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B e s c h r e i b u n g "Akustisches Bohrloch-Untersuchungsgerät"
Die Erfindung bezieht sich auf ein akustisches Bohrloch-Untersuchungsgerät, und
zwar insbesondere auf ein verbessertes starres Gehäuse für akustische Untersuchungsgeräte
mit Einrichtungen für die Dämpfung der in Längsrichtung wandernden akustischen Signale.
Das Gehäuse gemäß der Erfindung kann ferner gasdicht ausgeführt werden.
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Ein typisches akustisches Bohrloch-Unterzuchungsgerät weiat normalerweise
mindestens drei akustische Wandler auf, die auf einem Träger in in Längsrichtung
voneinander getrennten Intervallen angeordnet sind. Zwei dieser Wandler sind als
Empfänger ausgebildet, und der dritte dient als Sender, der periodisch kurze Impulse
akustischer Energie in allen Richtungen in die das Bohtloch-Uhtersuchungßgorät'
umgebenden Medien aussendet. Ein akustischer Impuls. der von inem Empfänger empfangen
wird, betätigt typischerweise inen entweder im Bohrloch ober an der Erdoberfläche
angeordneten
Zeitverzögerungsschaltkreis. Wenn dann derselbe Impuls
spätervon einem Empfänger empfangen wird, der in größerer Entfernung angeordnet
ist, so wird die verflossene Zeit von dem Zeitverzögerungsschaltkreis gemessen und
daraus die Schallgeschwindigkeit durch diesen Abschnitt der umgebenden Medien zwischen
den beiden Empfängern bestimmt. In komplizierteren Systemen wird auch die Wellenform
der empfangenen Impulse untersucht, um deren Amplitude festzustellen oder andere
wertvolle Informationen zu gewinnen.
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Die Geschwindigkeit des Schalles durch Flüssigkeiten, die sich typischerweise
in einem Bohrloch befinden (die sogenannte"BohrlochspUlung") liegt in der Grö#enordnung
von etwa 1500 m pro Sekunde. Andererseits liegt die Schallgeschwindigkeit in den
Erdformationen im Bereich von 1500 m pro Sekunde bis etwa 8000 m pro Sekunde; zum
Vergleich sei vermerkt, daß die Schallgeschwindigkeit in Met allen zwischen zwi
schen 4000 und 7000 m pro Sekunde liegt.
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Da demzufolge die Schallgeschwindigkeit durch die Erdformationen
wesentlich höher ist als durch die Bohrlochspülung oder andere Bohrlochflüssigkeiten,
wtd ein akustisches Signal wesentlich schneller durch die Formation wandern, als
durch das Bohrloch. Durch richtige Wahl des Abstands der Wandler werden die Empfänger
ein akustisches Signal auffangen, das durch die benachbarten Erdformationen gelangt
ist, und zwer lange, bevor das Signal eintrifft, das durch die Flüssigkeit im Bohrloch
übertragen worden ist. Durch eine selektive Betätigung der Empfänger nur während
einer so kurzen Zeit, daß sie gerade Jene Signale, die durch die Formationen ankommen,
empfangen, können demgemäß die längsameren und unerwünschten Signale nicht aufgefangen
werden. In einigen Systemen ist es Jedoch erforderlich, die Empfänger etwas länger
zu betgtigen, um z.B. Ende rungen der Wellenform festzustellen. Wenn dies vorgesehen
wird, werden die unerwUnsohten Signale durch geeignete elektronische
Schaltkreise
ausgefiltert.
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Dabei ist ferner zu berücksichtigen, daß ein akustisches Bohrloch-Werkzeug
so ausgebildet sein muß, daß feststellbare akustische Energie nichtWängs des Trägers
zwischen den Wandlern übertragen wird, etwa mit einer Geschwindigkeit vergleichbar
mit der des Schalles durch die Erdformationen. Falls dies nicht berücksichtigt wird,
werden offensichtlich unerwünschte akustische Signale längs des Trägers übertragen
und bei den Empfänger ankommen, wenn die gewünschten Signale ankommen und damit
eine genaue Bestimmung der zusammengesetzten Geschwindigkeit des Schalles durch
die benachbarten Erdformationen verhindern, ebenso wie auch die Analyse der Impulswellenform,
wenn diese vorgesehen wäre, nicht mehr möglich ist. Ein anderes Problem, das auftreten
kann, ist das Klingen in einem Gehäuse, das vergleichbar ist mit dem Klingen einer
Glocke. Um auch diese Störung von derartigen Quellen her für den Empfang der Signale
auszuschließen, ist es demgemäß erforderlich, das Gehäuse derart aufzubauen, daß
es schalldämpfend wirkt.
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Demgemäß war es bisher üblich, die Wandler auf einem Träger anzuordnen,
der entweder eine niedrige Schalltbertragungsfähigkeit besaß oder Einrichtungen
für die Dämpfung oder Verzögerung der akustischen Energie bei deren Wanderung längs'
des Trägers aufwies. Typische derartige träger mit einer niedrigen Schallübertragungsfähigkeit
sind solche, in denen die Wandler entweder in ein elastomeres oder plastisches Materiat
eingebettet oder auf solchem befestigt sind. Es ist jedoch für den Fachmann offensichtlich,
daß zusätzlich zur Zerstörung sgefahr bei der Handhabung derartige Werkzeuge zu
flexibel sind, um etwa ein Hindernis im Bohrloch zu überwinden. Dazu kommt, daß
die Wirkungsweise von Wandlern, die in ein elastomeres oder plastisches Material
eingebettet sind, beeinflußt wird.
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Beispiele für derartige starre Oehäuse mit einer Dämpfung für die
längs des Trägers wandernde akustische Energie
sind in den US-Patentschriften
3 191 388, 3 191 141, 3 191 142 und 3 191 143 offenbart. Obwohl jede der dort beschriebenen
Anordnungen befriedigend zu arbeiten vermag, so besitzen sie doch den Nachteil,
daß ihre Träger offen sind und der Einwirkung der Bohrlochspülung ausgesetzt sind,
wodurch nach einiger Zeit die Verdrahtung und die akustischen Wandler korrodiert
werden oder beschädigt werden. Das Verschließen derartiger offener Träger mit elastomerem
Material oder dergleichen war nicht sehr erfolgsreich insofern, als dies oft die
radiale Aussendung des Schalles beeinträchtige. Hinzu kam, daß beim Gebrauch der
Bohrloch-Untersuchungsgeräte in gasgefüllten Bohrlöchern oder in Bohrlöchern, die
mit einer größere Quantitäten gelösten Gases enthaltenden Bohrlochspülung gefüllt
waren, das Gas langsam durch das elastomere Material eindringt, während sich das
Werkzeug befindet. Wenn dann das Bohrloch-Werkzeug aus dem Bohrloch herausgezogen
wird, kann das eingeschlossene Gas nicht schnell genug aus dem Bohrloch-Werkzeug
entweichen und kann sehr leicht die elastomeren Umkleidungen durchbrechen. Hinzu
kommt, daß diese Gehäuse zwar "starr" sind, daß sich Jedoch noch eine gewisse Biegsamkeit
ergibt, die für eine allgemeine Anwendung unerwünscht ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes akustisches
Bohrlochgerät mit einer relativ hohen mechanischen Festigkeit zu schaffen, das Einrichtungen
für die erhebliche Dämpfüng der akustischen Energie aufweist, die in Längsrichtung
hindurchwandert, wobei ebenfalls das akustische"Klingen 1? gedämpft wird.
