DE2420781C2

DE2420781C2 - Transportabler seismischer Wandler

Info

Publication number: DE2420781C2
Application number: DE2420781A
Authority: DE
Inventors: John William Plano Tex. Bedenbender; Gilbert Huggins Dallas Tex. Kelly
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1973-04-30
Filing date: 1974-04-29
Publication date: 1985-05-09
Also published as: DE2420781A1; IT1004300B; FR2227540A1; US3929206A; AU6815374A; FR2227540B1; CA1034679A; EG11483A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen transportablen seismischen Wandler gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solcher seismischer Wandler ist aus der US-PS 06 391 bekannt Bei diesem bekannten Wandler isl die Transportvorrichtung ein Lastwagen, der die Vibratorbaugruppe trägt, die von dem Lastwagen zu einem ausgewählten Ort gefahren werden kann, an dem seismische Untersuchungen durchgeführt werden sollen. Nach Ankunft bei einem solchen Ort wird die Grundplatte mit Hilfe einer hydraulischen Hubvorrichtung abgesenkt, bis sie die Erdoberfläche berührt. Der Lastwagen wird dann mit Hilfe der hydraulischen Hubvorrichtung auf die Grundplatte gehoben, so daß auf diese eine Niederhaltekraft ausgeübt wird. Bei dem bekannten seismischen Wandler wird der Vibrator mit hydraulischen Mitteln dann in Schwingungen versetzt, die über die Grundplatte in den Erdboden geleitet we.dcn. Mit Hilfe von Schwingungsaufnehmern, die an vom seismischen Wandler entfernten Stellen der Erdoberfliichc an-

gebracht sind, können Reflexionssignale gewonnen werden, die Aufschluß über die am jeweiligen Untersuchungsort herrschenden geologischen Bedingungen geben.

Der aus der US-PS 33 06 391 bekannte Wandler enthält eine Synchronisierungsanordnung, mit deren Hilfe eine genaue Synchronisierung der Bewegung der Hubsäulcn erreicht wird, damit eine einseitige Belastung der Hubsäulen und deren mögliche Zerstörung vermieden wird, wenn die seismische Exploration in unebenem Gelände durchgeführt wird Die Synchronisierung wird beim bekannten Wandler mit rein hydraulischen Mitteln gelöst, indem ein hydraulischer Druckausgleich zwischen den Hydraulikzylindern geschaffen wird, die die Hubsäulen betätigea Die hydraulische Synchronisierung führt jedoch zu einer noch größeren Kompliziertheit der bereits aufwendigen hydraulischen Betätigungseinrichtungen für den Vibrator, die im Hinblick auf die Zuverlässigkeit und Robustheit des gesamten Explorationsfahrzeugs vermieden werden sollte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen transportablen seismischen Wandler der geschilderten Art zu schaffen, mit dem aufgrund einfacher und zuverlässig arbeitender Mittel eine einwandfreie Syiichronisierung der Anhebe- und Absenkbewegungen der Hubsäulen erzielt wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Die beim erfindungsgemäßen Wandler angewendete Synchronisierungsvorrichtung besteht ausschließlich aus einfachen mechanischen Bauteilen, die äußerst zuverlässig arbeiten, was gerade bei einem Explorationsfahrzeug im Feldeinsatz einen besonders großen Vorteil darstellt Mittels der Synchronisierungswelle wird bei einer auf einen unebenen Untergrund zurückzuführenden ungleichmäßigen Belastung der Hubsäulen jeweils eine Ausgleichskraft auf die weniger belastete Hubsäule übertragen, so daß eine Beschädigung oder gar Zerstörung einer der Hubsäulen mit Sicherheit vermieden werden kann.

Aus der US-PS 31 06 982 ist ein transportabler seismischer Wandler oekannt, bei dem zum Betätigen des Vibrators ein Hydrauliksystem Anwendung findet. Bei diesem Wandler muß das Hydrauliksystem relativ leistungsstark ausgebildet werden, damit es die bei den niedrigen Schwingungsfrequenzen aufzuwendende Energie liefern kann. Bei höheren Schwingungsfrequenzen würde auch bereits ein weniger leistungsstarkes Hydrauliksystem ausreichen. Die in den Unteransprüchen gekennzeichneten vorteilhatten Weiterbildungen der Erfindung, die das zum Betätigen des Vibrators eingesetzte Hydrauliksystem betreffen, ermöglichen es, ein weniger leistungsstarkes Hydrauliksystem zu verwenden, da der in Betriebsphasen mit hoher Schwingungsfrequenz aufgeladene Hochdruckakkumulator die in den Betriebsphasen rrit niedriger Schwingungsfrequenz erforderliche zusätzliche Energie liefern kann.

Bei der Anwendung des mit Hilfe der Erfindung geschaffenen Wandlers hat sich gezeigt, daß bei Verwendung einer Hydraulikpumpe und eines Antriebsmotors mit gleicher Größe wie bei bekannten Wandlern die Schwingungsamplitude des Vibrators etwa verdoppelt werden kann, was eine Erhöhung der Amplitude des seismischen Signals zur Folge hat.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines auf einem vierrädrigen Geländefahrzeug angebrachten seismischen Wandlers,

F i g. 2 eine Draufsicht auf den Wandler von F i g. 1,

F i g. 3 eine Stirnansicht eines seismischen Wandlers,

F i g. 4 einen Teilschnitt des Wandlers längs der Linie 4-4 von F i g. 2,

F i g. 5 eine Teilansicht, bei der Teile weggebrochen dargestellt sind, damit Einzelheiten einer der hydraulischen Hubvorrichtungen erkennbar sind,

F i g. 6 eine Schnittansicht der hydraulischen Hubvorrichtung von F i g. 5 längs der Linie 6-6 von F i g. 5,

F i g. 7 eine Teilansicht der Synchronisierungs- und Steueranordnung der hydraulischen Hubvorrichtung^

F i g. 8A und 8B schematische Diagramme eines Hydrauliksystems für die Wandleranordnung gemäß einer Ausführungsform,

F i g. 9 eine Schnittansicht des Hochdruckakkumulators, der in dem in F i g. 8 schematisch dargestellten Hydrauliksystem verwendet wird,

Fig. 10 eine schematische Darstellurjg der elektronisehen Steuereinheit des seismischen Wandlers,

F i g. 11 ein schematisches Modell des Wandlers,

Fig. 12 ein Diagramm, in dem die //forderliche hydraulische Strömungsmenge über der BetHebsfrequenz des Wandlers aufgetragen ist,

Fig. 13 ein Diagramm, in dem die Strömungsmenge über der Zeit bei einer festen Frequenz aufgetragen ist,

Fig. 14 eine Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Frequenzdurchläufe,

F i g. 15 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs der hydrauüschen Strömungsmenge bei einem Aufwärtsdurchlauf,

Fig. 16 ein Diagramm, in dem der zeitliche Verlauf der Verteilung der hydraulischen Strömungsmenge dargestellt ist, und

F i g. 17 ein Diagramm, in dem das erforderliche Strömungsvolumen aus dem Hochdruckakkumulator über der Durchlaufgeschwindigkeit aufgetragen ist

Der in der Zeichnung dargestellte transportable seismische Wandler enthält nach F i g. 1 als Transportvorrichtung ein Fahrzeug 10 mit Vorderrädern 12 und Hinterrädern 14, die ein allgemein aus U-Rahmenprofilen 16 und einer Kabine 18 bestehendes Fahrgestell sowie einen nerkömmlichen Motor 20 tragen. Der Motor 20 ist zum Antreiben der Hinterräder 14 über eine herkömmliche Antriebsverbindung einschließlich einer Antriebswelle 22 verbunden.

