DE1623401C - Tiefensteuerungsgerat fur ein seeseis misches Meßkabel - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zur automatischen Steuerung der Tiefe, in der ein seeseismisches Meßkabel durch ein Gewässer geschleppt wird, mit einem Gerätegehäuse und einer Tiefensteuerungsvorrichtung.

Es ist bekannt, für seismische Untersuchungen auf dem Meer oder größeren Gewässern Schwingungsaufnehmer oder Hydrophone zu verwenden, die in ein Meßkabel eingebaut sind und mit diesem durch das Wasser geschleppt werden (USA.-Patentschrift

2 465 699). Ein bisher nicht befriedigend gelöstes Problem besteht dabei darin, das von einem Untersuchungsschiff durch das Wasser geschleppte Meßkabel in einer vorgegebenen Tiefe unter der Wasseroberfläche zu 'halten. Das Meßkabel kann in der Praxis nämlich verhältnismäßig lang sein (z. B. bis über

3 km) und für die Brauchbarkeit der Meßergebnisse ist es sehr wesentlich, daß die-längs des Kabels verteilten Schwingungsaufnehmer während der Messung in der vorgegebenen Tiefe gehalten werden.

Es ist in der. Praxis nicht möglich, das spezifische Gewicht des Kabels so zu bemessen, daß das ganze Kabel in einer gewünschten Tiefe unter der Wasseroberfläche schwebt.

Um ein seeseismisches Meßkabel in einer vorgegebenen Tiefe unter der Wasseroberfläche zu halten, ist es aus den USA.-Patentschriften 2 607 842 und 2 610 240 bekannt, das für sich allein nicht schwimmfähige, gegebenenfalls mit Ballast versehene Meßkabel an einer Reihe von Schwimmern aufzuhängen, die es in der gewünschten Tiefe tragen sollen. Die Schwimmer werden jedoch durch Wellen hin- und hergeschleudert, so daß bei bewegter See praktisch keine Messungen durchgeführt werden können. Wegen des navigatorischen Risikos durch die vielen Schwimmer lassen sich mit einer solchen Anordnung auch normalerweise nur bei Tageslicht Messungen durchführen. Schließlich verursachen die Schwimmer, die beim Schleppen des Kabels und unter der Wirkung des Seegangs auf die Wasseroberfläche schlagen, starke Geräusche, die in erheblichem Umfange zu den von den Schwingungsaufnehmern im Kabel aufgenommenen Störgeräusch beitragen.

Es ist ferner aus der USA.-Patentschrift 2 465 696 bekannt, vom Heck des Schleppschiffes einen Baum ins Wasser zu senken, der das vordere Ende des Meßkabels in der gewünschten Tiefe hält und am hinteren Ende des nur etwa 100 m langen Meßkabels ein Tiefensteuerungsgerät anzubringen,, das dieses Ende in der gewünschten Tiefe halten soll. Die Arbeitstiefe des Hauptteiles des Kabels zwischen den beiden Enden kann bei einer solchen Anordnung jedoch erheblich schwanken, und für größere Kabellängen ist sie ganz unbrauchbar. ·

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein Tiefensteuerungsgerät für seeseismisches Meßkabel anzugeben, mit dem auch ein sehr langes, durch ein Gewässer geschlepptes Kabel sehr genau in einer gewünschten Tiefe gehalten werden kann, ohne daß dabei in nennenswertem Umfang Störgeräusche erzeugt werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem ein Gerätegehäuse und eine Ticfenstcuerungsvorrichtung aufweisenden Gerät zur automatischen Steuerung der Tiefe, in der ein seeseismisches Meßkabel durch ein Gewässer geschleppt wird, dadurch gelöst, daß das Gerätegehäuse eine. Längsbolming, deren Innenwand das sich durch die Bohrung erstreckende Kabel mit Abstand umschließt, aufweist und durch Drehlager bezüglich des Kabels verdrehbar, in Längsrichtung des Kabels jedoch unverschiebbar an diesem befestigbar ist. ■>:., Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Das Gerät gemäß der Erfindung, von dem vorzugsweise mehrere mit Abstand voneinander längs des Meßkabels an diesem angebracht sind, ermöglicht ίο eine sehr exakte Regelung der Arbeitstiefe des Meßkabels, auch wenn sich das Kabel verdreht. Die er-, zeugten Störgeräusche sind vernachlässigt.

Die Erfindung wird in folgendem an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt ·

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer seeseismischen Meßanordnung mit einem Meßkabel, das durch eine Reihe von Tiefensteuerungsgeräten gemäß der Erfindung in einer vorbestimmten Wassertiefe gehalten wird,

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Tiefensteuerungsgerätes gemäß der Erfindung, das an einem Meßkabel montiert ist, F i g. 3 eine Vertikalschnittansicht längs der Längsachse des Gerätes gemäß Fig. 2, wobei auch ein, Teil des Meßkabels geschnitten dargestellt ist,

Fig. 4 einen Schnitt in einer Ebene 4-4 der Fig. 3,

Fig. 5 einen Schnitt in einer Ebene 5-5 der Fig. 3,

Fig. 6 einen Schnitt in einer Ebene 6-6 der Fig. 3,

Fig. 7 eine schematische Stirnansicht eines auf einem seeseismischen Meßkabel angebrachten Tiefen-Steuerungsgerätes gemäß einer etwas abgewandelten zweiten Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 8 eine teilweise im Axialschnitt dargestellte Seitenansicht eines auf einem Meßkabel angeordneten ■ Tiefensteuerungsgerätes gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 9 eine schematische Querschnittsansicht eines auf einem Meßkabel angeordneten Tiefensteuerungsgerätes gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 10 eine schematische Querschnittsansicht in einer Ebene 10-10 der Fig. 9 und

