DE2114590A1 - Schallimpulsgenerator - Google Patents

Description

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EG & G, Inc., BEDFORD (Massachusetts OI73O), V.St.A.

SchaIlImpulsgenerator

Die Erfindung betrifft einen Schallimpulsgenerator und ein Verfahren zur Erzeugung von Schallimpulsen, insbesondere einen Schallirapulsgenerator, der Schallimpulse erzeugt, wenn er in ein Fluid eingetaucht ist, und der zur seismischen Unterwasserexploration verwendet werden kann.

Die seismische Exploration wird bisher benutzt, um die geologische Struktur von Unterwasserlandgebieten zu bestimmen. Sie ist besonders vorteilhaft bei der Exploration von vor der Küste gelegenen Landgebieten, um die Lage von Unterwasser-Öllagerstätten zu bestimmen.

Die bekannten Verfahren zur seismischen Exploration von Unterwassergebieten benutzen Schallquellen zur Erzeugung starker Schallimpulse im das Landgebiet bedeckenden Wasser und Einrichtungen zur Aufzeichnung der Echoimpulse, die durch die Reflexion der Schallimpulse durch die verschiedenen geologischen Schichten

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des Unterwasserlandgebiets entstehen. Die Exploration wird normalerweise von einem sich bewegenden Schiff aus vorgenommen, das auf der Wasseroberfläche auf einem vorbestimmten Kurs fährt. Durch Aufzeichnung der Echoimpulse, die durch die verschiedenen geologischen Schichten reflektiert werden, wird eine Echoimpulsverteilung erhalten, die zur Herstellung einer geologischen Karte des Unterwassergebiets benutzt werden kann.

Bei der seismischen Exploration eines Unterwassergebiets ist es wünschenswert, einen Schallimpulsgenerator zu verwenden, der . einen starken Schallimpuls erzeugen und mit einer vorbestimmten Impulsfolgefrequenz betrieben werden kann. Die bisher für die seismische Exploration benutzten Schallimpulsgeneratoren erzeugen starke Primärschallimpulse, an die sich eine Folge von Sekundärschallimpulsen anschließt. In mechanischen Einrichtungen für die Erzeugung von Schallimpulsen treten die Sekundärschallimpulse auf als Ergebnis von Schwingungen der mechanischen Teile nach Erzeugung der Primärschallimpulse oder von Kavitation im Wasser in der Nähe der mechanischen Einrichtung.

Da die Sekundärimpulse ebenfalls von den geologischen Schichten des Unterwasserlandgebiets reflektiert werden, werden die durch die Primärschallimpulse erhaltenen Echoimpulse durch die Echoimpulse der Sekundärschallimpulse von den geologischen Schichten überlagert. Bei der Herstellung einer geologischen Karte des Landgebiets ist es oft schwierig, die Echoimpulse der Primärschallimpulse von denen der Sekundärschallimpulse zu unterscheiden. Es ist also schwierig, eine genaue, eindeutige geologische Karte des Landgebiets anzufertigen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Schallimpulsgenerator und ein Verfahren zur Erzeugung von Scha 11 impulsen in einem Fluid anzugeben, das die eben genannten Schwierigkeiten über-

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windet, d.h. Sekundärschallimpulse im Ausgangssignal des Schällimpulsgenerators im wesentlichen unterdrückt, so daß eine Echoimpulsverteilung von den geologischen Schichten eines Unterwasserlandgebiets erhalten werden kann, bei der die Echoimpulse der Primärimpulse leicht identifiziert werden können; dabei soll für den Betrieb des Schallimpulsgenerators keine größere mechanische Energie als bisher benötigt werden.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schallimpulsgenerators ist ein neues fluid-betätigtes Ventil vorgesehen. Dieses Ventil kann zum Betrieb des Schallimpulsgenerators verwendet werden. Es ermöglicht, Fluidleitungen mit einem niedrigen Nenndruck zu benutzen, wenn große Pluiddurchsätze bei niedrigem Druck und kleine Fluiddurchsätze bei hohem Druck benötigt werden. Das Ventil gestattet also, biegsamere Fluidleitungen an den Schallimpulsgenerator anzuschließen. Außerdem liefert das Ventil eine anfangs große Betätigungskraft, die schnell abfällt, nachdem das Ventil geöffnet worden ist, um die Menge des zum Betätigen des Ventils nötigen Fluids zu erhalten und das Ventil schneller zu betätigen.

Genauer gesagt, die Erfindung sieht vor eine ausdehnbare und

Konstruktion, oder/ . , , _

zusammenziehbare/^truKtur zur Erzeugung einer Kammer variablen Volumens in Fluid. Es ist ferner eine Einrichtung vorhanden, die mit der Struktur verbunden ist, um die Kammer gegen den Umgebungsdruck des Fluids auszudehnen und die Kammer durch den Umgebungsdruck sich zusammenziehen zu lassen und gegen den Umgebungsdruck zurückzuprallen, um einen Schallimpuls an das Fluid abzugeben. Außerdem ist mit der Struktur eine Einrichtung verbunden, die nach dem Zurückprallen der Kammer betätigbar ist, um ein anschließendes Zusammenziehen der Kammer durch den Umgebungsdruck zu verhindern, so daß keine Sekundärschallimpulse im Fluid erzeugt werden.

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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung hat der Schallimpulsgenerator ein zylindrisches Gehäuse, von dem ein Ende geschlossen und ein Ende zum Fluid offen ist, sowie einen in dem Gehäuse gleitend gelagerten Kolben» Der Kolben ist gegen das zylindrische Gehäuse abgedichtet, um eine Kammer mit variablem Volumen zwischen dem verschlossenen Ende des Gehäuses und dem Kolben zu bilden.

Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel des Schallimpulsgenerators ist eine Einrichtung vorhanden, um den Kolben relativ zum zylindrischen Gehäuse in eine ausgefahrene Stellung relativ zum verschlossenen Ende des Gehäuses zu verschieben und um den Kolben freizugeben, damit der Umgebungsdruck des Fluids den Kolben zum geschlossenen Ende des zylindrischen Gehäuses zurücktreibt<, Außerdem ist wirkungsmäßig mit dem Kolben eine Einrichtung ver= bunden, die den Kolben nach dem Zurückprallen vom geschlossenen Ende des zylindrischen Gehäuses auffängt, um eine weitere Bewegung des Kolbens durch den Umgebungsdruck zum geschlossenen Ende des Gehäuses zu verhindern. Durch Abfangen des Kolbens nach dessen Rückprall vom geschlossenen Ende des zylindrischen Gehäuses hält der Schallimpulsgenerator gemäß der Erfindung die mechanische Bewegung des Kolbens an, um keine Sekundärschallimpulse im Ausgangssignal des Schallimpulsgenerators entstehen zu lassen und die für den Betrieb des Generators notwendige mechanische Energie in ihrem Wert aufrechtzuerhalten.

Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schallimpulsgenerators wird ein fluid-betätigter Zylinder, z.B₈ ein hydraulischer Zylinder, als den Kolben verschiebende Einrichtung beruButzt. Außerdem ist eine Fluidsteuereinrichtung für den Betrieb des hydraulischen Zylinders vorhanden. Die Fluidsteuereinrichtung belädt den Hydraulikzylinder mit Druckfluid, um den Kolben in eine ausgefahrene Stellung relativ zum

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geschlossenen Ende des zylindrischen Gehäuses zu verschieben, und entlädt dann das Druckfluid aus dem Hydraulikzylinder, damit oer Ulrikebung^druck des Fluids den Kolben zum geschlossenen Ende des Gehäuses antreiben kann. Die Fluidsteuereinrichtung läßt auch Druckfluid in den Hydraulikzylinder während des Rückpralls des Kolbens vom geschlossenen Ende des zylindrischen Gehäuses ein und verhindert dann, daß Fluid den Hydraulikzylinder nach dem Rückprall des Kolbens verläßt, um den Kolben festzuhalten una Sekundärschallimpulse zu unterdrücken.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Schallimpulserzeugung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Kammer mit variablem Volumen in einem Fluid vorgesehen wird, daß die Kammer gegen den Umgebungsdruck des Fluids expandiert wird, daß die Kammer durch den Umgebungsdruck des Fluids zusammenfallen kann, daß die Kammer zurückprallt und sich gegen den Umgebungsdruck wiederausdehnt, um einen Schallimpuls im Fluid zu erzeugen, und daß ein weiteres Zusammenfallen der Kammer nach dem Rückprallen vermieden wird, damit keine Sekundärschallimpulse im Fluid erzeugt werden.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemä3eri Verfahrens wird ein zylindrisches Gehäuse mit einem offenen Ende und einem geschlossenen Ende sowie mit einem im Gehäuse verschiebbar angeordneten Kolben in ein Fluid eingetaucht. Der Kolben wird gegen den Umgebungsdruck des Fluids zum offenen Ende des zylindrischen Gehäuses verschoben. Anschließend darf der Umgebungsdruck des Fluids den Kolben zum geschlossenen Ende des zylindrischen Gehäuses antreiben, und der Kolben kann vom geschlossenen Ende des zylindrischen Gehäuses zurückprallen. Das Zurückprallen des Kolbens erzeugt einen Primärschallimpuls im Fluid. Schließlich wird die Bewegung des Kolbens nach dessen Rückprallen vom geschlossenen Ende

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des zylindrischen Gehäuses angehalten, damit keine Sekundärschallimpulse erzeugt werden.

Es sei darauf hingewiesen, daß der Schallimpulsgenerator drei Betriebsarten zeigt. Diese drei Betriebsarten sind:

1. Die kombinierte Masse des zylindrischen Gehäuses und der effektiven Wasserlastmasse, die mit dem zylindrischen Gehäuse gekoppelt ist, ist irn wesentlichen äquivalent der kombinierten Masse des Kolbens und der effektiven Wasserlastmasse, die mit dem Kolben gekoppelt ist, so daß sowohl das Zylindergehäuse als auch der Kolben sich gegeneinander bewegen, wenn der Schallimpulsgenerator betätigt wird.

2. Die kombinierte Masse'des ZyIIndergehäuses und der mit dem Zylindergehäuse gekoppelten effektiven Wasserlastmasse ist relativ groß im Vergleich zur kombinierten Masse des Kolbens und der mit dem Kolben gekoppelten effektiven Wasserlastmasse, so daß das Zylindergehäuse stationär in Bezug auf den Kolben bleibt und der Kolben sich bewegt, wenn der Schallimpulsgenerator betätigt wird.

3. Die kombinierte Masse des Kolbens und der effektiven Wasserlastmasse, die mit dem Kolben gekoppelt ist, ist groß gegen die kombinierte Masse des Zylindergehäuses und die mit dem Zylindergehäuse gekoppelte effektive Wasserlastmasse, so daß der Kolben stationär in Bezug auf das Zylindergehäuse ist und das Zylindergehäuse sich bewegt, wenn der Schallimpulsgenerator betätigt wird.

Die effektive Wasserlastmasse des Kolbens und des Zylindergehäuses wird näherungsweise durch den Radius des Kolbens und des Zylindergehäuses nach folgender Formel bestimmt:

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M = 8/3 r

mit M = effektive Wasserlastmasse,
r = Wasserdichte,
R = Radius des Zylindergehäuses bzw. des Kolbens.

Die dritte Betriebsart dürfte die beste für Schallimpulsgeneratoren sein, bei denen das Verhältnis der Bohrung des Zylindergehäuses zur Hublänge des Kolbens klein ist, die Betriebsart Nr. 2 dürfte dagegen am besten für große Verhältnisse von Boh-. rung zu Hub und Betriebsart Nr. 1 die beste für mittlere Verhältnisse von Bohrung zu Hub sein.

Es versteht sich, daß, wenn das Zylindergehäuse und der Kolben sich beim Betrieb des Schallimpulsgenerators bewegen, beide zurückprallen, so daß ein großer positiver Schalldruck entsteht. Wenn sich nur das Zylindergehäuse bewegt, prallt es allein zurück, so daß ebenfalls ein großer positiver Schalldruck entsteht, und wenn sich nur der Kolben bewegt, erzeugt auch dessen Zurückprallen einen großen positiven Schalldruck.

