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Gerät zur Entnahme von Bodenproben aus unter Wasser befindlichen
geologischen Formationen Die vorliegende Erfindung betrifft ein an Seilen absenkbares
Gerät zur Entnahme von Bodenproben aus unter Wasser befindlichen geologischen Formationen
mittels eines -rückholbaren und durch einen Raketentreibsatz in den Boden eintreibbaren
Kernrohres.
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Ein bekanntes derartiges Gerät weist ein 1 m langes Kernrohr auf und
einen daran befestigten Gasgenerator, der wahlweise mit Düsen für das Eintreiben
des Kernrohres in den Boden bzw.
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mit Düsen für das Wiederherausziehen des Kernrohres aus-dem Boden
in Verbindung gebracht werden kann. Da der Gasgenerator in einem Rohr in der Verlängerung
des Kernrohres angebracht ist und auf diesem Gasgenerator noch zusätzlich eine Auftriebseinheit
vorgesehen ist, sind die Düsen seitlich unterhalb des Gasgenerators angeordnet,
unter einem Winkel von etwa450 zur Achse des Gerätes. Hierdurch ergibt sich jedoch
eine erhebliche Herabsetzung der Antriebsleistung der Rakete und damit eine Verringerung
der Eindringtiefe des Kernrohres.
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Bei dem bekannten Gerät ist daher auch nur eine Kernrohrlänge von
nur 1 m vorgesehen, wobei das Gerät auch nur bis in Wassertiefen von 300 m verwendbar
ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfaches Gerät zur
Entnahme von Bodenproben zu schaffen, daß auch in sehr großen Wassertiefen verwendbar
ist und Kernrohre bis zu 8 m Länge in den Boden zu treiben imstande ist.
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Erfindungsgemäß wird dies durch einen Raketentreibsatz erreicht, der
durch Veränderung des Querschnittes und/oder des Erweiterungsverhältnisses der Raketendüse
an die Wassertiefe anpaßbar ist.
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Durch die Anpassung des engsten Querschnittes der Düse und/ - oder
des Erweiterungsverhältnisses an die Wassertiefe, d. h.
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an den Gegendruck kann der Wirkungsgrad der Rakete stets optimal
sein, so daß in jeder Wassertiefe der höchsterreichbare Schub zur Verfügung steht.
Es braucht daher nicht der Raketentreibsatz verändert zu werden, um eine Anpassung
an verschiedenen Wassertiefen vorzunehmen, sondern es brauchen nur die dazugehörigen
Düsen verändert werden.
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Besonders vorteilhaft wirken sich die erfindungsgemäßen Maßnahmen
bei Verwendung einer Feststoffrakete aus, die einen abnehmbaren Düsenhalter aufweist,
in dem die Düse auswechselbar angeordnet ist.
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Auf diese Weise ist es möglich, je nach gemessener Wassertiefe eine
entsprechende Düse in den Düsenhalter einzusetzen und auf dem Körper der Feststoffrakete
zu befestigen. Hierzu wird die Düse vorteilhafterweise zweiteilig ausgebildet mit
einem flanschartigen Hauptteil, der den Boden des Raketengehäuses bildet und an
dem in axialer Verlängerung der sich erweiternde Teil der Düse angebracht ist und
mit einem Düseneinsatz aus hitzebeständigem Material, der im wesentlichen den Einlauftrichter
der Düse bis zum engsten Querschnitt und ggf. ein kurzes Stück, etwa der gleichen
Länge wie der Einlauftrichter, des sich erweiternden Teils der Düse umfaßt.
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Die Befestigung der Düse auf dem Raketengehäuse erfolgt in Weiterentwicklung
der Erfindung mittels des auf dem Raketengehäuse aufgeschraubten Düsenhalters, wobei
die Düse mittels eines Ansatzes am Düsenhalter gegen einen Bund am Raketengehäuse
gepreßt wird.
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Um zu verhindern, daß Wasser beim Absenken des Gerätes in den Raketentreibsatz
hineingelangt, und um das Handhabungsgeschirr für das Gerät so einfach wie möglich
zu gestalten, ist ferner
vorgesehen, daß die Düse durch eine Kappe
verschlossen ist, die mittels eines rohrförmigen Fortsatzes den sich erweiternden
Teil der Düse abgedichtet umgreift und daß der Düsenhalter an seinem Ende eine konische,
sich in Ausströmrichtung der Raketentreibgase verengende Bohrung aufweist, in die
mit Tragösen versehene Keile, die sich auf dem rohrförmigen Fortsatz der Düse abstützen,
eingesetzt sind.
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Im folgenden wird das erfindungsgemäße Gerät zur Entnahme von Bodenproben
anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben, wobei
die Zeichnung ein derartiges Gerät schematisch teilweise im Schnitt darstellt.
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Wie man aus der Zeichnung ersieht, weist das Gerät zur Entnahme von
Bodenproben ein Kernrohr 2 auf, das in den Boden eingetrieben werden soll, und das
deshalb mit einer Ringschneide 4 versehen ist, um das Eindringen in den Boden zu
erleichtern, sowie mit einem verschließbaren Kernfänger 6, der die im Kernrohr 2
befindliche Bodenprobe beim Herausziehen des Kernrohres aus dem Boden festhalt.