Eine Vibratorbaugruppe 24 (F i g. 3) sitzt zwischen den Vorder- und Hinterrädern, und sie ist mit Hilfe einer später noch zu beschreibenden Hubanordnung 26 mit so den Rahmenprofilen 16 des Fahrzeugs 10 verbunden. Wie in den F i g. 1 und 2 dargestellt ist, können an den Rahmenträgern 16 ein. Antriebsmotor 28, eine Haupthydraulikpumpe 30, ein Hochdruckakkumulatorsystem 32, ein Niederdruckakkumulatorsystem 34 (Fig.2), ein HycVaiiwktnitteltank 36, ein Hydraulikmittelkühler 38 und zugehörige Hydraulikleitungen angebracht sein.

Die Vibratorgruppc 24 (F i g. 3) enthält eine Grundplatte 40, die in irgendeiner geeigneten Weise so hergestellt sein kann, daß sie eine ebene untere Grundfläche für eine Einwirkung auf die Erdoberfläche aufweist. Ein Rahmen 42 aus vier vertikal angebrachten Rahmenteilen 44 erstreckt sich von der Grundplatte 40 aus nach oben zu einer oberhalb der Antriebswelle 22 liegenden Stelle. Die unteren Hälften der vier Rahmenieile 44 sind mit Hilfe von Eckversteifungsplatten 46 verstärkt. Mit den vier vertikalen Te^:len des Rahmens 42 sind Bodenplatten 48 verbunden; der Rahmen ist mit Hilfe von Bolzen oder auf andere Weise an der Grundplatte 40

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befestigt. An der Oberseite der Rahmenteile 44 sind Deckplatten 50 angebracht, wobei Eckversteifungsplatten 52 eingefügt sind.

Von sich überschneidenden U-Profilteilen 56 ist ein oberes Kreuzglied 54 gebildet. Die Außenenden der U-Profile 56 sind mit Hilfe von Bolzen 58 an ihren entsprechenden Deckplatten 50 befestig. Ein unteres Kreuzglied 60 ist ebenso aufgebaut wie das obere Kreuzglied 54; es besteht also ebenfalls aus sich überschneidenden U-Profilteilen 62, deren Außenenden mit Stellen zwischen den vier Wandlerrahmen verschweißt sind, die die vertikalen Rahmenteile 44 bilden. Die Überschweißungspunkte der oberen und unteren Kreuzglieder 54 bzw. 60 können die Enden eines Doppelstangenendkoibens 64 aufnehmen. Die oberen und unteren Enden der Stangen des Kolbens 64 sind an den Überschneidungspunkten der Kreuzteile 54 und 60 mit Hilfe mehrerer Bolzen oder Schrauben 66 befestigt.

Der Doppelstangenendkolben 64 weist einen Kolben 70 (F i g. 4) auf, der in einem Zylinder 72 liegt, der innerhalb einer Reaktionsmasse 74 gebildet ist. Der Kolben 70 und der zugehörige Zylinder 72 bilden zusammen den eigentlichen Vibrator. Der Kolben 70 ist mit herkömmlichen Kolbenringen 76 versehen, damit eine gleitende, Strömungsmitteldichte Abdichtung mit der Innenseite des Zylinders 72 gewährleistet wird. Auf die beiden Seiten des Kolbens 70 wird abwechselnd ein Hydraulikmittel in den Zylinder 72 eingeführt; dazu wird eine Steuervorrichtung, beispielsweise ein mit vier Durchlässen versehener üblicher Steuerschieber 78 verwendet, der Hochdrucköl abwechselnd durch obere und untere Hydraulikdu; chlässe 80 und 82 lenkt. Das Hochdrucköl wird dem Steuerschieber über eine Hochdruckleitung 71 zugeführt; das Niederdrucköl strömt durch den Durchlaß 73 aus dem Steuerschieber. Die Durchlässe 71 und 73 sind über Schläuche an einen Leitungsanschluß 232 (Fig. 1) angeschlossen, der außerhalb der Reaktionsmasse 74 liegt. Es ist zu erkennen, daß auf diese Weise bei der Einführung des Hydrauükmitteis durch den unteren Durchlaß 82 in den Zylinder 72 (Fig.4) unterhalb des Kolbens 70 die Reaktionsmasse 74 bezüglich des Kolbens 70 und somit auch bezüglich der Grundplatte 40 nach unten getrieben wird. Umgekehrt wird die Reakiionsmasse 74 bei einer Einführung des Hydraulikmittels über den oberen Durchlaß 80 in den Zylinder über dem Kolben 70 nach oben getrieben. Wenn die Reaktionsmasse 74 nach unten getrieben wird, wird auf die Grundplatte 40 eine nach oben gerichtete Reaktionskraft ausgeübt, während auf die Grundplatte 40 eine nach unten gerichtete Reaktionskraft ausgeübt wird, wenn die Reaktionsmasse nach oben getrieben wird. Die Menge des in den Zylinder 72 eingeführten Hydraulikmittels wird so gesteuert, daß die Reaktionsmasse 74 in Schwingungen versetzt wird, die variierende Frequenzen in einem gegebenen Frequenzbereich eines Durchlaufs erzeugen.

Im Normalbetrieb wird die Hin- und Herbewegung der Reaktionsmasse 74 (F i g. 3 und F i g. 4) in der Mitte zwischen den oberen und unteren Kreuzgliedern 54 bzw. 60 mit Hilfe eines linearen variablen Differentialwandlers zentriert gehalten, dessen (nicht dargestellte) elektrische Spulen in einer dafür vorgesehenen Ausnehmung in der Reaktionsmasse 74 angebracht sind. Diese Spulen umgeben einen (nicht dargestellten) Kern, der am unteren Kreuzglied 60 befestigt ist. Das elektrische Ausgangssignal des Differentialwandlers 84 wird einer später noch zu beschreibenden elektronischen Steuereinheit (Fig. 10) zugeführt. Eine zusätzliche Halterung für die Reaktionsmasse wird von zwei Stüt/sirebcnvor richtungen 90 gebildet, die in der Reaktionsmasse 74 befestigt sind. Jede Stützstrebenvorrichtung (Fig. 4] enthält einen Zylinder 92, dessen oberes Ende an einer hydropneumatischen Akkumulator 94 angeschlossen ist Der Akkumulator ist mit Hilfe eines geeigneten Gases beispielsweise mit Stickstoff, unter einen Druck vor 103 bar gesetzt. Im Zylinder 92 ist ein stangenartiger Kolben 96 angebracht, der ein Lagerende 98 aufweist

to das mit einer am unteren Kreuzglicd 60 befestigten Anschlagplatte in Eingriff steht. Das Volumen des Zyün ders 72 über dem stangenartigen Kolben 96 und der ölraum des Akkumulators sind mit öl gefüllt und übet eine (nicht dargestellte) Durchführung mit dem Hoch· druckdurchlaß 71 verbunden. Es tritt eine beträchtliche konstante Kraft auf, die zum zentrieren der Reaktionsmasse um den Kolben 70 (F i g. 4) beiträgt. Zum Schul/ gegen die Möglichkeit, daß die Reaktionsmassc 74 in eine außermittige Lage gerät und gegen das obere oder das untere Kreuzglied schlägt, sind trotzdem noch Pufferbolzen 102 (F i g. 4) von zwei Stoßdämpfern 104 vorgesehen, die von der oberen und der unteren Fläche der Reaktionsmasse 74 abstehen, damit sie auf die oberer und unteren Kreuzglieder 54 bzw. 60 einwirken unc jede Anschlagkraft der Reaktionsmasse abdampfen unc vernichten.