Wenn auf die Bewegung des Kolbens zum geschlossenen Ende des Zylindergehäuses in der nachfolgenden Figurenbeschreibung Bezug genommen werden wird, soll darunter eine Relativbewegung verstanden werden, wobei sich der Kolben oder das Zylindergehäuse oder der Kolben und das Zylindergeliäuse bewegen können. Ähnlich soll hinsichtlich der Verschiebung des Kolbens relativ zum Zylindergehäuse in eine ausgefahrene Stellung relativ zum geschlossenen Ende des Zylindergehäuses es möglich sein, daß sich entweder der Kolben oder das ZyIIndergehäuse oder der Kolben und das ZyIIndergehäuse bewegen. Schließlich soll bei Bezugnahme auf das Auffangen des Kolbens zu dessen FestlaLten davon ausgegangen werden, daß entweder der Kolben oder das Zylindergehäuse oder der Kolben und das Zylindergehäuse aufgefangen werden.

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Zur Vereinfachung der Erläuterung soll jedoch In der Figureribeschreibung immer davon gesprochen werden,, daß der Kolben sich bewegt und das Zylindergehäuse relativ zum Kolben stationär ist.

Die Erfindung gibt also einen Schallimpulsgenerator und ein Verfahren zur Schallimpulserzeugung in einem Fluid an, wodurch eine Folge von Primärschallimpulsen ohne unerwünschte Sekundärschallimpulse erzeugt wird. Bei Benutzung des erfindungsgemäßen Scha11impulsgenerators und Scha11impulserzeugung sverfahrens zur seismischen Exploration von Unterwasserlandgebieten kann eine sehr genaue geologische Karfee des Landgebiets durch die aus den Primärschallimpulsen erhaltenen Echoimpulse gewonnen werden. Die Erfindung ermöglicht ferner die seismische Exploration bei minimalem Verbrauch von mechanischer Energie.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Scha11impulsgeneratorεj

Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch den Schallimpulsgenerator von Fig. 1, woraus ein Hydraulikzylinder und ein am Ende des Hydraulikzylinders montiertes Ventil . zur Betätigung des Schallimpulsgenerefors ersichtlich sind;

Fig. 3 eine vergrößerte Teilschnitte.nsicht des Ventils und des Hydraulikzylinders von Fig. 2;

Fig. 4 ein vergrößerter Teilvertikalschnitt nach Linie 4-4 von Fig. 1, wenn aas Ventil in seiner Gffeinstellung ist; -

Pig· 5 eine Endansicht des Schallimpulsgenerators von Fig. 1 nach Linie 5-5;

Fig. 6 das Schaltbild einer Fluidsteuerschaltung für die Fluidversorgung des Ventils, um den Schallimpulsgenerator zu betätigen;

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Fiτ« 7 das Schaltbild einer elektronischen Steuerschaltung für die Betätigung der Fluidsteuerschaltung von Fig. 6j und

Fig. 8 das Sehaltbild eines Zeitverzögerungsglieds, das in der elektronischen Steuerschaltung von Fig. 7 verwendet werden kann.

Pi;;. 1 und 2 zeigen ein Ausführurigsbeispiel des erfindungsgernäßen Schallinipulsgenerators. Dieser Schallirapulsgenerator kann ir; ;in Fluid eingetaucht werden, um Schallimpulse zu erzeugen. 3iri der Durchführung seismischer Exploration eines Unterwasserlandgebiets, z.B. vor der Küste, wird der Schallimpulsgenerator nornalervjeise an einem Kabel aufgehangen, das an einem Schiff befestigt ist, das auf der Wasseroberfläche fährt.

Erfinduugsgemäß hat der Schallimpulsgenerator eine ausdehnbare uno zusamrnenfallbare Struktur zur Bildung einer Kammer mit variablem Volumen im Fluid. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispi3l hat der Schallimpulsgenerator ein Gehäuse, von dem ein Ende geschlossen und ein Ende zum Fluid offen ist, sowie einen Kolben, der im Gehäuse verschiebbar gelagert ist. Das Geh'ius- und der Kolben bilden dann eine Kammer mit variablem Volumen. 3ei einer derartigen Struktur ist also die Kammer entlar.g viiKir einzigen Achse ausdehnbar und zusammenfallbar.

Ein zylindrisches Gehäuse oder Zylinder 12 hat ein offenes Ende 14 unc; an geschlossenes Ende l6. Ein Kolben l8 ist im Zylinder gehäuse 12 verschiebbar. Das geschlossene Ende 16 des Zylindergehäus'-s 12 ist gekrümmt, und der Kolben Ib hat eine der Krümtnuri,·; des geschlossenen Endes l6 angepaßte Außenfläche I9.

Der Kolü-m ist .^eg'^¹ das Zylindergehäuse abgedichtet, um eine Kammer -^Jü (vgl. Fi3. 2) variablen Volumens zwischen dem geschlosfi' nen Ende des Zylinders und dem Kolben zu bilden. J}em'äQ

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Pig. 2 ist ein Dichtring 22 an der Außenkante des Kolbens "18 befestigt, um gegen die Innenwand des Zylindergehäuses 12 abzudichten. Der Dichtring 22 ist durch einen Klemmring 24 gehalten, üer durch mehrere Schrauben 26 festgehalten wird, die durch den Klemmring 24 und den Dichcring 22 in den Kolben l8 eingeschraubt sind. '

Gemäß Pig. 2 und 5 hat der Kolben l8 eine hohlzylindrische Nabe 28 und sechs Rippen 29, die von der Nabe 28 zum Außenrand des Kolbens l8 verlaufen, um dem Kolben eine höhere Festigkeit zu geben. Der Kolben 18 ist auf einer Achse 30 durch ein Klemmglied 32 befestigt, das auf der Achse 30 montiert und an der Nabe 28 durch Schrauben 34 gesichert ist. Das Klemmglied 32 kann irgendeinen üblichen Aufbau haben, z.3. eine Schelle sein, die an der Achse 30 in einer Ringnut 36 der Achse 30 befestigt ist. Die Abschnitte des Klemmglieds 32 können dann in irgendeiner üblichen Weise zusammengehalten sein.

Die Achse 30 hat eine zweite Nut 38, die sich innerhalb der Nabe 28 des Kolbens l8 befindet. Ein O-Dichtring 40 ist in die Nut 38 eingesetzt, um eine Abdichtung zwischen der Innenfläche der Nut 28 und der Achse 30 zu erzielen.

Ein Ende der Achse 30 ist verschiebbar in einer Nabe 42 eines Armkreuzes 44 gelagert, das am offenen Ende 14 des Zylindergehäuses 12 durch mehrere Bolzen 46 gesichert ist, die durch-den Außenrand des Armkreuzes 44 in den Umfang des Zylindergehäüses 12 eingeschraubt sind. Eine Buchse 48 ist zwischen der Achse 30 und der Nabe 42 vorgesehen.

Das andere Ende der Achse 30 erstreckt sich durch einen Ansatz 54 am geschlossenen Ende des Zylindergehäuses 12. Der Ansatz 54 hat eine Innenbohrung ,Inder sich eine Büchse 58 befindet. Die Büchse 58 erlaubt ein Verschieben der Achse 30 relativ zum Ansatz 54. Ein O-Dichtring 60 befindet sich in einer Nut In der

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Innenwand des Ansatzes 54, um die Achse ^O gegen den Ansatz abzudichten.

Erfindungsgemäß ist eine Einrichtung vorhanden, die mit der bereits erwähnten Struktur verbunden ist,.um die Kammer gegen den Umgebungsdruck des Fluids auszudehnen und die Kammer durch den Umgebungsdruck zusammenfallen zu lassen, sowie gegen den Umgebungsdruck zurückprallen zu lassen, damit ein Schallimpuls im Fluid erzeugt wird. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine Verschiebeeinrichtung vorhanden, um den Kolben relativ, zum Zylindergehäuse in eine ausgefahrene Stellung relativ zum geschlossenen Ende des Zylindergehäuses zu verschieben sowie den Kolben freizulassen, damit der Umgebungsdruck des Fluids den Kolben nach innen relativ zum Zylindergehäuse zu dessen geschlossenem Ende antreiben kann. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat die Verschiebeeinrichtung einen fluid-betätigten Zylinder 62 (vgl. Fig. 2), vorzugsweise einen Hydraulikzylinder, mit einem darin verschiebbaren Stempel 64. Der Stempel 64 ist auf der Achse 50 montiert, die sich in das eine Ende des Hydraulikzylinders 62 über eine Dichtpackung 66 in einem zylindrischen Bodenteil 68 des Hydraulikzylinders 62 erstreckt.

Der Hydraulikzylinder 62 dient zum Verschieben des Kolbens relativ zum Zylindergehäuse 12. Wenn der Hydraulikzylinder mit Druckfluid beladen wird, werden der. Stempel 64 und die Achse 30 relativ zum Hydraulikzylinder 62 nach außen bewegt, und der Kolben l8 bewegt sich gegen den Umgebungsdruck des Fluids in eine ausgefahrene Stellung am offenen Ende des Zylindergehäuses 12. Wenn der Druck des Druekfluiäs im Hydraulikzylinder 62 abnimmt, treibt der Umgebungsdruck des Fluids den Kolben 18 in Richtung auf das geschlossene Ende des Zylindergehäuses 12 an, und der Stempel 64 wird relativ zum Hydraulikzylinder 62 nach innen bewegt, um das Druckfluid aus dem Hydraulikzylinder 62 zu entladen.

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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schallimpulsgenerators ist der Hydraulikzylinder 62 am Zylindergehäuse 12 an dessen geschlossenem Ende montiert. Gemäß Fig. 1 hat das Zylindergehäuse 12 einen Lagerblock: 76 mit zwei Zapfen 72 und 74 „ Zwei Arme 78 und 82 sind an einem Ende mit dem La gerblack: 76 durch die Zapfen 72 und 74 verbunden. Die Arme 78 und 82 haben stiftartige Abschnitte 80 und 86 (vgl. Fig. 2), die Gewinde an ihrem Ende tragen.

Gemäß Fig. 1 und 2 ist der Hydraulikzylinder 62 mit einem Flansch 84 versehen, der von den Seiten des Hydraulikzylinders 62 nach außen vorspringt. Der stiftartige Abschnitt 80 des Arms 78 erstreckt sich durch eine öffnung im Flansch 84. Eine federnde Unterlegscheibe 88 und eine metallische Unterlegscheibe 90 sind auf den stiftähnlichen Abschnitt des Arms 78 geschoben, und eine Mutter 92 ist auf das Gewinde des stiftartigen Abschnitts 80 aufgeschraubt, um den Hydraulikzylinder 62 am Zylindergehäuse 12 zu sichern.

Ähnlich erstreckt sich der stiftähnliche Abschnitt 86 des Arms 82 (vgl. Fig. 2) durch eine öffnung im Flansch 84. Eine federnde Unterlegscheibe 94 und eine metallische Unterlegscheibe 96 sind auf den stiftähnlichen Abschnitt 86 des Arms 82 geschoben. Eine Mutter 98 ist auf das Gewinde des stiftartigen Abschnitts 86 des Arms 82 aufgeschraubt, um den Hydraulikzylinder 62 am Zylindergehäuse 12 zu sichern.

Wahlweise kann irgendeine zweckmäßige Einrichtung zur Befestigung des Hydraulikzylinders 62 am Zylindergehäuse 12 anstelle der eben beschriebenen Befestigungsmittel vorgesehen sein. Wahlweise kann der Hydraulikzylinder 62 am Kolben l8 und der Stempel 64 des Hydraulikzylinders 62 am Zylindergehäuse 12 befestigt sein.

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Erfindungsgemäß ist eine Einrichtung vorhanden, die nach einem Rückprall der Kammer ein erneutes Zusammenfallen der Kammer durch den Umgebungsdruck verhindert, damit keine Sekundärschal1-impulse im Fluid erzeugt werden. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schallimpulsgenerators hat eine Einrichtung, die wirkungsmäßig mit dem Kolben verbunden ist, um den Kolben nach dessen Rückprall vom geschlossenen Ende des Zylindergehäuses aufzufangen und so eine Bewegung nach innen des Kolbens durch den Umgebungsdruck des Fluids zu vermeiden. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine F-luidsteuereinrichtung vorgesehen, die mit dem Hydraulikzylinder, verbunden ist und Druckfluid in den Innenraum des Hydraulikzylinders einspeist, um den Schallimpulsgenerator zu betätigen. Die Fluidsteuereinrichtung ermöglicht das Auffangen des Kolbens nach dessen Rückprall vom geschlossenen Ende des Zylindergehäuse ε.

