DE3820924C2 - Bodenprobenentnahmesonde - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bodenprobenentnahmesonde für Rammkernsondierungen mit einem äußeren Sondenrohr, in dem ein Probenentnahmerohr koaxial angeordnet ist, und mit einem eine Rammspitze aufweisenden Verschlußstück am Ende des Sondenrohres, das eine mit dem Sondenrohr zusammenarbeitende fernbetätigt lösbare Verriegelungseinrichtung trägt, die einen zwischen einer Freigabe- und einer Sperrstellung axial verschiebbaren Steuerschieber und vom Steuerschieber beaufschlagte Riegelelemente aufweist, die zwischen Verschlußstück und Sondenrohr derart wirksam sind, daß das Verschlußstück in einer Freigabestellung des Steuerschiebers gegenüber dem Sondenrohr frei verschiebbar ist und in einer Sperrstellung des Steuerschiebers mit dem Sondenrohr gekuppelt ist.

Derartige Sonden zur Entnahme von Bodenproben werden insbesondere bei der Untersuchung des Untergrundes von Mülldeponien verwendet. Dabei ist es wichtig, das Probenrohr ohne irgendwelche Kontaminierungen oder Verunreinigungen durch die über dem zu untersuchenden Untergrund liegenden Schichten an die Stelle zu bringen, an der die Bodenprobe entnommen werden soll, damit eine für nachfolgende chemische Untersuchungen einwandfreie Bodenprobe gewonnen werden kann.

Bei einer derartigen bekannten Bodenprobenentnahmesonde (DE 29 23 262 C2) ist ein Verschlußstück mit einer Rammspitze vorgesehen, das das Sondenrohr am unteren, vorderen Ende verschließt, wobei es in seiner vorderen Stellung durch die Verriegelungseinrichtung gehalten wird.

Die bekannte Bodenprobenentnahmesonde arbeitet weitgehend zuverlässig, jedoch kann es beim Niederbringen der Sonde infolge der auf sie wirkenden Rammstöße zu außergewöhnlichen Belastungen der mechanischen Verriegelungseinrichtung kommen, wodurch möglicherweise die Verriegelung des Verschlußstücks zur Unzeit gelöst wird oder wodurch sich die Verriegelungseinrichtung so verklemmen kann, daß sie nur noch äußerst schwierig zu lösen ist.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Bodenprobenentnahmesonde der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der das Verschlußstück sicher verriegelbar und gleichzeitig auf einfache Weise freigebbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Verschlußstück einen Zylinder und der Steuerschieber einen in den Zylinder abdichtend verschiebbar aufgenommenen Steuerkolben aufweisen, wobei durch den Steuerkolben im Zylinder ein Druckraum dicht abgeschlossen ist, der über ein Ventil mit Druckluft beaufschlagbar ist, wobei nach Öffnen des Ventils der Steuerschieber aus der Sperrstellung in die Freigabestellung für die Riegelelemente verschiebbar ist.

Bei dieser Bodenprobenentnahmesonde wird also der Steuerschieber zur Betätigung der Riegelelemente mit Druckluft beaufschlagt, wodurch sich sehr große Haltekräfte erzeugen lassen, die die Verriegelungseinrichtung auch bei schweren Rammschlägen sicher in ihrer Verriegelungsstellung halten, während nur eine sehr geringe Kraft erforderlich ist, um einen Druckabbau zum Lösen der Verriegelungseinrichtung herbeizuführen.

Bei einer Weiterbildung der Sonde ist vorgesehen, daß das Ventil in der oberen Stirnwand des Steuerkolbens ange­ ordnet ist, wobei das Ventil mit einem Druckluftanschluß kop­ pelbar ist.

Auf diese Weise ist das Ventil, über das der Druckraum zur Verschiebung des Steuerschiebers auf besonders einfache Weise zugänglich, wodurch die Betätigung der Verriegelungs­ einrichtung wesentlich erleichtert wird.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vor­ gesehen, daß die Außenumfangsfläche des Steuerkolbens eine Steuerfläche mit axial verlaufender Steuerkurve bildet, deren Freigabeabschnitt benachbart zur oberen Stirnwand ange­ ordnet ist. Neben einer besonders einfachen konstruktiven Ausgestaltung der Verriegelungsvorrichtung wird hierdurch bezweckt, daß der Steuerschieber nach dem Entlüften sich auf­ grund seines Eigengewichts in seine Freigabestellung be­ wirkt, wodurch auf Betätigungsfedern, die im Laufe der Zeit ermüden können, verzichtet werden kann.

