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Dokumentenidentifikation DE3904105C2 15.10.1992
Titel Gerät zur Entnahme eines Bodenprobenkörpers
Anmelder Georg Fritzmeier GmbH & Co, 8011 Großhelfendorf, DE
Erfinder Rödel, Gerhard, Dipl.-Ing. (FH);
Schurig, Manfred, Dr., 8050 Freising, DE
Vertreter Tiedtke, H., Dipl.-Ing.; Bühling, G., Dipl.-Chem.; Kinne, R., Dipl.-Ing.; Pellmann, H., Dipl.-Ing.; Grams, K., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 8000 München
DE-Anmeldedatum 11.02.1989
DE-Aktenzeichen 3904105
Offenlegungstag 16.08.1990
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 15.10.1992
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.10.1992
Addition 40006778
IPC-Hauptklasse G01N 1/04
IPC-Nebenklasse E02D 1/04   E21B 49/02   E21B 25/10   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Entnahme eines Bodenprobenkörpers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Insbesondere in der Landwirtschaft werden wegen zunehmender Umweltbelastung in jüngster Zeit regelmäßig Bodenuntersuchungen durchgeführt, um Einflüsse auf den Boden laufend zu untersuchen, damit Gefahren rechtzeitig erkannt und eventuell notwendige Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können, um einen möglichst gesunden und damit auch fruchtbaren Boden zu behalten. Durch die Untersuchung auf Nährstoffe und einen Wechsel der angebauten Früchte läßt sich die Düngung optimieren, eine Auslaugung oder Überdüngung vermeiden. Es läßt sich feststellen, ob die Bodenstruktur intakt, der Boden gut durchlüftet ist und der Boden einen ausreichenden Anteil an Humus enthält usw.

Bisher erfolgte die Entnahme von Proben mit einem Handwerkzeug, z. B. einem Bohrstock, einer Schnecke oder ähnlichem, das in den Boden eingetrieben und dann unter Mitnahme des vom Werkzeug umschlossenen Bodenquerschnitts gehoben wird. Die entnommene Bodenprobe wird dann aus dem Werkzeug herausgekratzt, in Tüten oder Behälter gefüllt und zu einem Untersuchungslabor befördert. Diese Arbeitsweise ist nicht nur sehr umständlich, sie führt auch dazu, daß kein sauberer Aufschluß über die Bodenschichtung mehr erzielt werden kann, wenn die Probe aus dem Werkzeug herausgekratzt worden ist. Außerdem ist die Bodenstruktur hierdurch gestört und bestimmte Bestandteile, wie Gase, können praktisch nicht mehr in ihrer korrekten Konzentration ermittelt werden.

Aus der DE-AS 11 77 854 ist ein gattungsgemäßes Gerät zur Entnahme von Bodenproben bekannt, bei dem im Durchgangskanal einer Sonde eine Rückhalteeinrichtung in Form von elastischen Lippen vorgesehen ist. Diese lassen sich bei eingetriebener Sonde über einen Druckstempel gegen den Widerstand des eingeschlossenen Bodens zur Sondenachse hin verformen. Durch diese Verformung der Lippen wird die Bodenprobe abgequetscht und dadurch in diesem Bereich die Bodenstruktur zerstört. Das kann bei der Auswertung der Bodenprobe zu verfälschten Ergebnissen führen.

Aus der DE-OS 25 45 851 ist ein Gerät zur Entnahme eines Bodenprobenkörpers bekannt, bei dem im Durchgangskanal eine Blattfeder als Rückhalteeinrichtung vorgesehen ist. Diese Blattfeder wird beim Eintreten der Sonde an die Wandung des Durchgangskanals angelegt und verschließt den Sondenquerschnitt beim Herausziehen der Sonde. Auch bei dieser Einrichtung wird die Bodenprobe im Bereich der Rückhalteeinrichtung abgequetscht, wobei auch hier eine Verfälschung der Meßergebnisse nicht ausgeschlossen ist.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Gerät zur Entnahme eines Bodenprobenkörpers derart weiterzubilden, daß eine hinsichtlich der Bodeneigenschaften weitgehend unbestörte Bodenprobe in das Behältnis ausnehmbar ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Gerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bei Erprobung des erfindungsgemäßen Geräts zeigt es sich, daß durch das Anbringen des Übergangsradius im Durchgangskanal und der Verwendung zumindest zweier Federdrähte als Rückhalteeinrichtung eine Bodenprobe entnehmbar ist, deren Eigenschaften weitestgehend denjenigen des umliegenden Bodens entsprechen.

