DE1472358A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung kraeftiger Ton-Impulse - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zur !Urzeugung kraftiger ϊοη-Iriipulse und weiterhin auf Verfahren und Vorrichtungen, die diese Impulse verwerten. Dabei sind seismologische Vermessungssys teme eingeschlossen, die derartige .i'on-Impulse verwenden, die unterhalb der Jasseroberflache erzeugt werden, wobei diese Impulse sowohl für Werkzeuge und Maschinen verwendbar sind.

Unter den vielen Vorzügen der Verfahren und Vorrichtungen

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der Tonerzeugung, die in folgenden als Erläuterung der vorliegenden Erfindung beschrieben werden,- sind die jenigen am geeignetsten, die von der i'atsache ausgehen, daß ein plötzlicher und reiner ΐοη-Impuls erzeugt wird, der, wenn es gewünscht wird, bequem wiederholbar ist. Diese kräftigen χ on-Impulse sind für verschiedenste Zwecke zu verwenden, beispielsweise wird ein scharf definierter, kräftiger "dchall" unter Wasser erzeugt, der eine hohe Intensität besitzt und der die Fähigkeit hat, zur seismischen Erkundung in die Erdoberfläche einzudringen. Darüberhinaus kann ein solcher ion-liiipulserzeuger für längere Zeiträume in Tätigkeit bleiben, während der er zu vorher bestimmten, genau festgelegten Zeitintervallen fortgesetzt kräftige Ton-Impulse erzeugt. Diυ Druckluft kann vorteilhafterweise dazu verwendet werden, daß sie selbst ihre plötzliche Freigabe bewirke.

Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung ermöglichen eine große Anpassungsfähigkeit während des Betriebes; die Lautstärke .und' Schallcharakteristik kann beliebig geregelt werden, indem der Druck und die Volumen der freigegebenen Gase eingestellt werden.

Die vorliegende Erfindung ist an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, bei dem eine Vorrichtung beschrieben wird,

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die es ermöglicht, eine große Menge akustischer Energie in das Wasser auszusenden in Form von klaren wiederholbaren Impulse]!, wobei die Frequenz und Amplitude bequem variiert werden kann. Diese kräftigen Ton-Impulse sind zur Verwendung in seismischen Sondierungssystemen gut angepaßt und können auch vorteilhafterweise für andere Verwendungszwecke angewandt werden.

Einer der verschiedenen ^rfindungsgegenstände besteht darin, einen akustischen Schallgeber zu schaffen, durch den Schallenergie in großen Mengen mit einer verhältnismäßig kleinen Vorrichtung erzeugt werden kann und weiterhin eine Vorrichtung zu schaffen, mit der ein kräftiger Ton-Impuls zu erzeugen ist, der geeignet und sicher ist, über einen großen Bereich verschiedener Funktionen und Zwecke verwendet zu werden. Darüberhinaus soll ein Schallerzeuger für Werkzeuge und Maschinen geschaffen werden, die fähig sind, Materialien und Gegenstände zu umreißen und zu formen, Materialien und Gegenstände zu durchstoßen und abzuschneiden, sowie mineralische Ablagerungen zu lösen, zu, heben und zu verschieben. Bei der weiteren Verwendung des rfortes "akustischer Schallgeber" wird darunter die Verwendung von Vorrichtungen zur Urzeugung kräftiger Ton-Impulse verstanden, denen .uce zujc-fähri werden oder die unter hohem Druck gesetzt

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werden oder die in dieser Vorrichtung selbst erzeugt werden, wobei unter den Gasen auch Druckluft wie jedes andere Gas verstanden wird, wie es in den verschiedensten Anwendungazwecken am günstigsten erscheint. In den meisten Fällen wird Druckluft verwendet, aber es ist selbstverständlich, daß der Ausdruck "akustischer Schallgeber" nicht nur auf luftbetriebene Apparate beschränkt ist, wie es in der folgenden Beschreibung näher dargelegt wird.

Die verschiedenen Erfindungsgegenstände, Anwendungszwecke und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden in ihren Einzelheiten in der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen dargelegt und sind aus dieser verständlich. Es zeigern

Fig.1 eine sohematisohe Darstellung einer seismischen Aufnahme unter Verwendung der Erfindung,

Fig.2 eine schematische Baistellung der akustischen Tonerzeugung nach Fig.1,

Fig. 3 und 4

Abwandlungen der akustischen Tonerzeugung, Fig.5 einen Längsschnitt durch einen akustischen Verstärker, der in den genannten Vorrichtungen Verwendung findet,

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Fig.5A einen Teilschnitt gemäß Fig.5 mit einer Abänderung des Systems,

Fig.6 einen Querschnitt des Verstärkers entlang der

Linie 6-6 der Fig.5,
Fig.7, 7A-und 7B

Auslaßöffnungen verschiedener Formen,

Fig.8 einen Teilschnitt entlang der Linie 8-8 der Fig.5 nach unten gesehen,

Fig. 9-16

weitere Vorrichtungen zur Erzeugung kräftiger Ton-Impulse nach der Erfindung.

