DE1302377B

DE1302377B -

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Publication number: DE1302377B
Application number: DE19641302377D
Authority: DE
Priority date: 1963-11-12
Filing date: 1964-11-12
Publication date: 1972-11-09
Also published as: NL150237B; US3379273A; DE1472358A1; BE655629A; NL6413211A; CA932063A; GB1090363A; DE1302377C2

Description

13. Vorrichtung nach Anspruch 7 und/oder die plötzliche Freigabe in die Umgebung bewirkt,
einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, Zur Erzeugung eines einzigen kräftigen Schallimdaß Mittel zur Brennstoffeinspritzung (266) und pulses niedriger Frequenz ist es bereits bekannt, ku-Brennstoffentzündung (267) angeordnet sind. 20 gelförmige, elastische Hüllen, die unter Wasser aus-

14. Vorrichtung nach Anspruch 7 und/oder geblasen werden, plötzlich zu zerreißen (USA.-einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, Pate uschrift 3 077 944).

daß Bypass-Einrichtungen (127, 127') im Um- Es ist weiterhin bekannt, den hin- und herschwin-

fang des Freigabekolbens (99) oder der Wandung genden Kolben von Verbrennungsmotoren in direkte

des Zylinders (97) angeordnet sind, um Gas oder 35 Berührung mit dem Wasser zu bringen, so daß die

Luft vom Wirkungsquerschnitt (L) auf die andere energieerzeugende Oberfläche iait verhältnismäßig

Seite zum Wirkungsquerschnitt (M) zu leiten und hoher Kraft mit geringer Frequenz und praktisch

Dichtungsmittel (115) den Durchtritt des Gas^s konstanter, vorherbestimmter Bewegungsamplitude

oder der Luft durch den Bypass (127, 127') ver- so angetrieben wird, daß Schallwellenenergie erzeugt

hindern, wenn sich der Freigabekolben (99) in 30 wird (USA.-Patentschrift 3 056 104).

seiner Ausgangsstellung befindet. Es sind auch Druckventile zur plötzlichen Frei-

15. Vorrichtung nach Anspruch 7 und/oder gäbe von Drücken bekannt, bei denen ein Betätieinem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, gungskolben mit einer an diesem befestigten Schubdaß der Druckraum (113) durch eine bewegliche säule hin- und hergeschoben wird. Dabei wird der Dichtung (102) abgeschlossen ist, die am Gashai- 35 Druck aus einer Kammer freigegeben, wenn sich ein tekolbe,. (98) anliegt und die elastisch an diesen Zählerstift aus dem Loch in der Wandung herausbegedrückt wird. wegt, so daß der Druck langsam zu entweichen be-

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch ginnt (USA.-Patentschrift 2 986 120).
gekennzeichnet, daß die bewegliche Dichtung Es sind auch schlagbetätigre Schallquellen be- (102) aus einem bewegbaren Ring mit einer 40 kannt, bei denen durch einen Stößel Schwingungen Dichtung (155) besteht, der an einer Zylinder- eines mit der Umgebung in Berührung stehenden wandung aufliegt und der durch Federmittel starren Kolbens erzielt werden (USA.-Patentschrift (159) in Richtung auf den Gashaltekolben (98) 3 053 220).

drückt. Zur Formung von Werkstücken sind Schmiede-

17. Vorrichtung nach Anspruch 8 und/oder 45 stempel bekannt, bei denen eine Stoßstange gegen einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, eine Matrize bewegt wird, um das Werkstück zu fordaß e<n Elektroventil (61) die zweite Hochdruck- men. Bei einer solchen Einrichtung sind bereits begasleitung oder die Hochdruckluftleitung (91, 92) wegbare Kolben im Gebrauch, die zwei Druckräume für den Gas- oder Luftdurchtritt öffnet. verbinden und die Auslösung der Bewegung durch

50 den Überdruck auf der einen Seite bewirkt wird. Dabei ist ein Durchtrittskanal vorgesehen, der dazu

dient, die Druckräume mit Druckmedium zu versehen; er stellt keine öffnung in die Umgebung dar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeu- 55 Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung kräfung kräftiger Schallimpulse mit einem Schallsender tiger Schallimpulse mit einem Schallsender in die on niedriger Frequenz am Ende des akustischen Umgebung lj schaffen, wobei der Schall mit niedripektrums durch plötzliche Freigabe von Hoch- ger Frequenz einzeln oder kontinuierlich erzeugt ruckgas oder -luft in die Umgebung aus einem werden kann, um in fortlaufenden Aufzeichnungen )ruckbehälter mi· einer Steuereinrichtung für die 60 eine seismische Erkundung der Erdoberfläche zu cr-Aiführung des Gases oder der Luft in die Freigabe- möglichen. Dabei soll die Vorrichtung einfach zu beorrichtung, insbesondere für geologische Untersu- dienen sein und den Fischbestand der untersuchten hungcn. Gewässer schonen. Zur Untersuchung der verschie-

Untcr den vielen Vorzügen des Verfahrens und densten Bodenschichten soll die Lautstärke und er Vorrichtung zur'Ionerzeugung, die im folgenden 65 Schiillcharakteristik beliebig einregelbar sein, indem Is Erläuterung der Erfindung beschrieben werden, der Druck und die Volumen des Hochdruckgases ind diejenigen am geeignetesten, die von der Tat- oder der Hochdruckluft einstellbar sind. Um die Efachc ausgehen, daß ein plötzlicher und genau umris- fektivität s^;';herzustellcn, soll es ermöglicht werden.

große Mengen akustischer Energie in die Umgebung aus der der Wirkungsquerschnitt an der äußeren in Form von klaren Impulsen auszusenden, wobei die Stirnfläche des Führungskolbens mit Druck beauf-Frequcnz und Amplitude bequem variiert werden schlagbar ist. Ferner ist über eine Bohrung der kann. Derartig kräftige Schallimpulsc sind zur Vcr- Druckraum füllbar, und eine zweite Druckgasleitung wendung in seismischen Systemen geeignet und kön- 5 in der Stirnfläche des Gleitzylindcrs mündet gcgcnncn vorteilhafterweise auch für andere Zwecke ange- über dem Wirkungsquerschnitt des Frcigabekolbens. wandt werden. ^D'^{c m}'^[ der Erfindung erzielten Vorteile liegen darin,