Es war zwar bereits aus den Druckschriften DE-AS 11 77 854, DE-OS 25 45 851 und DE-AS 12 22 714 bekannt, den Durchgangskanal im Abstand zur Sondenspitze über eine Radialschulter zu erweitern, aus keiner dieser Entgegenhaltungen war es jedoch bekannt, diese Radialschulter mit einem Übergangsradius zu versehen. Es zeigt sich aber, daß bei der Verwendung derartiger Radialschultern ohne den erfindungsgemäßen Übergangsradius wesentliche Abweichungen von Meßparametern der Bodenprobe - bspw. der Dichte - gegenüber dem umliegenden Boden feststellbar waren.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Übersichtsdarstellung eines von einem Traktor getragenen Gerätes zur Bodenentnahme;

Fig. 2 eine Schnittansicht des Fußendes einer Sonde;

Fig. 3 einen Teilschnitt der Spitze der Sonde; und

Fig. 4 eine vorteilhafte Weiterbildung einer Sonde.

Zur zuverlässigen Beurteilung landwirtschaftlicher Nutzflächen ist es notwendig, die Bodenbeschaffenheit durch die Entnahme einer großen Anzahl von Bodenproben zu untersuchen. Um möglichst viele Proben in kurzer Zeit und mit konstanten Entnahmeparametern entnehmen zu können, ist es vorteilhaft, ein weitgehend automatisiertes Bodenprobenentnahmegerät gemäß Fig. 1 einzusetzen, wobei das im folgenden beschriebene Grundprinzip auch bei anderen Materialien, wie z. B. Silagen o. ä. anwendbar ist.

Dabei ist eine Sonde 1 zur Probennahme an einem Gestell 2 befestigt, das an einem geländegängigen Fahrzeug, beispielsweise an einem Traktor 3 angeordnet ist. Das Gestell trägt einen doppeltwirkenden Hydraulikzylinder 4 mit eigener, fahrzeugunabhängiger Hydraulikanlage und Stromversorgung (hier nicht gezeigt), der mit der Sonde 1 operativ verbunden ist und mittels dem die Sonde 1 in eine gewünschte Tiefe in den Boden eintreibbar und wieder herausziehbar ist. An dem Gestell 2 sind im Bereich der Sonde 1 zwei Probenbehälter 5 für Proben aus zwei unterschiedlichen Schichttiefen vorgesehen. Die Probenbehälter sind beispielsweise Kunststoffbeutel, die zur Aufnahme von jeweils einem Probensatz dienen, wobei jeder Probensatz aus Probenkörpern 7 einer vorbestimmten Bodenschicht (z. B. 0-30 cm, 30-60 cm) besteht. Jedem Probenbehälter 5 ist ein Sammelbehälter 6 zur Aufbewahrung von mehreren Probensätzen zugeordnet. Um Umwelteinflüsse zuverlässig auszuschalten, sind die Sammelbehälter 6 vorzugsweise als Kühlbehälter ausgeführt, in denen die Probenkörper 7 auf einer konstanten Temperatur, beispielsweise 2-3°C, gehalten werden können. Im Bereich der Sonde 1 ist eine Sitzeinrichtung 8 angebracht, von der aus eine Bedienperson das Gerät zur Probennahme bedienen kann.

