DE2514392A1 - Vortriebswerkzeug, insbesondere zum eintreiben eines gegenstandes in den erdboden - Google Patents

Description

I	ATK NTANWALT	. E. KOLZEB
DIPL.	ίϊΓΟ	COBiJUHG
PU Λ	- WULBEn- 8TBAB8» JA
PH 11.11	TMLXPONi 81*75

M.558

Augsburg, den 2. April 1975

Keith Poster, 10, Eymore Close, Selly Oak,

Birmingham, England

und

Philip Smith, 26, Glen Grove, East KiIbride,

Glasgow, Schottland

Vortriebswerkzeug, insbesondere zum Eintreiben eines Gegenstandes in den Erdboden

Die Erfindung betrifft ein Vortriebswerkzeug, insbesondere zum Eintreiben eines Gegenstandes in den Erdboden,

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rait Kolbenraitteln und einer hydraulischen Steuereinrichtung zum Erzeugen sich wiederholender Hydraulikimpulse.

Ein derartiges Werkzeug ist beispielsweise zum Eintreiben eines hohlen Rohres in den Erdboden geeignet, um Bodenproben zu entnehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein derartiges Vortriebswerkzeug so auszubilden, daß es zum Eintreiben eines Gegenstandes in verschiedene Bodenarten mit unterschiedlichen, dem Eintreiben des Gegenstandes entgegenwirkenden Widerständen geeignet ist.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist ein solches Vortriebswerkzeug gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Werkzeugs eine Antriebsmasse gleitend verschieblieh angeordnet und mittels der Kolbenmittel bewegbar ist, und daß durch das Anlegen der Hydraulikimpulse an die Kolbenmittel und den in den Boden einzutreibenden Gegenstand die Antriebsmasse und dieser Gegenstand voneinander weggedrängt werden, derart, daß der Gegenstand in den Boden eingetrieben und die Antriebsmasse zu dem von diesem Gegenstand entfernten Ende des Werkzeugs gedrängt wird, von'wo aus die Antriebsmasse

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nach Beendigung des Hydraulikimpulses zurückkehrt und auf den Gegenstand aufschlägt, um diesen noch weiter in den Boden einzutreiben.

Im allgemeinen wird das Vortriebswerkzeug in der Vertikallage eingesetzt, wobei der in den Boden einzutreibende Gegenstand sich am unteren Werkzeugende befindet. Die Antriebsmasse kann in diesem Falle innerhalb des Werkzeugs nach oben angehoben werden, wobei die auf den Gegenstand wirkende Schlagkraft durch das Herabfallen der Antriebsmasse aufgrund der Schwerkraft auf den Gegenstand erzeugt werden kann.

Die Große und der Anteil des durch die Reaktionskraft verursachten Eindringens und des durch die Schlagkraft verursachten Eindringens des Gegenstandes in den Boden hängt von den Bodeneigenschaften ab« In weichem Boden kann ein beträchtlicher Anteil des Eindringvorgangs durch die Reaktionskraft erzeugt werden. Dieser Anteil verringert sich bei sehr hartem Boden, wie beispielsweise Fels.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Mittel zur Erzeugung sich wiederholender Hydraulikimpulse

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zum Anheben der Antriebsmasse ein hydraulisches Steuersystem mit einem hydraulischen Schaltkreis auf, der in Abhängigkeit von der jeweiligen Position der Antriebsmasse innerhalb des Werkzeugs gesteuert wird. Vorzugsweise wird der hydraulische Schaltkreis jedesmal dann von der Antriebsmasse betätigt, wenn die Antriebsmasse am Ende ihres Falles im Begriff ist, auf den Gegenstand aufzuschlagen, so daß die Schlagfrequenz mit der Frequenz der Reaktionskräfte der Hydraulikimpulse übereinstimmt.

