DE2525751C2

DE2525751C2 - Verstelleinrichtung fuer magnetsonde

Info

Publication number: DE2525751C2
Application number: DE19752525751
Authority: DE
Inventors: Peter Haeberlein
Original assignee: Institut Dr Friedrich Foerster Pruefgeraetebau GmbH and Co KG
Current assignee: Institut Dr Friedrich Foerster Pruefgeraetebau GmbH and Co KG
Priority date: 1975-06-10
Filing date: 1975-06-10
Publication date: 1977-06-16
Also published as: GB1502244A; US4063159A; DE2525751B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung für Magnetsonden mit einem Sondenkörper zur Aufnahme

ίο eines Sondenelementes, einem ersten und einem zweiten Tragkörper zum Befestigen der Verstelleinrichtung in der Magnetsonde, mit einer ersten Lagerung zur beweglichen Verbindung des einen Endes des Sondenkörpers mit dem ersten Tragkörper, mit einer zweiten

is Lagerung zur beweglichen Verbindung des anderen Endes des Sondenkörpers mit dem zweiten Tragkörper, mit einer Versteümechanik innerhalb wenigstens eines der beiden Tragkörper, die eine Verstellung des jeweiligen Endes des Sondenkörpers in einer im

wesentlichen senkrecht zur Verbindungsachse zwischen den beiden Enden des Sondenkörpers verlaufenden Richtung erlaub!.

Verstelleinrichtungen der beschriebenen Art werden seit langem in magnetischen Gradientensonden einge-

setzt und dienen da/u, die beiden Sondenelemente der Gradientensonde zu genauer Parallelität untereinander bzw. mit einer gedachten Sondenachse auszurichten. Insbesondere dort, wo Gradientensonden Bestandteil eines magnetischen Suchgerätes sind, wird den Verstell-

einrichtungen hohe Präzision und Konstanz abverlangt. Soll z. B. die geforderte Auflösung bei 1 γ liegen (Iy=IO-⁵ Oersted), so muß die Einstellung der Parallelität auf einige Bogensekunden genau erfolgen, wenn nicht eine der geforderten Auflösung entsprechende Fehlanzeige bei Drehung der Sonde im Erdfeld in Kauf genommen werden soil. Erschwerend kommt hinzu, daß bei der Konstruktion solcher Verstelleinrichtungen keine ferromagnetischen Werkstoffe benützt werden dürfen.

Bei den bisher bekannten Verstelleinrichtungen war ein Ende des Sondenkörpers mit einem der Tragkörper durch ein Kugelgelenk verbunden. Der zweite Tragkörper besaß eine quer zur Sondenathse verlaufende Gewindespindel, in deren Gewinde ein am anderen Ende des Sondenkörpers befestigter Gewindesektor eingriff. Damit bei beliebiger Einstellung der Eingriff gewahrt blieb, mußte der Gewindesektor federnd an die Gewindespindel angedrückt werden. Dazu war es nötig, das die Kugelpfanne des Kugelgelenks tragende Bauteil in axialer Richtung beweglich zu lagern und mit Federkraft so vorzuspannen, daß die Federkraft über das Kugelgelenk, den Sondenkörper und den Gewindesektor auf die Gewindespindel übertragen wurde. Weiter war an dem der Gewindespindel gegenüberliegenden Ende des Sondenkörpers ein Querlager nötig, um eine Bewegung des Sondenkörpers in einer anderen Richtung als der gewünschten Einstellrichtung zu verhindern.