Fig. 11 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer fünften Ausführungsform eines auf einem Meßkabel angeordneten Tiefensteuerungsgerätes gemäß der Erfindung. ■

In F i g. 1 ist ein seeseismisches Meß- oder Schwingungsauffiehmerkabel 20 dargestellt, das von einem Untersuchungsschiff. 24 durch ein Gewässer 22 geschleppt wird. Das Untersuchungsschiff 24 schleppt außerdem eine Schwingungsquelle 26 durch das Wasser. Die Schwingungsquelle 26 erzeugt entweder kontinuierlich oder in periodischen Abständen Schallwellen, die als seismische Schwingungssignale in die unter dem Wasser befindliche Erdoberfläche 28 eintreten und an den verschiedenen Schichten in der Erde in bekannter Weise reflektiert werden, wie es. durch gestrichelte Pfeile angedeutet ist. Die reflektierten Signale werden von einer Reihe von im Kabel 20 angeordneten, in der Zeichnung nicht dargestellten Schwiiigungsaufnehmern oder Hydrophonen aufgenommen und in elektrische Signale umgewandelt, die ihrerseits durch das Kabel 20 zu einer Aufzeichnungsvorrichtung auf dem HeobachtungsschilT 24 geleilet

werden. Gemäß der Erfindung wird das Kabel 20 im Wasser 22 in einer vorbestimmten Tiefe mittels einer Reihe von Tiefensteuerungsgeräten 30 gehalten, die in Abständen voneinander längs des Kabels angeord- '■■ net sind.

Wje F i g. 2 zeigt, enthalten die Tiefensteuerungsgeräte 30 gemäß der bevorzugten Ausfiihrurigsformen der Erfindung jeweils ein längliches Gehäuse 32 mit vertikalen und horizontalen unverstellbaren Stabilisierungsrudern 34, die am rückwärtigen Ende 36 des Gehäuses angeordnet sind sowie Tauchrudern 38, die von Wellenstummeln 40 auf den gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses getragen werden, was später noch genauer erläutert wird. Vorzügsweise sind an den gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses 32 unmittelbar vor den Innenkanten der Tauchruder 38 Vorsprünge oder Schutznasen 42 vorgesehen, um die Gefahr, daß sich Pflanzen od. dgl. zwischen den Tauchrudern 38 und der Außenfläche des Gehäuses 32 festsetzen, nach Möglichkeit auszuschalten.

Das Gehäuse 32 ist im wesentlichen hohl und besteht vorzugsweise aus einem leichten Material, wie z.B. aus einem Kunststoff. Beispielsweise kann das Gehäuse 32 aus Polyetrafluoräthylen oder Nylon gepreßt und gegebenenfalls in geeigneter Weise verstärkt sein. Das Gehäuse 32 wird in Längsrichtung von einer röhrenförmigen Innenwand 44 (F i g. 3) durchsetzt, die eine längs durch das Gehäuse verlaufende Axialbphrung 46 solchen Durchmessers bildet, daß das seismische Schwingungsaufnehmerkabel 20 lose umschlossen wird. Wie am deutlichsten in den F i g. 4 und 6 zu sehen ist, besteht das Gehäuse 32 aus einem oberen Teil 48 und einem unteren Teil 50 gleicher Größe. Die Trennstelle 52 zwischen dem oberen und unteren Gehäuseteil 48 bzw. 50 liegt also im wesentlichen an der Mittellinie der durch das Gehäuse verlaufenden axialen Bohrung 46 und die freien Oberflächen des Gehäuses 32 oberhalb und unterhalb der Mittellinie der Axialbohrung 46 haben gleiche Größen, um die Neigung des Gehäuses 32, sich unter der Einwirkung seitlicher Wasserströmungen zu drehen, auf ein Minimum zu verringern, was noch eingehender erläutert wird. ■

Die Gehäuseteile 48, 50 werden mit einer Anzahl von Metallbändern 54, die am unteren Gehäuseteil 50 angebracht sind und ihrerseits mit ihren oberen Enden durch Halter 56 am oberen Gehäuseteil 48 festgemacht sind, um das Kabel 20 befestigt. Die Halter 56 können eine beliebige Form haben und sollen leicht entfernbar sein, um das Gehäuse 32 leicht auf dem Kabel montieren bzw. von diesem abnehmen zu können. In Fig. 6 ist auch zu sehen, daß die röhrenförmige Innenwand 44 des Gehäuses 32 an der Trennstelle 52 zwischen den Gehäuseteilen 48, 50 geschlitzt ist und daß die jeweiligen Hälften der röhrenförmigen Wand 44 an der Außenwand des Gehäuses 32 durch Stege 58 befestigt sind. In diesem Zusammenhang sei auch darauf hingewiesen, daß die röhrenförmige Wand 44 in einem Abschnitt 60 im Mittelteil des Gehäuses 32 weggeschnitten ist, wie F i g. 3 zeigt, damit das Wasser in der das Kabel 20 umgebenden Axialbohrung 46 Zutritt zu einer druckempfindlichen Vorrichtung 62 hat (Fig. 3). Die druckempfindliche Vorrichtung 62 wird unten genauer beschrieben. , . ,

Das Gehäuse .32 ist auf dem Kabel 20 mittels eines Hauptlagers 64, dasaus einem Axiallager besteht und ■ am vorderen· Biulc 66 des Gehäuses 32 angeordnet ist und mittels eines Hilfslagers 68, das beim hinleren Ende 36 des Gehäuses angeordnet ist, gelagert. Das Hilfslager 68 kann lediglich aus einem geteilten Ring aus Kunststoff bestehen, der mit der röhrenförmigen Wand 44 so verbunden ist, daß er das Kabel 20 ziemlich lose umgibt und das rückwärtige Ende 36 des Gehäuses 32 bezüglich des Kabels 20 einigermaßen zentriert.