Damit die Reaktionsmasse 74 daran gehindert wird sich up,t den Kolben 70 zu drehen, sind an denjcniger zwei Rabmenteilen 44, die bei einer Drehung der Rcak tionsmasse 74 an deren Rändern angreifen, zwei Anti drehplatten 105 befestigt. Die Rahmenteile 4 und die Antidrehplatten 105 wirken somit als Drehanschlagtcilt für die Reaktionsmasse 74.

Die Vibratorbaugruppe 24 ist mit Hilfe der synchroni sierten hydraulischen Hubanordnung 26 (Fig. 1. 2 unc 5) mit den Rahmenprofilen 16 des Fahrzeugs verbunden Die Hubanordnung enthält zwei gleichartige Hubsäuler 107 und 109. die auf beiden Seiten der Vibratorgruppc angeordnet sind, jede Hubsäuie ist in einer Lagcrbüeh senanordnung 110 angebracht, die an den Rahmenprofi len 16 befestigt ist. Da die Hubsäulen und die Lagerbüchsenanordnungen gleichartig aufgebaut sind, muC hier nur eine beschrieben werden. Die Lagcrbüchscnan Ordnung MO(Fig.5 und6)enthält ein erstes Paareinan der gegenüberliegender Platten 112. die parallel /u der Rahmenprofilen 16 verlaufen; ferner enthält sie eir zweites Paar einander gegenüberliegender Platten 114 die senkrecht zu den Rahmenprofilen 16 verlaufen. Die Platten 114 ragen über die Platten 112 hinaus, dami Laschenabschnitte 114a und 1146 entstehen. Die La schenabschnitte 114a sind mit Winkeleisen 116 verbolzt die mit Hilfe von Bolzen oder durch Schweißen si rr ar einem der Rahmenprofile 16 des Fahrzeugs befestig sind. Die Laschenabschnitte 1146 und die Winkeieiser 118, die an der Platte 120 befestigt sind, tragen Eckvcr steifangsteile 121, die zum Stützen des Gehäuses 15< von diesem Gehäuse nach oben ragen. Die Winkeieiser 116 sind mit einer U-Profiischiene 119 versehen, di( zwischen ihnen befestigt ist. damit sie zwei nicht angc

ho triebenc Kettenräder 122 und 124 in vertikalem Ab stand voneinander und in einer Linie zueinander licgcnt halten, die für eine Hubsynchronisierungsanordnunj vorgesehen sind, die unten noch beschrieben wird. Teilt der U-Profilschiene 119 und der Winkeleisen 116 sine abgeschnitten, damit Öffnungen zum Zuführen einei Kette (F i g. 7) zu den Kettenrädern 122 und 124 entste hen.

Die hydraulische Hubsäule enthält einen hydrauli

sehen Hubzylinder 126, der verschiebbar in einer Lagerbuchse 106 angebracht ist, die ein Teil der Lagerbüchscnanordnung 110 ist. Der Hubzylinder 126 ist mit Hilfe einer Schwingungsisolierungsvorrichtung 128 (Fig. I und 3) an seinem unteren Ende bei einer Seite der Grundplatte 40 befestigt. Die Schwingungsisolierungsvorrichtung ermöglicht das Anwenden einer statischen Nicdcrhaltelast auf die Grundplatte 40, während sie ein freies vertikales hin- und her bewegen der Grundplu'.ie bezüglich des Fahrzeugs zuläßt, damit das Fahrzeug vom schwingenden Aufbau isoliert wird und damit von den vertikalen Hubzylindern 126 eine Zugkraft auf die Grundplatte 40 ausgeübt wird, so daß die Wandleranordnung 24 für den Transport aufgehoben werden kann. Jede Schwingungsisolierungsvorrichtung 128 enthält zwei untere Stützen 132 zum Tragen von zwei Luftfedern 136 und zum Tragen eines oberen Lagerschuhs 140. Der obere Lagerschuh 140 wirkt mit seiner Unterfläche auf die oberen Enden der Luftfedern 136 ein, und seine Oberfläche ist mit dem hydraulischen Hubzylinder 126 verbunden. Damit eine seitliche Verschiebung des Hubzylinders 126 bezüglich der Grundplatte wegen einer seitlichen Bewegung der Luftfedern 136 verhindert wird, sind an den Enden der Schwingungsisolationsvorrichtung 128 drei Zugstangen 142, 144 iird 145 angebracht, jede der Zugstangen 142, 144 und 145 ist mit einem Ende gelenkig an der Grundplatte 40 und mit dem anderen Ende gelenkig am Lagerschuh 140 bei dessen Außenrand befestigt. Damit die Belastung während des Anhebens der Grundplatte 40 von den Luftfedern genommen wird, sind bei jeder Luftfeder an den .^ceiten des Lagerschuhs 140 und an der Grundplatte 40 zwei Ketten 146 befestigt.

Der Hubzylinder 126 ist in dem Gehäuse 150 befestigt, das bei der Lagerbüchsenanordnung 110 endet und zusammen mit der Lagerbüchsenanordnung 110 am Rahmenprofil 16 des Fahrzeugs befestigt ist. Das obere Ende des Gehäuses 150 ist mit Hilfe einer angeflanschten Ringkappe i54 abgeschlossen, in der die Stange 156 des Hubzylinders 126 angebracht ist. Die Stange 156 wird mit Hälfe eines Gelenkbolzens 160 an ihrer Stelle gehalten, die das Gehäuse 150 und die Kappe 154 durchdringt und dort mit Hilfe von Halteringen 162 festgehalten ist. An der Stange 156 ist ein (nicht dargestellter) Kolben im Zylinder 164 des Hubzylinders 126 befestigt In den Hubzylinder wird oberhalb und unterhalb des Kolbens Hydraulikmittel eingeführt, damit der Hubzylinder 126 entweder nach unten zum Absenken der Grundplatte 40 und zum Abheben des Fahrzeugs vom Boden oder nach oben zum Anheben der Grundplatte gedrückt wird.

Die oben beschriebene Hubanordnung macht also von einem Hubzylinder Gebrauch, der auch als Lastträgersäule verwendet wird. Bei früheren Hubsystemen wurde ein hydraulischer Hubzylinder verwendet, der getrennt von der Hubsäule exzentrisch dazu angebracht war. Ein derartiges früheres Hubsystem ist in der US-PS 33 06 391 beschrieben. Die unten beschriebene Hubsynchronisierungsanordnung kann entweder zusammen mit bekannten Hubzylinder- und Hubsäulenanordnungen oder mit der hier beschriebenen Hubzylinderanordnung verwendet werden.

Die mechanische Synchronisierungsanordnung dient der Synchronisierung des Betriebes der hydraulischen Hubsäulen, also des Anhebens und Absenkens der beiden Enden der Grundplatte 40. Es sei bemerkt, daß sich eine ungleichmäßige Verteilung der Absenkkraft und der Niederhaltekraft an den hydraulischen Hubsäulen ergibt, wenn die Grundplatte 40 auf einem unebenen Untergrund aufsitzt oder wenn ein Teil der Grundplatte auf einem vorstehenden Felsen oder einem Klotz aufliegt. Wenn diese ungleichmäßige Kraft nicht ausgeglichen wird, dann übernimmt eine hydraulische Hubsäule einen größeren Anteil der zum Anheben des Fahrzeugs erforderlichen Arbeit; eine derartige ungleiche Belastung könnte zu einem Festfressen der Hubsäulen führen. Eine Funktion der mechanischen Synchronisierungsanordnung besteht darin, die Betriebskräfte der hydraulischen Hubsäulen auszugleichen.

