DD273514A1 - Geophon - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen federgefuehrten Schwinger als Sensorteil fuer ein Geophon mit vorwiegend Zylinderform fuer den Einsatz in Bergwerken, Industrieanlagen und fuer andere seismische Ueberwachungsaufgaben mit einer Eigenfrequenz von einigen Hertz. Es besitzt einen hohlen Grundkoerper, der aus einer oberen und unteren Aufnahme besteht, die zur Aufnahme der Systemteile des Schwingers dienen und mit ihren Bemessungen die geforderte Lage dieser Systemteile sowie deren mechanische Stabilitaet zueinander sichern, aber andererseits neben der guten Zugaenglichkeit zu diesen Teilen eine rationelle Montage mit Moeglichkeiten zur Justierung und Pruefung vor der endgueltigen Komplettierung zum einsatzfaehigen Geraet gewaehrleisten. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Geophone mit federgeführtem Schwinger als Sensorteil für den stationären Einsatz in Bergwerken, Industrieanlagen und ähnliches mit einer Eigenfrequenz won einigen Hertz. Sie kann bei der Herstellung solcher Geophone und verwandter Geräte eingesetzt werden.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Geophone mit einer Eigenfrequenz von einigen Hertz für den stationären Einsatz haben üblicherweise Zylinderform, werden mit einer flachen Seite, dem Zylinderboden, auf den Untergrund aufgestellt und sind von der elastisch aufgehängten seismischen Masse her, die gewöhnlich mit Membranfedern auch relativ zum Zylinder in seinem Inneren geführt wird, in unterschiedlichen Ausführungen biw. der Geophonfedern (US 4323994), der Anzahl (DE-OS 2526460), Form und Anordnung der Ringmagnete und Induktionsspulen (SU 152963; EP 0184401) bekanntgemacht worden und erfolgreich im Einsatz (Prakla-Seismos Digest, Vol.3, Instruments and Hardware, Prakla-Seismos GMBH, Hannover 1979). Dieser weitverbreitete Geophontyp mit Zylinderform hat die gemeinsame Eigenschaft, daß der Zylindermantel im Inneren Kanten, Vorsprünge und ähnliches aufweist, die die Schwingerdimensionen und die Lage der strukturellen Teile wie Magnete, Federn und Spulen usw. zueinander endgültig festlegen und, daß das Geophon mit einer geforderten Eigenfrequenz in einem engen Toleranzbereich nicht veränderbar im' Montageprozeß entsteht, der in sich die endgültige Justierung des Schwingers schon enthält. Der Vorteil einer geringen Anzahl von Systemteilen für solch ein Geophon ist jedoch mit sehr hohen Aufwendungen bei der Hersteilung, Vorprüfung und Selektion engtolerierter Geophonfedern und bei der Herstellung und dem Vorabgleich der seismischen Masse und der Magnetsysteme

und Speien erkauft, denn nach dem Montageprozeß ist oin Eridabgleich oder eine Korrektur der Geophonparameter nicht mehr möglich und eine Änderung nur nach Demontage und mit dem Wechsel der Systemtolle, wie com Austausch von Federn oder ähnlichem zu erreichen. Damit Ist dieses Konzept für ein Geophon und seine Struktur nicht geeignet für eine rationelle Herstellung eines ongtolerierten Schwingers mit geforderter Eigenfrequenz und mit notwendigem Abgleich nach der Montage des Schingois oben zur Erreichung dieser Eigenfrequenz.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist eine rationellere Fertigung engtolerierter Schwingor durch eine Änderung der Montage- und Justiervorgänge.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zunriiru's, e'nen strukturellen Aufbau eines Scliwingers als Sensorteil für ein Geophon zu offenbaren, der es gestattet, dan Justier- und Montageprozeß zu vereinzeln und um einen zusätzlichen Abgleichschritt zu erweitern, in dem die geforderte) enge Toleranz der Schwing jrparameter des Gecphons erreicht wird. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß im Schwinger mit federgeführter seismischer Masse und den Systemteilen seismische Masse, Geophonfedern jnd Signalwandler zur Aufnahme der Systemteile ein hohler Grundkörper, der aus einer oberen Aufnahme und einer unteren Aufnahme besteht, wobei die eine der Aufnahmen mittels Gewinde in die andere eingeschraubt ist, vorhanden ist, und der an seinen Stirnseiten durch Deckel verschlossen ist, von denen mindestens einer so mit einer Öffnung versehen ist, daß der eino Teil des Signalwandlers durch diese Öffnung hindurch auf die seismischo Masse montiert ist und der and ore Teil 'les Signalwandlers in der Öffnung selbst fixi "t ist, und daß der hohle Grundkörper mit seinen Aufnahmen mit Deckeln an seinen Stirnseiten die geforderte Lage dieser Systemteile sowie deren mechanische Stabilität zueinander sichert, wobei der hohle Grundkörper, bestehend aus oberer und unterer Aufnahme, speziell ein zylindrischer Grundkörper ist, der in seiner Mantelfläche mindestens einen Durchbruch aufweisen kann, während durch die Deckel eis Verschlüsse der Stirnseiten des hohlen Grundkörpers die Goophonfedern in diesem definiert gehaltert werden. Die Verschraubung der oberen und unteren Aufnahme des Grundkörpers ist durch einen Konterring gesichert. Wahlweise weist die öffnung in den Deckeln ein Innengewinde auf.

