DE2131471A1

DE2131471A1 - Vorrichtung zum Untersuchen von Bodeneigenschaften

Info

Publication number: DE2131471A1
Application number: DE19712131471
Authority: DE
Inventors: Hogervorst Johannes Rudolf
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1970-06-26
Filing date: 1971-06-24
Publication date: 1971-12-30
Also published as: GB1310403A; CA928984A; FR2099877A5; NL7108761A

Description

"betreffend Vorrichtung zum untersuchen von Bodeneigenaohaf ten

Die Erfindung besieht sich auf eine Vorrichtung zum Krmi-teln des BodenwiderStandes _t bzw· der Tragfähigkeit von unter der Erdoberfläche liegenden Schichten· Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, bei welcher der Bodenwiderstand unterirdischer Schichten mit Hilfe einer Sondiersttpige ermittelt wird, die durch ein Bauteil getragen wird, welches dazu dient, die Sondierstange durch die betreffenden Schichten hindurchzutreiben« Die Sondierstange umfaßt einen Abschnitt, der heßelemente zum Kessen der auf die Sondierstange ausgeübten Kräfte trägt, Ferner sind ßegistriermittel vorgesehen, um die mit Hilfe der heßiaittel gemessenen Werte anzuzeigen.

Die Kenntnis des Bodenwiderstandes oder der tragfähigkeit des Bodens ist dann von besonderem Interesse, wenn schwere Konstruktionen errichtet werden sollen. In solchen fällen ist es von größer Bedeutung» daß man die Tragfähigkeit des Bodens an der Baustelle genau ermitteln'Sann. Wenn a, B. eine Plattform errichtet werden soll, die sich mit Hilfe von fiißen oder Säulen am Boden eines Gewässers oder dergleichen abstützen soll, wie es häufig erforderlich ist,

1Ö98S3/Q197

BAD ORIGINAL

wenn Tiefbohrungen zum Gewinnen von öl oder Erdgas angelegt werden sollen, oder wenn Öl oder Erdgas aus solchen Bohrlöchern gefördert werden soll, ist es zunächst erfordex-lieh, festzustellen, ob der Meeresboden, fähig ist, die Stützen einer solchen Plattform auf eine solche Weise zu. tragen, daß kein unzulässiges Absinken derjenigen Teile des Meeresbodens erfolgt, auf denen die Stützen der Plattform ruhen.

Es sei bemerkt, daß man Vorrichtungen zum Messen der Tragfähigkeit des Bodens sowohl in der soeben beschriebenen Meise unter Wasser als auch an Land benutzen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neuartige ¥orrichtung zum Kessen der Eigenschaften unterirdischer Schichten oder Formationen zu schaffen, die von einfacher Konstruktion ist, ein geringes Gewicht hat und sich leicht handhaben läßt·

Eine gemäß der Erfindung ausgebildete Forrichtung zum untersuchen von Bodeneigenschaften umfaßt ein Basisteil bzw. einen Unterbau, der sich an der Oberseite des Bodens verankern läßt, dessen Eigenschaften untersucht werden sollen, ferner einen auf diesem unterbau angeordneten hydraulischen Zylinder, einen gegenüber diesem hydraulischen Zylinder¹ aus— und einfahrbaren Zylinder mit einem ±n dem hydraulischen» Zylinder gleitend geführten Bingkolben, lieitungsmittel, um eine Flüssigkeit nach Bedarf dem Saum oberhalb oder unterhalb des ßingkolbens zuzuführen, eine Kolbenstange, die mindestens ein fleßelement trägt, das geeignet ist_f eine Eigenschaft des Bodens zu messen, wobei diese Kolbenstange Mit einem Kolben versehen und im dem aus— und einsehiebbaren Zylinder gleitend geführt ist, woeie Iteitungsmifetel zum Zuführen einer Flüssigkeit zu dem Baum oberhalb- bzw« unterhalb dieses mit eier Kolbenstange verbundenen CoIbens.

Zwischen dem hydraulischen. Zylinder und dem zuerst ge—

BA^

■ 213U71

nannten aus- iind einschiebbaren Zylinder kann mindestens ein weiterer aus- und einschiebbarer Zylinder angeordnet sein, der ebenfalls mit einem fiingkolben versehen ist, dem Leitungsmittel zugeordnet sind, damit eine Flüssigkeit nach Bedarf dem Haum oberhalb oder Unterhalb des zugehörigen Ringkolbens zugeführt werden kann, und der ein Gehäuse bildet, in welchem der zuerst erwähnte aus- und einschiebbare Zylinder zusammen mit dem zugehörigen Bingkolben gleitend geführt ist.