Wie die Fig. 3 und 6 zeigen, enthält das Haupt- oder Axiallager 64 einen inneren Laufring 70 und ■ einen äußeren Laufring 72. Der innere Laufring 70 ist geteilt und seine Hälften sind durch Bolzen oder Schrauben 74 fest an der Oberfläche des Kabels 20 befestigt. Vorzugsweise ist außerdem innerhalb des Laufrings 70 ein Verstärkungsring 76 in das Kabel 20 eingelassen, um das Kabel in dieser Stelle zu ver- ■ stärken und eine feste Halterung des Laufrings 70 an dem Kabel zu gewährleisten. Der innere Laufring 70 weist in seiner Außenfläche eine Umfangsnut 78 auf, die den äußeren Laufring 72 lose aufnimmt. ■ Der äußere Laufring 72 ist ebenfalls geteilt und durch Halter 80 fest mit dem angrenzenden Teil der röhrenförmigen Wand 44 verbunden. Vorzugsweise bestehen der innere Laufring 70 aus Leichtmetall, z. B. einer Aluminiumlegierung und der äußere Laufring 72 aus Kunststoff, bei welchem es sich um das gleiche Material handeln kann, aus "dem auch das Gehäuse 32 besteht, so daß die ,Lagerflächen des inneren und des äußeren Laufringes gut zusammenarbeiten.

Wie oben erwähnt wurde, paßt der äußere Laufring 72 lose in die Nut 78 des inneren Laufrings 70, so daß er sich frei auf dem inneren Laufring 70 drehen kann, ohne daß jedoch nennenswerte Länusbewegungen des Gehäuses 32 auf dem Kabel 20 möglich sind. Aus F i g. 3 ist auch zu ersehen, daß die röhrenförmige Wand 44 des Gehäuses 32, wenn es erforderlich ist, beim Hauptlager 64 eine Ausbauchung 81 zur Aufnahme dieses Lagers aufweisen kann. Sowohl das Hauptlager 64 als auch das Hilfslager 68 haben so viel Spiel, daß sich im Betrieb der Druck des das Tiefensteuerungsgerät 30 umgebenden Wassers in Längsrichtung durch das Gehäuse 32 in den ausgeschnittenen Teil 60 der röhrenförmigen Wand 44 fort-' pflanzen kann. ■.-'■■■

Wie am besten in den F i g. 3 und 4 zu sehen ist, enthält die. druckempfindliche Vorrichtung 62 eine Kammer 82, die mit Luft unter Druck gefüllt ist. Der Luftdruck wird mittels eines Ventils 84 eingestellt, welches beispielsweise ähnlich wie ein Autoreifenventil gebaut sein kann. Im Oberteil der Kammer 82 befindet sich eine Öffnung 86, die durch eine Membrane 88 aus elastischem Material geschlossen ist. Die Membrane 88 kann beispielsweise aus Kunsl;iummi bestehen und ihre Ränder sind luftdicht mit den angrenzenden Teilen des Oberteils der Kammer 82 verbunden, z. B.. verklebt oder verschweißt.; An der Ober- und Unterseite des Mittelteils der Membrane 88 sind je eine Verstärkunysplatte 90 angeordnet; die eine Art Drückkolben bilden, der vom Luftdruck in der Kammer 82 nach oben von dem Wasserdruck im Gehäuse 32 nach unten gedruckt wird. Von den Verstärkungsplatten 90' erstreckt sich eine Stange 92 nach unten durch eine öffnung94 im oberen Teil eines Biiucls 96. Der Bügel.96 ist fest am Boden der Kammer 82 befestigt. Quer durch das untere Ende der Stange 92 erstreckt sich ein ;A'ns"c Ii la »st i ft 98, der am oberen Ende des Bügels 96 angreifen kaiin und die Autwärtsbewegung der Verstärkungsplatte 90 begrenzt.

An dor oberen Vcrslärkungsplattc 90 ist das untere geschlossene linde 102 eines U-förmigen Bügels 105) befestigt, dessen Schenkel 104 von den Verstärkungsplatten 90 an den gegenüberliegenden Seiten der Axialbolming 46 nach oben führen. Aus F i g. 4 ist zu ersehen, daß die Schenkel 104 des Bügels 100 so weil voneinander entfernt sind, so daß sie das Kabel 20 nicht berühren, wenn der Bügel mit den Verstärkungsplatlen 90 nach oben bewegt wird. Das obere F.nde jedes Bügelschenkels 104 ist mir einem Hebel ίο 106 verstiftet, der im wesentlichen horizontal verläuft, wenn sich die Verstärkungsplatlen 90 in ihrer Mittelstellung befinden, wie es in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist. Das vordere Kndc jedes Hebels 106 ist Wenn die Kammern 82 auf den gewünschten Druck gebracht werden, drehen sich die Tauchruder 38 der jeweiligen Geräte in Tauchstellung, da dem Luftdruck in der Kammer nur der Atmosphärendruck auf der 5 Oberseite der jeweiligen Membrane 88 und der Verstärkungsplatten 90 entgegenwirkt. Der mit den Verstärkungsplatten verbundene Anschlagstift 98 verhindert jedoch, daß die Membrane 88 überdehnt wird, wenn sich das Gerät innerhalb des Wassers befindet. Die Geräte 30 werden üblicherweise um das Kabel 20 befestigt, wenn das Kabel 20 vom UntersuchungsschiiT 24 abgefiert wird. Die verschiedenen Geräte lassen sich leicht um das Kabel 20 montieren, indem die oberen und unteren Gehäuseteile 48 bzw. 50 um

jeweils an den Seiten des Gehäuses 32 fest mit einer 15 das Kabel gelegt werden, wobei der äußere Laufring

