EP0327667A2 - Verfahren und Vorrichtung zur Entnahme von Bodenproben - Google Patents
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- EP0327667A2 EP0327667A2 EP88112840A EP88112840A EP0327667A2 EP 0327667 A2 EP0327667 A2 EP 0327667A2 EP 88112840 A EP88112840 A EP 88112840A EP 88112840 A EP88112840 A EP 88112840A EP 0327667 A2 EP0327667 A2 EP 0327667A2
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- E21B49/00—Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells
- E21B49/02—Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells by mechanically taking samples of the soil
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- E21B44/00—Automatic control systems specially adapted for drilling operations, i.e. self-operating systems which function to carry out or modify a drilling operation without intervention of a human operator, e.g. computer-controlled drilling systems; Systems specially adapted for monitoring a plurality of drilling variables or conditions
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- E21B7/003—Drilling with mechanical conveying means
- E21B7/005—Drilling with mechanical conveying means with helical conveying means
Definitions
- the invention relates to a method for taking soil samples with a borehole which can be driven into the ground and which has a longitudinal groove which receives the sample material, and with at least one reamer which engages in the groove and removes the sample material from the longitudinal groove in a sweeping relative clearing movement with respect to the drill rod , wherein at least two depth ranges are defined and the sample material originating from these depth ranges is collected in a plurality of sample vessels assigned to them.
- a device that works according to this method is described for example in DE-GM 86 27 892.
- the boring machine is driven into the ground by means of a hammer mechanism.
- the striking mechanism is slidably guided on vertical guide rails.
- the drill stick which has a U-shaped cross-section, is rotated to shear off the core of the earth located in the longitudinal groove.
- the hammer mechanism moves to the upper end position with the drill stick.
- the clearing fingers are moved in the transverse direction to the drill stick so that they engage in the groove, namely the lowest clearing finger at the tip of the drill stick and two further clearing fingers in the same Distances above.
- the boring bar is moved down by 1/3 of its length, thereby clearing the groove.
- the drill rod has a length of 90 cm, each clearing finger clears a section of 30 cm in length. The samples from the various 30 deep areas thus collect in the three connected vessels.
- the sampling procedure described presupposes that the full length of the drill rod is driven into the earth each time. This is also ensured by the striking mechanism used if the soil is rocky or rocky. The cane is so stable that it pushes the obstacles aside or penetrates them. However, there is a risk that the drill rod will bend. In addition, the striking mechanism represents a considerable effort, which makes such soil sampling devices considerably more expensive.
- the invention has for its object to provide a method with which sufficient soil samples for a representative soil analysis can be taken more easily and inexpensively.
- this object is achieved according to the invention in that the boring rod penetrates to different degrees depending on the nature of the soil at the extraction point, that the penetration depth is measured and its value is stored and that the relative position which the boring rod on the one hand in Longitudinal direction with respect to the reamer or the reamer on the other hand occupies at the beginning of the broaching movement (broaching position) depending on the stored value of the previous penetration depth.
- the invention is based on the knowledge that it is not at all necessary to carry out every puncture in the full length of the drill rod, because usually a large number of soil samples, eg. B. 20 or more, per parcel. Instead of smashing stones on which the cane strikes, it is accepted that when such an obstacle occurs, the depth of penetration remains less than the length of the cane. For this purpose, the drill stick is driven into the ground with much less force. Stony material also does not need to be examined because it does not absorb fertilizers.
- the invention therefore allows a variable broaching position and determines this automatically based on the previous depth of penetration, which is therefore measured and stored.
- the broaching start position is defined as a relative position between the drill stick on the one hand and the broach or cutters on the other hand, it does not matter whether this relative position is brought about by a movement of the drill stick or the broach.
- the relative clearing movement starts from the clearing position. It is not necessary that the reamer already engages in the drill groove in the broaching position.
- the broaching start position also includes the case where a reamer is at a distance from the tip of the drill rod and first approaches this tip in the course of the broaching movement and then moves into the groove.
- This approach relates to the case that only one scraper is provided and that an allocation device is attached to it, which determines one of the existing vessels for receiving the extracted sample material and takes the necessary precautions and, depending on the clearing movement, i. H. from the clearing distance covered, which causes the switch to the following vessel.
- the changeover can be effected, for example, in that the various vessels are arranged such that they can be moved under the pouring channel or the outlet opening of the sample material coming from the scraper by means of a sliding table or a turntable, and in that one vessel replaces the previous one when the changeover takes place.
- Switching over can also mean readjusting the pouring channel or another conveying device, which also ensures that the cleared sample material falls into a selected vessel.
- the boring rod penetrates to different extents depending on the nature of the soil, that the penetration depth is measured and its value is stored, and that the starting position of the allocation device is determined automatically depending on the stored value of the previous penetration depth.
- the differences in the starting position of the assignment device cause the sample material peeled out of the groove to fall into the correct sample vessel at the beginning or in the course of the broaching movement, the first broaching distance until the switch to the next vessel can be of different lengths.
- the first part of the clearing movement is carried out "empty" if, for example, the clearer always starts on the drill shaft.