Das untere Ende jedes der genannten Zylinder kann mit einem Spritz- oder Düsenkopf versehen sein, dem Leitungsoder Kanalmittel zum Zuführen einer Flüssigkeit zugeordnet sind. Die Außenfläche jedes Düsenkopfes kann konisch sein, und die Düsenöffnung kann als eine mit der Mittelachse des Zylinders konzentrische ringförmige Öffmang ausgebildet sein.

Ferner kann die Vorrichtung eine Einrichtung umfassen, die es ermöglicht, eine Flüssigkeit dem Zylinderraum oberhalb des die Kolbenstange tragenden Kolens zuzuführen, bevor Flüssigkeit den übrigen Zylinderräumen zugeführt wird, um die verschiedenen Zylinder auszuschieben; hierbei wird die dem Zylinderraum über dem die Kolbenstange tragenden Kolben zugeführte Flüssigkeitomenge in diesem Zylinderraum fest eingeschlossen, bevor die Flüssig«keit den übrigen Häumen zugeführt wird.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch im Längsschnitt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit zwei aus- und einschiebbaren •!'eilen, welche in dieser Darstellung jeweils ihre eingefahrene Stellung einnehmen.

BAD ORiGlNAt

109853/0197 —

213U71

Fig. 2 zeigt die Vorrichtung nach Fig. 1 im Längsschnitt für den Fall, daß die die Meßeinheit tragende Kolbenstange ausgefahren worden ist.

Fig. 3 zeigt ebenfalls die Vorrichtung nach Fig. 1, bei der Jedoch nicht nur die Kolbenstange, sondern auch der aus- und einschiebbare Zylinder ausgefahren worden ist.

Fig. 4 zeigt in einem größeren Maßstab in einem verkürzten Längsschnitt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit drei ein- und ausschiebbaren Teilen.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung umfaßt ein Basisteil 1, das evakuiert werden kann, um die Vorrichtung am Boden zu verankern..Genauer gesagt umfaßt das Basisteil 1 einen trommelähnlichen Körper 2 ohne Boden, in den eine Siebplatte 3 eingebaut ist. Der Raum M- über der Siebplatte 3 steht in Verbindung mit einer Absaugleitung 5· Wenn man die unten offene Trommel 2 auf der Oberfläche eines nicht verdichteten Bodens, z. B. dem Boden eines Gewässers, anordnet, und den Druck in dem Raum 4 der Trommel durch Absaugen des darin enthaltenen Sudes über die Leitung 5 verringert, wird der scharfkantige hantelabschnitt 6 der Trommel in den Boden hineingedrückt. Die Siebplatte 3 verhindert hierbei, daß nicht verdichtete Teile des Bodens in die Absaugleitung 5 eintreten. Während des Gebrauchs der Vorrichtung zum Messen der Eigenschaften des Bodens wird das Flud ständig aus dem Innenraum 4, der Trommel 2 abgesaugt, um das Basisteil 1 zu verankern, damit es nicht durch die senkrechten Kräfte aus seiner Lage gebracht wird, welche duj-'ch die Meßeinrichtung auf das Basisteil aufgebracht werden.

Das Basisteil 1 trägt einen mit ihm auf beliebige Weise fest verbundenen hydraulischen Zylinder 7· In diesem hydraulischen Zylinder ist ein aus- und einschiebbarer Zylinder 8 mit einem Ringkolben 9 gleitend geführt, und in dem Zylinder

109853/0197 ^BAD original

8 ist wiederum eine Kolbenstange 10 angeordnet, die einen Kolben 11 trägt, welcher in dem beweglichen Zylinder 8 gleitend geführt ist. Das untere Ende der Kolbenstange 10 trägt eine Sondierstange 12 bekannter Art, die es ermöglicht, die Eigenschaften des Bodens zu messen. Die Innenwand des aus- und einschiebbaren Zylinders 8 ist mit einem nach innen vorspringenden Ansatz bzw. einer Ringschulter 13 versehen, an welche sich der Kolben 11 anlegen kann, wenn er gemäß Fig. 2 und 3 seine unterste Stellung erreicht, und die Innenwand des hydraulischen Zylinders 7 ist ebenfalls mit einer Ringschulter oder einem Plansch 14 versehen, an den sich der Ringkolben 9 anlegen kann, wenn er gemäß Fig. 3 seine tiefste Stellung erreicht.