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Weiter sind gemäß der Erfindung Starre Verschlüsse für akustische
Bohrloch-Untersuchungsgeräte, die vollständig abgedichtet und gasdicht gemacht werden
können.
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Gemäß der Erfindung dient ein relativ starrer, hochfester rohrtörmiger
Der bw. ein Gehäuse als er tür die im Abstand angeordneten akustischen Wandler.
Diese Gehäuse + im Bohrloch, ++ vorg.sehe
umfaßt innere und äußere
rohrförmige Abschnitte, die teleskopartig zusammengefügt sind und längs einer gemeinsamen
Mittelachse in Längsabständen von ihrem zugehörigen Abschnitt und relativ zu jenem
versetzt angeordnet sind. Um die rohrförmigen Abschnitte zusammenzufügen, ist in
den Ringräumen zwischen den inneren und äußeren Abschnitten eine Vielzahl von kürzeren
Sektionen im Längsabstand angeordnet. Durch das Anordnen jeder kürzeren Sektion,
die sich von einem Ende eines äußeren Abschnitts und unter diesem äußeren Abschnitt
zum entgegengesetzten Ende des anschließenden inneren Abschnitts erstreckt, wird
ein kontinuierliches und starres rohrförmiges Gehäuse aus gegensinander versetzten
inneren und äußeren AbsehnitteN durch Zusemmenfügen von deren Enden gebildet. Akustische
Eneie, die längs dieser Abschnitte des Gehäuses wandecke wird dadurch so gedämpft,
daß kein merkbarer Anteil von akustischer Energie längs des Gehäuses übertragen
werden kann oder das Gehäuse zum Mitschwingen anzuregen vermag. Darüberhinaus wird
durch die Verwendung der rohrförmigen Teile für diese Zwischensektionen und durch
das abdichtende Verbinden dieser Sektionsenden mit den inneren und äußeren Abschnitten
eine gasdichte HUlle geschaffen.
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Die Erfindung soll nun anhand von in den beigefügten Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispielen im einzelnen näher beschrieben werden: Figur
1 zeigt ein akustisches Bohrloch-Untersuchungsgerät gemäß dem Prinzip der vorliegenden
Erfindung; Figuren 2A und 2 B sind vergrö#erte aufeinanderfolgende Schnitte durch
einz Teil der Anordnung nach Figur 1; Figur 3 ist ein weiter vergrößerter Schnitt,
um eine Ausbildungsform das Erfindungsgegenstandes zu zeigen;
Figuren
4 A und 4B sind Ansichten ähnlich der Figur 3, zeigen jedoch andere konstruktive
Einzelheiten; und die Figuren 5 und 6 sind vereinfachte schematische Darstellungen
zum besseren Verständnis der theoretischen Grundlagen, auf denen die Erfindung beruht.
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In Figur 1 ist ein längliches, starres akustisches Bohrloch-Untersuchungsgerät
lo dargestellt mit einem unteren Gehäuse 11, aungebildet gemäß vorliegendßr Erfindung,
und einem oberen Gehäuse 12, dargestellt innerhalb einet Bohrlochs 13, Das Gerät
lo hängt an einem gesehen elektrischen Kabel 14, daß über eine nicht dargestellte
Winde an der Erdoberfläche in üblicher Weise abgespult wind.
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Zwar ist das für die Untersuchung angewandte akustische System ohne
Bedeutung für die Erfindung, doch zur VEreinfachung der Erläuterungen soll angenommen
werden, daß ein Paar von Sendewendlern 15 und 16 und ein Paar von Empfangswandlern
17 und 18 im unteren Gehäuse 11 des Oerätes lo angeordnet sind, und der größte Teil
oder sogar die Gesamtheit der elektronischen Schaltkreise befindet sich im oberen
Gehäuseteil 12. Ein typisches derartiges System ist in der US-Patentschrift 3 257
639 beschrieben. Es mag kurz werläutert werden, daß hier die Wandler 15 bis 18,
z.B. vom magnetostriktiven Typqin geeigneter Weise in festen Abs den voneinander
in üblicher Art in dem Gerät angeordnet sind. Dir vorgeseheme Mandleranordnung umfa#t
einen oberen Sende 15, einen oberen Empfänger 17, einer unteren Empfänger i8 und
einen unteren Sender 16, in Längseusrichtung, wobei der Abstand zwischen dem Sender
15 und dem Empfänger 17 gleich ist dem Abstand zwischen dem Sender 16 und dem Empfänger
18.
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Vorzugsweise ist dieser Abstend in der Grö#enordnung von etwa einem
Meter gewählt, und der Abstend zwischen den Empfängern
17 und 18
liegt in der Größenordnung von 3o cm. Der Sender 15 und der Empfänger 17 sind demgemäß
symmetrisch in bezug' auf den Sender 16 und den Empfänger 18 angeordnet, wobei die
Symmetrieebene in der Mitte zwischen den beiden Empfängern 17 und 18 liegt.
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Die Anordnung für den Bbtrleb dieses Systems ist so getroffen, daß
die Aussendezeit eines akustischen Energieimpulses von einem der Sender zuverlässig
an der Erdoberfläche ermittelt werden kann, und die akustische Energie, sobald sie
von einem der Empfänger aufgenommen wird, kann an der Erdoberfläche als elektrisches
Signal reproduziert werden und die Laufzeit der akustischen Energie vom Sender durch
die umgebenden Medien zurück zu einem der Empfänger kann mit erheblioher Genauigkeit
gemessen werden. An der Erdoberfläche werden die von dem Sender zum Empfänger übertragenen
Signale von elektronischen Schaltkreisen empfangen, welche Signale von dem im Bohrloch
befindlichen Werkzeug lo in einer ganz bestimmten Reihenfolge abgegeben werden.
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Diese Reihenfolge ist so gewählt, daß einSender zweimal aufgetastet
wird, um Sendesignale abzugeben, und diese Signale wechseln ab mit den Jeweils von
den um einen längeren und um einen kürzeren Abstand von dem ersten Sender angeordneten
Empfängern empfangenen Signalen; der andere Sende wird ebenfalls zweimal aufgetastet,
um Sendesignale abzugeben, abwechselnd mit den Signalen, empfangen von den um einen
längeren bzw. einen kürzeren Abstand von zweiten wender angeordneten Empfängern.