- the direction of the clearing movement is important.
- a clearing finger attached to the tip of the drill rod and the latter moves so that the clearing finger moves in the groove towards the drill shaft.
- a funnel-shaped widened cane groove which is advantageous for compressing boggy or sandy soils, can trap hard earth or stones.
- the relative clearing movement be directed in such a way that the clearers scrape the drill stick from the shaft to the tip.
- Both the adjustment movement to reach the broaching position and the broaching movement itself are generally to be understood as relative movements, i. H. the vise may move with respect to the stationary reamer or these may move with respect to the stationary vise. Movement of both components is also possible.
- Stationary and moving here refers to the base frame of the device in question, which can also be mounted on a vehicle.
- the broaching of the vise in its normally vertical drilling position can result in the vise being pulled very far out of the earth and the corresponding structure must be relatively high. Also with regard to easier accessibility and advantages in broaching itself, it is expedient if the boring bar is pivoted out of its boring position about a horizontal axis. Both a position with a downward sloping tip can be considered, the horizontal position or a position with the tip pointing upwards. Furthermore, depending on the broaching tool and the nature of the ground, it may be advantageous if, in such a pivoted position of the boring stick during broaching, the boring stick assumes a position with respect to its longitudinal central axis in which the longitudinal groove points upwards or assumes another angular position.
- the patent also includes all devices which are suitable for carrying out the proposed method. It should be mentioned here that a holder for the reamer (s) can be provided, which is designed to be movable for adjusting the broaching position and / or for broaching in the longitudinal direction of the boring bar. The movement can also be carried out by hand, in particular if display aids obtained and acting according to the invention are provided.
- the soil shown in section in FIG. 1 is divided by horizontal dashed lines into an approximately 30 cm thick upper depth region I, a subsequent middle depth region II of the same thickness and a lower depth region III of more than 60 cm depth.
- a 90 cm long drill rod 1 when fully driven, penetrates the two upper depth areas I and II and penetrates 30 cm deep into the third area III.
- the boring bar 1 is seated on a shaft 2, which is shown in simplified form as an elongated piston which can move up and down in a cylinder 3 under the action of a hydraulic pressure fluid.
- the cylinder 3 is surrounded by a clamp 4, which is pivotably mounted about a pivot axis 5 perpendicular to the plane of the drawing by means of a suitable bearing and under the influence of a controllable pivot drive, which is not shown.
- a holding frame 6 has three clearing fingers 7, 8 and 9, which are each at a distance of 30 and whose clearing edges lie on a line which intersects the pivot axis 5.
- the holding frame 6 as a whole, and / or the clearing fingers 7 to 9 with respect to the holding frame can be resiliently mounted.
- each clearing finger ie offset perpendicular to the drawing plane against the clearing finger, there is a sample collecting vessel 10 connected to it by means of a chute, it being noted that the lowest collecting vessel receives the samples from the deep region III, the middle one from the deep region II and the upper collecting vessel 10 the samples from the upper deep region I.
- the cross section of the boring bar 1 is shown on a larger scale in FIG.
- the outer contour of the cross section is circular, so that when the drill stick is rotated, the earth core pressed into the groove 11 is sheared off, so that it remains in the groove when the drill stick 1 is pulled out.
- the flat or spoon-shaped clearing finger corresponds in its outline shape to the cross section of the groove 11.
- the boring bar 1 together with the piston-cylinder arrangement guiding it is in a vertical position.
- the groove 11 is empty.
- the drill tip is just above the surface of the ground.
- the entire length of the drill rod is pressed into the ground, so that the transition point between the drill rod 1 and the shaft 2 is close to the surface of the ground.
- the core of the earth located in the groove 11 is sheared off by a rotary movement of the drill rod about its axis, the drive means of which are not shown here for the sake of simplicity.
- the boring bar 1 is then pulled out of the ground and the piston-cylinder arrangement 2, 3 is pivoted into the inclined position (central axis 12) indicated by dash-dotted lines.
- the cane groove in this example is oriented so that it is in this inclined position at the top.
- the tip of the drill stick is near the clearing finger 7.
- the drill stick becomes in the direction of the axis 12 shown in broken lines extended to the position that he had previously reached on the ground and that had been measured and saved.
- the fully extended end position is drawn in dash-dotted lines.
- the shaft-side end of the drill stick is in the vicinity of the clearing finger 7 and the drill tip is at a distance of 30 cm from the clearing finger 9.
- the piston-cylinder arrangement 2, 3 is again pivoted through a small angle ⁇ , so that the broaching fingers 7 to 9 penetrate into the groove 11. Then it is cleared by pulling back the boring stick 1 to its upper end position.
- the clearing finger 9 covers the lower third of the length of the drill rod, the clearing finger 8 the middle and the clearing finger 7 the upper third of this total length.
- the respective sample material thus falls into the three sample receptacles 10 in the correct depth assignment.
- the actual broaching process is already finished after a third of the entire stroke. During the rest of the stroke, the upper clearing fingers 7 and 8 run over already cleared groove sections. After swiveling back into the vertical position, the drill stick can be driven into the ground again to take the next sample.