Bei der Durchführung einer seismischen Erkundung unter Verwendung der Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung, wie sie beispielsweise in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind, fährt ein Vermessungschiff 20 entlang einer bekannten Kursrichtung 21 auf einem Gewässer 22, wie beispielsweise einem Ozean, See, Teich, Fluß oder Sund, wobei das Schiff 20 die Vorrichtung zur Erzeugung kräftiger Ton-Impulse (Schallsender) 23 und die Unterwasserschall-Ausrüstung (Echoempfänger) 24 hinter sich herzieht. Diese Unterwasserschall-Ausrüstung 24 ist an sich bekannt und kann beispielsweise aus einer einzigen Vorrichtung bestehen, die akustische Energie aus dem Wasser 22 aufnimmt, sie kann jedoch

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auch aus mehreren solcher Vorrichtungen.bestehen.

Der Empfänger 24 ist durch elektrische Kabel 26 mit dem Schiff verbunden, wobei an Bord des. Schiffes übliche Kontrollapparate eingebaut sind, wie sie schematisch bei 27 (Fig.1) gezeigt sind. Dieser Kontrollapparat 27 kann aus einem bekannten Gerät bestehen, beispielsweise aus einem Verstärker 28 mit Eingangsverbindungen 29 des Unterwasserschall-Kabels 26. Dieser Verstärker 28 hat /usgangsverbindungen 30 und 31, die zu einer elektrischen Kontaktwalze 32 und einer Schreibwalze 23 bzw. einem selbstschreibenden Instrument 34 führen.

Mährend des Betriebes wird ein Schreibstreifen 25 über lie Schreibwalze 33 in Richtung des Pfeiles 36 angetrieben and eine oder mehrere Schreibstifte 37, die mit einem Lntriebsriemen verbunden sind, werden aufeinanderfolgend iber die Oberfläche des Streifens 35 in dem Bereich geführt, .n dem die Rückseite des Streifens auf der Schreibwalze 33 ,ufliegt. Der Antriebsriemen 38 treibt die beiden Zieh- ,

ί alzen 39 und 40, so daß jeder Schreibstift schnell bgetastet wird. Jeder Schreibstift besteht aus einem lektrischen Taster 41, der mit der Kontaktwalze 32 in srbindung steht, wenn der Schreibstift über den Schreib-

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streifen tastet. Demzufolge werden die verstärkten elektrischen Signale auf dem Schreibstreifen 35 aufgenommen.

Zum Antrieb des Schreibstiftmechanismus dient der Elektromotor 42 mit der Antriebswelle 43 zu der Treibscheibe 44, die ihrerseits das Rad 40 mittels des Treibriemens in Bewegung setzt.

Um den Impuls-Erzeugungsapparat in jeweiligen Zeitabständen in Bewegung zu setzen, beispielsweise alle zwei Sekunden, sind Hauptkontrolleinrichtungen 45 (Fig. 1 und 2) auf dem Schiff 20 vorgesehen, die in Übereinstimmung mit der Tastbewegung jedes Schreibstiftes 37 stehen. Diese Kontrolleinrichtung 45 überträgt Kontrollsignale in bestimmten Intervallen zum Impuls-Apparat 23, um seine Tätigkeit zu überwachen. Außerdem gibt in diesem System der Kontrollapparat ein Signal an den Schreibstift 37, der die Schreibstreifen abtastet, so daß eine Marke 46 auf den Schreibstreifen in dem Moment gegeben wird, wenn ein Kontrollsignal zur Apparatur 23 zur Erzeugung eines akustischen Impulses in das.Wasser ausgeschickt wird. Die Linie Linie dieser ursprünglichen Liarken 46 wird als "Sender"-Linie F gekennzeichnet und dient als Bezugslinie, von v/elcher durch Lessung auf dem Streifen die Charakteristik der Erdkruste

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/ in dem Wasser 22 bestimmt werden können. Es können selbstverständlich andere übliche Anordnungen vorgenommen -werden, um eine Bezugslinie oder ein Bezugszeichen auf dem Streifen 35 zu erhalten, um eine Zeitbasis oder Ausgangslinie festzulegen, von welcher die Beziehungen der anderen aufgenom- . '; menen Zeichen gemessen und analysiert werden können, wie beispielsweise die Linie D, die ebenfalls als Ausgangslinie benutzt werden kann.