Die Auffangeinrichtung hat vorzugsweise ein Ventil, das mit dem Hydraulikzylinder verbunden ist, um Druckfluid in den Hydraulikzylinder während des Rückpralls des Kolbens vom geschlossenen Ende des Zylindergehäuses einzulassen und ein Austreten des Fluids aus dem Hydraulikzylinder nach dem vollständigen Rückprall des Kolbens zu unterbinden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein einziges fluid-betätigtes Ventil 100 (vgl. Fig. 1 und 2) an einem Ende des Hydraulikzylinders 62 angeschweißt oder anderweitig befestigt. Das Ventil hat ein Ventilgehäuse 102 mit einem Kreisschlitz 104 (vgl. Fig. J5) an einem Ende, urn die zylindrische Seitenwand des Hydraulikzylinders aufzunehmen. Gemäß Fig. j5 ist ein O-Dichtring lo6 in einer Nut an der äußeren Seitenwand des Hydraulikzylinders 62 vorhanden, um das Ventilgehäuse 102 gegen den Hydraulikzylinder 62 abzudichten.

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Gemäß Fig. 3 ist ein Durchbruch 110 im Ventilgehäuse 102 vorgesehen, und ein zylindrischer Ventilschaft 112 ist im Durchbruch 110 verschiebbar. Ein Ende des Ventilschafts 112 erstreckt sich in einen Fluidkanal 113 im Ventilgehäuse 102. Ein kreisrundes Tellerventil 114 ist an diesem Ende des Ventilschafts 112 angebracht» Das Tellerventil 114 liegt normalerweise an einem Ventilsitz llo an, der am Ventilgehäuse 102 am Umfang des Fluidkanals II3 ausgebildet ist, so daß es normalerweise geschlossen ist. In seiner Offsnstellung (vgl. Fig. 4) ist das Tellerventil 114 vom Ventilsitz II6 wegbewegt, und der Innenraum des Hydraulikzylinders 62 ist geöffnet, damit Fluid von Durchlässen 120 und 122 (vgl. Fig. 3) einströmt, die im Ventilgehäuse 102 vorgesehen sind. Hydraulische Rohre 121 und 123 (^gI* Fig. 1 und 3) sind mit den Durchlässen 120 bzw. 122 verbunden.

Das andere Ende des Ventilschafts 112 erstreckt sich durch den Durchbruch 110 in eine imwosentlichen zylindrische Fluidkammer 126 im Ventilgehäuse 102» Der Ventilschaft 112 hat einen

schnitt
dickeren zylindrischen Äbs-fca-öern.28, der sich in der Fluidkammer 126 befindet und eine Schulter I30 am Ventilschaft 112 bildet. Der dickere zylindrische Abschnitt 128 des Ventilschafts 112 hat auch eine breitere Endfläche 129 (vgl. Fig. 3) am Ventilschaft 112.

Gemäiä Fig. 3 springt ein ringförmiger Flansch 132 vom verdickten Zylinderabschnitt 128 des Ventilschafts 112 in die Fluidkammer 126 vor. Der Flansch I32 hat entgegengesetzte Ringflächen I33 und 134, auf die Fluiddruck über das in die Fluidkammer 126 eingeleitete Druckfluid einwirken kann.

Außerdem hat der Flansch 132 einen Ringschlitz 135 zur Aufnahme eines Endes einer Schraubenfeder I36» Das andere Ende der. Schraubenfeder I36 ist von einer Ringaussparung I38 im Ventilgehäuse 102 aufgenommen» Die Schraubenfeder Ij56 spannt das

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Ventil 100 in die normalerweise eingenommene Schließstellung ■ vor, in dem das Tellerventil 114 in Anlage an den Ventilsitz 116 gedrückt wird.

Das Ventil 100 ist auch mit einem freien Kolben l40 (Fig. 3 und 4) versehen, der in der Fluidkammer 126 verschiebbar ist. Der freie Kolben l4o hat eine zylindrische öffnung 142 zur Aufnahme des verdickten Zylinderabschnitts 128 des Ventilschafts 112 und für eine freie Verschiebung des freien Kolbens l4o relativ zum Ventilgehäuse 102 und relativ zum verdickten Zylinderabschnitt des Ventilschafts 112. Eine Ringendfläche I4j5 des freien Kolbens l4o befindet sich in der Nähe der Endfläche 129 des Ventilschafts 112. Der freie Kolben l4o liegt normalerweise an der Fläche 134 des Flansches 132 an. Der Flansch I32 überträgt den auf die Fläche l4j5 des freien Kolbens l4o ausgeübten Druck zum Ventilschaft 112,

Gemäß Fig. 3 hat das Ventil 100 eine Deckplatte 146, die am Ventilgehäuse 102. durch mehrere Bolzen 148 gesichert ist, die durch die Deckplatte 146 in das Ventilgehäuse 102 eingeschraubt sind. Ein O-Dichtring 150 befindet sich in einer Ringnut im Ventilgehäuse 102, um die Deckplatte 146 gegen das Ventilgehäuse 102 abzudichten.

Ein Ringvorsprung 152 (vgl. Fig. 3) ist an der Deckplatte 146 vorgesehen und erstreckt sich in den Innenraum des Ventilgehäuses 102, um einen Ansehlag für den freien Kolben l40 zu bilden. Der Ventilschaft 112 ist so dimensioniert, daß in der Schließstellung des Tellerventils 114 (vgl. Fig. 3) ein kleiner Zwischenraum zwischen dem freien Kolben l4o und dem Ringvorsprung 152 vorhanden ist. In dieser Stellung sind die Endfläche 143 des freien Kolbens l4o und die vergrößerte Endfläche 129 des Ventilschafts 112 von der Innenwand der Deckplatte 146 getrennt, um einen kleinen Zwischenraum 154 freizulassen.

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Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine Einrichtung vorhanden, um Druckfluid in das Ende des Ventilschafts 112 in der Fluidkammer 126 und zum Ende des freien Kolbens l4o einzu-.speisen, damit das Tellerventil 114 geöffnet wird.

Gemäß Fig. 3 hat die Deckplatte 146 einen Durchlaß I58, durch den das Druckfluid in den Zwischenraum 154 einströmen kann, um das Tellerventil 114 zu öffnen. Gemäß Fig. 1 und 5 ist ein Hydraulikrohr I60 an den Durchlaß I58 der Deckplatte 146 angeschlossen und für die Zufuhr von Druckfluid in den Zwischenraum 154 vorgesehen.

Wenn Druckfluid dem Zwischenraum 154 (vgl, Fig. Jt) über den Durchlaß I58 zugeführt wird, wirkt Fluiddruck auf die Endfläche 129 des Ventilschafts 112 und auf die Endfläche 143 des freien Kolbens 140 ein. Der auf die Fläche I4j5 des freien Kolbens l4o ausgeübte Druck wird auf den Ventilschaft 112 über den Flansch 152 übertragen. Daher ist die Gesamtkraft, die auf dem Ventilschaft 112 zum öffnen des Tellerventils 114 einwirkt, gleich der Summe der auf die Endflächen des Ventilschafts 112 und des freien Kolbens l4o ausgeübte Kräfte.

Wenn das Tellerventil 114 geöffnet ist·, bewegen sich des freie Kolben l4o und der Ventilschaft 112 nach rechts in Fig. 5. Der freie Kolben l4o wird in seiner Bewegung nach rechts durch eine Schulter 162 begrenzt, die am Ventilgehäuse 102 in der Fluidkammer 126 ausgebildet ist. Der Ventilschaft 112 wird ebenfalls in seiner Bewegung nach rechts begrenzt, und zwar durch die Schulter IJO am verdickten Zylinderabschnitt 128 des Ventilschafts 112. Daher bewegt sich der freie Kolben l40 nach rechts, bis er von der Schulter 162 angehalten wird. Danach wird der auf seine Endfläche I4j5 ausgeübte Fluiddruck nicht langer zum Ventilschaft 112 übertragen, und der Ventilschaft bewegt sich nach rechts nur infolge des auf die Endfläche 129

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ausgeübten Drucks. Der Ventilschaft 112 bewegt sich weiter, bis die Schulter lj50 sich an eine Ringfläche 164 des Ventilgehäuses 102 anlegt, die den Durchbruch 110 umgibt, in dem der Ventilschaft 112 verschiebbar ist.

Gemäß Pig. 4 hat das Ventil 100 einen Durchlaß 166 im Ventilgehäuse 102, der sich in die Fluidkammer 126 erstreckt. Gemäß Fig. 1 ist ein Hydraulikrohr 168 an den Durchlas 166 angeschlossen. Druckfluid kann über das Rohr 168 und den Schlitz 166 der Fluidkammer 126 zugeführt werden (vgl. Fig. 4).

Zusätzlich ist ein Durchlaß 170 im Ventilgehäuse 102 vorhanden. Gemäß Fig·. 4 erstreckt 3ich der Durchlaß 170 in dem Innenraum des Hydraulikzylinders o2. Ein Hydraulikrohr 172 (Fig. 1) ist mit dem Durchlaß 170 verbunden. Druckfluid kann über das Rohr und den Durchlaß 170 in den Innenraum des Hydraulikzylinders 62 eingeleitet werden.

Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Federung in der Kammervorgesehen, die durch das geschlossene Ende des Zylindergehäuses und des Kolbens gebildet wird, damit der Kolben nicht das geschlossene Ende berührt, wenn der Kolben nach innen relativ zum Zylindergehäuse durch den Umgebungsdruck des Fluids angetrieben wird, und damit der Kolben nach außen relativ zum geschlossenen Ende des Gehäuses zurückprallt.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Federung ein kompressibles Fluid vjie ein Gas, das in die Kammer 20 (vgl. Fig.2) eingeleitet wird. Das kornpressible Fluid gelangt in die Kammer 20 bei einem Druck unterhalb des Umgebungsdrucks des Fluids, in das der Schallimpulsgerierator eingetaucht ist. Wenn die Kammer 20 expandiert, indem der Kolben l8 zum offenen Ende des ZylindergehäuseE 12 verschoben wird, ist der Druck des kompressiblen Fluids kleiner als der Umgebungsdruck des Fluids. Daher ist,

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wenn der Kolben freigelassen wird, der Umgebungsdruck: groß genug, um den Kolben zum geschlossenen Ende des Zylinders anzutreiben. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel des Schallimpulsgenerators kann Luft als das !compressible Fluid benutzt werden.

Gemäß Pig. 2 kann die Luft in die Kammer über einen Durchlaß im geschlossenen Ende des Zylindergehäuses 12 eingeleitet werden. Ein Anschlußstück 184 (vgl. Fig. 1), das am Ende einer Luftleitung l86 befestigt ist, ist in den Durchlaß 182 eingeschraubt. Die Luftleitung 126 ist mit einem üblichem Unterdruckregler (nicht abgebildet) zur Regelung des Drucks in der Kammer verbun-" den.

Gemäß Fig. 2 befindet sich ein Durchlaß I76 im Grundkörper 68 des Hydraulikzylinders62. Ein Hydraulikrohr 178 (Eig. 1) ist an eine Kupplung I80 angeschlossen, die in den Durchlaß I76 eingeschraubt ist. Nur zur Erläuterung ist der Durchlaß I76 in Fig. in einer Stellung gezeigt, die um 90° gegen die Stellung des Hydraulikrohrs I78 und der Kupplung I80 von Fig. 1 versetzt ist. Der Durchlaß I76 dient dazu, Fluid aus dem Hydraulikzylinder 62 abzugeben, das am Stempel 64 vorbei während des Betriebs des Schallimpulsgenerators leckt.

| In Fig. 6 ist eine Fluidsteuerschaltung für den Betrieb des

Hydraulikzylinders des Schallimpulsgenerators gezeigt. Die Fluidsteuerschaltung hat einen solenoid-betätigten Steuerschieber 200, der im vorliegenden Fall ein Vier-Wege-, Drei-Stellungs-Schieber ist. Die drei Stellungen des Steuerschiebers 200 sind durch ein Schiebersymbol 202 dargestellt und als Stellung X, Y und Z angedeutet« Der Steuerschieber 200 wird durch Solenoide S₁ und S₂ betätigt.

