Bodenprobenehmer

Die Erfindung bezieht sich auf einen Bodenprobenehmer, sowie auf ein Verfahren zur Entnahme von Bodenproben, gemäß der Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. der Oberbegriff von Anspruch 20. Ein solche Probenehmer und ein solche Verfahren sind aus NL-A-69.14375 bekannt.

Bodenproben werden mit Hilfe von einem Steckrohr auf die gewünschte Tiefe gesteckt, das mittels eines am dessen oberen Ende befestigten Bohrgestänges in den Boden vibriert, geschraubt, geschlagen usw. wird, bis die gewünschte Tiefe erreicht ist. Das Steckrohr ist am Distalende (unteren Ende) mit einem Ventil versehen, wie einem Kegel, das am Steckrohr gekoppelt ist und einen Aufnahmeraum für den Boden abschließt. Um die Bodenprobe aufzunehmen, läßt man von oben ein Hilfsmittel, wie einen Greifer, durch das (hohle) Bohrgestänge hinunter, womit man die Kopplung zwischen Ventil und Steckrohr lößt. Darauf wird das Bohrgestänge mit Steckrohr tiefer in den Boden gedrückt, wobei, dadurch daß der Boden das Ventil hinsichtlich des Steckrohrs zurückhält, im Aufnahmeraum dem Boden Platz gemacht wird.

Für die Kopplung/Entkopplung des Ventils mit dem Steckrohr werden mechanische Mittel, wie Kugeln, Federn und Klinken benutzt. Die Praxis erweist, daß die Wirkung davon schnell durch Bodenteilchen verhindert werden kann.

Ein Aufgabe der Erfindung ist hierin Verbesserung zu bringen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist ein Bodenprobenehmer zu verschaffen, der einfach in Aufbau ist und zuverlässig wirken kann, auch auf die Dauer.

Hierzu verschafft die Erfindung, aus einem Aspekt, einen Bodenprobenehmer gemäß Anspruch 1.

So wird für das Zurückhalten des Bodens während dem zu der gewünschten Anfangshöhe Bringen von dem Ende des Steckrohrs ein unzusammendrückbarer Flüssigkeitskörper benutzt. Wenn der Boden eingelassen werden muß, kann man einfach die Flüssigkeit via die Leitungsmittel entweichen lassen. Mechanische Vorrichtungen sind dann nicht mehr erforderlich. Auf die Dauer ist eine zuverlässige Wirkung versichert.

Der Stopfen oder Kolben bekleidet dieselbe Funktion wie der schon bekannte Kegel, aber ist an sich innerhalb des Aufnahmeraums frei verschiebbar, ohne Verbindungsmittel mit dem Steckrohr.

Wenn bei der Entnahme der Bodenprobe nur durch Kohäsionsschichten gesteckt werden braucht, wird die Flüssigkeit ohne zusätzliche Vorrichtung in dem Aufnahmeraum bleiben. Wenn jedoch durch eine oder mehrere Schichten kornförmiges Materials gesteckt werden muß, ist der Aufnahmeraum vorzugsweise abgeschlossen, bis die Anfangshöhe für das Stecken der Bodenprobe erreicht ist.

Vorzugsweise hat der Stopfen oder Kolben eine Distalfläche, die zu der Trefffläche des Bodenprobenehmers gehört und vorzugsweise eine kegelförmige Distalfläche hat, wenn die Konsistenz von einer oder mehreren der Bodenschichten ein spitzförmiges Ende für Penetration darin erforderlich macht.

Vorzugsweise ist der Stopfen oder Kolben mit einem Hohlraum in zumindest einer seiner axial gerichteten Flächen versehen. Hierdurch wird die Anpreßkraft gegen die radiale Begrenzung des Aufnahmeraums und damit die Abdichtung gegen Flüssigkeit und/oder gegen Passage von Bodenmaterial entlang dem Stopfen oder Kolben verbessert.

Optimierung der Abdichtung gegen Flüssigkeitleck wird erlangt wenn der Stopfen oder Kolben sich an der Proximalseite mit einem Linienkontakt in Flüssigkeits-abdichtendem Angriff mit der Wandoberfläche des Aufnahmeraums befindet.

Eine vergleichbare Maßnahme kann an der Distalseite des Stopfens oder Kolbens genommen sein zum Entgegentreten von Bodenleck.

In diesem Zusammenhang hat es den Vorzug wenn der Stopfen oder Kolben eine diabolo-artige Form hat.