Jeder akustische impuls wird durch das V/asser 22 fortgepflanzt, wenn er vom Schallsender 23 ausgeht. Ein Teil jedes Impulses geht entlang eines direkten Weges "D" zum Echoempfänger 24 und erzeugt die Linie D von Kennzeichen auf dem Schreibstreifen 35. Nach einem bestimmten Zeitintervall kommt ein anderer Teil des Impulses 47, der von der Oberfläche einer Sediment-Schioht reflektiert wird, zum Empfänger 24 entlang dee ersten Reflektionsweges IL und erzeugt die Zeiohen IL auf dem Sohreibetreifen. Danach erreicht der Teil des Impulses.47_f der von der Schicht zwischen der Sediment-Schicht und dem Muttergestein reflektiert wurde, den Schallempfänger 24 entlang eines zweiten Relfektionsweges Rp und erseugt die Marken Rg auf dem . Schreibstreifen. Falls es noch zusätzliche Grenzflächen gibt, wie beispielsweise eina Ablagerung eines glazialen

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Materials, entstehen-zusätzliche Reflektionswege, die weitere Stellen, wie beispielsweise die Zeichen fU auf dem Schreibstreifen kennzeichnen.

Bei dieser Darstellung werden die Hauptkontrollmittel 45 aus einem oder mehreren Signalkontrollmitteln 48, 49 und (Siehe Fig.2) gebildet, die bei 51 verbunden sind und durch den Antriebsstreifen 52 angetrieben werden, um synchron mit der Schreibapparatur .34 zu laufen.

Die Schalteinrichtungen 58, 59 und 60 sind normalerweise geöffnet, und sie sind geschlossen, wenn ein Ende der Betätigungshebel sich nach unten bewegt in die, entsprechenden Nocken und so den Auslöseknopf 65 drückt. Die Schalteinrichtungen '58, 59 und 60 sind durch die Drähte 55, 56, 66, 67 und 68 innerhalb des elektrischen Kabels 57 mit dem Schallsender 23 verbunden. Die Zentralleitung 55 ist an einen Pol einer elektrischen Stromquelle 69 angeschlossen, beispielsweise einer Batterie oder einem Stromerzeuger. Der andere Pol dieses Stromerzeugers 69 ist über die Leitung 66 durch das Ka^-bel 57 zum Sender geführt, kehrt zurück und bedient die Kontrolleinrichtungen 61, 62 und 63, die als drei normal geschlossene Magnetventile dargestellt sind, die geöffnet sind, bzw., wenn sie durch die Strom-

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'quelle 69 unter Strom gesetzt sind, geschlossen v/erden.

Um die Bezugslinie F der Zeichen 46 zu erzeugen, werden die Schaltmittel 58 mit einem zweiten Satz normal geöffneter Kontakte versehen, die mit 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 40 scharf definiert ist. Auf diese w'eise wird der Schalter 58 innerhalb einer kleinen Bewegung kurzgeschaltet und gibt so einen klar definierten und genau bestimmten Beginn jedes Schallstoßes an.

Während der Tätigkeit sind die Kontrollmittel 61 durch die Stromquelle 69 unter Strom gesetzt, wenn der Sektor A der iiocke 48 unterhalb des Endes des Betätigungshebels 64 kommt. Umgekehrt wird die Rückkehrkontrolle 62 ausgelöst, wenn der Sektor B der Nooke 49 den Betätigungshebel 64 durchläuft und dadurch die Schalteinrichtung 59 betätigt. Diese Kontrolleinrichtung 62 wird nicht betätigt, bis der Sender 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 über-.

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greift den später gelegenen Teil der Rückkehrperiode B, um m sicherzustellen, daß der Sender 23 in seiner Rückkehrsteilung gehalten wird, wenn das Füllen geschieht. Die Länge der Füllungsperiode C ist um das Mehrfache langer als die Sendeperiode. Die tatsächliche Sendezeit des' Apparates 23 ist sehr kurz, normalerweise einige Millisekunden, um plötzlich das Gas unter Hochdruck aus dem Apparat 23 explosionsartig austreten zu lassen.

Um das Gas unter hohem Druck zum Sender 23 zu führen, schließt der Sender eine Stromquelle 72 ein, die den Motor 73 eines mehrstufigen Luftverdichters 74 antreibt, der

. 2 Druckluft unter Drücken bis zu und über 140 kg/cm erzeugt.

Die Ausgangsleitung vom Kompressor 74 führt über einen Feuchtigkeits- und Ülseparator 75 in einen Hochdruckvorratstank und aus dem Tank über ein Schließventil 77 und ein erstes Filter 78 in einen Druckregler 79, der durch das Handrad so eingestellt wird und auf einen bestimmten Druck eingestellt werden kann, wie beispielsweise 140 kg/cm . Über

ein Manometer 81 und eine Leitung 82 gelangt der Druck ■ zu einem Hochdruckschlauch 83 und ein zweites Filter 84, das den Eintritt von Schmutzpartikeln oder Fasern in die Apparatur 23 verhindern soll.