Ein schwerwiegender Nachteil der beschriebenen Konstruktion muß darin gesehen werden, daß trotz des ohnehin relativ hohen Aufwandes eine Verbesserung der Präzision über ein bestimmtes Maß hinaus kaum mehr zu erreichen ist. Insbesondere lassen sich leichte Sprünge des Sondenkörpers bei der Verstellung der Spindel nicht ganz vermeiden. Verursacht werden solche Sprünge dadurch, daß Reibungskräfte einer Verstellung des Sondenkörpers in der gewünschten Richtung entgegenwirken und daß der Sondenkörper

an den Flanken der Gewindegänge entlang in axialer Richtung ausweicht Dabei steigt die Federkraft in axialer Richtung an. Sobald sie die Höhe der Reibungskräfte erreicht hat, erfolgt ein sprunghaftes Zurückgleiten des Sondenkörperi Um hier Abhilfe zu schaffen, müßten für jeden Punkt des Verstellbereichs Federkraft und Reibungskräfte aufeinander abgestimmt werden. Das axiale Lager des die Kugelpfanntragenden Teils muß ebenso wie das Querlager am entgegengesetzten Ende des Sondenkörpers mit äußerst engen Toleranzen hergestellt werden, da jedes kleinste Spiel die Möglichkeit der Parallelitätsabweichung bietet Auch Kugelkopf und Kugelpfanne müssen mit großer Präzision individuell angefertigt werden. Weiterhin läßt sich bei der bisherigen Konstruktion der Durchmesser der Gewindespindel nicht unter ein bestimmtes Maß verkleinern, wie es zur Verbesserung der Feingängigkeit wünschenswert wä.e.

Die Erfindung stellt sich eine besonders feingängige und hochauflösende Verstelleinrichtung zur Aufgabe, die über den ganzen Verstellbereich praktisch spielfrei und ohne Sprungsteilen arbeiten soll. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Verstelleinrichtung gemäß Patentanspruch 1.

Mit einer derartigen Verstelleinrichtung lassen sich außergewöhnlich hohe Winkdauflösungen erzielen. So kann man z. B. mit ihrer Hilfe bei einer Gradientensonde mit einem Basisabstand von 400 mm mühelos eine Patalielisierung erreichen, die Fehlanzeigen oei Drehung innerhalb des magnetischen Erdfeldes kleiner als 1 ν hält. Darüber hinaus ergibt sich der Vorteil, daß jederzeit leicht eine neue Parallelisierung durchgeführt werden kann, auch wenn — bedingt durch starke Schläge, unsachgemäße Behandlung, einseitige Temperatureinflüsse oder Alterumgsprozesse — sich die geometrische Form des Basiisrohres verändert hat, in dem die Verstelleinrichtung eingebaut ist. Die Möglichkeit des Auftretens von Verspannungen wird dadurch unterbunden, daß ein freies Gleiten des einen Endes des Sondenkörpers in axialer Richtung möglich ist. Vorteilhait ist weiter, daß sich die erfindungsgemäße Verstelleinrichtung relativ billig in Serienfertigung herstellen läßt. Insbesondere lassen sich einfache, zum Teil sogar kommerziell erhältliche Bauteile einsetzen. Auch ist die Montage unschwierig, da Einpassungen oder ein Zusammenpassen und Bezeichnen von I in/ elteilen nicht notwendig sind. Eine Reihe vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels und mit Hilfe einiger Figuren näher erläutert. Von den Figuren zeigen im einzelnen

F i g. 1 einen Längsschnitt und

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Verstelleinrichtung. _5S

Verstelleinrichtung 1, die im wesentlichen aus Sondenkörper 2 und den beiden Tragkörpern 3 und 4 besteht, ist mit Hilfe der beiden letzteren in das Basisrohr 5 einer magnetischen Gradientensonde eingebaut. F.inc weitere, der erstgenannten in allen (κ> Einzelheiten entsprechende, hier nicht wiedergegebene Verstelleinrichtung ist in einem bestimmten axialen Abstand zu Verstelleinrichtung !. dem sogenannten Basisabstand, in das Basisrohr 5 eingebaut und zwar gegenüber Verstelleinrichtung 1 um 90° in bezug auf Achse 6 verdreht. Während Verstelleinrichtung 1 eine Verstellung der Winkellage des Sondenkörpers 2 parallel zur Zeichenebene gemäß Pfeil 7 erlaubt, ist die nicht dargestellte Verstelleinrichtung senkrecht zur Zeichenebene verstellbar. Die Sondenkörper der beiden Verstelleinrichtungen enthalten die in bekannter Weise elektrisch zusammengeschalteten beiden Sondenelemente der Gradientensonde, die durch wechselweises Betätigen der beiden Verstelleinrichtungen zu genauer Parallelität einjustiert werden können. Im vorliegenden Beispiel enthält nur Tragkörper 4 eine Verstellmechanik 8. Grundsätzlich ist es jedoch möglich, daß Tragkörper 3 und 4 je eine gegeneinander um 90' versetzte Verstellmechanik enthalten, um bereits mit einer Verstelleinrichtung eine vollständige Parallelitätsjustierung durchführen zu können.