Der in der hydraulischen Steuereinrichtung enthaltene Hydraulikschaltkreis steuert ein Hauptventil, welches abwechselnd die Zufuhr eines Hydraulikmittels zum Auslaß der Steuereinrichtung öffnet und sperrt, so daß sich wiederholende Hydraulikimpulse erzeugt werden. Das Hauptventil wird durch die jeweilige Position eines hin- und hergehenden Schaltventils gesteuert, an dessen eine Seite die vom Hauptventil erzeugten Hydraulikimpulse über eine Zuflußöffnung angelegt werden. Der anderen Seite des Schaltventils wird ein Steuerdruck zugeführt, und die Bewegung des hin- und hergehenden Schaltventils wird von der Kraft des Steuerdruckes auf der genannten anderen Ventilseite und durch die Kraft der Hydraulikimpulse auf der genannten einen Schaltventilseite gesteuert.

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Vorzugweise werden bei dem erfindungsgemäßen Vortriebswerkzeug die sich wiederholenden Hydraulikimpulse über den Steuereinrichtungsauslaß einem Antriebshilfskolben zugeführt, der gleitend verschieblich in dem Werkzeug angeordnet ist. Dieser Hilfskolben ist so mit der Antriebsmasse verbunden, daß er diese während jedes Hydraulikimpulses bewegen kann.

Der Steuerdruck kann über eine Stoßstange, die zwischen der genannten anderen Schaltventilseite und der Antriebsmasse angeordnet ist, an die andere Schaltventilseite angelegt werden. Die Stoßstange ist so angeordnet, daß die Antriebsmasse jedes Mal, wenn sie im Begriff ist, einen Schlag auszuführen, die Stoßstange derart betätigt, daß auf der genannten anderen Schaltventilseite der Steuerdruck zur Bewegung des Schaltventils erzeugt wird.

Eine bevorzugte Aus führ ungs form der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine abgebrochene, teilweise

geschnittene Ansicht eines Werkzeugs zur Entnahme von

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Bodenproben, welches beispielsweise zur Entnahme einer Probe vom Meeresboden ferngesteuert werden kann,

die Fig. 2a aneinandergesetzt in vergrößerter

und 2b Darstellung einen Schnitt durch

eine hydraulische Steuereinrichtung zur Erzeugung sich ν/ie de rh ο lender Hydraulikimpulse in dem in Pig, I dargestellten Werkzeug, und

die Pig. 3> Weg/Zeit-Diagramme, welche die

und 5 erwartete typische Eindringtiefe

während eines Betätigungszyklus des Werkzeugs bei weichem, mäßig hartem und sehr hartem Boden zeigen.

Das in Fig. 1 dargestellte Werkzeug zur Entnahme von Proben weist ein hohlzylindrisches Außengehäuse 36 mit einer am oberen Ende angeordneten Deckelplatte 37 auf. Innerhalb des Gehäuses 36 ist eine zylindrische Antriebs-

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masse 38 gleitend verschiebbar angeordnet, welche eine axiale zylindrische Ausnehmung 39 in ihrer unteren Stirnfläche aufweist.

Eine hydraulische Steuereinrichtung 40, die in den Fig. 2a und 2b im einzelnen abgebildet ist, ist innerhalb eines Ventilgehäuses 2 angeordnet. Das Ventilgehäuse 2 weist einen oberen Plansch 84 auf, der an einem entsprechenden Plansch 41 am unteren Ende des Außengehäuses 36 angeschraubt ist. Ein Probeentnahmerohr 42, welches vier mit Winkelabständen von jeweils 90° an seinem Umfang angeschweißte, sich verjüngende, längsverlauf ende Plansche 44 aufweist, ist mittels zweier Klemmbolzen 45 und 46 an einem Klemmrohr 43 befestigt. Die beiden Klemmbolzen 45 und 46 klemmen dabei zwei einander diametral gegenüberliegende Plansche des Probeentnahmerohrs 42 fest.

Das zylindrische Ventilgehäuse 2 (Fig. 2), in welchem die hydraulische Steuereinrichtung 40 untergebracht ist, weist zwei axiale Bohrungen 47 und 48 auf, die sich jeweils von der oberen zur unteren Gehäusestirnfläche erstrecken, d.h. in der Darstellung nach Pig. 2 von der rechten zur linken Gehäusestirnfläche.