In der Wand des aus- und einschiebbaren Zylinders 8 ist ein Kanal 15 ausgebildet, der an seinem oberen Ende in Verbindung mit dem Zylinderraum 17 auf der Außenseite des Zylinders 8 steht und in diesem Raum kurz unterhalb des Ringkolbens 9 mündet. Das untere Ende des Kanals 15 steht mit dem Zylinderraum 16 innerhalb des Zylinders 8 in Verbindung und mündet in diesem Zylinderraum unterhalb des Flansches oder Anschlags 13·

Der Zylinderraum 17 steht außerdem mit dem Raum 18 über dem Kolben 9 über einen in diesem Kolben ausgebildeten Kanal

19 in Verbindung.

Ferner sind zwei Leitungen vorgesehen, die dazu dienen, der Vorrichtung ein Druckmittel zuzuführen, um ihre Kolben zu betätigen. Eine erste Leitung 20 ist an das obere Ende des hydraulischen Zylinders 7 angeschlossen. Die Leitung

20 erstreckt sich durch eine Öffnung 21 des Kolbens 9 und steht in Verbindung mit dem Raum 22 über dem Kolben 11. Der Ringkolben 9 kann sich längs der Leitung 20 verschieben, wenn er sich nach unten bewegt. In den Ringkolben 9 ist ein

BAD

109853/0197

£131471

Dichtungsteil 23 eingebaut, um eine Abdichtung zwischen der Leitung 20 und dem Kolben 9 zu bewirken.

Bei der zweiten der erwähnten Leitungen handelt es sich um eine Leitung 24, die zu dem Zylinderraum 17 führt. Die Lei. tung 24· ist ebenso wie die Leitung 20 an eine Druckmittelquelle angeschlossen, so daß das Druckmittel von dieser Quelle aus nach Bedarf über jede der Leitungen 20 und 24 zugeführt werden kann.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 1 wird im folgenden anhand von Fig. 1 bis 3 näher erläutert.

Nachdem die Vorrichtung auf dem Meeresboden angeordnet worden ist, wird sie am Meeresboden dadurch verankert, daß mit Hilfe der Saugleitung 5 ein Unterdruck auf den Raum 4 aufgebracht wird. Infolgedessen wirkt auf die am unteren Ende offene Trommel 2 ein Druckunterschied, so daß die senkrechte Wand 6 der Trommel in den Meeresboden hineingedrückt wird. Hierbei verhindert die Siebplatte 3, daß der Sand in die Leitung 5 hineingesaugt wird.

Nachdem das Basisteil 1 am Meeresboden fest verankert worden ist, wird dem Raum 22 über die Leitung 20 ein Druckmittel zugeführt. Hierbei wird der Kolben 11 nach unten bewegt, so daß die mit der zugehörigen Kolbenstange 10 verbundene Sondierstange 12 in den Meeresboden hineingedrückt wird, an dem die Vorrichtung mit Hilfe des Basisteils 1 verankert ist. Es sei bemerkt, daß während dieser Bewegung des Kolbens 11 das in dem Baum 16 vorhandene i"lud über einen Ringspalt 25 zwischen der Kolbenstange 10 und dem unteren Ende des Zylinders 8 verdrängt wird.

Die Eigenschaften des Bodens werden während der Abwärtsbewegung der Sondierstange 12 gemessen. Die Abwärtsbewegung der Kolbenstange 10 gegenüber dem Zylinder 8 wird unterbrochen, sobald der Kolben 11 zur Anlage an dem ringförmigen

109853/0197 , bad OPJGiWAL

Anschlags 13 kommt, wie es in Fig. 2 gezeigt ist.