- the drill stick penetrates less deeply into the ground, for example, as shown in FIG. 1, only in a short section of the depth region III, because, for example, a large stone opposes it, this detects the depth storage device and when it is extended again along the axis 12, the drill stick becomes stopped in the appropriate position. It therefore occupies a different broaching position than in the case described above (full penetration depth).
- the clearing finger 9 now enters the groove 11 at the location of the drill stick which the drilling stick in the ground in the lowest position reached intersected the interface between depth ranges II and III.
- the sample material of the last small piece falls into the lowermost vessel 10 and the two further filled length sections of the groove are properly smeared into the other two vessels.
- the samples are correctly assigned even if there is even less penetration into depth range II or only into depth range I.
- the extension of the drill stick can also be started immediately. If the broaching position is reached before the swivel movement is completed, the drill stick can be swiveled all the way to the broaching fingers without stopping.
- the device described is expediently mounted on a vehicle, preferably on the rear side of an agricultural tractor, wherein the holding device 6 arranged laterally at a relatively large distance can be designed to be pivotable for road traffic.
- the clearing fingers can, as is known per se, also be moved towards the vertical, pulled out drill stick. In extreme cases, however, the boring bar must then be able to be pulled up to the uppermost clearing finger.
- the broaching or the setting of the broaching position can also be carried out by moving the holding frame with respect to the stationary drill rod.
- pivot angles e.g. B. a clearing position with a horizontal drill stick or with the drill tip pointing upwards.
- the cane groove does not have to point upwards, but can assume any angular position with respect to the central axis of the cane, depending on the nature of the ground or the construction of the clearing fingers and their holder during broaching.
- the assignment device belongs to a soil sample taking device, not shown, with only one scraper, the sample material detached from it being able to be directed into three different sample vessels via a movable downpipe.
- the reamer always starts at the tip of the drill rod and travels through the rod groove in the direction of the shaft.
- the assignment device comprises a fixed, shown as a triangular mark 15, which cooperates with a rotatably mounted control disc 16.
- the circumference of the control disk is divided into three arc sections I, II and III of equal size and the arrangement is such that, in the position shown, the sample material falls into the sample vessel which is assigned to the depth region III. If the control disk 16 rotates towards linsk, the downpipe mentioned is converted at the separation point between the bow section III and the bow section I in such a way that the sample material is assigned to the depth area I Vessel falls. Likewise, when the transition to the next bend section takes place, the downpipe is switched over to the vessel for depth range II.
- This exemplary embodiment has the following mode of operation: At the beginning, the control disk is in an angular position in which the gripper 15 faces the separation point between the arc regions III and I.
- the drill tip is on the surface of the ground. If the cane penetrates into the ground, the control disk 16 is driven in counterclockwise direction in exact synchronism.
- the drive device is designed so that when the tip of the drill bit reaches the depth area II, the pick-up 15 also reaches the bow area II.
- the control disk 16 has rotated exactly once.
- the broaching movement begins, which, as mentioned, can be a movement of the drill rod or the reamer. It is essential in this example that the control disk 16 is in turn driven in exact synchronism in the opposite direction during the broaching. First, the sample material falls from the tip area into the vessel III and then takes place at the right moment, i.e. H. after every 30 cm clearing section, switch over to the other two vessels one after the other.
- a maximum draft draft was considered above. For example, if the boring bar only penetrates 20 cm into the ground and then stops, the control slide 16 is still in area I and the area in question Vessel is connected to the reamer. This means that the entire sample material falls into this vessel when broaching. When switching to vessel III, the reamer already enters the empty groove area. It can therefore be provided that the clearing process is interrupted at the transition point from arch area I to arch area III.
- control disk described thus also acts in the example as a measuring and storage device for the depth of penetration.
- the reamer can always carry out its broaching movement on the shaft, i. H. Start at the top of the drill rod, however, the entire length must always be cleared to the tip.
- the control disc 16 is driven in the same direction both when the drill rod is moved into the ground and when it is cleared. H. when broaching it moves beyond the end position reached during drilling. After each clearing operation, the control disk 16 must be brought back to its starting position at the transition from sheet I to sheet III.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Verfahren zur Entnahme von Bodenproben mit einem ins Erdreich eintreibbaren Bohrstock, der eine das Probenmaterial aufnehmende Längsnut aufweist, und mit wenigstens einen Räumer, welcher in die Nut eingreift und in einer streichenden relativen Räumbewegung bezüglich des Bohrstocks das Probenmaterial aus der Längsnut herauslöst, wobei wenigstens zwei Tiefenbereiche festgelegt sind und das aus diesen Tiefenbereichen stammende Probenmaterial in mehreren, diesen zugeordneten Probengefäßen gesammelt wird.