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Ein zylindrischer Hauptventilblock 49 mit einer Hauptventilbohrung 4 ist in der Gehäusebohrung 47 und ein zylindrischer Schaltventilblock 50 mit einer Schaltventilbohrung 5 ist in der Gehäusebohrung 48 untergebracht. Die Hauptventilbohrung 4 ist bei 80 abgestuft und beherbergt einen darin gleitend verschieblieh angeordneten Hauptventilkörper 6. In der Schaltventilbohrung 5 ist ein Schaltventilkörper 10 gleitend versehieblich angeordnet.

Die untere Stirnfläche des Ventil gehäuses 2 ist mit einer Deckelplatte 11 versehen, welche das untere Ende der Hauptventilbohrung 4 verschließt. Eine zylindrische Hilfskolbenhülse 51, welche sich an die obere Stirnfläche 52 des Ventilgehäuses 2 anschließt, weist über ihre gesamte Länge eine mit der Haupt ventilbohrung 4 koaxiale Bohrung 53 mit großem Durchmesser und eine mit der Sehaltventilbohrung 5 koaxiale, zur Bohrung 53 parallele Bohrung 5^ mit kleinem Durchmesser auf. In der großen Bohrung 53 ist ein Antriebshilfskolben 55 und in der kleinen Bohrung 54 ist eine Steuerstoßstange 56 gleitend verschiebbar angeordnet. Der Hauptventilkörper 6 weist an seinem unteren Ende einen massiven zylindrischen Zapfen 12 auf, der in einer Bohrung 13 eines die Haupt-

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ventilbohrung verschließenden Verschlußkörpers 68 gleitend verschiebbar ist. Außerdem weist der Hauptventilkörper eine Abstufung 80 auf, die sich zwischen zwei hohlen Ventilkörperabschnitten 14 und 15 befindet, deren Außendurchmesser jeweils gleich der zugehörigen Innendurchmesser der abgestuften Hauptventilbohrung 4 sind,, Bei der Abstufung 80 des Hauptventilkörpers ist in der Wandungsfläche der Hauptventilbohrung 4 eine Umfangsnut 17 gebildet.

Wenn sich der Hauptventilkörper 6 in der in Pig, dargestellten Stellung befindet, so ist in der Hauptventilbohrung 4 um den massiven Zapfen 12 des Hauptventilkörpers 6 herum ein einerseits vom Verschlußkörper 68 und andererseits vom Ventilkörper 6 begrenzter ringförmiger Hohlraum 18 gebildet. Dieser Hohlraum 18 steht über im unteren Ende des Haupt ve η ti lkörpers 6 gebildete Durchlässe 20 mit einer Bohrung 19. der hohlen Ventilkörperabschnitte 14 und 15 in Verbindung. Der Ventilkörperabschnitt 14 mit dem größeren Außendurchmesser weist radiale öffnungen 21 und der Ventilkörperabschnitt mit dem kleinen Außendurchmesser weist radiale öffnungen auf, die jeweils zwischen der Bohrung 19 des Hauptventil-

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körpers 6 und der Wandung der Haup tve nti !bohrung 4 verlaufen.

Der Schaltventilkörper 10 weist zwei Kolben 23 und auf, die gleitend verschieb lieh in der Schaltventilbohrung 5 angeordnet und starr miteinander verbunden, jedoch durch einen zwischen ihnen gebildeten Ringraum voneinander getrennt sind₀ Ein dritter Kolben 57, nämlich ein Schaltventxlsteuerkolben , ist an der oberen Stirnseite des Schaltventilkörpers 10 befestigt und liegt an einem Steuerdruckauslaß 36 am unteren Ende der Steuerstoßstange 56 an, Befindet sich der Schaltventilkörper 10 in der in Fig. 2 dargestellten Stellung, so steht der Ringraum 25 über Bohrungen 27 im Schaltventilblock 50, eine in der Gehäusebohrung 48 gebildete ümfangsnut 58, eine schräg im Gehäuse 2 verlaufende Bohrung 59, eine in der Gehäusebohrung 47 gebildete Umfangsnut 60 und Bohrungen öl im HauptventiIblock 49 mit der Ringnut im Haup tve nti Ib Io ck in Verbindung.