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- ein akustisches Schallsendegerät zu schaffen, durch löst, daß im Schallsendegerät zunächst mit einem das Schallenergie in großen Mengen mit einer ver-Zwi'llingskolben mit Ventilfunktion der eine Druck- io hältnismäßig kleinen Vorrichtung erzeugt werden raum oder eine Zwillingsanordnung von Druckräu- kann. Es wird eine Vorrichtung geschaffen, mit der men in Ausgangsstellung verschlossen wird und an- ein kräftiger Schallimpuls zu erzeugen ist, der geeigschließend Hochdruckgas oder -luft als drückende net und sicher ist, über einen großen Bereich verKraft auf den Freigabekolben geleitet wird. Dadurch schiedener Funktionen und Zwecke verwendet zu werden die beiden starr verbundenen Kolben mit 15 werden. Darüber hinaus wird eine Vorrichtung gegroßer Beschleunigung betätigt und das Hochdruck- schaffen, die fähig ist. Materialien und Gegenstände gas oder die Hochdruckluft veranlaßt, explosionsar- zu umreißen und zu formen, zu durchstoßen und abtig in die Umgebung zu entweichen, nachdem sich zuschneiden sowie mineralische Ablagerungen zu lödie starr verbundenen Kolben mit großer Geschwin- sen, zu heben und zu verschieben. In den meisten digkeit in die Freigabestellung bewegt haben. ao Fällen wird während des Betriebes der Vorrichtung

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, das Hoch- Druckluft verwendet, aber es ist selbstverständlich, druckgas oder die Hochdruckluft durch elektrische daß die Einrichtung auch alle anderen geeigneten Signale auf den Freigabekolben freizugeben, wobei Druckgase aufzunehmen imstande ist. die elektrischen Signale zyklisch in bestimmten Zeit- Einige A\usführungsbeispiele der Erfindung sind in

Intervallen abgegeben werden können. »5 der Zeichnung dargestellt, und sie werden im folgen-

Die Vorrichtung zur Erzeugung kräftiger Schallim- den näher beschrieben. Es zeigt pulse von niedriger Frequenz, bestehend aus einem Fig. 1 ein Schallsendegerät im Längsschnitt,

Druckbehälter iüi Gas oder Luft und aus einer Fig. 2 eine schcmatischc Darstellung der Schauer

Steuereinrichtung für die Zuführung des Hochdruck- zeugung,

gases oder der Hochdruckluft in die Freigabevorrich- 30 Fig. 3 und 4 alternative Schaltungen zur Schallertung und aus einem bewegbaren Kolben, besteht er- zeugung,

findungsmäßig darin, daß der bewegbare Kolben mit Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine andere Aus-

Ventilfunktion aus einem Freigabekolben im Zylin- führungsform der Vorrichtung, der und aus einem Gashaltekolben in einem anderen Fig.5a einen Teilschnitt gemäß Fig.5 mit einer

Zylinder besteht. In der Zylinderwand ist eine oder 35 Variante,

mehrere Öffnungen angebracht, und beide Kolben F i g. 6 einen Querschnitt entlang der Linie 6-6 der

sind durch ein Zwischenglied starr zu einem Zwil- Fig.5,

lingskolben verbunden. Dabei ist der vom Gas- oder Fig.7,7a und 7b Auslaßöffnungen verschiedener

Luftdruck beaufschlagte Wirkungsquerschnitt am Form,

Gashaltekolben kleiner als der in entgegengesetzter 40 Fig.8 einen Teilschnitt entlang der Linie 8-8 der Richtung beaufschlagte Wirkungsquerschnitt am F i g. 5 nach unten gesehen, Freigabekolben, wodurch die Ruhestellung des Zwil- F i g. 9 eine Systemskizze der Vorrichtung,

lingskolbens bewirkbar ist, in der der Gashaltekolben Fig. 10 bis 16 weitere Alternativen in der Ausfüh-

den Druckraum verschließt. Der Zwillingskolben ist rung der Vorrichtung und

auf einem bestimmten Wirkungsquerschnitt am Frei- 45 Fig. 17 eine schematische Darstellung einer -eisgabekolben zusätzlich durch einen Gasdruck beauf- mischen Aufnahme unter Verwendung der Erfinschlagbar, der der drückenden Kraft am Gashaltekol- dung.

ben gleichgerichtet ist. Dabei erhält diese drückende Bei der Durchführung einer seismischen Erkun-

Kraft annähernd den doppelten Wirkungsquerschnitt, dung unter Verwendung der Verfahren und Vorrichwodurch der Gashaltekolben mit hoher Geschwindig- 50 tungen der Erfindung, wie sie beispielsweise in den keit im Zylinder bewegt werden kann und eine ex- Fig. 1,2 und 17 dargestellt sind, fahrt ein Vermesplosionsartige Freigabe des Gases oder der Luft aus sungsschiff 20 entlang einer bekannten Kursrichtung dem Druckraum durch eine oder mehrere Öffnungen 21 auf einem Gewässer 22, wie beispielsweise einem im Zylinder in die Umgebung hervorgerufen wird. Ozean, See, Teich, Fluß oder Sund, wobei das Schiff Zusätzlich ist im hin- und herbeweglichen Zwischen- 55 20 das Schallsendegerät 23, 70 und die Unterwasserglied eine Bohrung angebracht, die den Gashaltekol- schall-Aufahmeeinrichtung 24 hinter sich herzieht, ben des Zwillingskolbens durchsetzt, um das hin- Diese Einrichtung 24 ist an sich bekannt und kann und herbewegliche Zwischenglied durch Gas- oder beispielsweise aus einer einzigen Vorrichtung beste-Luftdruck in seine Ausgangsstellung zurückzubrin- hen, die akustische Energie aus dem Wasser 22 aufgen. ⁶° nimmt, sie kann jedoch auch aus mehreren solcher