Ein Paar der aufeinanderfolgenden Signale repräsentiert demgemäß das Zeltinterquell
zwischen der Aussendung eines akustischen Impulses und seiner Ankunft an einem vorgegebenen
Empfänger0 In den elektronischen Schaltkreisen wird das erste Zeitintervall zwischen
der Aussendung eines akustischen Impulses und seiner Ankunft an einem gegebenen
Empfänger, der um einen längeren Abstand ton dem ersten Sender angsordnet ist, in
einer Zähisehaltung gespeichert.
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Ein zweites Zeitintervall wischen dem nächsten folgenden akustischen
Sendeimpuls des ersten Senders und der Ankunft der akustischen Energie au dem näher
zum Sender angeordneten Empfänger
wird dann von dem ersten Zeitintervall
subtrahiert. Das nächte Zeitintervall zwischen der Aussendung eines akustischen
Impulses vom zweiten Sender und seiner Ankunft bei dem Empfänger im grösserem Abstand
von diesem Sender wird in die Zählschaltung addiert, und das nunmehr folgende Zeitintervall
zwischen der Aussendung eines akustischen Impulses vom zweiten Sender und dessen
Ankunft an dem im kürzeren Abstand angeordneten Empfänger wird von dem Inhalt der
Zählschaltung wieder subtrahiert. Das nunmehr verbleibende Zeitintervall im Zähler
repräsentiert zwei bestimmte Laufzeiten der akustischen Enrgie über einen Abschnitt
der Medien zwischen den beiden Empfängern. Das verbleibende Zeitintervall im Zähler
wird durch zwei dividiert und ergibt damit eine mittlere Laufzeit der akustischen
Energie über diesen Abschnitt der benachbarten Medien. Einer der Hauptvorteile dieses
Systems ist, daß die längeren Zeitintervalle, gemessen zwischen der Aussendung und
dem Empfang der akustischen Energie, genug Zeit die genaue Ubeftragung der Signale
zur Erdoberfläche lassen, während bei einem kurzen Abstand zwischen den Empfängern
die Ubertragung der Signale direkt an die Erdoberfläche schwierig wird. Die Sender
oberhalb und unterhalb der Empfänger sorgen weiter dafür, daß die Zeitmessung stark
unabhängig von der Instrumentenlage relativ zur Wandung oder Geometrie des Bohrlochs
ist. Natürlich können auch anstelle der beiden beschriebenen Empfänger vier Empfänger
verwendet werden, wie leicht einzusehen ist.
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Die genauen Einzelheiten dieser Anordnung sollen im folgenden nicht
weiter beleuchtet werden. Das untere Gehäuse 11 ist gemäß der Erfindung so aufgebaut,
daß sich eine starre, gasdichte Hülle ergibt, bei der eine erhebliche Dämpfung der
Schallenergie stattfindet0 Diese Dämpfung beruht einmal darauf, daß ein Abschnitt
19 des unteren Gehäuses 11 in geeigenter Weise angeordnet ist, um die Übertragung
jedes erheblichen Anteils akustischer Energie längs dieses Abschnittes selbst zwischen
den Wandlern' 15 und 17 zu rtermeiden,, ähnlich angeordnete Abschnitte 20 und 21
sind jeweils zwischen den Wandlern 17 und 18 und denWandlern 16
und
18 vorgesehen. Ein anderer Aspekt dieser Dämpfungseigenschaften dieser Gehäuseabschnitte
19 bis 21 beruht darauf, daß sie auch insbesondere so aufgebaut sind, um in starkem
Maße jedes Mitklingen zu vermeiden oder sogar völlig auszuschließen.
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Um eine relativ.ungeschwächte radiale Aussendung der akustischen
Energie von bzw. zu den Wandlern 15- 18 zu erreichen, sind in den Gehäuseabschnitten
gegenüber jedem der Wandler entsprechende Einrichtungen vorgesehen, z.B. eine Mehrzahl
von Gehäuseabschnitten 22-25 Jeweils mit in Umfangarichtung im Abstand angeordneten
vertikalen Schlitzen 26-29 (Figuren 2A, 2B).
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Diese Schlitze 26-29 bilden Je ein "Fenster", durch die die akustischen
Signale radial mit geringer oder gar keiner Interferenz oder Dämpfung gelangen können.
DUnnwandige Muffen 30-2) sind Jeweils hinter den Schlitzen 26-29 angeordnet und
flüssigkeitsdicht durch Abdichtschweißung befestigt, wie bei 34 gekennzeichnet,
an Jedem Ende der Gehäuseabschnitte 22-25, um den Eintritt von Bohrlochrlüssigkeiten
zu verhindern. Die oberen und unteren Enden des unteren Gehäuses 11 sind natürlich
durch geeignete Deckteile verschlossen, wie bei 35 am unteren Ende und 36 am oberen
Ende. Auf diese Art erreicht das Gerät lo eine geneigende Festigkeit und Starrheit,
so daß es aueh rauher Behandlung innerhalb und außerhalb des Bohrloches standzuhalten
vermag.
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Hinzu kommt, daß das Gerät lo insoweit flUssigkeitsdicht ist, so daß
dieWandler 15-18 und die anderen in ihm enthaltenen Bauteile nicht der korrodierenden
und schmutzigen Bohrlochflüssigkeit ausgesetzt sind, Wie am besten den Figuren 2A
und 2B Zu entnehmen ist, ist der oberre Wandler 15 auf einem zentralen Trägerteil
37 angeordnet, das von dem das obere und untere Gehäuse 11 bzw, 12 verbindenden
Gehäusedeckel 36 getragen Wird. Die mittleren und der untere Wandler 16-18 sind
nicht direkt auf dem unteren Gehäuse 11 befestigt, sondern sind im Gegensatz hängend
unterhalb des oberen Wandlers 15 getragen. Um dies zu ermöglichen, ist der untere
Wandler 16 auf einem Rohrträger 58 befsstigt und unter dem
oberen
Wandler 15 mittels einer Schraubenfeder 39 aufgehangen, die am oberen Ende an dem
zentralen Trägerteil 37 befestigt ist> während sie am unteren Ende mit dem Rohrteil
38 verbunden ist.
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Damit ergibt sichnatürlich eine gesamte Schraubenlänge der Feder 39,
die erheblich größer ist als die geradlinige axiale Länge der Feder, so daß akustische
Signale, die längs der Feder wandern, erheblich verzögert werden und deshalb nicht
mit dem Empfang der erwünschten Signale durch die Empfänger 17 und 18 interferieren
kann. Eine Mehrzahl flacher, ringförmiger, wirbelsäulenähnhoher Teile 4o ist zwischen
dem oberen und dem unteren Wandler 16 bzw. 18 angeordnet und in geeigneter Weise
oberhalb und unterhalb des mittleren Wandlers 17 verteilt, um diesen in richtiger
Beziehung zu den anderen Wandlern zu halten. Die Spannung der Feder 39 ist genügend
gro#, da# die wirbelsäulenartigen Teile 4o in ziemlich starrer aufeinandergesteckter
Kolonne gehalten werden.