Eine Zusatzmasse, die den fehlenden Teilmassen der Signalwandler entsprechen kann und die Einnahme Hör geforderten Gleichgewichtslage ohne diese Signalwandler gestattet, kann durch die Deckelöffnungen auf die seismische Masse aufgebracht werden. An Stelle des durch die Öffnung in den Deckeln fixierten einen Teiles des Signalwandlers können auch Arretierteile als Schutzvorrichtungen für die Systemteile des Schwingers angebracht werden. Durch c en Durchbruch in der Mantelfläche der oberen Aufnahme bzw. unteren Aufnahme des Grundkörpers kann der endgültige Wert der seismischen Masse durch Massezugabe odor Masseabnahme eingestellt werden. Die endgültige Fixierung der an sich bekannten Signalableitungen mit dem masseseitigen Teil des Signalwandlers kann in vorteilhafter Weise ebenso durch diesen Durchbruch vorgenommen werden.

Eine Befestigung des funktionsfähigen Schwingers auf Außentcilen kann sehr einfach mittels Schrauben o.a. in mindestens einer Gewindebohrung in der Mantelfläche der oberen bzw. unteren Aufnahme des Grundkörpers erfolgen. Durch die orfindungsgemäße Lösung mit einem Grundkörper, bestehend aus oberer und unterer Aufnahme, in dem mit Deckeln definiert die Geophonfedern in geforderter Lage gehalten werden, ist die Montage eines offenen Schwingers möglich, dessen Justierung nicht gleichzeitig mit diesem Schritt endgültig abgeschlossen, sondern die wahlweise in Verbindung mit Korrekturmaßnahmen in Anspruch genommen werden kann, um die geforderten Parameter mit enger Toleranz zu erreichen. Das aber erlaubt es gerade vorteilhaft, Federn u. a. parameterbestimmendo Teile einzusetzen, die nicht an sich schon durch eine hochgenaue Vorprüfung selektiert wurden, sondern die eine gröbere Toleranz aufweisen und rationeller herstellbar sind, und statt c.-ssen mit der erfindungsgemäßen guten Zugänglichkeit zu den parameterbestimmenden leiten des Schwingers und der erfindungsgemäßen Veränderung der Einschraublänge zwischen der oberen und unteren Aufnahme des Grundkörpers einen Abgleichschritt und eine Feineinstellung, zur Erreichung der Endtoleranzen, zwischen Montage der Schwingerbaugruppe mit dem Anbringen der Signalwandler und seiner Endkomplettierung, durch eine an sich bekannte Umhüllung, zu einem Geophon, einzuschieben.

Für den Fall der räumlichen Trennung einzelner Montageschritte und den dazu notwendigen Transport des vorliegenden vormontierten Schwingers im beschriebenen Aufbau von einer Stelle zu einer anderen sind vorteilhaft über die Öffnungen in den Verschlußdeckeln an Stelle des einen Teiles der Signalwandler- der andere masseseitige Teil des Signalswandlers kann montiert sein - Arretierteile als Schutzvorrichtungen anzuwenden; ebenso für den Fall der Lagerhaltung einer funktionsfähig geprüften Schwingerbaugruppe bzw. für eine vorbeugende Ersatzteilversorgung oder eine Reparatur vor Ort. Die weitere Komplettierung der Schwingerbaugruppe mit den Signalwandlern zu einem funktionsfähigen Schwinger, ausschließlich einer Endkomplettierung zu einem einsatzfähigen Geophon für den Meßeinsatz am vorgesehenen Ort, ist jederzeit wählbar und umkehrbar ohne Einschränkungen: auch im Sinne einertechnischen Weiterentwicklung mit' arbesserten Signalwandlern oder einer Erstellung von Versuchsaufbauten.