Bei einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist vorgese­ hen, daß der Freigabeabschnitt als umlaufende Ringnut ausge­ bildet ist. Auf diese Weise läßt es sich vermeiden, daß der Steuerkolben winkelmäßig mit den Riegelelementen ausgerichtet werden muß, so daß die Montage erleichtert wird. Außerdem beeinträchtigt so eine möglicherweise durch die Rammschläge bewirkte Verdrehung des Steuerkolbens nicht die sichere Funktion der Verriegelungseinrichtung.

Um die Verschiebung des Steuerschiebers in seine Freigabe­ stellung zur Entriegelung der Verriegelungseinrichtung zu un­ terstützen, ohne daß im Laufe der Zeit ermüdende Bauteile vorgesehen werden müssen, ist bei einem anderen Ausführungs­ beispiel der Erfindung vorgesehen, daß im Zylinder des Ver­ schlußstücks ein Hilfszylinder vorgesehen ist, der von einem Entriegelungskolben in eine Druckkammer und eine Ausgleichs­ kammer unterteilt ist, wobei der Entriegelungskolben mit dem Steuerkolben mittels einer Verbindungsstange verbunden ist, die sich dicht durch eine in einer oberen Stirnwand des Hilfszylinders vorgesehene Bohrung hindurcherstreckt.

Durch den ohne wesentlichen Platzbedarf im Hilfszylinder im Verschlußstück angeordneten Entriegelungskolben, der die Ent­ riegelungsbewegung des Steuerschiebers unterstützt, wird be­ wirkt, daß die die Entriegelungsbewegung des Steuerschiebers unterstützende Kraft auf den Entriegelungskolben stets dann aufgebaut wird, wenn der den Steuerkolben beaufschlagende Druck in den Zylinderraum eingebracht wird, wobei sich in der Druckkammer des Hilfszylinders der für eine zusätzliche Entriegelungskraft erforderliche Druck in entsprechender Weise aufbaut.

Um stets definierte Kraftverhältnisse am Entriegelungskolben zu schaffen, zeichnet sich eine andere Weiterbildung der Er­ findung dadurch aus, daß der Druckraum über eine axiale Durchgangsbohrung in der Verbindungsstange mit der Aus­ gleichskammer verbunden ist.

Bei einem besonders vorteilhaften praktischen Ausführungs­ beispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß die Riegelelemen­ te als Riegelkugeln ausgebildet sind, die in entsprechenden radialen Bohrungen in der Umfangswand des Verschlußstücks an­ geordnet sind und die vom in seine Sperrstellung bewegbaren Steuerkolben radial nach außen in ihre Sperrlage drückbar sind.

Durch die Verwendung von Riegelkugeln, die zum Verriegeln des Verschlußstücks radial nach außen in ihre Sperrlage drückbar sind, wird es erreicht, daß das Verschlußstück und insbesondere die Riegelkugeln die Verschiebebewegung des Ver­ schlußstückes durch das Probenrohr nicht behindern, so daß das Verschlußstück nach seiner Entriegelung leicht zurückwei­ chen kann.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine Boden­ probenentnahmesonde und

Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt durch die Spitze einer Bodenprobenentnahmesonde, die durch ein darin verriegeltes Verschlußstück abgeschlos­ sen ist.

In den Figuren der Zeichnung sind einander entsprechende Bau­ teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Nach Fig. 1 weist die Bodenprobenentnahmesonde ein oberes Sondenrohr 31 auf, das über einen konischen Abschnitt 32 in einen Anschlußstutzen 33 übergeht, der mit einer Verbindungs­ buchse 34 verschweißt ist. Die Verbindungsbuchse 34 weist ein Innengewinde 35 auf, um die Bodenprobeentnahmesonde mit einem nicht dargestellten Rammgestänge zu verschrauben.

Im Bereich des größten Durchmessers des konischen Abschnitts 32 des oberen Sondenrohrs 31 ist innen eine Anschlagschulter 51 vorgesehen, die als oberer Anschlag für ein Verschluß­ stück 12 der Sonde dient.

Am unteren Ende des oberen Sondenrohrs 31 ist eine Anschluß­ hülse 36 aufgeschraubt, in die ein Probenentnahmerohr 37 mit seinem oberen Ende dicht einsetzbar ist. Koaxial um das Pro­ benentnahmerohr 37 ist ein unteres Sondenrohr 38 angeordnet, das in die Anschlußhülse 36 eingeschraubt ist.