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung Vorrichtungen bestehen.

ist der Druckraum axial ausgerichtet über den beiden Die Aufnahmeeinrichtung 24 ist durch elektrische

Gleitzylindern mit dem Zwillingskolben angeordnet. Kabel 26 mit dem Schiff verbunden, wobei an Bord Dabei verschließt der Gashaltekolben mit seinem des Schiffes übliche Kontrollapparate eingebaut suid, Wirkungsquerschnitt den Gas enthaltenden Druck- 65 wie sie schematisch bei 27 (Fig. 17) gezeigt sind, raum, und der Freigabekolben mit der Bohrung ist in Dieser Kontrollapparat 27 kann aus einem bekanndem zum Druckraum abgewandten Zylinder gleitbar. ten Gerät bestehen, beispielsweise aus einem Verstär-In den Zylinder mündet eine erste Druckgasleitung, ker 28 mit Eingangsverbindungen 29 des Unterwas-

SA

Während des Betriebes wird ein Schreibstre über die Schreibwalze 33 in Achtung des Pffc te 36 angetrieben, und ein oder ^««^'^ί^

m te « (s.Fig.2) gebildet, die bei 5x

^rieSen werden, um synchron mit der Schreibap- «A

liegt. Der Antriebsriemen 38 treibt die rn 39 und 40, so daß ^ S abgetastet wird. Jeder ^^gXJS elektrischen Taster 41, der mit der ^K°^ntf™^ze m in Verbindung steht, wenn der Schreibstift über den Schreiostreifen tastet Demzufolge werden de jer stärkten elektrischen Signale auf dem Schreibstreiten 35 aufgenommen.

Zum Antrieb des ^^jg^ der Elektromotor 42 mit der Aj^™*⁴.*, T₅ Treibscheibe 44, die ihrerseits das Rad 40 mittels des 58, S₉ und 60 sind no,

c Nocken bewegt und so den Auslöseknop ölÄt S&halteäriditungMi 58, 59 und

Kind durch Drähte 55, 56, 66, 67 und 68 innerelektrischen Kabels 57 mit dem Schallsenna _{bunden Die} Zentralleitung 55 ist an

ae_{ger elektrischen Stromque}ll_e 69 angeJ™^^ _{beispielsweise} einer Batterie oder einem

ao Stromerzeuger. Der andere Pol dieses Stromerzeu-™°^m ₆₉1st über _{die Le}itung 66 durch das Kabel 57 L Sender geführt, kehrt zurück und betätigt die ^^^ ₆₁, ₆2 und 63, die als drei

¹¹^

_a5

4S CF ic 2 und 17) auf dem -

«fuSag^S^^ -

len zum Impulsapparat 23 um «ine ^Taügtot zu überwachen. Außerdem gibt in diesem System der Kontrollapparat 25 ein Signal an den Schreibstift 37, der die Schreibstreifen 35 abtastet, so.daß, eme Marke 46 auf den Schreibstreifen in dem Moment gegeben tird^U; wenn ein Kontrollsignal zur Apparatur 23 zur Erzeugung eines akustischen Impulses in das Wa ser a'sgefchickt wird. Die Linie dieser ursprunglichen Marken 46 wirde als »Sender«-Linie F ge-Tnzeichnet"und dient als Bezugslinie von weHier durch Messung auf dem Streifen die Charakteristik t ErSe^gin dem Wasser 22 bestimmt werfen kann. Es können selbstverständlich andere^ übliche Anordnungen vorgenommen werden um eine Be zueslinie oder ein Bezugszeichen auf uem Streiten xt zi e halten um eine Zeitbasis oder Ausgangslinie f"stz^eSen%ön welcher die Beziehungen der anderen aufgenommenen Zeichen gemessen _und analy

siert werden können, wie ^!^sP!^elswff^i;ⁱⁿ _kam;'

die ebenfalls als Ausgangslinie^benutzt werden kaniL

Jeder akustische Impuls wirddurch^das Walser 22

^^ttJsrst.·?^» quelle 69 unter Strom gesetzt sind, geschlossen werden.

Um die Bezugslinie F der Zeichen 46 zu erzeugen, werden die Schaltmittel 58 mit einem zweiten Satz normal geöffneter Kontakte versehen, die mii der Stromquelle 53 verbunden sind und über die Kupplungseinrichtung 54 zum Eingang eines Verstärkers 28 gelangen, wobei die Betätigungskante 71 des zurückspringenden Sektors A des Zeitgebers 48 scharf definiert ist. Auf diese Weise wird der Schalter 58 innerhalb einer kleinen Bewegung kurzgeschaltet und gibt so einen klar definierten und genau bestimmter· Beginn jedes Schallimpulses an.

Während ihrer Tätigkeit sind die Kontrollmittel 61 durch die Stromquelle 69 unter Strom gesetzt, wenn der Sektor A des Nockens 48 unterhalb des Endes des Betätigungshebels 64 kommt. Umgekehrt wird die Rückkehrkontrolle 62 ausgelöst, wenn der Sektor B des Nockens 49 den Betätigungshebel 64 durchläuft und dadurch die Schalteinrichtung 59 betätigt. Diese Kontrolleinrichtung 62 wird nicht betätigt, bis das Schallsendegerät 23 seine Tätigkeit beendet hat. Das Beenden jedes Zyklus wird durch die Kontrollmittel 63 bewirkt, wenn der rückspringende Sektor C unterhalb des Betätigungshebels 64 entlanggleitet. Der ursprüngliche Teil der Füllperiode C übergreift den später gelegenen Teil der Rückkehrperiode B, um sicherzustellen, daß der Sender 23 in seiner Rückkehrstellung gehalten wird, wenn das Füllen geschieht. Die Länge der Füllungsperiode C ist um das Mehrfache langer als die Sendeperiode. Die tatsächliche Sendezeit des Schallsenders 23 ist sehr kurz, normalerweise einige Millisekunden, um plötzlich das Gas unter Hochdruck aus dem Schallsender 23 explosionsartig austreten zu lassen.

