwaschen von Bodenmaterial vor dem fortschreitenden
Kopf 10 während der Drehung.
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Gemäss Fig. 8 und 9 sind Leitungsanordnungen zum Leiten von Wasser
zu den Wasserrohren 70 und Wasserstrahldüsen 72 vorgesehen. Zwei Wasserzufuhrleitungen
74 erstrecken sich von
der Erdoberfläche durch das Tragrohr 42
zu einem zentralen hohlen Teil 76 des Drehblocks 26 über Leitungen 78 in der Querwelle
44. Leitungen 80 im Drehblock 26 (Fig. 10) leiten das Wasser zu den Wasserohren
70.
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Im Betrieb erfordert die in Fig. 1 bis 12 dargestellte Ausführungsform
der Erfindung das Bohren eines Lochs 76 in den Boden um eine ausreichende Streckt
zur Aufnahme des Kopfs-10, dessen Mittelteil sich etwa in Nähe der gewählten Bodenschicht
befindet, vgl. Fig. 1 und 2.
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Ist der Kopf 10 durch Absenken des Tragrohrs 42 in das Loch plaziert,
so wird eine angrenzend an das Loch auf der Erdoberfläche angeordnete Pumpe zur
Lieferung von Wasser zu den Zufuhrrohren 74 in Betrieb gesetzt. Das Wasser wird
unter Druck durch die Zufuhrrohre zugeführt und strömt durch die Leitung 78 in der
Querwelle 44 und den zentralen hohlen Teil 76 des Drehblcks 26 zu Wasserrohren 70,
die sich längs der vorauseilenden Flächen des Kopfs 10 erstrecken, und wird durch
Wasserstrahldüsen 72 ausgespritzt, um das Bodenmaterial in der Drehbahn des Kopfs
10 wegzuwaschen.
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Die in der Nähe des Lochs 76 auf der Erdoberfläche angeordnete hydraulische
oder pneumatische Steuervorrichtung 58 wird zur Betätigung des Druckzylinders 46
verwendet. Die Bewegung des Kolbens im Druckzylinder 46 zieht die Stange 50 aufwärts
und dreht hierdurch den Drehblock 26 und den Kopf 10 im Uhrzeigersinn, vgl. Fig.
3 und 7. Die Drehung des Kopfs 10 und das Ausspritzen von Wasser durch die Wasserstrahldüsen
72 dauert an, bis der Kopf 10 eine Stellung erreicht, die im wesentlichen waagerecht
und koaxial zu einer ersten Axhse ist, vgl. Fig. 4. Das durch das aus den Wasserstrahldüsen
72 ausgespritze Wasser abgewaschene Erdmaterial wird durch das Wasser durch die
Bohrung 76 hindurch zur Erdoberfläche befördert. Während der Drehung
des
Kopfs 10 von der zweiten senkrechten Stellung (Fig. 2) in die erste waagerechte
Stellung (Fig. 4) durch die Aufwärtsbewegung der Stange 50, befindet sich der Druckzylinder
48 in einem freien oder Leerlaufzustand, der eine Aufwärtsbewegung der Stange 54
ermöglicht.
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Bei Erreichung der ersten waagerechten Stellung wird der in Fig. 6
auf der linken Seite des Kopfs 10 befindliche Druckzylinder 18 durch die Pump- und
Steuervorrichtung 58 betätigt. Die Bewegung des Kolbens im Druckzylinder 18 bewegt
die Kolbenstange 20, die den Sammelzylinder 12 vom Innenraum des Gehäuses 14 in
die Bodenschicht nach rechts ausfährt, aus der die Probe entnommen wird. Die Drähte
32 und die Drahtklammern 34 hindern den Kolben 28 am Bewegen zusammen mit dem Sammelzylinder
12. Somit füllt die Bodenprobe den Sammelzylinder 12 und stösst am einen Ende des
Kolbens 28 an. Die im Sammelzylinder 12 befindliche Bodenprobe ist nicht durch Fremdmaterial
verunreinigt, etwa durch Bodenmaterial von über der zu entnehmenden gesuchten Bodenschicht
befindlichen Schichten oder durch Schmutzwasser, das beim Abwaschen des Bodenmaterials
vom rotierenden Kopf erzeugt wird, da der Kolben 28 während der Drehung des Kopfs
im offenen Ende 16 des Sammelzylinders 12 gehalten wird.