Gemäß Fig. 6 hat die Fluidsteuerschaltung eine Druckfluidquelle 204, die über ein längeres Hydraulikrohr 206 an einen ersten.

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Schlitz 208 des Steuerschiebers 200 angeschlossen ist. Ein Pluidvorratsbehälter 210 ist über ein längeres Hydraulikrohr 212 mit einem Rückschlagventil 214 verbunden, das an einen zweiten Schlitz 216 des Steuerschiebers 200 über ein Hydraulikrohr 215 angeschlossen ist. Die Hydraulikrohre I60 und 172, die mit den Durchlässen I58 bzw. I70 des Ventils 100 (vgl. Fig. 4) verbunden sind, sind an Schlitze 218 bzw. 220 des Steuerschiebers· 200 (vgl. Fig. 6) angeschlossen.*

Der Steuerschieber 200 dient dazu, wahlweise die Fluidverbinduhgen zwischen den Hydraulikrohren I60 und 172 sowie den Hydraulikrohren 206 und 212 zu variieren. Wenn z.B. weder das Solenoid S, noch das Solenoid S« erregt ist, befindet sich der Steuerschieber 200 in seiner Mittelstellung (Stellung Z). Wenn der Steuerschieber sich in dieser Stellung befindet, ist das Hydraulikrohr 160 mit dem Hydraulikrohr 215 verbunden, während die Hydraulikrohre 172 und 206 nicht verbunden sind.

Wenn das Solenoid S₁ betätigt wird, wird der Steuerschieber 200 in die Stellung X bewegt. In dieser Stellung ist das Hydraulikrohr l60 mit dem Hydraulikrohr 206 über den Steuerschieber 200 verbunden, und das Hydraulikrohr 172 ist mit dem Hydraulikrohr 215 verbunden. Wenn das Solenoid Sp erregt wird, wird der Steuerschieber 200 in die Stellung Y verschoben. In dieser Stellung ist das Hydraulikrohr I60 mit dem Hydraulikrohr 215 sowie das Hydraulikrohr 172 mit dem Hydraulikrohr 206 verbunden.

Die Fluidsteuerschaltung hat auch mehrere Fluiddruckspeicher A-, Ap und A,. Irgendein üblicher Fluiddruckspeicher kann dabei verwendet werden. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Druckspeicher verwendet, der unter der Bezeichnung "Haie 4a Accumulator" von der Hale Fire Pump Company of Conshohocken, Pennsylvania, USA, hergestellt wird.

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Der Druckspeieher A₁ ist durch ein Hydraulikrohr 224 mit dem Hydraulikrohr 215 verbunden, das an den Schlitz 216 des Steuerschiebers 200 angeschlossen ist. Der Druckspeicher A, dient als örtlicher Speicher für den Schallimpulsgenerator, Er wird zusammen mit dem Schallimpulsgenerator in das Fluid eingetaucht, während der Vorratsbehälter 210 oberhalb der Pluidoberflache bleibt und über das längere Hydraulikrohr 212 mit dem Schallimpulsgenerator verbunden ist. Der Druckspeicher A- dient für eine schnelle Betätigung der Fluidsteuerschaltung und er^hält die Energiemenge, die beim Betrieb der Schaltung verbraucht wird, da durch ihn die Notwendigkeit wegfällt, Fluid schnell durch ein langes Hydraulikrohr zu einem entfernten Vorratsbehälter strömen zu lassen.

Der Druckspeicher A₂ ist durch ein Hydraulikrohr 226 mit dem Hydraulikrohr 206 verbunden, das die Druckfluidquelle 2O4 an den Schlitz 208 des Steuerschiebers 200 anschließt. Der Druckspeicher Ap dient als örtliche Druckquelle für den Schallimpulsgerierator. Es ist zusammen mit dem Schallimpulsgenerator in das Fluid eingetaucht, während die Fluiddruckquelle 204 sich oberhalb des Fluids befindet und mit dem Schallimpulsgenerator durch das lange Hydraulikrohr 206 verbunden ist. Der Druckspeicher Ag erlaubt eine schnellere Betätigung der Fluidsteuerschaltung und er^hält die Energiemenge, die beim Betrieb der Schaltung verbraucht worden ist, da durch ihn die Notwendigkeit wegfällt, schnell Druckfluid von einer entfernten Quelle über ein langes Hydraulikrohr zum eingetauchten Schallimpulsgerierator strömen zu lassen.

Der Druckspeicher A^ ist durch ein dünnes Hydraulikrohr 228 mit dem Hydraulikrohr 215 verbunden. Das Hydraulikrohr 168, das mit dem Schlitz 166 des Ventils 100 (Fig. ²O verbunden ist, ist an den Druckspeicher A-, angeschlossen. Außerdem sind die Hycraulik-

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leitungen 121 und 123, die an die Schlitze 120 bzw, 122 des Ventils IJO angeschlossen sind, ebenfalls mit dem Druckspeieher

Der Dru.·. ■ ·-i'χ,^,-ν A- beaufschlagt den Stempel 64 des Hydraulik^

^ylir.tio: ^; .-. ~. μ ic einem Gegendruck und unterstützt die Federung in der " /t:::,:.- r 20, um ein RUckprallen des Kolbens 18 vom gesehi-Joeei ta ^r;na - des Zylinders 12 zu verursachen. Das Ausmaß der Unte ¹CtU^;-, .; I^r Federung in der Kammer 20 durch den Druckspeicher /i -.UiU- .'urch Einstellung des Anfangavolumens des Druek-.vp-i^iier·.-: Λ- ιηκ. aeaseri Anfanjjsgasdruck ^-steuert werden. In einer⁴ a;j^ev/^:;-:.-deLu^n Ausführung des SchallXaipulsgenerators kann ■!'--ν '.)-·. uc/.»-jU'tier A-, auch dazu benutzt wefcen, allein die Rüc:c-.Vr::'L,:-/: ;".·. dor: -'olu-vi 13 .;u erzeugen, s) jafl die Federung i.. v. r i'.-j '.■■·,.j:. 2ü ,;■-;-^^?.La::··sen weroen Kann,

Ii^ r^:, ·■ ^: w ! 1 ,:l.a-u:^ Γ':ί, uie tit u3i.i Dur^rii?. i l?ö (pig,- 2) d-is Ii";. ν-·:α". :: ■·■;:;■... iw;ri e"i '^ioui.';^; i:t, 1st an ei« s Hydraulikrohr

- ^--μλ Vorratsbehälter 210 ausgeht. Ferner il 25C (7L?.. ö) ..lit aern Hydraulikrohr V⁷Z

B-:--!:^ ;■-·■-; ... . ;v:r f-.a.u"'ührun£a.:-inpi»sl -les er-fiii-aun^sseinäiJen 3rdl .JA .. .1 f. - :: ';e;-ator3 ist uis finiisteuerschaltung (Fig* 6) bi au; dir' ^r-"-- "."'.LuidTueii-:.- :.-ö'f und den Vorratsbehälter 210 auf eiiif;-a. :,.;-:_ _x"ni ilvo geseigu) beT'-atigt^ ua^ am Zylir.ciergehäuEe J-. ^e.u-ti κ: ι-;.. .!..ir, l./er:/i a 13 -.· dar ..:■; ^hallirapulsgenerator in ein i'i'iti ·^: λ.-..^e:,--. 3ΐί ·. v.ii-i, w.Lvd äie gesamte ?1 aid Steuer schul tung ':.':-: ■: . · V« · : i«_ rriuiäuu^lle 20'· .*. ο dsn Vorrat-2 behält er 210

r-ie K'K,:l·; . ._j;llf 20-t unc. i-r Behälter 2 to befind-jri sich iU^avseJc· auf ue,- Schiff, aas auf üer Oberfläche des Fluids fänrt, Ii -i.>.-· der SchalIi.^pulsgenerator eingetaucht ist» Die

«22 =

Druckfluidquelle 204 und der Vorratsbehälter 210 sind durch die längeren Hydraulikrohre 206 bzw* 212 mit der übrigen Pluidsteuer-· schaltung verbunden, wobei die Druckspeicher A-, und Ap als ort-, liehe Vorratsbehälter bzw. örtliche Druckfluidquelle für die Bluidsteuerschaltung dienen»

In Fig* 7 ist eine elektronische Schaltung zur Betätigung des Steuerschiebers 200 (fig» 6) abgebildet» Die Schaltung hat einen Transistor T^ dessen Kollektor an eine Lampe 240 angeschlossen ist, die mit einem Anschluß des Solenoids S₁ verbunden ist» Der andere Anschluß des Soenoids S, ist mit einer Leitung 242 verbunden, die ihrerseits an eine (nicht gezeigte) Stromquelle mit dem Potential -V angeschlossen ist* Ein Widerstand 244 verbindet den Emitter des Transistors T* mit der Leitung 242, vrlhrend eine Diode 245 de;- Emitter an eine Leitung 248 anso:iiie.3ti Die Leitung 248 ist über eine Diode 250 geerdet*

Die ^-haltung von Fig* 7 hat auch einen Transistor T_p* dessen Kollektor über eine Lampe 252 an einen Anschluß des Solenoids 3,j angeschlossen ist, Der andere Anschluß des Solenoids S₂ ist mit der Leitung 242 verbürgen» Der Emitter des Transistors Tg---i^r. ar. die Leitung 2^:v3 angeschlossen* Vor widerstände 254 und 255 verbinden die Basis oes Transistors Tp mit der Leitung 242*

G;-r:ii.D Pig. 7 hat die Schaltung ferner einen normalerweise cfrenen. Schalter 256, c--r mit; tier Basis des Transistors Tp über einer, 'Widerstand 255 verbunden und auch geerdet ist» Beim bevorzugten AusführuhgGoeispiel des SchaÜitiipUlsgeneratcrs ist der Schalter 25¹S ein r.orrcalervjeise offener Mikrcschälter» der auf dem Armkreuz 4'4 montiert ist (vgl* Fig. 2 '&αά 5)» Der Schalter -256 dient sum Erfassen der öäc-h innen gerichteten Bewegung des Kolbens l8 vom offenen Ende des ZyI Inaer getiausee 12%

BAD OWÖIMAL

Wenn der Kolben 18 zum offenen Ende des Zylindergehäuses 12 bewegt wird, wird der normalerweise offene Schalter 256 geschlossen. Danach, wenn der Kolben nach innen zum geschlossenen Ende des Zylindergehäuses 12 sich bewegt, wird der Schalter 256 geöffnet, um die Bewegung nach innen des Kolbens 18 anzuzeigen.

Gemäß Pig. 7 hat die Schaltung zur Steuerung des Steuerschiebers 200 auch einen Transistor T^, dessen Emitter mit der Leitung 248 verbunden ist. Ein Widerstand 260 verbindet den Kollektor des Transistors T-, mit der Leitung 242. Außerdem verbindet ein. Widerstand 262 den Kollektor des Transistors T^₅ über eine Diode 264 mit der Basis des Transistors T..

Die Schaltung ist auch mit Transistoren T^ und T,- versehen, die zusammen ein Monoflop (auch monostabiler Multivibrator oder Univibrator genannt) bilden. Nach Fig. 7 ist der Kollektor des Transistors T₂, über den Widerstand 26c mit der Leitung 242 verbunden. Der Emitter des Transistors T^ ist über eine Leitung 266 mit einem ersten Anschluß 268 eines Umschalters 270 verbunden. Ein zweiter Anschluß 272 des Umschalters 270 ist durch eine Leitung 274 über den Vorwiderstand 255 an die Basis des Transistors Tp angeschlossen. Der Schalter 270 ist mit einem beweglichen Kontakt 276 versehen, der an die Leitung 248 am Anschluß 320 angeschlossen ist und sich sowohl an den Anschluß 268 als auch an den Anschluß 272 anlegen kann.