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Man erkennt daraus daß durch die geeignete Einstellung der Federvorspannung
der Feder 39 und die Anordnung einer Anzahl wirbelsäulenartiger Teile 4o zwischen
den Wandlern 15-18 die mittleren und der untere Wandler in irgendeiner gewUnschten
festen Beziehung zu einander gehalten werden. Damit sind tatsächlich die mittleren
und der untere Wandler 16-18 von einander abhängig unterhalb dem oberes Wandler
15 mittels einer in axialer Richtung starren, doch in* « seitlicher Richtung beweglichen
Kolonne von zusammengesteckten wirbelsäulenartigen Teilen 40 gehalten.
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Um sicherzustellen, daß die ittleren und der untere Wandler 16-18
in genaner Ausrichtung gegen(Iber ihren zugeordneten Schlitzen 27-29 sitzen, sind
Einstelleinrichtungen, z.B. mit Gewinde versehene Kragen und Muffen 41 und 42, in
der Kolonne vorgesehen Die nach Art einer Wirbelsäule angeordneten Teile 40 (im
folgenden kurz "Wirbel" genannt), müssen natürlich so angeordnet werden, da# die
durch sie hindurch übertragene akustische Energie entwsder erheblich gedämpft wird
oder im g@@@genden Ma#e
verzögert wird, so daß sie nicht mit dem
Empfang Jener akustischen Signale inteSErieren kann9 die aus den Erdformationen
zurücklaufen. Kurz gesagt werden die Wirbel 40 deshalb in geeigneter Weise angeordnet,
um eine ganz erhebliche Dämpfung der akustischen Energie zu bewirken, so daß ein
störendes akuStisches Signal nicht direkt hindurch übertragen wird, etwa von dem
Sendewandler 15 bzw. 16 zu den Empfangswandlern 17 und 18.
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Um dies zu bewirken, sind die Wirbel 40 von einander durch kurze
Langsnaben, wie bei 4), getrennt, die sich von einer Querfläche jedes Wirbels herauserstrecken
und jeweils in eine komplementäre Ausnehmung 44 in der gegenüberliegenden Querfläche
des nächsten Wirbels eingreifen. Auf diese Weise ergibt sich, obwohl die Wirbel
sogar aus Metall bestehen können, da# die zahlreichen Wechsel von und zu aufeinanderfolgenden
Querschnittsflächen längs der Kolonne eine derartige Fehlanpassung an Jedem Übergang
erzeugt wird, daß nur sehr geringe oder gar keine akustische Energie durch die Kolonne
der übereinander gestapelten Wirbel 40 übertragen wird. Darüberhinaus wird jedesmal,
wenn ein akustisches Signal durch die Wirbelkolonne 40 wandert und seine Richtung
in der Kolonne ändert oder in der Kolonne reflektiert wird oder durch die Fehlanpassung
reAettiert wird, ein Teil des Signals in die umgebenden Medien ausgesandt, wo es
gedämpft wird.
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Man erkennt, daß trotz der erheblichen Festigkeit des Gehäuses 11
insgesamt dies nichtdestoweniger einer gewissen Flexion bei der Handhabung unterworfen
werden kann. Um für derartige Biegungen oder Flexionen eine Kompensation zu schaffen,
sind drei der Vorsprünge 43 gleichmäßig um die Mittelachse jedes der Wirbel 40 herum
verteilt,und die freien Enden jedes Vorsprungs sind abgerundet, so daß sich ein
Teilabschnitt einer quer angeordneten sphärischen Oberfläche ergibt, die - wenn
sie vollständig wäre - jeden der Vorsprünge umschreiben würde. Die komplementären
Ausnehmungen 44 in den gegenüberliegenden Querflächen jedes der Wirbel 4o sind jeweils
in geeigneter Weise
angeordnet, um einen der Vorsprünge 43 aufzunehmen.
Da die zusammenwirkenden Flächen derVorsprünge 43 und deizugeordneten flachen Ausnehmungen
44 im allgemeinen sphärisch sind, besitzen die gestapelten Wirbel 40 eine gewisse
Auslenkfreiheit relativ zueinander um ihre Längsachse in irgendeiner Richtung. Auf
diese Weise ergibt sich, daß die gestapelte Kolonne der Wirbel 40 wesentlich gelenkig
ist und sich frei verbiegen kann, wenn das Gehäuse 11 verbogen werden sollte.
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Mit den metallischen Muffen 30-33 innerhalb des Gehäuses 11 ist es
erforderlich, daß für eine wirksame Ubertagung akustischer Energie in Radialrichtung
der eingeschlossene Raum 45 mit einer geeigneten Flüssigkeit gefüllt werden muß.
Da die Schallgeschwindigkeit in b1 in der Größenordnung von 13oo-1600 m pro Sekundetiegt,
wird für die Füllung des Gehäuseraumes 45 O1 verwendet, da dabei die akustischen
Signale nicht in Längsrichtung innerhalb des Gehäuses schneller übertragen werden
können, als sie in Längsrichtung durch das Bohrloch 13 außerhalb des Werkzeugs lo
laufen können. Es versteht sich natürlich, daß infolge des relativ kleinen Radialabstandes
zwischen den Wandlern 15-18 und den metallischen Muffen 30-33 kein erheblicher Einfluß
auf die radiale Aussendung und den radialen Empfang des Schalles ausgeübt wird.
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Es versteht sich, daß eine große Anzahl von Leitungen vom oberen
Gehäuse 12 in das untere Gehäuse 11 geführt werden muß und möglicherweise sogar
noch weiter herunter zu anderen, hier nicht dargestellten Geräteteilen. Um derartige
Leitungen unterzubringen, ist ein Zentralteil 46, z.B. ein länglicher Zylinder aus
schalldämpfgendem Material, wie Kunststoff oder dergleichen, durch die Kolonne der
Wirbel 40 unedle Feder 30 geführt. Wie am besten in Figur 2A zu erkennen, gestattet
dieser Zylinder 46 Leitungen, wie z. B. bei 47, herumzuführen, die dann in die benachbarten
Windungen der Feder 39 einspringen.
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In ähnlicher Weise hat es sich als vorteilhaft herausgestellt,
eine
oder mehrere äußere schräge Rippen vorzusehen, z.B. bei 48, außerhalb jedes Wirbels
40, um so Kanäle für andere (nicht dargestellte) Leitungen zu schaffen, die außerhalb
der Wirbel zusätzlich zu den Leitungen innerhalb der Wirbel geführt werden.
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Um Volumenänderungen der Öl füllung in dem eingeschlossenen Raum
45 ermöglichen zu können, die etwa infolge Änderungen der Bohrlochtemperatur auftreten
können, und um einen Druckausgleich zwischen der Außenseite und dem Innenraum des
Werkzeugs lo zu ermöglichen, ist ein schwimmender Ausgleichskolben 49 (Figur 2B)
vorgesehen, mit einem normalerweise geschlossenen Ventil 50.
