DE3820924A1 - Bodenprobenentnahmesonde - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Bodenprobenentnahmesonde für
Rammkernsondierungen, in dem ein Probenentnahmerohr koaxial
angeordnet ist, und mit einem eine Rammskitze aufweisenden
Verschlußstück am Ende des Sondenrohrs, das eine mit dem Son
denrohr zusammenarbeitende, fernbetätigt lösbare Verriege
lungseinrichtung mit einem zwischen einer Freigabe- und
einer Sperrstellung verschiebbaren Steuerschieber trägt.
Derartige Sonden zur Entnahme von Bodenproben werden insbe
sondere bei der Untersuchung des Untergrundes von Mülldepo
nien verwendet. Dabei ist es wichtig, das Probenrohr ohne ir
gendwelche Kontaminierungen oder Verunreinigungen durch die
über dem zu untersuchenden Untergrund liegenden Schichten an
die Stelle zu bringen, an der die Bodenprobe entnommen
werden soll, damit eine für nachfolgende chemische Untersu
chungen einwandfreie Bodenprobe gewonnen werden kann.
Bei einer derartigen bekannten Bodenprobenentnahmesonde
(DE-PS 29 23 262) ist ein Verschlußstück mit einer Rammspit
ze vorgesehen, das das Sondenrohr am unteren, vorderen Ende
verschließt, wobei es in seiner vorderen Stellung durch die
Verriegelungseinrichtung gehalten wird.
Die bekannte Bodenprobenentnahmesonde arbeitet weitgehend zu
verlässig, jedoch kann es beim Niederbringen der Sonde infol
ge der auf sie wirkenden Rammstöße zu außergewöhnlichen Bela
stungen der mechanischen Verriegelungseinrichtung kommen, wo
durch möglicherweise die Verriegelung des Verschlußstücks
zur Unzeit gelöst wird oder wodurch sich die Verriegelungs
einrichtung so verklemmen kann, daß sie nur noch äußerst
schwierig zu lösen ist.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine
Bodenprobenentnahmesonde der eingangs genannten Art zu schaf
fen, bei dem das Verschlußstück sicher verriegelbar und
gleichzeitig auf einfache Weise freigebbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der
Steuerschieber zur Betätigung von Riegelelementen mit Druck
luft beaufschlagbar ist.
Erfindungsgemäß wird also der Steuerschieber zur Betätigung
der Riegelelemente mit Druckluft beaufschlagt, wodurch sich
sehr große Haltekräfte erzeugen lassen, die die Verriege
lungseinrichtung auch bei schweren Rammschlägen sicher in
ihrer Verriegelungsstellung halten, während nur eine sehr ge
ringe Kraft erforderlich ist, um einen Druckabbau zum Lösen
der Verriegelungseinrichtung herbeizuführen.
Bei einem ersten praktischen Ausführungsbeispiel der Erfin
dung ist vorgesehen, daß der axial verschiebbare Steuerschie
ber einen in einem im Verschlußstück vorgesehenen Zylinder
angeordneten Steuerkolben umfaßt, der im Zylinder einen über
ein Ventil be- und entlüftbaren Druckraum dicht abschließt.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß
das Ventil in der oberen Stirnwand des Steuerkolbens ange
ordnet ist, wobei das Ventil mit einem Druckluftanschluß kop
pelbar ist.
Auf diese Weise ist das Ventil, über das der Druckraum zur
Verschiebung des Steuerschiebers auf besonders einfache
Weise zugänglich, wodurch die Betätigung der Verriegelungs
einrichtung wesentlich erleichtert wird.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vor
gesehen, daß die Außenumfangsfläche des Steuerkolbens eine
Steuerfläche mit axial verlaufender Steuerkurve bildet,
deren Freigabeabschnitt benachbart zur oberen Stirnwand ange
ordnet ist. Neben einer besonders einfachen konstruktiven
Ausgestaltung der Verriegelungsvorrichtung wird hierdurch
bezweckt, daß der Steuerschieber nach dem Entlüften sich auf
grund seines Eigengewichts in seine Freigabestellung be
wirkt, wodurch auf Betätigungsfedern, die im Laufe der Zeit
ermüden können, verzichtet werden kann.