Die Sonde 1 hat einen zylinderförmigen Rohrmantel 9 (siehe Fig. 2), dessen Fußende mit einer Spitze 10 derart verschraubt ist, daß deren Außenumfangsfläche unmittelbar an die Mantelfläche des Rohrmantels 9 anschließt. Ein im wesentlichen zylinderförmiger Durchgangskanal 12 zur Aufnahme des Probenkörpers 7 durchsetzt die Sonde 1 in Axialrichtung. Um den Verschleiß und eine Verfälschung der Proben durch Korrosion der Sonde o .ä. zu minimieren, bestehen sowohl die Spitze 10 als auch der Rohrmantel 9 vorzugsweise aus Edelstahl. Der Kopf 11 der Spitze 10 hat eine stumpfkegelförmige Mantelfläche mit einem Kegelwinkel β von beispielsweise 20°, die an ihrem Öffnungsquerschnitt 13 mit der Wandung des Durchgangskanals 12 eine Schneide 14 bildet. Der Öffnungsquerschnitt 13 verläuft bei diesem Ausführungsbeispiel senkrecht zur Sondenachse. Um einen Stau des Probenkörpers durch Reibung an der Umfangsfläche des Durchgangskanals zu verhindern, ist der Durchgangskanal 12 in einem vorbestimmten Abstand vom Öffnungsquerschnitt 13 über eine Radialschulter 15 erweitert. Zur Vergleichmäßigung des Fließens des Probenkörpers im Inneren der Sonde ist die näher an der Sondenachse angeordnete Umfangskante 16 der Radialschulter 15 - vorzugsweise mit einem Radius von 4 mm - abgerundet. Ein Montageabschnitt 17 an dem dem Öffnungsabschnitt 13 gegenüberliegenden Ende der Spitze 10 besteht aus einem gegenüber der angrenzenden Umfangskante der Mantelfläche der Spitze 1 radial zurückgesetzten zylinderförmigen Ansatz. Dieser trägt ein Außengewinde, das mit einem Innengewinde des Rohrmantels 9 in Eingriff steht, wobei ein Abschnitt 18 des Endquerschnitts in verschraubtem Zustand in das Innere des Durchgangskanals 12 vorsteht. An diesem Abschnitt 18 ist eine Abstandshülse 19 abgestützt, deren innere Umfangsfläche sich an den Durchgangskanal 12 der Spitze 10 anschließt. Die Abstandshülse 19 bildet ihrerseits einen Axialanschlag für eine untere Hülse 20, auf der sich wiederum eine obere Hülse 21 abstützt. Durch die übereinander angeordneten Hülsen 20, 21 können mit einem Sondeneinstich Bodenproben aus zwei übereinanderliegenden Bodenschichten entnommen werden. Die beiden Hülsen 20, 21 können von dem oberen, offenen Ende der Sonde 1 her eingeschoben werden. Mittels der Abstandshülse 19 läßt sich die Innenlänge der Sonde 1 an verschiedene Hülsenlängen anpassen.

Je nach Zusammensetzung und Viskosität des zu untersuchenden Bodens können unterschiedliche Spitzen 10 in den Rohrmantel 9 eingeschraubt werden. Bei der Prüfung von Sandböden ist es beispielsweise vorteilhaft, den Öffnungsquerschnitt 13 zur Sondenachse um einen Winkel von ca. 45° anzustellen. Für niedrigviskose Materialien oder wässerige Böden genügt es, eine Spitze 10 mit einem kurzen Kopf einzusetzen, da das Eintreiben der Sonde nur geringe Kräfte benötigt. Zur stabileren Ausbildung der Schneide 14 kann der Kopf 11 gemäß Fig. 3 um den Öffnungsquerschnitt 13 mit einem Winkel von vorzugsweise 45° angefast sein.

Um zu vermeiden, daß der Probenkörper 7 beim Anheben der Sonde 1 aus dieser herausrutscht, ist an dem Montageabschnitt 17 eine in den Durchgangskanal 12 ragende Rückhalteeinrichtung 23 vorgesehen (siehe Fig. 3). Diese besteht aus zwei bogenförmigen Federdrähten, die in zwei diametral gegenüberliegenden Axialnuten 24 verankert sind und sich über das Ende des Montageabschnitts 17 hinaus erstrecken.

Fig. 4 zeigt den Querschnitt eines vereinfachten weiteren Ausführungsbeispiels eines Geräts zur Bodenprobenentnahme, das dann verwendet werden kann, wenn ein Eintreiben der Sonde von Hand, beispielsweise per Hammerschlag, möglich ist und nur vereinzelt Proben entnommen werden. Der Aufbau der Sonde 1 ist etwa der gleiche wie in dem vorgehend beschriebenen Ausführungsbeispiel. In Verlängerung zu der Sonde 1 ist ein Schlagaufsatz (nicht gezeigt) angebracht, über den die Sonde per Hammerschlag in das Erdreich eintreibbar ist. Am Außenumfang des Rohrmantels 9 sind in Axialrichtung Wülste 37 mit einem beispielsweise nahezu halbkreisförmigen Querschnitt angebracht. Vorzugsweise sind die Wülste 37 diametral gegenüberliegend angeordnet. Diese Wülste 37 bieten beim Eintreiben der Sonde 1 keinen nennenswerten Widerstand. Zum Herausziehen läßt sich die Sonde im Erdreich um ihre Längsachse verdrehen. Dabei wird das an den Außenumfang der Sonde 1 angrenzende Erdreich durch die Wülste 37 verdrängt und die Mantelfläche der Sonde freigeschnitten. Die Sonde läßt sich dann auch von Hand mühelos aus dem Boden herausziehen.