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Dieser Ausgleichskolben ist gleitend im unteren Abschnitt des Gehäuses
11 angeordnet und wirkt normalwerweise mit einem Anschlag, beispielsweise der Gehäuseschulter
51, zusammen. Der eingeschlossene Raum 45 wird durch eine nicht dargestellte Füllöffnung
mit einer genügend Quantität eines geeigneten hydraulischen Öles gefüllt, um den
Kolben 49 gegen die Schulter 51 zu verschieben. Durch eine Anordnung des Ventils
50 derart, daß es sich öffnet und Öl aus dem Inneren des Gehäuses 11 herausläßt,
Jedoch sich schließt und den Eintritt von Bohriochflüssigkeit in den Innenraum 45
verhindert, ergibt sich, daß bei einer Expansion des Öles infolge Temperaturerhöhung
ein genügender Anteil desselben durch das Ventil herausgelassen wird, um ein Zerreißen
der dünnen Metallmuffen 3o-33 zu verhindern. Erhöht sich Jedoch derhydrostatische
Druck genügend oder sinkt die Umgebungstemperatur wieder ab, so kann sich der Ausgleichskolben
49 frei nach oben bewegen und damit den Raum 45 gefüllt halten.
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Bohr'lochflüssigkeit kann durch eine seitliche Öffnung 52 in Jenen
Teil 11 unterhalb des Ausgleichskolbens 49 eintreten.
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Wenn demgemäß derAusgleichskolben 49 nach oben verschoben wird, werden
die innenwandungen des Gehäuses mit Bohrschlamm und
anderen Verunreinigen
aus der Bohrlochflüssigkeit bedeckt, wenn diese Wandungen durch die Bewegung des
Kolbens freigelegt werden. Wenn andererseits der Ausgleichskolben 49 wieder in seine
ursprüngliche Stellung zurückkehrt, entweder durch eine weitere Expansion des Öles
oder beim Erneuern des Öles bei der nachfolgenden Wartung, ist zu erwarten, daß
geringe Reste des Bohrschlammes sehr wahrscheinlich auf den Zylinderwandungen zur@kbleiben
und von den Dichtungen 5) des Ausgleichskolbens überstrichen werden. Es ist natürlich
unerwünscht, daß das Öl in dem Innenraum 45 durch derartige Fremdbestandteile verschmutzt
wird.
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Demgemäß ist vorzugsweise zur Verhinderung des Ölverschmutzung im
eingeschlossenen Raum 45 der Ausgleichskolben 49 mit von einander getrennten Kolbenabschnitten
54 und 55 aufgebaut,und ein weiteres Ventil 56 ist im unteren Kolbenabschnitt 55
vorgesehen, das ähnlich dem Ventil 50 ist, weiches bereits beschrieben wurde. Auf
diese Weise dient der Raum 57 zwischen den Kolbenabschnitten 54 und 55 als eine
Zwischenkammer, in der alle Fremdstoffe eingeschlossen werden, die von dem unteren
Kolbenabschnitt 55 überlaufen wurden. Es ist auch zueerwarten, daß die Dichtung
58 des unteren Kolbenabschnittes 55 einen erheblichen Anteil aller Verschmutzungsteile,
die die Zylinderwandung bedecken, abwischt und damit den Anteil von Verschmutzunge
texten, die in den Raum 57 gelangen, erheblich herabsetzt. Wenn dann das Öl erneuert
wird, kann ein Überschuß durch die Falls öffnung zugegeben werden, um alle Verschmutzungsteile
innerhalb des Raumes 57 durch das Ventil 56 herauszuspülen.
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Obwohl der Ausgleichskolben 49 ebensowohl auch ein Vollzylinder Bit
könnte, so erkennt man doch auf Figur 2B, daß vorzugsweise der Ausgleichskolben
ringförmig ausgebildet ist und um ein rohrförmiges Teil 59 im unteren Ende des Gehäuses
11 angeordnet ist. Auf diese Weise ergibt sich ein Durchlaß 6o für elektrische Leitungen
(nicht dargestellt). die etwa zu anderen Gerätsabschnitten (nicht gezeigt) unterhalb
des Gerätes lo angeordnat sind. Es ist dabei fest@@@@lten, da# dis Wirbel 40
noch
eine weitere Aufgabe erfüllen, nämlich den molanteil für die Füllung des eingesehlossenen
Raumes 45 herabzusetzen, ohne dabei erheblich das Gesamtgewicht des Gerätes lo zu
erhöhen.
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Durch Verwendung von Materialien, wie Aluminium oder Magnesium kann
ein großer Teil des Volumens des Raumes 45 angefüllt werden, ohne daß zu viel Zusatzgewicht
aufgebracht werden muß. Durch die Herabsetzung des gesamten dlvolumens in dem Raum
45 wird auch demgemäß die Änderung des blvolumens infolge Temperaturänderungen kerheblich
herabgesetzt.
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Wie bereits erwähnt, sind die Gehäuseabschnitte 19-21 so angeordnet,
daß die Ubertragung von akustischer Energie durch das untere Gehäuse 11 weitgehend
verhindert wird und ebenso auch das Mitklingen11 desselben sehr stark gedämpft wird.
Um dies zu erreichen, ist jeder der Gehäuseabschnitte 19-21 aufgebaut wie in Fig.
3 zu erkennen.
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In Figur 3 ist ein Gehäuseabschnitt loo aus einer Mehrzahl einander
überlappender, abwechselnd als innere und äußere konzentrische Muffen-lol und 102
angeordneten Teilen ausgebildet, die in Längsrichtung um eine gemeinsame Mittelachse
103 im Abstand angeordnet sind, wobei diese einander überlappenden Muffen miteinander
an ihren gegenüberstehenden benachbarten Enden durch eine Mehrzahl kürzerer Muffen
104 mit einem zwischen den beiden erstgenannten Muffen liegenden Durchmesser verbunden
sind, um so einen kontinuierlichen, ununterbrochenen, ziemlich starren rohrförmigen
Körper zu bilden. Auf diese Weise sind die gegenüberliegenden Enden 105 und 1o6
Jeweils innenbefindlicher Muffen lol innerhalb der anschließenden äußeren Muffen
102 aufgenommen und diese Enden sind voneinander in einem gewissen Abstand angeordnet,
um einen Zwischenspalt 107 freizulassen, während sie an den gegenüberliegenden Enden
1o8 und 109 dieser benachbarten äußeren Muffen mittels zweier kürzerer Zwischenmuffen
104 verbunden sind. Die äußeren Muffen 102 sind außerdem voneinander
getrennt,
um so Platz für einen äußeren Umfangsspalt 110 zwischen den Enden 108 und 109 jedes
Paares aufeinanderfolgen-Dorch der äu#erer Muffen zu lassen. Das verbinden der verschiedenen
Enden 105, 106, 108 und 1o9 der zueinander konzentrischen Muffen lol, 1o2 und 104
durch durchlaufende Schweißungen, wie bei 111 und 112 angedeutet, wird der Gehäuseabschnitt
loo rlUssigkeitsdicht und bildet eine Reihe alternierender ringförmiger Räume 113
und 114, die Jeweils gegen das äußere oder Innere des Abschnittes offen sind, und
zwar durch die Spalten 107 bzw. llo.
