DE3828468A1 - In den boden einfuehrbare lysimetersonde - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine in den Boden einführbare Lysimetersonde mit einem rohrförmigen Grundkörper und einem Kerzenkörper aus porösem Material sowie einem Anschlußstutzen zum Anlegen eines Unterdrucks an den Innenraum des rohrförmigen Grundkörpers und des Kerzenkörpers. Eine Lysimetersonde ist ein rohrförmiger Körper, der in den Boden eingeführt wird, um Proben von Bodenlösungen im weitesten Sinne, z. B. Sickerwasser in der ungesättigten Zone, Grundwasser, Stauwasser o. dgl., zu gewinnen und zu untersuchen. Solche geo-ökologisch orientierten Untersuchungen werden insbesondere in der forst- und landwirtschaftlichen Bodenkunde, Geobotanik, Geochemie, Hydrogeologie usw. durchgeführt.

Die bisher bekannten Lysimetersonden weisen einen rohrförmigen Grundkörper auf, auf dessen dem Boden zugekehrten Ende ein Kerzenkörper aus porösem Material, beispielsweise aus Keramik, Sintermetall o. dgl., befestigt ist. Der Kerzenkörper selbst bildet die Spitze der Lysimetersonde und weist weitgehend zylindrische oder konische längliche Gestalt auf, wobei am freien Ende der Kerzenkörper kegelartig oder verrundet zugespitzt ist. Der Kerzenkörper ist druckempfindlich, während der Grundkörper meist aus Kunststoff besteht. Beim Einführen der Lysimetersonde in den Boden besteht somit die Gefahr, daß der flüssigkeitsdurchlässige, druckempfindliche Kerzenkörper zerstört wird. Auch beim Herausziehen der Lysimetersonde, beispielsweise um sie dann an einem anderen Einsatzort wiederzuverwenden, besteht die Gefahr, daß der Kerzenkörper zerstört wird. Um dieser Gefahr vorzubeugen, ist es bekannt, mit einem Bohrstock zunächst ein Loch vorzubohren und sodann die Lysimetersonde in dieses vorgebohrte Loch einzubringen. Damit ist die Gefahr der Zerstörung des Kerzenkörpers nur gemindert, jedoch nicht beseitigt. Da der Kerzenkörper Bodenanschluß haben muß, damit im lysimetrischen Verfahren die Bodenlösung angesaugt werden kann, wirken Kräfte zwischen Boden und Kerzenkörper ein. Diese Kräfte werden direkt von dem Kerzenkörper auf den Grundkörper übertragen, so daß auf jeden Fall der Kerzenkörper und der Grundkörper gleich hoch beansprucht werden. Wenn man sich vorstellt, daß eine solche Lysimetersonde auch in recht harte Böden, beispielsweise in Schotter, eingetrieben werden muß, dann ist verständlich, daß die Zerstörung des Kerzenkörpers mehr die Regel als die Ausnahme ist. Durch den beträchtlichen Bodenkontakt im Bereich der abgerundeten oder sonstwie verjüngten Spitze wird die Oberfläche des Kerzenkörpers auch in beträchtlichem Maße mit dem Boden verschmutzt, d. h. der Boden haftet an der Oberfläche des Kerzenkörpers. Insoweit ist der Kerzenkörper für Messungen an anderen Standorten nicht mehr so gut geeignet, ganz abgesehen davon, daß durch anhaftenden Boden von einem ersten Messungsort die Messung an einem zweiten Einsatzort verfälscht werden kann. Es ist somit auch nicht bekannt, den Kerzenkörper von dem Grundkörper zu lösen und durch einen neuen Kerzenkörper zu ersetzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lysimetersonde der eingangs beschriebenen Art derart weiterzubilden, daß sie in einfacher Weise und ohne Vorbohren in den Boden eingebracht werden kann, wobei die Gefahr, den druckempfindlichen Kerzenkörper zu beschädigen, weitgehend vermieden ist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Grundkörper zweigeteilt ausgebildet ist und an beiden Teilen lösbare Verbindungsmittel vorgesehen sind, zwischen denen der rohrabschnittartig ausgebildete Kerzenkörper zwischen den einander zugekehrten Enden der beiden Teile des Grundkörpers druckentlastet einspannbar angeordnet ist. Die neue Lysimetersonde wendet sich von der bisherigen Bauart ab und bildet den Grundkörper zweigeteilt aus, wobei der eine Teil des Grundkörpers das hintere Ende und das andere Teil des Grundkörpers das vordere Teil der Lysimetersonde bildet, welches auch als Spitze beim Eindringen in den Boden vorangeführt wird. Zwischen diesen beiden Teilen des Grundkörpers, die lösbar miteinander verbunden sind, wird ein rohrabschnittartig ausgebildeter Kerzenkörper druckentlastet eingespannt. Der Kerzenkörper ist damit zylindrisch ausgebildet und besitzt selbst keine Spitze oder Verrundung. Er besitzt über seine gesamte Länge konstanten Außendurchmesser, so daß er nicht nur einfacher herstellbar, sondern auch sinnvoller an der Lysimetersonde einsetzbar ist. Etwaige auf den Kerzenkörper vom Boden her einwirkende Kräfte sind immer senkrecht zu den Einführkräften auf die Lysimetersonde gerichtet, so daß der Kerzenkörper auch beim Eintreiben der Lysimetersonde in harte Böden vergleichsweise wenig kraftmäßig beaufschlagt wird. Die wesentlichen Kräfte werden direkt zwischen den beiden Teilen des Grundkörpers übertragen und der Kerzenkörper wird frei von solchen Kräften gehalten. Auf den Kerzenkörper wirken nur die Kräfte, die bei seiner Montage auf ihn aufgebracht wurden und die auch dann auf den Kerzenkörper einwirken, wenn die Lysimetersonde nicht in Bodenkontakt ist. Diese Einspannkräfte können gezielt minimiert werden. Damit wird der Kerzenkörper praktisch frei von solchen Kräften gehalten, die beim Eindringen der Lysimetersonde auf den Grundkörper einwirken. Trotzdem tritt ein Bodenschluß am Kerzenkörper ein, wobei zweckmäßigerweise die Durchmesser des Kerzenkörpers und des Grundkörpers entsprechend aufeinander abgestimmt sind. Der Kerzenkörper ist leicht auswechselbar an der Sonde bzw. den Teilen des Grundkörpers gelagert, so daß für andere Untersuchungsorte eine schnelle und mühelose Handhabung möglich ist. Das Vorbohren mit einem Bohrstock entfällt völlig. Vorteilhaft kann mit der vorliegenden Lysimetersonde auch in solchen Fällen gearbeitet werden, in welchen bisher eine Bodenextraktion durchgeführt wurde.