Vorzugsweise umfassen die Leitungsmittel einen durch die Querwand reichenden Flüssigkeitskanal, wobei ein fernbedientes Ventil zum selektiv Öffnen des Flüssigkeitskanals vorhanden ist. Das Ventil ist vorzugsweise eine Rückschlagkleppe, die gegen das Distalende des Flüssigkeitskanals gespannt ist. Weiter hat es den Vorzug wenn das Ventil einen Ventilkörper und eine damit verbundene Ventilstange umfaßt, wobei die Ventilstange durch den Flüssigkeitskanal zur Proximalseite der Querwand reicht und dort mittels einer Druckfeder gespannt ist. Der Flüssigkeitskanal ist dabei vorzugsweise zum selektiven Abfluß von Flüssigkeit aus dem Aufnahmeraum eingerichtet. Wenn der Aufnahmeraum mit Flüssigkeit gefüllt ist, wird das Ventil Entweichung davon verhüten. Wenn es - auf Tiefe - gewünscht ist die Flüssigkeit ausströmen zu lassen, dann bedient man das Ventil, zum Beispiel durch mit einem niedergelassenen Gewicht die Ventilstange einzudrücken, so daß die Flüssigkeit aus dem Aufnahmeraum fließen kann, übereinstimmend mit dem Volumen des eingeholten Bodens.

Zufuhr und Abfuhr von Flüssigkeit können via denselben Kanal stattfinden. Es wird jedoch bevorzugt, daß die Leitungsmittel einen separaten und abschließbaren Zuführungskanal für Flüssigkeit umfassen.

Der Zuführungskanal ermöglicht es auch, um nach dem Hochziehen des Bodenprobenehmers Flüssigkeit zu dem Aufnahmeraum zuzuführen, um die sich darin befindliche Bodenprobe auszudrücken.

Vorzugsweise ist das Steckrohr am Distalende mit einem Kernfänger versehen, um zu verhüten, daß Material einer Bodenprobe von kohäsionsfreiem Material nach dem Stecken der Bodenprobe ausläuft.

Es kann gewünscht sein, um die Bodenprobe zu verpacken. Hierzu wird gemäß der Erfindung darin vorgesehen, daß Mittel vorhanden sind, zum zumindest radial Umhüllen der im Aufnahmeraum aufzunehmenden Bodenprobe.

In einer Ausführung umfassen die Umhüllungsmittel eine Hülse oder einen Strumpf, die/der auf abwickelbare Weise am Distalende des Steckrohrs angeordnet ist und mit einem geschlossenen Ende über das offene Distalende des Aufnahmeraums reicht. Die Hülse kann dann durch den hineintretenden Boden mitgezogen und abgewickelt werden.

In dem Fall von Anwesenheit des Stopfens oder Kolbens kann es bei der Vorbereitung des Bodenprobenehmers vorteilhaft sein, wenn der Stopfen oder Kolben mit der Hülse verbunden ist.

In einer alternativen Ausführung ist in dem Steckrohr eine Beschichtung oder ein Liner angeordnet, die/der die Innenoberfläche des Steckrohrs an Ort und Stelle des Aufnahmeraums bedeckt. Diese Beschichtung ist schon an der gewünschten Stelle, bevor die Bodenprobe gesteckt wird. Bevorzugt wird dabei, daß zwischen der Beschichtung und dem Steckrohr eine Flüssigkeitsabdichtung angeordnet ist, um einen möglichen Leckweg für die Flüssigkeit in dem Aufnahmeraum abzuschließen.

Vorzugsweise befindet der Stopfen oder Kolben sich mit der Innenoberfläche der Beschichtung oder des Liners in Angriff.

Aus einem anderen Aspekt verschafft die Erfindung ein Verfahren zum Nehmen von Bodenproben gemäß Anspruch 20.

Aus einem weiteren Aspekt verschafft die Erfindung also ein Verfahren von der soeben umschriebenen Art, wobei man den mit Flüssigkeit gefüllten Aufnahmeraum nach außen mit einem Flüssigkeits-abdichtenden freien Kolben abschließt, wobei beim Hineintreten des Bodens, dieser den Kolben unter dem Auszwingen von der Flüssigkeit nach innen versetzt.