Um das Gas unter hohem Druck zum Schallsender 23 zu führen, schließt dieser eine Stromquelle 72 ein, die den Motor 73 eines mehrstufigen Luftverdichters 74 antreibt, der Druckluft unter Drücken bis zu und über 140 kg/cm² erzeugt. Die Ausgangsleitung vom Kompressor 74 führt über einen Feuchtigkeits- und ölseparator 75 in einen Hochdruckvorratstank und aus dem Tank über ein Schließventil 77 und sin

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erstes Filter 78 in einen Druckregler 79, der durch das Handrad 80 so eingestellt und auf einem bestimmten Druck gehalten wird, wie beispielsweise 140 kg/cm². Über ein Manometer 81 und eine Leitung 82 geengt der Druck zu einem Hochdruckschlauch 83 und ein zweites Filter 84, das den Eintritt von Schmutzpartikeln oder Fasern in den Schallsender 23 verhindern soll.

Hinter dem Filter 84 zweigen die Zuführungsleitungen ab. Eine Leitung 83 ist über das Ventil 62 und eine Leitung 86 zur Rückkehreinrichtung 87 geführt, die in größerem Maßstab in F i g. 5 dargestellt ist. Die andere Abzweigung 88 ist über das Ventil 63 und eine Leitung 89 mit der Füllöffnung 90 verbunden. Eine weitere Zuführungsleitung 91 geht zum Impulsschlitz 92.

Unter besonderer Bezugnahme auf die Fig.2 und 5 ist zu bemerken, daß die Vorrichtung 70 aus hochwiderstandsfähigem Material, wie rostfreiem Stahl angefertigt ist. Der Behälter 94 besteht aus zwei axial angeordneten Zylindern, von denen jeder einen Kolben 98, 99 aufweist, der in diesem gleitet. Diese Kolben 98, 99 sind starr miteinander verbunden, so daß sie fähig sind, mit sehr großer Beschleunigung über eine vorher bestimmte Strecke zu gleiten, bevor plötzlich das Hochdruckmittel durch Austrittsschlitze freigegeben wird.

Demzufolge werden die Austrittsschlitze plötzlich geöttnet, wenn die Kolben sehr schneit in dsm moment bewegt werden, wenn die Austrittseinrichtungen geöffnet werden.

Wie es zur Erläuterung in den F i g. 2 und 5 dargestellt ist, besteht der Behälter 94 aus einem ersten Gleitzylinder 95, der sich in Richtung der Öffnung 96 (in Ein- oder Mehrzahl) erstreckt, und einem zweiten Gleitzylinder 97. Ein Gashaltekolben 98 bewegt sich entlang der Wandung des Gleitzylinders 95 und dient als Verschlußmittel, um die Austrittsöffnungen zu verschließen und den Hochdruck innerhalb des Behälters 94 aufrechtzuerhalten.

Zur Betätigung des Gashaltekolbens 98 ist ein Freigabekolben 99 angebracht, der entlang der Wandung des Gleitzylinders 97 bewegt wird. Diese zwei Kolben sind starr miteinander verbunden und bilden einen Zwillingskolben 100, der so leicht als möglich konstruiert ist, wobei er festigkeitsmäßig so ausgebildet sein muß, daß er einer sehr großen Beschleunigung und einer nachfolgenden ebenso großen Verzögerung unterworfen werden kann. Eine durchbohrte Kolbenstange 101 verbindet diese zwei Kolben 98 und 99.

Wenn sich der Zwillingskolben 100 in seiner Normalstellung vor der Auslösung des Schalles befindet, ruht der Gashaltekolben 98 am oberen Ende des Gleitzylinders 95, das sich entgegengesetzt der Öffnung 96 befindet. Der Rand des Gashaltekolbens 98 steht in dichter Verbindung mit einem ersten ringförmigen elastischen Verschluß 102, der in seiner Lage durch einen Sicherungsring 103 mittels der inneren Schulter 104 gehalten wird. Der Verschluß 102 wird aus sehr kräftigem, widerstandsfähigem Material gebildet, beispielsweise kräftigem, festem Polyurethan, das die Fähigkeit besitzt, gebogen werden zu können nd immer in seine Ausgangslage zurückzukehren. D *.ses Material ermöglicht es, über den Umfang des Gahaltekolbens 98 geschoben zu werden, wenn der ZwüJngskolben 100 und der Verschluß 102 zusammenbaut werden.

Der Glcitzylinder 95 schließt einen Flansch 106 ein, der mit einem Flansch 107 am unteren Ende des Gleitzylinders 97 zusammenpaßt. Die Lippe 109 paßt in einen entsprechenden Vorsprung des oberen Zylinders, um einen einwandfreien Zusammenbau der zwei Zylinder zu ermöglichen. Eine Ringdichtung 110 verhindert Leckagen von der Aufnahmeeinrichtung 24, und ein Bolzenring 112 hält die Flansche zusammen.

ίο Vor der Ingangsetzung des Schallsenders wird Gas unter Druck durch die Füllöffnung 90 in die Kammer 113 geleitet. Der Druck des Gases auf die obere Oberfläche K (F i g. 5) des Gashaltekolbens 9S ist bestrebt, diesen Kolben im Gleitzylinder 95 nach unten zu drücken.

Der Gashaltekolben 99 besitzt die Oberfläche L, die ebenfalls dem Druck ausgesetzt ist und die einen größeren effektiven Wirkungsquerschnitt als die Oberfläche K aufweist und die in entgegengesetzte

ao Richtung zeigt. Dieser Gashaltekolben 98 hat eine ringförmige abgeschrägte Dichtungslippe 114, die sich gegen eine zweite starke plastische Dichtung 115 legt. Dieser Verschluß 115 kann aus dem gleichen Material wie der Verschluß 102 hergestellt sein. Die

as Verschlußdichtung wird durch den Haltering 116 mittels der inneren Schulter 117 in seiner Lage gehalten. Die innere Kante des Verschlusses 115 wird durch eine Scheibe 118 gehalten, wobei diese Scheibe Ü8 durch Bolzen 119 ihrerseits gehalten ist. Der Zylinderdeckel 120 wird durch einen Bolzenring 121 an dem Flansch 122 befestigt, und eine ringförmige Dichtung 123 verhindert Leckagen.