Werden weitere Mengen des Druckmittels in den Zylinderraum 22 eingeleitet, wird gemäß -Fig. 2 der Zylinder 8 gegenüber dem Zylinder 7 nach unten bewegt. Hierdurch wird die Leitung 20 aus der öffnung 21 des Ringkolbens 9 herausgezogen, so daß eine Verbindung zwischen dem Raum 22 und dem kaum 18 hergestellt wird. Das zugeführte Druckmittel wirkt jetzt auf die Oberseite des Kolbens 9» so daß dieser Kolben zusammen mit dem Zylinder 8, dem Kolben 11 und der Kolbenstange 10 nach unten bewegt wird. Während dieser Abwärtsbewegung wird das Druckmittel über den Ringspalt 25 ausgespritzt, um den Boden zu lockern und das Einbring®, des Zylinders 8 in den Boden zu erleichtern. Dieses Druckmittel wird dem ßing^palt 25 von dem Raum 18 aus über eine Öffnung 19, den Ringraum 17 und den Kanal 15 zugeführt.

Während sich der Zylinder 8 aus seiner Stellung nach Pig. 2 nach unten in Richtung auf die in I'ig. $ gezeigte Stellung bewegt, bis der Ringkolben 9 zur Anlage an -dem ringförmigen Anschlag 14 auf der Innenwand des Zylinders ? kommt, werden mit Hilfe der Sondierstange 12 Messungen durchgeführt, und bei der soeben beschriebenen Arbeitsweise der Vorrichtung ist es möglich, die Bodeneigenschaften über eine Tiefe zu messen, die gleich der Gesamtlänge der vollständig ausgefahrenen Teile der Vorrichtung ist.

Nachdem die gewünschte Tiefe erreicht worden ist, müssen die ausfahrbaren Teile wieder zuiückgezogen werden, beucpdie Vorrichtung an einen andaen Ort gebracht werden kann, an dem weitere Messungen durchgeführt werden sollen. Zu diesem ^weck wird die Verbindung zwischen der Leitung 20 und der nicht dargestellten Druckmittel quelle unterbrochen während die Leitung 24 mit dieser oder einer anderen für diesen Zweck £eeigneren Drucicmittelquelle verbunden wird. Nunmehr strömt

109 853/0197

213U71

das Druckmittel zu dem Ringraum 17 unter dem Kingkolben 9, so daß dieser Hingkolben nach oben bewegt wird, um den Zylinder 8 einzuziehen. Ein Seil des zugeführten Druckmittels strömt hierbei in Form eines ringförmigen Btrahls durch den Ringspalt 26, so daß die Außenfläche des Zylinders 8 gereinigt wird, während er wieder in den Zylinder 7 eingefahren wird. Ein weiterer Teil des Druckmittels strömt über den Kanal 15 zu dem Raum 16 unter dem Kolben 11, so daß dieser Kolben nach oben bewegt wird, um die Kolbenstange 10 wieder in den Zylinder 8 einzufahren. Ein weiterer ^rTeil des Druckmittels strömt als ringförmiger Strahl durch den Ringspalt 25» um die Außenfläche der Kolbenstange 10 zu reinigen, und alle Teilchen von Bodenmaterial zu entfernen, die an ihr haften und anderenfalls in den Zylinder 8 eintreten und zu störungen anlaß geben könnten.

Bei der anhand von Pig. I bis 5 beschriebenen Vorrichtung handelt es sich natürlich nur um ein Ausführungsbeispiel, bei dem man die verschiedensten Abänderungen vornehmen könnte, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

Die Erfindung beschränkt sich somit nicht auf eine Vorrichtung mit nur zwei aus- und einschiebbaren Teilen. Man kann vielmehr nach Bedarf drei oder vier oder sogar noch mehr solche Teile vorsehen. Eine Vorrichtung mit drei aus- und einfahrbaren Teilen kann einen weiteren teleskopartig bewegbaren Zylinder umfassen, der zwischen dem hydraulischen Zylinder und dem schon beschriebenen aus- und einscuiebbaren Zylinder angeordnet ist. Dieser zusätzliche teleskopartig bewegbare Zylinder ist dann mit einem Ringkolben und Leitungs- oder Kanalmitteln versehen, die dazu dienen, eine Flüssigkeit nach Bedarf dem oberen oder dem unteren Enae dieses Zylinders zuzuführen.

Weiterhin beschränkt sich die Erfindung nicht nur auf Vorrichtungen, die unter Wasser benutzbar sind. Wenn man

BAD ORIGINAL 109853/0197

213U71

eine Luftpumpe anstelle einer i'lüssigkeitspumpe benutzt, um ein Plud über die Leitung 5 abzusaugen, kann man die Vorrichtung nach Fig. 1 bis 3 auch an Land benutzen.