Bei den bekannten Bodenprobenehmern kann man nach Entkopplung des Kegels nur ab der Stelle wo das stattfindet, eine Bodenprobe nehmen. Eine oder mehrere der obenbesprochenen Vorzugskonstruktionen gemäß der Erfindung ermöglicht es um in jedem gewünschten Moment den Aufnahmeraum wieder zu schließen, so daß Flüssigkeit darin bleibt und der schon aufgenommene Boden sozusagen einen Verschluß an dem Distalende des Steckrohrs bildet.

Aus einem weiteren Aspekt wird durch die Erfindung darin vorgesehen, daß man den Aufnahmeraum nur teilweise mit Boden füllen läßt, die Flüssigkeit wieder verhindert auszuströmen, das Steckrohr weiter in den Boden zwingt, bis eine ferngelegene, tiefere Stelle erreicht wird, wo Boden vorhanden ist, wovon man ebenfalls eine Probe zu nehmen wünscht, und man darauf der Flüssigkeit unter dem tiefer den Boden Eindrücken des Steckrohrs wieder die Gelegenheit bietet auszuströmen, so daß auch dort der gewünschte Boden den Aufnahmeraum hineintritt.

Nachdem der Bodenprobenehmer hochgezogen ist, füllt man den Aufnahmeraum vorzugsweise mit Pressflüssigkeit, um die genommene Bodenprobe aus dem Steckrohr zu zwingen.

Die Erfindung wird an Hand einer Anzahl in den beigefügten Zeichnungen wiedergegebenen Beispielsausführungen erläutert werden. Gezeigt wird in:

• Figur 1 ein Längsdurchschnitt durch das untere Ende einer ersten Ausführung eines Probenehmers gemäß der Erfindung;
• Figur 1A ein Durchschnitt durch einen freien Kolben, wie in der Ausführung des Probenehmers gemäß Figur 1 benutzt;
• Figur 2 ein Längsdurchschnitt durch das untere Ende einer zweiten Ausführung des Probenehmers gemäß der Erfindung;
• Figur 3 ein Längsdurchschnitt durch ein Teil einer dritten Ausführung des Probenehmers gemäß der Erfindung; und
• Figur 4 ein Längsdurchschnitt durch eine Teil einer vierten Ausführung des Probenehmers gemäß der Erfindung.

In Figur 1 ist wiedergegeben ein Probenehmer 1 mit einem Steckrohr 2 aus rostfreiem Stahl mit einer Länge von zum Beispiel 1,5 Meter und ein auf dem unteren Ende davon via Schraubverbindung 23 verschraubter Schnittschuh 3 aus gehärtetem Metall mit einem scharfen Schnittwinkel. Der Schnittschuh 3 bestimmt einen Durchgang 4 zum Inneren des Steckrohrs 2.

Auf eine hier nicht wiedergegebene Weise ist ein Kernfänger 5 an der Innenfläche von Schnittschuh 3 befestigt, der mit Lippen 6 versehen ist, die radial nach außen weggebogen werden können, um Boden in aufwärtse Richtung durchzulassen, aber Bewegung von diesem Boden in abwärtse Richtung verhindern. Diese Kernfänger sind allgemein bekannt und werden insbesondere benutzt wenn eine Sandprobe genommen werden muß.

Das Steckrohr 2 bildet eine Kammer 7, die am oberen Ende von einer Wand 9 begrenzt wird. In der Wand 9 befindet sich eine Klappe 10, die zur Abdichtung die Sitz 12 berührt und mit einer Ventilstange 11 versehen ist, die mittels Feder 13 in aufwärtse Richtung gespannt ist, so daß die Klappe 10 den Durchgang 28 um die Ventilstange 11 abdichtet. Die Wand 9 ist weiter mit einem Kanal 14 versehen, der von Kammer 7 nach außen reicht und hier durch entfernbaren Stopfen 15 abgeschlossen ist.

Über der Wand 9 ist das Steckrohr 2 mit einem Gewinde 26 für Verbindung mit einem nicht weiter wiedergegebenen Bohrgestänge versehen.

Die Kammer 7 gibt weiter Raum an einem freien Kolben, der zum Beispiel aus hartem Gummi hergestellt ist, und in Figur 1 A näher wiedergegeben ist. Zu sehen ist, daß der Kolben 8 eine mehr oder weniger diabolo-artige Form hat mit einem obersten Umfangsrand 16 und einem untersten Umfangsrand 17, und außerdem an der Oberseite und Unterseite mit Hohlräumen 18 und 19 versehen ist.