Wenn die Vorrichtung 70 in Gang gesetzt wird, fällt der Druck innerhalb der Kammer 113 plötzlich.

Demzufolge ist es wünschenswert, eine Leckage des Hochdruckgases oder -luft hinter der Dichtung 115 zu verhindern, da ein Gasdurchtritt Jie Tendenz haben würde, die Dichtung 115 vom Zylinderdeckel 120 während des Betriebes wegzublasen. Zusätzlich steht auch noch eine kleine Bohrung 124 mit dem Kanal 125 in Verbindung.

Der äußere Durchmesser der Dichtungslippe 114 ist größer als der Durchmesser des Gashaltekolbens 98. Die obere Oberfläche M des Kolbens berührt die Scheiben 118, wenn sich die Lippe 114 in die federnde Dichtung 115 einzupassen beginnt.

Der Zwillingskolben 100 wird zeitweise in seiner Endlage durch die Differenzdrücke in den einzelnen Bereichen gehalten, aber sobald sich der Druck auf den entgegengesetzten Oberflächen des Gashaltekolbens 98 einem Ausgleich nähert, wird der Zwillingskolben 100 freigelassen und beschleunigt plötzlich sehr stark.

Um die Vorrichtung 70 in Gang zu setzen, wird ein Durchgang gebildet, der von der Füllöffnung 90 durch die Leitung 91 zur Betätigungsöffnung 92 durch das Öffnen des Betätigungsventils 61 führt. Eine kleine Kammer 126 (s. F i g. 5) umgibt die Betätigungsöffnung 92 in der Nähe der Oberfläche M des Freigabekolbens 99, und das Hochdruckmittel tritt durch die Öffnung 92 in diese Kammer 126 ein; sie ist dabei bestrebt, den Druck gegen die entgegengerichteten Oberflächen M und L auszugleichen. Das Hochdruckmittel drückt gegen die Oberfläche K des Gashaltekolbens 98 und stößt sehr bald die Haltekraft auf den Freigabekolben 9> um, so daß sich der Gashaltekolben 98 sehr schnell innerhalb des Zylinders 95 zu beschleunigen beginnt. Auf diese Weise

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„_{ird das} «*,„»* Jim sch, schnei, von do, £ ™-»^»<^ £«£&'»

=^iSs »!ÄSSSK.ZS,=E*

gleich gegenüber den entgegengesetzt» S „möd - aus der Betätigungskammer 140 durch eine kleine

tenM undL des *™&f^™*£ d'enen dabei ,. Bohrung 142 über ein Ventil 143 abzuführen, um zu

chen. Wie es in der Fig.8 ^?«|^° "J^ R_est_ verhindern, daß Wasser in die Kammer 140 gelangt,

die zwischen den Boh ni|jMl»bri_f'n» ^Rest ™ Zusatzbohrung 144 verhindert jeden zufälli-

querschn.ttc als )ffi™**Z^&*9l Auch die gen Druckanstieg innerhalb der Kammer 126 um

taVuTaS&n BJSShÄi Ι» können Le nicht beabsichtigte Betätigung der Vorrichtung L^8gV E d

taVuTaS&n BJSShÄi Ι» könne L g

Lcn⁸Leitri^gppenV Entlang der Zylindenvandung „ 70zu verhinder.^ ^^ ^ ^

ergänzt werden. ₉ . , , _{hte Rota}. _Teii_e und Elemente, die mit den Fig. 1.2 und 5

Um die beiden Kolben 98 und 99 mi«K Zusammenhang stehen, mit entsprechenden

tion zu ·. «netzen, sindd eJtywjö «^nug ¹^ _{Bezugsziffern} versehen. Das in F ig. 3 dargestellte

wie es aus ^' g· V "h, Sm Durchtrfu _auf diese *o Verfahren ist identisch mit dem oben beschriebenen,

geordnet, und das Gas übt be m »™ Rotation mit der Ausnahme, daß die Kontrollmittel 4«5 A nur

Flächen eine Reaktion in Richtung einer rui Betätigungs- und Füllkontrollmittel umfassen. Die

der Kolben aus beschleunigen beim Rückkehreinrichtung 87 wird fortlaufend während

Die zwei Kolben 98 und 99 ~£"£™/| Betätigung des Druckregulierventils 145 versorgt. Abwärtsgehen mit sehr großer Be^lemigmig ^e£_ _{a5 Die} Vorrichtung in Fig.4 ist ebenfalls im allge-

lang des Besch^n.gungsweges £ aber da unter ho ^^ ^J _fa ^ _{3 is g d}

hem Druck stehende Gas ' "^d *^m .^¹" _{des Gas}. stellten, mit der Ausnahme, daß die Vorrichtung

Düsen 96 so lange gehindert, bis der Ring «so» größeren Einzelheiten in den F i g. 1

naltekolbens 98 bis «f'f^£^Ε;£ %™l) und 10 dargestellt ist, eine kombinierte Füll- und

_nangen 96 gelegt ist Die Bleiche XMJ· g ; ._;.___„ ₁₄„ _{zusätzlich zu} einer Vorrat.knm-

führen den Gashaltekolben 98, und die Ottmmge ^^ _{der K0 aufwdst D},_{ese Vor}.

werden in dem Bruchteil e.ner Sekunde geo net m J_{ßt einen MiUelteil lg0 dn der}

Zur Ergänzung der vielen anderen Vorteil: der br ncm g _} . _{dnem ringförrn}igen FUh-

rindung bewirkt diese plötz .ehe Freigabe^ von Gas Oflnunge ₁₅₂ und einem Kolbenring 140 besitzt,

unterhalb der Wasseroberflache einen jeism.sclien rung _{Betriebes wird} beim Rückkehr- und

