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Vorrichtung zur Anzeige geringer
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Erschütterungen der festen Erdkruste Die Erfindung bezieht sich auf
eine Vorrichtung zur Anzeige geringer Erschütterungen der festen Erdkruste, mit
einem Gehäuserahmen, einem elektrisch betriebenen Anzeigegerät und einem seismischen
Sensor zum Ein-
schalten des Anzeigegerätes.
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Bei Erdbeben können durch Erschütterungen der festen Erdkruste Gebäudeschäden
auftreten, wobei auch Personenschäden möglich sind. In Erdbeben-Überwachungsstationen
werden Seismographen zur selbsttätigen Registrierung von Erschütterungswellen eingesetzt.
Von dort aus können Warnmeldungen in betroffene Gebiete gegeben werden sowie Intensität
und Verlauf der Erschütterungswellen ausgemessen und aufgezeichnet werden. Diese
Art der Überwachung nützt den betroffenen Menschen in Erdbebengebieten in den meisten
Fällen nichts, da Erdbeben innerhalb relativ kleiner Zeiträume auftreten und Unheil
anrichten können. Innerhalb der zur Verfügung stehenden, kurzen Zeit ist aber eine
Warnung der Menschen, insbesondere nachts, nicht möglich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine in ihrem Aufbau einfache
und deshalb von jedermann erschwingliche und zu handhabende Vorrichtung zur Anzeige
von Erschütterungen der festen Erdkruste zu schaffen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches
aufgeführten Merkmale gelöst.
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Die Erfindung weist gegenüber den in Erdbeben-Überwachungsstationen
verwendeten, technisch aufwendigen und daher relativ teueren Geräten die Vorteile
auf, daß sie relativ einfach aufgebaut und daher kostengünstig herstellbar und von
jedermann handhabbar ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet im Batteriebetrieb und verbraucht
keinen Ruhestrom, sie ist daher ständig einsatzbereit. Häufig geht einem tektonischen
Hauptbeben ein Vorbeben voraus. Das erfindungsgemäße Gerät weist eine derart große
Empfindlichkeit auf, daß es bereits bei einem Vorbeben eine Anzeige liefert und
die Bewohner eines Gebäudes rechtzeitig warnt.
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Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den
Unteransprüchen hervor.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles mittels einer
Zeichnung erläutert. Es zeigen Fig. 1 perspektivisch das erfindungsgemäße Gerät,
im wesentlichen bestehend aus einem Gehäuserahmen, einem elektrisch betriebenen
Anzeige ge rät und einem seismischen Sensor zum Einschalten des Anzeigegeräts, Fig.
2 einen Schnitt gemäß einer Linie II-II durch die
Vorrichtung gemäß
Fig. 1, Fig. 3 eine teilweise Seitenansicht des auf geringe Empfindlichkeit eingestellten
Sensors, Fig. 4 eine ahnliche, teilweise Seitenansicht wie in Fig. 3, wobei der
Sensor jedoch auf große Empfindlichkeit eingestellt ist.
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Eine Rückwand 6 (Fig. 1) und eine Platte 7 dienen als Gehäuserahmen
für den Aufbau der Vorrichtung. Ein Melder 5 dient als akustisches Warngerät und
wird aus einer Batterie-9 mit elektrischem Strom betrieben. Derartige Melder sind
im Handel erhältlich und liefern eine akustische Abstrahlleistung von etwa 93 dB.
Anstatt eines akustischen Melders bzw. zusätzlich zu diesem kann auch ein optischer
Melder, z.B. eine Lampe, zur Anwendung kommen.
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Beim Ausführungsbeispiel ist in Reihe zu einer Reihenschaltung aus
dem Melder 5 und der Batterie 9 ein Sensor gelegt, der als elektrischer Schalter
arbeitet und auf Erschütterungen des Erdbodens reagiert. Als schwere Masse ist ein
Massekörper 1 vorgesehen, der auf das freie Ende eines Biegestabes 2 aufgeschraubt
ist. Das andere Ende des Biegestabes 2 ist an der Platte 7 ge-
häusefest
eingespannt. Der Biegestab 2 bildet mit dem Massekörper 1 den Festkontakt des als
elektrischer Schalter ausgeführten Sensors. Der bewegliche Kontakt wird durch einen
Rahmen 3 gebildet, der von einem gehäusefest angebrachten Schaft 4 gehalten wird.