Auf das untere Ende des unteren Sondenrohrs 38 ist eine Ramm­ schneide 39 nach Art einer Überwurfmutter aufgeschraubt, die das Probenentnahmerohr 37 axial feststehend im unteren Son­ denrohr 38 hält. Dabei sind zwischen der Rammschneide 39 und der Außenoberfläche des Probenentnahmerohrs 37 Dichtungen 40 vorgesehen, um ein unerwünschtes Eindringen von Ver­ unreinigungen, insbesondere von verunreinigtem Wasser in das Probenentnahmerohr 37 durch die Schraubverbindung zwischen Rammschneide 39 und unterem Sondenrohr 38 zu verhindern.

In die ringförmige Rammschneide 39 ist das Verschlußstück 12, das im folgenden anhand von Fig. 2 beschrieben wird, ein­ gesetzt und axial feststehend verriegelt.

Das Verschlußstück 12 besitzt eine kegelförmige Rammspitze 41, an die sich nach oben ein Zylinder 13 anschließt. Das Verschlußstück 12 ist dabei so in die Rammschneide 39 einge­ setzt, daß die kegelförmige Oberfläche der Rammspitze 41 fluchtend mit der kegelstumpfförmigen Außenoberfläche der Rammschneide 39 fluchtend ausgerichtet ist, während der Zy­ linder 13 des Verschlußstückes 12 bündig und dicht in die ringförmige Rammschneide 39 eingesetzt ist.

Im Zylinder 13 ist axial verschieblich ein Steuerschieber 9 eingesetzt, der in seiner Bewegung von der Rammspitze 41 weg durch eine auf den Zylinder 13 aufgeschraubte Überwurfmutter 42 begrenzt wird.

Der Steuerschieber 9 umfaßt einen etwa topfförmigen Steuer­ kolben 10, der im Zylinder 13 einen Druckraum 15 dicht ab­ schließt. Am Außenumfang des Steuerkolbens 10 ist eine Steu­ erfläche 16 mit axial verlaufender Steuerkurve 17 vorgese­ hen, deren im oberen Bereich angeordneter Freigabeabschnitt als Ringnut 18 ausgebildet ist.

In der oberen Stirnwand 25 des Steuerkolbens 10 ist ein An­ satzstück 43 abgedichtet eingeschraubt, in das ein Ventil 14, z.B. ein handelsübliches Reifenventil, eingelötet ist. Auf der dem Ventil 14 gegenüberliegenden Seite des Steuerkol­ bens 10 ist eine mit diesem verbundene Lochplatte 44 ange­ ordnet, die eine axial verlaufende Verbindungsstange 23 trägt, an deren unterem Ende ein Entriegelungskolben 20 ange­ bracht ist.

Der Entriegelungskolben 20 ist dabei in einen Hilfszylinder 19 eingesetzt, den er in eine Druckkammer 21 und eine Aus­ gleichskammer 22 unterteilt. Die Verbindungsstange 23, durch die sich eine axiale Durchgangsbohrung 26 hindurcherstreckt, um die Ausgleichskammer 22 mit dem Druckraum 15 zu verbinden, ist dabei gleitend und dicht in eine entsprechende Bohrung 29 in der oberen Stirnwand 24 des Hilfszylinders 19 einge­ setzt.

In der Umfangswand 27 des Zylinders 13 sind radiale Bohrun­ gen 30 vorgesehen, in die Riegelelemente 11 in Form von Riegelkugeln eingesetzt sind, die in ihrer in Fig. 2 dargestellten Verriegelungsstellung in eine in der Innenumfangsfläche der Rammschneide 39 vorge­ sehene Rastnut 45 eingreifen, um das Verschlußstück 12 gegen eine unerwünschte axiale Verschiebung sicher in der Ramm­ schneide 39 bzw. dem Probenentnahmerohr 37 zu halten.

Die in Fig. 2 dargestellten Rammschneide 39 weist einen Schraubring 46 zum Aufschrauben auf das untere Sondenrohr 38 auf, an dem ein aus Hartmetall bestehender Schneidring 47 an­ geordnet ist, der von einer Überwurfmutter 48 am Schraubring 46 gehalten wird. Anstelle einer derartigen, dreiteiligen Rammschneide 39 kann auch eine beispielsweise einstückige Rammschneide 39 für die Bodenprobenentnahmesonde vorgesehen werden, wenn diese beispielsweise in relativ weichen Böden eingesetzt werden soll.