,Schall«, der Energie im Bereich, niedrige Frequen 35 Wan ^ _{HochdruckflUssi}^_{eit in die}

zen am Ende des akustischen SpelO«η» re ,setzt, FuI^ ^ y. ^ _damit ^ ^ _q

beispielsweise im wesentlichen ^bcna'^ⁿrf' ,, _{ber 100}ß zurückgeführt wird, wobei er das Dichtungshundert Schwingungen pro Sekunde Der Schallgeber luu ₁₁₄* _gegen die elastische Dichtung 115

kann selbstverständlich so «^^""Ά^^. ₄o dS" Die Flüssigkeit geht durch ein. Bohrung 153 im wesentlichen auch Schallenergie mit höheren F e^ 4 dwc _Einschnüf_u I₅₄ _(Fig.,) _{und hä}u einen

quenzen liefert, beispielsweise über tausend 5>cnwm_ _Anfangsdruck in der Kammer 148 aufrecht, der über

Sungen pro Sekunde, wie sie ^wunw^nswrt »ur £ ^ _{Kammef m} _{He t>
wobei voraus}.

stimmte Typen von Erkundungen notwendig sind, o^^ ^.^ _{daß das Dichtungseleme}nt 114 fest vie solche im seichten Wasser verzöeern 45 während des ursprünglichen Füllungsprozesses auf-

Um den Zwillingskolben 100 schnell ™ ^™^™_ _{H t Der} wirkungsbereich L des Freigabekolben' 99

und trotzdem sanft am Ende der Mmjg™&£™¹ _ü£_nnm _den wirkungsbereich K des Kolbens 98,

f i Halte ^€^^^^% ⁸ lb ähd d Füll chlosser

und trotzdem jg£ _ü£_nnm _den wirkungsbereich ,

zufangen, ist «ne_ »Halte ^€^^^^% ⁸ _an- um diesen Kolben während der Füllung geschlosser

gSnet" Das Wasser zwischen den sich «^"Jj ^Nachdem die Kammer 113 auf den gewünschter

OberflächenN und 134 verzögert den Zwuhngskol 5 ^ .^ ^.^ _{dag Schallsendegerät 23f}

b d di ich n^^e^^e° "^^Lf h Öff d Vtil 61 i Tätikeit ge

OberflächenN ^ ^ ^^ _{dag Schg}

ben, und die sich n^^e^^e° "^^Lf Drosseln (Fig-4) durch Öffnen des Ventils 61 in Tätigkeit ge

(s.Fig.5) der Offnungen 96 bilden dabei Drosseln, ^g ^. _d£r ^^ ^ _{die gegenüberliegendei}

die das Maß der Verzögerung regeln. Oberflächen L und M des Freigabekolbens 99 ausge

Die in F ig. 5 a gezeigte VomchtungTü is^a _{q wird Um} ^ _{Zwiningskolben} _mB _ein(

lieh der Vorrichtung 70 mit der ^Aus°™;' . . _{t leichte} Drehbewegung zu erteilen, können auch dies(

Fibklb 99' kreisförmigen Q™™^ 127 it dt d

lieh der Vorrichtung 70 ; . . _{t leichte} Drehbewegung zu erteilen, können

Freigabekolben 99' kreisförmigen Q™™^. öffnungen 127 geneigt angeordnet werden,

und öffnungen 127 sich ^entlanf/^e'.~£__{η die}sen Der Gashaltekolben 98 bewegt sich mit großer Ge

dung 97 mit Zwischenstegen 128 zwiscnen . schwindigkeit, während er das Ende 132 des Zylin Öffnungen befinden. oezeiet ist kön- 6o ders passiert, und gibt so die öffnungen 96 plötzlicl

Wie es in den Fig.7,7a una u s β .' _frei '

nen verschiedene Strömungsoffnungen w £ _{Die Dichtung US ist} von starkem elastischem Me

dung finden, um verschiede "^e,^°^^ⁿ8™ _{terial und auch die} Dichtung 102 kann aus dem glei

male zu erhalten und um unterschiedliche Ausstrom ^ Material bestehen; jedoch, wenn es gewünscr

eigenschaften zu erzielen. .._.. — .,·. r..,., -n.

wird, ist es vorteilhaft, diese Dichtung 102 aus Meta

gerunrt, inaem riu_M.₆»— — — Of_3nJ.,. 137
ning 87 geführt wird, die aus einem Stander 1J7

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anzufertigen. Ein im Querschnitt kreisförmiger Ring 155 stellt die Dichtung mit dem Gehäuse her und erlaubt dem MetaUring 102 ein Abheben von der Schulter 147, wenn der Gashaltekolben 98 in Tätigkeit ist. Durch die Feder 159 wird der bewegliche Ring 102 an die Schulter 147 gedrückt.

Der Kopf des Gleitzylinders 97 wird durch den Deckel 156 verschlossen. Ein Flansch 157 weist Bohrungen 158 zum Zwecke des Zusammenbaues auf, falls es erforderlich ist.

Die in Fig. 10 dargestellte Vorrichtung 70B' ist ähnlich der Vorrichtung 70 B der F i g. 1 mit der Ausnahme, daß der Umfang des Kolbens 99' kreisförmig ist und daß die Bypass-Durchlässe 127' mit Höhlungen in der Zylinderwandung 97 versehen sind.

Die Ausführung der Fig. 12 ist ähnlich jener der F i g. 1 und 4 und 9 bis 11, mit der Ausnahme, daß in dieser Figur eine Vorrichtung zur Brennstoffeinspritzung 266 angeordnet ist, wie beispielsweise v-ine Ölbrennerdüse, eine Dieselmotor-Einspritzvorrichtung od. ä., um Brennstoff unter Druck in die Kammer 113 einzuführen, nachdem diese mit Luft unter hohem Druck gefüllt ist. Eid elektrisches Heizelement 267 entzündet das Öl und erhöht den Druck in der Kammer 113 beträchtlich. Sodann werden die Verbrennungspiodukte plötzlich freigelassen, um einen starken Impuls zu erzeugen. Die Brennstoff-Einspritzvorrichtung 216 ist unter einem Winkel angebaut, damit eine Drehbewegung erzielt wird. Es ist darauf hinzuweisen, daß Brennstoff-Einspritzvorrichtungen bei allen vorher beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung ebenfalls zur Verwendung kommen können.