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In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung waren die
zueinander konzentrisch angeordneten Muffen lol, 102 und 104 Jeweils aus Stahlrohrabschnitten
gebildet mit einer Nennwandstärke von etwa 5,175 mm. Die äußeren Muffen 102 hatten
einen Außendurchmesser von etwa 92 mm, diemittleren Muffen hatten einen Außendurchmesser
von etwa 86 mm, und dieinneren Muffen lol hatten einen Außendurchmesser von etwa
80, 5 mm. Die radialen Abständen zwischen Jeweils benachbarten Paaren von Muffen
102 und 104 bzw. lol und 104 betrugen etwa o,o125 mm und wurden durch eine geeignete
Dimensionierung der Muffen erreicht. Die Spalte 107 und 110 waren jeweils 2,5 mm
weit und die Länge jeder inneren und äußeren Muffe lol und 102 betrug in Längsrichtung
35>5 mm. Aus Gründen, die nachfolgend noch erläutert werden, wurde diese Länge
für diese Muffen lol und 102 so ausgewählt> daß sie nicht eine Vi ertelwellenlänge
in Stahl bei der gewählten akustischen Anregungsfrequenz für den Wandler 16 überschritt.
Die oben genannten Abmessungen sollen nur als Beispiele verstanden werden, es können
jedoch selbstverständslich auch andere Abmessungen gewählt werden.
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FUr die Herstellung des Gehäuseabschnittes 100 werden die rohrförmigen
Muffen lol und 102 und 104 sukzessiv miteinander derart verbunden, daß die Abschnitte
schrittweise von einem Ende bis zum snderen zusammengebaut werden. Wie in Figur
3 dargestellt, sind die benachbarten, mittleren Muffen 104 und die inneren und
äußeren
Muffen lol und 102 jeweils abdichtend miteinander durch ununterbrochene Umfangsschweißung
verbunden, wie bei 111 und 112,-was infolge der relativ engen radialen Abstände
leicht zur Überbrückung der Abstandsräume führen könnte. Bei einem anderen Verfahren
zur Verbindung der rohrförmigen Muffen werden die gegenüberstehenden Enden der mittleren
Muffen 1o41 jeweils umgebördelt, wie am besten in Figur 4A zu erkennen, um vergrößerte
und im Durchmesser verringerte Endflanschen 115 und 116 für das Zusammenwirken mit
der inneren bzw. äußeren Muffe lol bzw. 102 zu schaffen. Geeignete Schweißungen
wie bei 117 oder 118 verbinden die Muffen lol, lö und 104-' miteinander.
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In ähnlicher Weise wie in Figur 4B dargestellt, kann nur das eine
oder das andere Ende der mittleren Muffe 104'' umgebördelt sein, wie z.B. bei 119
zum Zusammenwirken mit dem hier anschliessenden Muffenteil 102. Das andere Ende
ist in derselben Weise angeordnet wie in Figur 3 dargestellt.
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Man erkennt demgemäß, daß die in den Figuren 3, 4A und 4B gezeigteRAusbildung
einen gewundenen Längspfad längs des Gehäuseabschnitts loo bildet mit einer Länge
von etwa dem Dreifachen des geradlinigen Abstandes zwischen den beiden Enden Jedes
Abschnitts. Darüberhinaus bilden die Enden 105, 106, 108 und lo9 eine Mehrzahl unterbrechender
Oberflächen oder Zwischenflächen, die quer zur Mittelachse 103 des Gehäuseabschnitts
loo liegen.
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Obwohl Experimente gezeigt haben, daß die in den Figuren 3, 4A und
4B dargestellte Ausbildung ein überlegenes schalltotes Gehäuse bildet, ist es natürlioh
schwierig, genau den Einfluß der verschiedenen Faktoren abzuwägen, die für ein solches
Resultat verantwortltoh sind. Die folgende Erläuterung, basierend auf logisch-wissenschaftlichere
Analyse, wird deshalb von der Anmelderin als beste Erklärung für die Prinzipien
angeboten, die der Wirkungsweise des Anmeldungsgegenstandes zugrundeliegt4.
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Zunächst einmal sei auf Figur 5 verwiesen, wo schematisch ein Schallpfad
200 mit drei parallelen Schenkeln 201-203 dargestellt ist, dLe~~etwa eine S-Form
bilden. Es sei vorausgesetzt, daß ein akustisches Signal längs des Pfades 200 in
Richtung des Pfeiles 204 übertragen werde; das übertragene Signal soll angenommen
werden, als habe es die Form einer Mehrzahl in räumlichem Abstand verlaufender Wellenfronten,
wie bei 205, die längs des ersten Schenkels 201 des Pfades sich bewegen. Wenn eine
de r Wellenfronten 205 auf die Querfläche 206 am Ende des Schenkels 201 auftrifft
(welche Fläche eine Grenzfläche zwischen zwei unterschiedlichen Medien, wie dem
metallischen EEd 200 selbst und.der Flüssigkeit in der Umgebung, bildet), so wird
ein Teil der kustischen Energie weiter wandern in das umgebende Medium, wie bei
207 angedeutet.
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Ein großer Teil der Schallenergie wird natürlich von der Grenzfläche
206 reflektiert. Die reflektierte Energie wird Jedoch einen aufgespaltenen Pfad
einschlagen, um zurücklaufen zu können, so daß alle reflektierten Schallwellen in
zwei Wellenabschnitte 208 und 209 am ersten Umkehrpunkt des Pfades 200 aufgespalten
werden. Demgemäß wird ein Anteil 208 der reflektierten Welle in den ersten Schenkel
201 zur Quelle zurücklaufen, und der andere Abschnitt 209 der reflektierten Welle
wird seinen Weg längs des Pfades 200 fortsetzen, Jetzt jedoch bei dem Schenkel 202.
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Ein ganz ähnlicher Vorgang ergibt, wenn der Anteil 209 der ersten
reflektierten Wolle beim Weiterlaüfen im zweiten Schenkel 202 die Querfläche 21o
am Ende des zweiten Schenkels erreicht, und eine weitere Aufteilung in drei Pfade
der Schallenergie wird erfolgen. Ein Anteil 211 der Welle 209 wird in die Umgebung
entweichen. Der Rest derEnergie wird wieder von der Grenzschicht 210 reflektiert
und aufgespalten, wobei ein Wellenanteil 212 im zweiten Schenkel 202 zurückläuft,
während der andere wellenanteil 213 seinen Lauf in den dritten Schenkel 200 203
des Pfades fortsetzt. Es werden immer weitere Reflektionen
stattfinden,
jedoch immer mit der gleichen Wirkung.