Im oberen Abschnitt des oberen Sondenrohrs ist in Fig. 1 ein Druckanschluß 28 dargestellt, der über eine Druckrohrleitung 49 mit einer entsprechenden Druckluftquelle verbindbar ist.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Bodenprobeentnahmesonde wird im folgenden näher erläutert:

Um die Bodenprobenentnahmesonde für die Entnahme einer Boden­ probe vorzubereiten, wird zunächst das Probenentnahmerohr 37, das vorzugsweise aus einem gegen Chemikalien, zumindest gegen die zu erwartenden Chemikalien resistenten Kunststoff besteht, in das untere Sondenrohr 38 und die Anschlußhülse 36 eingesetzt. Anschließend wird die Rammschneide 39 auf das untere, aus Stahl bestehende Sondenrohr 38 aufgeschraubt, so daß das Probenentnahmerohr 37 vor Beschädigungen geschützt in dem Sondenrohr 38 angeordnet ist.

Jetzt wird das Verschlußstück 12, dessen Steuerschieber 9 in seiner Freigabestellung angeordnet ist, soweit in die Ramm­ schneide 39 eingeschoben, bis die Riegelkugeln 11 gegenüber der Rastnut 45 liegen. Daraufhin wird der Druckraum 15 über den Druckanschluß 28 mit Druckluft beaufschlagt, wobei sich der Steuerschieber 9 in seine Sperrstellung verschiebt und dabei die Riegelkugeln 11 in die Rastnut 45 hineindrückt. Dabei baut sich im Druckraum 21 des Hilfszylinders 19 ein Entriegelungsdruck auf. Sobald im Druckraum 15 der gewünsch­ te Haltedruck, z.B. 8 bar, aufgebaut ist, ist das Verschluß­ stück 12 so fest in der Rammschneide 39 verriegelt, daß es auch bei schweren Rammstößen axial nicht verschoben werden kann. Jetzt kann der Druckanschluß 28 entfernt werden.

Damit ist die Bodenprobenentnahmesonde für die Entnahme einer Bodenprobe vorbereitet.

Sie kann nun entweder als Rammsonde unmittelbar durch das über der zu untersuchenden Bodenschicht liegende Erdreich oder anderweitiges Material, z.B. durch einen Müllberg, bis in die gewünschte Tiefe hindurchgerammt werden. Es ist jedoch auch möglich, die Bodenprobenentnahmesonde durch ein zuvor hergestelltes Bohrloch abzusenken.

Sobald sich die Bodenprobenentnahmesonde in der gewünschten Tiefe befindet, kann das Ventil 14 entweder mittels einer einfachen Stange oder über den Druckluftanschluß 28 und ein entsprechendes, der Druckluftquelle zugeordnetes, nicht dar­ gestelltes Ablaßventil geöffnet werden, so daß die Druckluft aus dem Druckraum 15 des Verschlußstücks 12 entweicht. Der Steuerschieber 9 verschiebt sich nun infolge seines Eigenge­ wichts und unterstützt durch die Entriegelungskraft, die vom im Druckraum 21 auf den Entriegelungskolben 20 wirkenden Ent­ riegelungsdruck erzeugt wird, nach unten, so daß die im Steu­ erschieber 9 vorgesehene Ringnut 18 den Riegelkugeln 11 ge­ genüberliegt.

Daraufhin wird die Bodenprobenentnahmesonde mit Rammschlägen weiter in den Boden hineingetrieben, wobei das Verschluß­ stück 12 relativ zur Bodenprobenentnahmesonde nach oben durch das Probenentnahmerohr 37 verschoben wird. Dabei werden die Riegelkugeln 11 aus der Rastnut 45 in der Ramm­ schneide 39 heraus- und radial nach innen in die Ringnut 18 des Steuerschiebers 9 hineingeschoben, so daß das Verschluß­ stück ohne weiteres durch das Probenentnahmerohr 37 nach oben gleiten kann.

Sobald sich das Verschlußstück 12 in seiner in Fig. 1 mit dünnen Linien dargestellten oberen Stellung an einem vom kon­ ischen Abschnitt 32 gebildeten oberen Anschlag 51 befindet und das Probenentnahmerohr 37 mit der gewünschten Bodenprobe ge­ füllt ist, wird der Druckluftanschluß 28 wieder auf das Ventil 14 aufgesetzt, wodurch es geöffnet wird, so daß der Druckraum 15 mit Druckluft beaufschlagt werden kann. Dabei drückt der sich in seine Sperrstellung bewegende Steuerschie­ ber die Riegelkugeln 11 in eine entsprechende Rastausnehmung 50, die in der Innenfläche des oberen Sondenrohrs 31 vorgese­ hen ist. Jetzt ist das Verschlußstück 12 im oberen Sonden­ rohr 31 verriegelt, so daß die Bodenprobenentnahmesonde aus dem Bohrloch herausgezogen werden kann.