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Hinter dem Filter 84 zweigen die Zuführungsleitungen ab.

Eine Leitung 85 ist über das Ventil 62 und eine Leitung 86 zur liückkehreinrichtung 137 geführt, die in größerem Maßstab in Fig.5 dargestellt ist. Die andere Abzweigung Ü8 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 der Impulsverstärker 70 aus hochwiderstands- \\ fähigem Material, wie rostfreiem Stahl, angefertigt ist. '*

Der Behälter 94 besteht aus einer Mehrzahl von axial angeordneten Zylindern, von denen jeder einen Kolben aufweist, der in diesem gleitet. Diese Kolben 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 geöffnet, wenn die Kolben sehr schnell in dem Moment bewegt werden, wenn die Austrittseinrichtungen geöffnet werden.

Wie es zur Erläuterung in den Fig.2 und 5 dargestellt ist,

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,/besteht der Behälter 94 aus einem ersten Zylinder 95, der sich in dichtung der Austrittseinrichtungen 96'erstreckt und einem zweiten Zylinder 97. Hin erster Kolben 9V> bewegtsich entlang der Wandung des Zylinders 95 und dient als Verschlußmittel, um die Austrittsöffnungen zu verschließen und den Hochdruck innerhalb des Behälters 94 aufrechtzuerhalten.

Zur Betätigung des ersten Kolbens 93 ist ein zweiter Kolben angebracht, der entlang der 'Wandung des Zylinders 97 bewegt wird. Diese zwei Kolben sind starr miteinander verbunden und bilden einen !'reiber 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 Treiber 100 in seiner Normalstellung vor der Auslösung des Echos befindet, ruht der erste Kolben 98 am oberen Ende des Zylinders 95, das sich entgegengesetzt der Austrittseinrichtungen 96 befindet. Der Rand des Kolbens steht in dichter Verbindung mit einem ersten ringförmigen elastischen Verschluß 102, der in seiner Lage durch einen

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_/ ^/ Sicherungsring 103 mittels der inneren behälter 104 gehalten

wird. Der Verschluß 102 wird aus sehr kräftigem, Widerstands- ' fälligem Material gebildet, beispielsweise kräftigem, festem ^; Polyurethan, das die Fähigkeit besitzt, gebogen v/erden zu können und immer in seine Ausgangslage zurückzukehren. Dieses Laterial ermöglicht es, über den Umfang des Kolbens 9ö geschoben zu werden, wenn der 'Treiber 100 und der Verschluß 102 zusammengebaut werden.

Der Zylinder 95 schließt einen Flansch 106 ein, der mit einem Flansch 107 am unteren i^nde des Zylinders 97 zusammenpaßt. Die Lippe 109 paßt in einen entsprechenden Vorsprung des oberen Zylinders, um einen einwandfreien Zusammenbau der zwei Zylinder zu ermöglichen, üiine .iingdichbung 110

I verhindert Leckagen vom Behälter 24 und ein ßolzenring ' i

■ ■ ■ ι

112 hält die Flanschen zusammen. . ■ . ' :

Vor der Ingangsetzung des Schallsenders wird das unter : . \\

Druck durch die Füllöffnung 90 in die Kammer 113 geleitet Der Druck.des Gases auf die obere Oberfläche K (Fig,5) des Kolbens 9B ist bestrebt, diesen Kolben im Zylinder 95 nach unten zu drücken.

Der zweite Kolben 99 besitzt die Oberfläche L, die

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ebenfalls dem Druck ausgesetzt ist und die einen größeren effektiven Wirkungsquerschnitt als die Überfläche K aufweist und die in entgegengesetzte iiichtung zeigt. Dieser zweite Kolben hat eine ringförmige abgeschrägte Dichtungslippe 114, die sich gegen eine zweite starke plastische Dichtung 115 legt. Dieser Verschluß 115 kann aus dem gleichen Laterial wie der Verschluß 102 hergestellt sein. Die Verschlußdichtung wird durch den Haltering 116 mittels der inneren Schulter in seiner La^e ^ehalten. Die innere Kante des Verschlusses 115 wird durch eine Scheibe 11b gehalten, wobei diese Scheibe; 11g durch Bolzen 119 ihrerseits gehaltert ist. Dur -jyliiiderdeckel 120 wird durch einen Bolzenring 121 an dein Flansch 122 befestigt und eine ringförmige Dichtung vernindert Leckagen.

Wenn der Schallgeber 70 in -Jang gesetzt wird, fällt der Druck innerhalb der Kammer 113 plötzlich. Demzufolge ist es wünschenswert, eine Ansammlung' von iiochdruckmitteln ni/iier der Dichtung 115 zu verhindern, da jeder solcher ...TiSdurclitritt die Jendens haben würde, die üiciitun_o 115 vom ^linderdeckel 120 während des Betriebes wegzublasen. Zusätzlich ste.it auch noch eine kleine Bohrung 124 mit dem 'auAiI 125 in Verbindung.

