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Die Erfindung betrifft eine Anti-Rückstoßanordnung zum
Vermeiden von mehrfachem Aufprall einer beweglichen Nasse nach einem
ersten Aufprall oder Aufschlag gegen ein anderes Element.
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Die Anordnung nach der Erfindung kann für sehr
unterschiedliche Anwendungen Verwendung finden. Sie findet ihre Anwendung
insbesondere auf dem Gebiet der seismischen oder akustischen
Quellen, wo eine in Bewegung befindliche Masse mit Kraft ein
Target-Element trifft, gegen das sie durch die Wirkung der
Schwerkraft und/oder von Antriebsmitteln geschleudert wird.
Eine Perkussionsquelle für die seismische terrestrische
Prospektion und mit einer längs eines Führungselementes fallenden
Masse gegen ein Target-Element, das gegen die Erdoberfläche
verankert ist, ist beschrieben in der französischen
Patentschrift Nr. 2 398 316. Eine andere, insbesondere einer
Verwendung in einem Bohrloch angepaßte, ist beschrieben in der
französischen Patentschrift Nr. 2 552 553. Die Verwendung von
Antriebsmitteln, um eine Masse gegen ein in einem Bohrloch
verankertes Target-Element zu schießen, ist in der französischen
Patentschrift Nr. 2 558 601 beschrieben.
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Wenn die Masse freigelassen wird, erfolgt gewöhnlich ein
Rückstoß nach ihrem Aufschlag gegen das zugeordnete Target-Element
und anschließend erfolgen ein oder mehrere Schläge bei
abnehmenden Kräften. Die "Signatur" der seismischen Quelle, d.h.
die Form der Impulse die sie ausschickt, umfaßt somit in
diesem Fall mehrere Sekundärimpulse abnehmender Amplitude
anschließend an den Hauptimpuls und dies hat zur Folge, daß die
seismischen Aufzeichnungen entsprechend seismischen
Reflektionen an Diskontinuitäten des Untergrunds der ausgesandten
Störung gestört werden.
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In den französischen Patentschriften FR 1 337 935 und
1 337 935 sind Schallgeneratoren mit Organen beschrieben, die
unter dem Einfluß von gegen sie geschossenen perkutierenden
Elementen vibrieren und mit Mitteln um Rücklaufkräfte zu
erzeugen, welche diese perkutierenden Elemente daran hindern,
nach dem ersten Stoß in Kontakt wieder zu kommen.
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Durch die französische Patentschrift Nr. 2 509 052 ist eine
Anordnung bekannt, um mehrfachen Aufprall gegen ein Target-
Element, das mit der Erdoberfläche gekoppelt ist, einer Masse
zu vermeiden, die in ihrem Fall durch Führungseinrichtungen
geführt ist, wobei dieser Mehrfachaufprall zurückzuführen ist
auf Rückstöße der Masse nach ihrem ersten Aufschlag. Die
Anordnung umfaßt im wesentlichen ein verformbares Element, das
an Führungsmitteln befestigt ist, sowie Steuermittel, die so
ausgelegt sind, daß sie das verformbare Element gegen die
seitliche Wand der Masse nach einem ersten Rückstoß pressen
und es unbeweglich halten, bevor es nicht von neuem
zurückfällt. Die Steuermittel umfassen beispielsweise ein
bewegliches Organ, welches radial durch die Wirkung eines
hydraulischen Stellzylinders bewegt wird, sowie einen
Aufschlagdetektor, der ein Steuersignal durch den Stellzylinder liefert.
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Diese Anordnung blockiert in sehr wirksamer Weise jedes
Zurückfallen der Masse; jedoch aufgrund ihrer Querposition
senkrecht zur Längsachse der Führungsmittel wäre ihr Platzbedarf
nicht kompartibel mit den verminderten Abmessungen der
Bohrlöcher, wohin die seismischen Bohrlochquellen im allgemeinen
herabgelassen werden.