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Nach dem Ausfahren des Sammelzylinders 12,bis der Kolben 28 am geschlossenen
Ende 22 des Sammelzylinders 12 anstösst, wird die Wirkung des Druckzylinders 18
durch die Pump -und Steuervorrichtung 58 umgekehrt und zieht den Sammelzylinder
12 mit der darin befindlichen Bodenprobe aus der Bodenschicht. Wie bereits erwähnt,
wird diese Bodenprobe im Sammelzylinder 12 gehalten durch die Wirkung des am einen
Ende der Bodenprobe anstossenden Kolbens 28 und durch die Reibung der Bodenprobe
an der Wand des Sammelzylinders 12.
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Wenn der Sammelzylinder 12 vollständig in das Gehäuse 14 zurückgezogen
ist, betätigt die Pump- und Steuervorrichtung 58
den Druckzylinder
48, der die Stangen 54, 56 nach unten zieht und den Drehblock 26 und den Kopf 10
im Gegenuhrzeigersinn dreht, vgl. Fig. 7. Dies bewirkt eine Bewegung des Kopfs 10
von seiner ersten waagerechten Stellung in seine zweite senkrechte Stellung im Tragrohr
42. In der zweiten senkrechten Stellung des Kopfs 10 wird der Sammelzylinder 12
nach oben gedreht, wobei sein offenes Ende 16 nach oben weist, um die Bodenprobe
am Herausfallen aus dem Sammelzylinder 12 zu hindern. Befindet sich der Kopf in
der senkrechten Stellung, so wird das Tragrohr 42 aus dem Loch 76 gezogen und die
Bodenprobe aus dem Sammelzylinder 12 entnommen.
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Bei Verwendung der Ausführungsform von Fig. 13 und 14 wird ein Loch
176 (Fig. 15) in den Boden zur und geringfügig über die gewählte Bodenschicht 183
hinaus gebohrt, von der eine Probe gewünscht wird. Ein Bohrwerkzeug 179 (Fig. 16a
und 16b) wird in die Bohrung 176 bis zu der Stelle eingeführt, wo der Kopf 181 des
Bohrwerkzeugs 179 an die Bodenschicht 183 angrenzt. Der Kopf 181 des Werkzeugs 179
wird gemäss Fig. 16b erweitert und zur Vergrösserung des Lochs 176 gedreht, wobei
in der Bodenschicht 183 ein Raum 177 erzeugt wird. Der Kopf 181 des Bohrwerkzeugs
179 wird dann gedreht, wonach das Bohrwerkzeug 179 aus dem Loch 176 herausgezogen
wird.
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Nach dem Herausziehen des Werkzeugs 179, wird das den Kopf 110 tragende
Tragrohr 142 in das Loch 176 bis zu einer Stelle eingeführt, in der sich der Kopf
110 im Raum 177 befindet. Dann wird die Pump- und Steuervorrichtung 129 zur Betätigung
der Druckzylinder 146, 148 angewendet zur Drehung der Zahnräder 155, 157, der Ketten
163, 165 und der Zahnräder 147, 149 zur Drehung des Kopfs 110 von seiner zweiten
senkrechten Stellung (Fig. 13) in seine erste waagerechte Stellung (Fig. 14). Wenn
sich der Kopf 110 in seiner waagerechten Stellung befindet, werden die Stange 170,
der
Schaft 168 und der Sitz 166 so abgesenkt, dass die konturierte
Stirnseite des Sitzes 166 am Gehäuse 114 des Kopfs 110 anliegt und den Kopf 110
in der waagerechten Stellung befestigt.
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Nachdem sich der Kopf 110 in seiner waagerechten Stellung befindet,
pumpt die Pump- und Steuervorrichtung 129 unter Druck stehendes Fluid durch die
Leitung 123 und die Öffnung 131 in die Kammer 119 zur Bewegung des Kolbens 115 und
des daran befestigten Sammelzylinders 112 aus dem Gehäuse 114 in die Bodenschicht
183. Jegliches in der Kammer 121 eingefangenes Fluid wird durch die Öffnung 133
und die Leitung 123 zur Pump- und Steuervorrichtung 129 zurückgeleitet.