Weile 40 eines Tauchruders verbunden. Wie in F i g. 5 gezeigt, ishjede Tauchruderwellc 40 an den Seiten des Gehäuses 32 in einem Lager 108 gelagert, wobei die Achsen der Wellen 40 die Achse der Axialbohrun» 72 in den inneren Laufring 70, der um das Kabel 20 befestigt ist, eingreift, und dann die Halter 56 angebracht werden. Normalerweise werden die inneren Lager-Lauf ringe unversehrt auf dem Kabel 20 ge-

46 schneiden. Wenn sich also die Verstärkungsplatten 20 lassen, wenn die Geräte 30 wieder entfernt werden,

90 nach oben oder nach Unten bewegen, werden die Hebel 106 so geschwenkt, daß die Tauchruderwellen um gleiche Beträge und in denselben Richtungen gedreht werden und die Tauchruder 38 entsprechend > verstellen.

Mit den Tauchruderwellen 40 sind vorzugsweise die freien linden eines U-förmigen Bügels 110 (s. F i g. 5) fest verbunden, der unten um die Axialbohrun» 46 reicht, ohne mit dem Kabel 20 in Beobwohl diese inneren Lager-Laufringe für den Fall, daß das Kabel repariert werden muß, entfernt werden^ können. ,

Wenn ein Gerät 30 mit dem Kabel 20 in das Wasser 22 gelassen wird, stehen die Tauchruder 38 in Tauchstellung, so daß das Gerät 30 auf die durch den Luftdruck in der Kammer 82 bestimmte Tiefe zu tauchen strebt. Wenn ein Gerät 30 hinter dem Untersuchungsschiff 24 in das Wasser gelassen wird, wird das Kiel

rührung zu kommen. Der Bügel 110 gewährleistet 30 wasser des Beobachtungsschiffes manchmal das Gerät

30 kipplig machen und das Gerät 30 wird während einer kurzen Zeitspanne dazu neigen, sich auf dem Kabel 20 zu drehen. Da jedoch das Gerät 30 auf dem Kabel 20 drehbar gelagert ist, bewirkt ein kurzzeitiges Rotieren des Gerätes 30 kein Verdrehen des Kabels. Sobald das Gerät 30 durch kontinuierliches Ablaufenlassen des Kabels 20 aus dem Kielwasser des Beobachtungsschiffes freikommt, gewinnt das Gerät seine Stabilität wieder und die Tauchruderwellen 40 stellen sich horizontal. Die Tauchruder 38 steuern das Gerät 30 dann nach unten bis zu der vorbestimmten Arbeitstiefe.

Wenn das Kabel 20 mit daran befestigten Tiefensteuerungsgeräten 30 bis zu der gewünschten Länge

den Verstärkungsplatten 90 gebildeten Kolbens er- 45 freigegeben ist, wirkt der Druck des die verschiedenen zeugt. Geräte umgebenden Wassers auf die Membrane und

Im unteren Teil des Gehäuses 32 ist Ballast in die obere Verstärkungsplatte 90 und die Verstärkungsplatten werden in eine Null- oder Mittellage gedrückt, wenn der Druck auf den gegenüberliegen-

Bewegung durch das Wasser nicht dreht und daß die 50 den Seiten der Membrane 88 gleich wird. Die Tauch-Tauchruderwellen 40 in horizontaler Lage bleiben. ruder 38 stehen dann horizontal, \orausgesetzt, daß

Vorzugsweise ist das Gehäuse 32, mit Ausnahme die Tauchruderwellen 40 auf die Mittellinie
des Teils 118 des Gehäuses um den ausgeschnittenen
Teil 60 der röhrenförmigen Wand 44 mit schwimmfähigem Material 116 gefüllt. Das Material 116 ver- 55
hindert, daß sich das Gehäuse 32 mit Wasser füllt
und steigert hierdurch die Schwimmfähigkeit des Gerätes. Das Gerät wird jedoch normalerweise einen
geringfügig negativen Auftrieb haben.

Die beschriebene bevorzugte Ausführungsform 60 unten bewegt und sie bewirken über den Bügel 100 arbeitet wie folgt: Wie erwähnt, wird eine Anzahl von und die Hebel 106 eine Drehung der Tauchruder 38 Tiefensteuerungsgeräten 30 auf einem Kabel 20 an- in die Auftriebsstellung. Das Gerät 30 wird daher geordnet. Bevor das Kabel 20 in das Wasser 22 ge- durch die Tauchruder 38 nach oben bewegt, bis es die lassen wird, wird bei jedem Gerät 30 der Luftdruck gewünschte Tiefe erreicht hat. Hierauf werden die in der Kammer 82 auf die gewünschte Tauchtiefe und 65 Tauchruder 38 in ihre Nullstellungen zurückgedreht, damit auf die gewünschte Arbeitstiefe des Kabels 20 Wenn das Gerät 30 im umgekehrten Fall über die eingestellt. Wie oben angegeben, kann dieser Luft- vorbestimmte Arbeitstiefe hochsteigt, wird der Druck druck leicht mittels des Ventils 84 eingestellt werden. . in der Kammer 82 größer als der auf die Membrane

gleichzeitige und gleichartige Bewegungen der Tauchruder auch bei Verschleiß der Verbindung des Bügels KiO mit den Hebeln 106. Am unteren Endteil des Bügels 110 ist ferner vorzugsweise eine Feder 112 angebracht, die an einem benachbarten Teil der Kammer 82 verankert ist und die Tauchruder 38 in eine Stellung dreht, bei der das Gerät 30 automatisch aufsteigt, wenn die Membrane 88 versagt. Durch die Feder 112 wird außerdem ein Hysteresiseffekt in der Membrane 88 verhindert oder auf ein Minimum reduziert, indem die Membrane 88 in einer bekannten Stellung gehalten wird, und es wird gewährleistet, daß eine gegebene Änderung des Druckunterschiedes an der Membrane eine entsprechende Bewegung des aus

Form eines Bleigewichts 114 angeordnet! um zusätzlich zu gewährleisten, daß sich das Gerät bei der die Tauchruderwellen 40 auf die Mittellinie des Kabels 20 und, die Mittellinie der Axialbohrung 46 ausgerichtet sind. . .