Im folgenden wird die prinzipielle Funktionsweise des Geräts zur Entnahme eines Bodenprobenkörpers anhand der Übersichtsdarstellung in Fig. 1 beschrieben.

Zur Ermittlung bestimmter Bodeneigenschaften wurden Entnahmevorschriften entwickelt. So müssen zur Stickstoffuntersuchung beispielsweise folgende Punkte beachtet werden:

  • a) ein Probensatz besteht aus 15 Probenkörpern, d. h. 15 Einstiche in den Boden,
  • b) die Proben müssen nach einem bestimmten Muster aus dem Boden entnommen werden,
  • c) an jeder Einstichstelle werden zwei Schichttiefen entnommen,
  • d) die Probensätze aus jeder Schicht müssen jeweils in einem gesonderten Behälter gesammelt werden,
  • e) die gefüllten Behälter müssen wiederum bis zur Verarbeitung im Labor bei 2-3°C aufbewahrt werden.


Mit dem Gerät in der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 3 lassen sich alle in den Punkten a)-e) aufgeführten Schritte vor Ort und mit großer Schnelligkeit durchführen, wobei das Probenentnahmegerät von einem geländegängigen Fahrzeug, beispielsweise einem Traktor getragen wird. Das Gerät kann von der Sitzeinrichtung 8 aus von einer Bedienperson bedient werden. Zunächst wird die für den Boden geeignete Spitze 10 in den Rohrmantel eingeschraubt. Dabei ist die Sonde 1 gegenüber einem Halter (nicht gezeigt) um 90° verschwenkt, so daß das obere Ende der Sonde 1 geöffnet ist. In diese Öffnung werden nacheinander zwei Hülsen 20, 21 mit einer Länge von jeweils 30 cm eingeschoben, wobei sich die untere Hülse 21 auf der Abstandhülse 19 abstützt. Die Sonde wird anschließend zurückgeschwenkt, so daß die Sonde 1 verschlossen ist und die Hülsen 20, 21 axial festgelegt sind. Die Sonde wird mittels des Hydraulikzylinders 4 in den Boden getrieben. Dabei wird der von dem Durchgangskanal 12 überdeckte Bodenkern fortschreitend in das Innere der Hülsen 20, 21 hineingedrückt. Da sich der Durchgangskanal 12 über die Radialschulter 15 in der Relativbewegungsrichtung des Bodenkerns erweitert, kann er sich nach dem Passieren der Radialschulter in Radialrichtung entspannen, wobei das Fließen des Bodenkerns durch die Abrundung der Umfangskanten 16 der Radialschulter 15 vorteilhaft beeinflußt ist. Mit diesen Maßnahmen kann ein Aufstauen des Bodenkerns im Sondeninneren und eine Verdichtung der Probe zuverlässig verhindert werden. Nach dem Erreichen der gewünschten Eintreibtiefe (hier etwa 60 cm) wird die Sonde durch den Hydraulikzylinder 4 aus dem Erdreich gezogen. Beim Eintreiben der Sonde 1 werden die Federdrähte des Rückhalteverschlusses 23 durch den eintretenden Bodenkern in Richtung zur Mantelfläche des Durchgangskanals 12 gebogen. Beim Heben der Sonde 1 bewegt sich der Bodenkern relativ zu den Hülsen 20, 21 zunächst in Richtung des Öffnungsquerschnitts 13 der Sonde 1. Dadurch werden die Federn 23 derart verspreizt, daß sie ein weiteres Abrutschen des Bodenkerns in den Hülsen 20, 21 verhindern und dieser vom Erdboden abgetrennt wird. Zur Entnahme der Probenkörper 7 wird die Sonde 1 mittels der Gelenkmanschette 25 gegenüber dem Hydraulikarm 4 verschwenkt. Anschließend können die beiden mit dem Boden gefüllten Hülsen 20, 21 entnommem werden. Da diese direkt übereinander in der Sonde 1 angeordnet sind und jeweils eine Länge von 30 cm haben, erhält man mit dem Gerät mit einem Stich zwei Proben aus verschiedenen Bodenschichten, die weder durchmischt, noch verdichtet, noch auf irgend eine andere Art und Weise durch die Probennahme in ihren ursprünglichen Eigenschaften verändert wurden. Die Hülsen 20, 21 können nun verschlossen und einer Einzeluntersuchung im Labor zugeführt werden oder sie werden nach der obigen Vorschrift in jeweils einem, einer bestimmten Schichttiefe zugeordneten, Probenbehälter 5 gesammelt. Der Traktor fährt dann zur nächsten, nach dem Probennahmeplan vorgesehenen, Stichstelle und die Probennahme beginnt von vorn.