Bei einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist vorgese
hen, daß der Freigabeabschnitt als umlaufende Ringnut ausge
bildet ist. Auf diese Weise läßt es sich vermeiden, daß der
Steuerkolben winkelmäßig mit den Riegelelementen
ausgerichtet werden muß, so daß die Montage erleichtert
wird. Außerdem beeinträchtigt so eine möglicherweise durch
die Rammschläge bewirkte Verdrehung des Steuerkolbens nicht
die sichere Funktion der Verriegelungseinrichtung.
Um die Verschiebung des Steuerschiebers in seine Freigabe
stellung zum Entriegelung der Verriegelungseinrichtung zu un
terstützen, ohne daß im Laufe der Zeit ermüdende Bauteile
vorgesehen werden müssen, ist bei einem anderen Ausführungs
beispiel der Erfindung vorgesehen, daß im Zylinder des Ver
schlußstücks ein Hilfszylinder vorgesehen ist, der von einem
Entriegelungskolben in eine Druckkammer und eine Ausgleichs
kammer unterteilt ist, wobei der Entriegelungskolben mit dem
Steuerkolben mittels einer Verbindungsstange verbunden ist,
die sich dicht durch eine in einer oberen Stirnwand des
Hilfszylinders vorgesehene Bohrung hindurcherstreckt.
Durch den ohne wesentlichen Platzbedarf im Hilfszylinder im
Verschlußstück angeordneten Entriegelungskolben, der die Ent
riegelungsbewegung des Steuerschiebers unterstützt, wird be
wirkt, daß die die Entriegelungsbewegung des Steuerschiebers
unterstützende Kraft auf den Entriegelungskolben stets dann
aufgebaut wird, wenn der den Steuerkolben beaufschlagende
Druck in den Zylinderraum eingebracht wird, wobei sich in
der Druckkammer des Hilfszylinders der für eine zusätzliche
Entriegelungskraft erforderliche Druck in entsprechender
Weise aufbaut.
Um stets definierte Kraftverhältnisse am Entriegelungskolben
zu schaffen, zeichnet sich eine andere Weiterbildung der Er
findung dadurch aus, daß der Druckraum über eine axiale
Durchgangsbohrung in der Verbindungsstange mit der Aus
gleichskammer verbunden ist.
Bei einem besonders vorteilhaften praktischen Ausführungs
beispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß die Riegelelemen
te als Riegelkugeln ausgebildet sind, die in entsprechenden
radialen Bohrungen in der Umfangswand des Verschlußstücks an
geordnet sind und die vom in seine Sperrstellung bewegbaren
Steuerkolben radial nach außen in ihre Sperrlage drückbar
sind.
Durch die Verwendung von Riegelkugeln, die zum Verriegeln
des Verschlußstücks radial nach außen in ihre Sperrlage
drückbar sind, wird es erreicht, daß das Verschlußstück und
insbesondere die Riegelkugeln die Verschiebebewegung des Ver
schlußstückes durch das Probenrohr nicht behindern, so daß
das Verschlußstück nach seiner Entriegelung leicht zurückwei
chen kann.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der
Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt:
Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine Boden
probenentnahmesonde und
Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt durch die Spitze
einer Bodenprobenentnahmesonde, die durch ein
darin verriegeltes Verschlußstück abgeschlos
sen ist.
In den Figuren der Zeichnung sind einander entsprechende Bau
teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Nach Fig. 1 weist die Bodenprobenentnahmesonde ein oberes
Sondenrohr 31 auf, das über einen konischen Abschnitt 32 in
einen Anschlußstutzen 33 übergeht, der mit einer Verbindungs
buchse 34 verschweißt ist. Die Verbindungsbuchse 34 weist
ein Innengewinde 35 auf, um die Bodenprobeentnahmesonde mit
einem nicht dargestellten Rammgestänge zu verschrauben.
Im Bereich des größten Durchmessers des konischen Abschnitts
32 des oberen Sondenrohrs 31 ist innen eine Anschlagschulter
35 vorgesehen, die als oberer Anschlag für ein Verschluß
stück 12 der Sonde dient.
Am unteren Ende des oberen Sondenrohrs 31 ist eine Anschluß
hülse 36 aufgeschraubt, in die ein Probenentnahmerohr 37 mit
seinem oberen Ende dicht einsetzbar ist. Koaxial um das Pro
benentnahmerohr 37 ist ein unteres Sondenrohr 38 angeordnet,
das in die Anschlußhülse 36 eingeschraubt ist.