Der Kollektor des Transistors T^ ist ferner mit der Basis des Transistors T,- über eine Diode 280 und einen Widerstand 282 verbunden. Die Basis des Transistors Tt- ist über einen Widerstand 284 geerdet. Der Emitter des Transistors Tj- ist mit der Leitung 248 verbunden, während der Kollektor des Transistors T₁- über Widerstände 286 und 288 an die Leitung 242 angeschlossen

5 . .
ist.

SAD

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Gemäß Fig. 7 verbindet eine Zenerdiode 290 den Verbindungspunkt der Widerstände 286 und 288 mit Erde. Ein Kondensator 292 verbindet den Kollektor des Transistors Tr- mit der Basis des Transistors Th. Außerdem ist ein Widerstand 294 vorgesehen, der die Basis des Transistors Th mit der Leitung 242 verbindet.

Schließlich hat die Schaltung zur Betätigung des Steuerschiebers 200 einen elektrischen Impulsgenerator 296 zur Einspeisung von Eingangsimpulsen in die Basis des Transistors T^. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Frequenz der durch den Impulsgenerator 296 erzeugten Impulse eingestellt werden, um die Frequenz der Scha11impulse zu steuern, die durch den Schallimpulsgenerator abgegeben werden.

In Fig. 8 ist ein Verzögerungsglied gezeigt, das vorzugsweise in der Steuerschaltung von Fig. 7 verwendet werden kann. Das Verzögerungsglied (Fig. 8) hat eine Zenerdiode 300, einen Kondensator 302 und einen Regelwiderstand J5O4, wobei diese Bauelemente an einen Verbindungspunkt 306 angeschlossen sind. Wenn das Verzögerungsglied (Fig. 8) in die Schaltung von Fig. 7 eingebaut wird, werden ein Anschluß 308 der Zenerdiode 300, ein Anschluß JlO des Kondensators 302 und ein Anschluß 312 des Regelwiderstand 304 mit entsprechenden Anschlüssen 318, 320 bzw. 322 der Steuerschaltung verbunden.

Zur Erläuterung des Betriebs des erfindungsgemäßen Schallimpulsgenerators soll angenommen werden, daß der Kolben l8 (Fig. 2) vollständig zum offenen Ende des Zylindergehäuses 212 zu Betriebsbeginn ausgefahren ist. Zu dieser Zeit werden der Stempel 64 und die Achse 30 in ihre voll ausgefahrene Stellung bewegt, während der Innenraum des Hydraulikzylinders 62 mit Druckfluid beladen wird.

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Der Schallimpulsgenerator ist in einem Fluid eingetaucht, dessen Umgebungsdruck auf die Außenseite des Kolbens l8 einwirkt.

Zu Betriebsbeginn sind beide Transistoren T, und Tp (Fig. 7) gesperrt. Der Transistor T₁ wird durch den Transistor Tj, gesperrt gehalten, der der normalerweise leitende Transistor des Monoflops ist. Wenn der Transistor Tj, leitet, liegt dessen Kollektor, der mit der Basis des Transistors T, verbunden ist, auf Erdpotential, um den Transistor T₁ gesperrt zu halten. Der Transistor Tp wird im gesperrten Zustand durch den normalerweise offenen Schalter 256 gehalten, der geschlossen gehalten wird, wenn der Kolben l8 am offenen Ende des Zylinders 12 sich befindet. Bei geschlossenem Schalter 256 ist die Basis des Transistors Tp geerdet, so daß dieser ebenfalls gesperrt ist-

Die beiden Solenoide S₁ und S₂ sind also aberregt, so daß der Steuerschieber 200 (Fig. 6) sich in seiner Mittelstellung (Stellung Z) zu Betriebsbeginn befindet.

Um aen Schallimpulsgenerator in Betrieb zu nehmen, wird ein positiver Eingangsimpuls vom elektrischen Impulsgenerator 296 (pig. 7) in die Basis des Transistors Tj, eingespeist, damit dieser gesperrt wird. Der Transistor Tp- wird leitend gemacht, während der Transistor Tj, für ein gewisses Zeitintervall gesperrt bleibt, das durch den Kondensator 292 und den Widerstand 294 bestimmt wird, die ein RC-Zeitglied bilden.

V/enn der Transistor Tj, ausgeschaltet ist, wird ein Betriebspotential an die Basis des Transistors T₁ über die Widerstände riG(j und 262 gelegt. Der Transistor T₁ wird dadurch leitend gemacht, so daß das Solenoid S₁ erregt wird.

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Das Solenoid S^ bleibt so lange erregt, wie der Transistor T₂, gesperrt ist. Wie oben erläutert wurde, ist diese Zeit durch das RC-Zeitglied bestimmt, das aus dem Kondensator 292 und dem Widerstand 294 aufgebaut ist. Danach, wenn das an der Basis des Transistors T^ angelegte Potential groß genug ist, um den Transistor T₂, leitend zu machen, wird der Transistor T, ausgeschaltet und das Solenoid S, aberregt.

Es sei jetzt die Fluidsteuerschaltung von Figo 6 betrachtet, wenn das Solenoid S, erregt ist und der Steuerschieber 200 sich in die Stellung X bewegt hat. Bei dieser Stellung des Steuer-Schiebers 200 ist die Hydraulikleitung l60 mit der Druckfluidquelle 204 durch die Hydraulikleitung 206 verbunden. Gemäß Fig. j5 wird Druckfluid durch den Durchlaß I58 in den Zwischenraum 15^ eingespeist, um den freien Kolben l4o und den Ventilschaft 112 nach rechts zu drücken.

Gleichzeitig, d..h. in der Stellung X des Steuerschiebers 200 (Fig. 6), ist die Hydraulikleitung 172 über den Steuerschieber 200 mit der Hydraulikleitung 215 verbunden. Da die Hydraulikleitung 215 an den Druckspeicher A, und den Vorratsbehälter über die Hydraulikleitung 212 angeschlossen ist, fällt der Fluiddruck im Hydraulikzylinder 62 sofort ab. Auf diese Weise kann der Kolben l8 (Fig. 2) beginnen, sich zum geschlossenen Ende des Zylindergehäuses 12 nach innen zu bewegen«

Die Fluiddurchflußkapazität des Steuerschiebers 200 und der an ihn angeschlossenen Hydraulikleitungen ist begrenzt, so daß eine zusätzliche Einrichtung für das schnelle Entladen des Fluids aus dem Hydraulikzylinder 62 notwendig ist. Diese zusätzliche Einrichtung wird durch das Ventil 100 gebildet.

Es sei jetzt wieder Fig. 3 betrachtet. Der Druck des in den Zwischenraum 154 des Ventils 100 eingespeisten Fluids wirkt

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auf die Endflächen 129 und 143 des Ventilschafts 112 bzw. des freien Kolbens l4o und drückt den freien Kolben l4o und den Ventilschaft 112 nach rechts. Da der freie Kolben am Flansch 132 des Ventilschafts 112 anliegt, wird der auf die Endfläche 143 des freien Kolbens I4o ausgeübte Druck zum Ventilschaft 112 übertragen. Daher ist die auf den Ventilschaft 112 ausgeübte Qesamtkraft gleich der Summe der auf die Endfläche des Ventilschafts 112 und die Endfläche des freien Kolbens l4o ausgeübten Kräfte. Diese Kraft ist groß genug, um die entgegengesetzt gerichteten Kräfte zu überwinden, die auf den Ventilschaft 112 durch das Fluid im Hydraulikzylinder 62, durch die Schraubenfeder I36 und durch das in die Kammer 126 über den Durchlaß 166 zugeführte Fluid ausgeübt werden (Fig. 4). Das Fluid in der Kammer 126 übt einen Druck auf die Schulter I30 des Ventilschafts 112 aus und erzeugt eine Druckdifferenz zwischen den Flächen 133 und 134 des Flansches I32.

Das Tellerventil 114 wird geöffnet, wenn der freie Kolben und der Ventilschaft 112 sich in die Stellung von Fig. 4 bewegen. Die Bewegung des freien Kolbens I4o hört auf, wenn er in Anlage an die Schulter l62 gekommen ist. Danach wirkt der auf die Endfläche 143 des freien Kolbens l4o ausgeübte Druck nicht auf den Ventilschaft 112, Der Ventilschaft 112 bewegt sich weiter nach rechts, nämlich wegen des auf seiner Endfläche 129 ausgeübten Fluiddrucks, bis der Ventilschaft in Anlage an die Fläche 164 des Ventilgehäuses 102 sich bewegt hat.

Der freie Kolben l4o (Fig. 3) des Ventils 100 gestattet, eine anfangs große Kraft auf den Ventilschaft 112 auszuüben, um das Tellerventil 114 zu öffnen. Der Ventilaufbau erlaubt, die Fluidmenge aufrechtzuerhalten, die zum öffnen des Ventils erforderlich ist, indem der Ventilschaft 112 um eine größere Strecke als der freie Kolben l4o angetrieben werden kann. Nach dem anfänglichen öffnen des Tellerventils 114 ist weniger Druck er.-

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forderlich, um den Ventilschaft 112 in dessen vollkommen offene Stellung zu bewegen. Daher wird die Bewegung des freien Kolbens l4o durch die Schulter 162 (Fig. 3) begrenzt, um die Fluidmenge aufrechtzuerhalten, die in den Zwischenraum 154 durch den Durchlaß I58 während des öffnens des Tellerventils 114 strömt.

Wenn sich der Kolben l8 nach innen zum geschlossenen Ende des Zylindergehäuses 12 bewegt, wird der Schalter 256 (Fig. 7) geöffnet, um die Vorwiderstände 254 und 255 von Erde zu trennen. Auf diese V/eise wird ein Betriebspotential über die Vorwiderstände 254 und 255 an die Basis des Transistors T₂ angelegt. Dadurch wird der Transistor Tp leitend gemacht und das Solenoid Sp erregt» Es sei darauf hingewiesen, daß das Solenoid S₂ während dieser Zeit erregt bleibt, und wegen der nicht-linearen Kraftkennlinie der Solenoide der Steuerschieber 200 in der Stellung X verharrt, bis das Solenoid S₁ aberregt ist.

Wenn der Kolben l8 sich weiter nach innen relativ zum Zylindergehäuse 12 bewegt, wird das Fluid, das im Hydraulikzylinder bleibt, vor allem durch die Durchlässe 120 und 122 in den Druckspeicher A-, entladen, was· den Druck im Druckspeicher A, erhöht. Es tritt also ein großer Fluiddurchsatz durch die Durchlässe 120 und 122 bei niedrigem Druck auf.

Außerdem komprimiert die Bewegung nach innen des Kolbens l8 die Luft in der Kammer 20 (Fig. 2), um dort den Luftdruck zu erhöhen. An irgendeinem Punkt während der Bewegung nach innen des Kolbens l8 wird der Innenluftdruck in der Kammer 20 gleich dem äußeren Umgebungsdruck des Fluids, das auf den Kolben l8 von außen einwirkt. Der Kolben l8 bewegt sich jedoch weiter zum geschlossenen Ende des Zylindergehäuses 12 wegen seiner Trägheit. Die Trägheit des Kolbens l8 wird durch den Anstieg im Innenluftdruck in der Kammer 20 und den Druckaufbau im Druckspeicher A, während der Weiterbewegung des Kolbens zum ge-

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schlosserten Ende l6 des Zylindergehäuses 12 überwunden. Die Summe von Druckder komprimierten Luft in der Kammer 20 und Druck des Druckspeichers A^ verhindert, daß der Kolben 18 auf das geschlossene Ende des Zylindergehäuses 12 aufschlägt.

Wenn die Bewegung nach innen des Kolbens 18 beendet ist, veranlaßt der Innenluftdruck in der Kammer 20 denKolben 18, gegen den äußeren Umgebungsdruck des Fluids zurückzuprallen. Das Zurückprallen des Kolbens l8 vom geschlossenen Ende des Zylinders 12 erzeugt einen großen positiven Schallimpuls im den Schallimpulsgenerator umgebenden Fluid.