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Die Anordnung nach der Erfindung emöglicht es,
Mehrfachaufprall einer in Bewegung befindlichen Masse nach ihrem ersten
Schlag gegen einen Gegenstand oder ein Element in all denen
Fällen zu vermeiden, wo der seitliche Raum um die Fallrichtung
eingeschränkt ist. Im Gegensatz zu den vorher erwähnten
bekannten Anordnungen, die es verhindern, daß die in Bewegung
befindliche Masse in Kontakt mit dem "geschlagenen" Element
kommt, in dem sie sie nach ihrem ersten Rückstoß blockieren,
hat die Anordnung nach der Erfindung das Ziel diese Rückstöße
zu vermeiden.
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Sie zeichnet sich dadurch aus, daß sie magnetische Mittel
umfaßt,
um auf die Masse eine intermittierende Anziehungskraft
auszuüben, die zur Folge hat, sie gegen den Gegenstand zu
pressen und ihren Rücklauf unter dem Einfluß des Stoßes zu
verhindern.
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Die Anordnung nach der Erfindung ermöglicht es insbesondere
die Rückstöße einer in Bewegung befindlichen Masse nach einem
ersten Stoß gegen ein in Kontakt mit seismischen Formationen
stehendes Target-Element zu vermeiden, derart, daß eine
seismische Quelle mit einer von Sekundärimpulsen freien "Signatur"
geschaffen wird.
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Die magnetischen Mittel umfassen beispielsweise einen
Dauermagneten, wenigstens einen Elektromagneten, Mittel zum Speisen
vermittels elektrischen Stroms und Steuermittel, um eine
magnetische Kraft von der gleichen Richtung wie die magnetische
Kraft des Dauermagneten oder von einer Richtung
entgegengesetzt zu dieser Kraft derart zu erzeugen, daß im wesentlichen
die Anziehungskraft zu null gemacht wird und die Beabstandung
der Masse erleichtert wird.
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Andere Merkmale und Vorteile der Vorrichtung nach der
Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von beispielsweise und
nicht begrenzend anzusehenden Ausführungsformen mit Bezug auf
die beiliegenden Zeichnungen wo:
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- Figur 1 einen Schnitt durch die einem beliebigen Target-
Element zugeordnete Anordnung zeigt;
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- Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf die gleiche Anordnung mit
kranzartig angeordnetem Dauermagneten und
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- Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Anordnung, wo die
magnetische Kraft verwendet wird, um die Rückstöße einer
Masse nach einem ersten Schlag gegen ein in einem Bohrloch
verankertes Target-Element zu vermeiden.
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Die Anordnung nach der Erfindung ist einem Target-Element 1
zugeordnet, derartiger Auslegung, daß die Schläge einer in
Bewegung befindlichen Masse 2 aufgenommen werden. Sie umfaßt
magnetische dem Target-Element zugeordnete Mittel, um auf die
Masse eine intermittierende Anziehungskraft auszuüben. Das
Target-Element umfaßt eine Ausnehmung 3, um wenigstens eine
magnetische Anordnung einzubringen, die gebildet wird aus
einem Dauermagneten 4 und einem Elektromagneten 5, der über ein
Speisekabel 6 mit einer Gleichstromquelle 7, vermittels des
Steuerschalters 8 mit zwei Positionen verbunden ist, der es
ermöglicht, nach Wunsch die Magnetisierungsstromrichtung zu
modifizieren. Die Merkmale des Dauermagneten und des
Elektromagneten jeder magnetischen Anordnung sowie deren relativer
Anordnung sind derart gewählt, daß in einer ersten Position
des Schalters die magnetischen Kräfte, die sie ausüben, von
der gleichen Richtung sind und die Masse anziehen und daß in
der zweiten Position des gleichen Schalters sie einander
gegenüberstehen und sich im wesentlichen annullieren.
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Die Zahl und Anordnung der magnestischen Anordnungen werden
als Funktion der Form des Target-Elements und der Masse
gewählt. In dem Fall, daß das Target-Element und die Masse eine
zylindrische Form haben, kann man mehrere magnetische
Anordnungen symmetrisch bezogen auf die Bewegungsrichtung der Masse
anordnen. Vorzugsweise ordnet inan der Masse ein Paar von
Dauermagneten (Figur 2) zu, die derart angeordnet sind, daß
die Magnetisierungsachsen von zwei benachbarten Magneten
bezüglich einander umgekehrt sind. Der Masse gegenüber hat man
dann einen Wechsel der Nordpole und der Südpole. Diese
Anordnung begünstigt das Schließen der magnetischen Linien zwischen
den Dauermagneten.