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⁷Der äußere Durchmesser der üichtungslippe 114 ist größer als der Durchmesser des Kolbens 98* Die obere Oberfläche M des Kolbens berührt die Scheiben 118, wenn,sich die Lippe in die federnde Dichtung 115 einzupassen beginnt.

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

Um den Schallgeber 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 Betatigungaventile 61 führt. Eine kleine Kammer 126 (siehe ?ig.5) umgibt die Betätigungsöffnung 92 in der Nähe der Oberfläche M des Kolbens 99 und das.Hochdruckmittel tritt durch die Öffnung in diese Kammer 126 ein; sie ist dabei beötrebt, den Druck ■ [\i gegen die entgegengerichteten Oberflächen M und L auszugleichen. ; | Das Hochdruckmittel drückt gegen die Oberfläche K des Kolbens 98 und stößt sehr bald die Haltekraft auf den Kolben 99 um, so daß sich der Kolben 98 sehr schnell innerhalb des Zylinders 95 zu beschleunigen beginnt. Auf diese Weise wird das Dichtungselement 114 sehr schnell von der Dichtung 115 hinwegbewegt.

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Im gleichen Augenblick wird die Luft oder das Gas in der Kammer 113 frei und strömt durch mehrere By-Passoffnungen 127 (Fig.8), die am Umfang des Kolbens 99 angebracht sind, um einen vollständigen und schnellen Druckausgleich gegenüber den entgegengesetzt liegenden Seiten M und L des Kolbens 99 zu ermöglichen. Wie es in der Fig.-8 gezeigt ist, dienen dabei die zwischen den Bohrungen 127 befindlichen liestquerschnitte als Leiteinrichtungen für die Luft oder das Gas entlang der Zylinderoberfläche 97. Auch die in Fig. 5A gezeigten By-Passoffnungen 127 können durch Leitrippen 12b¹ entlang der Zy-linderwandung ergänzt werden.

Um die Kolben 98 und 99 in leichte'Rotation zu versetzen, sind die ßy-Passöffnungen 127, wie es aus Fig.υ ersichtlich ist, schrägflächig angeordnet und das Gas übt beim Durchtritt auf diese Flächen eine Reaktion in Richtung einer Rotation der Kolben aus.

Die zwei Kolben 98 und 99 beschleunigen beim Abwärtsgehen mit sehr großer Beschleunigung entlang des i3esciileuniguii_osweges Ii, aber das unter hohem Druck stehende Gas wird am Austritt-durch die Düsen 96 so lan^e täehinaert, bis der Ring des Kolbens 98 bis unter das untere iinde der Düsen 96 gelangt ist. Die Bereiche 131 (Fig.6) führen den.Kolben 98

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und die Öffnungen 96 v/erden in dem Bruchteil einer Sekunde geöffnet.

Zur Ergänzung der vielen anderen Vorteile der Erfindung bewirkt diese plötzliche Freigabe von Gas unterhalb der Wasseroberfläche einen seismischen "Schall", der Energie im Bereich niedriger Frequenzen am Ende des akustischen Spektrums freisetzt, beispielsweise im wesentlichen Schallenergie unter hundert Schwingungen pro Sekunde. Der Schallgeber kann selbstverständlich so angeordnet werden, daß er im wesentlichen auch Schallernergie mit höheren Frequenzen liefert, beispielsweise über tausend Schwingungen pro Sekunde, wie sie wünschenswert für bestimmte Typen von Erkundungen notwendig sind, wie solche im seichten Wasser.

Um den Treiber 100 schnell zu verzögern und trotzdem sanft am i^nde der Schwingung aufzufangen, ist eine "iialte"-(Jberfläche 134 entgegengesetzt zur Oberfläche K des Kolbens 98 angeordnet. Las (lasser zwischen den sich nähernden überflächen "ή und 134 verzögert den Treiber und die sich nähernden unteren Enden 135 (siehe Fig.5) der Öffnungen 96 bilden dabei Drosseln, die das i,aß der Verzögerung regeln.

Der in.Fig.5A gezeigte Schallgeber 70' ist ähnlich dem

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Schallgeber 70 mit der Ausnahme, daß der Kolben 99' kreisförmigen Querschnitt hat und öffnungen 127 sich entlang der Zylinderwandung 97 mit Zwiechenstegen 120' zwischen diesen Öffnungen befinden.