Wie bereits erwähnt wurde, wird eine vorbestimmte Zeit nach dem Leitendmachen des Transistors T,, um das Solenoid S» zu erregen, der Transistor T₂, leitend gemacht, um den Transistor T, abzuschalten und das Solenoid S, abzuerregen. Da das Solenoid Sp bereits durch das öffnen des Schalters 256 erregt worden ist, bewegt sich der Steuerschieber 200 (Fig. 6) in die Stellung Y. Die vorbestimmte Zeit wird so gewählt, daß der Steuerschieber 200 sich in diese Stellung bewegt, kurz nachdem derKolben 18 seine relativ zum Zylindergehäuse 12 am weitesten innen liegende Stellung erreicht hat. Wenn der Steuerschieber 200 sich in der Stellung Y befindet, ist die Hydraulikleitung l60 über den Steuerschieber 200 mit der Hydraulikleitung 215 verbunden, während die Hydraulikleitung I72 an die Hydraulikleitung 206 angeschlossen ist.

In der Stellung Y des Steuerschiebers 200 ist gemäß Fig. 4 der Durchlaß I58 an den Vorratsbehälter 210 und den Druckspeicher A, (Fig. 6) angeschlossen, so daß der Druck des Fluids im Zwischenraum 154 sofort verringert wird. Außerdem ist der Durchlaß 170 mit der Druckfluidquelle 204 und mit dem Druckspeicher A₂ verbunden, so daß Druckfluid erneut dem Innenraum des Hydraulikzylinders 62 zügeführt wird.

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Wenn der Kolben 18 vom geschlossenen Ende des Zylindergehäuses 12 zum offenen Ende des Gehäuses zurückspringt, wird der Stempel 64 (Pig. 2) vom Tellerventil 114 wegbewegt, und der Druck im Druckspeicher A, drückt das vorher entladene Fluid durch die Durchlässe 120 und 122 und das Tellerventil 114 in den Hydraulikzylinder 62. Durch!rücken des Fluids in den Hydraulikzylinder 62 verhindert der Druckspeicher A.,, daß eine Kavitation im Hydraulikzylinder während des Rückprallhubs des Kolbens 18 auftritt. Wenn kein Druck vom Druckspeicher A ausgeübt würde, würde ein Vakuum im Hydraulikzylinder 62 während k des Rückprallens des Kolbens 18 entstehen, so daß eine Kavitation im Hydraulikzylinder 62 die Folge wäre. Gleichzeitig wird Druckfluid von der Druckfluidquelle 204 in den Hydraulikzylinder über den Durchlaß l?0 eingespeist (Fig. 4).

Der Druckspeicher A^ liefert auch Druckfluid durch den Durchlaß 166 (Fig. 4) in die Fluidkammer 126 des Ventils 100. Der Druck des von der Fluidkammer 126 kommenden Fluids treibt den freien Kolben l40 nach links an, damit der freie Kolben l40 in seine Ausgangsstellung zurückkehrt, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Der Ventilschaft 112 geht zu diesem Zeitpunkt nicht in seine Ausgangsstellung zurück, da der Druck des in dem Hydraulikzylinder 62 über die Durchlässe 120 und 122 strömenden und auf das P Tellerventil 114 einwirkenden Fluids zusammen mit dem Fluiddruck, der auf die Fläche 1^4 des Flansches 1J2 ausgeübt wird, groß genug ist, um die Kräfte auszugleichen, die auf den Ventilschaft 112 in entgegengesetzter Richtung durch die Schraubenfeder 136 und den auf die Fläche IJ>J> des Flansches 1J52 einwirkenden Druck ausgeübt werden.

Wenn der Kolben l8 sich dem Ende seines Rückprallhubs nähert, nimmt die Fluidströmung im Hydraulikzylinder 62 durch die Durchlässe 120 und 122 ab. Eine zunehmende Kraft wird auf den Ventilschaft 112 und das Tellerventil 114 durch das Fluid im Hydraulikzylinder 62 ausgeübt, um den Ventilschaft 112 nach

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links in pig. 4 zu drücken. Wenn die auf den Ventilschaft 112 nach links ausgeübten Kräfte, d.h., die auf den Ventilschaft 112 durch die Schraubenfeder Ij56 ausgeübte Kraft und die auf die Schulter I30 und die Fläche I33 des Flansches 132 durch das Druckfluid in der Kammer 126 einwirkenden Kräfte, die auf den Ventilschaft 112 in der entgegengesetzten Richtung wirkenden Kräfte, d.h., die auf die Fläche 134 des Flansches I32 durch das Druckfluid in der .Kammer 126 ausgeübte Kraft und die nach rechts gerichtete Kraft, die auf das Tellerventil 114 durch die Fluidströmung von den Durchlässen 120 und 122 auf de,n Innenraum des Hydraulikzylinders 62 ausgeübt wird, übertreffen, wird der Ventilschaft 112 in seine Ausgangsstellung zurückgebracht, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Das Tellerventil 114 wird also geschlossen, um eine weitere Fluidströmung zwischen dem Druckspeicher A, und dem Hydraulikzylinder 62 zu unterbinden. Das Schließen des Tellerventils 112 tritt automatisch am Ende des Rückprallhubs des Kolbens l8 auf, so daß der Kolben l8 festgehalten wird und sich nicht zum geschlossenen Ende des Zylindergehäuses 12 bewegen kann.

Die auf den Kolben l8 durch das komprimierte Fluid in der Kammer 20 ausgeübte Rückprallkraft reicht nicht aus, um den Kolben l8 vollständig zum offenen Ende des Zylindergehäuses 12 zurückzubewegen. In manchen Fällen prallt der Kolben l8 nur um ein Drittel bis die Hälfte der Strecke zurück zum offenen Ende des Zylindergehäuses 12. Nach dem Schließen des Tellerventils 114 steigt Jedoch der Druck des Fluids im Hydraulikzylinder 62 weiter an, da das Druckfluid in den Innenraum des Hydraulikzylinders 62 durch den Durchlaß 170 strömt (Fig. 4). Daher bewegt sich der Kolben weiter nach außen, bis er das offene Ende des Zylindergehäuses 62 erreicht. Zu diesem Zeitpunkt wirkt eine große Kraft wegen des Druckaufbaus im Hydraulikzylinder 62 auf das Tellerventil 114 und den Ventilschaft ein, um das Tellerventil 114 in Schließstellung zu halten.

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Wenn der Kolben 18 das offene Ende des Zylindergehäuses 12 erreicht, wird der Schalter 256 (Fig. 7) geschlossen, unci der Transistor T₂ wird gesperrt. Dadurch wird das Solenoid S₂ aber-, regt, und der Steuerschieber 200 (Fig. 6) wird in seine Mittelstellung (Stellung Z) bewegt. In der Stellung Z des Steuerschiebers 200 ist die Hydraulikleitung 172 von der Druckfluid-. quelle 204 getrennt, während die Hydraulikleitung l60 weiter mit dem Vorratsbehälter 210 und dem Druckspeicher A, verbunden ist.

Da das Tellerventil 114 automatisch geschlossen und der Innenraum des Hydraulikzylinders 62 mit Druckfluid beladen wird, wenn der Kolben 18 seinen Rückprallhub vollendet, wird der Kolben 18 nach dem Rückprallhub festgehalten. Irgendeiner Bewegung des Kolbens 18 nach dem Rückprallhub steht das Druckfluid entgegen, das in den Innenraum des Hydraulikzylinder 62 eingespeist ist. Der Druckaufbau im Hydraulikzylinder 62 übt eine Kraft auf den Stempel 64 aus, die groß genug ist, um die nach innen gerichtete Kraft zu überwinden, die durch den Umgebungsdruck des äußeren Fluids auf den Kolben 18 ausgeübt wird.

Durch Verhinderung einer sich an den Rückprallhub des Kolbens anschließenden Bewegung nach innen des Kolbens 18 unterdrückt ψ der Schallimpulsgenerator gemäß der Erfindung Sekundärschallimpulse im Ausgangssignal des Schallimpulsgenerators. Durch Festhalten des Kolbens, wenn dessen Rückprallhub vollendet ist, wird ein Schwingen des Kolbens nach dem Rüdprall verhindert. Daher wird die Hauptursache von Sekuridärschallimpulseri in einem mechanischen Schallimpulsgenerator vermieden.

Da ferner der Kolben am Ende seines Rückprallhubs festgehalten wird, wenn seine Geschwindigkeit Null ist , werden keine großen Beschleunigungskräfte auf den Kolben ausgeübt, um dessen Weiterbewegung zu verhindern. Infolgedessen besteht keine Gefahr

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einer äußeren Kavitation im äußeren Fluid in der Nähe des Kolbens, so daß eine weitere mögliche Ursache von Sekundärschallimpulsen ausscheidet.

Außerdem wird durch das Pesthalten des Kolbens nach dessen Rückprallhub die Energiemenge aufrechterhalten, die zum Betrieb des Schallimpulsgerierators notwendig ist. Da eine Bewegung nach innen des Kolbens nach dem Rückprall verhindert wird, ist es nur notwendig, den Kolben um eine minimale Strecke zu bewegen, damit er zum offenen Ende des Zylindergehäuses zurückkehrt, um den Schallimpulsgenerator für eine erneute Inbetriebnahme vorzubereiten.

In der obigen Beschreibung der elektrischen Steuerschaltung von Pig. 7 ist beim Betrieb dieser Schaltung der Schalter 270 in der in Fig. 7 gezeigten Stellung, d.h. dessen beweglicher Kontakt 276 liegt am Anschluß 268 an. Der bewegliche Kontakt 276 des Schalters 270 kann in Anlage an den Anschluß 272 bewegt werden, wenn es wünschenswert ist, ständig das Solenoid S» zu erregen, um den Kolben l8 in der eingefahrenen Stellung am geschlossenen Ende des Zylindergehäuses zu halten.

Wenn der bewegliche Kontakt 276 am Anschluß 272 anliegt, ist die Basis des Transistors Tp ständig über den Schalter 270 und die Diode 250 geerdet. Der Transistor T_p wira also gesperrt gehalten, und das Solenoid S₂ kann nicht erregt werden, so lange der Schalter 270 in dieser Stellung sich befindet.

Gleichzeitig ist der Emitter des Transistors T₂^ von Erde getrennt, und der Transistor T₂, ist aus seinem normalerweise leitenden Zustand in den gesperrten Zustand umgeschaltet» Damit wird ein Betriebspotential an die Basis des Transistors T. über die Widerstände 2βθ und 262 angelegt, das den Transistor T₁ leitend macht, um das Solenoid S₁ zu erregen. Der Transistor T₁

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wird leitend gehalten, und das Solenoid S, ist solange ununterbrochen erregt, wie der bewegliche Kontakt 276 des Schalters 270 am Anschluß 272 anliegt.

Solange des Solenoid S₁ ununterbrochen erregt ist, bleibt der Steuerschieber 200 (Fig. 6) ununterbrochen in seiner Stellung X. Bei der Stellung des Steuerschiebers 200 in der Stellung X wird das Tellerventil 114 in Offenstellung durch Druckfluid gehalten, das der Hydraulikleitung I60 von der Druckfluidquelle 204 zugeführt wird, und der Innenraum des Hydraulikzylinders 62 ist durch die Hydraulikleitung I72 mit dem Vorratsbehälter 210 und dem Druckspeicher A, verbunden. Der Umgebungsdruck des äußeren Fluids hält den Kolben 1-8 am geschlossenen Ende des Zylindergehäuses 12. Daher kann der bewegliche Kontakt 276 des Schalters 270 in Anlage an den Anschluß 276 bewegt werden, wenn der Betrieb des Schallimpulsgenerators beendet werden soll.

