DE3703681A1 - Tragvorrichtung fuer eine elektrische schaltungsplatte innerhalb eines rohres - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Tragvorrichtung für eine elektrische Schaltungsplatte innerhalb eines Rohres und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf Trag­ vorrichtungen für Schaltungsplatten innerhalb von Meß­ sonden, die im Bohrlochtiefsten in einem Bohrloch so anzuordnen sind, daß die Schaltungsplatten gegenüber mechanischen Vibrationen und Stößen im wesentlichen widerstandsfähig sind.

Bei der Überwachung von Bohrlöchern werden im Bohrloch­ tiefsten verschiedenste Messungen durchgeführt und verar­ beitet, bevor sie an die Oberfläche gesendet werden, beispielsweise mittels eines einen Schlammimpuls signali­ sierenden Senders. Die zweckentsprechende Schaltung für die Meßinstrumente und -verfahren wird innerhalb einer Schwerstange angebracht, die Bestandteil des Bohrgestänges in der Nähe des Bohrmeißels ist. Insbesondere werden die Schaltungsplatten für die für die Meßinstrumente und die Datenverarbeitung vorgesehenen Schaltkreise innerhalb eines sich längs erstreckenden Rohres abgestützt, das wiederum innerhalb einer Hülse mittels einer schwenkbaren Kupplung an einem Ende angebracht ist, um eine begrenzte Schwenkbewegung der Sonde innerhalb der Hülse zu ermög­ lichen. Die Hülse selbst wird dann innerhalb der Schwer­ stange angebracht, wobei ein geeignetes Dämpfungsmittel zwischen der Außenseite der Hülse und der Innenwand der Schwerstange angeordnet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Tragvor­ richtung für eine elektrische Schaltung innerhalb eines Rohres vorzuschlagen, die zur Verwendung bei einer derartigen Meßsonde geeignet ist.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Tragvorrichtung für eine elektrische Schaltungsplatte innerhalb eines Rohres vorgesehen, bei der die Tragvorrichtung die Schaltungsplatte, eine die Schaltungsplatte tragende Tragstange und eine stoßdämpfende Vorrichtung zum Halten der Tragvorrichtung innerhalb des Rohres umfaßt, wobei eine Schicht aus schwingungsdämpfendem Werkstoff zwischen der Schaltungsplatte und der Tragstange angeordnet ist.

Die schwingungsdämpfende Schicht erstreckt sich vorzugs­ weise kontinuierlich von einem Ende zu dem anderen der Schaltungsplatte, damit im wesentlichen die ganze Länge der Schaltungsplatte abgestützt wird, wobei die Schicht zweckmäßig aus einer elastomeren Schicht besteht.

Eine derartige Anordnung sieht einen zweifachen Mechanis­ mus zur Isolierung der Schaltungsplatte in einem wesent­ lichen Ausmaß gegenüber mechanischen Schwingungen und Stößen vor.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist eine Tragvorrichtung für eine elektrische Schaltungsplatte innerhalb eines Rohres vorgesehen, wobei die Tragvorrich­ tung die Schaltungsplatte, eine Tragstange für die Schaltungsplatte und eine stoßdämpfende Vorrichtung zur Halterung der Vorrichtung innerhalb des Rohres umfaßt, wobei die stoßdämpfende Vorrichtung mindestens ein rohr­ förmiges Organ aufweist, dessen Außendurchmesser geändert werden kann, und zwar durch Verändern des Innendrucks des rohrförmigen Organs zwischen einem verhältnismäßig kontra­ hierten Zustand, bei dem die Tragvorrichtung in das Rohr an einem Ende eingesetzt werden kann, und einem verhält­ nismäßig expandierten Zustand, bei dem die Tragvorrichtung anschließend innerhalb des Rohres festgehalten wird.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist das oder jedes rohrförmige Organ normalerweise hinreichend inkompressi­ bel, damit die Tragvorrichtung innerhalb des Rohres festgehalten wird, und ist durch Evakuierung des Inneren des rohrförmigen Organs kontraktibel, damit die Tragvor­ richtung in das Rohr an einem Ende einsetzbar ist.

Bei einer alternativen Ausführugnsform ist das oder jedes rohrförmige Organ normalerweise genügend kompressibel, damit die Tragvorrichtung in das Rohr an einem Ende einsetzbar ist, und es ist expandibel durch Druckbe­ aufschlagung des Inneren des rohrförmigen Organs, damit die Tragvorrichtung innerhalb des Rohres festgehalten wird.

