DE19713754A1 - Bohrlochsonde - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohrlochsonde, wie sie üblicherweise zur Vermessung, Erkundung und Überwachung von Bohrlöchern im Grundbau bzw. bei bodenmechanischen Untersuchungen verwendet wird.

Bereits seit relativ langer Zeit ist es bekannt, in den Erdboden oder in Gestein eine Bohrung einzubringen, wobei sich aus dem dabei gewonnenen Bohrkern Aufschlüsse über den Aufbau und die Schichtungen des Gesteins oder des Gebirges gewinnen lassen, so daß Aussagen über die Eig­ nung des Bodens für bestimmte Baumaßnahmen getroffen werden können. Die Auswertung eines Bohrkerns ist in vielen Fällen jedoch nicht ausreichend, da sich insbeson­ dere in einem wenig standfesten Gebirge kein oder zumin­ dest kein zusammenhängender Bohrkern gewinnen läßt. Um auch unter derartigen Verhältnissen zuverlässig Informa­ tionen über den Aufbau des Bodens zu erhalten, sind sogenannte Bohrlochsonden entwickelt worden, die nach Ausbildung eines Bohrloches in dieses eingefahren werden. Je nach den Anforderungen an die zu gewinnenden Informa­ tionen sind dabei verschiedene Bohrlochsonden im Einsatz. Um den Bohrlochverlauf und insbesondere die Bohrlochnei­ gung zu bestimmen, werden Bohrlochsonden mit mehreren Neigungssensoren eingesetzt, wobei gegebenenfalls zusätz­ lich ein Kompaß an der Bohrlochsonde angeordnet sein kann. Es sind jedoch auch reine Kompaßsonden bekannt.

Gemäß einer weiteren bekannten Bauart einer Bohrlochsonde ist diese mit einer Videokamera versehen, so daß beim Ein- und Ausfahren der Bohrlochsonde eine Film- bzw. Videoaufnahme aufgezeichnet werden kann, die anschließend von Geologen nach gefügekundlichen oder petrographischen Gesichtspunkten ausgewertet werden kann. Darüber hinaus existieren Sondersonden, die speziell für bestimmte Einsatzzwecke ausgelegt und konstruiert sind.

Da Bohrlochsonden bereits in der Anschaffung relativ teuer sind, haben sie noch keine große Verbreitung bei Baufirmen etc. gefunden, sondern Bohrlochuntersuchungen mit Bohrlochsonden werden üblicherweise an darauf spezia­ lisierte Firmen vergeben. Da diese für verschiedene Anwendungsfälle eine Vielzahl unterschiedlicher Bohrloch­ sonden vorhalten müssen, sind die bei Bohrlocherkundungen anfallenden Kosten relativ hoch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrloch­ sonde zu schaffen, die in einfacher Weise an verschiedene Anwendungsfälle anpaßbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Bohrloch­ sonde mit einem Basisteil gelöst, an dem zumindest ein Meßmodul und/oder ein Führungsmodul über eine Kupplung in lösbarer und somit auswechselbarer Weise anbringbar ist.

Erfindungsgemäß wird somit von dem Grundgedanken ausge­ gangen, daß der Benutzer die für einen bestimmten Anwen­ dungsfall optimale Bohrlochsonde aus verschiedenen Modu­ len beliebig zusammensetzen kann. Auf diese Weise kann die Bohrlochsonde einerseits optimal auf den gewünschten Einsatzzweck abgestimmt werden und andererseits ist es nicht mehr notwendig, eine Vielzahl unterschiedlicher, vollständiger Bohrlochsonden vorzuhalten. Die Erfindung stellt somit eine Multifunktionssonde in Modulbauweise zur Verfügung.

Das erfindungsgemäß vorgesehene Basisteil bildet quasi den Träger der vom Benutzer zusammenzustellenden Bohr­ lochsonde. Da jede Bohrlochsonde üblicherweise mit einem Neigungssensor ausgerüstet ist, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, den Neigungssensor in dem Basisteil anzuordnen. Bei einer speziellen Ausgestaltung können am Basisteil auch drei Neigungssensoren angeordnet sein, die die verschiedenen Vertikal- und Horizontalneigungen erfassen.