Der eine Teil des Grundkörpers ist am einen Ende der Lysimetersonde vorgesehen und als in den Boden eindringende Spitze ausgebildet. Beide Teile des Grundkörpers können zweckmäßig aus widerstandsfähigem Metall, beispielsweise Edelstahl, hergestellt sein, so daß sie ohne weiteres in der Lage sind, die beim Eindringen der Lysimetersonde einwirkenden Kräfte aufzunehmen. Dies gilt auch dann, wenn die Lysimetersonde beispielsweise mit einem Hammer in den Boden eingetrieben wird.

Das dem Kerzenkörper zugekehrte Ende des die Spitze bildenden Teils und das dem Kerzenkörper zugekehrte Ende des anderen Teils des Grundkörpers weisen etwa gleichen Außendurchmesser auf, wobei der Außendurchmesser des Kerzenkörpers kleiner oder gleich dem Außendurchmesser der Teile des Grundkörpers ausgebildet ist. Auf diese Art und Weise bildet der die Spitze bildende Teil des Grundkörpers das entsprechende Loch vor und die äußere Oberfläche des Kerzenkörpers legt sich unter entsprechender Rückfederung des Bodens an diesen an, ohne daß dabei nennenswerte Kräfte auf den Kerzenkörper einwirken.

Die beiden Teile des Grundkörpers können Anschläge aufweisen, mit denen ein Minimalabstand zum reproduzierbaren Einspannen des Kerzenkörpers zwischen den Teilen des Grundkörpers festgelegt ist. Damit ist es möglich, den Einspanndruck auf den Kerzenkörper beim Verbinden der beiden Teile des Grundkörpers grundsätzlich zu begrenzen, also auch zu hohe Einspanndrücke, die dann auf den Kerzenkörper wirken würden, zu vermeiden.