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Bekanntlich wird die Reflektion eines akustischen Signals sowohl
durch die Natur des Mediums bestimmt, in dem die Schallwelle fortläuft, als auch
durch die Natur des umgebenden Mediums.
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Das Verhältnis der charakteristischen Impedanzen (. C) oder der Anpassung
zwischen den beiden Medien bestimmt das Verhältnis zwischen der übetragenen und
der reflektierten Energie. Wie ausführlich in dem Buch "Fundamentals of Acoustics",
Kinsler and Frey (Wiley-Verlag 1962), erläutert, läßt sich dies von einer Grenzschieht
reflektierte Energie, etwa bei 206 in Figur 5, nach der folgenden Gleichung berechnen:
α R R-1-4 1 - 4 (2C2) (P1c1) (e 2C2 + P1C1)2, worin α R der Reflektionsfaktor
ist, 1 die Dichte des Mediums, in der der Schall entsteht, C1 die Schallgeschwindigkeit
in dem Medium, in dem der Schall entsteht, 2 2 die Dichte des Umgebungsmediums an
der Grenzfläche zum ersten Medium, C2 die Schallgeschwindigkeit im Medium angrenzend
an die Grenzschicht zum ersten Medium.
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Wenn nun das schalleitende Medium Stahl ist und das umgebende Medium
Wasser, so führt die Substitution ihrer jeweiligen Kennwerte in übereinstimmenden
Einheiten in der obigen Gleichung zu folgendem Ergebnis: zur = o,86, wobei angenommen
ist 17 1 = 7.700-kg/m3 (Stahl) 1 = = 5.050-m/sec. (Stahl) P2 = 1.000 kg/m³ (Wasser)
C12 = 1,481-m/sec. (Wasser)
Eingesetzt ergibt sich:
Wenn demgemäß Stahl und Wasser die beiden zu betrachtenden Medien sind, so wird
86% der akustischen Energie, die durch den Pfad 200 übertragen wird, an jeder Grenzfläche,
etwa bei 206, reflektiert. Die verbleibenden 14% der Energie werden in das umgebende
Medium ausweichen, wie bei 207, wo diese Energie schnell zerstreut wird.
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Die reflektierten Wellen werden dann zwei Teilwellen aufgespalten,
wie 208 und 209, um ihre jeweiligen Wege fort zum setzen. Obwohl dies nicht genau
bestimmt ist, so scheint es doch nur logisch, daß die relativen Amplituden der beiden
reflektierten Anteile 208 und 209 mindestens zum Teil abhängig sind vom Winkel der
Grenzfläche 206 zur Längsachse der beiden Schenkel 201 und 2022 ebenso wie von der
relativen Querschnittsfläche jedes dieser beiden Schenkel. Wenn demgemäß die Grenzfläche
206 senkrecht auf der Längsachse der beiden Schenkel 201 und 202 steht,und diese
beiden Schenkel etwa die gleiche Querschnittsfläche besitzen, so ist anzunehmen,
daß die Aufspaltung der rdlektierten Energie etwa in zwei gleichen Anteilen erfolgt.
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Falls das der Fall ist, so verschwindet bei einem gegebenen Signal,
etwa bei 205, 14% der Energie in dem umgebenden Medium, etwa bei 207, wo sie schnell
zerstreut wird. Etwa 43% der Energie läuft zurück als Welle 208, und zwar längs
des Schenkels 201, während die verbleibenden 43% reflektiert werden und in den zweiten
Schenkel 202 als Welle 209 gelangen.
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Der gleiche Vorgang wird mit de den zweiten Schenkel 202 längs des
Pfades 200 entlanglaufenden Wellenanteil 209 erfolgen.
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Wenn dieser Wellenateil 2o9 auf die Grenzfläche an der nächsten Oberfläche
210 trifft, so wird 14% der Energie in die umgebende
Flüssigkeit
übertragen (wie bei 211), und die verbleibende Energie wird wieder in'zwei andere
Wellenanteile 212 und 213 aufgespalten. Auch hier ist die Grenzfläche 210 senkrecht
zur Bewegunsgrichtung angeordnet, und die Querschnittsflächen der Schenkel 202 und
203 sind gleich, so daß wiedernur 43% dieser Energie in den dritten Schenkel 203
gelangt. Demgemäß wird nur etwas mehr als 18% der ursprünglichen Energie theoretisch
den dritten Schenkel 203 erreichen (43% x 43%).
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In praxi beträgt deshalb der Anteil der Schallenergie, der einen
vorgegebenen Punkt erreicht (0,43)n der ursprünglichen Energie, wobei n die Anzahl
der Reflektionen angibt. Die Bedeutsamkeit dieser Feststellung geht zum Beispiel
daraus hervor, daß ein Gehäuse aus- Abmessungen, wie sie oben unter Bezugnahme auf
Figur 3 angegeben wurden + Bei diesem'Beispiel würden auf je etwa 30cm Länge (ein
amerikanischer Fuß) 8 Baueinheiten mit insgesamt 32 Grenzflächen vorgesehen sein.
Da nun auf jeweils 30 cm die Reflektion nur den Durchlaß von (0,43)32 oder etwa
1,87 x 10-12 der ursprünglich eingespeisten Energie erlaub, so würde auch nur dieser
Anteil das Ende eines Abschnittes von einer Länge von etwa 30 cm (1 amerikanischer
Fuß) erreichen.
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Andererseits kann es gut sein> daß mehr Energie zurück zur Quelle
reflektiert wird, indem man die Querflächen 206 und 210 geneigt relativ zur Mittelachse
ausbildet, z.B. indem die Fläche 206 so geneigt wird, daß sich ihr oberes Ende (Figur
5) rechts von dem unteren Ende befindet, so daß mehr Schallenergie, die reflektiert
wird, in den Schenkel 201 zurückläuft.
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Es qrgibt sich daraus, daß die vielfachen Reflektionen, der Schallemergie,
die den PSad 200 zurücklaufen, einen großen Teil der ursprünglich eingespeisten
Schallenergie zerstreuen und dämr pen werden. Der Dämpfungsgrad sowchl als auch
der Zerßtreuungsgrad wird natürlich proportional im Verhältnis zu + besitzen kann
mindestens
der Anzahl der Umkehrungen sein, die das Schallsignal durchlaufen muß. Jede Umkehr
besitzt einen doppelten reduzierenden Effekt auf die Schallenergie, nämlich einmal
durch Reflektion eines großen Anteils der Energie den Pfad zurück und durch Zerstreuung
eines kleineren, jedoch immer noch bedeutenden Anteils der Energie in die umgebenden
Medien bei jedem Umkehrpunkt.