Die mechanische Synchronisierungsanordnung enthält für jede Hubsäule eine Kettenantriebsanordnung, die mit einer Synchronisierungswelle 166 (Fig. 7) gekoppelt ist, die an den vertikalen Rahmenprofilen 16 befestigt ist. Da die beiden Kettenantriebsanordnungen gleichartig aufgebaut sind, wird hier nur eine beschrieben. Die Kettenantriebsanordnungen enthalten: die nicht angetriebenen Kettenräder 122 und 124, die, wie oben bereits erwähnt wurde, in der Lagerbüchsenanordnung 110(Fi g. 5) für die Hubsäulen befestigt sind, ein an einem Ende der Synchronisierungswelle 166 befestigtes Kettenrad 168 (Fig.7), eine erste einstellbare Kettenhalteklemme 170, die fest am oberen Ende des Hubzylinders 126 in einer Linie mit den Kettenrädern 122 und 124 angebracht ist, eine zweite einstellbare Kettenhalteklemme 172, die am unteren Ende des Hubzylinders am oberen Lagerschuh 140 befestigt ist, sowie eine Kette 174. Die Synchronisierungswelle 166 ist in den Rahmenprofilen 16 hinter der Hubanordnung und auf der Mittellinie zwischen den Kettenrädern 122 und 124 gelagert, wobei das Kettenrad 168 hinter den nicht angetriebenen Kettenrädern zwischen ihnen angebracht ist. Ein Ende der Kette 174 ist an der ersten Kettenhalteklemme 170 befestigt; sie läuft längs des Gehäuses 150, um das Kettenrad 122, längs des vertikalen Abschnitts des Rahmenprofils 16, um das Kettenrad 168 zurück längs des vertikalen Teils des Rahmenprofils 16, um das Kettenrad 124 und schließlich längs der Kübsäuic zur unteren Kettenhalteklemme 172.

Es ist zu erkennen, daß bei der Ausstattung jeder hydraulischen Hubsäule mit der oben beschriebenen Kettenantriebsanordnung, die Hubsäule, die ein gegenüber dem von der anderen Hubsäule getragenen Gewicht überschüssiges Gewicht trägt, über das Kettenrad 168 eine Ausgleichskraft oder ein Ausgleichsmoment auf die Synchronisierungswelle ausübt und über die Kettenantriebsanordnung zur anderen Hubsäule überträgt, damit die Hubsäulenbewegung synchronisiert und die Lasten zwischen den Hubsäulen ausgeglichen werden.

Die mechanische Synchronisierungsanordnung enthält eine nur auf einer Seite des Fahrzeugs angebrachte Hubsteuervorrichtung, die einen oder zwei Steuernok· ken enthält, die zur Steuerung des Betriebs der hydraulischen Hubeinheiten mit einem oder mit mehreren Schaltern zusammenwirken können. Die in F i g. 7 dargestellte Hubsteuervorrichtung enthält drei Steuernokken 176, 178 und 180 und drei Grenzschalter 182, 184 und 186. Die Steuernocken 176, 178 und 180 sind auf dem Abschnitt der Kette 174 angebracht, der sich zwischen dem Kettenrad 168 und den Kettenrädern 122 und 124 erstreckt; sie sind mit Armen versehen, die im Abstand voneinander von der Kette abstehen, damit sie auf die drei Grenzschalter 182,184 und 186 einwirken. Die Grenzschalter sind längs einer vertikalen Linie auf einem ü-Profiiteii 188 befestigt, das seinerseits bei der am dichtesten bei den Kettenrädern 122 und 124 liegen-

den Seite des KettenradtJ 168 an einem der Rahmenprofile 16 befestigt ist. Jeder der Grenzschalter 182 bis 186 ist mit einem Schwenkhebel ausgestattet, die jeweils nach außen gerichtet im Abstand voneinander so liegen, daß an den Enden der Schwenkhebel befestigte Rollen auf die entsprechenden Steuernocken 176 bis 180 zur selektiven Einwirkung auf diese Steuernocken ausgerichtet werden. Die Steuernocken 176 bis 180 sind an der Kette 174 typischerweise folgendermaßen angebracht: Wenn sich die Hubanordnung in der voll angehobenen Stellung befindet, dann liegt der Steuernocken beim Kettenrad 122, der Steuernocken 178 liegt beim Kettenrad 168 und der Steuernocken 180 liegt unmittelbar vor dem Steuernocken 178. Der Steuernocken 176 ist bezüglich des Grenzschalters 182 so angeordnet, daß eine Bewegung des Steuernockens 176 um eine vorgeschriebene Strecke des Hubwegs (etwa um 38 cm) von der voll angehobenen Stellung aus den Grenzschalter 182 betätigt, damit die Grundplatte 40 um ein gewünschtes Stück vom Boden abgehoben wird. Wenn sich der Steuernocken i76 in dieser Sieiiutig beiiiuiei, wird eine minimale Grundplattenanhebung erzielt; zur Erhöhung des Abstandes der Grundplatte vom Boden wird der Steuernocken 176 gegen das Kettenrad 168 bewegt. Der Steuernocken 178 und der Grenzschalter 184 können als Steuernocken und Grenzschalter für die Sperrung des Schwingungsdurchlaufs bezeichnet werden. Eine weitere Hubbewegung (um etwa 13 cm) von der voll angehobenen Stellung aus bringt den Steuernocken 178 in Kontakt mit dem Grenzschalter 184, damit dieser Schalter betätigt wird und eine elektronische Steuereinheit für den Vibrator frei gibt, nachdem die Grundplatte auf dem Boden aufgesetzt hat und das Fahrzeug teilweise angehoben ist (um etwa 5 cm). Dieser Grenzschalter verringert die Möglichkeit der Aktivierung des Vibrators während sich die Grundplatte in der Luft befindet. Durch bewegen des Steuernockens 178 gegen das Kettenrad 168 wird der Sperrgrenzschal- iv>i tw jyrat^i i/viaiig ι, uuo nviui isv ι ν,ΐιΐν,ι iiivuiiKbivii Grundplattenstellung; wenn der Steuernocken 178 vom Kettenrad 168 wegbewegt wird, wird der Sperrgrenzschalter früher betätigt, das heißt, bei einer höheren Grundplattenstellung. Eine weitere Hubbewegung um etwa 5 cm hat zur Folge, daß der Steuernocken 180 den Grenzschalter 168 betätigt und das Fahrzeug in einem größeren Abstand (etwa 10 cm) über dem Boden anhält. Für ein weiteres Anheben des Fahrzeugs wird der Steuernocken 180 vom Kettenrad 168 wegbewegt, während umgekehrt zur Erzielung einer geringeren Anhebung des Fahrzeugs der Steuernocken 180 in Richtung zum Kettenrad 168 bewegt wird. Der Kettenantrieb kann so konstruiert sein, daß für eine Kettenteilung von 2,5 cm die Bewegung des Steuernockens um ein Glied der Kette zu einer Änderung des Grundplattenhubs um 2,5 cm führt. Für Einstellungen unter 23 cm können alle drei Steuernocken dadurch bewegt werden, daß die Kettenhalteklemmen 170 und 172! an der Oberseite der Hubsäule und am Fußstück eingestellt werden.

Zum Transportieren der Vibratorbaugruppe 24 im nicht durch die hydraulische Hubanordnung unterstützten Zustand sind zwei Halterahmen 190 und 192 (F i g. 1 und F i g. 2) vorgesehen, die die Vibratorgruppe 24 in der angehobenen Stellung halten. Die Halterahmen 190 und 192 sind gleichartig aufgebaut, und sie weisen Rohrglieder auf, die zu einem trapezförmigen oder quadratischen Rahmen zusammengeschweißt sind, bei dem ftine Seite 1S4 ein rohrförrnige;» Achsenglied bildet das gelenkig mit Hilfe von zwei Lagern 196 und 198 mit dem

Rahmenprofil 16 des Fahrzeugs verbunden ist.