Die Ausführung der Vorrichtung 707, die in Fig. 13 gezeigt ist, ist ähnlich den Vorrichtungen nach den Fig. 1,4 und 9 bis 12 mit der Ausnahme, daß der Brennstoff in der Kammer 148 verbrannt wird. Hierbei strömt das Abgas durch den Kanal 153 und steigert dabei ebenfalls den Druck in der Kammer 113. Der Schall wird dann dadurch ausgelöst, daß Gas durch die Austrittsleitung 92 geleitet wird.

In Fig. 16 ist eine weitere Verkörperung der Erfindung ähnlich der in Fig. 14 dargestellt, mit der Ausnahme, daß der Zwillingskolben 100 eine kleine öffnung 270 besitzt. Diese Öffnung 270 kann auch bei allen anderen Verkörperungen der Erfindung, wie sie beispielsweise in den Fig. 1, 2, 3, 5, 5 A,9 und 14 dargestellt ist, vorgesehen werden. Durch diese öffnung 270 vird die Kammer 113 gefüllt, nachdem der Zwillingskolben 100 in seine Ausgangslage zurückgekehrt ist. Auf diese Weise kann das Füllventil 63, die Fülleitung 89 und die Füllöffnung 90 entfallen.

Die Ausführungen nach den F i g. 14 und 15 haben Mittel 279, mit denen es möglich ist, das effektive Volumen der die Ladung enthaltenden Kammern zu regem. Während des Betriebes wird ein Kolben 280 im Zylinder 281 durch Einstellung eines Kontrollkolbens 281 in einem Zylinder 283 auf dem Schiff eingestellt Die Hydraulikflüssigkeit 284 füllt die Bereiche 285 und 286. Mittels des Handrades 287 und der Betätigungsschraube 288 wird der Kolben 282 gegen den Druck einer Feder 286 bewegt.

Die Möglichkeit derartiger Mittel zur Volumenänderung können, falls es gewünscht wird, bei allen anderen Ausführungsformen der Erfindung, einschließlich jener der Brennstoffeinspritzung zur Anwendung kommen.

Die Ausführungsformen, wie sie in den Fig. 1, 4, 9, 10, 13, 14, 15 und 16 dargestellt sind, sind ebenfalls dafür geeignet, die Betätigung selbst in Bewegung zu setzen, d. h. eine automatische Betätigung zu ermöglichen, die einen Vorteil darstellt, weil sie ermöglicht, die Kontrolle des Schallsenders mit den Druckverhältnissen in der Zuführungsleitung 83 zu vereinen.

Bei automatischer Betätigung wird der Wirkungsbereich der Oberfläche K größer gemacht als der Wirkungsbereich der Oberfläche L. Dieses kann durch einen der beiden folgenden Wege erreicht werden:

1. Durch tatsächliches Vergrößern des effektiven Bereiches K des Gashaltekolbens 98 gegenüber dem Wirkungsbereich L des Freigabekolbens 99 oder

2. durch Zufügung des Wirkungsbereiches des Ringes 102 zu dem Bereich des Gashaltekolbens 98, so daß beide Wirkungsbereiche zusammen größer als jeder des Bereiches L sind.

Diese Bedingung (2) wird dadurch erreicht, daß der=Ring 102 von der Schulter 147 abgehoben wird, wenrrdie Oberfläche M des Freigabekolbens 99 gegen die Führung 152 stößt (F i g. 1).

Bei dieser automatischen Betätigungsvorrichtung bleibt der Zwillingskolben 100 auf seinem Sitz, bis de^r Druck in der Kammer 113 die Haltekräfte, die auf den Freigabekolben 99 wirken, überschreitet, wobei in diesem Augenblick der Schallsender selbsttätig ausgelöst wird, indem der Freigabekolben 99 vom Sitz 115 bewegt wird und sehr schnell den Zwillingskolben beschleunigt. Sodann wird der Sender automatisch ohne weiteres Kontrollsignal wieder und wieder in Tätigkeit gesetzt, bis die Druckzufuhr durch die Leitung 83 aufhört.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung kräftiger Schallimpulse mit einem Schallsender von niedriger Frequenz am Ende des akustischen Spektrums durch plötzliche Freigabe von Hochdruckgas oder -luft in die Umgebung aus einem Druckbehälter mit einer Steuereinrichtung für die Zuführung des Gases oder der Luft in die Freigabevorrichtung, insbesondere für geologische Untersuchungen, dadurch gekennzeichnet, daß im Schallsendegerät (23, 70) zunächst mit einem Zwillingskolben (100) mit Ventilfunktion der eine Druckraum (113) oder eine Zwillingsanord- ig nung von Druckräumen (113, 148) in Ausgangsstellung verschlossen wird und anschließend Hochdruckgas c der -luft als drückende Kraft auf den Freigabekolben (99) geleitet wird und dadurch die beiden starr verbundenen Kolben (98, 99) mit starker Beschleunigung betätigt werden und das Hochdruckgas oder die Hochdruckluft veranlaßt wird, explosionsartig in die Umgebung zu entweichen, nachdem sich die starr verbundenen Kolben (98, 99) mit großer Geschwindigkeit bewegt haben (F i g. 1,5,9).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, d-*ß die Frequenz der Schallimpulse durch Änderung des Volumens oder des Druckes des Hochdruckgases oder der Hochdruckluft im Druckraum (Ii3) geändert wird.

3. Verfahren nach Anspruch ι und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Druckräume (113, 148) des Schallsendegerätes (23, 70) mittels eines Schiffes (20) durch Wasser (22) gezogen werden, um das Hochdruckgas oder die Hochdruckluft in das Wasser entweichen zu laslen, wobei Zuführungseinrichtungen (83) Gas oder Luft vom Schiff (20) in die Druckräume (113,148) leiten (F i g. 2 und 17).

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hochdruckgas oder die Hochdruckluft mittels elektrischer Signale auf den Freigabekolben (99) freigegeben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Signale zyklisch in bestimmten Zeitintervallen gegeben werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Brennstoff in das Hochdruckgas oder die Hochdruckluft vor der Freigabe eingeführt und verbrannt wird mit der Maßgabe, einen größeren Druck im Druckraum (113,148) zu erzeugen.