Der Gebrauch von dem Probenehmer 1 mit Steckrohr 2 von Figur 1 kann wie folgt stattfinden. Oben Bodenoberfläche entfernt man den Stopfen 15 und schließt man auf Kanal 14 eine Quelle für nicht-zusammendrückbare Flüssigkeit wie Wasser, an. Diese Flüssigkeit stromt unter Druck in die Kammer 7, und wird den Kolben 8 zu dem distalen Endbereich des Steckrohrs 2 bewegen. Wenn man konstatiert hat, daß der Kolben 8 genügend weit zu dem distalen Ende bewogen ist, schließt man den Kanal 15 mit Stopfen 15 ab. In dieser Situation ist die Kammer 7 nach oben durch die Klappe 10 und nach unten durch den Kolben 8 abgeschlossen. Die Form des Kolbens 8, durch den Hohlraum 18 und durch den linienförmigen Kontakt 16, verhütet Leckage der Flüssigkeit entlang dem Umfang des Kolbens 8 nach unten. Der Kolben wird durch Reibung mit der Steckrohrwand und durch den Einfluß der abgeschlossenen, mit Wasser gefüllten Kammer 7 an seiner Stelle gehalten.

Darauf bringt man den Bodenprobenehmer 1 mit Steckrohr 2 und Schnittschuh 3 in den Boden und drückt man diesen mit Hilfe des Bohrgestänges bis direkt oben der Schicht woraus die Bodenprobe genommen werden muß. Dort ankommen läßt man durch das (hohle) Bohrgestänge hin ein Gewicht oder ein anderes Bedienungsmittel (wie eine Stange) hinunter, um das Ende der Ventilstange 13 hinunter zu drücken. Man kann hierbei zum Beispiel denken an einen Stein mit einem Gewicht von 1 Kilo an einem Bindfaden, wenn der Bodenprobenehmer in dem Boden verschraubt wird, und der Federdruck der Klappe nicht hoch sein braucht. Falls vibriert wird, dann wird der Federdruck zum Beispiel 10 Kilo sein können und ist eine Stange zu empfehlen. Infolge der abwärtsen Bewegung der Ventilstange 13 öffnet die Klappe 10 in die Richtung A und wird bei weiterer abwärtser Bewegung des Probenehmers 1 den Kolben 8 aufwärts in die Richtung B bewegen können, weil die Flüssigkeit aus der Kammer 7 durch den weiten Durchgang 28 für die Ventilstange 13 zu dem Hohlraum oben der Wand 9 wegfließen kann. So wird also innerhalb des Probenehmers 1 Raum für via den Durchgang 4 hineintretenden Boden gemacht.

Beim unter Einfluß des Bodendruckes nach oben Zwingen des Kolbens 8 sorgen der Umfangsrand 17 mit einem linienförmigen Kontakt und der Raum 19 dafür, daß kein Bodenmaterial entlang dem Kolben 8 nach oben bewegen kann.

Wenn der Kolben 8 in gewünschtem Maße innerhalb des Steckrohrs 2 nach oben bewogen ist, entläßt man die Ventilstange 13 wieder, und ist die Kammer 7 wieder geschlossen. Man dann kann den Probenehmer wieder hochziehen, wobei der Kolben und die darunter hängende Bodensäule gegen durchbiegen gesichert sind. In der Kammer 7 kann Unterdruck entstehen, welcher eine aufwärtse Kraft gegen das Durchbiegen der Bodenprobe liefert.

Bei kohäsionsfreiem Material, wie Grobsand, wird durch den Kernfänger 5 weitere Sicherung verschafft.

Nachdem der Bodenprobenehmer 1 oben die Bodenoberfläche gebracht ist, kann man den Stopfen 15 entfernen und wieder Wasser dadurchhin einpressen, um den Kolben 8 und damit die Bodenprobe in die Kammer 7 zum Distalende und (aber nicht den Kolben) da draußen zu zwingen.

Man kann auch in Aufeinanderfolge Proben aus Bodenschichten nehmen, die auf verschiedenen Tiefen gelegen sind. In dem Fall wird man, zum Beispiel wenn der Kolben bis die Hälfte der ursprünglichen Kammer 7 gelangt ist, eher das Gewicht der Ventilstange 13 abholen und dann den Probenehmer 1 weiter abwärts in den Boden drücken, wobei das untere Ende der genommenen Bodenprobe dann die Endfläche des Probenehmers 1 bildet. Möglicherweise wird der Boden hierbei einigermaßen zusammengedrückt werden, aber damit kann bei der Analyse der Bodenprobe gerechnet werden.