Der Sondenkörper 2 setzt sich zusammen aus einem Sondenrohr 9. dem im Inneren des Sondenrohres eingebauten Sondenelement 10 und den beiden das Sondenrohr beidseitig abschließenden, mit ihm fest verklebten Endstücken 11, 12. Die Drahtanschlüsse 13, 14 des Sondenelementes 10 sind durch Bohrungen 15,16 im Sondenkörper 2 und Bohrungen 17, 18 im Tragkörper 3 herausgeführt. Am linken Ende des Sondenkörpers 2 ist eine durchbohrte Kugel 25 in eine Vertiefung des Endstückes 12 eingeklebt und durch einen Stift 26 abgesichert. Kugel 25 dient als Widerlager zu der später noch näher zu beschreibenden Verstellmechanik 8. Statt der besonders vorteilhaften Kugel kann auch ein beliebiges anderes balliges Element gewählt werden.

Der Tragkörper 3 besteht im wesentlichen in einem Drehteil 19, las mittels der Schrauben 20 im Basisrohr 5 befestigt ist. Die bewegliche Verbindung zwischen Tragkörper 3 und Sondenkörper 2 wird zustandegebracht durch einen vorzugsweise aus Berylliumbronze hergestellten Federdraht 21, der einerseits in einer Bohrung 22 des Drehteils 19, andererseits in eine Bohrung 23 des Endstücks 11 starr eingesetzt und dort jeweils verklebt ist. Bei der Verbindung zwischen Tragkörper 3 und Sondenkörper 2 durch Federdraht 21 ist eine kleine Vorspannung vorgesehen, die entweder durch leicht schrägen Verlauf der Bohrung 22 (bzw. 23) mit einem Winkel λ von einigen Grad gegenüber der Achse 6 erreicht wird oder dadurch, daß man dem Federdraht 21 vor seiner Härtung eine entsprechend gekrümmte oaer geknickte Form gibt. Man erzielt auf diese Weise eine spielausgleichende Vorspannung des linken Endes des Sondenkörpers 2, d. h. der Kugel 25. in Richtung von Pfeil 24. Die bewegliche, federnde Verbindung zwischen Tragkörper 3 und Sondenkörper 2 kann auch durch ein anderes federndes Element als den zuvor beschriebenen Federdraht 21 realisiert werden, wenn von diesem Bewegungen in zwei Freiheitsgraden erlaubt und Bewegungen in axialer Richtung unterbunden werden. Ein Röhrchen anstelle von Federdraht 21 ist denkbar. Unter Umständen kann sogar das federnde Element in einem Teil ues Sondenkörpers 2 oder des Tragkörpers 3 bestehen, z. B. in einer Verlängerung des Sondenrohres 9, die in den Tragkörper 3 eingesetzt >st, wenn nur durch entsprechende Schwächung des Querschnitts des Sondenrohres eine definierte Durchbiegung des Sondenrohres bei Betätigung der Verstelleinrichtung ermöglicht wird.