7. Vorrichtung zur Erzeugung kräftiger Schallimpulse von niedriger Frequenz am Ende des akustischen Spektrums durch plötzliche Freigabe von Hochdruckgas oder -luft in die Umgebung, bestehend aus einem Druckbehälter für Gas oder Luft und aus einer Steuereinrichtung für die Zuführung des Hochdruckgases oder der Hochdruckluft in die Freigabevorrichtung und aus einem bewegbaren Kolben, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegbare Kolben mit Ventilfunktion aus einem Freigabekolben (99) im Zylinder (97) und aus einem Gashaltekolben (98) im Zylinder (95) besteht, der in der Zylinderwand (130) eine oder mehrere öffnungen (96) aufweist, und daß beide Kolben (99, 98) durch ein Zwischenglied (101, 101') starr zu einem Zwillingskolben (100) verbunden sind, wobei der vom Gas- oder Luftdruck beaufschlagte Wirkungsquerschnitt (K) am Gashaltekolben (98) kleiner ist als ati in entgegengesetzter Richtung beaufschlagte Wirkungsquerschnitt (L bzw. L + U) am Freigabekolben (99), womit die Ruhestellung des Zwillingskolbens (100) bewirkbar ist, in der der Gashaltekolben (98) den Druckraum (113) verschließt, daß der Zwillingskolben (100) auf einem Wirkungsquerschnitt (M) am Freigabekolben (99) zusätzlich durch einen Gasdruck beaufschlagbar ist, der der drückenden Kraft (K) am Gashaltekolben (98) gleichgerichtet ist, wobei diese drückende Kraft (M + K) annähernd den doppelten Wirkungsquerschnitt erhält, wodurch der Gashaltekolben (98) mit hoher Geschwindigkeit im Zylinder (95) bewegbar ist, und eine explosionsartige Freigabe des Hochdruckgases oder der Hochdruckluft aus dem Druckraum (113) durch eine oder mehrere öffnungen (96) im Zylinder (95) in die Umgebung bewirkbar ist, und daß im hin- und herbeweglichen Zwischenglied (101 bzw. 101') eine Bohrung (140 bzw. 153 mit 154) angebracht ist, die den Gashaltekolben (98) des Zwillingskolbens (100) durchsetzt, mit der Maßgabe, das hin- und herbeweglich^ Zwischenglied (101, 101') durch Gas- oder Luftdruck in seine Ausgangsstellung zurückzubringen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (113) axial ausgerichtet über den beiden Gleitzylindern (95, 97) mit dem Zwillingskolben (100) angeordnet ist, wobei der Gashaltekolben (98) mit dem Wirkungsquerschnitt (K) den Gas enthaltenden Druckraum (113) verschließt und der Freigabekolben (99) mit der Bohrung (153) in dem zum Druckraum (113) abgewandten Zylinder (97) gleitbar ist, in den eine erste Druckgasleitung (83, 86, 90) mündet, aus der der Wirkungsquerschnitt (L) an der äußeren Stirnfläche des Führungskolbens (99) mit Druck beaufschlagbar ist und ferner über die Bohrung (153) der Druckraum (113) füllbar ist, und daß eine zweite Druckgasleitung (91, 92) in der Stirnfläche des Gleitzylinders (97) gegenüber dem Wirkungsquerschnitt (M) des Freigabekolbens (99) mündet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 und/odei 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (113) gleichzeitig als Gleitzylinder (97') ausgebildet ist, in den eine dritte Druckgasleitung (89, 90) mündet und in dem der Wirkungsquerschnitt (K) am Gashaltekolben (98) beaufschlagbar ist, und in dem der Freigabekoiben (99) mit seinem inneren Wirkungsquerschnitt (L + L') und mit seinem auf der äußern Stirnfläche befindlichen Wirkungsquerschnitt (M) gleitbar ist, gegen die zentral eine zweite Druckgasleitung (91, 91') mündet und daß die Bohrung (140) im Zwischenglied (10Γ) als G'eitzj'.inder für den Ständer (137) ausgebildet ist, über den durch einen zentrischen Kanal (138) das Druckgas von einer ersten Druckgasleitung (83, 86) in die Bohrung (140) des Zwischengliedes (10Γ) führbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7 und/oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (140 bzw. 153) mit dem Druck-

raum (113) durch einen Kanal (154 bzw. 270) sener Schallimpuls erzeugt wird, der, wenn es ge-

(Fig. 16) für die Zuführung von Hochdruckgas wünscht wird, bequem wiederholbar ist. Diese, kräf ti -

oder Hochdruckluft in den Druckraum (113) in gen Schallimpulse sind für verschiedenste Zwecke zu

Verbindung steht. verwenden. Wird beispielsweise ein scharf definierter

11. Vorrichtung nach Anspruch 7 und/oder 5 kräftiger einzelner Schall unter Wasser erzeugt, der einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, eine hohe Intensität besitzt, so hat dieser die Fähigdaß der Gashaltekolben (98) entlang einer keit, zur seismischen Erkundung in die Erdober-Strecke (E) im Zylinder (95) im Richtung auf die fläche einzudringen. In ähnlicher Weise ist es mög-Öffnungen (96) beschleunigbar ist, mit der Maß- lieh, diese Schallimpulse an Land in die Erdobergabe, eine hohe Geschwindigkeit vor dem Ent- io fläche zu senden. Darüber hinaus kann zur fortlauweichen des Hochdruckgases oder der Hoch- fenden Untersuchung ein solcher Schallimpulserzeudruckluft zu erreichen. ger für längere Zeit in Tätigkeit bleiben, während er

12. Vorrichtung nach Anspruch U, dadurch zu vorher bestimmten,, genau festgelegten Zeitintergekennzeichnet, daß die öffnungen (96) recht- vallen fortgesetzt kräftige Schallimpulse erzeugt. Das eckig, dreieckig, rhombisch, kurvenförmig 15 dazu benötigte .Hochdruckgas oder-luft kann vorteilod. dgl. sind. hafterweise dazu verwendet werden, daß sie seihst