- Eine Vorrichtung, die nach diesem Verfahren arbeitet, ist beispielsweise in dem DE-GM 86 27 892 beschrieben. Hierbei wird der Bohrstock mittels eines Schlagwerks in den Boden eingetrieben. Das Schlagwerk ist an vertikalen Führungsschienen verschiebbar geführt. Im Erdreich wird der Bohrstock, der einen U-förmigen Querschnitt hat, gedreht, um den in der Längsnut befindlichen Erdkern abzuscheren. Nach dem Herausziehen aus den Boden fährt das Schlagwerk mit dem Bohrstock jedesmal in seine obere Endstellung. Sodann werden die Räumfinger in Querrichtung an den Bohrstock heranbewegt, so daß sie in die Nut eingreifen, und zwar der unterste Räumfinger an der Spitze des Bohrstocks und zwei weitere Räumfinger in gleichen Abständen darüber. Nun wird der Bohrstock um 1/3 seiner Länge nach unten bewegt und dadurch die Nut geräumt. Wie üblich hat der Bohrstock eine Länge von 90 cm, jeder Räumfinger räumt einen Abschnitt von 30 cm Länge. In den drei angeschlossenen Gefäßen sammeln sich somit die Proben aus den verschiedenen 30 tiefen Bereichen.
- Das beschriebene Probenentnahmeverfahren setzt jedoch voraus, daß der Bohrstock jedesmal in voller Länge in die Erde eingetrieben wird. Mittels des verwendeten Schlagwerks wird dies auch gewährleistet, wenn das Erdreich steinig oder felsig ist. Der Bohrstock ist so stabil ausgeführt, daß er die Hindernisse zur Seite schiebt oder diese durchschlägt. Allerdings besteht die Gefahr, daß sich der Bohrstock verbiegt. Im übrigen stellt das Schlagwerk einen beträchtlichen Aufwand dar, durch den sich solche Bodenproben-Entnahmevorrichtungen erheblich verteuern.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem für eine repräsentative Bodenanalyse ausreichende Bodenproben einfacher und kostengünstiger gezogen werden können.
- Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der einleitend bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Bohrstock je nach Beschaffenheit des Erdreichs an der Entnahmestelle unterschiedlich weit eindringt, daß die Eindringtiefe gemessen und ihr Wert gespeichert wird und daß die relative Position, die der Bohrstock einerseits in Längsrichtung bezüglich des Räumers oder der Räumer andererseits am Anfang der Räumbewegung einnimmt (Räumanfangsposition) abhängig von dem gespeicherten Wert der vorhergehenden Eindringtiefe selbsttätig bestimmt wird.
- Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es gar nicht erforderlich ist, jeden Einstich in voller Bohrstocklänge auszuführen, denn üblicherweise werden ohnehin eine Vielzahl von Bodenproben, z. B. 20 oder mehr, pro Flurstück gezogen. Statt Steine, auf die der Bohrstock auftrifft, zu zertrümmern, wird es hingenommen, daß bei Auftreten eines solchen Hindernisses die Eindringtiefe geringer als die Bohrstocklänge bleibt. Dafür wird der Bohrstock auch mit wesentlich geringerer Kraft in den Boden eingetrieben. Steiniges Material braucht auch nicht untersucht zu werden, da es keine Düngestoffe aufnimmt.
- Jedoch ergibt sich bei wechselnden Eindringtiefen das Problem, daß Probenmaterial aus einem bestimmten Tiefenbereich sich an wechselnden Längenabschnitten des herausgezogenen Bohrstocks befindet. Wenn also die Räumer stets an der gleichen Stelle des Bohrstocks angesetzt werden und gleiche Räumstrecken zurücklegen, gelangt das Probenmaterial nicht ohne weiteres in das dafür bestimmte richtige Gefäß.
- Die Erfindung läßt deshalb eine variable Räumanfangsposition zu und bestimmt diese selbsttätig anhand der vorhergehenden Eindringtiefe, die deshalb gemesen und gespeichert wird. Die Räumanfangsposition ist als Relativstellung definiert zwischen dem Bohrstock einerseits und dem oder den Räumern andererseits, wobei es keine Rolle spielt, ob diese Relativstellung durch eine Bewegung des Bohrstocks oder des Räumers herbeigeführt wird. Aus der Räumanfangsposition heraus beginnt die relative Räumbewegung. Es ist nicht erforderlich daß in der Räumanfangsposition der Räumer bereits in die Bohrstocknut eingreift. Räumanfangsposition umfaßt auch den Fall, daß ein Räumer von der Bohrstockspitze einen Abstand hat und sich im Zuge der Räumbewegung erst dieser Spitze nähert und dann in die Nut einfährt.
- Es gibt auch noch einen anderen Weg, das Problem der Zuordnung zu lösen, ohne die Räumanfangsposition bei verschiedenen Eindringtiefen zu verändern. Dieser Lösungsweg betrifft den Fall, daß nur ein Räumer vorgesehen ist und daß diesem eine Zuordnungsvorrichtung angegliedert ist, welche eines der vorhandenen Gefäße zur Aufnahme des herausgelösten Probenmaterials bestimmt sowie die dazu notwendigen Vorkehrungen trifft und in Abhängigkeit von der Räumbewegung, d. h. von der zurückgelegten Räumstrecke, die Umschaltung auf das folgenden Gefäß herbeiführt. Die Umschaltung kann beispielsweise dadurch bewirkt werden, daß die verschiedenen Gefäße mittels eines Schiebetisches oder eines Drehtellers unter der Schüttrinne oder der Austrittsöffnung des vom Räumer kommenden Probenmaterials bewegbar angeordnet sind und daß beim Umschalten ein Gefäß an die Stelle des vorhergehenden tritt. Umschalten kann aber auch ein Nachstellen der Schüttrinne oder einer anderen Fördereinrichtung bedeuten, womit ebenfalls erreicht wird, daß das ausgeräumte Probenmaterial in ein ausgewähltes Gefäß fällt.