Der Kerzenkörper ist zweckmäßig unter Beilage von Dichtungsringen aus elastischem Material zwischen den beiden Teilen des Grundkörpers eingespannt. Diese Dichtungsringe erfüllen zwei Funktionen. Zum einen erbringen sie die erforderliche Dichtheit, d. h. es wird sichergestellt, daß nur durch den zylindrischen Mantel des Kerzenkörpers die Bodenlösung gewonnen wird, so daß an allen Stellen gleich lange Wege von der Bodenlösung durch den Kerzenkörper hindurch zurückzulegen sind. Zum anderen drücken sich die Dichtungsringe beim Einspannen des Kerzenkörpers in dem gewünschten Maß zusammen, so daß hierdurch die verminderten Einspannkräfte aufgebracht werden bzw. festgelegt sind.

Die lösbaren Verbindungsmittel können zweckmäßig als Gewinde ausgebildet sein. Aber auch eine Bajonett-Steck-Verbindung o. ä. wäre ohne Weiteres möglich. Wichtig ist dabei nur, daß sich die beiden Teile des Grundkörpers einfach voneinander lösen und auch einfach wieder zusammenfügen lassen.

Das die Spitze bildende Teil des Grundkörpers kann über eine Verbindungsstange mit Gewindestücken, die durch den Kerzenkörper hindurchreicht, mit dem anderen Teil des Grundkörpers verbunden sein, wobei in der Verbindungsstange zum Innenraum des Grundkörpers führende Durchbrechungen vorgesehen sind. Diese Verbindungsstange dient damit gleichzeitig der Übertragung der Kräfte von dem die Spitze bildende Teil des Grundkörpers auf den anderen Teil des Grundkörpers, und zwar unter Umgehung des Kerzenkörpers.

An dem die Spitze bildenden Teil des Grundkörpers kann eine Ausnehmung zum Ansatz eines Verdrehwerkzeugs und an anderen Teil des Grundkörpers eine Querstange, ein Handgriff o. dgl. vorgesehen sein. Diese Ausbildung dient der erleichterten Montage der Teile des Grundkörpers. Die Querstange ist darüberhinaus sinnvoll, um die Lysimetersonde in den Boden einzudrücken bzw. aus dem Boden herauszuziehen. Bei härteren Böden kann die Lysimetersonde auch eingeschlagen werden.

Die Erfindung wird anhand zweier Ausführungsbeispiele weiter verdeutlicht und beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Lysimetersonde in verkleinerter Darstellung und

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Lysimetersonde etwa in normaler Größe.

Die in Fig. 1 dargestellte Lysimetersonde weist einen Grundkörper 1 aus Metall auf, der im wesentlichen rohrförmige, langgestreckte Gestalt besitzt. Der Grundkörper 1 setzt sich aus einem vergleichsweise längeren hinteren Teil 2 und einem vorderen, eine Spitze bildenden Teil 3 zusammen, die miteinander über lösbare Verbindungsmittel verbunden sind. Zwischen den beiden Teilen 2 und 3 ist ein Kerzenkörper 4 aus porösem, flüssigkeitsdurchlässigem Material druckentlastet eingespannt. Insbesondere der Teil 2 und der Kerzenkörper 4 umschließen einen Innenraum 5, der kanalartig ausgebildet ist und bis zum oberen Ende des Teils 2 des Grundkörpers 1 verläuft. An den Innenraum 5 ist ein Schlauch 6 mit Hilfe eines hier nicht dargestellten Anschlußstutzens in Verbindung, so daß die gewonnene Bodenlösung, die durch den Kerzenkörper 4 in den Innenraum 5 eindringt, auf diesem Wege abgesaugt werden kann. Im oberen Bereich des Teils 2 des Grundkörpers 1 ist noch eine Querstange 7 angeordnet, um die Lysimetersonde handhaben zu können. Insbesondere läßt sich die Lysimetersonde nach Beendigung der lysimetrischen Untersuchung mit der Querstange 7 aus dem Boden herausziehen.