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Ein Elektromagnet 5 ist gegen jeden Dauermagneten 4 derart
angeordnet, daß die Richtung des durch die Zirkulation des
elektrischen Stroms und die des Dauerfeldes erzeugten Feldes
parallel sind. Die Wicklungen der verschiedenen
Elektromagneten sind in Reihe beispielsweise geschaltet und derart, daß
der Fluß elektrischen in zwei benachbarten Elektromagneten
erzeugten Stroms der magnetischen Felder einander
entgegengesetzt sind.
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Entsprechend der Stellung des Schalters 8 erzeugt man einen
Fluß elektrischen Stroms derart, daß die magnetischen Kräfte
des Dauermagneten und des Elektromagneten jeder magnetischen
Anordnung sich addieren oder sich voneinander abziehen.
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Die Anordnung arbeitet in folgender Weise. Wenn die Masse sich
gegen das Target-Element verschiebt oder bewegt, beaufschlagt
man mit einem elektrischen Strom in einer Richtung derart, daß
die magnetischen Kräfte der Dauermagneten 4 und der
Elektromagneten 5 sich überlagern. Die resultierende Anziehungskraft
hat zur Folge, die Masse anzuziehen, sie gegen das
Target-Element zu pressen und so jeden eventuellen Rückstoß zu
vermeiden.
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Nach dem Aufschlag, wenn man die Masse in ihrer
Anfangsausgangslage rückführen soll, kehrt man die Richtung des
elektrischen Stroms derart um, daß die magnetischen Kräfte der
Dauermagneten 4 und der Elektromagneten 5 sich neutralisieren und
daß die resultierende Anziehungskraft zu null wird. Die Masse
kann somit vom Target-Element entfernt werden.
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Nach dem Anwendungsbeispiel der Figur 3 wird die
Anti-Rückstoßanordnung benützt, um die Rückstöße einer Masse 2 gegen
ein mit der Wandung eines Bohrlochs 9 gekoppeltes
Target-Element zu vermeiden. Die Masse 2 bewegt sich in gerader Linie im
Inneren eines länglichen Körpers 10, der in das Bohloch 9 am
Ende eines elektrischen Trägerkabels 11 mit elektrischen
Speiseleitungen herabgelassen wurde. Gegen ihr dem Kabel 11
gegenüberliegendes Ende ist der Körper 10 der Ankerungsschuhen 12
zugeordnet. Diese Schuhe sind am Ende der Stellzylinderstangen
13 (nicht dargestellt) befestigt, die radial in einer Kammer
14 angeordnet sind, die ein hydraulisches Betätigungssystem
enthält. Ein solches hydraulisches System ist beschrieben in
der genannten französischen Patentschrift Nr. 2 558 601.
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Die Masse wird aus einer Anschlagsstellung in Kontakt mit dem
Target-Element in eine Armierungsstellung durch Hubmittel
bewegt. Diese Mittel umfassen eine steife mit dem Kabel 11 über
einen mechanischen und elektrischen Verbinder 16 verbundenes
Kabel 11. Die Stange 15 durchsetzt die obere Endwandung 17 des
Körpers vermittels einer Öffnung und im Inneren im Hohlraum
18, wo die Masse sich bewegt oder verschiebt, wird sie an
versenkbaren Aufhängemitteln befestigt. Diese Mittel umfassen
einen steifen Träger 19. Zwei Haken 20 können an Achsen 21,
die am Träger 19 befestigt sind, zwischen einer
Annäherungsstellung und einer Entfernungsstellung (Beabstandungsstellung)
(gestrichelt in Figur 3 dargestellt) verschwenken. Auf ihrer
Oberseite umfaßt die Masse einen Kopf 22, der mit einer
kreisförmigen Nut 23 versehen ist, wo die Spitzen der Haken 20 in
Annäherungsstellung eingreifen können und so die Masse 2
bezüglich des Aufhängeträgers 19 festmachen können. Das
Verschwenken der Haken gegen ihre Beabstandungsstellung wird
erhalten durch Erregung von Elektromagneten 24 mit beweglichen
Kernen 25. Diese Kerne sind radial in der Verschwenkungsebene
der Haken 20 angeordnet und mit diesen letzteren verbunden.