- Es wird vorgeschalgen, daß der Bohrstock je nach Beschaffenheit des Erdreichts an der Entnahmestelle unterschiedlich weit eindringt, daß die Eindringtiefe gemessen und ihr Wert gespeichert wird und daß die Startposition der Zuordnungsvorrichtung abhängig von dem gespeicherten Wert der vorhergehenden Eindringtiefe selbsttätig bestimmt wird. Die Unterschiede in der Startposition der Zuordnungsvorrichtung bewirken, daß beim Beginn oder im Zuge der Räumbewegung das aus der Nut herausgeschälte Probenmaterial in das jeweils richtige Probengefäß fällt, wobei die erste Räumstrecke bis zum Umschalten auf das nächste Gefäß unterschiedlich lang sein kann. Außerdem kann es sein, daß der erste Teil der Räumbewegung "leer" ausgeführt wird, wenn beispielsweise der Räumer immer am Bohrstockschaft beginnt.
- Von Bedeutung ist die Richtung der Räumbewegung. Bei dem bekannten Verfahren wird z. B. ein Räumfinger an der Spitze des Bohrstocks angesetzt und letzterer bewegt sich so, daß der Räumfinger in der Nut in Richtung zum Bohrstockschaft hin wandert. Dabei kann es jedoch vorkommen, insbesondere als Folge von Verschleißerscheinungen, Vibrationen oder dergleichen, daß der Räumfinger an der Spitze vorbeigreift und dann durch die Vorschubbewegung des Bohrstocks beschädigt wird. Eine trichterförmig aufgeweitete Bohrstocknut, welche zum Komprimieren von moorigen oder sandigen Böden vorteilhaft ist, kann harte Erde oder Steine einklemmen.
- Um diesen Gefahren zu begegnen, wird vorgeschalgen, daß die relative Räumbewegung so gerichtet ist, daß die Räumer den Bohrstock vom Schaft zur Spitze hin abstreichen.
- Sowohl die Einstellbewegung zur Erreichung der Räumanfangsposition als auch die Räumbewegung selbst sind allgemeinen als Relativbewegungen zu verstehen, d. h. es kann sich der Bohrstock bezüglich der stillstehenden Räumer oder diese können sich bezüglich des stillstehenden Bohrstocks bewegen. Auch eine Bewegung beider Komponenten ist möglich. Stillstehend und bewegt bezieht sich hier auf das Grundgestell der betreffenden Vorrichtung, das auch auf einem Fahrzeug angebracht sein kann.
- Das Räumen des Bohrstocks in seiner normalerweise vertikalen Bohrstellung kann dazu führen, daß der Bohrstock sehr weit aus der Erde herausgezogen werden und der entsprechende Aufbau verhältnismäßig hoch sein muß. Auch in Hinblick auf leichtere Zugänglichkeit und Vorteile beim Räumen selbst ist es zweckmäßig, wenn der Bohrstock zum Räumen um eine horizontale Achse aus seiner Bohrstellung herausgeschwenkt wird. In Betracht kommt sowohl eine Stellung mit nach unten geneigter Spitze, die waagerechte Stellung oder eine Stellung mit nach oben weisender Spitze. Ferner kann es je nach Räumwerkzeug und Bodenbeschaffenheit vorteilhaft sein, wenn in einer solchen geschwenkten Stellung des Bohrstocks beim Räumen der Bohrstock bezüglich seiner Längsmittelachse eine Stellung einnimmt, in welcher die Längnut nach oben zeigt oder eine andere Winkelstellung einnimmt.
- Das Patent umfaßt auch alle Vorrichtungen, die zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens geeignet sind. Hierbei ist zu erwähnen, daß eine Halterung für den oder die Räumer vorgesehen sein kann, die zum Einstellen der Räumanfangsposition und/oder zum Räumen in Bohrstocklängsrichtung bewegbar ausgebildet ist. Die Bewegung kann, insbesondere wenn erfindungsgemäß gewonnene und wirkende Anzeigehilfen vorgesehen sind, auch von Hand ausgeführt werden.
- Besonders zweckmäßig ist es, wenn bei einer solchen Vorrichtung mechanische, hydraulische, optische oder elektronische Hilfsmittel zur Messung und Speicherung der Eindringtiefe des Bohrstocks, zur Herbeiführung der relativen Räumanfangsposition des Bohrstocks bezüglich des Räumers bzw. der Räumer und/oder zur Herbeiführung der Startposition der Zuordnungsvorrichtung vorgesehen sind. In Betracht kommen z. B. alle geeigneten Längenmeßvorrichtungen, die beispielsweise mit optischen Markierungen, Reibrollen oder dergleichen arbeiten. Speziell im Falle der hydraulischen Betätigung des Bohrstocks können die Längenwerte auch durch Messung der Durchflußmenge der Hydraulikflüssigkeit gewonnen werden. Ferner stehen alle zweckentsprechenden mechanischen und elektronischen Speicher- und Steuermittel zur Verfügung.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigt.