Die schräg verlaufende Bohrung 59, die zwar der Zweckmäßigkeit halber in Fig. 2 so dargestellt ist, als ob sie in der gleichen Ebene wie die Achsen der Schaltventilbohrung und der Hauptventilbohrung läge, verläuft

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tatsächlich in einer anderen Ebene, die unter einem spitzen Winkel zur Ebene der Achsen der beiden Ventilbohrungen geneigt ist. Die Bohrung 59 verläuft unmittelbar zwischen den beiden ümfangsnuten 60 und 58 und erstreckt sich bis zur Außenseite des Ventilgehäuses 2, wo sie mittels eines Stopfens 85 verschlossen ist.

Der Ringraum 25 steht auch mit dem den größeren Durchmesser aufweisenden Abschnitt der Hauptventilbohrung in Verbindung, und zwar durch Bohrungen 37 im Schaltventilblock 50, eine Umfangsnut 62, eine Bohrung 63, eine Umfangsnut 64 in der Gehäusebohrung 47, Bohrungen 34 und eine Umfangsnut 65 im Haupt ventilblock 49. Eine in Pig» 2 gestrichelt eingezeichnete Hocndruckeinlaßbohrung 31 steht mit der Umfangsnut 64 in Verbindung und beaufschlagt die Bohrung 47 mit Hochdruck» Eine Nxederdruckauslaßbohrung steht über eine Umfangsnut 72 mit der das Schaltventil aufnehmenden Gehäusebohrung 48 in Verbindung,

Eine Hilfshochdruckbohrung 67 verläuft zwischen einem Hohlraum 33, der zwischen der Deckelplatte 11 und dem Verschlußkörper 68 der Haupt ve ntilbohrung gebildet ist, und der Hochdruckbohrung 31, und zwar über eine verschlossene Bohrung 86 und die Umfangsnut 64 im Gehäuse 2„ Der genannte

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Hohlraum 33 hat über die Bohrung 13 des Verschlußkörpers 68 mit dem Zapfen 12 des Hauptventilkörpers 6 Verbindung.

Wenn sich der Schaltventilkörper 10 in seiner obersten Stellung befindet, wobei der Steuerkolben 57 an der oberen Stirnfläche 52 des Ventilgehäuses 2 steht, so hat die Niederdruckauslaßbohrung 70 über die Umfangs^ nut 72 und die Bohrungen 2 8 im Schaltventilblock 50 mit dem Ringraum 25 Verbindung, während jedoch die Hochdruckbohrung 31» die über die Ringnut 64 und die Bohrung 63 mit dem Schaltventil Verbindung hat, durch den Kolben 23 des Schaltventilkörpers abgesperrt ist. In dieser Stellung steht die Niederdruckauslaßbohrung 70 außerdem mit der Umfangsnut I7 an der Abstufung 80 des Hauptventilkörpers 6 in Verbindung, und zwar über den Ringraum 25, die Bohrungen 27, die Ringnut 58, die schräge Bohrung 59» die Ringnut 60 und die Bohrungen 61.

Wenn sich der Schaltventilkörper 10, wie in Fig. 2 dargestellt ist, in seiner unteren Stellung befindet, so steht die Hochdruckeinlaßbohrung 31 über die Ringnut 64, die Bohrung 63, die Umfangsnut 62 und die Bohrungen 37 mit dem Ringraum 25 in Verbindung und hat folglich auch

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über die Bohrungen 27, die Umfangsnut 58, die schräge Bohrung 59, die Umfangsnut 60 und die Bohrungen 61 mit der Umfangsnut 17 bei der Abstufung 60 des Hauptventilkörpers 6 Verbindung. Die Niederdruckauslaßbohrung ist dann infolge der Stellung des Kolbens 24 des Schaltventilkörpers vom Ringraum 25 getrennt.

In der Bohrung 5 ist zwischen dem Kolben 23 des Schaltventilkörpers 10 und einem am unteren Ende der Bohrung 5 befindlichen, eine Drosselöffnung aufweisenden Stopfen 26 ein Hohlraum 39 gebildet, der über den Stopfen 26, eine Bohrung 75 im Schaltventilblock 50, eine Umfangsnut 76, eine Bohrung 77, eine Umfangsnut 78 im Ventilgehäuse 2 und eine Bohrung 79 im Hauptventilblock 49 mit dem Hohlraum in der Hauptventilbohrung 4 Verbindung hat.