Beim Herausziehen der Bodenprobenentnahmesonde bildet sich zwischen der Spitze der Sonde und dem umgebenden Erdreich ein Vakuum. Hierdurch wird die Probe jedoch nicht aus dem Probenentnahmerohr 37 herausgezogen, da das Verschlußstück 12 im oberen Sondenrohr 31 verriegelt ist, so daß sich zwi­ schen dem Verschlußstück 32 und der entnommenen Probe eben­ falls ein Vakuum bildet, das die Probe im Probenentnahmerohr 37 festhält.

Auf diese Weise läßt sich eine einwandfreie, nicht kontami­ nierte Bodenprobe entnehmen. Dabei ist es von Vorteil, daß die Rammschneide 39 eine gewisse Strecke über das Probenent­ nahmerohr 37 nach vorne vorsteht, so daß das innerhalb der Rammschneide befindliche Bodenmaterial, das möglicherweise verunreinigt sein könnte, einfach von der Probe im Probenent­ nahmerohr 37 getrennt werden kann.

Claims (9)

1. Bodenprobenentnahmesonde für Rammkernsondierungen mit einem äußeren Sondenrohr (38), in dem ein Probenentnahmerohr (37) koaxial angeordnet ist, und mit einem eine Rammspitze (41) aufweisenden Verschlußstück (12) am Ende des Sondenrohrs (38), das eine mit dem Sondenrohr (38) zusammenarbeitende fernbetätigt lösbare Verriegelungseinrichtung trägt,

• - die einen zwischen einer Freigabe- und einer Sperrstellung axial verschiebbaren Steuerschieber (9) und
• - vom Steuerschieber (9) beaufschlagte Riegelelemente (11) aufweist, die zwischen Verschlußstück (12) und Sondenrohr (38) derart wirksam sind, daß das Verschlußstück (12) in einer Freigabestellung des Steuerschiebers (9) gegenüber dem Sondenrohr (38) frei verschiebbar ist und in einer Sperrstellung des Steuerschiebers (9) mit dem Sondenrohr (38) gekuppelt ist,

dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußstück (12) einen Zylinder (13) und der Steuerschieber (9) einen in den Zylinder (13) abdichtend verschiebbar aufgenommenen Steuerkolben (10) aufweisen, wobei durch den Steuerkolben (10) im Zylinder (13) ein Druckraum (15) dicht abgeschlossen ist, der über ein Ventil (14) mit Druckluft beaufschlagt ist, wobei nach Öffnen des Ventils (14) der Steuerschieber (9) aus der Sperrstellung in die Freigabestellung für die Riegelelemente (11) verschiebbar ist.

2. Bodenprobenentnahmesonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (14) in der oberen Stirnwand (25) des Steuerkolbens (10) angeordnet ist.

3. Bodenprobenentnahmesonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (14) mit einem Druckluftanschluß (28) koppelbar ist.

4. Bodenprobenentnahmesonde nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsfläche des Steuerkolbens (10) eine Steuerfläche (16) mit axial verlaufender Steuerkurve (17) bildet, deren Freigabeabschnitt benachbart zur oberen Stirnwand (25) angeordnet ist.

5. Bodenprobenentnahmesonde nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Freigabeabschnitt als umlaufende Ringnut (18) ausgebildet ist.

6. Bodenprobenentnahmesonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Zylinder (13) des Verschlußstücks (12) ein Hilfszylinder (19) vorgesehen ist, der von einem Entriegelungskolben (20) in eine Druckkammer (21) und eine Ausgleichskammer (22) unterteilt ist, wobei der Entriegelungskolben (20) mit dem Steuerkolben (10) mittels einer Verbindungsstange (23) verbunden ist, die sich dicht durch eine in einer oberen Stirnwand (24) des Hilfszylinders (19) vorgesehene Bohrung (29) hindurcherstreckt.

7. Bodenprobenentnahmesonde nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (25) über eine axiale Durchgangsbohrung (26) in der Verbindungsstange (23) mit der Ausgleichskammer (22) verbunden ist.

8. Bodenprobenentnahmesonde nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Riegelelemente (11) als Riegelkugeln ausgebildet sind, die in entsprechenden radialen Bohrungen (30) in der Umfangswand (27) des Verschlußstücks (12) angeordnet sind und die vom in seine Sperrstellung bewegbaren Steuerkolben (10) radial nach außen in ihre Sperrlage drückbar sind.