Wie es in den Fig. 7, 7A und 7B gezeigt ist, können verschiedene Strömungsöffnungen 96 Anwendung finden, um verschiedene Verzögerungsmerkmale zu erhalten und um unterschiedliche Ausströmeigenschaften zu erzielen.^

Nach Beendigung des Schallsignals wird der Treiber 100 in seine ursprüngliche Lage zurüokgQführt, indem Flüssigkeit in die Rückkehreinrichtung 87. geführt wird, die aus einem Ständer 137 mit der Bohrung 138 und dem Kolbenring 139 besteht. Die Flüssigkeit wird durch die Leitung 86 und die Bohrung 138 in die Betätigungakammer 140 geführt. Der Ständer 137 schließt einen verhältnismäßig großen Bodenflansch 141 ein.

Wenn es das Ziel ist, die größtmögliche Beschleunigung der zwei Kolben zu erreichen, wird eine Möglichkeit geschaffen, die Rückkehrflüssigkeit aus der Betätigungskammer 140 durch eine kleine bohrung 142 über ein Ventil 143 abzuführen, um zu verhindern, daß Wasser.in die Kammer 140 gelangt.

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Eine Zusatzbohrung/verhindert jeden zufälligen Druokanstieg / innerhalb der Kammer 126, um eine nicht beabsiohtigte Betätigung des Schallgebers 70 zu verhindern.

In den weiteren Figuren der Zeichnungen sind Teile und Elemente, die mit· den Fig. 1, 2 und 5 bis 8 in Zusammenhang stehen, mit entsprechenden Bezugsziffern versehen. Das in Fig.3 dargestellte Verfahren ist identisch mit dem oben beschriebenen, mit der Ausnahme, daß die Kontrollmittel 45A nur Betätigungs- und Füllkontrollmittel umfaOBen. Die Rückkehreinrichtung 87 wird fortlaufend während der Betätigung des Druckregulierventile'145 versorgt.

Das System in Fig.4 ist ebenfalls im Allgemeinen ähnlich dem in Fig. 1 bis 3 und 5 bis 8 dargestellten, mit der Ausnahme, daß der Schallgeber 70B, wie er in größeren Einzelheiten in den ^;i

^f6 Fig. 9 und 10 dargestellt ist, eine kombinierte Füll- (oocking)

und Auslöse- (operating) Kammer 148 zusätzlich zu einer j

Vorrats- (charge-containing) Kammer 113. mit einem Zylinder aufweist. Dieser Schallsender 70B schließt einen Mittelteil

) ein, der Auslaßmittel 96 (Fig.9) mit einem ringförmigen Führungsstück 152 und einem Kolbenring 140 besitzt.

Während des Betriebes wird beim Rückkehr- und Füllteil·des

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Zyklus die Hoohdruckflüssigkeit in die Kammer 148

eingeführt, damit der Treiber 100 B zurückgeführt wird, wobei er das Dichtungselement 114 gegen die elastische Dichtung drüokt. Die Flüssigkeit geht durch eine Bohrung 153 mit der Einschnürung 154 und hält einen Anfangsdruck in der Kammer 148 aufrecht, der über dem Druck in der Kammer 113 liegt, wobei vorausgesetzt wird, daß das Dichtungselement 114 fest während des ursprünglichen Füllungsprozesses aufliegt. Der Wirkungsbereich L des Kolbens 99 übertrifft den Wirkungsbereich K des Kolbens 98, um diesen Kolben während der Füllung geschlossen zu halten.

Nachdem die Kammer 113 auf den gewünschten Druck gefüllt ist, wird der Apparat 23 B (Fig.4) durch Öffnen des Ventiles 61 in Tätigkeit gesetzt, wobei' der Druck auf die gegenüberliegenden Oberflächen L und Ll des Betätigungskolbens 99 ausgeglichen wird. Um dem Treiber 100 B eine leichte _; </ '' Drehbewegung zu erteilen, können auch diese Öffnungen 127 geneigt angeordnet werden.

Der Kolben 98 bewegt sich mit großer Geschwindigkeit während er das Ende 132 des Zylinders passiert und gibt so die Öffnungen 96 plötzlich frei.

Die Dichtung 115 ist von starkem elastischem Material und

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auch die Dichtung 102 kann aus dem gleichen Material bestehen; jedoch wenn es gewünscht ist, kann die Dichtung au3 rostfreiem Stahl, Beryllium, Bronze oder ähnlichem hergestellt werden. Bei Schallsendern, in die Brennstoff ■ eingespritzt und verbrannt wird, ist es vorteilhaft, diese Dichtung 102 aus Metall anzufertigen. Ein im Querschnitt kreisförmiger Ring 155 stellt die Dichtung mit dem Gehäuse her und erlaubt dem Metallring 102 ein Abheben von der Schulter 147, wenn der Kolben 98 in Tätigkeit ist. Durch die Feder 159 wird der bewegliche Ring 102 an die Schulter 147 gedrückt.

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

f Der in Fig.10 dargestellte Sehallsender 70B¹ ist ähnlich dem Schallgeber 7QB der Fig.9 mit der Ausnahme, daß der Umfang des Kolbens 99' kreisförmig ist· und daß die By-Passdurchlässe 127' mit Höhlungen in der Zylinderwandung 97 versehen sind..