Das oder jedes rohrförmige Organ wird vorteilhaft in seiner Lage durch Einpassen in eine Nut in der Tragstange gehalten. Darüber hinaus ist die Tragstange im wesentlichen halbkreisförmig im Querschnitt, wobei die gekrümmte Fläche einen Außenradius hat, der an den Innenradius des Rohres angepaßt ist, in das die Tragvorrichtung einzusetzen ist, und die ebene Fläche zum Tragen der Schaltungsplatte dient.

Bei einer bevorzugten Anordnung umfaßt die Tragvorrichtung ferner Stützen, die zwischen der Schaltungsplatte und der Innenwand des Rohres auf der der Tragstange gegenüber­ liegenden Seite der Schaltungsplatte wirksam sind. Die Stützen sind zweckmäßig in gleichen Abständen längs der Mittellängsachse der Schaltungsplatte angeordnet.

Zusätzlich umfaßt die stoßdämpfende Vorrichtung vorzugs­ weise zwei rohrförmige Organe, deren Längsachsen in bezug auf eine Ebene zueinander parallel und symmetrisch angeordnet sind, die senkrecht zur Schaltungsplatte sowie durch die Mittellängsachse der Schaltungsplatte verläuft.

Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum Einsetzen einer Tragvorrichtung für eine elektrische Schaltungsplatte in einem Rohr, wobei die Tragvorrichtung eine Schaltungsplatte und eine Tragstange für die Schal­ tungsplatte umfaßt, und das Verfahren gekennzeichnet ist durch das Anordnen einer stoßdämpfenden Vorrichtung in einer Position an der Tragvorrichtung, in der sie an der Innenwand des Rohres anliegt, wobei die stoßdämpfende Vorrichtung in Form von mindestens einem rohrförmigen Organ vorliegt, dessen Außendurchmesser durch Änderung des Innendrucks des rohrförmigen Organs geändert werden kann, durch Einsetzen der Tragvorrichtung in das Rohr, wobei sich das oder jedes rohrförmige Organ in einem verhältnis­ mäßig kontrahierten Zustand entsprechend einem ersten Innendruck befindet, und durch Festhalten der Vorrichtung innerhalb des Rohres, wobei das oder jedes rohrförmige Organ in einem verhältnismäßig expandierten Zustand entsprechend einem zweiten Innendruck gehalten wird.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird ein bevorzug­ tes Ausführungsbeispiel der Erfindung nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt der Tragvorrichtung innerhalb eines Rohres; und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Teil der Tragvor­ richtung und des Rohres in kleinerem Maßstab.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung umfaßt die dargestellte Tragvorrichtung verschiedene elektrische Schaltungsplatten 1, von denen nur eine in der Zeichnung gezeigt ist, eine aus Aluminium bestehende Tragstange 2 von halbkreis­ förmigem Querschnitt, und eine Schicht 3 aus schwingungs­ dämpfendem Werkstoff zwischen der Schaltungsplatte 1 und der Tragstange 2. Jede Schaltungsplatte 1 stellt eine übliche gedruckte Schaltungsplatte dar, auf der eine Anzahl elektrischer Schaltteile 4 angebracht ist. Zur leichteren Herstellung der Schicht 3 dient ein Übergangs­ stück 5 eines thixotropen Elastomeren und eine Schicht 6 eines Silikonelastomeren mit 40 Härtegraden eines Härte­ prüfgeräts, z. B. ein Material der RTV-Type. Während der Herstellung der Tragvorrichtung werden die Schaltungs­ platte 1 und die Tragstange 2 in dem erforderlichen Abstand voneinander gehalten, und das Übergangsstück 5 wird durch Aufbringen des thixotropen Elastomeren auf die Tragvorrichtung gebildet, um eine Seite des Spaltes zwischen der Schaltungsplatte 1 und der Tragstange 2 abzudichten. Der Werkstoff des Übergangsstücks 5 härtet schnell aus und dient zum Verschluß des Spaltes auf einer Seite, während das frei fließende Silikonelastomer einge­ führt wird, um den übrigen Teil des Spaltes auszufüllen, und um unter Bildung der fertigen Schicht 3 auszuhärten.

Die Tragvorrichtung umfaßt zusätzlich eine Anzahl Stützen 7 aus Aluminium, die kappenartig mit Gummidämpfern 8 versehen sind. Die Stützen 7 sind in regelmäßigen Abständen entlang jeder Schaltungsplatte 1 angeordnet. Um die Tragvorrichtung innerhalb des Rohres 9 zu halten, umfaßt sie zusätzlich zwei aus Gummi bestehende rohrför­ mige Organe 10, die in Nuten 11 in der Tragstange 2 parallel und symmetrisch zu einer Ebene 12 (in gebrochener Linie in Fig. 1 dargestellt) angeordnet sind, welche senkrecht zu der Schaltungsplatte 1 sowie durch die Mittellängsachse der Schaltungsplatte 1 hindurch verläuft.