Wenn man, zum Beispiel nach 2 Meter weiter in den Boden gedrängt zu sein, oben auf der nächsten Schicht gekommen ist, wovon eine Probe genommen werden muß, kann mann wieder das Gewicht auf die Ventilstange 13 anbringen, um die Klappe 10 zu öffnen und darauf durch weiter Eindrücken der Probe 1 die nächste (Teil)probe nehmen. Dabei wird auf dieselbe Weise gehandelt. Zum Schluß kann man auf die hieroben besprochene Weise den Probenehmer 1 nach Entnahme von allen gewünschten Bodenproben wieder hochziehen.

In Figur 2 ist wiedergegeben auf welche Weise dem Probenehmer 1 auch eine Spitzform gegeben werden kann, wenn das für Eindringung in den betreffenden Boden notwendig ist. An der Unterfläche des Kolbens 8 ist hierzu eine harter Gummikegel 20 mit Spitze 21 angeordnet. Dieser Kegel kann ein separates (eventuell daran geklebtes) Unterteil hinsichtlich des Kolbens 8 bilden, um nur eingesetzt zu werden, wenn der betreffende Boden das erforderlich macht. Weiter ist die Wirkung dieser Ausführung dieselbe wie von Figur 1, wobei noch bemerkt wird, daß bei der Probenentnahme natürlich mit dem Volumen des Kegels 20 gerechnet werden muß.

In Figur 3 ist ein Probenehmer gemäß der Erfindung wiedergegeben, wobei die Bodenprobe direkt in einem sogenannten Strumpf oder einer Hülse verpackt wird. Hierzu ist der Schuh 3 in Proximalrichtung verlängert und bildet dieser eine ringförmige Kammer 27 mit dem verlängerten Steckrohr 2. In dieser Kammer ist ein Ende der dort aufgekrempelten, durchlassenden Nylonhülse 21 festgelegt, wobei also die Ringkammer so an einem Vorrat 21 der Hülse 21 Platz bietet. Die Hülse 21 streckt sich abwärts aus und reicht um das untere Ende des Steckrohrs 2 nach innen und nach oben, um mit dem anderen Ende geschlossen zu sein. Eventuell kann das Ende der Hülse an Ort und Stelle 22 an dem Kolben 8 befestigt sein.

Wenn die Klappe 10 offengesetzt wird und der Probenehmer 1 in den Boden abwärts gezwungen wird, wird der in dem Raum unter dem Kolben 8 hineintretende Boden den Kolben 8 hochbewegen und zugleich das Ende der Hülse 21 mit hochbewegen, wobei die Hülse sich aus dem in der Ringkammer 27 aufgenommenen Vorrat 21 abwickeln kann, bis die gewünschte Probelänge erreicht ist. Nach dem Hochziehen des Probenehmers kann man nach dem Abschrauben des Schnittschuhs 3 der sich an der Außenseite des Steckrohrs 2 befindliche Abschnitt der Hülse angreifen, um dort eine Hülse-Abdichtung zu machen.

In Figur 4 ist die Aufstellung wiedergegeben, wobei ein sogenannter steifer Liner oder Köcher 24 benutzt wird, welcher Liner auch für die Verpackung einer Bodenprobe benutzt wird. Der - eventuell durchsichtige - Liner 24 ist in dem Steckrohr 2 aufgenommen und bildet eine radiale Begrenzung der Kammer 7. Der Kolben 8 bewegt hierbei innerhalb des Liners, auf dieselbe Weise wie bei der Ausführung von Figur 1 der Fall ist. Zwischen dem Schnittschuh 3 und dem Liner 24 ist mit einer Flansche 26 den Kernfänger 5 festgesetzt. Um Entweichung von Flüssigkeit 7 via den oberen Rand des Liners 24 und entlang der Außenoberfläche des Liners 24 und der Innenoberfläche des Steckrohrs 2, nach unten, zu verhüten, ist unten an der Außenoberfläche des Liners 24 und dem Steckrohr 2 oder aber dem Schnittschuh 3 ein Abdichtungs O-Ring 25 angeordnet. Hierdurch können die Liner dünnwandig sein und ein kontinuierliches Profil ohne Bewerkungen haben.