Auf das untere Ende des unteren Sondenrohrs 38 ist eine Ramm
schneide 39 nach Art einer Überwurfmutter aufgeschraubt, die
das Probenentnahmerohr 37 axial feststehend im unteren Son
denrohr 38 hält. Dabei sind zwischen der Rammschneide 39 und
der Außenoberfläche des Probenentnahmerohrs 37 Dichtungen 40
vorgesehen, um ein unerwünschtes Eindringen von Ver
unreinigungen, insbesondere von verunreinigtem Wasser in das
Probenentnahmerohr 37 durch die Schraubverbindung zwischen
Rammschneide 39 und unterem Sondenrohr 38 zu verhindern.
In die ringförmige Rammschneide 39 ist das Verschlußstück
12, das im folgenden anhand von Fig. 2 beschrieben wird, ein
gesetzt und axial feststehend verriegelt.
Das Verschlußstück 12 besitzt eine kegelförmige Rammspitze
41, an die sich nach oben ein Zylinder 13 anschließt. Das
Verschlußstück 12 ist dabei so in die Rammschneide 38 einge
setzt, daß die kegelförmige Oberfläche der Rammspitze 41
fluchtend mit der kegelstumpfförmigen Außenoberfläche der
Rammschneide 39 fluchtend ausgerichtet ist, während der Zy
linder 13 des Verschlußstückes 12 bündig und dicht in die
ringförmige Rammschneide 39 eingesetzt ist.
Im Zylinder 13 ist axial verschieblich ein Steuerschieber 9
eingesetzt, der in seiner Bewegung von der Rammspitze 41 weg
durch eine auf den Zylinder 13 aufgeschraubte Überwurfmutter
42 begrenzt wird.
Der Steuerschieber 9 umfaßt einen etwa topfförmigen Steuer
kolben 10, der im Zylinder 13 einen Druckraum 15 dicht ab
schließt. Am Außenumfang des Steuerkolbens 10 ist eine Steu
erfläche 16 mit axial verlaufender Steuerkurve 17 vorgese
hen, deren im oberen Bereich angeordneter Freigabeabschnitt
als Ringnut 18 ausgebildet ist.
In der oberen Stirnwand 25 des Steuerkolbens 10 ist ein An
satzstück 43 abgedichtet eingeschraubt, in das ein Ventil
14, z.B. ein handelsübliches Reifenventil, eingelötet ist.
Auf der dem Ventil 14 gegenüberliegenden Seite des Steuerkol
bens 10 ist eine mit diesem verbundene Lochplatte 44 ange
ordnet, die eine axial verlaufende Verbindungsstange 23
trägt, an deren unterem Ende ein Entriegelungskolben 20 ange
bracht ist.
Der Entriegelungskolben 20 ist dabei in einen Hilfszylinder
19 eingesetzt, den er in eine Druckkammer 21 und eine Aus
gleichskammer 22 unterteilt. Die Verbindungsstange 23, durch
die sich eine axiale Durchgangsbohrung 26 hindurcherstreckt,
um den Ausgleichsraum 22 mit dem Druckraum 15 zu verbinden,
ist dabei gleitend und dicht in eine entsprechende Bohrung
29 in der oberen Stirnwand 24 des Hilfszylinders 18 einge
setzt.
In der Umfangswand 27 des Zylinders 13 sind radiale Bohrun
gen 30 vorgesehen, in die Riegelkugeln 11 eingesetzt sind,
die in ihrer in Fig. 2 dargestellten Verriegelungsstellung
in eine in der Innenumfangsfläche der Rammschneide 39 vorge
sehene Rastnut 45 eingreifen, um das Verschlußstück 12 gegen
eine unerwünschte axiale Verschiebung sicher in der Ramm
schneide 39 bzw. dem Probenentnahmerohr 37 zu halten.
Die in Fig. 2 dargestellten Rammschneide 39 weist einen
Schraubring 46 zum Aufschrauben auf das untere Sondenrohr
auf, an dem ein aus Hartmetall bestehender Schneidring 47 an
geordnet ist, der von einer Überwurfmutter 48 am Schraubring
46 gehalten wird. Anstelle einer derartigen, dreiteiligen
Rammschneide 39 kann auch eine beispielsweise einstückige
Rammschneide 39 für die Bodenprobenentnahmesonde vorgesehen
werden, wenn diese beispielsweise in relativ weichen Böden
eingesetzt werden soll.