Wenn sich ein Tiefensteuerungsgerät 30 z. B. durch Einwirkung einer Wasserströmung unter die vorbestimmte Tiefe bewegt, wird der hydrostatische Druck des Wassers größer als der Druck in der Kammer 82. Hierdurch werden die Verstärkungsplatten 90 nach

88 und auf die obere Verstärkungsplatte 90 wirkende hydrostatische Druck des Wassers 22, worauf die Tauchruder 38 in ihre Tauchstellung zurückkehren und das Gerät 30 auf die gewünschte Arbeitstiefe zurückbringen. *

Die Membrane 88 kann so bemessen sein, daß sie die Arbeitstiefe des Gerätes 30 mit einer Plus- oder Minusabweichung steuert, welche die durchzuführenden seismischen Messungen nicht beeinträchtigt. Eine Tiefenäriderung um 1 m im Wasser 22 bewirkt eine Änderung des hydrostatischen Druckes von etwa 1 kp/cm². Die Fläche der Membrane 88, die dem hydrostatischen Druck des Wassers 22 und dem Druck in der Kammer 88 ausgesetzt ist, bestimmt dementsprechend die Betätigüngskraft, die im Betrieb die Tauchruder 38 verstellt. Bei einer Ausführungsform wurde eine Membrane 88 mit einer Arbeitsfläche von 45 cm² verwendet. Mit diener Membranfläche wird das Gerät 30 im Betrieb innerhalb von ± 0,6 m von der gewünschten Arbeitstiefe gehalten.

Wenn jedes Tiefensteuerungsgerät 30 in einer vorbestimmten Arbeitstiefe gehalten wird, wird der umschlossene Teil des Kabels 20 ebenfalls in der gewünschten Tiefe gehalten, da sich jegliche vertikale Bewegung der Geräte 30 auf den umschlossenen Teil des Kabels 20 überträgt und umgekehrt. Andererseits kann irgendein Verdrehen des Kabels 20 die Orientierung der Geräte 30 nicht beeinträchtigen, da das Kabel 20 sich in der Axialbohrung 46 des Geräts drehen kann und nur den inneren Laufring 70 in bezug auf den äußeren Laufring 72, jedoch nicht das Gerät 30 selbst dreht. Das Gerät 30 wird im allgemeinen von Strömungen nicht beeinträchtigt, außer wenn es sich, wie oben erwähnt, im Kielwasser des Beobachtungsschiffes befindet, so daß das Gerät seine Orientierung beibehalten wird, in der die Wellen 40 der Tauchruder horizontal verlaufen und die Tauchruder 38 die Arbeitstiefe des Gerätes ordnungsgemäß steuern können.

Da das Kabel 20 so durch die Tiefensteuerungsgeräte 30 in der gewünschten Arbeitstiefe gehalten wird, besteht keine Gefahr, daß es durch ein anderes Schiff, das die Achterlinie des Beobachtungsschiffes 24 kreuzt, abgeschnitten oder beschädigt wird und das Kabel 20 kann daher auch in der Nacht im Wasser 22 verbleiben, so daß gegebenenfalls auch die seismischen Messungen weitergeführt werden können. Da das Kabel 20 unterhalb der Oberflächenturbulenz gehalten wird, ist auch das von den Schwingungsaufnehmern in dem Kabel aufgenommene Geräusch minimal. In der Praxis würde bei einem Versuch mit einem Kabel, das durch Geräte 30 gemäß der Erfindung in der vorbestimmten Tiefe gehalten wurde, eine Geräuschverringerung von 10:1 gegenüber einem ähnlichen Versuch mit einem Kabel, : das durch an der Oberfläche des Wassers befindliche Schwimmer getragen wurde, festgestellt.

: Ein geringfügig abgewandeltes Gerät 120 ist schematisch in Fig. 7 dargestellt. Dieses Gerät 120 ist wie das oben beschriebene Gerät 30 aufgebaut, mit der Ausnahme, daß der Ballast 122 für das Gerät 120 unterhalb ' des Gehäuses 32 durch einen Steg, oder Träger 124 getragen wird, anstatt in dem Ge- ■ häusc angeordnet zu sein, wie in der vorherigen'Äusführungsform. . .

Die Anordnung des Ballastes weiter unterhalb' des Kabels 20, wie in" F i g. 7, hat den Zweck, die Orientierung des Gerätes, das dazu tendieren kann, beim Verdrehen des Kabels 20 umzukippen, besser zu stabilisieren, und daher ist eine solche Anordnung unter manchen Arbeitsbedingungen zu bevorzugen. Andererseits sind die dem Wasser ausgesetzten Flächen des Gerätes 120 unterhalb der Mittellinie des Kabels 20 größer als oberhalb der Mittellinie, des Kabels 20, so daß das Gerät 120 durch Querströmungen leichter verdreht werden kann als das Gerät gemäß den F i g. 1 bis 6.