Fig. 2 zeigt eine etwas modifizierte Ausführungsform und verdeutlicht durch die Querschnittsdarstellung die Ausbildung im einzelnen, die entsprechend auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 verwirklicht sein kann. Der Teil 2 des Grundkörpers ist bei dieser Ausführungsform mehrteilig ausgebildet. Er besteht aus einem rohrförmigen Mittelstück 8, in welches am einen Ende ein Anschlußstück 9 dichtend eingeschraubt ist, welches mit einem Anschlußstutzen 10 für den Schlauch 6 versehen ist. Am oberen Ende ist auf das Mittelstück 8 ein Endstück 11 aufgeschraubt, in welchem seitlich und unterhalb der Querstange 7 eine Öffnung 12 vorgesehen ist, durch die der Schlauch 6 nach außen geführt wird, so daß das obere Ende des Endstücks 11 frei wird, um beispielsweise die Lysimetersonde durch Hammerschläge hierauf in den Boden eintreiben zu können. In dem Endstück 11 ist auch die Querstange 7 gelagert.

Das Teil 2 bzw. dessen Anschlußstück 9 ist mit dem die Spitze bildenden Teil 3 des Grundkörpers über eine Verbindungsstange 13 lösbar verbunden, die an beiden Enden mit Gewindestücken 14 und 15 versehen ist, denen entsprechende Gegengewinde in dem Anschlußstück 9 und in dem Teil 3 des Grundkörpers 1 zugeordnet sind. Durch die Tiefe der Bohrungen und entsprechende Schultern werden Anschläge 16 und 17 gebildet, so daß damit ein Minimalabstand zwischen den Teilen 2 und 3 des Grundkörpers festgelegt ist, der beim Zusammenschrauben der Teile nicht unterschritten werden kann. Damit ist sichergestellt, daß in Verbindung mit der Länge des Kerzenkörpers 4 und entsprechender Abstimmung hierauf der Kerzenkörper 4 druckentlastet eingespannt werden kann. Dies bedeutet, daß die wesentlichen Kräfte, die beim Eintreiben der Lysimetersonde in den Boden zunächst auf den Teil 3 des Grundkörpers einwirken, unmittelbar über die Verbindungsstange 13 in den Teil 2 überführt werden, und daß der Kerzenkörper 4 frei von diesen Kräften gehalten wird. Der Kerzenkörper 4 ist somit druckentlastet eingespannt bzw. gelagert. Andererseits muß der Kerzenkörper 4 aber auch ortsfest zwischen den Teilen 2 und 3 des Grundkörpers 1 gehalten werden. Dies kann zweckmäßig durch Beilage von Dichtungsringen 18 und 19 geschehen, die aus elastischem Material, beispielsweise Silikon, bestehen. Durch die Wahl der Abmessungen zwischen den Anschlägen 16 und 17 einerseits und der Länge des Kerzenkörpers 4 und der Dicke der Dichtungsringe 18 und 19 wird das Maß festgelegt, mit welchem der Kerzenkörper 4 zwischen den Teilen festgehalten ist. Diese nur durch die Einspannung auf den Kerzenkörper 4 einwirkenden Kräfte sind durch die Anordnung der Anschläge 16 und 17 minimiert. Andererseits stellen die Dichtungsringe 18 und 19 aber die notwendige Abdichtung stirnflächenseitig an dem Kerzenkörper 4 her. Zum anderen dienen die Dichtungsringe 18 und 19 der ortsfesten Lagerung.

Auch die Außendurchmesser des Teils 3 und des Teils 2 bzw. insbesondere des Anschlußstücks 9 sowie der Außendurchmesser des Kerzenkörpers 4 sind aufeinander abgestimmt. Diese genannten Durchmesser sind in der Regel gleich. Allenfalls kann der Außendurchmesser des Kerzenkörpers 4 geringfügig kleiner sein als der Außendurchmesser des zylindrischen Teils des Teils 3 des Grundkörpers 1. Durch dieses angesprochene Maß muß aber immer noch sichergestellt sein, daß der Kerzenkörper 4 beim Einbringen der Lysimetersonde in den Boden Bodenkontakt bekommt.