Eine Vorrichtung mit drei aus- und einfahrbaren Teilen ist als weiteres Ausführungsbeispiel in E¹Ig. 4 dargestellt.

Der hydraulische Zylinder 30 kann an einem nicht dargestellten, zur Verankerung dienenden Basisteil befestigt werden und umfaßt drei Einlaßleitungen Jl, J2 und 33· In diesem hydraulischen Zylinder J>0 ist ein erster aus- und einfahrbarer Zylinder 34 gleitend geführt. Der Zylinder 34, der mit einem Eingkolben 35 versehen ist, weist einen Kanal 36 mit einem Rückschlagventil 37 sowie Dichtungsmittel 38 auf.

In dem ersten aus- und einschiebbaren Zylinder 34 ist ein zweiter aus- und einschiebbarer Zylinder 39 gleitend geführt, der einen Kolben 40 umfaßt und mit einem Kanal 41 mit einem Rückschlageventil 42 und Dichtungsmitteln 43 versehen ist. Der Kolben 40 weist ferner einen zentralen Kanal 44 auf, in dem Dichtungsmittel 45 angeordnet sind, welche das untere Ende der Einlaßleitung 3I umschließen; die Unterseite des Kolbens 40 ist mit einem Ventilsitz 46 versehen, der mit einem unter Federspannung stehenden Ventilteil 47 zusammenarbeitet. Bei der in Pig. 4 gezeigten Stellung wird das Vontilteil 47 durch das untere Ende der Leitung 31 in seiner Öffnungsstellung gehalten.

In dem zweiten aus- und einschiebbaren Zylinder 39 ist ein Kolben 48 gleitend geführt, der Dichtungsmittel 49 trägt und mit einer Kolbenstange 50 verbunden ist, die an ihrem unteren Ende nicht im einzelnen dargestellte Meßmittel 51 zum Messen der Bodeneigenschaften trägt.

Die unteren Enden der Zylinder 3^Ü» 34 und 39 sind mit

_BAD 109853/0197

- ίο -

Ringdüsen 52 bzw. 53 bzw. 54 versehen, die dazu dienen, die Außenflächen der Zylinder 34 und 39 bzw. der Kolbenstange zu reinigen. Ferner sind Kanäle 551 56 und 57 in den drei Zylindern ausgebildet, damit das Druckmittel den zugehörigen Düsen 52, 53 und 54 zugeführt werden kann.

Die unteren Teile der Innenwände der Zylinder JO₁ 34 und 39 sind mit ringförmigen Anschlägen 581 59 und 60 versehen, um die Abwärtsbewegung der zugehörigen Kolben 35» und 48 zu begrenzen.

" In der Wand des Zylinders 39 sind Kanäle 61 und 62 ausgebildet, und die Wand des Zylinders 34 ist mit mindestens einem Kanal 63 versehen.

Im folgenden ist die Wirkungsweise der Vorrichtung nach S¹Ig. 4 näher erläutert.

Daä Druckmittel wird über die Leitung 3I zugeführt, während die Zuleitungen 32 und 33 geschlossen bleiben. Infolgedessen wird der Kolben 48 in dem Zylinder 39 nach unten bewegt, bis er zur Anlage an dem ringförmigen Anschlag 60 kommt. Da der Durchmesser des Kolbens 48 bekannt ist, kann die Bewegung der Sondierstange 51 in den Boden hinein W als Funktion des Volumens des Druckmittels aufgezeichnet werden, das in den Zylinderraum über dem Kolben 48 hineingepumpt wird.

Sobald dem Zylinderraum über dem Kolben 48 die erforderliche Druckmittelmenge zugeführt worden ist, wird die Zuleitung 31 geschlossen, woraufhin das Druckmittel weiter über die Leitung 32 zugeführt wird. Wenn dies geschieht, beginnen die Kolben 35 und 40, sich nach unten zu bewegen. Infolge dieser Abwärtsbewegung wird die Leitung 31 aus der j Öffnung 44 herausgezogen, so daß sich das Ventil 47 schließt, f um eine bestimmte Druckmittelmenge in den Zylinderraum über

109863/0197 bad original

- 11 -

dem Kolben 48 einzuschließen, so daß die Kolbenstange 50 gegenüber dem Zylinder 39 in ihrer ausgefahrenen Stellung gehalten wird. Somit bewirkt der Flüssigkeitsstrom, der aus der Düse 5^ austritt, welcher er von der Leitung 32 über das rückschlagventil 42 in dem Kanal 41, den Ringraum am Umfang des Zylinders 39 sowie die Kanäle 61 und 57 zugeführt wird, keine Veränderungen des Zustandes derjenigen Teile des Bodens, welche mit Hilfe der Sondierstange 51 untersucht werden, da ein ausreichender Abstand zwischen der bondierstange und der Düse 54 vorhanden ist.