Ein noch weiter abgewandeltes Gerät 130 ist schematisch in Fig. 8 dargestellt. Dieses Gerät 130 besteht aus einem im allgemeinen oval geformten Gehäuse 132, das mit Hilfe von vorderen und hinteren Lagern 134 symmetrisch auf dem Kabel 20 befestigt ist. Jedes Lager 134 besteht aus einem äußeren Lager-Lauf ring 136, der fest mit der Innenfläche einer röhrenförmigen Wand 138 des Gehäuses 132 verbunden ist, und aus einem inneren Laufring 140, der fest um das Kabel 20 befestigt ist. Der innere Lager-Laufring 140 weist an seiner Außenfläche eine Ringnut 142 auf, welche den äußeren Lager-Laufring 136 in ähnlicher Weise wie oben beschrieben, lose aufnimmt, so daß sich das Gehäuse 132 auf dem Kabel 20 drehen, nicht jedoch längs des Kabels verschieben kann.

Das Gehäuse 132 ist im wesentlichen hohl und besitzt einen oberen Schenkel 144 und einen unteren Schenkel 146. In den oberen Schenkel 144 ist ein Zylinder 148 fest'eingebaut, in dem ein Kolben 150 dicht gleitend angeordnet ist. Der Kolben 150 ist durch eine Feder 152 in der einen Richtung vorgespannt. Die Federkraft ist durch eine Einstellschraube 154 einstellbar, die in ein Gewinde in einem Ende 156 des Zylinders 148 eingeschraubt ist. Das gegenüberliegende Ende des Kolbens 150 ist im Betrieb dem hydrostatischen Druck des Wassers ausgesetzt, in welches das Tiefensteuerungsgerät 130 eintaucht, da das Wasser zu dieser Seite des Kolbens 150 durch Öffnungen 158 in den Wänden des Schenkels 144 Zutritt hat. Die Einstellschraube 154 ist durch eine Öffnung 168 im Gehäuseschenkel 144 zugänglich, die normalerweise mit einer entfernbaren Platte 170 bedeckt ist. Vom Kolben 150 springt eine Stange 172 vor, die mit ihrem freien Ende 174 mit einem Hebel 176 verbunden ist. Der Hebel'176 ist seinerseits fest mit einer Welle 178 verbunden, welche Tauchruder 180 trägt, die an den entgegengesetzten Seiten des Gehäuseschenkels 144 angeordnet sind.

Der untere Schenkel 146 des Gehäuses 132 enthält Ballast 182, z. B. in Form eines Bleigewichts, welcher das Gehäuse 132 in der in F i g. 8 dargestellten Lage halten soll, in der die Tauchruderwellen 178 horizontal verlaufen. Das Gehäuse 132 besteht zum Erleichtern des Aufsetzens und Entfernens des Gerätes 130 am bzw. vom Kabel 20 in ähnlicher Weise wie das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 bis 6 aus einem oberen und einem unteren Teil.

Bevor das Gerät 130 mit dem Kabel 20 ins Wasser gelassen wird, wird die Feder 152 mittels der Schraube 154 auf die gewünschte Arbeitstiefe eingestellt. Da der durch die Feder 152 ausgeübten Kraft praktisch keine Kraft entgegensteht, solange sich dasGerät 130 außerhalb des Wassers befindet und auch anfänglich wenn das Gerät 130 ins Wasser gelassen wird, wird der Kolben 150 durch die Feder 152 in die eine Endstellung bewegt, in der die Tauchruder 180 in der TauehhalHmg stehen. Das Gerät wird daher schnell tauchen. ■'■-''

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das Gerät 130 taucht, wird der durch die Öffnungen 158 auf den Kolben 150 ausgeübte hydrostatische Druck wachsen und den Kolben 150 gegen die Kraft der Feder 152 bewegen. Nach und nach wird die Tauchstellung der Tauchruder 180 abnehmen. Wenn.das Gerät 130 die gewünschte Arbeitstiefe erreicht, wird der hydrostatische Druck des Wassers auf den Kolben 150 die Kraft der Feder 152 ausgleichen, so daß der Kolben in eine Stellung gedrückt wird, die als Nullstellung bezeichnet werden kann. Die Tauchruder 180 werden dabei in solche Stellungen gedreht, daß das Gerät 130 auf der Solltiefe bleibt.

Wenn die Arbeitstiefe des Gerätes 130 zunimmt, z. H. infolge von Kräften, die auf das Kabel 120 einwirken, wird der hydrostatische Druck im Wasser steigen und den Kolben in einer solchen Richtung verschieben, daß die Feder 152 weiter zusammengedrückt wird und die Tauchruder 180 in solche Stellungen gedreht werden, welche das Gerät aufsteigen lassen. Wenn andererseits das Gerät 130 ungewollt im Wasser nach oben steigt_vnimmt der hydrostatische Druck ab und die Feder 152 wird den KoI-' ben 150 in einer solchen Richtung bewegen, daß die Tauchruder 180 in Tauchstellung gebracht werden, wodurch das Gerät wieder auf die gewünschte Arbeitstiefe zurückgebracht wird.

Die Lager 134 verhindern, daß sich eine Drehbewegung des Kabels 20 auf das Gehäuse 132 überträgt: das Gerät 130 bleibt daher im Wasser so orientiert, daß die Tauchruderwellen 178 horizontal verlaufen und die Tauchruder 180 die Arbeitstiefe zu steuern vermögen. Andererseits werden alle auf das Kabel 20 ausgeübten vertikalen Kräfte dazu neigen, das Gerät 130 zu heben oder zu senken, so daß das Gerät 130 den anliegenden Teil des Kabels 20 in der gewünschten Arbeitstiefe hält.