Der die Spitze der Lysimetersonde bildende Teil 3 kann zweckmäßig eine Ausnehmung 20, hier in Form einer Querbohrung, aufweisen, um nach dem Durchstecken einer Stange oder eines anderen Verdrehwerkzeugs, einen Angriffshebel für Kräfte relativ zu der Querstange 7 am anderen Teil 2 zu haben, damit die lösbaren Verbindungsmittel, nämlich die Gewindestücke 14 und 15, bzw. mindestens eines davon, leicht aufgeschraubt werden können, um einen Kerzenkörper 4 einzusetzen oder auszuwechseln. Die Verbindungsstange 13 kann selbstverständlich auch einstückig mit dem Teil 3 ausgebildet sein. Sie besitzt auf jeden Fall Durchbrechungen 21, über die die aus dem Boden zu gewinnende Bodenlösung von außen durch den Kerzenkörper 4 hindurch letztlich in den Innenraum 5 und dann in den Schlauch 6 gelangen kann. In der Regel wird an den Schlauch 6 eine Unterdruckquelle angeschlossen. Es ist weiterhin ersichtlich, daß das Anschlußstück 9 mit dem Mittelstück 8 des Teils 2 auch einstückig ausgebildet sein kann, wobei eine entsprechende Gewindeverbindung dann in Fortfall kommt. Weitere Abwandlungsmöglichkeiten sind denkbar. Wichtig ist in erster Linie das druckentlastete Einspannen des Kerzenkörpers 4 zwischen den beiden Teilen 2 und 3 des Grundkörpers 1.

Bezugszeichenliste

 1 Grundkörper
 2 hinterer Teil
 3 vorderer Teil
 4 Kerzenkörper
 5 Innenraum
 6 Schlauch
 7 Querstange
 8 rohrförmiges Mittelstück
 9 Anschlußstück
10 Anschlußstutzen
11 Endstück
12 Öffnung
13 Verbindungsstange
14 Gewindestück
15 Gewindestück
16 Anschlag
17 Anschlag
18 Dichtungsring
19 Dichtungsring
20 Ausnehmung
21 Durchbrechungen

Claims (8)

1. In den Boden einführbare Lysimetersonde mit einem rohrförmigen Grundkörper und einem Kerzenkörper aus porösem Material sowie einem Anschlußstutzen zum Anlegen eines Unterdrucks an den Innenraum des rohrförmigen Grundkörpers und des Kerzenkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1) zweigeteilt ausgebildet ist und an beiden Teilen (2, 3) lösbare Verbindungsmittel (14, 15) vorgesehen sind, zwischen denen der rohrabschnittartig ausgebildete Kerzenkörper (4) zwischen den einander zugekehrten Enden der beiden Teile (2, 3) des Grundkörpers (1) druckentlastet einspannbar angeordnet ist.

2. Lysimetersonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Teil (3) des Grundkörpers (1) am einen Ende der Lysimetersonde vorgesehen und als in den Boden eindringende Spitze ausgebildet ist.

3. Lysimetersonde nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Kerzenkörper (4) zugekehrte Ende des die Spitze bildenden Teils (3) und das dem Kerzenkörper (4) zugekehrte Ende des anderen Teils (2) des Grundkörpers (1) etwa gleichen Außendurchmesser aufweisen, und daß der Außendurchmesser des Kerzenkörpers (4) kleiner oder gleich dem Außendurchmesser der Teile (2, 3) des Grundkörpers (1) ausgebildet ist.

4. Lysimetersonde nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile (2, 3) des Grundkörpers (1) Anschläge (16, 17) aufweisen, mit denen ein Minimalabstand zum reproduzierbaren Einspannen des Kerzenkörpers (4) zwischen den Teilen (2, 3) des Grundkörpers (1) festgelegt ist.

5. Lysimetersonde nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kerzenkörper (4) unter Beilage von Dichtungsringen (18, 19) aus elastischem Material zwischen den beiden Teilen (2, 3) des Grundkörpers (1) eingespannt ist.

6. Lysimetersonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lösbaren Verbindungsmittel als Gewinde (14, 15) ausgebildet sind.

7. Lysimetersonde nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das die Spitze bildende Teil (3) des Grundkörpers (1) über eine Verbindungsstange (13) mit Gewindestücken (14, 15), die durch den Kerzenkörper (4) hindurchreicht, mit dem anderen Teil (2) des Grundkörpers (1) verbunden ist, und daß in der Verbindungsstange (13) zum Innenraum (5) des Grundkörpers (1) führende Durchbrechungen (21) vorgesehen sind.

8. Lysimetersonde nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an dem die Spitze bildenden Teil (3) des Grundkörpers (1) eine Ausnehmung (20) zum Ansatz eines Verdrehwerkzeugs und am anderen Teil (2) des Grundkörpers (1) eine Querstange (7), ein Handgriff o. dgl. vorgesehen sind.