Die mit jeder Bohrlochsonde gewonnenen, üblicherweise in analoger Form vorliegenden Daten werden vor der Auswer­ tung normalerweise gespeichert, so daß es sich empfiehlt, die analogen Daten in digitale Daten umzusetzen. Zu diesem Zweck finden bekannte Controller Verwendung, die in Weiterbildung der Erfindung ebenfalls am Basisteil angeordnet sein können.

Das Basisteil besitzt mehrere Kupplungen beispielsweise in Form von Steckern oder Buchsen, auf die jeweils ein Modul aufgesteckt werden kann. Da die zu erkundenen Bohrlöcher relativ schmal sind, hat es sich bewährt, das Basisteil als ein längliches Gehäuse auszubilden, an dessen entgegengesetzten Stirnseiten jeweils eine Kupp­ lung ausgebildet ist.

Die Bohrlochsonde muß beim Einfahren in das Bohrloch geführt und vorzugsweise zentriert werden. Dies wird üblicherweise durch Führungsrollen oder Führungskufen erreicht, die sich an der Innenwandung des Bohrloches oder eines in dieses eingesetzten Führungsrohres abstüt­ zen. Vorzugsweise sind die Führungsrollen oder -kufen an Führungsmodulen vorgesehen, die an das Basisteil ankop­ pelbar sind. Auf diese Weise können im Bedarfsfall an den Durchmesser des zu erkundenden Bohrlochs angepaßte Füh­ rungsmodule an das Basisteil angekoppelt werden.

Als Meßmodule, die ebenfalls an das Basisteil ankoppelbar sind, kann ein Kompaßmodul und/oder ein Kameramodul vorgesehen sein, wobei auf letzterem eine Videokamera und gegebenenfalls eine Beleuchtungseinrichtung angeordnet sind. Sobald die Module an dem Basisteil unmittelbar oder mittelbar angeschlossen sind, sind sie mittels der Kupp­ lung auch elektrisch bzw. datentechnisch mit dem Basis­ teil verbunden, so daß die von dem Modul aufgenommene Daten oder Informationen an das Basisteil übertragen und von diesem gegebenenfalls nach Wandlung in digitale Signale an die Erdoberfläche übermittelt werden können.

Um mehrere Module hintereinanderschalten zu können, besitzt jedes Meßmodul und/oder jedes Führungsmodul zumindest eine weitere Kupplung zur Anbringung eines weiteren Meßmoduls und/oder Führungsmoduls.

Das Meßmodul kann auch in Form eines Vorläufers ausgebil­ det sein, der dann vorzugsweise relativ zum Basisteil schwenkbar angeordnet ist.

Aufgrund der beliebig kombinierbaren Kupplungen an dem Basisteil, den Meßmodulen und den Führungsmodulen kann der Benutzer für jeden Anwendungsfall eine Bohrlochsonde nach den notwendigen Gegebenheiten zusammenstellen, ohne eine entsprechende komplette Bohrsonde ständig vorhalten zu müssen. Dies ist sowohl in wirtschaftlicher als in meßtechnischer Hinsicht vorteilhaft.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung ersichtlich. Es zei­ gen:

Fig. 1 das Basisteil in Seitenansicht,

Fig. 2a Führungsmodule gemäß einem ersten Ausfüh­ rungsbeispiel,

Fig. 2b Führungsmodule gemäß einem zweiten Ausfüh­ rungsbeispiel,

Fig. 3 eine Bohrlochsonde gemäß einer ersten Zusammenstellung,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Bohrloch­ sonde gemäß Fig. 3 und

Fig. 5-12 schematische Darstellungen von Bohrlochson­ den abgewandelter Zusammenstellungen.

Fig. 1 zeigt ein Basisteil 10, das für die vom Benutzer beliebig zusammenstellbare Bohrlochsonde die Grundeinheit bildet. Das Basisteil 10 besitzt ein längliches Gehäuse 11, das an seinen entgegengesetzten Stirnseiten mit Steckeraufnahmen bzw. Anschlußausnehmungen 16 ausgebildet ist, an deren Boden elektrische Anschlußkontakte 17 ausgebildet sind. Wie in Fig. 1 schematisch angedeutet ist, besitzt das Basisteil 10 einen ersten Neigungssensor 12, mittels dessen die vertikale Neigung der Bohrlochson­ de erfaßbar ist, einen zweiten Neigungssensor 13, der der Erfassung der horizontalen Neigung der Bohrlochsonde dient, sowie einen weiteren Neigungssensor 14, der eben­ falls zur Erfassung der Vertikalneigung der Bohrlochsonde verwendet wird. Darüber hinaus ist an dem Basisteil ein Controller 15 angeordnet, mittels dessen analog vorlie­ gende Meßwerte oder Informationssignale in digitale Meßwerte oder Signale umgesetzt werden können.

Um die Bohrlochsonde in einem Führungsrohr eines Bohr­ loches oder an der Bohrungswandung während ihrer Bewegung abzustützen und zu führen, sind Führungsvorrichtungen vorgesehen, die gemäß einem ersten, in Fig. 2a darge­ stellten Ausführungsbeispiel jeweils zu Führungsmodulen 20 zusammengefaßt sind. Jedes Führungsmodul 20 besitzt ein Gehäuse 18, das auf einer Stirnseite mit einem Stecker 21 und daran befindlichen Steckkontakten 21a ausgebildet ist. Der Stecker 21 kann in die Anschlußaus­ nehmungen 16 des Basisteils 10 eingeführt werden, wobei die Steckkontakte 21a mit den Anschlußkontakten 17 des Basisteils 10 in Eingriff treten. Auf der dem Stecker 21 gegenüberliegenden Stirnseite des Gehäuses 18 ist ein Außengewinde 22 ausgebildet, an dem ein nicht dargestell­ tes Kabel zur Führung der Bohrlochsonde angeschlossen werden kann. Darüber hinaus besitzt das Führungsmodul 20 auf der dem Stecker 21 abgewandten Seite eine nicht dargestellte Anschlußausnehmung, die der Anschlußausneh­ mung 16 des Basisteils 10 mit entsprechenden Anschlußkon­ takten 17 entspricht. Über diese Anschlußausnehmung kann ein weiteres Modul an dem Führungsmodul 20 angebracht werden.

Im mittleren Bereich des Gehäuses 18 sind zwei diametral gegenüberliegend angeordnete Rollen 19 gelagert, die in bekannter Weise für die Führung des Führungsmoduls 20 und somit der Bohrlochsonde sorgen.

In Fig. 2b ist eine alternative Ausgestaltung von Füh­ rungsmodulen dargestellt, wobei gegenüber der Ausführung gemäß Fig. 2a lediglich statt der Führungsrollen 19 nunmehr Führungskufen 19a vorgesehen sind.

Fig. 3 zeigt eine Ausführung einer Bohrlochsonde, die aus einem Basisteil 10 sowie stirnseitig eingesteckten Führungsmodulen 20 besteht. Da eine derartige Bohrloch­ sonde nur die im Basisteil 10 angeordneten Neigungssen­ soren 12, 13 und 14 besitzt, dient sie zur Horizontal- und Vertikal-Neigungsmessung in einem Bohrloch.

Fig. 4 zeigt nochmals die Ausgestaltung der Bohrlochson­ de gemäß Fig. 3 in schematischer Darstellung. Auch hierbei ist das in dieser Figur nicht näher dargestellte Basisteil 10 beidseitig mit Führungsmodulen 20 gekoppelt, so daß eine Bohrlochsonde mit elementarem Aufbau vorge­ sehen ist.

Gemäß Fig. 5 ist die Bohrlochsonde gemäß Fig. 4 abge­ wandelt. Auch hierbei ist das Basisteil 10 an seiner einen Stirnseite mit einem Führungsmodul 20 gekoppelt. An der anderen Stirnseite ist ein Verbindungsmodul 27 vorge­ sehen, das auf der seiner Seite mit dem Basismodul 10 und auf seiner anderen Seite mit einem sogenanntem Vorläufer 25 über entsprechende Kupplungen gekoppelt ist. Das Verbindungsmodul 27 ist so aufgebaut, daß der Vorläufer 25 um ein Gelenk 26 um einen gewissen Winkel relativ zum Basisteil 10 schwenkbar ist, wie durch den Doppelpfeil S angedeutet ist. An seinem dem Verbindungsmodul 27 abge­ wandten Ende ist der Vorläufer mit einem bereits be­ schriebenen Führungsmodul 20 gekoppelt.

Die Bohrlochsonde gemäß Fig. 6 geht von dem elementaren Aufbau gemäß Fig. 4 aus, wobei lediglich auf einer Seite des Führungsmoduls 20 ein 1. Meßmodul in Form eines Kompaßmoduls 30 angekoppelt ist. Das Kompaßmodul besitzt auf einer Stirnseite einen Stecker, mit dem es in die Anschlußausnehmung des Führungsmoduls 20 eingreift, sowie eine entsprechende Anschlußausnehmung 34 auf seiner gegenüberliegenden Stirnseite. Dieser Aufbau ermöglicht es, das Kompaßmodul auch zwischen dem Basisteil 10 und dem Führungsmodul 20 anzuordnen, wie es in Fig. 7 darge­ stellt ist.

Statt eines Kompaßmoduls kann die in Fig. 6 dargestellte Bohrlochsonde auch mit einem 2. Meßmodul in Form eines Kameramoduls 40 gekoppelt werden, wie es in Fig. 8 dargestellt ist, wobei die dortige Ausgestaltung eine Hintereinanderschaltung eines Führungsmoduls, des Basis­ teils, eines weiteren Führungsmoduls und des Kameramoduls 40 zeigt, das an seinem freien Ende mit einer Beleuch­ tungseinrichtung 41 versehen ist.

Fig. 9 zeigt eine Abwandlung der Bohrlochsonde gemäß Fig. 7, wobei zusätzlich zu dem Kompaßmodul 30 ein Kameramodul 40 angeordnet ist. Somit besteht die Bohr­ lochsonde aus einer Hintereinanderkopplung eines Füh­ rungsmoduls 20, des Basisteils 10, des Kompaßmoduls 30, eines weiteren Führungsmoduls 20 sowie des Kameramoduls 40.

Für den Fall, daß eine Neigungsmessung nicht notwendig sein sollte, kann bei der Ausführung gemäß Fig. 10 ein Basisteil 10a in Form eines Blindstückes vorgesehen sein. Das Basisteil 10a ist an seinem einen Ende in bekannter Weise mit einem Führungsmodul 20 gekoppelt, während auf der anderen Seite ein Kompaßmodul 30 angeschlossen ist, an das wiederum ein zweites Führungsmodul 20 angekoppelt ist. Die in Fig. 11 dargestellte Bohrlochsonde ist demgegenüber um ein an das Führungsmodul 20 angekoppeltes Kameramodul ergänzt. Fig. 12 zeigt eine ähnliche Ausfüh­ rung einer Bohrlochsonde, wobei lediglich gegenüber Fig. 11 das Kompaßmodul weggelassen ist.

Aus den beispielhaft dargestellten Zusammenstellungen einer Bohrlochsonde ist ersichtlich, daß der Benutzer mit der erfindungsgemäßen Modultechnik die Bohrlochsonde individuell zusammenstellen und optimal an dem gewünsch­ ten Einsatzzweck anpassen kann.

Claims (10)

1. Bohrlochsonde mit einem Basisteil (10, 10a), an dem zumindest ein Meßmodul (30, 40) und/oder Führungsmo­ dul (20) über eine Kupplung (16, 17, 21, 21a) in auswechselbarer Weise anbringbar ist.

2. Bohrlochsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Meßmodul (30) und/oder das Führungsmo­ dul (20) zumindest eine weitere Kupplung zur Anbrin­ gung eines weiteren Meßmoduls (30, 40) und/oder Führungsmoduls (20) besitzt.

3. Bohrlochsonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Basisteil (10) zumindest einen Neigungssensor (12, 13, 14) trägt.

4. Bohrlochsonde nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Basisteil (10) einen Controller (15) für die Analog/Digital-Umsetzung von Meßdaten trägt.

5. Bohrlochsonde nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Basisteil (10) ein längliches Gehäuse (11) aufweist, an dessen entge­ gengesetzten Stirnseiten jeweils eine Kupplung (16, 17) ausgebildet ist.

6. Bohrlochsonde nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßmodul (30, 40) und/oder Führungsmodul (20) mittels der Kupplung (16, 17, 21, 21a) elektrisch bzw. datentechnisch mit dem Basisteil (10) verbindbar ist.

7. Bohrlochsonde nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ein 1. Meßmodul in Form eines Kompaßmoduls (30).

8. Bohrlochsonde nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch ein 2. Meßmodul (40) mit einer Videokamera.

9. Bohrlochsonde nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsmodul (20)
Führungsrollen (19) oder -kufen (19a) aufweist, die an der Innenwand eines Führungsrohres abstützbar sind.

10. Bohrlochsonde nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch ein 3. Meßmodul mit einem Vorläufer (25), der relativ zu dem Basisteil (10) schwenkbar angebracht ist.