Im Betrieb wird das Vortriebswerkzeug in seiner vertikalen Stellung benützt, wobei das Probeentnahmerohr 42 mit dem Erdboden in Berührung steht und eine Hochdruck-ö!zufuhr an die Einlaßbohrung 31 angeschlossen ist. An die Niederdruckauslaßbohrung 70 ist ein Niederdruckabfluß angeschlossen. Wenn sich die Antriebsmasse in ihrer untersten Stellung befindet und mit ihrer unteren Stirnfläche in Berührung mit der oberen Stirnfläche 52 des

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Ventilgehäuses 2 steht, wobei die Ausnehmung 39 die Hilfskolbenhülse 51 umschließt, so befinden sich der Antriebshilfskolben 55 und die Steuerstoßstange 56 in ihren untersten Stellungen und der Schaltventilkörper weist die in Fig. 2 dargestellte Position auf» In Fig. ist die Niederdruckauslaßbohrung 70 durch den in der Bohrung 5 befindlichen Kolben 24 des Sehaltventil» körpers von dem Ringraum 25 getrennte Die hochdruckzufuhr gelangt jedoch über den Ringraum 25 _s die Bohrungen 27, die Umfangsnut 58, die schräge Bohrung 59, die Umfangsnut 60 und die radiale Bohrung 61 im Hauptventilkörper zur Abstufung 80 der Haupt ve nti Ib ohrung 4,

Die ringförmige Stirnfläche am Absatz 80 der Ventil™ körperabschnitte 14 und 15 des Hauptventilkörpers 6, welche die Steuerfläche des Hauptventilkörpers 6 bildet, ist größer als die Stirnfläche des zylindrischen Zapfens 12 des Hauptventilkörpers 6 und der auf diese ringförmige Steuerfläche an dem Absatz 80 wirkende Hochdruck verursacht eine Abwärtsbewegung des Hauptventilkörpers» Die Radialöffnungen 21 kommen dann mit den Bohrungen 34 zur Deckung, so daß der Hochdruck über die Einlaßbohrung 31, die Ringnut 64, die Bohrung 63 und die Umfangsnut 62 in den Hohlraum 19 gelangt,

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Der in der Bohrung 19 erzeugte hydraulische Druckimpuls beaufschlagt den Antriebshilfskolben 55» der seinerseits auf die Antriebsmasse 38 wirkt und ihr einen Impuls mitteilt, so daß diese sich innerhalb des Außengehäuses nach oben bewegt. Gleichzeitig wird die Rückwirkung des Impulses auf die Antriebsmasse 38 über die Deckelplatte und die Rohrklemmvorrichtung 43 auf das Probeentnahmerohr 42 übertragen, wodurch das Probeentnähmerohr 42 in den Boden getrieben wird. Der in der Bohrung 19 erzeugte hohe Druck wirkt auf die Oberseite des Stopfens 26 in der Schaltventilbohrung 5, und zwar durch die Bohrungen 20, den Hohlraum 18,die Bohrungen 79» die Nut 78, die Bohrung 77, die Nut 76, die Bohrungen 75 und den Hohlraum 39ο Der Druck im Hohlraum 39 baut sich allmählich durch den eine Drosselöffnung aufweisenden Stopfen 26 hindurch auf, bis die auf den unteren Kolben 23 des Schaltventilkörpers 10 wirkende Kraft dazu ausreicht, den Schaltventilkörper 10 und die Stoßstange 56 nach oben zu drücken, während sich die Antriebsmasse 38 immer noch unter der Wirkung des Druckimpulses im Hohlraum I9 nach oben bewegt«,

Die Aufwärtsbewegung des Schaltventilkörpers 10 bewirkt, daß die Hochdruckeinlaßbohrung 31 durch den Kolben 23 vom Ringraum 25 getrennt und die Niederdruck-

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auslaßbohrung 70 mit dem Ringraum 25 verbunden wird. Polglich wird der hohe Druck von der Abstufung 80 des Hauptventilkörpers 6 abgetrennt, und durch die Hilfshoch druckt) oh rung 67 und den Hohlraum 33 in der Hauptventilbohrung 4 wird die untere Stirnfläche des Zapfens 12 des Hauptventilkörpers 6 mit Hochdruck beaufschlagt, wodurch der Hauptventilkörper nach oben bewegt wird. Der Hauptventilkörper 6 kehrt folglich in seine in Fig. 2 dargestellte Position zurück und die Hochdruckzufuhr aus der Hochdruckeinlaßbohrung 31 wird von der Bohrung 19 getrennt, wodurch der Impuls beendet wird.