Ein Teil eines Tiefensteuerungsgerätes 200 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist schematised in den Fig. 9 und 10 dargestellt. Das Gerät 200 besitzt ein hohles Gehäuse 202, welches aus mehreren Teilen bestehen kann, die entlang einer Linie 204 verbunden sind, so daß das Gerät leicht um das Kabel 20 zu montieren ist. Das Gehäuse 202 ist auf dem Kabel 20 auf Lagcrteilen 206 gelagert, die beim vorderen und hinteren Ende des Gehäuses schematisch dargestellt sind.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist innerhalb des Gehäuses 202 um das Kabel 20 ein ringförmiges Zahnrad 208 befestigt, in welches eine Reihe von Ritzeln 210 eingreifen, die in gleichen Abständen auf einem Kreis angeordnet sind. Jedes Ritzel 210 besitzt an seinen gegenüberliegenden Enden Flansche 214, die so groß sind, daß sie sich mit den entsprechenden Enden des ringförmigen Zahnrades 208 überlappen und eine Bewegung des Gehäuses 202 längs des Kabels 20 verhindern. Jedes Ritzel 210 ist auf einer Welle 216 befestigt, deren gegenüberliegende Enden in Lagern 218 gelagert sind. Jedes Lager 218 wird seinerseits im Gehäuse 202 mittels einer Platte 220 gehalten, die von den Außenwänden des Gehäuses nach innen verläuft. Die Welle 216 eines Ritzels 210 ist über einen Treibriemen 222 mit der Abtriebswelle eines reversierbaren Elektromotors 224 verbunden. Der Motor 224 ist im Gehäuse 202 befestigt..

Ein Pendel 226 ist auf einer Welle 228 gelagert, welche mit Hilfe zweier Lager 230 und Stützen 232 in horizontaler Lage im Gehäuse 202 gehalten wird, so daß das Pendel 226 jederzeit leicht in Querrichtung zum Kabel 20 schwingen kann, wenn sich die Winkellage des Gehäuses 202 ändert. Wie schematisch in Fig. K) gezeigt, ist das Pendel 226 mit einer elektrischen Energiequelle 234, z. B. einer Batterie, verbunden. An den gegenüberliegenden Seiten des Pendels 226 sind ferner einander gegenüberliegende Kontakte 236 und 238 angeordnet, die jeweils mit

ίο Zuführungen 240 und 242 für den Vorwärts- und Rückwärtsgang des Elektromotors 224 verbunden sind.

Ein vollständiges Gerät 200 enthält außerdem Tauchruder und eine druckempfindliche Vorrichtung, wie sie an Hand der Fig. 1 bis 6 und 8 beschrieben wurden, um die Arbeitstiefe des Geräts zu steuern.

Im Betrieb des Geräts 200 bleibt das Pendel 226

so lange in der Vertikalstellung, als das Gehäuse 202 seine Soll-Lage bezüglich der Vertikalen einnimmt,

d. li. solange das Gehäuse 202 nicht um das Kabel 20 gedreht wird. Wenn das Gehäuse 202 sich in einer Richtung zu drehen beginnt, berührt das Pendel 226 einen der Kontakte 236 oder 238, so daß der Motor 224 in der entsprechenden Richtung anläuft. Der Motor 224 dreht dann das mit ihm verbundene Ritzel-210 in einer gegebenen Richtung. Das jeweilige Ritzel 210 dreht seinerseits das Gehäuse 202 über das ringförmige Zahnrad 208 in die richtige Winkellage zurück. Wenn das Gehäuse 202 beginnt, sich in der entgegengesetzten Richtung zu drehen, wird das Pendel 226 den anderen der gegenüberliegenden Kontakte 236 oder 238 berühren und den Motor 224 in der entgegengesetzten Richtung anlaufen lassen, um das Gehäuse 202 durch das mit dem Motor 224 verbundene Ritzel 210 in die gewünschte Lage zurückzu-. drehen. Die restlichen Ritzel wirken als Stütz- oder Zwischenräder und gleichen die auf das ringförmige Zahnrad 208 ausgeübten Kräfte aus.

Noch eine weitere Ausführungsform eines Tiefen-Steuerungsgerätes 300 ist schematisch in Fig. 11 dargestellt. Dieses Gerät 300 enthält einen oberen Gehäuseteil 302 und einen unteren Gehäuseteil 304, die . miteinander durch einen vorderen und einen rückwärtigen röhrenförmigen Teil 306 verbunden sind.

Die röhrenförmigen Teile 306 umgeben das Kabel 20 und sind an diesem beispielsweise durch Lager 134 des in F i g. 8 gezeigten Typs gelagert. Der untere Gehäuseteil 304 enthält einen Ballast 308, welcher bewirkt, daß sich der untere Gehäuseteil 304 unterhalb des Kabels 20 nach unten .und der obere Gehäuseteil 302 oberhalb des Kabels 20 nach oben erstreckt.