Im oberen Abschnitt des oberen Sondenrohrs ist in Fig. 1 ein
Druckanschluß 28 dargestellt, der über eine Druckrohrleitung
49 mit einer entsprechenden Druckluftquelle verbindbar ist.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Bodenprobeentnahmesonde
wird im folgenden näher erläutert:
Um die Bodenprobenentnahmesonde für die Entnahme einer Boden
probe vorzubereiten, wird zunächst das Probenentnahmerohr,
das vorzugsweise aus einem gegen Chemikalien, zumindest
gegen die zu erwartenden Chemikalien resistenten Kunststoff
besteht, in das unteren Sondenrohr 38 und die Anschlußhülse
36 eingesetzt. Anschließend wird die Rammschneide 39 auf das
untere, aus Stahl bestehende Sondenrohr 38 aufgeschraubt, so
daß das Probenentnahmerohr 37 vor Beschädigungen geschützt
in dem Sondenrohr 38 angeordnet ist.
Jetzt wird das Verschlußstück 12, dessen Steuerschieber in
seiner Freigabestellung angeordnet ist, soweit in die Ramm
schneide 39 eingeschoben, bis die Riegelkugeln 11 gegenüber
der Rastnut 45 liegen. Daraufhin wird der Druckraum 15 über
den Druckanschluß 28 mit Druckluft beaufschlagt, wobei sich
der Steuerschieber 9 in seine Sperrstellung verschiebt und
dabei die Riegelkugeln 11 in die Rastnut 45 hineindrückt.
Dabei baut sich im Druckraum 21 des Hilfszylinders 19 ein
Entriegelungsdruck auf. Sobald im Druckraum 15 der gewünsch
te Haltedruck, z.B. 8 bar, aufgebaut ist, ist das Verschluß
stück 12 so fest in der Rammschneide 39 verriegelt, daß es
auch bei schweren Rammstößen axial nicht verschoben werden
kann. Jetzt kann der Druckanschluß 28 entfernt werden.
Damit ist die Bodenprobenentnahmesonde für die Entnahme
einer Bodenprobe vorbereitet.
Sie kann nun entweder als Rammsonde unmittelbar durch das
über der zu untersuchenden Bodenschicht liegende Erdreich
oder anderweitige Material, z.B. durch einen Müllberg, bis
in die gewünschte Tiefe hindurchgerammt werden. Es ist
jedoch auch möglich, die Bodenprobenentnahmesonde durch ein
zuvor hergestelltes Bohrloch abzusenken.
Sobald sich die Bodenprobenentnahmesonde in der gewünschten
Tiefe befindet, kann das Ventil 14 entweder mittels einer
einfachen Stange oder über den Druckluftanschluß 28 und ein
entsprechendes, der Druckluftquelle zugeordnetes, nicht dar
gestelltes Ablaßventil geöffnet werden, so daß die Druckluft
aus dem Druckraum 15 des Verschlußstücks 20 entweicht. Der
Steuerschieber 8 verschiebt sich nun infolge seines Eigenge
wichts und unterstützt durch die Entriegelungskraft, die vom
im Druckraum 21 auf den Entriegelungskolben 20 wirkenden Ent
riegelungsdruck erzeugt wird, nach unten, so daß die im Steu
erschieber 9 vorgesehene Ringnut 18 den Riegelkugeln 11 ge
genüberliegt.
Daraufhin wird die Bodenprobenentnahmesonde mit Rammschlägen
weiter in den Boden hineingetrieben, wobei das Verschluß
stück 12 relativ zur Bodenprobenentnahmesonde nach oben
durch das Probenentnahmerohr 37 verschoben wird. Dabei
werden die Riegelkugeln 11 aus der Rastnut 45 in der Ramm
schneide 39 heraus- und radial nach innen in die Ringnut 18
des Steuerschiebers 9 hineingeschoben, so daß das Verschluß
stück ohne weiteres durch das Probenentnahmerohr 37 nach
oben gleiten kann.
Sobald sich das Verschlußstück 12 in seiner in Fig. 1 mit
dünnen Linien dargestellten oberen Stellung an einem vom kon
ischen Abschnitt 32 gebildeten oberen Anschlag befindet und
das Probenentnahmerohr 37 mit der gewünschten Bodenprobe ge
füllt ist, wird der Druckluftanschluß 28 wieder auf das
Ventil 14 aufgesetzt, wodurch es geöffnet wird, so daß der
Druckraum 15 mit Druckluft beaufschlagt werden kann. Dabei
drückt der sich in seine Sperrstellung bewegende Steuerschie
ber die Riegelkugeln 11 in eine entsprechende Rastausnehmung
49, die in der Innenfläche des oberen Sondenrohrs 31 vorgese
hen ist. Jetzt ist das Verschlußstück 12 im oberen Sonden
rohr 31 verriegelt, so daß die Bodenprobenentnahmesonde aus
dem Bohrloch herausgezogen werden kann.