Beim Betrieb der Steuerschaltung von Fig. 7 erzeugt das Monoflop., das die Transistoren T₂, und T,- aufweist, eine feste Verzögerunge zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Transistor T₁ eingeschaltet wird, um das Solenoid S₁ zu erregen, und dem Zeitpunkt, in dem der Transsitor T₁ ausgeschaltet wird, um das Solenoid S₁ abzuerregen, damit das Solenoid Sp den Steuerschieber 2Ö0 betätigen kann. Wenn es gewünscht ist, eine einstellbare Zeitverzögerung vorzusehen, kann das Zeitverzögerungsglied von Fig. 8 in die Steuerschaltung von Fig. 7 eingebaut werden. Wie bereits oben erwähnt wurde, wird dann das Zeitverzögerungsglied von Fig. 8 mit der Steuerschaltung von Fig. J verbunden, indem die Anschlüsse 308, 3I0 und 512 des Zeitverzögerungsglieds mit den Anschlüssen 318, 320 bzw. 322 der Steuerschaltung verbunden werden. Die durch das Zeitverzögerungsglied von Fig. 8 erfolgte Verzögerung kann durch Verstellung des Regelwi^derstands 30^ variiert werden.

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Wenn das Zeitverzögerungsglied von Fig. 8 in die Steuerschaltung von Fig. 7 eingebaut ist, wird bei Betrieb der Steuerschaltung von Fig. 7 der Transistor T. in derselben Weise wie oben erläutert durch einen Impuls vom elektrischen Impulsgenerator 296 leitend gemacht, der in die Basis des Transistors T^, eingespeist wird. Nach einer Zeitverzögerung, die durch den Kondensator 502 und den Regelwiderstand J3O4 bestimmt ist, wird ein Potential an den Anschluß 3IÖ angelegt, d.h. an die Basis des Transistors T^, um den Transistor T-, leitend zu schalten.

Wenn der Transistor T, leitend gemacht worden ist, wird die Basis des Transistors T, über den Transistor T-, geerdet, und der Transistor T. wird gesperrt, um das Solenoid S- abzuerregen. Danach kann das Solenoid Sp den Steuerschieber 200 betätigen, und der Betrieb der Steuerschaltung läuft genauso ab, wie oben beschrieben.

Nachdem der Kolben l8 zum offenen Ende des Zylindergehäuses 12 zurückgekehrt ist, bleibt er dort, bis ein weiterer Impuls vom elektrischen Impulsgenerator 296 in den Transistor Tj, eingespeist wird. Beim normalen Betrieb des Schallimpulsßenerators wird eine Folge von äquidistanten elektrischen Betriebsimpulsen vom elektrischen Impulsgenerator 296 in den Transistor T^, eingespeist, um den Schallimpulsgenerator mit der gewünschten Frequenz zu betreiben. Bei der seismischen Exploration von Unterwasserlandgebieten arbeitet der erfindungsgemäße Schallimpulsgenerator normalerweise mit einer Folgefrequenz von 1 6 see zwischen den einzelnen Schallimpulsaussendungen.

Wenn während des Zeitintervalls zwischen aufeinanderfolgenden Schallimpulsabstrahlungen der Kolben l8 sich nach innen relativ zum Zylindergehäuse 12 soweit bewegt, daß der Fühlschalter 256 geöffnet wird (Fig. 7)* wird der Transistor Tp eingeschaltet, und das Solenoid S_n .wird erregt. Der Steuerschieber 200

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(Fig. 6) wird in die Stellung Y bewegt, und Druckfluid von der Druckfluidquelle 204 wird über die Hydraulikleitung I72 und den Durchlaß I70 (Fig. 4) dem Innenraum des Hydraulikzylinders 62 zugeführt, um den stempel 64 (Fig. 2) zum Ende des Hydraulikzylinders 62 zu bewegen, damit der Kolben l8 zum offenen Ende des Zylindergehäuses 12 rückgeführt wird.

Gemäß Fig. 2 erlaubt die dünne Hydraulikleitung 228, die zwischen den Druckspeicher A, und die Hydraulikleitung 215 geschaltet ist, daß der Druckspeicher A, überschüssiges Fluid an den Vorratsbehälter 210 während des Zeitintervalls zwischen aufeinanderfolgenden Schallimpulsausstrahlungen des Schallimpulsgenerators abgibt. Außerdem begrenzt das Überströmventil 230, das an die Hydraulikleitung 172 angeschlossen ist, den Druckaufbau im Hydraulikzylinder 62 auf einen vorbestimmten Wert.

Wie oben erwähnt wurde, dient der Druckspeicher oder -sammler A₁ (Fig. 6) als örtlicher Vorratsbehälter für den Schallimpulsgenerator . Wenn der Steuerschieber 200 in die Stellung X bewegt wird, um den Schallimpulsgenerator in Betrieb zu nehmen, wird der Innenraum des Hydraulikzylinders 62 durch die Hydraulikleitung 172 über den Steuerschieber 200 an den Druckspeicher A angeschlossen. Wenn der Kolben l8 sich nach innen zum geschlossenen Ende des Zylinders 12 bewegt, wird irgendwelches aus dem Hydraulikzylinder 62 verdrängtes Fluid durch den Durchlaß 170 in den Druckspeicher A. gefördert. Beim erfindungsgemäßen Scha11impulsgenerator ist es wünschenswert, daß dieses Fluid in einen örtlichen Abfluß oder Vorratsbehälter, d.h. den Druckspeicher A,, gelangt, der mit dem Schallimpulsgenerator eingetaucht ist, anstatt das Fluid in den Vorratsbehälter 210 fördern zu müssen, der sich oberhalb der Fluidflache befindet.

Ähnlich dient der Druckspeicher A₂ als örtliche Druckquelle für den Schallimpulsgenerator. Der Druckspeicher A_g ist vorzugsweise

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ein Hochdruck-Druckspeicher zur Einspeisung von Fluid unter hohem Druck in den Schallirnpulsgenerator, Vorzugsweise wird eine örtliche Druckquelle mit dem Schallimpulsgenerator eingetaucht, um schnelle Druckänderungen für den Betrieb des Tellerventils 114 und des Hydraulikzylinders 62 zu ermöglichen, wenn der Steuerschieber 200 in die Stellung X oder Y umgeschaltet wird. Das Tellerventil 114 und der Hydraulikzylinder 62 können dann schneller auf das Druckfluid von einer örtlichen Druckquelle als auf Druckfluid von der Druckfluidquelle 204 ansprechen, die sich normalerweise oberhalb der Fluidoberfläche befindet.

Der erfindungsgemäße Schallimpulsgenerator kann verschiedene Arten von mechanischen Konstruktionen benutzen. Z.B. kann die aus- und zusammenfahrbare Konstruktion zur Erzeugung einer Kammer variablen Volumens im äußeren Fluid ein Zylindergehäuse haben, das an beiden Enden offen ist, wobei zwei Kolben in dem Zyllridergehäuse verschiebbar gelagert sind. Anschläge können an beiden Enden des Zylindergehäuses vorhanden sein, um beide Kolben an einer Bewegung aus dem Gehäuse zu hindern. In diesem Pail ist der Hydraulikzylinder 62 an einem Ende der Kolben gesichert, während der Stempel 64 des Hydraulikzylinders 62 mit dem anderen Kolben verbunden ist« Eine andere mögliche Ausführung der Konstruktion im Schallimpulsgenerator hat zwei Platten, die durch einen Satz von Bälgen oder einem anderen flexiblen Element verbunden sind, um eine ausdehnbare und zusammenklappbare Kammer zu bilden. Die Außenflächen der Platten können zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit gewölbt sein, und die Innenflächen sind so dimensioniert, daß das Volumen der Kammer auf einen kleinen Wert verringert werden kann, ohne daß die Platten sich in gegenseitiger Anlage bewegen. Bei dieser Konstruktion wird der Hydraulikzylinder 62 an einer der Platten befestigt, während der Stempel 64 mit der anderen Platte verbunden ist.

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Es ist auch möglich, für diese Konstruktion des Schallimpulsgenerators zwei flexible Platten vorzusehen, die an ihrem Rand verbunden sind, um eine Kammer von variablem Volumen zwischen c.en flexiblen Platten auszubilden. Der Hydraulikzylinder 62 ist dann mit einer der flexiblen Platten und der Stempel 64 mit der anderen flexiblen Platte verbunden. Beim Betrieb dieser Konstruktion wird der Mittelabschnitt der flexiblen Platten auseinandergedrückt, wenn der Hydraulikzylinder betätigt wird, um die durch die flexiblen Platten begrenzte Kammer gegen den Umgebungsdruck des äußeren Fluids auszudehnen.

Es ist also möglich, für die aus- und zusammenfahrbare Konstruktion, die eine Kammer variablen Volumens bildet, beim erfindungsgemäßen Schallimpulsgenerator verschiedenste Realisierungj möglichkeiten vorzusehen.

Aus der vorangegangenen Beschreibung geht auch hervor, daß der erfindungsgemäße Schallimpulsgenerator Primärschallimpulse in einem (äußeren) Fluid erzeugt, ohne daß praktisch zu berücksichtigende Sekundärschallimpulse entstehen. Damit erlaubt der erfindungsgemäße Schallimpulsgenerator die seismische Exploration von Unterwasserlandgebieten mit äußerst hoher Genauigkeit.

Vorteilhafterweise wird beim erfindungsgemäßen SchaIlimpulsgenerator auch die Menge an mechanischer Energie aufrechterhalten, die zum Betrieb des Generators erforderlich ist. Eine Kavitation im Hydraulikzylinder für den Betrieb des Schallimpulsgenerators wird vermieden, indem ein Fluiddruckspeicher verwendet wird, um Fluid in den Hydraulikzylinder während des Rückprallhubs des Generators einzudrücken. Da ferner das neuartige Ventil des Schallimpulsgenerators das Strömen von großen Fluidmengen bei relativ niedrigem Druck ermöglicht, erlaubt das Ventil die Verwendung kleiner, flexibler Hydraulikrohre in einer Fluidsteuerschaltung des Schallimpulsgenerators.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   j/Schallimpulsgenerator zur Erzeugung von SchaIlimpulsen, wenn er in ein äußeres Fluid eingetaucht ist, gekennzeichnet durch

   eine ausdehnbare und zusammendrückbare Konstruktion für die Erzeugung einer Kammer variablen Volumens in dem äußeren Fluid;

   eine mit der Konstruktion verbundene Einrichtung, die die Kammer gegen den Umgebungsdruck des Fluids ausdehnt, sowie die Kammer durch den Umgebungsdruck zusammendrücken und gegen den Umgebungsdruck zurückprallen läßt, um einen Schallimpuls in dem äußeren Fluid zu erzeugen; und

   eine mit der Konstruktion verbundene Einrichtung, die nach dem Zurückprallen der Kammer betätigbar ist, um ein weiteies Zusammendrücken der Kammer durch den Umgebungsdruck und damit die Erzeugung von Sekundärschallimpulsen im äußeren Fluid zu verhindern.

   2. Schallimpulsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Konstruktion gebildete Kammer entlang einer einzigen Achse zusammendrückbar und ausdehnbar ist.

   5. Schallimpulsgenerator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Federung in der Kammer, damit die Kammer nicht vollständig zusammengedrückt wird und damit die Kammer gegen den Umgebungsdruck des äußeren Fluids zurückprallt.

   4. Schallimpulsgenerator nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Federung ein kompressibles Fluid in der Kammer mit einem Druck hat, der kleiner als der Umgebungsdruck des äußeren Fluids ist, wenn die Kammer ausgedehnt ist.

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   5, Schallimpulsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstruktion für die Bildung einer Kammer variablen Volumens aufweist:

   ein Zylindergehäuse (12), von dem das eine Ende geschlossen und das andere Ende zum äußeren Fluid offen ist; und

   einen in dem Zylindergehäuse (12) verschiebbaren Kolben (18), der gegen das Zylindergehäuse abgedichtet ist, um die Kammer variablen Volumens zwischen dem geschlossenen Ende des Zylindergehäuses und dem Kolben zu bilden«

   6„ Schallimpulsgenerator nach Anspruch 5·. dadurch gekennzeichnet ₅ daß die Einrichtung, die ein vollständiges Zusammendrücken der Kammer verhindert, eine Einrichtung hat, um den Kolben (18) nach dessen Rückprall vom geschlossenen Ende des SyIIndergehäuses aufzufangen und damit eine Bewegung nach innen des Kolbens unter der Einwirkung des Umgebungsdrucks des äußeren Fluids zu vermeiden^

   7* Schallimpulsgenerator nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (l8) durch einen Hydraulikzylinder (62) relativ zum Zylindergehäuse (12) verschiebbar ist.