Bei einem ersten Einsetzverfahren wird die Tragvorrichtung in das Rohr 9 eingeführt und nach dem Positionieren der Tragvorrichtung innerhalb des Rohres 9, wie erforderlich, werden die rohrförmigen Organe 10 mit Luftdruck beauf­ schlagt, um die rohrförmigen Organe 10 zu dehnen und die Tragvorrichtung innerhalb des Rohres 9 zu befestigen. Der aufgebrachte Druck kann innerhalb der rohrförmigen Organe 10 durch Verschließen der Enden der Organe aufrechterhal­ ten werden.

Bei einem alternativen Einsetzverfahren sind die rohr­ förmigen Organe 10 normalerweise von genügender Größe und hinreichender Inkompressibilität, um zu verhindern, daß die Tragvorrichtung in das Rohr 9 eingesetzt werden kann. Um das Einsetzen zu ermöglichen, werden die rohrförmigen Organe 10 evakuiert, so daß sich die rohrförmigen Organe zusammenziehen und das Einsetzen der Tragvorrichtung in der korrekten Lage innerhalb des Rohres 9 ermöglichen. Anschließend wird das Vakuum aufgehoben, so daß die rohrförmigen Organe 10 ihren vorhergehenden Zustand einnehmen und die Tragvorrichtung innerhalb des Rohres 9 festlegen.

Die oben beschriebene Anordnung ist besonders vorteilhaft, da sie die Schaltungsplatten im wesentlichen widerstands­ fähig macht gegenüber Fehlern, die von mechanischen Schwingungen und Stößen im Bohrlochtiefsten herrühren. Genauer gesagt ist die Anordnung in der Lage, hohen Schwingungsfrequenzen hinauf bis zu einer Frequenz im Bereich von 1 kHz zu widerstehen, und zwar aufgrund der Tatsache, daß die maximalen Beanspruchungen zwischen den Schaltungsteilen und den Schaltungsplatten innerhalb von Pegeln gehalten werden, die sie von Ermüdungsfehlern freihalten sollten. Die Schicht 3 vermittelt eine konti­ nuierliche elastische Unterlage für die Halterung der Schaltungsplatten, was dazu führt, daß der niedrigste Schwingungstyp einer Eigenfrequenz jeder Schaltungsplatte erheblich oberhalb 1 kHz liegt. Die vollständige Tragvor­ richtung wird innerhalb des Rohres 9 durch die rohrförmi­ gen Organe 10 elastisch abgestützt, die sich über die gesamte Länge der Tragstange 2 erstrecken, sowie durch die in Abständen voneinander angeordneten Stützen 7, deren kappenförmige Gummidämpfer 8 als das dritte stabilisie­ rende Element des Tragsystems dienen. Die rohrförmigen Organe 10 halten die Trennung zwischen der aus Metall bestehenden Tragstange 2 und der Metallwand des Rohres 9 zuverlässig aufrecht und vermitteln Widerstandsfähigkeit gegenüber Stößen.

Zahlreiche Abänderungen der oben beschriebenen Anordnung können ohne Abweichung vom Schutzumfang der Erfindung vorgenommen werden. Beispielsweise können die beiden rohrförmigen Organe 10 durch ein einziges rohrförmiges Organ ersetzt werden, das in eine einzige Nut in der Tragstange 2 in der Position eingepaßt wird, in der die Ebene 12 den Außenumfang der Tragstange 2 schneidet. Ebenso kann anstelle der durch eine durchgehende Schicht aus elastomerem Werkstoff abgestützten Schaltungsplatte jede Schaltungsplatte nur durch ein Übergangsstück an jeder ihrer vier Kanten abgestützt werden, obwohl ersicht­ lich ist, daß eine derartige Anordnung nicht so wirksam ist hinsichtlich der Erhöhung der geringsten Eigenfrequenz der Schaltungsplatten. Darüber hinaus kann die schwin­ gungsdämpfende Schicht 6 eine Härte im Bereich von 30 bis 70 Härtegraden aufweisen.