Eine Rückstellfeder R versucht, die Haken 20 in ihrer
Annäherungsstellung zu halten.
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Das Erregen der Elektromagneten wird sichergestellt über
Leiter 26, die in der Achse der steifen Stange 15 verlaufen und
im Verbinder 16 mit leitenden Leitungen 28 des elektrischen
Trägerkabels 11 verbunden sind. Die elektrischen Leiter 6 zur
Speisung der Elektromagneten 5 der Anti-Rückstoßanordnung
gehen nach oben über einen Kanal, der in der seitlichen Wandung
des Körpers 10 belassen ist, gegen die Endwandung 17, wo sie
mit einem ersten Ende eines elektrischen Kabels 27 verbunden
sind, das spiralförmig um die steife Stange 15 gewickelt ist.
An ihrem gegenüberliegenden Ende dringt das elektrische Kabel
27 in den Verbinder 16 ein, wo es mit elektrischen Leitungen
28 des elektrischen Trägerkabels 11 verbunden ist. Die
elektrischen
Leiter 6 und 26 sind derart verbunden, daß die
Elektromagneten der Anti-Rückstoßanordnung in Reihe mit der Spule
des Elektromagneten 24 verbunden sind. Andere elektrische
nicht dargestellte Leiter ermöglichen es an das hydraulische
System elektrische Ströme und Steuersignale zu übertragen. An
dem dem Elektroträgerkabel 11 gegenüberliegenden Ende sind die
Leiter 28 mit der elektrischen Stromquelle 7 (siehe Figur 1)
vermittels des Schalters 8 verbunden. Die Leiter 6 und 26 sind
derart miteinander verbunden, daß in einer ersten Stellung des
Schalters 8 die Elektromagneten 24 die Hacken 20 voneinander
spreizen und gleichzeitig die Elektromagneten 6 eine
Anziehungskraft auf die Masse 2 ausüben. In der zweiten Stellung
des Schalters 8 schieben eben diese Elektromagneten die Haken
gegen ihre Annäherungsstellung zurück und üben eine
Rückstoßkraft auf die Nasse 2 aus.
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Nachdem die Bohrlochquelle im Bohrloch durch Spreizen der
Verankerungsschuhe 12 verankert ist, wird der Schalter 8 in seine
zweite Stellung gestellt und das Kabel 11 derart losgelassen,
daß der steife Träger 11 längs des Hohlraums 18 gegen die
Masse 2 nach unten geht, die sich in ihrer Stellung (untere
Stellung) gegen das Target-Element befindet. In Kontakt mit
dem Kopf 22 spreizen sich die Haken 20 und greifen in die Nut
23 von diesem.
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Durch einen Zug am elektrischen Trägerkabel 11 hebt man den
Träger 19 sowie die an ihm hängende Masse 2 in eine obere
Position.
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In dem für das Auslösen gewählten Augenblick stellt man den
Schalter 8 in seine erste Stellung. Die Elektromagneten 24
spreizen die Haken 20, die die befreite Masse halten, diese
fällt längs des Hohlraums 18 und kommt in Kontakt mit dem
Target-Element, erleidet die elektromagnetische von den
Elektromagneten 5 entwickelte Anziehungskraft. Die Elektromagneten
werden als Funktion der kinetischen von der Masse am Ende
ihres Falls aufgenommenen Energie zur Verhinderung jedes
eventuellen
Rückstoßes ausgewählt.
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Man verläßt nicht den Rahmen der Erfindung, wenn man zur
Bohrlochguelle der Figur 3 Dauermagneten wie die Magneten 4, die
in Figur 1 dargestellt sind, hinzufügt, um die magnetische von
der Masse 2 erfahrene Anziehungskraft zu erhöhen. Im
allgemeineren Fall ist die Zuordnung von Dauermagneten zu den
Elektromagneten auf keinen Fall obligatorisch. Die magnetische
Anziehungskraft kann gegebenenfalls allein durch die
elektromagnetischen Mittel erzeugt werden.
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Man verläßt auch nicht den Rahmen der Erfindung, wenn man die
Anordnung nach der Erfindung bei irgendeiner seismischen
Quelle beliebiger Art anwendet.