Am Wandlerrahmen 42 sind Anschläge 1200 so befestigt, daß sie auf d<\s obere Glied des Haltcrahmcns 190 einwirken und den Wandler 24 in der richtigen Höhe halten. Die Lager 196 und 198 sind am Fahrzeugrahmen so befestigt, daß der drehbare Haltcrahmcn von der Vibratorbaugruppe 24 zurückgezogen werden kann und an der Hubsäule zurückgehalten bleibt, so daß der Betrieb des Vibrators nicht beeinträchtigt wird.

ίο Die hydraulischen Hubsäulcn und der Zylinder 72 des Vibrators werden von einem in F i g. 8 schematisch dargestellten Hydrauliksystem mit Hydraulikmittcl versorgt. Der Aufbau und die Wirkungsweise des Hydrauliksystems werden nachfolgend beschrieben.

Das Hydrauliksystem (Fig. 8) enthält einen hier als Tank 36 bezeichneten Hydraulikmittelbehalter, der mit einem Entlüftungseinfüllstutzen 201 einem Ablaß 20? und einem Saugfilter 204 ausgestattet ist. Eine Ölleitung 206 verbindet den Tank über einen Tanksperrschieber 208 mit einer Vorpumpe 210. Die Vorpumpe 210 kann eine elektrische Pumpe icii'i, die von dci BäiiOTiO lies Fahrzeugs betrieben wird. Die Vorpumpe 210 pumpt Ol in ein Niederdrucksystem, bis das Niederdrucksystem gefüllt ist und unter einem Druck von etwa 10 bar sieht.

der von einem Ladedruckmesser 212 am Armaturenbrett der Fahrzeugkabine 18 gemessen wird. Das Niederdrucksystem ist mit einem auf 10 bar eingestellten Überdruckventil 214 ausgestattet, damit der Druck im Niederdrucksystem auf diesem Betriebswert von 10 bar gehalten wird.

Wenn der Druck in der Niederdruckleitung den Wert von 10 bar erreicht hat, wird der Hauptantriebsmotor 28 gestartet, und die Vorpumpe 210 wird mit Hilfe eines Abschaltdruckschalters 216 für die Vorpumpe automatisch abgeschaltet. Der Antriebsmotor 28 treibt eine Ladepumpe 218, damit der Druck im Niederdrucksystem bei etwa 10 bar gehalten wird. Die Ladepumpe 218 ist mit einem etwa auf 13 bar eingestellten Überdruckventil ΟΟΛ nie -»iicätr»litliA Q/^hiit-^Uf-kri-i/^htiino üiiCO^CI'JII^I

Das von der Ladepumpe 218 geförderte Ol gleicht das systeminterne Ausströmen aus, und der Rest wird über das Überdruckintervall 214 durch das Gehäuse der Pumpe 30 zum Tank 36 abgelassen, wodurch .-inc Kühlung der Pumpe 30 erzielt wird. Die Dreh/.ahl des Antriebsmotors 28 wird dann erhöht, und die Verdrängungssteuereinheit 222 der Pumpe 30 wird in die offene Stellung bewegt, wodurch der Pumpe 30 ermöglicht wird, öl aus dem Niederdrucksystem in ein Hochdrucksystem zu pumpen. Die Verdrängungssteuereinheit 222 ist mit einer Druckübersteuerungsvorrichtung ausgestattet, die auf einen Pumpendruck von 207 bar eingestellt ist. damit der Druck im Hochdrucksystem auf diesem Wert gehalten wird. Sollte der Druck im Niederdrucksystem einmal unter 7 bar fallen, dann wird ein auf 7 bar eingestellter Druckschalter 224 aktiviert, damit der Antriebsmotor 28 abgeschaltet wird. Der Druck im Hochdrucksystem wird am Hauptpumpenausgang mit Hilfe des Druckmessers 226 gemessen, der am Armaturenbrett der Fahrzeugkabine 18 angebracht ist Die Niederdruckseite der Hauptpumpe 30 ist mit dem Ausgang des Niederdrucksystems verbunden. Der Einlaß des Niederdrucksystems wird vom Niederdruckauslaß des Steuerschiebers 78 gebildet. Der Steuerschieber 78 ist am Vibratorzyünder 72 befestigt. Der Niederdruckauslaß des Steuerschiebers 78 ist über einen Abschaltschieber 228 des Vibratorzyiinders mit der Nieuerdrucksciie des Leitungsanschiusscs 232 verbunden. Die Niederdruckseite des Leitungsanschlusses 232 ist

mit einem Hauptpumpen-Prüfschieber 234 ausgestattet, der mit <rer Vorpumpe 210 in Verbindung steht, damit die Vorpumpe 210 das Niederdrucksystem zwar aufladen kann, es jedoch daran hindert, öl aus dem Niederdrucksystem /.ur Vorpumpe 210 zurückzuführen, wenn oas Niederdrucksystem gesperrt ist. Der NiederdruckiiushiU des Lcilungsanschlusses 232 ist an zwei direkt daneben angebrachte Niederdruckakkumulatoren 236 und 238 angeschlossen, die Öldruckstöße am Auslaß des Lcitungsanschlusses entfernen; ferner ist der Niederdruckauslaß mit einem dritten Akkumulator 240 zum Verhindern von Druckstößen verbunden, der beim ölkühler 38 angebracht ist und der rückwärts gerichtete Druckmittelstöße im Niederdrucksystem entfernt, die sich aus der Einführung des Druckmittels in den ölkühler 38 ergeben. Der Akkumulator 240 ist an die Vebindungsstelle zwischen einem Ölkühlereinlaß 241 und einem Kühlerumgehungsschieber angeschlossen. Ein ö¹-kühlcrauslaß 244 ist am Verbindungspunkt zwischen dem üühlerumgehungsschieber 242 und einem weiteren Akkumulator 24b angeschlossen, der der weiteren Dämpfung von Druckmittelstößen im Niederdrucksystem dient. Die Akkumulatoren 236, 238, 240 und 246 sind auf einen Gasdruck von 6 bar aufgeladen, wenn das System nicht unter Druck steht. Der Ausgang des Akkumulators 246 ist an ein Filter 248 angeschlossen, damit Verunreinigungen entfernt werden, die größer als 3 μπι sind. Der Ausgang des Niederdruckfilters 248 ist an die Hochdruckseite der Hauptpumpe 30 angeschlossen. Die Niederdruckseite der Hauptpumpe 30 ist mit einem Öltcmperaturmesser 250 verbunden, der sich am Armaturenbrett der Fahrzeugkabine 18 befindet. Der ölkühler 36 ist mit einem Luftablaßrohr 252 ausgestattet, das an den Tank 36 angeschlossen ist und zum Entfernen von Luft aus dem Hydrauliksystem beiträgt. Der ölkühler 38 weist einen zweiten Ausgang 254 auf, der ebenfalls an das Überdruckventil 214 angeschlossen ist. Das Überdruckventil 214, das auf einen Druckwert von 10 bar eingesieüi lsi. öffnet sich bei erreichen dieses Drückwerts, damit öl aus dem Kühlerausgang 254 durch das Gehäuse der Hauptpumpe 30 in den Tank 36 fließen kann.