Die Verschraubung der oberen Aufnahme und der unteren Aufnahme des Grundkörpers ermöglicht auch nach der Komplettierung mit den Signalwand'ern über die Veränderung der Einschraublänge den Feinabgleich - durch den Konterring gesichert - der endgültigen Paramet ar ohne einen eventuell notwendigen Austausch der Federn bzw. ohno den endgültigen Einsatz besonders engtolerierter ausgesuchter Federn. Ebenso vorteilhaft erfolgt ein Nachjustieren auf die geforderten Parameter nach längerem Betriebseinsatz.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, durch eine Gewindebohrung in der Mantelfläche der oberen bzw. unteren Aufnahme des Grundkörpers den funktioncfähigen Schwinger mittels Schrauben o. ä. mit Außenteilen zu verbinden.

Die oben erwähnte notwendige Endkomplettierung der Schwingerbaugruppe zu einem olnsatzfählgon, Geophon erfolgt dann In üblicher Weise durch eine äußere zylindrische o.a. Umhüllung, die die erforderliche Isolation und Robustheit gegenüber Umgebungseinflüssen und Hantierungen garantiert

Der Aufbau und die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Lösung ist im Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Ausführungsbelsplttl

Die Erfindung soll nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher beschrieben werden. Fig. 1 zeigt einen Schwinger als Sensorteil für ein Geophon mit dem erfindungsgemäßen Grundkörper, bestehend aus oberer und unterer Aufnahme, und mit anderen Systemteilen im Schnitt.

In Fig. 1 ist die seismische Masse 8 im erfindungsgemäßen Grundkörper, bestehend aus einer oberen Aufnahme 1 und einer unteren Aufnahme 2, mit den Geophonfedern 7 im Sinne einer Parallelführung elastisch aufgehängt und geführt. Dabei weist eine der Aufnahmen 1,2 einen Durchbruch 16 auf, der den Zugang zur seismischen Masse 8 von außen gestattet. Die Verschraubung der oberen Aufnahme 1 mit der unteren Aufnahme 2 zum Grundkörpnr, im nachfolgenden Text als Grundkörper 1,2 bezeichnet, ist durch einen Konterring 14 gesichert. Die Geophonfedern 7 sind in den Grundkörper 1,2 eingelegt, durch obere Deckel 3 und untere Deckel 5 in diesem gehalten und durch Ringe 9 mit der seismischen Masso 8 verbunden. An <ier seismischen Masse 8 sind als masseseitiger Teil des Signalwandlers, entsprechend dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1, die Induktionsspulen 10,11 zweier üblicher Spule-Magnet-Wandler befestigt. Die zu den Induktionsspulen 10,11 gehörenden Topfmagneten 12,13 als anderer Teil des Signalwandlers sind in den Öffnungen 4,6 des oberen Deckels 3 bzw. des unteren Deckels 6 angeordnet. Dabei können die Topfmagnete 12,13 des Schwingers mit dom erfindungsgemäßen Grundkörper 1,2 in den Deckeln speziell durch eine Schraubverbindung mit einem Innengewinde im oberen Deckel 3 und im unteren Deckel 5 sowie einem Außengewinde im vorderen Teil der Mantelfläche des Topf magneten 12 und 13 erfolgen.

Die positiven Merkmale und Vorteile der Einführung des erfindungsgemäßen Grundkörpers 1,2 mit Deckeln 3,5 an seinen Stirnseiten in die Struktur des Schwingers, insbesondere mit den Aspekten leichter Zugänglichkeit und Variation der Einschraublänge zur Erreichung engtolerierter Parameter und einer rationellen Montage und Justierung lassen sich gut aufzeigen, indem man die Montage und Justierung, vom erfindungsgemäßen Grundkörper 1,2 mit Deckeln 3,5 an seinen Stirnseiten ausgehend, in einzelnen Schritten betrachtet.