Der Tragkörper 4, von dem in F- i g. 2 ein Schnitt entlang der Linie Ii-Il herausgezeichnet ist. besteht aus einem mit den Schrauben 30 im Basisrohr 5 befestigten Blöckchen 31 und den im Blöckchen 31 eingebauten Teilen der Verstellmechanik 8. Die wichtigsten Teile der Verstcllmechanik 8 sind die Gewindespindel 32 und der von ihr mittels Gewinde 34 angetriebene Schlitten 33.

Fin Vierkant 35 erlaubt mittels Vierkantschlüssel die Betätigung der Gewindespindel 32. und damit der Verstelleinrichtung. Bohrung 29 im Basisrohr 5 erlaubt den Zugang zum Vierkant 35. Gegenüber den bisherigen Konstruktionen kann die Gewindespindel 32 s wesentlich geringeren Durchmesser und damit entsprechend vergrößerte Feingängigkeit des Gewindes aufweisen, weil Andruckkräfte senkrecht zur Spindelachse entfallen. Die Gewindespindel 32 ist gelagert in zwei Blechriegeln 36, 37, die mit Schrauben 38 am Blöckchen 31 befestigt sind. Zwei Federscheiben 39 wirken auf eine mit der Gewindespindel 32 durch Stift 40 verbundene Scheibe 41. Sie drücken den Ansatz 42 der Gewindespindel 32 kräftig gegen den Blechriegel 36 und verhindern auf diese Weise axiales Spiel der Gewindespindel gegenüber ihrer Lagerung. Schlitten 33 gleitet innerhalb einer Nut 43 des Blöckchens 31. Zum Spielausgleich des Schlittens 33 gegenüber seiner Lagerung sind in einer Bohrung 44 des Blöckchens 31 drei Gummifedern 45 vorgesehen, die von einem Deckel 46 gehalten werden und die einen Gleitschuh 47 aus Tetrafluoräthylen so auf eine Flanke des Schlittens 33 aufdrücken, daß dieser spielfrei entlang der Fläche 48 des Blöckchens 31 geführt wird. Eine weitere Lagerung des Schlittens 33. abgesehen von seiner Führung durch Gewindespindel 32 ist nicht vorgesehen, so daß ein Einpassen des Schlittens entfällt.

Für die spielfreie Verbindung der Gewindespindel 32 mit dem Innengewinde 34 des Schlittens 33 ist eine lustiermöglichkeit vorgesehen. Dazu besitzt der Schiitten 33 einen Schlitz 49, der senkrecht zur Achse des Gewindes 3^ verläuft und sich von außen bis zur Gewindebohrung oder noch darüber hinaus erstreckt. Eine Madenschraube 50 ist auf der einen Seite des Schlitzes 49 und senkrecht zu diesem in den Schlitten 33 eingesetzt. Sie stützt sich mit ihrer Spitze auf der gegenüberliegenden Seite des Schlitzes ab. so daß durch Anziehen der Madenschraube 50 der Schlitz erweitert werden kann. Durch Verdrehen der Madenschraube 50. die durch eine Bohrung 51 im Blechriegel 37 zugänglich ist, wird nicht nur absolute Spiclfreiheit zwischen den zugehörigen Flanken der Gewinde von Gewindespindel 32 und Schlitten 33 möglich, man erhält vielmehr darüber hinaus die Möglichkeit, den Andruck der Gewindeflanken zu dosieren, d. h. eine gcwünscnio Selbsthemmung des Gewindes einzustellen. Dies läßt sich reproduzierbar bewerkstelligen, indem man die Madenschraube 50 mit cii;em Drehmomentschrauben Schlüssel auf einen definierten Wert einstellt.