Die Hochdruckseite der Hauptpumpe 30 ist mit dem Eingang des Hochdrucksystems verbunden. Das Hochdrucksystem umfaßt den Ausgang der Hauptpumpe, der an ein Filter 256 zur Entfernung von Teilchen mit einer Größe von etwa 3 μπι oder darüber angeschlossen ist. Der Ausgang des Filters ist mit einem Hochdruckprüfschieber 258 verbunden, der auf der Hochdruckseite 260 des Leitungsanschlusses 232 angebracht ist Der Hochdruckprüfschieber dient dazu, Druckmittelstöße aus dem Hochdrucksystem zu entfernen, die zur Pumpe reflektiert werden. Die Hochdruckseite 260 des Leitungsanschlusses 232 ist mit einem Hochdruckakkumulatorsystem 262 (F i g. 8) und mit dem Hochdruckauslaß des Steuerschiebers 78 verbunden; der Steuerschieber 78 steuert das Einführen des unter hohem Druck stehenden Druckmittels in den Zylinder 72 des Vibrators. Der Kolben im Zylinder 72 teilt das Hochdrucksystem vom Niederdrucksystem an einem Ende des Hydrauliksystems ab, und die Hauptpumpe 30 bewirkt die Teilung des Hochdrucksystems vom Niederdrucksystem am anderen Ende des Hydrauliksystems. Die Hochdruckakkumulatoranordnung 262 enthält zwei Akkumulatoren 264 und 266. Diese Hochdruckakkumulatoren 264 und 266 haben ein Nennvolumen von 19 1 Tür das Strömungsmittel und ein Gasvolumen von 18 i. und sie sind so aufgebaut, wie in F i g. 9 dargestellt ist Zur Erhöhung ihres

Gasvolumens sind die hydropneumatischen Akkumulatoren abgeändert, in dem ihre Gasbalgöffnungen an mehrere Gasflaschen 268 angeschlossen sind. Jede Gasflasche hat einen Rauminhalt von etwa 29,500 1. Der Rauminhalt der Gasflaschen 268 und der Gasbälge der Hochdruckakkumulatoren 262 und 264 sind mit einem Gas wie Stickstoff mit einem Druck von 193 bar vor der Betätigung der Hochdruckpumpe gefüllt. Wenn die Pumpe einen über dem Druck der Akkumulatoren Uegenden Druck von beispielsweise 207 bar erzeugt, drückt die Pumpe öl in die ölkammern der Akkumulatoren 264 und 266, damit der Stickstoff in den Bälgen und in den Flaschen auf einen Ausgleichdruck von 207 bar komprimiert wird. Die später noch genauer zu beschreibende Verwendung der Hochdruckakkumulateren und der Stickstoffversorgung stellt ein Merkmal dar, das die hier beschriebene Vibratorbaugruppe von bisher verwendeten Vibratorbaugruppen unterscheidet. Der Öldruck auf der Hochdruckseite 260 des Leitungsanschlusses 232 wird mit Hilfe eines Hochdruckölmessers 27Ö gemessen, der am Armaturenbrett der Fahrzeugkabine 18 angebracht ist. Mit der Hochdruckseite 260 des Leiujngsanschlusses 232 ist ein Umgehungsschieber 272 verbunden, der eine ölströmung vom Hochdrucksystem zum Niederdrucksystem ohne Durchlaufen des Zylinders 272 ermöglicht hat. Der Umgehungsschieber 272 ist geschlossen, wenn die Vibratorbaugruppe in Betrieb ist. Damit das Hochdrucksystem vor einem Zerstörungen hervorrufenden hohen Druck

geschützt wird, ist ein Überdruckventil 273 auf 248 bar eingestellt. Der Ausgang des Überdruckventils 273 ist an die Niederdruckseite des Leitungsanschlusses 232 angeschlossen. Zum Schutz des Niederdrucksystems vor einem zerstörenden Druck ist an die Niederdruckseite des Leitungsanschlusses 232 ein Überdruckventil 274 angeschlossen. Dieses Überdruckventil ist so eingestellt, daß es sich bei einem Druck von 17 bar öffnet, und der Auslaß dieses Überdruckventils ist mit dem Tank 36 verbunden, so daß ein durch dieses Überdruckventil entweichendes öl im Tank gesammelt wird.

Das Hydrauliksystem für die hydraulischen Hubsäulen der Vibratorbaugruppe enthält einen Hubschieber 276, der an einen Hochdruckauslaß des Leitungsanschlusses 232 und an einen einstellbaren Druckreduzierungsschieber 278 angeschlossen ist. Der Druckr-'.duzierungsschieber 278 kann so eingestellt sein, daß öl unter Druck in den unteren Teil der Hubzylinder eingeführt wird, damit den Hubsäulen 107 und 109 ein gewünschter Fahrzeughubdruck zugeführt wird. Aus den Hubsäulen 107 und 109 wird das Öl wieder über den Hubschieber 276 zu einer Niederdrucköffnung des Leitungsanschlusses 232 zurückgeführt. Unter hohem Druck stehendes öl wird auch vom Hubschieber 276 über eine Leitung 280 zur Grundplattenhubseite der Hubzylinder der Hubsäulen 107 und 109 zugeführt.

Der Betrieb der Vibratorbaugruppe wird von einer elektronischen Steuereinheit 282 (Fig. 10) gesteuert, deren Ausgang mit einem Drehmotor 284 des Steuerschiebers 78 verbunden ist. Wegen der im Hydrauüksystern von Fig.8 vorkommenden großen Strömungsmengen ist der Steuerschieber 78 ein dreistufiger Schieber. Die erste Stufe 286, die eine Prallplattenschieberstufe sein kann, ist mit dem Drehmotor 284 und mit der zweiten Stufe 288 verbunden. Die zweite Stufe ist an die dritte Stufe 290 angeschlossen, die von einer verschiebbaren Spindel zum selektiven Einführen von öl in den Zylinder 72 gesteuert werden kann. Die verschiebbare Spindel bewegt sich hin und her, damit der zu den obe-

ren und unteren Abschnitten des Vibratorzylinders 72 führende Hochdruckkanal abwechselnd geöffnet und geschlossen wird, während gleichzeitig die oberen und unteren Abschnitte des Vibratorzylinders 72 zu einem Niederdruckrückströmkanal des Steuerschiebers abwechselnd geschlossen und geöffnet werden. Die Spindel in der dritten Stufe 290 ist an einen linearen veränderlichen Differentialwandler 292 angekoppelt, dessen Ausgangssignal zur elektronischen Steuereinheit 282 zurückgekoppelt wird. Die elektronische Steuereinheit vereinigt die Information aus dem am Vibratorzylinder 72 befestigten Differentialwandler 84 mit der Information aus einem am Wandlerrahmen 42 befestigten (nicht dargestellten) Beschleunigungsmesser, und sie erzeugt ein singestelltes Durchlaufsignal für die richtige Steuerung des Drehmotors 284. Die elektronische Steuereinheit 282 kann einen Funktionsgenerator zur Erzeugung von Frequenzdurchlaufsignalen im Vibrator enthalten; sie kann auch einen Empfänger zum Empfangen von Frequenzdurchlaufsignalen, die außerhalb der Wandleranordnung 10 erzeugt werden, aufweisen.

im Betrieb wird das die Vibratorbaugruppe 24 tragende Fahrzeug 10 zu einer markierten Quellenposition innerhalb eines seismischen Explorationsgebiets gebracht, und das Hydrauliksystem wird folgendermaßen aktiviert: Die elektrische Vorpumpe 210 wird eingeschaltet, damit die Niederdruckseite des Hydrauliksystems auf einen Druck von etwa 10 bar gebracht wird. Je«»t wird der Antriebsmotor 28 gestartet, und die Vorpumpe wird abgeschaltet. Die Hauptpumpe 30 pumpt öl von der Niederdruckseite in die Hochdruckseite, damit die Hochdruckseite auf einen Druck von etwa 207 bar gebracht wird. Wenn der hohe Druck den Wert von 207 bar erreicht hat, ist auf der ölseite der Akkumulatoren 264 und 266 öl angesammelt worden, bis der Druck auf der Gasseite vom Ruhedruck von 193 bar bis auf den Kraftausgleichdruck von etwa 207 bar angestiegen ist; jetzt hat auch der Druck im Leitungsanschluß 232 den Wert 207 bar.

Das unter Druck gesetzte Hydrauliksystem ist nunmehr bereit, die Vibratorbaugruppe zu betätigen. Die hydraulischen Hubsäulen 107 und 109 werden durch öffnen des Hubschiebers aktiviert, wobei öl von der Hochdruckseite des Leitungsanschlusses 232 über die Leitung 280 in die hydraulischen Hubsäulen 107 und 109 fließen kann, damit die Vibratorbaugruppe 24 vom Rahmenträger 190 abgehoben wird. Der Rahmenträger 190 wird dann von der Vibratorbaugruppe 24 weggekippt, damit diese für den Betrieb freigegeben wird. Der Hubschieber 276 wird dann umgelegt, damit öl von der Hochdruckseite des Leitungsanschlusses 232 über den Druckverminderungsschieber 278 zu den Hubsäulen 107 und 109 fließen kann, so daß jetzt die Grundplatte von der angehobenen Stellung bis zur Berührung mit dem Erdboden abgesenkt wird und das Fahrzeug vom Boden abgehoben wird, bis der Steuernocken 180 den Schalter 186 zum Anhalten des hydraulischen Hubsystems auslöst. Wenn die Hubsynchronisierungskette 174 diese Stellung erreicht hat, hat der zum Sperren des Durchlaufs verwendete Steuernocken 178 den zugehörigen Schalter 184 ausgelöst, damit die Vibratorsteuereinheit ausgelöst wird.

Wenn die Grundplatte 40 nun fest vom Fahrzeug niedergehalten wird, führt die elektronische Steuereinheit 282 dem Drehmotor des Steuerschiebers eine Durchliuifinformation zu, damit der Steuerschieber so betätigt wird, daß Öl selektiv in den Zylinder 72 eingeführt wird. Die elektronische Steuereinheit 282 macht von den drei Rückkopplungsschleifen der Fahler 292, 84 und 293 (F i g. 10) Gebrauch, damit der Vibrator entsprechend dem gewünschten Durchlaufsignal betrieben wird. Nachdem nun der Betrieb des Hydrauliksystems allgemein beschrieben worden ist, erfolgt nun eine Beschreibung des Hochdruckakkumulatorsystems sowie der Unterschiede gegenüber herkömmlichen Systemen. Fig. 11 zeigt ein stark vereinfachtes Modell des Schwingungswandlers. Der Ausdruck Fcos (2srft) bczeichnet die Wechselkraft, die vom Hydraulikzylinder zwischen der Reaktionsmasse Mr und der Grundplatte ausgeübt wird; /ist dabei die Frequenz in Hz, und mit / ist die Zeit in Sekunden bezeichnet. Die Bodenimpedanz Zs ist eine komplexe Funktion der Erdeigenschaften und der Frequenz; üblicherweise wird für Konstruktionszwecke jedoch angenommen, daß die Bodenimpedanz zusammen mit der Masse der Grundplatte groß ist, so daß die Grundplatte keine Verschiebung aufweist (Xp=O). Dies ist natürlich nicht genau richtig, doch hai sich gezeigt, daß ein Modell mit der Annahme einer verschwindenden Grundplattenverschiebung für die Angabe der Parameter des HydrauliksysieiTis angebracht ist
Aus F i g. 11 mit der Annahme X_p=0 ist zu erkennen, daß die Verschiebung und die Geschwindigkeit der Reaktionsmasse Mr folgendermaßen ausgedrückt werden können:

Fcosi(2 nft)

[in]

Fsin(2fl/t)
2nJM_K

[in/sec].

Die von dem Hydraulikkolben ausgeübte Kraftamplitude beträgt F=-pA, wenn ρ der Hydraulikdruck in psi und A die Fläche des Hydraulikkolbens in in² sind. Die im Hydraulikkolben zugeführte Strömungsmenge muß betragen:

Das Maximum der Strömungsmenge beträgt:

Q = —^ , [in'/sec].

^Wm<" 2 nfM_R ^l

und die mittlere Strömungsmenge beträgt: Q„„ = 0,636 Q_max inVsec.

Für einen fest vorgegebenen Entwurf sind die Werte von p, A und Mr festgelegt; ein Diagramm der erforderliehen Durchflußmenge Q„_f (oder der Eingangsenergie, die dem Wert von Q_1n proportional ist) hat das in Fig. 12 angegebene Aussehen. Es ist zu erkennen, daß eine Absenkung der niedrigsten Belriebsfrequenz von beispielsweise 10 Hz auf 5 Hz eine doppelt so hohe Eingangsenergie erfordern würde; das bedeutet, daß eine doppelt so große Pumpen- und Motorkapa/ität erforderlich sind.

Bei bisher verwendeten Vibratorbaugruppcn war die Pumpenkapazität Q₁, wie oben erwähnt wurde, ungefähr auf den Wert Qj,_f für die niedrigste gewünschte Bctricbsfrequcnz f\ fest cingeslclll. Zur Erzielung der l)if fcrcnz /wischen dem Wirt Q.,,? und der momentan auf tretenden Spitzenströmungsmenge Q,„.„ wird ein lloch-

druckakkumulator verwendet Das Akkumulatorvolumen wird bei der niedrigsten Betriebsfrequenz bestimmt, wie in Fig. 13 dargestellt ist, in der mit Ti die Periodendauer der niedrigsten Betriebsfrequenz bezeichnet ist Der Akkumulator muß das durch die schraffierte Fläche angegebene Volumen V_a versorgen, da die Pumpe nur die Strömungsmenge Q_arg liefern kann. Dabei wird ein Akkumulator ausgewählt, der dieses ölvolumen bei einem tragbaren Druckabfall liefern kann (beispielsweise bei einem Druckabfall, der in einem Systern mit einem Druck von 207 bar nicht größer als 14 bar ist

Im Explorationseinsatz wird ein Vibrator stets bei einem wechselnden Frequenzhub betrieben, was in der Art des Korrelationsprozesses begründet liegt, der beim Datenauswertungsverfahren angewendet wird. Diese Frequenzdurchläufe sind gewöhnlich eine lineare Frequenzänderung mit der Zeit Der Hub kann von niedrigen Frequenzen zu hohen Frequenzen (Aufwärtsdurchlauf) oder von hohen Frequenzen zu niedrigen Frequenzen (Abwärtsdurchlauf) erfolgen, wie in Fig. 14 dargestellt ist. Zwischen den Durchlaufen liegt eine Ruhezeit 7! in deren Verlauf der Vibrator nicht vibriert Da die theoretischen Erfordernisse für das Strömen des Hydraulikmittels zur Erzielung von Aufwärtsdurchläufen und von Abwärtsdurchläufen gleich sind, werden hier nur die Strömungsanforderungen für einen Aufwärtsdurchlauf erörtert

Wegen des Erfordernisses eines Durchlaufs ist es nicht erforderlich, eine Pumpe vorzusehen, die so groß ist. daß sie den Strömungsmengenwert Q„_g bei der niedrigsten gewünschten Frequenz liefern kann, wie es bei bisher verwendeten Vibratorbaugruppen der Fall war. Das hier beschriebene Hochdrucksystem ermöglicht eine beträchtliche Reduzierung der erforderlichen Pumpengröße und der Eingangsenergie.

Die Srömungserfordernisse des Vibrators ändern sich zeitlich im Verlauf eines Aufwärtsdurchlaufs so, wie in Fig. 15angegeben ist.