Claims (10)

1. Tragvorrichtung für eine elektrische Schaltungsplatte innerhalb eines Rohres, bestehend aus der Schaltungs­ platte (1), einer Tragstange (2) für die Schaltungs­ platte und einer Stoßdämpfungsvorrichtung (10) zum Halten der Tragvorrichtung innerhalb des Rohres (9), dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht (3) aus schwingungsdämpfendem Werkstoff zwischen der Schal­ tungsplatte (1) und der Tragstange (2) angeordnet ist.

2. Tragvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die schwingungsdämpfende Schicht (3) sich von einem Ende zum anderen Ende der Schaltungsplatte (1) kontinuierlich erstreckt, so daß im wesentlichen die gesamte Länge der Schaltungsplatte abgestützt ist.

3. Tragvorrichtung für eine elektrische Schaltungsplatte innerhalb eines elektrischen Rohres, bestehend aus der Schaltungsplatte (1), einer Tragstange (2) für die Schaltungsplatte und einer Stoßdämpfungsvorrichtung (10) zum Halten der Vorrichtung innerhalb des Rohres (9), dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßdämpfungsvor­ richtung mindestens ein rohrförmiges Organ (10) umfaßt, dessen Außendurchmesser durch Änderung des Innendrucks des rohrförmigen Organs zwischen einem verhältnismäßig kontrahierten Zustand, bei dem die Tragvorrichtung in das Rohr (9) an einem Ende eingesetzt werden kann, und einem verhältnismäßig expandierten Zustand, bei dem die Tragvorrichtung anschließend innerhalb des Rohres (9) festgehalten wird, geändert werden kann.

4. Tragvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das oder jedes rohrförmige Organ (10) normalerweise hinreichend inkompressibel ist, um die Tragvorrichtung innerhalb des Rohres (9) festzuhalten und durch Evakuierung des Inneren des rohrförmigen Organs (10) kontraktibel ist, damit die Tragvorrich­ tung in das Rohr (9) an einem Ende einsetzbar ist.

5. Tragvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das oder jedes rohrförmige Organ (10) normalerweise hinreichend kompressibel ist, damit die Tragvorrichtung in das Rohr (9) an einem Ende einsetzbar ist, und durch Unterdrucksetzung des Inneren des rohrförmigen Organs (10) expandibel ist, um die Tragvorrichtung innerhalb des Rohres (9) zu befestigen.

6. Tragvorrichtung nach den Ansprüchen 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das oder jedes rohrförmige Organ (10) in eine Nut (11) in der Tragstange (2) eingepaßt und dadurch in seiner Lage gehalten ist.

7. Tragvorrichtung nach den Ansprüchen 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die stoßdämpfende Vorrich­ tung zwei rohrförmige Organe (10) umfaßt, deren Längsachsen in bezug auf eine zur Schaltungsplatte (1) senkrechte Ebene zueinander parallel und symmetrisch angeordnet sind, die sich durch die Mittellängsachse der Schaltungsplatte erstreckt.

8. Tragvorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragstange (2) im Querschnitt im wesentlichen halbkreisförmig ist, wobei ihre gekrümmte Oberfläche mit einem Außenradius versehen ist, der an den Innenradius des Rohres (9) angepaßt ist, welches die Tragvorrichtung aufnimmt, während ihre ebene Oberfläche zur Halterung der Schaltungsplatte (1) dient.

9. Tragvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß sie Stützen (7) umfaßt, die zwischen der Schaltungsplatte (1) und der Innnenwand des Rohres (9) an der der Tragstange (2) abgekehrten Seite der Schaltungsplatte wirksam sind.

10. Verfahren zum Einsetzen einer Tragvorrichtung für eine elektrische Schaltungsplatte in einem Rohr, wobei die Tragvorrichtung aus einer Schaltungsplatte (1) und einer Tragstange (2) für die Schaltungsplatte besteht, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Positionieren einer stoßdämpfenden Vorrichtung (10) an der Tragvorrichtung zwecks Anlage an der Innenwand des Rohres (9), wobei die stoßdämpfende Vorrichtung aus mindestens einem rohrförmigen Organ (10) besteht, dessen Außendurchmesser durch Änderung des Innendrucks des rohrförmigen Organs verändert werden kann, Ein­ setzen der Tragvorrichtung in das Rohr (9), wobei sich das oder jedes rohrförmige Organ (10) in einem verhältnismäßig kontrahierten Zustand entsprechend einem ersten Innendruck befindet, und durch Festhalten der Tragvorrichtung innerhalb des Rohres (9), wobei sich das oder jedes rohrförmige Organ (10) in einem verhältnismäßig expandierten Zustand entsprechend einem zweiten Innendruck befindet.