Die Zylinder 34 und 39 bewegen sich unter dem Druck des über die Leitung 32 zugeführten Druckmittels nach unten, bis die Abwärtsbewegung des Zylinders 34- durch den ringförmigen Anschlag 58 in dem Zylinder 30 und die Abwärtsbewegung des Zylinders 39 durch den ringförmigen Anschlag 59 in dem Zylinder 34 unterbrochen wird.

Während dieser Abwärtsbewegung strömt ein Teil des unter hohem Druck stehenden Druckmittels, das über die Leitung 32 zugeführt wird, durch die Kanäle 36 und 41 zu den Düsen 52 und 53» wodurch das Eindringen dieser Zylinder in den Boden erleichtert wird.

Die heßwerte, die mit Hilfe der bondierstange während ihrer Abwärtsbewegung gewonnen werden, können entweder mit Hilfe von an der Sondierstange angebrachten Registriermitteln aufgezeichnet werden, oder sie können in Form von Signalen einer Registriervorrichtung zugeführt werden, die über dem zu untersuchenden Boden angeordnet ist. Die Verbindung zwischen der Sondierstange 51 und einer solchen Registriervorrichtung kann durch Funkwellen oder mit Hilfe eines elektrischen Kabels hergestellt werden, das sich von dem Kolben 48 aus zu einer Aufwickelvorrichtung erstreckt, welche oberhalb der Zuleitung 31 angeordnet ist. Der erste Teil dieses

109853/0197

Kabels umfaßt einen nicht dargestellten, vorgewickelten Abschnitt, der zwischen dem Kolben 48 und dem Ventil 47 angeordnet ist, und der sich während der Abwärtsbewegung des Kolbens 48 abwickeln kann und automatisch wieder aufgewickelt wird, sobald sich der Kolben 48 gegenüber dem Ventil 47 nach oben bewegt. Das Kabel erstreckt sich durch das Ventilteil 47, an dem es befestigt ist, und es verläuft dann nach oben zu einer Kabelaufwickelvorrichtung, die das Kabel unter einer im wesentlichen konstanten Zugspannung hält und eine Einrichtung umfaßt, die es ermöglicht, die Länge des in die erfindungsgemäße Vorrichtung eintretenden Teil des Kabels zu messen und zu registrieren, wenn sich der Kolben 40 zusammen mit dem Ventil 47 nach unten bewegt. Auf diese Weise ist es möglich, die mit Hilfe der Sondierstange 51 S^e~ messenen Boa eneigenschaf ten als !Punktion der Eindringtiefe der Sondierstange aufzuzeichnen.

Wenn die Zylinder wieder eingefahren werden sollen, werden die Zuleitungen 3I und. 32 geöffnet und mit einer Zone verbunden, in der ein relativ niedriger Druck herrscht. Hierauf wird das Druckmittel der Leitung 33 zugeführt. Hierbei wirkt der Druck zuerst in dem Ringraum am Umfang des Zylinders 34, so daß dieser Zylinder gegenüber dem Zylinder 30 nach oben bewegt bzw. eingefahren wird. Etwa an der Außenfläche des Zylinders 34 haftendes Bodenmaferial wird durch das aus der Düse 52 austretende Druckmittel entfernt.

Sobald der Zylinder 34 eingezogen worden ist, steht der Kanal 63 in Verbindung mit dem Kanal bzw. der Zuleitung 33 und infolgedessen wird Jetzt der Zylinder 39 gegenüber dem schon eingefahrenen Zylinder 34 eingefahren. Während dieser Bewegung wird die Außenfläche des Zylinders 39 durch das aus der Düse 53 austretende Druckmittel gereinigt.