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Die schwere Masse des Massekörpers 1 bleibt infolge ihrer Trägheit
bei Erschütterungen des Erdbodens relativ zu diesem in Ruhe. Die Relativbewegung
zwischen dem Erdboden und dem damit verbundenen Rahmen 3 wird ausgewertet. Dies
geschieht dadurch, daß der metallische Rahmen 3 den Massekörper 1 berührt und damit
eine galvanische Verbindung schafft. Da auch der Schaft 4 elektrisch leitend ist,
bildet-den Anschluß des beweglichen Kontaktes. Andererseits ist auch der Biegestab
2 elektrisch leitend, so daß sein fest eingespanntes Ende den anderen Kontakt des
als Schalter arbeitenden Sensors bildet.
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Das fest eingespannte Ende des Biegestabes 2 ist bei dem Ausführungsbeispiel
in eine Buchse 11 eingesteckt, die fest in die Platte 7 eingepaßt ist und eine Lasche
21 zum Anschluß einer elektrischen Leitung aufweist. Der elektrische Stromkreis
für den Melder 5 besteht zunächst aus einer Leitung 17, die an das eine Ende der
Batterie 9 angeschlossen ist, deren anderes Ende über eine Leitung 18
und
eine Leitung 20 an die Lasche 21 angeschlossen ist.
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Der Schaft 4 des Sensors ist über eine Leitung 15 mit dem anderen
Anschluß des Melders 5 galvanisch verbunden.
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Der aus der Rückwand 6 und der Platte 7 bestehende Gehäuserahmen wird
mittels Bohrungen 12, 13, 14 an der Wand eines Gebäudes fest verschraubt. Treten
Erschütterungen des Erdbodens auf, dann berührt der Rahmen 3 den in Ruhe bleibenden
Massekörper 1, wobei der Biegestab 2. durchgebogen wird. Durch die Berührung zwischen
dem Rahmen 3 und dem Massekörper 1 wird der elektrische Stromkreis für den Melder
5 geschlossen, wodurch dieser in Tätigkeit gesetzt wird.
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Der Überprüfung der Batterie 9 dient ein Schalter 10, z.B. ein Druckschalter,
der mit Hilfe einer Leitung 16 am Schaft 4 angeschlossen ist, und mit seinem anderen
Anschluß an die Verbindung zwischen den Leitungen 18 und 20 gelegt ist. Durch Betätigung
des Schalters 10 kann die Funktionsfähigkeit der Batterie 9 durch Einschaltung des
Melders 5 überprüft werden Die Empfindlichkeit des Sensors kann von Hand eingestellt
werden. Der Verdeutlichung dieser Einstellung dienen die Fig. 3 und 4, bei denen
wegen der Deutlichkeit der
Zeichnung die Leitungen 15, 16 weggelassen
sind. Der Massekörper 1 ist als gerader Kreiskegelstumpf ausgeführt. Zweckmäßigerweise
ist er so an dem Biegestab 2 angebracht, daß letzterer von der kleineren Kreisfläche
22 des Massekörpers 1 wegzeigt. Am freien Ende des Biegestabes 2 ist ein relativ
langes Gewinde 25 angebracht, mit dessen Hilfe der Massekörper 1 mehr oder weniger
auf den Biegestab 2 aufgeschraubt werden kann.
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Bei der Darstellung gemäß Fig. 3 ist der Massekörper 1 in Richtung
eines Pfeils 27 relativ weit von dem Biegestab 2 abgeschraubt, ein Abstand 26 (Fig.
1) der Unterkante des Massekörpers 1 von der Unterkante der Platte 7 ist relativ
groß. Der Abstand zwischen der Mantelfläche des Kreiskegelstumpfs des Massekörpers
1 zur Innenwandung des Rahmens 3 ist relativ groß, was eine kleine Empfindlichkeit
des Sensors bedeutet.
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Bei der Darstellung gemäß Fig. 4 ist der Massekörper 1 in Richtung
eines Pfeils 28 relativ weit auf den Biegestab 2 aufgeschraubt, der Abstand 26 zwischen
der unteren Begrenzungsfläche des Kreiskegelstumpfs und der unteren Fläche der Platte
7 ist relativ klein. Der Abstand von der Mantelfläche des Massekörpers 1 zur Innenfläche
des Rahmens 3 ist sehr klein, was eine große
Empfindlichkeit des
Sensors bedeutet.
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Der Verdrehung des Massekörpers 1, also dem Auf- bzw.
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Abschrauben desselben auf den bzw. von dem Biege stab 2 dienen Ausnehmungen
23, 24, in die ein Hakenschlüssel eingesetzt werden kann.
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Die Vorrichtung spricht bei Einstellung großer Empfindlichkeit bereits
bei relativ schwachen Vorbeben an und setzt den Melder 5 entsprechend der Dauer
der Erschütterungen in Tätigkeit. Um auch ganz schwache Vorbeben registrieren und
eine entsprechende Warnung erteilen zu können, empfiehlt sich die Verwendung einer
an sich bekannten Halteschaltung in dem Melder 5, die diesen beispielsweise während
der Dauer von 15 Sekunden zum Ansprechen bringt. In diesem Fall wäre allerdings
eine zusätzliche Leitung 29 (Fig. 1) nötig.