- Fig. 1 die schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Entnahme von Bodenproben mit drei Räumern,
- Fig. 2 den Querschnitt des verwendeten Bohrstocks in größerem Maßstab und
- Fig. 3 in grob schematischer Darstellung eine Zuordnungsvorrichtung für eine andere Bodenproben-Entnahmevorrichtung.
- Das in Fig. 1 im Schnitt dargestellte Erdreich ist durch horizontale gestrichelte Linien in einen etwa 30 cm dicken oberen Tiefenbereich I, einen anschließenden mittleren Tiefenbereich II gleicher Dicke und einen unteren Tiefenbereich III von mehr als 60 cm Tiefe gegliedert. Ein 90 cm langer Bohrstock 1 durchsetzt, wenn er ganz eingetrieben wird die beiden oberen Tiefenbereiche I und II und dringt 30 cm tief in den dritten Bereich III ein. Der Bohrstock 1 sitzt an einem Schaft 2, der vereinfachend als langgestreckter Kolben dargestellt ist, welcher sich unter der Wirkung einer hydraulischen Druckflüssigkeit in einem Zylinder 3 auf und ab bewegen kann. Der Zylinder 3 ist von einer Schelle 4 umfaßt, die mittels einer geeigneten Lagerung und unter dem Einfluß eines steuerbaren Schwenkantriebs, der nicht dargestellt ist, um eine zur Zeichenebene senkrechte Schwenkachse 5 schwenkbar gelagert ist. Ein Haltegestell 6 weist drei Räumfinger 7, 8 und 9 auf, die jeweils einen Abstand von 30 haben und deren Räumkanten auf einer Linie liegen, welche die Schwenkachse 5 schneidet. Das Haltegestell 6 als Ganzes, und/oder die Räumfinger 7 bis 9 bezüglich des Haltegestells können federnd nachgebend gelagert sein. Seitlich unterhalb jedes Räumfinger, d. h. senkrecht zur Zeichenebene gegen den Räumfinger versetzt, befindet sich ein mittels einer Schütte an diesen angeschlossenes Probensammelgefäß 10, wobei schon jetzt bemerkt sei, daß das unterste Sammelgefäß die Proben aus dem Tiefenbereich III, das mittlere diejenigen aus dem Tiefenbereich II und das obere Sammelgefäß 10 die Proben aus den oberen Tiefenbereich I aufnimmt.
- Um die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung weiter deutlich zu machen, ist in Fig. 2 der Querschnitt des Bohrstocks 1 in größerem Maßstab dargestellt. Die Außenkontur des Querschnitts ist kreisrund, so daß beim Drehen des Bohrstocks der in die Nut 11 eingepreßte Erdkern abgeschert wird, um beim Herausziehen des Bohrstocks 1 in der Nut verbleibt. Der flache oder löffelförmig ausgebildete Räumfinger, beispielsweise 8 entspricht in seiner Umrißform dem Querschnitt der Nut 11.
- Mit der beschriebenen Vorrichtung ergibt sich folgender Verfahrensverlauf: Zunächst befindet sich der Bohrstock 1 samt der ihn führenden Kolben-Zylinderanordnung in vertikaler Stellung. Die Nut 11 ist leer. Die Bohrstockspitze befindet sich knapp über der Bodenoberfläche. Nun wird dr Bohrstock in ganzer Länge in das Erdreich eingedrückt, so daß sich die Übergangsstelle zwischen Bohrstock 1 und Schaft 2 nahe über der Bodenoberfläche befindet. Durch eine Drehbewegung des Bohrstocks um seine Achse, deren Antriebsmittel hier der Einfachheit halber nicht gezeigt sind, wird der in der Nut 11 befindliche Erdkern abgeschert. Sodann wird der Bohrstock 1 aus dem Boden herausgezogen und die Kolben-Zylinderanordnung 2, 3 in die strichpunktiert angedeutete Schrägstellung (Mittelachse 12) geschwenkt. Dabei ist die Bohrstocknut in diesem Beispiel so orientiert, daß sie sich in dieser geneigten stellung oben befindet. Am Ende der Schwenkbewegung befindet sich die Bohrstockspitze in der Nähe des Räumfingers 7. Nun wird der Bohrstock in Richtung der strichpunktiert dargestellten Achse 12 ausgefahren und zwar bis in die Stellung, die er zuvor im Erdboden auch erreicht hatte und die gemessen und gespeichert worden war. Strichpunktiert gezeichnet ist die voll ausgefahrene Endstellung. In dieser somit erreichten Räumanfangsposition befindet sich das schaftseitige Ende des Bohrstocks in der Nähe des Räumfingers 7 und die Bohrstockspitze in einem Abstand von 30 cm von Räumfinger 9.