Die Wände des oberen Gehäuseteils 302 bilden einen Einlaßkanal 310, der. in Verbindung mit dem vorderen Ende 312 des Gehäuses steht, einen nach rückwärts und nach oben verlaufenden Kanal 314, welcher den Einlaßkanal 310 mit der Außenfläche des Gehäuseteils 302 verbindet; und einen nach unten und nach rückwärts verlaufenden Kanal 316, der den

^6o. Einlaßkanal 310 mit der Außenfläche des Gehäuseteiles 302 verbindet. Im Gehäuseteil 302 ist ein Ventil 318 durch eine Welle 320 drehbar in einer solchen Lage befestigt,, daß wahlweise die Kanäle 314 und 316 zumindest teilweise'von dem Einlaßkanal 310 abgeschlossen werden können. Wenn, mit anderen Worten gesagt, das Ventil 318 in Fig. 11 entgegen Uhrzeigersinn gedreht wird, wird der Kanal 314 zumindest teilweise abgeschlossen und wenn das

Ventil 318 im Uhrzeigersinn gedreht wird, wird der Canal 316 zumindest teilweise von dem Einlaßkanal .10 abgeschlossen. Die Welle 320 ist mit einer druckmpfindlichen Vorrichtung, wie sie in F i g. 3 oder in -ig. 8 gezeigt ist, verbunden, so daß das Ventil 318 lurch Änderungen des hydrostatischen Drucks des ,Vassers, in dem das Gerät 300 betrieben wird, ge-Ireht wird.

Wenn das Gerät 300 mit einem Kabel ins Wasser gelassen wird, bewirkt die druckempfindliche Vor- ίο ichtung eine solche Drehung.der Welle 320, daß das Ventil 318 in eine Stellung gedreht wird, in der der rCanal 316 wenigstens teilweise von dem Einlaßkanal 310 abgeschlossen ist. Wenn das Gerät 300 durch das Wasser geschleppt wird, wird daher das durch den Einlaßkanal 310 und dann nach oben und rückwärts durch den Kanal 314 strömende Wasser eine Kraft auf das Gerät ausüben, die es auf die vorbestimmte Arbeitstiefe tauchen läßt. Wenn die vorbestimmte Tiefe erreicht ist, wird das Ventil 318 in die Nullstellung gebracht, wie es in Fig. 11 gezeigt ist. Wenn das Gerät 300 die gewünschte Arbeitstiefe unterschreitet, wird das Ventil 318 von der druckempfindlichen Vorrichtung so gedreht, daß der Kanal 314 teilweise von dem Einlaßkanal 310 abgetrennt wird. Das durch den Einlaßkanal 310 strömende Wasser wird dann durch den Kanal 316 nach unten gelenkt und erzeugt eine Kraft, welche das Gerät 300 zurück auf die gewünschte Arbeitstiefe hebt.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Gerät zur automatischen Steuerung der Tiefe, in der ein seeseismisches Meßkabel durch ein Gewässer geschleppt wird, mit einem Gerätegehäuse und einer Tiefensteuerungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerätegehäuse (32 in Fig. 2 bis 7; 132 in Fig. 8; 202 in Fig. 9 und 10; 302, 304 in Fig. 11) eine Längsbohrung (46), deren" Innenwand (44) das sich durch die Bohrung erstreckende Kabel (20) mit Abstand umschließt, aufweist und durch Drehlager (64, 68 in Fig. 3; 134 in Fig. 8; 206 in Fig. 9 und 10) bezüglich des Kabels .verdrehbar, in Längsrichtung des Kabels jedoch unverschiebbar an diesem befestigbar ist. · ,

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch' gekennzeichnet, daß das Gehäuse (32) aus zwei lösbar miteinander verbundenen Teilen (48, 50) besteht, die jeweils einen Teil der Innenwand (44) der das Kabel umschließenden Längsbohrung (46) bilden.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die unterhalb beziehungsweise oberhalb der Mittellinie der Längsbohrung (46) liegenden, dem Wasser ausgesetzten Teile der Oberfläche des Gehäuses gleich groß sind.

4. Gerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehlager einen inneren, das Kabel (20) umgebenden und an diesem be-

'·">.. festigbaren Laufring (70) und einen auf diesem "laufenden und in der Längsbohrung (46) am Gehäuse (32) befestigten äußeren Laufring (72) enthalten.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Laufring (72) beim vorderen Ende der Längsbohrung (46) des länglichen Gehäuses (32) angeordnet ist.

6. Gerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Laufring geteilt ist.

7. Gerät nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß beini rückwärtigen Ende des Gehäuses (32) in der Längsbohrung (46) ein zweites Lager (68) angeordnet ist, welches das Kabel (20) lose umgibt.

8. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (302 in Fig. 11) einen am vorderen Ende (312) des Gehäuses mündenden Einlaßkanal (310) aufweist, der mit einem nach hinten und oben verlaufenden ersten Auslaßkanal (314) und einem nach hinten und unten verlaufenden zweiten Auslaßkanal (316) in Verbindung steht und ein Ventil (318) enthält, daß das im Betrieb des Gerätes durch den Einlaßkanal (310) eintretende Wasser unter Steuerung dutch eine druckempfindliche Vorrichtung wahlweise in einen der beiden Auslaßkanäle (314, 316) leitet.

9. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (202 in. Fig. 9 und K)) ein schwingungsfähig gelagertes Pendel (226) und bcidseits dieses Pendels angeordnete Kontakte (236, 238) enthält, die durch das Pendel bei einer Drehung des Gehäuses in der einen oder anderen Richtung betätigbar sind und einen reversierbaren Motor (224) steuert, der über Ritzel (210) mit einem das Kabel (20) umgebenden und an diesem befestigten Zahnrad derart gekoppelt ist, daß eine zu einer Kontaktbetätigung führende Verdrehung des Gehäuses aus seiner durch das Pendel (226) bestimmten Soll-Lage durch den Motor wieder rückgängig gemacht wird.

10. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerätegehäuse einen ersten Gehäuseteil (302), in dem sich der Einlaßkanal (310), das Ventil (318) und die Auslaßkanäle (314, 316) befinden, einen zweiten Gehäuseteil (304), in dem sich ein Ballast (308) befindet, und zwei diese beiden Gehäuseteile vorn und hinten verbindende rohrförmige Teile (306) enthält, durch die sich

. das Kabel (20) erstreckt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen