DE2233490B2 - Generator zum Erzeugen seismischer Schwingungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Generator zum Erzcugen seismischer Schwingungen, insbesondere für einen Einsatz in Gelände mit nachgiebiger Oberfläche, mit einer nach der Geländeoberfläche zu offenen Luftkammer, die ein durch eine über mindestens eine oberseitige öffnung der Luftkammer angeschlossene Druckluftquelle aufrechterhaltenes Luftkissen enthält, und mit einer Einrichtung zum Variieren des in der Luftkammer herrschenden Luftdruckes im Takte der zu erzeugenden seismischen Schwingungen,

Ein Generator dieser Art ist aus dem DT-Gbm 108 809 bekannt. Kernstück dieses bekannten Generators ist eine Luftkammer, die an ihrer Oberseite mit einer Druckluftquelle und an ihrer Unterseite mit dem in Schwingungen zu versetzenden Untergrund in Ver bindung steht. Dabei dient das in der Luftkammer über die Druckluftquelle erzeugte und aufrechterhaltene Luftkissen als aktives Vibratormedium. indcn durch eine entsprechende Variation der Druckluftzufuhr der Luftdruck in der Luftkammer moduliert wird.

Die Speisung der Luftkammer mit Druckluft erfolgt bei dem bekannten Generator also mit taktmäöiger Variation, wobei entweder die Drehzahl eines als Druckluftquelle dienenden Gebläses entsprechend ge steuert oder der Durcntriusquersehnitt für div zur Luftkammer strömende Druckluft durch eine rotierende Lochblende entsprechend verändert wird, was über den vor der Lochblende entstehenden Luftstau ebenfalls auf den Betrieb des Gebläses rückwirkt, so daß also stets ein in gewissem Umfange pulsierender Betrieb des Gebläses entsteht

Ein solcher pulsierender Betrieb der Druckluftquelle ist nun aber nicht erwünscht, da er sich auch in unkontrollierbarer Weise auf die Nutzschwa.gangcn auswirken kann. Darüber hinaus stellt er erhöhte Anforderungen hinsichtlich einer genauen Regelung der Druckluftzufuhr zur Luftkammer, die sich in der Praxis häufig nur schwer erfüllen lassen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Generator der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß das mit dem in Schwingungen zu versetzen den Untergrund in Verbindung stehende Luftkissen nur die Funktion eines Koppelmediums zum Einkoppeln der Schwingungen in den Untergrund zu übernehmen braucht und sich insbesondere durch eine konstant betriebene Druckluftquelle erhalten läßt, die im stationären Betrieb nur geringe Druckluftmengen zu liefern hat.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Einrichtung zum Variieren des Luftdruckes in der Luftkammer eine deren Oberseite bildende, von einem Vibrator zu einer zur Geländeoberfläche im wesentlichen senkrechten Bewegung anregbare Deckplatte aufweist.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird von einem Vibrator Gebrauch gemacht, wie er im Prinzip etwa in der DT-AS 1 473 922 beschrieben ist und bei dem die in den Untergrund einzubringenden Schwingungen mit Hilfe einer durch einen Vibratorantrieb erregten Schwingplatte erzeugt werden.

Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Generator sind die Vorgänge der Luftkissenerzeugung und der Luftdruckmodulation damit unabhängig voneinander und frei von gegenseitiger Rückkopplung, und sie IaF-sen sich daher optimal steuern.

Die Druckluftquelle für den erfindungsgemäß ausgebildeten Generator kann konstant betrieben werden, was Regelschwierigkeiten von vornherein ausschaltet, und sie braucht überdies nur die geringen Luftmengen zu liefern, die im stationären Betrieb zur Kompensation der Druckluftverluste an der Grenze zwischen der Luftkammer und der Geländeoberfläche erforderlich sind. Da diese Luftverluste sehr klein sind und insbesondere in keinem Zusammenhang mit dem Arbeitsprinzip des Generators stehen, wird der Leistungsbedarf für die Druckluftquelle im stationären Betrieb sehr gering.

Im Gesamtergebnis stellt der erfindungsgemäß ausgebildete Generator ein wirtschaftliches und leistungsfähiges Gerät zum Erzeugen seismischer Schwingungen in Gelände jeglicher Art und jeglicher Oberflächenstruktur dar, das sich ebenso auf Sumpfboden wie

auf gewachsenem Fels mit niuher Oberfläche oder mif Beton einsetzen !8Ot und in jedem FnIIe bei einfachem Aufbau und zuverlässiger Betriebsweise eine Einkopplung von seismischer Energie in den Uniergrund mit hohem Wirkungsgrad und bei ineßtechnisch interessanten Frequenzen ermöglicht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen im einzelnen gekennzeichnet.

In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eine«, to Ausführungsbeispiels veranschaulicht; dabei zeigt

F i g. 1 einen Generator zum Erzeugen seismischer Schwingungen in einer teilweise aufgeschnittenen Seitenansicht.

F i g- 2 die Deckplatte und den Schurz des Generators von F i g. 1 in Unieransicnt und

F i g. 3 den Generator von F i g. 1 bei Anbringung an einem Luftkissenfahrzeug, das zwei solcher Generatoren trägt.

Der in F i g. 1 und 2 dargestellte Generator 10 dient ao zum Erzeugen seismischer Energie und zum Übertragen und Einkoppeln dieser Energie in Komi von seismischen Schwingungen in den Uniergrund, der in F i g. I durch seine Geländeoberfläche 12 wiedergegeben ist Die wesentlichen Bestandteile des Generators IO sind as eine Deckplatte 14 mit einer Oberseite 16, einer Unterseite 18 und einem Außenrand 20, ein Schurz 22. der rund um einen Abschnitt der Unterseite 18 der Deckplatte 14 daran angesetzt ist und gemeinsam damit und mit der Geländeoberfläche 12 eine Luftkammer 24 bildet, eine Einrichtung 26 zum Variieren des Luftdrucks in der Lufikammer 24, welche Einrichtung 26 mit der Deckplatte 14 verbunden ist und in ihrer Funktionsweise weiter unten noch näher erläutert wird, und eine Druckiuftversorgung 28, die zwischen die Deckplatte 14 und die Geländeoberfläche 12, also in die Luftkamnier 24, Druckluft einspeist und so ein Luftkissen 30 entstehen läßt. Die Deckplatte 14 wird über das Luftkissen 30 in einem Abstand 32 oberhalb der Geländeoberfläche 12 getragen und läßt sich durch die Einrichtung 26 in eine Bewegung mit im wesentlichen vertikaler Richtung versetzen, so daß sie unter Einwirkung auf das Luftkissen 30 eine Kraft entstehen läßt, die unter Einkopplung über das Luftkissen 30 auf die Geländeoberfläche 12 übertragen wird.

Die Deckplatte 14 ist aus einem relativ steifen und leichten Material hergestellt, um das Ausmaß ihrer Durchbiegung zu vermindern und ein optimales Maximum an vertikaler Verschiebung als Ergebnis einer bestimmten während des Betriebes des Generators 10 über die Einrichtung 26 an die Deckplatte 14 angelegten Kraft zu erreichen.

Die Druckluftversorgung 28 enthält eine Druckluftquelle 34, die so gebaut ist, daß sie Druckluft mit einem vorgegebenen Druckpegel und einem vorgegebenen Durchsatz abgibt, damit sich das zum Abstützen der Deckplatte 14 im Abstand 32 oberhalb der Geländcoberfiäche 12 erforderliche Luftkissen 30 ausbildet.Die Druckluftquelle 34 ist mit der Deckplatte 14 über ein Paar flexibler Druckluftleiiungen 36 verbunden, von denen jede rund um je eine die Deckplatte 14 durchquerende Durchtrittsöffnung 38 angeschlossen ist, so daß die Druekluftquelle 34 die Druckluft über die Druckluftleitungen 36 und die Durchtrittsöffnungen 38 /wischen der Deckplatte 14 und der Geländcoberflächc 12 in die Luftkammer 24 einspeist.

Der Druckpegel und der Durchsatz der Druckluft können entweder für jede Druckluftleitung 36 getrennt geregelt werden, oder es kann jede Dmekluftleiiung 3f> eine Verlängerung einer gemeinsamen aus der Druckluftquelle 34 mit Druckluft gespeisten Hauptleitung bilden. Die genaue Anzahl der Durchtritts&ffnungen 3β und der Druckluftleitungen 36 sowie ihre räumliche Verteilung über die Deckplatte 14 können für spezielle Anwendungsfälle variiert werden, wobei die Details jeder besonderen Konstruktion so bestimmt werden, daß sich eine gleichförmige Verteilung der das Luftkissen 30 bildenden Druckluft ergibt.

Die Einrichtung 26 umfaßt einen mit der Oberseite 16 der Deckplatte 14 verbundenen Vibrator 40, einen Vibratorantrieb 42 und ein Verbindungskabel 44, das insbesondere bei hydraulischer Ausführung des Vibrators 40 als Schlauchverbindung ausgebildet sein kann. Der Vibrator 40 steht in Antriebsverbindung mit der Deckplatte 14 und bewirkt bei seiner Betätigung deren Verschiebung in vertikaler Richtung. Bei einer Ausführungsform sind der Vibrator 40 und der Vibratorantrieb 42 so gebaut, daß sie eine momentane Stoßkraft erzeugen, welche die Deckplatte 14 eine vorgebbare Strecke in vertikaler Richtung verschiebt, während bei einer anderen Ausführungsform der Vibra* r.r 40 eine Schwingkraft üiif die Deckplatte 14 ausübt, so daß sich diese beispielsweise in vorgebbaren Zeitintervallen um eine vorgebbare Strecke in vertikaler Richtung verschiebt. Der Vibrator 40 selbst kann irgendein Transduktor bekannte: Bauart zum Erzeugen seismischer Energie sein, also beispielsweise hydraulisch, pneumatisch, elektromechanisch oder rein mechanisch arbeiten, wobei die Grundüberlegung stets die ist, daß er der Deckplatte 14 bei seiner Betätigung durch den Viora'.orantrieb 42 in dadurch geregelter Weise eine Bewegung in vertikaler Richtung aufprägen soll.

Der Schurz 22 erstreckt sich ein Stück von der Deckplatte 14 nach abwärts auf die Geländeoberfläche 12 /11, und er besteht aus einem relativ flexiblen Material, so daß er bei etwaigen Berührungen mit der Geländeoberfläche 12 während des Betriebes des Generators 10 nicht beschädigt oder gar zerstört werden kann. Der Schurz 22 vermindert die Leckverluste an Druckluft aus der Luftkammer 24 und wirkt so bei der Aufrechterhaliung des Luftkissens 30 mit.

Während des Bet. iebes des Generators 10 wird in die Luftkammer 24 aus der Druckluflquc'ile 34 Druckluft mit einem Druckpegel und einem Durchsatz eingespeist, die ausreichen, um das Luftkissen 30, das die Deckplatte 14 und die darauf sitzenden Geräte im Abstand 32 von der Geländeoberfläche 12 hält, zu bilden und die Leckverluste an Druckluft zu kompensieren, die allgemein durch einen Luftspalt 46 zwischen dem Schurz 22 und der Geländeoberfläche 12 entweicht. Die Größe der vom Generator 10 erzeugten seismischen Energie steht in Zusammenhang mit der fraktionellen Änderung des Luftvolumens und der resultierenden Druckpegelcnderung in der das Luftkissen 30 bildenden Luft bei Verschiebung der Deckplatte 14 durch die Einrichtung 26 um eine gegebene vertikale Strecke. Angemerkt se. da/u, daß bei zunehmendem Abitand 32, also zunehmender Dicke des Luftkissens 30. eine größere Vertikalverschiebung der Deckplatte 14 erforderlich ist. um eine gegebene Druckpege!änderung zu erzeugen und eine gegebene seismische Kraft auf die Geländeoberflär-he 12 zu übertragen. Da außerdem die an die Geländecberfläche 12 anzulegende seismische Kraft von dem Produkt aus der Druckpegeländerung im Luftkissen 30 und dessen Fläche abhängt, muß die fläche des Luftkissens 30 und folglich auch die Fläche

der Deckplatte 14 für die Ausübung einer größeren seismischen Kraft auf die Gcländcoberfläche 12 unter der Annahme einer konstanten Druckpcgcliindcrung im Luftkissen 30 proportional zur gewünschten Kraftvergrößerung ebenfalls vergrößert werden. Die vorstc- !> hendi erläuterten allgemeinen Zusammenhänge bestimmen zusammen mit anderen Konstruktionsüberlegungen wie Gestehungskosten, Fertigungsschwierigkcilcn und der Anbringung weiterer Geräte ganz allgemein die spezielle Größe. Form und Materialauswahl für den in Bau der Deckplatte 14. Die Fläche des das Luftkissen 30 bildenden Teils der Deckplatte 14 ist jedoch groß genug, um bei einem gegebenen statischen Druckpcgcl für das Luftkissen 30 das statische Gewicht des Generators 10 tragen zu können.

Die Druckluftquelie 34 und der Vibratorantrieb 42 können auf der Deckplatte 14 abgestützt sein oder auf einem getrennten Trägerfahrzeug sitzen, das außerdem die primäre Antriebskraft für den Transport und die Einstellung eines oder mehrerer Generatoren 10 auf- ao bringt. In diesem Fall braucht bei der Konstruktion des Generators 10 selbst keine Rücksicht auf die Abstützung des zusätzlichen Gewichts der Druckluftquelie 34 und des Vibratorantriebs 42 genommen zu werden, und es ist dann kein entsprechender Konstruktionskonipro- sts miß erforderlich.

Ein solches Trägerfahrzeug 50 ist in F i g. 3 schematisch veranschaulicht, wobei dieses Trägerfahrzeug 50 als Luftkissenfahrzeug ausgebildet ist. Das dargestellte Trägerfahrzeug 50 besitzt eine Hauptluftversorgung 52. ;jo die eine in der Zeichnung selbst nicht dargestellte, durch eine Basisplatte 54 und einen diese umgebenden Schurz 56 gebildete Luftkammer mit Druckluft speist. Die Hauptluftversorgung 52. die im typischen Falle durch einen Kompressor oder ein Gebläse gebildet wird, schafft über die Druckluft in der Luftkammer ein das Trägerfahrzeug 50 tragendes Luftkissen.

Am Trägerfahrzeug 50 sind über Ausleger 58 und 60 zwei Generatoren 10« bzw. 106 für die Erzeugung seismischer Schwingungen aufgehängt, die in Bp.'j und Betriebsweise dem oben in Verbindung mit den Darstellungen in F i g. I und 2 beschriebenen Generator 10 entsprechen. Die Ausleger 58 und 60 sind auf dem Trägerfahrzeug 50 beweglich montiert und können jeweils auf einer Seite davon darüber hinuusgeschwcnkt werden. Dabei hängen die Generatoren 10a und 106 jeweils am Ende eines Tragkabels 62 und lassen sich über den jeweiligen Ausleger 58 bzw. 60 in vorgebbare Stellungen oberhalb der Gcländeoberfläche bringen.

Die Hauptluftversorgung 52 liefert zugleich auch die Druckluft für eine Druckluftquelie 34a für die Generatoren 10« und 10b, die ebenso wie ein Vibratorantrieb 42«·) für die Vibratoren 40 der Generatoren 10« und 10b auf dem Trägerfahrzeug 50 angeordnet ist und davon getragen wird. Für die Verbindung der Druckluftquelle 34« mit den Luftkammern 24 der Generatoren 10« und 10b morgen Druckluftleiiungcn 36. und der Vibratorantrieb 42a ist mit den Vibratoren 40 über Verbindungskabei -14 verbunden.

An Stelle der nach F i g. 3 für einen bestimmten Anwcndungsfall dargestellten zwei Generatoren 10« und 10b können natürlich auch mehr Generatoren gleichet Art vorgesehen sein, die alle vom gleichen Trägerfahr zeug 50 getragen werden und über die darauf angeord ncte Druckluftquelle 34« mit Druckluft und über der Vibratorantricb 42« mit Antriebskraft für ihre Vibrato ren 40 versorgt werden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

1. Patentansprüche:

   L Generator zum Erzeugen seismischer Schwingungen, insbesondere für einen Einsatz in Gelände s mit nachgiebiger Oberfläche, mit einer nach der Geländeoberfläche zu offenen Luftkammer, die ein durch eine über mindestens eine oberseitige öffnung der Luftkammer angeschlossene Druckluftquelle aufrechterhaltenes Luftkissen enthält, und mit einer Einrichtung zum Variieren des in der Luftkammer herrschenden Luftdruckes im Takte der zu erzeugenden seismischen Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (26) zum Variieren des Luftdruckes in der Luftkam- ,15 mer (24) eine deren Oberseite bildende, von einem Vibrator (40) zu einer zur Geländeoberfläche (12) im wesentlichen senkrechten Bewegung anregbare Deckplatte (14) aufweist.
2. 2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ao zeichnet, daß üie Deckplatte (14) mindestens einen Teil der Druckluftquelle (34; 34a) und einer Bewegungseinrichtung (26) für ihre eigene Bewegung relativ zur Geländeoberfläche (12) trägt.
3. 3. Generator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch »5 gekennzeichnet, daß an die Unterseite (18) der Deckplatte (14) ein nach unten gerichteter Schurz (22) angesetzt ist.
4. 4. Generator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schur/ (22) aus relativ flexiblem Material beste! t.
5. 5. Generator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schu/z (22) in der Betriebsstellung des Generaio-s (^ 0; 10a, lOi») oberhalb der Geländeoberfläche (12) endet.
6. 6. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckplatte (14) kreisförmig ausgebildet ist.
7. 7. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckplatte (14) mittels des Vibrators (40) und eines Vibratorantriebs (42) eine Stoßkraft aufprägbar ist.
8. 8. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckplatte (14) mittels des Vibrators (40) und eines Vibratorantriebs (42) eine Vibrationskraft aufprägbar ist.
9. 9. Generator nach einem, der Ansprüche I bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluftquelle (34; 34a) Druckluft mit vorgebbarem Durchsatz und vorgebbarem Druck an die Luftkammer (24) abgibt.