Sobald der Zylinder 39 seine eingefahrene Stellung gegenüber dem Zylinder 34 erreicht, wird das Ventil 47 dadurch

10 9853/0197 BAD ORiGtNAU

wieder geöffnet, daß das untere Ende der Zuleitung 31 in die Öffnung 44 des Kolbens 40 eintritt. Bei dieser Stellung des Zylinders 39 steht der Kanal 62 über den Kanal 63 in Verbindung mit der Zuleitung 33· Infolgedessen wird das Druckmittel dem Zylinderraum unter dem Kolben 48 zugeführt, so daß der Kolben nach oben bewegt wird, um die Kolbenstange 50 zusammen mit der Sondierstange 51 einzufahren. Ein Teil des dem Ringraum am Umfang der Kolbenstange zugeführten Druckmittels dient dazu, die Außenfläche der Kolbenstange 50 zu reinigen, denn dieser Teil des Druckmittels wird durch die Ringdüse 54 abgegeben und gegen die Kolbenstange 50 geleitet, um alle daran haftenden Bodenma-terialteilchen zu entfernen.

Während der Aufwärtsbewegungen der Zylinder 34 und 39 sowie der Kolbenstange 50 wird das Druckmittel über den Kolben 35, 40 und 48 verdrängt und über die Leitungen 3I und/ oder 32 einer Zone zugeführt, in der ein relativ niedriger Druck herrscht.

Als Druckmittel wird vorzugsweise Wasser verwendet. Wenn die Vorrichtung unter Wasser auf dem Meeresboden benutzt wird, wird vorzugswasser Seewasser mit Hilfe einer auf dem Basis- oder Verankerungsteil angeordneten Pumpe zu den verschiedenen Leitungen gefördert. Die Pumpe und die Ventile, welche in die zu den Zylinderräumen der Vorrichtung führenden Leitungen eingeschaltet sind, werden vorzugsweise elektrisch betätigt. Die mit Hilfe der Sondierstange erzeugten Signale werden vorzugsweise über ein elektrisches Kabel von der Vorrichtung aus zu einem Boot geleitet, das die Stromerzeuger trägt, welche den für den Betrieb der Vorrichtung benötigten elektrischen Strom erzeugen.

Statt die erfindungsgemäße Vorrichtung mit der anhand von Fig. 1 beschriebenen, mit einem Unterdruck beaufschlagbaren Verankerungsvorrichtung zu versehen, kann man auch

109853/0197 BADORIGINAL

213H71

andere Verankerungsinittel benutzen, vorausgesetzt, daß die Haltekraft genügend groß ist, um der Kraft standzuhalten, mit der die beweglichen Teile der Vorrichtung in den zu untersuchenden Boden hineingedruckt werden. Da solche Verankerungsmittel bekannt sind, dürfte sich eine nähere Erläuterung erübrigen.

Der oder die Kanäle 62 in der Wand des Zylinders 39 können mit Rückschlagventilen versehen sein, die sich in Sichtung auf die Außenseite dieses Zylinders schließen. Das gleiche gilt für den bzw. die Kanäle 63, die mit Eückschlagventilen versehen sein können, welche sich in Richtung der Außenseite des Zylinders 34- schließen.

Die Vorrichtung kann zusätzlich mit einer Einrichtung versehen sein, die es ermöglicht, die Abweichung der Achse der aus- und einfahrbaren l'eile gegenüber der Senkrechten zu messen, und außerdem kann ein Kompaß vorgesehen sein, damit die Richtung dieser Abweichung gemessen werden kann.