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Der Rahmen 3 muß nicht kreisrund ausgeführt sein, er könnte auch quadratisch
gebogen sein.
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In den meisten Fällen von Erdbebenschäden sind die'Erdbebenwellen
als Longitudinalwellen am Ort der Zerstörung eingetroffen, die Teilchen schwingen
also in Fortpflanzungsrichtung der Erschütterungswelle. Dementsprechend
spricht
die erfindungsgemäße Vorrichtung nur in Richtung der x-Achse und der y-Achse (Fig.
1) an, jedoch nicht in Richtung der z-Achse. Ein an dem betreffenden Gebäude vorbeifahrender
Lastwagen löst aber hauptsächlich Erschütterungen in Richtung der z-Achse aus, weshalb
die Vorrichtung hierbei nicht ansprechen wird.
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Die Rückwand 6 und die Platte 7 können aus Sperrholz hergestellt sein,
wobei Versteifungen 8 vorgesehen sind.
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Der gesamte Gehäuserahmen kann aber ebenso aus Plastikmaterial, Metall
oder einem anderen geeigneten Werkstoff hergestellt sein. Der Schaft 4 mit dem Rahmen
3 wie auch der Biegestab 2 können zusammen mit dem Gehäuserahmen und den übrigen
Einzelteilen lose in einem Karton verpackt geliefert werden und vor dem Anschrauben
der Vorrichtung an eine Wand durch einfaches Einstecken montiert werden. Die Einstellung
der Empfindlichkeit des Sensors kann dabei durch Aufschrauben des Massekörpers 1
auf den Biegestab 2 leicht ermittelt werden.
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Die Gebrauchslage der Vorrichtung ist vorstehend so beschrieben worden,
daß der Massekörper 1 am Biegestab 2 hängt. Die gesamte Vorrichtung kann jedoch
um 1800 verdreht montiert werden, so daß der Massekörper 1 auf dem Biegestab 2 steht
und hierdurch eine labile Lage
aufweist. Die Empfindlichkeit des
Sensors ist hierdurch erheblich größer, weshalb dieser Montageart der Vorzug zu
geben ist.
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Zur Wandmontage der Vorrichtung ist keine Wasserwaage nötig, da eine
eventuelle Schräglage durch die Vorrichtung selbst angezeigt würde, sobald sie funktionsfähig
gemacht ist, also nach Einsetzen der Batterie 9.
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Wird die Vorrichtung montiert geliefert, also so wie in Fig. 1 dargestellt,
dann würde eine Transportsicherung dadurch erreicht, daß der Massekörper 1 über
die größte Empfindlichkeitseinstellung der Vorrichtung hinaus etwas weiter auf den
Biegestab 2 aufgeschraubt würde, wodurch der Massekörper 1 durch den Rahmen 3 zusätzlich
so gehalten werden kann, daß sich der Massekörper 1 gegenüber dem Rahmen 3 nicht
bewegen kann. Eine separate Transportsicherung erübrigt sich hierdurch.
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Wird die Vorrichtung in der aus Fig. 1 ersichtlichen Gebrauchslage
betrieben, würde sich anstatt des Biegestabes 2 auch ein Draht oder ein metallischer
Faden eignen.
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Anstatt der Kombination aus Massekörper 1 als Festkontakt und Rahmen
3 als beweglichem Kontakt könnte auch ein an
sich bekannter Quecksilberschalter
(in der Zeichnung nicht dargestellt) eingesetzt werden, bei dem das Quecksilber
den Festkontakt und die in das Innere des Schalters reichenden Rontakte den beweglichen
Kontakt bilden.
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Zur Erhöhung der Empfindlichkeit der Vorrichtung kann ein zusätzlicher
Måssekörper mit dem Quecksilberschalter verbunden sein.
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Anstatt der Kombination aus Massekörper 1 als Festkontakt und Rahmen
3 als beweglichem Kontakt könnten aber auch an sich bekannte elektronische Elemente
(in der zeichnung nicht dargestellt) als Schalter verwendet werden, so z,B. ein
Piezokristall, ein Hallgenerator, ein Tauchankermagnet, ein Schwingspiegel in Verbindung
mit einer Lampe und einem Phototransistor oder ein Kondensator mit schwingfähiger
Platte, jeweils in Verbindung mit einer Schaltelektronik. Erforderlichenfalls müssen
jedoch auch hierbei zusätzliche Massekörper mit den betreffenden Schaltern mechanisch
verbunden werden.