Der oben beschriebene Vorgang wiederholt sich, bis ein Probensatz vollständig ist. Anschließend werden die einen Probensatz enthaltenden Probenbehälter 5 gekennzeichnet und in jeweils einem, einer Bodenschicht zugeordneten Sammelbehälter 6 bis zur Weiterverarbeitung im Labor aufbewahrt.


Anspruch[de]
  1. 1. Gerät zur Entnahme eines Bodenprobenkörpers mit einer rohrförmigen, am Fußende offenen Sonde (1), die mit einem zylinderförmigen Rohrmantel (9) mit einer austauschbaren Spitze (10) mit zylindrischem Durchgangskanal (12) ausgebildet ist, und in die ein Behältnis (20, 21) einsetzbar ist, das an einer ersten Radialschulter (18) der Sonde (1) abgestützt ist, wobei im Abstand vom Öffnungsquerschnitt (13) der Spitze (10) eine in den Durchgangskanal (12) ragende Rückhalteeinrichtung (23) vorgesehen ist und der Durchgangskanal (12) im Bereich der Spitze (10) im Abstand vom Öffnungsquerschnitt (13) über eine zweite Radialschulter (15, 16) erweitert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die radial innenliegende Umfangskante (16) der zweiten Radialschulter (15, 16) mit einem Übergangsradius abgerundet ist und daß die Rückhalteeinrichtung (23) durch zumindest zwei Federdrähte (23) gebildet ist.
  2. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radial außenliegende Umfangskante (15) der Radialschulter (15, 16) mit einem Übergangsradius abgerundet ist.
  3. 3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze (10) aus einem mit dem Rohrmantel (9) in Eingriff stehenden Montageabschnitt (17) und einem Kopf (11) mit einer stumpfkegelförmigen Mantelfläche besteht, die an ihrem Öffnungsquerschnitt (13) in eine Schneide (14) ausläuft.
  4. 4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federdrähte (23) an zwei diametral gegenüberliegenden Seiten des Montageabschnitts (17) befestigt sind.
  5. 5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Federdrähte (23) in Axialnuten (24) des Montageabschnitts (17) verankert sind und sich bogenförmig in Axialrichtung über das Ende des Montageabschnitts (17) hinaus erstrecken.
  6. 6. Gerät nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (11) einen Kegelwinkel (β) von etwa 20° aufweist.
  7. 7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsquerschnitt (13) der Spitze (10) in einer Ebene senkrecht zur Sondenachse liegt.
  8. 8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsquerschnitt (13) der Spitze (10) in einem vorbestimmten Winkel zur Sondenachse angestellt ist.
  9. 9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (11) um den Öffnungsquerschnitt (13) mit einem Winkel angefast ist.
  10. 10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel der Anfasung 45° beträgt.
  11. 11. Gerät nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Montageabschnitt (17) ein radial rückgesetztes Außengewinde besitzt, das bis zum bündigen Anschluß des Kopfs (11) an den Rohrmantel (9) in dessen unteres Ende einschraubbar ist.
  12. 12. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt des Endquerschnitts (18) des Montageabschnitts (17) in eingeschraubtem Zustand radial über die Innenwandung des Rohrmantels (9) zur Sondenachse hin vorsteht und dadurch die erste Radialschulter (18) gebildet ist.
  13. 13. Gerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß an der ersten Radialschulter (18) eine Abstandshülse (19) bündig abgestützt ist, die ihrerseits einen Anschlag für das Behältnis (20, 21) bildet.
  14. 14. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Behältnis (20, 21) aus mehreren Hülsen (20, 21) besteht, deren Länge auf getrennt zu untersuchende Bodentiefen abstimmbar ist.
  15. 15. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrmantel (9) an seiner Außenfläche zumindest zwei in Axialrichtung durchgehende Wülste (37) aufweist, die um eine vorbestimmte Strecke etwa halbkreisförmig aus dem Rohrmantel (9) vorstehen.
  16. 16. Gerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Wülste (37) vorhanden sind, die einander diametral gegenüberliegend am Rohrmantel (9) angeordnet sind.






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