Das kernrohr 2 ist mittels des Verbindungsstückes 8 mit dem Raketengehäuse 10 des
Raketentreibsatzes verbunden. Damit das Gerät einen möglichst geringen Widerstand
entwickelt, während es durch den Raketentreibsatz durchs Wasser getrieben und in
den Boden eingetrieben wird, sind die Wasserdurchlauföffnungen 8a im Verbindungsstück
8 vorgesehen, durch die das durch das Kernrohr 2 hindurchströmende Wasser ungehindert
ausströmen kann. Ein Ring 12 mit oesen ist um das Raketengehause 10 herumgelegt
und sützt sich am Düsenhalter 24 ab. An den oesen des Ringes 12 sind die Seile 14
zum Hieven angebracht, die beim Abfieren locker durchhängen, da zum Abfieren die
Seile 16 vorgesehen sind, die einerseits so wie die Seile 14 zum Hieven am Ring
20 befestigt sind und andererseits an den Tragösen 18a der Keile 18.
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Im Raketengehäuse 10 ist der Brennsatz 22 angeordnet, der vorzugsweise
als Sterninnenbrenner ausgebildet ist. Auf das Ende des Raketengehäuses 10 ist der
Düsenhalter 24 aufgeschraubt, der mittels des Ansatzes 24a den flanschartigen Hauptteil
26a der Düse 26 gegen einen Bund 10a des Raketengehäuses 10 preßt. Eine 0-Ringdichtung
30 ist zwischen dem flanschartigen Hauptteil 26a und dem Raketengehäuse 10 angeordnet,
um eine Abdichtung gegen eindringendes Wasser zu gewährleisten. In axialer Verlängerung
des flanschartigen Hauptteils 26a ist der sich erweiternde Teil 26b der Düse vorgesehen.
Außerdem ist der Düseneinsatz 26c aus hitzebeständigem Material vorgesehen, der
im wesentlichen den Einlauftrichter der Düse 26 bis zum engsten Querschnitt und
ggf. ein kurzes Stück, etwa der gleichen Länge wie der Einlauftrichter, des sich
erweiternden Teils 26b der Düse 26 umfaßt.
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Die Düse 26 ist durch eine Kappe 28 gegen eindringendes Wasser und
zum Aufbau des Anfanginnendruckes verschlossen, wobei der rohrförmige Fortsatz 28
a der Kappe 28 den sich erweiternden Teil 26b umgreift. Die Abdichtung gegen eindringendes
Wasser wird durch eine 0-Ringdichtung 32 und durch eine Dichtplatte 34 gewährleistet.
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In der konischen Bohrung 24a, die sich in Richtung der ausströmenden
Treibgase verjüngt, sind die Keile 18 angeordnet, die sich mit ihrer geraden Fläche
gegen den rohrförmigen Fortsatz 28 a der Kappe 28 abstützen und somit das Abfieren
des Gerätes zur Entnahme von Bodenproben gestatten.
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Um in einer vorher festgestellten Meerestiefe eine Bodenprobe zu entnehmen,
wird zunächst eine der festgestellten Meerestiefe entsprechende Düse 26 in den Düsenkörper
10 eingesetzt und mittels des Düsenhalters 24 festgeklemmt. Erfindungsgemäß wird
die Anpassung der Düse 26 an die Wassertiefe,
d. h. an den Gegendruck
durch Verändern des Erweiterungsverhältnisses des sich erweiternden Teils 26b bewirkt,
in der Praxis wirkt sich dies bei konstantem Erweiterungswinkel nur in der Länge
des sich erweiternden Teils 26b aus.
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Falls es sich als erforderlich erweist, daß auch der Brennkammerdruck
des Raketentreibsatzes mit der Wassertiefe verändert werden muß, dann kann auch
der engste Querschnitt des Düseneinsatzes 26c entsprechend ausgewechselt und angepaßt
werden. Nachdem die der gemessenen Wassertiefe entsprechende Düse 26 eingesetzt
ist, werden die Dichtplatte 34 und die Kappe 28 auf das Düsenende aufgesetzt, wodurch
gleichzeitig die Keile 18 festgeklemmt werden. Das Gerät zur Entnahme von Bodenproben
kann nunmehr abgefiert werden. Nach Erreichen eines vorbestimmten Abstandes vom
Meeresboden gibt ein auf diese Tiefe eingestellter Kontakt den Zündmechanismus frei,
der dann durch einen nicht dargestellten Fühler in einigen Metern Abstand vom Meeresboden
die Rakete zündet. Nach dem Zünden des Treibsatzes wird die Kappe 28 durch den in
der Brennkammer sich entwickelnden Druck hinausgetrieben, so daß die Keile 18 frei
werden und sich das Tragseil um die Länge der Schlingen der Seile 14 zum Hieven
verlängert. Das Gerät zur Entnahme von Bodenproben kann nun mit vollem Schub ungehemmt
von der Seilkraft gegen den Meeresboden schießen. Nach Auftreffen auf den Meeresboden
dringt das Kernrohr aufgrund der kinetischen Energie des Gerätes, der Antriebskraft
der Rakete und des wirksamen Eigengewichtes des Gerätes in den Meeresboden ein.
Die Eindringtiefe wird durch den Eindringwiderstand des Bodens bestimmt. Nach Beendigung
des Eindrinvorganges wird das Gerät zur Entnahme von Bodenproben mit Hilfe der Bordwinde
aus dem Boden gezogen und geborgen.
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Nach dem Austausch des mit einer Bodenprobe gefüllten Kernrohres gegen
ein leeres Kernrohr sowie dem Austausch der ausgebrannten Rakete ist das Gerät zur
Entnahme von Bodenproben wieder einsatzbereit.
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Alle in den Unterlagen offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere
die offenbarte räumliche Ausbildung und konstruktive Ausgestaltung, werden, soweit
sie gegenüber dem Stand der Technik einzeln oder in Kombination neu sind, als erfindungswesentlich
beansprucht.