Die Ausführung der Fig.12 ist. ähnlich jener der Fig. 4 und bis 11, mit der Ausnahme, daß in dieser Figur eine Vor-

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richtung zur Brennstoffeinspritzung 266 angeordnet ist, wie beispielsweise eine Ölbrennerdüse, eine Dieselmotor-Einspritzvorrichtung oder ähnliches, um Brennstoff unter Druck in die Kammer 113 einzuführen, nachdem diese mit Luft unter hohem Druck gefüllt ist. Ein elektrisches Heizelement 267 entzündet das Öl und erhöht den Druck in der Kammer 113 beträchtlich. Sodann werden die Verbrennungsprodukte 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 zur Verwendung kommen können.

Die Ausführung der Erfindung 70 J, die in Fig.13 gezeigt ist, ist ähnlich den Vorrichtungen nach den Fig.4 und 9 bis mit der Ausnahme, daß der Brennstoff in der Kammer 148 ; verbrannt wird. Hierbei strömt das Abgas durch den Kanal und steigert dabei ebenfalls den Druck in der Kammer 113. Der Schall wird dann dadurch ausgelöst, daß Gas durch die Austrittsleitung 92 geleitet wird. ^: j /

In rig. 16 ist eine weitere Verkörperung der Erfindung ähnlich der .in Fig.14 dargestellt, mit der Ausnahme, daß

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{er Treiber 100 eine kleine öffnung 270 besitzt. Diese ^J~>'^: Öffnung 270 kann auch bei allen anderen Verkörperungen der " ': Erfindung, wie Bie beispielsweise in den Flg. 2, 3, 5_t 5A und ■ 14 dargestellt ist, vorgesehen werden. Durch diese Öffnung ; ^; 270 wird die Kammer 115 gefüllt, nachdem der Treiber 100 j in seine Ausgangslage zurückgekehrt ist. Auf diese Weise kann das Füllventil 63, die Füllleitung 89 und.die Füllöffnung 90 entfallen. i

Die Ausführungen nach den Fig. 14 und 15 haben,Mittel 279, ^? I mit denen es möglich ist, das effektive Volumen der die Ladung enthaltenden Kammern zu regeln. Während des Betriebes wird ein Kolben 280 im Zylinder 281 duroh Einstellung eines Kontrollkolbens 281 in einem Zylinder 285 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 28£ bewegt. ' .

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

Die Ausführungsformen, wie sie in den Fig. 4, 9, 10, 13, 14, .

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15 und 16 dargestellt sind, sind ebenfalls dafür geeignet, f

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die Betätigung selbst in Bewegung zu setzen, d.h. eine auto- . ]

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matische Betätigung zu ermöglichen, die einen Vorteil dar- -j

ί stellt, weil sie ermöglicht, die Kontrolle des Schallsenders ]

mit den Druckverhältnissen in der Zuführungsleitung 83 j

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 Kolbens 98 gegenüber dem Wirkungsbereich L des Kolbens 99 oder

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

Diese Bedingung (2) wird dadurch erreicht, daß der Pi ing 102 von der Schulter 147 abgehoben wird, wenn die Oberfläche Il des Kolbens 99 gegen, die Führung 152 stößt (Fig.9).

Bei dieser automatischen Betätigungsvorrichtung bleibt der Treiber 100 auf seinem Sitz, bis der Druck in der Kammer 113

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'die Haltekräfte, die auf den Kolben 99 wirken, überschreitet, wobei in diesem Augenblick der Schallsender selbsttätig ausgelöst wird, indem der Kolben 99 vom Sitz 115 bewegt wird und sehr schnell den Treiber beschleunigt. Sodann wird der Sender automatisch, ohne weiteres Kontrollsignal, wieder und wieder in Tätigkeit gesetzt, bis die Druckzufuhr durch die Leitung 83 aufhört.

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Claims (1)

1. Patentansprüche :

   1. Verfahren zur Erzeugung kräftiger Impulse, dadurch gekennzeichne t , daß Gas unter hohem Druck in einem bestimmten Volumen angewendet wird, wobei Gas zur Beschleunigung einer Freigabe-Vorriohtung in Richtung auf den Austritt des genannten Hoohdruokgases verwendet wird und daß sodann dieses Hochdruokgas plötzlich freigelassen wird, nachdem die Freigabe-Vorriohtung eine große Geschwindigkeit zum Zwecke der Erzeugung kräftiger Impulse erreicht hat.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Gas in den einzelnen Verfahrensabschnitten zum Festhalten der Freigabe-Vorrichtung und zum Steuern der Haltekraft bis zum plötzlichen Freigeben zur Erzeugung einer großen Beschleunigung der Freigabe-Vorrichtung zur Anwendung gelangt.