Beim Herausziehen der Bodenprobenentnahmesonde bildet sich
zwischen der Spitze der Sonde und dem umgebenden Erdreich
ein Vakuum. Hierdurch wird die Probe jedoch nicht aus dem
Probenentnahmerohr 37 herausgezogen, da das Verschlußstück
12 im oberen Sondenrohr 31 verriegelt ist, so daß sich zwi
schen dem Verschlußstück 32 und der entnommenen Probe eben
falls ein Vakuum bildet, das die Probe im Probenentnahmerohr
37 festhält.
Auf diese Weise läßt sich eine einwandfreie, nicht kontami
nierte Bodenprobe entnehmen. Dabei ist es von Vorteil, daß
die Rammschneide 39 eine gewisse Strecke über das Probenent
nahmerohr 37 nach vorne vorsteht, so daß das innerhalb der
Rammschneide befindliche Bodenmaterial, das möglicherweise
verunreinigt sein könnte, einfach von der Probe im Probenent
nahmerohr 37 getrennt werden kann.
Claims (9)
1. Bodenprobenentnahmesonde für Rammkernsondierungen mit
einem äußeren Sondenrohr, in dem ein Probenentnahmerohr
koaxial angeordnet ist, und mit einem eine Rammspitze
aufweisenden Verschlußstück am Ende des Sondenrohrs, das
eine mit dem Sondenrohr zusammenarbeitende, fernbetätigt
lösbare Verriegelungseinrichtung mit einem zwischen
einer Freigabe- und einer Sperrstellung verschiebbaren
Steuerschieber trägt,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Steuerschieber (9) zur Betätigung von Riegelele
menten (11) mit Druckluft beaufschlagbar ist.
2. Bodenprobenentnahmesonde nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der axial verschiebbare Steuerschieber (9) einen in
einem im Verschlußstück (12) vorgesehenen Zylinder (13)
angeordneten Steuerkolben (10) umfaßt, der im Zylinder
(13) einen über ein Ventil (14) be- und entlüftbaren
Druckraum (15) dicht abschließt.
3. Bodenprobenentnahmesonde nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ventil (14) in der oberen Stirnwand (25) des
Steuerkolbens (10) angeordnet ist.
4. Bodenprobenentnahmesonde nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ventil (14) mit einem Druckluftanschluß (28) kop
pelbar ist.
5. Bodenprobenentnahmesonde nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Außenumfangsfläche des Steuerkolbens (10) eine
Steuerfläche (16) mit axial verlaufender Steuerkurve
(17) bildet, deren Freigabeabschnitt (18) benachbart zur
oberen Stirnwand (25) angeordnet ist.
6. Bodenprobenentnahmesonde nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Freigabeabschnitt als umlaufende Ringnut (18)
ausgebildet ist.
7. Bodenprobenentnahmesonde nach Anspruch 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Zylinder (13) des Verschlußstücks (12) ein Hilfs
zylinder (19) vorgesehen ist, der von einem Entriege
lungskolben (20) in eine Druckkammer (21) und eine Aus
gleichskammer (22) unterteilt ist, wobei der Entriege
lungskolben (20) mit dem Steuerkolben (10) mittels einer
Verbindungsstange (23) verbunden ist, die sich dicht
durch eine in einer oberen Stirnwand (24) des Hilfszylin
ders (19) vorgesehene Bohrung (29) hindurcherstreckt.
8. Bodenprobenentnahmesonde nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Druckraum (25) über eine axiale Durchgangsboh
rung (26) in der Verbindungsstange (23) mit der Aus
gleichskammer (22) verbunden ist.
9. Bodenprobenentnahmesonde nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Riegelelemente als Riegelkugeln (11) ausgebildet
sind, die in entsprechenden radialen Bohrungen (30) in
der Umfangswand (27) des Verschlußstücks (12) angeordnet
sind und die vom in seine Sperrstellung bewegbaren Steu
erkolben (10) radial nach außen in ihre Sperrlage drück
bar sind.
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