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Es wurde ferner festgestellt, daß die Auswahl von einer Viertelwellenlänge
als Abstand zwischen den Grenzflächen 201 und 202 (Figur 6) ebenfalls zum Erfolg'der
Ausbildung der Erfindung beizutragen vermag. Es ist theoretisch möglich, daß die
zurUcklaufenden reSektierten Wellenanteile in ihrer Phase so gewählt werden können,
daß sie wieder zurückreflektiert werden, undzwar außer Phase mita der folgenden
Wellenfront, so daß die letztere teilweise ausgelöscht wird. Auf diese Weise ist
anzunehmen, daß Gehäuse gemäß der vorliegenden Erfindung gegen Mitklingen unempfindlich
sind, sondern Jeden Resonanzeffekt der akustischen Energie sehr schnell abdämpfen,
während sonst ein Mitklingen hervorgenfen werden könnte.
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Um diese Phasenauslöschung zu bewirken, ist, wie in Figur 6 dargestellt,
der Schallweg 300 so angeordnet, daß er ein Viertel der Wellenlänge für das gewählte
Material des Pfades zwischen einander gegenüberliegenden Querflächen 3o1 und 3o2
beträgt. Natürlich ergibt sich, daß ungerade Vielfache einer Viertelwellenlänge
in der selben Weise für die Auslöschung dienlich sein können. Falls eine Schallwelle
etwa auf der linken Seite des Pfades oo einläuft, wie in Figur 6 schematisch dargestellt
ist, ist anzunehmen, daß sie uwpUnglich eine Wellenform besitzt wie bei 3o3 angedeutet
Wenn diese Schallwelle die Länge des Pfades 300 durchlaufen hat, wird ihr Phase
um eine Viertelwellenlänge versteht wie schematisch bei 3o4 angedeutet. Die Reflektion
der Welle an der Grenzfläche 302 wird nattirlioh eine reflektierte Welle hervorrufen,
die 180° in der Phase gegen die ursprünglich e Welle 3o4 verschoben ist, wie bei
3o5 schematisch
angedeutet. Ähnlich wird die reflektierte Welle
305 nach dem Durchlaufen des Pfades 300 in rückwärtiger Richtung um eine Viertelwellenlänge
bei der Ankunft an der ersten Grenzfläche 301 versetzt und eine Wellenform annehmen
wie bei 306 angedeutet. Die Reflektion der rücklaufenden Welle wird wiederum die
zurückreflektierte Welle 307 um 1800 außer Phase mit der rücklaufenden Welle 3o6
bringen.
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Wie am besten durch Vergleich der schesmtischen Wellenformen 303-307
erkennber, wird die zurückreflektierte Welle 307 180° au#er Phase mit der nächstfolgenden
Welle sein (nicht dargestellte doch mit derselben Wellenform wie die Welle 3o3).
Da diese beiden Wellen nicht die gleiche Amplitude besitzen, erfolgt nur eine teilweise
Auslösuchung der zweiten Welle durch die zurückreflektierte Welle.Unter Verwendung
der oben angeg3ebenen Formel für die Bestimmung des Anteiles der Schallwelle, der
reflektiert wird, erkennt man, daß - wenn kein Aufspaatungspfad für einen Anteil
der rückreflektierten Energie zu berücksichtigen ist - die Amplitude der zurückreflektierten
Welle etwa 75 (86% x 86%). der Amplitude der zweiten Welle betragen wird Andererseits
würde selbst bei einer gleichmäßigen Aufteilung des Schallpfades an einer Querfläche
(wie im Falle des Pfades 200 in Figur 5) die zurückreflektierte Welle immer noch
eine Amplitude von 37% derjenigen der zweiten Welle besitzen.
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Es scheint deshalb vorteilhaft zu sein, so viele Reflektionen wie
möglich vorzusehen, um die Amplitude jeder zurückreflektierten Welle zu erhöhen
und die Auslöschung mindestens eines Teiles der folgenden Welle zu erreichen.
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Um auf die Figur 9 zurückzukommen, so ist dort gezeigt, daß der Gehäuseabschnitt
loo jeweils so hergestellt ist, daß jede äußere Muffe 102 eine Viertewellenlänge
der Anregungsfrequenz fUr das zur Ausbildung des Gehäuseabschnitts verwendete Material
besitzt. Durch Verwendung einer Anzahl von Moduleinheiten
oder
Baugruppen aus Muffen lol, 102 und 104 können die Gehäuse abschnitte loo so angeordnet
werden, daß die erforderlichen Abstände zwischen den Wandlern erreicht werden. Da
es üblich ist, die Empfangswandler 17 und 18 in einem erheblichen Abstand voneinander
anzuordnen, so wird man eine große Anzahl von solchen Modulbaugruppen in Jedem Fall
benötigen. Auf diese Weise ergibt sich eine ebenso große Anzahl reflektierender
Oberflächen, etwa bei 105 und 108, um die gewünschte Dämpfung und Zerstreuung der
Schallenergie längs des unteren Gehäuse 11 vom Sender 16 bis zum Empfänger 17 bzw.
18 zu erreichen. In ähnlicher Weise wird auch bei Auftreffen äußerer akustischer
Anregung des Gehäuses 11 eine erhebliche Dämpfung gemäß der Erfindung erzeugt, so
daß solche Störenergie nicht mit der richtigen Funktion des Gerätes 1o in Komflikt
geraten kann.
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Um das Eindringen von Fremdteilen in die äußeren Ringräume 113 zu
verhindern, sind Abdichteinrichtungen, etwa ein ringförmiges Band 115, oder eine
verklebte Abdichtung 16, aus einem federnden oder elastomeren Material in die äußeren
Spalte 11o eingesetzt. In den inneren Ringräumen 113 ist eine geeignete Füllung
anzuordnen, etwa Fett, Öl oder Wasser, um den Druck außerhalb des Bandes 115 oder
des Abdichtungsteiles 116 auszugleichen und die Innenräume sauber zu halten. Es
ergibt sich also, daß gemäß vorliegender Erfindung eine erhebliche Dämpfung und
Schwächung der Amplitude von Schallenergie erreicht wird, die längs eines Gehäuses
für ein akustisches Untersuchungsgerät fortgepflanzt wird. Zwar können die oben
angedeutKen Theorien nicht ganz zutreffen, doch ist nach bestem Wissen anzunehmen,
daß sie mindestens teilweise die erzielten Ergebnisse verursachen. In Jedem Falle
haben sich Jedoch Gehäuse, die gemäß vorliegender Erfindung aufgebaut waren, als
sehr erfolgreich für die Verhinderung der Längsverpflanzung von akustischer Energie
als auch zur Verhinderung des unerwünschten Mitklingens von Gehäusen erwiesen. Von
ebenso großer Bedeutung ist, daß die Gehäuse gemäß
der Erfindung
sich als starrer herausgestellt haben als Gehäuse, wie sie bisher in Gebrauch waren.
Durch solche besonders starren Gehäuse, die nichtsdestoweniger schalltot sind, werden
akutische Untersuchungsgeräte ermöglicht, die viel länger ausgebildet werden können,
als es bisher möglich war, ohne so flexibel zu sein, daß sie selbst bei vorsichtiger
Handhabung zerstört werden können.