Ausgangspunkt ist die obere Aufnahme 1 und die untere Aufnahme 2, die ineinander zu dem Grundkörper 1,2 verschraubt sind und in einer Mittelstellung durch einen Konterring 14 gesichort ist. In diesen Grundkörper 1,2 wird von oben her die seismische Masse 8 eingeführt, die ihrerseits bereits mit der oberen Geophonfeder 7 durch den Ring 9 verbunden wurde. Diese Geophonfeder 7 wird durch den oberen Deckel 3 endgültig im Grundkörper 1,2 fixiert, die erforderiche untere Geophonfeder 7 wird von unten her in den Grundkörper 1,2 eingebracht, über den Ring 9 mit dem unteren Ende der seismischen Masse 8 verbunden, wobei speziell diese Einspannstelle eine übliche Spielpassung aufweist, oder mindestens eine andere Einspannsteile dor Geophonfedern 7, so ausgeführt ist, daß die Geophonfoder 7 dort einen Bewegungsausgleich ausführen kann. Alle anderen Einspannstellen der Geophonfedern 7 spannen diese fest ein bzw. halten diese verdrehsicher. Die untere Geophonfeder 7 wird ihrerseits ebenso w'e die obere Geophonfeder 7 mit dem unteren Deckel 5 im Grundkörper 1,2 endgültig fixiert. Das ergibt bereits einen mechanischen Schwinger als Sensorteil für ein Geophon. Die seismische Masse 8 mit dem Ring 9 bildet zusammen mit don Geophonfedern 7 diesen Schwinger mit einer bestimmten Eigenfrequenz. Diese Eigenfrequenz liegt bereits in der Nähe der geforderten Eigenfrequenz, weil der schwingende Teil nur noch durch die Induktionsspulen 10,11 und deren Befestigungsmittel ergänzt wird. Das läßt sich in der Serie gut reproduzierbar erreichen, weil im wesentlichen durch die, mit dem Konterring 14 gesicherte, Verschraubung der oberen Aufnahme 1 mit der unteren Aufnahme 2 zum Grundkörper 1,2 immer die Abstände zwischen den Geophonfedern 7 konstant gehalten werden. Von Seiten des Durchbruches 18 im Grundkörper 1,2 besteht für Korrekturen an der seismischen Masse 8 eine gute Zugänglichkeit. Ebenfalls durch den Durchbruch 16 läßt sich sehr vorteilhaft die elektrische Ableitung der Induktionsspulen 10,11 auf das Äußere des Grundkörpers 1,2 und weiter zu einer Registriereinrichtung bewerkstelligen. Von Seiten des oberen Deckels 3 und des unteren Deckels 5 her besteht die Möglichkeit, Meßmittel zur Prüfung des Schwingers gegenüber dem Grundkörper 1,2 als Bezugspunkt einzubringen, da zu diesem Zeitpunkt die Öffnungen 4,6 in den Deckeln 3,5 noch nicht durch die Topfmagnete 12,13 verschlossen sind. Diese Prüfung betrifft z. B. das Ausmessen der Gleichgewichtslage als 1. Schritt, der durch einen 2. Schritt ergänzt wird, wenn die Induktionsspulen 10,11 in Fortführung der Montage durch die Öffnungen 4,6 in den oberen Deckel 3 bzw. in den unteren Deckel 5 hindurch auf der seismischen Masse 8 befestigt sind. Bereits nach dem 1. Schritt ist entscheidbar, ob die vorgeprüften und ausgewählten Geophonfedern 7 auch im endgültigen Einbau der geforderten Schwingungsparameter ergeben oder doch noch verworfen werden müssen. Sind sie brauchbar, so sit im 2. Schritt schon die endgültige Eigenfrequenz des Schwingers auszumessen. Dazu ist es sinnvoll, als vorläufig letzten Montageschritt mit den Topfmagneten 12,13 die Öffnungen 4,6 in den oberen Deckel 3 bzw. den unteren Deckel 5 zu verschließen und mit einer dieser entstandenen Induktionsanordnung die Eigenfrequenz elektronisch genau auszumessen.

Die verbleibenden Abweichungen der jeweils vorliegenden Eigenfrequenz des individuellen Schwingers gegenüber der geforderten Eigenfrequenz können nun erfindungsgemäß, über eine Veränderung der Einschraublänge zwischen der oberen Aufnahme 1 und der unteren Aufnahme 2 des Grundkörpars, die dann durch den Vorschraubring 14 gesichert wird, leicht und rationell erreicht wurden, ohne wie bisher nur durch den Austausch und eine aufwendige hohe Tolerierung und Selektion der Geophonfeder 7 in der Vorprüfung außerhalb des Schwingers. Ea soll an dieser Stelle erwähnt werden, daß die obere Aufnahme 1 und die untere Aufnahme 2 einen Paßzylinder aufweisen kann, der bei Veränderung der Einschraublänge die Lage der Symmetrieachsen beider Autnahmen zueinander sichert. Die Sicherung der Einschraublänge zwischen der oberen Aufnahme 1 und der unteren Aufnahme 2 durch einen Konterring 14 erlaubt außerdem ein, durch Alterungsvorgänge der eingesetzten Werkstoffe, speziell der Geophonfedern 7, notwendiges Nachjustieren auf die entsprechenden Parameter nach längeren Einsatz im Betriebszustand. Üblicherweise kann der Komerring 14 nach erfolgter Feineinstellung der Einschraublänge durch an sich bekannte Verdrehsicherungen, wie z. B. Verstiften, gegen unbeabsichtigtes Lösen gesichert werden.

Mit diesen Montage- und Abgleichschritten liegt bereits dor geforderte Schwinger als Soiisorteil für ein Geophon mit eng

tolerierten Parametern vor. Dieser kann durch die Gewindebohrung 15 mittels Schraube o.a. auf Aubentoilen befestigt werden.

Es Ist selbstverständlich diese Verbindung durch Verstiften zu sichern. Zum Meßeinsatz wird es wie üblich mit einer äußeren Umhüllung als Gehäuse versehen, die hier aber nicht Gegenstand der Ausführung sein soll. Selbstverständlich sind noch andere Ausführungsvarianten eines derartigen Schwingers, z. B. durch den Einsatz von Signalwandlern, die nach anderen physikalischen Wirkprinzipien arbeiten, als die im Ausführungsbeispiel genannten, dio sich

don der Erfindung zugrunde liegenden neuen strukturellen Aufbau zu Nutze machen, möglich.

Claims (11)

1. Geophon mit federgeführtr r seismischer Masse und den Systemteilen seismische Masse, Geophonfedarn und Signalwandler, gekennzeichnet dadurch, daß zur Aufnahme der Systemtoile ein hohler Gri'ndkörper, bestehend aus einer oberen Aufnahme und einer unteren Aufnahme, die ineinander verschraubt sind, vorhanden ist, und der an seinen Stirnseiten durch Deckel verschlossen ist, von denen mindestens einer mit einer Öffnung versehen ist, und daß der Grundkörper mit Deckeln die geforderte Laye dieser Systemteile sowie deren mechanische Stabilität zueinander sichert.

2. Geophon nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Grundkörper ein zylindrischer Grundkörper ist.

3. Geophon nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß im Grundkörper, bestehend aus der oberen Aufnahme und der unteren Aufnahme, eine der beiden Aufnahmen in ihrer Mantelfläche mindestens eine Gewindebohrung aufweist.

4. Geophon nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Verschraubung zwischen der oberen Aufnahme und der unteren Aufnahme durch einen Koniferring gesichert ist.

5. Geophon nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß durch die Deckel als Verschlüsse die Geophonfedern im Grundkörper definiert gehaltert werden.

6. Geophon nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Öffnung der Deckel ein Innengewinde aufweist.

7. Geophon nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Deckelöffnung so ausgeführt ist, daß dor eine Teil des Signalwandlers durch diese Öffnung hindurch auf die seismische Masse montiert ist und der andere Teil des Signalwandlers in der Öffnung selbst fixiert ist.

8. Geophon nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß durch die Öffnungen in den Deckeln eine Zusatzmasse an der seismischen Masse fixiert ist.

9. Geophon nach Patentanspruch 1 und Patentanspruch 4, gekannzeichnet dadurch, daß durch eine Veränderung der Einschraublänge zwischen der oberen Aufnahme und der unteren Aufnahme des Grundkörpers die endgültigen Parameter eingestellt sind.

10. Geophon nach Patentanspruch 1 und Patentanspruch 7, gekennzeichnet dadurch, daß an Stelle des durch die Öffnung in den Deckeln fixierten einen Teiles des Signalwandlers Arretierteile als Schutzvorrichtungen für die Systemteile des Schwingers angebracht sind.

11. Geophon nach Patentanspruch 1 und Patentanspruch 8, gekennzeichnet dadurch, daß die Zusatzmasse, die den fehlenden Teilmassen der Signalwandler entspricht und die Einnahme der geforderten Gleichgewichtslage ohne diese Signalwandler gestattet, durch die Deckelöffnungen auf die seismische Masse aufgebracht ist.