Patentansprüche

109853/0197 . bad original

Claims

PATENSAHSJrKtJ CHE

Iv Vorrichtung zum Untersuchen von Bodeneigenschaften, gekenn κ e ichnet durch eine Basis (I)₁ die sich an der Oberseite des Bodens verankern läßt, dessen Eigenschaften untersucht werden sollen, einen auf dieser Basis angeordneten hydraulischen Zylinder (7)» einen aus- und einfahrbaren Zylinder (8) mit einem in dem hydraulischen Zylinder gleitend geführten Hingkolben (9)» Leitungsmittel (20, 24) zum Zuführen von Flüssigkeit nach Bedarf zur Oberseite bzw. zur Unterseite des Ringkolbens, eine Kolbenstange (10), die mindestens eine Einrichtung zum foessen einer Eigenschaft des Bodens trägt, und die mit einem in dem aus- und einfahrbaren Zylinder gleitend geführten Kolben (11) versehen ist, sowie durch Leitungsmittel (20, 15), mittels welcher Flüssigkeit nach Bedarf der Oberseite oder der Unterseite des Kolbens, der Kolbenstange zugeführt werden kann.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens ein weiterer aus- und einfaiirbarer Zylinder (3*0 zwischen dem hydraulischen Zylinder (Ju) und dem zuerst genannten aus- und einfahrbaren Zylinder (39) angeordnet ist, daß dieser zweite aus- und einfahrbare Zylinder mit einem Ringkolben (35) und Leitungsmitteln (32, 33) versehen ist, so daß Flüssigkeit nach Bedarf zur Oberseite oder zur Unterseite des zugehörigen Ringkolbens geleitet werden kann, und daß dieser zweite Zylinder ein Gehäuse bildet, in dem der zuerst genannte aus- und einrahrbare Zylinder (39) mit dem zugehörigen Ringkolben (40) gleitend geführt ist.

109853/0197

BAD ORIGINAL
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das untere Ende jedes Zylinders (30, 34, 39) einen Spritzkopf trägt, der mit Kanalmitteln (55»- 56, 57) zum Zuführen von Flüssigkeit zu dem betreffenden Spritzkopf versehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet', daß die Außenfläche Jedes Spritzkopfes eine konische Form hat, und daß die Düsenöffnung (52, 53j 54) Jedes Spritzkopfes eine mit der Mittelachse der Zylinder konzentrische ringförmige Öffnung ist.
P 5· Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß Leitungsmittel (31) vorgesehen sind, um Flüssigkeit dem Zylinderraum über dem die Kolbenstange (50) tragenden Kolben (48) zuzuführen, bevor Flüssigkeit den übrigen Zylinderräumen zugeführt wird, um die aus- und einfahrbaren Zylinder auszufahren, und daß die dem Zylinderraum über dem die Kolbenstange tragenden Kolben zugeführte Flüssigkeitsmenge in diesen Zylinderraum eingeschlossen wird, bevor Flüssigkeit den anderen Zylinderräumen zugeführt wird.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5» dadurch gekenn::: eichnet, daß der Hingkolben (40) des "' aus_ und einfahrbaren Zylinders (39) in dem der Kolben (48) der Kolbenstange (50) gleitend geführt ist, ein unter Federspannung stehendes Euckschlagventilteil (47) trägt, das mit einem sich durch den Ringkolben erstreckenden zentralen Kanal (44) zusammenarbeitet, und daß das Rückschlagventil bei der oberen Stellung des aus- und einfahrbaren Zylinders durch eine Rohrleit ng (3I) geöffnet gehalten wird, die an aas obere Ende des hydraulischen Zylinders (30) angeschlossen ist und in der zentralen Öffnung des Ringkolbens gleitend bewegbar ist.

BAD ORIGINAL 109 853/0 197
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennze ichnet , daß die Leitungs- bzw. Kanalmittel zum Zuführen von Flüssigkeit zu einem Spritzkopf den Zylinderraum unter einem Ringkolben (55t ^O ) ^und- einen sich durch den Hingkolben erstreckenden Kanal (56, 41) umfassen, und daß jeder dieser Kanäle mit einem sich in Hichtung auf den Zylinderraum unter dem Ringkolben öffnenden Rückschlagventil (57, 42) versehen ist.
8. Vorrichtung nach Anspx-uch 7j dadurch gekennzeichnet , daß die Leitungs- bzw. Kanalmittel zum Zuführen von Flüssigkeit zu dem die Kolbenstange (50) umgebenden Spritzkopf einen.Kanal (&2) umfassen, der sich zwischen diesem Spritzkopf und dem Zylinderraum unter dem Ringkolben (4-0) des aus- und einfahrbaren Zylinders (59) erstreckt, in dem der Kolben (48) der Kolbenstange gleitend geführt ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß in der Wand eines aus- und einfahrbaren Zylinders (54) ein Kanal (65) ausgebildet ist, der eine Verbindung zwischen benachbarten Zylinderräumen herstellt, wenn der aus- und einfahrbare Zylinder seine rückgezogene Stellung einnimmt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet , daß der Kanal (65) mit einem unter Eederspannung stehenden Rückschlagventil versehen ist, das sich in Richtung auf den Zylinderraum schließt, welcher die mit dem Kanal versehene Wand umgibt.

_BAD

109853/0197