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Beim Einsetzen des Sammelzylinders 112 in die Bodenschicht 183 wird
jegliche Luft oder jegliches Wasser im Sammelzylinder 112 durch das Bodenmaterial
zu dessen Boden hin zusammengedrückt und ausgestossen zur Aussenseite des Zylinders
durch Öffnungen 135, 136 und eine schraubenförmig um den Sammelzylinder 112 gewickelte
Entlüftungsleitung 139 und zur Atmosphäre durch eine Öffnung 141 im Gehäuse 114.
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Nachdem der Sammelzylinder 112 voll ausgefahren und mit einer Bodenprobe
aus der Bodenschicht 183 gefüllt ist, wird die Pump- und Steuervorrichtung 129 umgesteuert
und liefert über die Leitung 123' und die Öffnung 133 in die Kammer 121 Fluiddruck,
der auf den Kolben 115 wirkt zum Zurückziehen des Sammelzylinders 112 in das Gehäuse
114.
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Das Fluid in der Kammer 119 wird durch die Öffnung 131 und die Leitung
123 ausgestossen. Wenn der Sammelzylinder 112 vollständig in das Gehäuse 114 zurückgezogen
ist, steuert die Pump- und Steuervorrich-ung 129 die Druckzylinder 146, 148 um zur
umgekehrten Betätigung der Zahnräder 155, 157 und 147, 149 zur Drehung des Kopfs
110 von seiner
ersten waagerechten Stellung in seine zweite senkrechte
Stellung, die mit dem Tragrohr 142 ausgefluchtet ist.
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Wenn der Kopf 110 mit dem Tragrohr 142 ausgefluchtet ist, wird die
gesamte Vorrichtung aus dem Loch 176 herausgezogen.
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Während der Mechanismus zum Drehen des Kopfs 110 bei der Vorrichtung
von Fig. 13 und 14 als hydraulischer oder pneumatischer Mechanismus beschrieben
wurde, kann die Drehung des Kopf 110 elektrisch oder durch ein biegsames Seil mechanisch
angetireben werden. Zusätzlich kann die Anwendung des Sitzes 153 zur Festlegung
des Kopfs 110 in der waagerechten Stellung durch einen Mechanismus zur Verriegelung
der Zahnräder 147, 149 oder der Ketten 163, 165 ersetzt werden.
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Erfindungsgemäss ist auch ein Verfahren zum Sammeln einer ungestörten
Bodenprobe aus einer gegebenen unterirdischen Bodenschicht vorgesehen. Das Verfahren
zeichnet sich aus durch Bilden eines senkrechten Lochs im Boden von einer Erdoberfläche
wenigstens bis zu einer Stelle der Bodenschicht, durch senkrechtes Einführen eines
Sammelzylinders in das Loch bis in eine an die Bodenschicht angrenzende Stellung,
durch Drehen des Sammelzylinders um eine waagerechte Achse bis in eine senkrechte
Stellung, in der seine Achse mit der Richtung der Bodenschicht zusammenfällt, durch
Drücken des Sammelzylinders in die Bodenschicht zum Sammeln einer gewünschten Menge
von Bodenmaterial im Sammelzylinder, durch Herausziehen des Sammelzylinders aus
der Bodenschicht, durch Drehen des Sammelzylinders in eine Stellung, in der seine
Achse senkrecht ist, und durch Herausziehen des die Bodenprobe enthaltenden Sammelzylinders
aus dem Loch.
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Das Verfahren zeichnet sich vorzugsweise auch aus durch Erweitern
des Lochs in der Nähe der Bodenschicht nach dem Formen des senkrechten Lochs und
vor dem Einführen des Sammelzylinders.
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Das Verfahren zeichnet sich vorzugsweise auch aus durch Einspritzen
von Druckwasser in die Bahn des Sammelzylinders während dessen Drehung in die waagerechte
Stellung.
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Die Erfindung schafft eine Bodenprobensammelvorrichtung, die das Sammeln
einer ausreichenden Menge einer Bodenprobe aus einer dünnen Zielbodenschicht unterhalb
der Erdoberfläche ermöglicht ohne Störung durch über der Zielbodenschicht gelegene
Bodenschichten oder durch Verunreinigung durch diese Bodenschichten. Die Vorrichtung
ermöglicht auch das Sammeln einer homogenen Bodenprobe in waagerechter Richtung,
was eine gleichmässige Probe ermöglicht und die Genauigkeit des Bodentests verbessert.