Wenn der Hauptventilkörper in seine in Fig. 2 dargestellte Stellung zurückkehrt, verbinden die Radialbohrungen 22 den Hohlraum 19 über die Nut 80, die Bohrungen 30, die Nut 71, die Bohrung 83 und die Nut 72 im Ventilgehäuse 2 mit der Niederdruckauslaßbohrung 70, Außerdem gelangt ein niedriger Druck an die Unterseite des Stopfens 26 in der Schaltventilbohrung 5, und zwar von den Bohrungen 20 und vom Hohlraum 18 in der Hauptventilbohrung 4, und der im Hohlraum 39 aufgebaute Hochdruck wird allmählich durch den Stopfen 26 hindurch abgelassen.

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Nach Beendigung des Druckimpulses verlangsamt sich die Antriebsmasse 38 im Außengehäuse 36 und fällt dann aufgrund der Schwerkraft wieder herab und schlägt auf die obere Stirnfläche 52 des Ventilgehäuses 2, wodurch dem Probeentnahmerohr über die Rohrklemmvorrichtung 43 ein Schlag mitgeteilt wird, welcher das Probeentnahmerohr weiter in den Boden hineintreibt.

Unmittelbar bevor die herabfallende Antriebsmasse auf das Ventilgehäuse 2 aufschlägt, drückt sie die Steuerstoßstange 56 nach unten und der Schaltventilkörper 10 kehrt in seine in Fig. 2 dargestellte Position zurück. Dadurch wird die Niederdruckauslaßbohrung 70 vom Ringraum getrennt und die Hochdruckeinlaßbohrung 31 kommt mit dem Ringraum 25 in Verbindung.

Die Ringnut I7 an der Abstufung 80 des Hauptventilkörpers 6 wird dann mit Hochdruck beaufschlagt, wodurch sich der Hauptventilkörper 6 nach unten bewegt und der Hochdruck über die Bohrung J>k im Haupt ventilblock 50 und die Bohrungen 21 im Hauptventilkörper 6 in den Hohlraum gelangt.

Ein Druckimpuls bewegt die Antriebsmasse 38 im Außen-

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gehäuse 3β vertikal nach oben , wodurch eine auf das Probeentnahmerohr k2 wirkende Reaktionskraft erzeugt wird. Auf diese Weise werden sich wiederholende Hydraulikimpuls-Zyklen erzeugt.

Der Beginn jedes Impulses wird durch die Abwärtsbewegung der Steuerstoßstange 56 ausgelöst, welche von der Antriebsmasse betätigt wird, unmittelbar bevor diese auf das Ventilgehäuse 2 aufschlägt, so daß während jedes Betriebszyklus stets eine Reaktionskraft und eine Schlagkraft auf das Probeentnahmerohr 42 einwirken, um dieses in den Boden zu treiben.

Die Geschwindigkeit, mit welcher sich der Schaltventilkörper 10 unter der Wirkung des Hochdruckes an der unteren Stirnfläche des Kolbens 23 nach oben bewegt, und folglich die Dauer jedes Hydraulikimpulses eines Betriebszyklus stellt eine Punktion der Größe der Drosselöffnung im Stopfen 26 dar, welche die Strömung in beide Richtungen zwischen den Hohlräumen 18 und 29 drosselt. Je kleiner die Größe dieser Drosselöffnung ist, desto länger dauert der Druckaufbau im Hohlraum bei einem Druckimpuls und desto langer ist die Dauer des Impulses. Der Drosselkolben 26 kann durch eine

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variable Drosselöffnung einer bekannten Bauart ersetzt werden, so daß die Größe der Drosselöffnung ohne Unterbrechung des Werkzeugbetriebs verändert werden kann.