Die Lagerung des linken Endes des Sondenkörpers 2 gegenüber dem Tragkörper 4 besteht einerseits in der am Endstück 12 befestigten Kugel 25 und andererseits einer Bohrung 52 in die der Kugel zugewandten Seite des Schlittens 33. Die Forderungen an die Präzision der Bohrung 52 sind gering. Wegen der Vorspannung der Kugel 25 in der Richtung von Pfeil 24 braucht die Kugel 25 keineswegs in die Bohrung 52 zu passen. Vielmehr kann, wie schon gesagt, statt der Kugel 25 auch ein anderes geeignetes balliges Element benutzt werden. Die Kugel 25 bzw. das ballige Element können anstelle von der Bohrung 52 ebenso von einem beliebigen, sich in axialer Richtung erstreckenden Prisma geführt werden. Durch die beschriebene Lagerung werden in axialer Richtung keine Kräfte übertragen. Damit ist sichergestellt, daß auch bei starken Deformationen des Basisrohres 5 keinerlei Verklemmung der Verstelleinrichtung auftreten kann, daß also in diesem Fall sich die Parallelität jederzeit leicht wieder herstellen läßt. Durch den Umstand, daß die gegenüberliegende federnde Lagerung mit Federdraht 21 zwei Freiheitsgrade aufweist, wird gewährleistet, daß in Richtungen senkrecht zur Achse 6 jederzeit die von Prisma bzw. Bohrung 52 in Verbindung mit der Vorspannung bestimmte Lage eingenommen werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

•i Patentansprüche:

1. Verstelleinrichtung für Magnetsonden mit einem Sondenkörper zur Aufnahme eines Sondenelementes mit einem ersten und einem zweiten Tragkörper zum Befestigen der Verstelleinrichtung in der Magnetsonde, mit einer ersten Lagerung zur beweglichen Verbindung des einen Endes des Sondenkörpers mit dem ersten Tragkörper, mit einer zweiten Lagerung zur beweglichen Verbindung des anderen Endes des Sondenkörpers mit dem zweiter. Tragkörper, mit einer Vemellmechanik innerhalb wenigstens eines der beiden Tragkörper, die eine Verstellung des jeweiligen Endes des Sondenkörpers in einer im wesentlichen senkrecht zur Verbindungsachse zwischen den beiden Enden des Sondenkörpers verlaufenden Richtung erlaubt, dadurch gekennzeichnet,

daß eine der beiden Lagerungen in einem einerseits mit einem Ende des Sondenkörpers (2) und andererseits mit dem zugehörigen Tragkörper (3) in starrer Verbindung siehenden federrden Element (21) besteht, das Bewegungen des Sondenkörpers im wesentlichen nur senkrecht 7iir genannten Verbindungsachse (6) erlaubt und

daß die andere der beiden Lagerungen einerseits in einem etwa in Richtung der Verbindungsachse (6) verlaufenden Prisma (52), andererseits in einem in diesem Prisma (52) geführten balligen Element (25) besteht.

2. Verstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das federnde Element (21) in Richtung der Verstellung (7) vorgespannt ist.

3. Verstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß das federnde Element (21) in einem Drahtstück aus Berylliumbronze besteht.

4. Verstelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß das Prisma (52) in einer zylindrischen Bohrung besteht.

5. Verstelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß das ballige Element (25) im wesentlichen in einer Kugel besteht.

6. Verstelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß die Verstellmechanik (8) einen im Tragkörper (4) gleitenden Schlitten (33) und eine in eine Gewindebohrung (34) des Schlittens (33) eingreifende Gewindespindel (32) aufweist, die im Tragkörper (4) gelagert ist.

7. Verstelleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

daß der Schlitten (33) federnd und, abgesehen von der Führung durch die Gewindespindel (32), ohne weitere Lagerung auf eine Gleitfläche (48) des Tragkörpers (4) aufgedrückt wird.

8. Verstelleinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,

daß der Schlitten (33) in einer Ebene senkrecht zur Richtung der Achse der Gewindespindel (32) einen Schlitz (49) aufweist, dessen öffnungswinkel zur Einstellung des Gewindeandrucks der Gewindespindel (32) verändert werden kann.

9. Verstelleinrichtung nach einem der Ansprüche

6-8, dadurch gekennzeichnet,

daß die Gewindespindel (32) in Richtung ihrer Achse federnd an einen Anschlag (42) gedruckt wird.