- Nun wird, um den Räumvorgang einzuleiten, die Kolben-Zylinderanordnung 2, 3 noch einmal um einen kleinen Winkel α weitergeschwenkt, so daß die Räumfinger 7 bis 9 in die Nut 11 eindringen. Danach wird geräumt durch Zurückziehen des Bohrstocks 1 bis in seine obere Endstellung. Dabei überstreicht der Räumfinger 9 das untere Drittel der Bohrstocklänge, der Räumfinger 8 das mittlere und der Räumfinger 7 das obere Drittel dieser Gesamtlänge. Somit fällt das jeweilige Probenmaterial in richtiger Tiefenzuordnung in die drei Probensammelgefäße 10. Der eigentliche Räumvorgang ist nach einem Drittel des gesamten Hubes schon beendet. Während des Rests des Hubes laufen die oberen Räumfinger 7 und 8 über schon geräumte Nutabschnitte. Nach Zurückschwenken in die vertikale Stellung kann der Bohrstock zum Ziehen der nächsten Probe erneut in den Boden getrieben werden.
- Dringt der Bohrstock weniger weit ins Erdreich ein, beispielsweise, wie in Fig. 1 dargestellt nur in einen kurzen Abschnitt des Tiefenbereichs III, da sich ihm beispielsweise ein großer Stein entgegenstellt, so erfaßt dies die Tiefenspeichervorrichtung und beim Wiederausfahren längs der Achse 12 wird der Bohrstock in der entsprechenden Stellung gestoppt. Er nimmt somit eine andere Räumanfangsposition wie in dem zuvor geschilderten Fall (volle Eindringtiefe) ein. Der Räumfinger 9 tritt jetzt an der Stelle des Bohrstocks in die Nut 11 eine, an welcher der Bohrstock im Erdboden in der erreichten tiefsten Stellung die Trennfläche zwischen den Tiefenbereichen II und III schnitt. Somit fällt das Probenmaterial des letzten kleinen Stücks in das unterste Gefäß 10 und die beiden weiteren gefüllten Längenabschnitte der Nut werden richtig in die beiden anderen Gefäße abgestrichen. In gleicher Weise erfolgt auch bei noch geringerem Eindringen in den Tiefenbereich II oder nur in den Tiefenbereich I eine richtige Zuordnung der Proben.
- Beim Schwenken in die geneigte Stellung kann auch sofort mit dem Ausfahren des Bohrstocks begonnen werden. Wenn die Räumanfangsposition vor Abschluß der Schwenkbewegung erreicht ist, kann der Bohrstock ohne Halt ganz an die Räumfinger herangeschwenkt werden.
- Die beschriebene Vorrichtung wird zweckmäßiger Weise an ein Fahrzeug, vorzugsweise an die Heckseite eines landwirtschaftlichen Schleppers angebaut, wobei die seitlich in einem verhältnismäßig großen Abstand angeordnete Haltevorrichtung 6 für den Straßenverkehr einschwenkbar ausgebildet sein kann.
- Verzichtet man auf die Schwenkbarkeit des Bohrstocks, so können, wie an sich bekannt, die Räumfinger auch an den vertikal stehenden, herausgezogenen Bohrstock heranbewegt werden. Der Bohrstock muß dann allerdings im Extremfall mit seiner Spitze bis zum obersten Räumfinger hochgezogen werden können.
- Alternativ kann, wie erwähnt, das Räumen oder das Einstellen der Räumanfangsposition auch durch eine Bewegung des Haltegestells bezüglich des stillstehenden Bohrstocks erfolgen.
- Obwohl aus den geschilderten Gründen eine Räumbewegung der Räumfinger vom SChaft zur Spitze des Bohrstocks hin vorteilhafter ist, kann ausnahmsweise, z. B. bei sandigen Böden um ein Herausrieseln zu verhindern, die entgegengesetzte Räumrichtung zweckmäßiger sein.
- Im Falle der schwenkbaren Lagerung der Kolben-Zylinderanordnung um eine horizontale Achse, wie in Fig. 1 dargestellt, kommen auch andere Schwenkwinkel, z. B. eine Räumstellung mit waagerechtem Bohrstock oder mit nach oben stehender Bohrstockspitze in Betracht. Dabei muß auch die Bohrstocknut nicht nach oben weisen, sondern kann je nach Bodenbeschaffenheit oder Konstruktion der Räumfinger und ihrer Halterung beim Räumen jede Winkelstellung bezüglich der Mittelachse des Bohrstocks einnehmen.
- Die Zuordnungsvorrichtung nach Fig. 3 gehört zu einer nicht dargestellten Bodenproben-Entnahmevorrichtung mit nur einem Räumer, wobei das von diesem herausgelöste Probenmaterial über ein bewegliches Fallrohr in wahlweise drei verschiedene Probengefäße geleitet werden kann. Der Räumer beginnt immer an der Bohrstockspitze und durchfährt die Bohrstocknut in Richtung zum Schaft.