Die jeweils von der Reaktionskraft und von der Schlagkraft ausgeübten relativen Antriebskräfte hängen von der Beschaffenheit des Bodens ab, in welchen das Probeentnahmerohr eingetrieben werden soll. Ein größerer Anteil des Eindringens des Probeentnahmerohrs durch die Reaktionskräfte ergibt sich eher in weichem Boden als in hartem Boden wie beispielsweise Felsen.

Pig. 3 zeigt ein Weg/Zeit-Diagramm des typischen Eindringvorgangs eines Probeentnahmerohres während eines Impulszyklus in weichem Boden, Der Weg der Antriebsmasse ist in dem Diagramm durch die Vollinie angedeutet, während der Gesamteindringweg des Probeentnahmerohres in den Grund durch die gestrichelte Linie angedeutet ist, Der Ausgangspunkt.des Diagramms stellt den Beginn eines Impulses dar, wobei die Eindringung des Probeentnahmerohres in den Grund Null ist. Während der Impulsdauer Tp bewirkt die sich ergebende Reaktionskraft ein Eindringen des Probeentnahmerohres in den weichen Boden um eine Strecke Dr3. Während dieses Zeitraumes ist die

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Antriebsmasse vertikal nach oben bewegt worden, und am Ende des Impulses Tp beginnt die Antriebsmasse sich aufgrund der Schwerkraft zu verzögern und fällt dann wieder herab und schlägt am Ende der Zyklusdauer T auf_e Die gesamte Eindringstrecke D 3 des Probeentnahmerohres in den weichen Boden setzt sich aus einem wesentlichen, durch die Reaktionskraft bedingten Anteil Dr3 und einen kleineren, durch die Schlagkraft bedingten Anteil Di3 zusammen.

Fig. 4 zeigt ein ähnliches Weg/Zeit-Diagramm eines typischen Eindringvorgangs des Werkzeugs in härterem Boden. Es ist ersichtlich, daß während jedes Zyklus die gesamte Eindringung D4 aus einem reaktionskraftbedingten Anteil Dr'4 und einem schlagkraftbedingten Anteil Di 4 besteht und kleiner als in weicherem Boden ist, aber die Zyklusdauer T und die Impulsdauer Tp werden durch den Bodenwiderstand nicht beeinflußt.

Pig. 5 zeigt das Weg/Zeit-Diagramm eines typischen Eindringvorgangs eines Werkzeugs in sehr harten Boden wie beispielsweise Felsen. Der gesamte Eindringweg· D5 ist beträchtlich kleiner als derjenige in weichem Grund und die Schlagkraft erzeugt einen wesentlichen Anteil Di5 des gesamten Eindringweges D5.

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Die maximale Auslenkung D der Antriebsmasse 38 relativ zum Ventilgehäuse 2 ist vom Bodenwiderstand unabhängig und daher in den Fig. 3, ¹I und 5 jeweils im wesentlichen konstant. Ebenso ist die Schlagkraft vom Bodenwiderstand unabhängig.

Bei dem beschriebenen und dargestellten Vortriebswerkzeug ist die Reaktionskraft in weichem Boden am wirksamsten, und in hartem Boden ist die Schlagkraft verhältnismäßig wirksamer. Die jeweilige reaktionskraftbedingte Eindringung und die schlagkraftbedingte Eindringung sind daher mindestens in gewissem Maße durch den Widerstand bedingt, welchen der Boden dem Eindringen des Werkzeugs entgegensetzt«,

Das beschriebene und dargestellte Vortriebswerkzeug ist für eine Verwendung in senkrechter Stellung vorgesehen, und die Schlagkraft der Antriebsmasse wird durch das schwerkraftbedingte Herabfallen und Aufschlagen innerhalb des Werkzeugs erzeugt. Es kann jedoch eine Druckfeder oder eine andere Vorrichtung im Werkzeug vorgesehen sein, welche auf die Antriebsmasse wirkt und ihr Aufschlagen im Werkzeug verursacht, so daß das Werkzeug auch in anderen Gebrauchs lagen als in der aufrechten Stellung benutzbar ist,

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Claims (9)