   J. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte

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   Freigabe-Vorrichtung mit großer Beschleunigung in iiichtung auf die Üffnungslage gebracht wird und daß das Hochdruckgas bestimmten Volumens freigegeben wird,' nachdem die Freigabe-Vorrichtung die genannte üffnungslage erreicht hat. ,

   4. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder einem der folgenden, dadurch g e k e. η η ζ ei ohne t , daß Brennstoff in das Hochdruckgas eingeführt wird und der Brennstoff zur Erzeugung eines größeren Druckes verbrannt wird.

   5. Verfaliren zur seismischen Erkundung der Erde unter Benutzung kräftiger Impulse nach dem in den vorhergehenden Ansprüchen beschriebenen Verfahren, dadurch gekennzeichnet , daß Gas unter hohem Druck mit bestimmten ι Volumen zu Wasser gebracht und plötzlich direkt in das j Wasser gestoßen wird, um einen akustischen Impuls in das Wasser zu erzeugen.

   6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß das Uochdruckgas zyklisch plötzlich in bestimmten Zeitintervallen freigegeben wird.

   7. Verfahren nach Anspruch 5 und/oder 6, dadurch

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   gekennzeichnet , daß das Volumen und/oder der Druck des Hochdruckgases geändert wird, um die Frequenz-Charakteristik des akustischen Impulses in das Wasser zu ändern. . ■

   8. Verfahren nach Anspruch 5 und/oder einem der folgenden, dadurch g e k e η η z.e i c.h η e t , daß die Beschleunigung innerhalb der Freigabe-Vorrichtung durch elektrische oder pneumatische Signale verändert wird.

   9. Vorrichtung zur Urzeugung kräftiger Impulse durch plötzliche Freigabe von C-as, dadurch gekennzeichnet , daß das 'Jas in einer Behältereinriciitung (94) unter hohem Druck gehalten ist und bewegliche Mittel (9Ö) vorgesehen sind, die zu hoher Geschwindigkeit beschleunigt v/erden, um das ilochdruckgas plötzlich aus den Behältereinrichtungen freizugeben.

   10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Behältereinrichtung (94) eine oder mehrere Austrittsöffnungen.(96) besitzt und die beweglichen Liittel (9B) aus einem. Freigabekolben bestehen, der entlang einer Strecke (E) in Bichtung auf die

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   Austrittsöffnungen beschleünigbar ist, um eine hohe Geschwindigkeit vor der öffnung der Austrittsöffnungen zu erhalten. . .

   11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch g e k en η zeichnet , daß ein weiterer Kolben (99) mit Abstand vom ersten Kolben (9u) vorgesehen und mit diesem durch ein Zwischenglied (101) fest verbunden ist und auf diese weise ein beweglicher treiber (100 oder 100 B) gebildet ist.

   12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch g e k e η η zeich η e t , daß der Gasdruck gegen eine oeite (L) des iiegelkolbens (99) den ersten Kolben ί9'ύ) von der oder den Austrittsöffnungen (96) entfernt' hält und daß der Gasdruck gegen die andere Seite (Li)' des li.egelkolbens (99) die iialtekräfte überwiegt, wodurch der Treiber . (100 oder 100 b) plötzlich in 'Richtung auf die Austritt soffnung (9ö) beschleunigt.

   13. Vorrichtung nach Anspruch 11 und/oder 12, dadurch' gekennzeichnet , daß das Zwischenglied (101) eine Bohrung (140 oder 153) aufweist.'"

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   '14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch g e k e η η zeichne t , daß die Bohrung (140 oder 153) durch einen Kanal (154 oder 270) mit der Hochdruckkammer (113) innerhalb der Behältereinrichtung (94) in Verbindung steht.

   15. Vorrichtung nach Anspruch 9 und/oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Littel zur Brennstoffeinspritzung (266) und Brennstoffentzündung (267) in der Behältereinrichtung (94) angeordnet sind.

   16. Verfahren zur seismischen Jirkundung der ^rde unter Ver- \vendun_o einzelner oder aller Vorrichtungen der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekenn ze ichnet , daß die Vorrichtungen 70·, 70A, 70B, 70¹ , 70B\ 70G, 70Ii, 70 I, 70 J dafür eingerichtet sind, in Wasser gebracht zu γ/erden, um plötzlich Gas in das Wasser freizulassen und daß aaszuführungseinrichtungen (74, o3) zur Zufuhr von ..-ns zu den oben genannten Vorrichtungen vorgesehen sind.

   17. Verfahren nach Ans^rucn 16, dadurch _o e k e η η -

   ζ e i cn η ei;, daß Lit IeI (i_o0, 2b1) zur .änderung

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   des Volumens oder Mittel(80 oder 266) zur Änderung des Druckes, des freizulassenden Gases oder von beiden vorgesehen sind.

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