   8. Schallimpulsgenerator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Auffangen des Kolbens (16) ein Ventil (lOO) hat, das mit dem Hydraulikzylinder (62/ verbuncen is'c, uiii Druckfluid in den Hydraulikzylinder während des Rückpralls des Kolbens (l8) vom geschlossenen Ende des Zylindergehäuses (12) einströmen zu lassen unt zu verhindern, oaß aas Druckfluid aus dem Hydraulikzylinder gedrückt wird, nachdem der I'Iolben (18) seinen Rückprall vom geschlossenen Ende des Zylinder gehäuse ε beendet hat.

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   j. Schallimpulsgenerator nach Anspruch . 4 und 6, dadurch ge-,:<■ i.ii.-;e ichriet, daß die Federung in dem Zy linder gehäuse (12) verhindert, daß der Kolben (18) das geschlossene Ende ce ε- Zylinder-Gehäuses berührt., wenn der Kolben nach innen relativ zu.n Zylinder;· ;häu.^c-e durch den Um^e blutdruck ces äußeren Fluids angetrieben wird, und den Kolben nach außen relativ zum geschlossenen T-LiXiC- des Zylindergehäuses rückprallen

   IC. ijchallimptilsgenerator nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dauurch gekennzeichnet, oaß eier Hydraulikzylinaer (62) am Zylindergehäuse (12) montiert ist una einen darin verschiebbaren, mit cieia Kolben (18) verbundenen Stempel (64) hat, und daß eine Fluidsteuereinrichtunp; mit dem Hydraulikzylinder verbunden ist,

   l.)in üen Hydraulikzylinder Druckfluid zu fördern, damit der stempel nach außen und der Kolben in eine ausgefahrene Stellung relativ zum geschlossenen Ende des Zylindergehäuses angetrieben wird;

   ^„)um oen Druck des Druckfluids im Hydraulikzylinder zu verringern, damit der Umgebungsdruck des äußeren Fluids den Kolbei sum geschlossenen Ende des Zylindergehäuses und den Stempel nach innen antreiben kann, wodurch das zurückgebliebene Druckfluid aus cam Hydraulikzylinder verdrängt wird;

   '^.)u:a Druckfluid in den Hydraulikzylinder während des Rückpralls des Kolbens vom geschlossenen Ende des Zylindergehäuses einzulassen; und

   Ύ.)um zu verhindern, daß das eingelassene Fluid aus dem Hydraulikzylinder nach dem Rückprall des Kolbens vom geschlossenen Ende des Zylindergehäuses verdrängt wird.

   31. Schallimpulsgenerator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, da.3 aie Fluidsteuerelnrlchtung das Ventil (lOO) umfaßt, oar: normalerweise geschlossen ist und an einem Ende des Hydrau-

   SAD

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   likzyliiiders (62) montiert ist, um das Verdrängen des Druckfluids aus dem Hydraulikzylinder zu steuern, und daß eine Einrichtung das Ventil (100) öffnet, damit das Druckfluid im Hydraulikzylinder (62) verdrängt werden kann, wenn der Kolben zum geschlossenen Ende aes Zylindergehäuses (12) angetrieben wird.

   12. Schallimpulsgenerator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (100) sich automatisch nach dem Rückprall des Kolbens (l8) schließt, um ein Verdrängen des Druckfluids aus dem Hydraulikzylinder (62) zu verhindern.

   13· Schallimpulsgenerator nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen Sammler oder Druckspeicher, der mit dem Ventil (lOO) verbunden ist, um aus dem Hydraulikzylinder (62) verdrängtes Fluid aufzunehmen.

   14. Schallimpulsgenerator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidsteuereinrichtung eine Pluidsteuerschaltung hat, die aufweist:

   eine Druckfluidquelle (204);
   einen Pluidvorratsbehälter (210);

   einen Steuerschieber (200) zur wahlweisen Verbindung der Druckfluidquelle (204) und des Fluidvorratsbehälters (210) mit dem Hydraulikzylinder (62); und

   eine Einrichtung (vgl. Fig. 7) zur Betätigung des Steuerschiebers (200), um die Druckfluidquelle (204) mit dem Hydraulikzylinder (62) während des Förderns des Druckfluids in den Hydraulikzylinder zu verbinden und um den Hydraulikzylinder (62) mit dem Fluidvorratsbehälter (210) während des Verdrängens des Fluids aus dem Hydraulikzylinder (62) zu verbinden.

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   15. Scha11impulsgenerator nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch

   einen ersten Pluiddruckspeicher (A₂), der mit dem Steuerschieber (200) verbunden ist, um als örtliche Druckfluidquelle für den Hydraulikzylinder (62) zu dienen und die Druckfluidquelle (204) zu unterstützen; uno

   einen zweiten Fluiddruekspeicher oder -sammler (A,) der. mit dem Steuerschieber (200) verbunden ist, um als örtlicher Vorratsbehälter für den Hydraulikzylinder (62) zu dienen und den Pluidvorratsbehälter (210) zu ergänzen.

   16. Sohallimpulsgenerator nach Anspruch 15, gekennzeichnet cmrch

   einen dritten Fluiddruckspeicher oder -sammler (A.,), der mit dem normalerweise geschlossenen Ventil (100) verbunden ist., um aus dem Hydraulikzylinder (62) verdrängtes Fluid zu empfangen.

   17· Schallimpulsgenerator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (100) aufweist:

   ein Ventilgehäuse (102) mit einem Durchbruch (110)jeiner Fluidkammer (126) und einem Fluidkanal (113), wobei der Durchbruch (110) sich vom Pluidkanal (Ilj5) in die Fluidkammer (126) erstreckt;

   einen Ventilschaft (112), der in dem Durchbruch (110) verschiebbar ist und sich von der Fluidkammer (126) in den Pluidkanal (115) erstreckt;

   ein Tellerventil (114), das an dem Ventilschaft (112) zum Schließen des Pluidkanals (Ilj5) befestigt ist;

   eine Vorspannungseinrichtung zum Halten des Ventilschafts (112) und des Tellerventils (114) normalerweise in Schließstellung;

   einen freien Kolben (I4o), der in der Fluidkammer (126) relativ zum Ventilschaft (112) und zum Ventilgehäuse (102) verschiebbar ist;

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   eine Einrichtung zum Beaufschlagen mit Druckfluid des Endes des Ventilschafts (112) in der Pluidkammer (126) und des Endes des freien Kolbens (l4o)?um den Ventilschaft (112) und das Tellerventil (H^) gegen die Vorspannungseinrichtung zu bewegen; und

   eine Einrichtung zur Übertragung von durch das Druckfluid auf den freien Kolben (l4o) ausgeübten Druck auf den Ventilschaft - (112) (Pig. J, 4).

   18. Schallimpulsgenerator nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Druckübertragung auf den Ventilt ^ schaft (12) einen Plansch (132) am Ventilschaft aufweist, wobei o.er Flansch in die Fluidkammer (126) vorspringt und normalerweise am freien Kolben (l4o) anliegt. (Fig. 3> 4).

   19· Schallimpulsgenerator nach Anspruch l8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungseinrichtung eine Schraubenfeder (I36) hat, die in der Fluidkammer (126) angeordnet ist, und daß ein Ende der Schraubenfeder am Flansch (I32) des Ventilschafts (112) und das andere Ende der Schraubenfeder am Ventilgehäuse (102) anliegt. (Pig. 3* 4).

   20. Schallimpulsgenerator nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet/ daß das Ventil (100) am Ventilgehäuse

   * (102) einen Ventilsitz (II6) hat, der am Rand des Fluidkanals (113) angeordnet ist;

   daß das Tellerventil (114) an einem Ende des Ventilschafts (112) befestigt ist, um sich an den Ventilsitz (II6) anzulegen und den Fluidkanal (113) zu schließen;

   daß der freie Kolben (l4o) eine Öffnung hat, um das andere Ende des Ventllschafts (112) aufzunehmen.(Fig. 3, 4).

   21. Schallimpulsgenerator nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (102) eine Schulter (162) hat,

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   die in die Fluidkammer (126) vorspringt, um die Bewegung des freien Kolbens (I²K)) relativ zum Ventilgehäuse (102) und zum Ventilschaft (112) zu begrenzen (Pig. 3, 4).

   22. Schallimpulsgenerator nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschaft (112) eine Schulter (130) hat, die sich in der Fluidkammer- (126) befindet, um die Bewegung des Ventilschafts (112) relativ zum Ventilgehäuse (102) zu begrenzen (Fig, J, 4).

   23. Schallimpulsgenerator nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (102) einen Durchlaß (166) hat, durch den Druckfluid in die Fluidkammer (126) förderbar ist, um den Kräften entgegenzuwirken, die aufden freien Kolben (l4o) und den Ventilschaft (112) durch Druckfluid ausgeübt werden, daß auf das Ende des Ventilschafts und das Ende des freien Kolbens einwirkt (Fig. 4).

   24. Schallimpulsgenerator nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, da3 das Ventilgehäuse (102) einen Durchlaß (I70) hat, der sich in den Hydraulikzylinder (62) erstreckt, um Druckfluid in den Inneriraum des Hydraulikzylinders einzulassen (Fig. 4).

   25. Verfahren zur Erzeugung eines Schallimpulses in einem äußeren Fluid, dadurch gekennzeichnet,

   daß eine Kammer variablen Volumens in dem äußeren Fluid erzeugt wird;

   daß die Kammer gegen den Umgebungsdruck des· äußeren Fluids ausgedehnt wird;

   daß die Kammer durch den Umgebungsdruck des äußeren Fluids zusammengedrückt wenden kann;

   •.daß die Kammer veranlaßt wird, zurückzuprallen und sich gegen den Umgebungsdruck des äußeren Fluids auszudehnen, damit ein Schallimpuls im äußeren Fluid erzeugt wird; und

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   daß ein weiteres Zusammendrücken der Kammer nach dem Zurückprallen verhindert wird, damit keine Sekundärschallimpulse im äußeren Fluid erzeugt werden.

   26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer durch ein Zylindergehäuse gebildet wird, das an einem Ende geschlossen und am anderen Ende offen ist, das ein«dm Zylindergehäuse verschiebbaren Kolben aufweist, dessen Außenseite mit dem Umgebungsdruck des äußeren Fluids beaufschlagt wird.

   27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet,

   daß ein vorbestimmtes Volumen von Gas mit einem Druck unterhalb des Umgebungsdrucks des äui3eren Fluids in die durch das Zylindergehäuse und den Kolben gebildete Kammer eingelassen wird, um den Kolben an einem Aufprall auf das geschlossene Ende des Zylindergehäuses während seiner Bewegung zum geschlossenen Ende des Zylindergehäuses zu hindern; und

   daß das Gas eine Rückprallkraft auf den Kolben ausübt, wenn es zusammengepreßt wird, damit der Kolben vom geschlossenen Ende des Zylindergehäuses zurückprallt.

   28. Verfahren nach Anspruch 27 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß ein am Zylindergehäuse befestigter Hydraulikzylinder mit einem darin verschiebbaren und mit dem Kolben verbundenen Stempel mit Druckfluid beladen wird, um den Stempel relativ zum Hydraulikzylinder zu bewegen und den Kolben in eine ausgefahrene Stellung am offenen Ende des Zylindergehäuses zu verschieben;

   daß der Druck des Fluids im Hydraulikzylinder verringert wird, damit der Umgebungsdruck des äußeren Fluids den Kolben zum geschlossenen Ende des Zylindergehäuses antreiben und den Stempel relativ zum Hydraulikzylinder bewegen kann, damit das überge-

   OFIiGiNAL INSI⁹ECTID

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   bliebene Fluid aus dem Hydraulikzylinder verdrängt wird.)

   daß Druckfluid in den Hydraulikzylinder während des Rückpralls des Kolbens vom geschlossenen Ende des Zylindergehäuses eingelassen wird; und

   da:3 das eingelassene Fluid an einem Verdrängen aus dem Hydraulikzylinder nach dem Rückprall des Kolbens vom geschlossenen Ende des Zylindergehäuses gehindert wird.

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