1. Patentansprüche

   fVortriebswerkzeug, insbesondere zum Eintreiben eines Gegenstandes in den Erdboden, mit Kolbenmitteln und einer hydraulischen Steuereinrichtung zum Erzeugen sich wiederholender Hydraulikimpulse, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Werkzeugs eine Antriebsmasse (38) gleitend verschieb lieh angeordnet und mittels der Kolbenmittel (55) bewegbar ist und daß durch das Anlegen der Hydraulikimpulse an die Kolbenmittel und den in den Boden einzutreibenden Gegenstand (42) die Antriebsmasse und dieser Gegenstand voneinander weggedrängt werden, derart, daß der Gegenstand in den Boden eingetrieben und die Antriebsmasse zu dem von diesem Gegenstand entfernten Ende des Werkzeugs gedrängt wird, von wo aus die Antriebsmasse nach Beendigung des Hydraulikimpulses zurückkehrt und auf den Gegenstand aufschlägt (über 2), um diesen noch weiter in den Boden einzutreiben,
2. 2. Vortriebswerkzeug nach Anspruch 1 mit vertikaler Gebrauchslage, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmasse (38) jeweils am Ende eines Hydraulikimpulses durch den schwerkraftbedingten freien Fall zurückkehrt.

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3. 3. Vortriebswerkzeug nach Anspruch 1 für nicht vertikale Gebrauchslage, dadurch gekennzeichnet, daß an dem von dem in den Boden einzutreibenden Gegenstand (42) entfernten Ende des Werkzeugs eine zusammendrückbare Vorrichtung (87) angeordnet ist, welche die Antriebsmasse (38) nach Beendigung eines Hydraulikimpulses in ihre Ausgangsstellung zurückbewegt.
4. 4. Vortriebswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch mechanische Mittel (56), mittels welcher die hydraulische Steuereinrichtung (40) jeweils durch die zurückkehrende Antriebsmasse (38) für den jeweils nächsten Betriebszyklus rückstellbar ist.
5. 5. Vortriebswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die hydraulische Steuereinrichtung einen Einlaß für unter Druck stehendes Hydraulikmittel, ein hin- und herbewegliches Schaltventil, ein Hauptventil und einen Auslaß für die sich wiederholenden, durch die Tätigkeit des Hauptventils übertragenden Druckimpulse aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptventil (6) durch das hin- und hergehende Schaltventil (10) so betätigt wird, daß es abwechselnd die Hydraulikmittelzufuhr mit dem genannten Auslaß verbindet und von diesem trennt, daß

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   weiter die sich ergebenden Hydraulikimpulse außerdem durch eine Drosselöffnung (26) auf eine Seite des Schaltventils gelangen, dessen andere Seite einem Steuerdruck ausgesetzt ist, derart, daß die Bewegung des Schaltventils jeweils von der Differenz zwischen den Kräften gesteuert wird, welche durch die Hydraulikimpulse auf die eine Seite des Schaltventils und durch den Steuerdruck auf die andere Seite des Schaltventils ausgeübt werde η β
6. 6, Vortriebswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenmittel einen Kolben (55) aufweisen, der gleitend verschieblieh im Werkzeug angeordnet ist und die Antriebsmasse (38) während jedes ihm von der Steuereinrichtung (4p) zugeführten Hydraulikimpulses bewegt.
7. 7. Vortriebswerkzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten mechanischen Mittel zur Rückstellung der hydraulischen Steuereinrichtung (40) eine mit den hin- und hergehenden Schaltventil (10) gekuppelte Stoßstange (56) aufweisen, welche beim Aufschlagen der Antriebsmasse (38) auf den in den Boden einzutreibenden Gegenstand (42) von der Antriebs-

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   masse betätigt wird und das Schaltventil zur Einleitung eines neuen Betriebszyklus in seine Ausgangsstellung zurücks chieb t.
8. 8. Vortriebswerkzeug nach einem der Ansprüche 5

   bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselöffhung (26), durch welche der Hydraulikimpuls den hin- und hergehenden Schaltventil (10) zugeführt wird, einen variablen Drosselquerschnitt aufweist, so daß die Dauer der Hydraulikimpulse und folglich die Impulsfrequenz des Werkzeugs veränderlich ist.
9. 9. Vortriebswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der iri den Boden einzutreibende Gegenstand ein hohles Rohr (42) zur Entnahme einer Bodenprobe aufweist.

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