- Die Zuordnungsvorrichtung umfaßt einen feststehenden, als dreieckige Marke dargestellten Abgreifer 15, der mit einer drehbar gelagerten Steuerscheibe 16 zusammenwirkt. Der Umfang der Steuerscheibe ist in drei gleich große Bogenabschnitte I, II und III geteilt und die Anordnung ist so getroffen, daß in der gezeichneten Stellung das Probenmaterial in dasjenige Probengefäß fällt, welches dem Tiefenbereich III zugeordnet ist. Dreht sich die Steuerscheibe 16 nach linsk, so wird an der Trennstelle zwischen dem Bogenabschnitt III und dem Bogenabschnitt I das erwähnte Fallrohr so umgestellt, daß das Probenmaterial in das dem Tiefenbereich I zugeordnete Gefäß fällt. Ebenso erfolgt beim Übergang auf den nächsten Bogenabschnitt sehr rasch die Umschaltung des Fallrohrs auf das Gefäß für den Tiefenbereich II.
- Dieses Ausführungsbeispiel hat folgende Wirkungsweise : Am Anfang befindet sich die Steuerscheibe in einer Winkelstellung, in welcher der Abgreifer 15 der Trennstelle zwischen den Bogenbereichen III und I gegenübersteht. Die Bohrstockspitze befindet sich an der Bodenoberfläche. Wenn nun der Bohrstock in den Boden eindringt, so wird in genauem Gleichlauf die Steuerscheibe 16 entgegen dem Uhrzeigersinn angetrieben. Die Antriebsvorrichtung ist so gestaltet, daß wenn die Bohrstockspitze den Tiefenbereich II erreicht, der Abgreifer 15 auch den Bogenbereich II erreicht. Wenn der Bohrstock auf voller Länge von 90 cm in den Boden eingefahren ist, hat sich die Steuerscheibe 16 genau einmal gedreht. Sie bleibt in der zum Schluß erreichten Stellung stehen und der Bohrstock wird herausgezogn und in eine (immer gleiche) Räumanfangsposition gebracht, in welcher der einzige Räumer an der Bohrstockspitze in die Nut eingreift. Nunmehr beginnt die Räumbewegung, welche, wie erwähnt, eine Bewegung des Bohrstocks oder des Räumers sein kann. Wesentlich in diesem Beispiel ist, daß während des Räumens die Steuerscheibe 16 wiederum in genauem Gleichlauf in entgegengesetzter Richtung angetrieben wird. Zunächst fällt also das Probenmaterial aus dem Spitzenbereich in das Gefäß III und dann erfolgt jeweils im richtigen Moment, d. h. nach jeweils 30 cm Räumstrecke, nacheinander die Umschaltung auf die beiden übrigen Gefäße.
- Vorstehend wurde eine Probenziehung mit maximalem Tiefgang betrachtet. Wenn beispielsweise der Bohrstock nur 20 cm in den Boden eindringt und dann stoppt, so befindet sich die Steuerschiebe 16 noch im Bereich I und das betreffende Gefäß ist an den Räumer angeschlossen. Somit fällt beim Räumen das gesamte Probenmaterial in dieses Gefäß. Beim Umschalten auf das Gefäß III tritt der Räumer bereits in den leeren Nutenbereich ein. Es kann deshalb vorgesehen werden, daß an der Übergangsstelle vom Bogenbereich I zum Bogenbereich III der Räumvorgang abgebrochen wird.
- Die beschriebene Steuerscheibe wirkt somit im Beispiel zugleich als Meß- und Speichervorrichtung für die Eindringtiefe.
- Unter Verwendung der gleichen Zuordnungsvorrichtung kann der Räumer seine Räumbewegung aber auch stets am Schaft, d. h. am oberen Ende des Bohrstocks beginnen, wobei allerdings jedesmal die ganze Länge bis zur Spitze geräumt werden muß. In diesem Fall wird die Steuerscheibe 16 sowohl beim Einfahren des Bohrstocks in den Boden als auch beim Räumen in der gleichen Richtung angetrieben, d. h. sie bewegt sich beim Räumen über die beim Bohren erreichte Endstellung hinaus weiter. Nach jedem Räumvorgang muß die Steuerscheibe 16 wieder in ihre Ausgangsstellung am Übergang vom Bogen I zum Bogen III gebracht werden.
- Auch wenn nur ein Räumer vorgesehen ist, kann mit von der Eindringtiefe abhängiger Räumanfangsposition gearbeitet werden. Die Zuordnung der Gefäße kann dabei einfacher, nämlich so gesteuert werden, daß immer mit dem gleichen Probengefäß begonnen wird und in jeweils gleicher Reihenfolge nach 30 cm Räumstrecke auf das nächste Gefäß umgeschaltet wird.
- 1 Bohrstock
- 2 Kolben / Schaft
- 3 Zylinder
- 4 Schelle
- 5 Schwenkachse
- 6 Haltegestell
- 7 Räumfinger
- 8 Räumfinger
- 9 Räumfinger
- 10 Probensammelgefäß
- 11 Nut
- 12 Ausfahrachse
- 15 Abgreifer
- 16 Steuerscheibe
- I Tiefenbereich
- II Tiefenbereich
- III Tiefenbereich
- α Ausschwenkwinkel
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