Eine Aufgabe des hier beschriebenen Hochdruckakkumulatorsystems besteht darin, eine genügend große Strömungsmenge zu liefern, damit die Strömungsmengenmaxima (Ö_nl3.) in jedem Zyklus des Durchlaufs oberhalb der durchschnittlichen Strömungsmenge (Q_iYg) geliefert werden können, was die bisher bekannten Systeme zeigten. Die Pumpe muß jedoch nicht die mittlere S'römungsmenge Q„_g entsprechend der niedrigsten Betriebsfrequenz liefern, wie es bei den bisher bekannten Systemen der Fall war. Eine zweite Funktion des hier beschriebenen und in bisher bekannten Systemen nicht verwendeten Hochdruckakkumulatorsystems besteht darin, einen Hochdruckakkumulator zu verwenden, um Hydraulikenergie zu speichern, so daß der Strömungsmcngenverlauf Q_arg erhalten werden kann, während die Pumpe eine kontinuierliche Strömungsmenge mit dem Wert von nur Qp(P ig. 15) liefert, so daß dann, wenn die erforderliche mittlere Strömungsmenge Q,_vg größer als die Pumpenströmungsmenge Q_p ist, die der Vibrator die Strömungsmenge zusätzlich zur vollen Pumpenströmungsmenge dem Akkumulator entnimmt, während dann, wenn die Pumpenströmungsmenge Qp größer als die erforderliche mittlere Strömungsmenge Q_itg ist, die Pumpe das Strömungsmittelvolumen und den Druck des Akkumulators wieder aufbaut.

Die mittlere Strömungsverteilung für zwei Durchlaufperioden ist in Fig. 16 dargestellt. Wenn die Bedingung Qi'f>Qp erfüllt ist, dann entnimmt der Vibrator dem Akkumulator zusätzlich zur vollen Pumpenströmungsmenge weiteres Strömungsmittel, während bei Erfüllung der Bedingung Qavg< Qp die Pumpe die Innenverhältnisse des Akkumulators wieder aufbauen und auch den Vibrator versorgen kann. Während der Ruhezeit zwischen den Durchläufen (von 7"bis T+ Tund vom 2T-f Tbis 2T+ 2T) kann die gesamte Pumpenförderung in den Akkumulator fließen. Das dem Akkumulator pro Durchlauf entnommene Volumen läßt sich der folgenden Gleichung entnehmen:

KiF

Das pro Durchlauf von der Pumpe in den Akkumulator eingegebene Volumen läßt sich aus der folgenden Formel berechnen:

20 T,

Zur Erzielung des wirksamsten Hydrauliksystems sollte das dem Akkumulator entnommene Volumen (Vaf) gleich dem pro Durchlauf von der Pumpe in den Akkumulator eingegebenen Volumen (Vap) sein. Durch Gleichsetzen der oben angegebenen Formeln ergibt sich eine Gleichung, die entweder nach dem Wert T oder nach dem Wert Q_p aufgelöst werden kann, wenn der jeweils andere Wert bekannt ist; dies gilt bei gegebenen Durchlaufparametern T, /und /j. Nach Auflösen der Gleichung nach Toder Q_p kann das aus dem Akkumulator benötigte Hydraulikmittelvolumen aus der Formel für V_AP berechnet werden. Der Wert V_af ist dabei das Volumen, das für die Strömungsmenge Q,_vg geliefert werden muß. Zur Erreichung der maximalen Strömungsmenge Qnux ist ein zusätzliches Volumen erforderlich. Dieses zusätzliche Hydraulikmittelvolumen läßt sich auch aus den oben erwähnten herkömmlichen Formeln (Vas=059 T, Q_ma„ in³) berechnen, in dem die maximale Strömungsmenge Q_max für die niedrigste Betriebsfrequenz /ι verwendet wird. Das Gesamtvolumen des Hydraulikmittels, das während des Durchlaufs zugeführt werdsn muß, ergibt sich aus der Formel

Va - V_AS + V_AF.

Das Volumen Vas das bei herkömmlichen Systemen so angegeben ist, ist üblicherweise wesentlich kleiner als das Volumen V_AF, so daß es keinen Hauptteil des hier beschriebenen Systems darstellt.

Zur weiteren Erläu'erung sei ein Beispiel eines typischen Vibrators angegeben. Es werden folgende Wandlerparameter angenommen:

Systemdruck ρ
Vibralorkolbenfläche A
Gewicht der Reaktionsmasse Pumpenkapazität Q_p
erforderliche Motorleistung

207 bar 65cm^J 1800 kg 227 l/min 87 kW.

Zur Bestimmung des erforderlichen Akkumulatorvolumens ist es zweckmäßig, das vom Akkumulator gelieferte Volumen V_A über der Durchlaufgeschwindigkeit (h— f\)IT(¥\ g. 17) für die obigen Parameter aufzutragen. Eine Durchlaufgeschwindigkeit von 1 Hz/sec ist ungefähr die niedrigste erforderliche Durchlaufge-

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schwindigkeit, und eine untere Frequenzgrenze von /_t =5 Hz ist erwünscht Unter diesen Bedingungen muß der Akkumulator ein Volumen von V_A =17.4 I (4,6 gal) liefern (F ig. 17).

Es wird ein Akkumulatorvolumen ausgewählt und Druckabfälle für verschiedene Bedingungen werden berechnet Für dieses Beispiel wird ein Gesamtvolumen für den Hochdruckakkumulator von 2161 (47 gal) ausgewählt Dieser Akkumulator liefert die erforderlichen 17,41 während jedes Durchlaufs bei einem Druckabfall von 14 bar oder weniger.

Der Akkumulator selbst kann ein Akkumulator mit einem einzigen Balg (F i g. 9) sein, oder es kann sich um einen Kolbentyp, beispielsweise einer Anzahl von kleineren Akkumulatoren handeln. Er kann auch aus einem oder aus mehreren einzelnen Akkumulatoren aufgebaut sein, die an eine entfernt liegende Stickstoffversorgungseinheit angeschlossen sind, wie bei dem Hydrauliksystem von F i g. 8 beschrieben wurde. Bei dem System, das auch für den hier erörterten Wandler vorgese- hen ist werden zwei mit einem Balg versehene Akkumulatoren (Fig.9) verwendet von denen jeder 19 1 öl aufnehmen kann, wobei für jeden Akkumulator 89 I Stickstoff in entfernt angebrachten Drucktanks vorgesehen sind.

Wenn dieses Beispiel eines Vibrators unter Anwendung der sich aus den bekannten Systemen ergebenden Lehren angewendet würde, dann-watte sich die Pumpenkapazität aus der Formel

0,636pA' _[inVsek]

ergeben. Diese Formel ergäbe üne Pumpenkapazität von Qp=576 l/min bei eine.¹ Leistung von etwa 220 kW. Zur Erzielung des Werts Q_mlx ausj, .-hend vom mittleren Wert Qavg ist außerdem immer noch ein Hochdruckakkunriulator erforderlich, wie oben erklärt wurde. Wenn in diesem Fall der Druckabfall auf etwa 14 bar begrenzt ist, dann ist ein Akkumulatorvolumen von etwa 11,41 erforderlich.

Hierzu 13 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Transportabler seismischer Wandler mit einer Transportvorrichtung zum Transportieren einer seismischen Vibratorbaugruppe zu einem seismischen Quellenort, die ein an der Transportvorrichtung befestigtes Betätigungsorgan und einen Vibrator enthält, der der Erzeugung von Frequenzen dient, die sich Ober einen gegebenen Frequenzbe- to reich eines Frequenzdurchlaufs ändern, einer starr an der Vibratorbaugruppe befestigten Grundplatte zum Einleiten von akustischer Energie in den Erdboden in Abhängigkeit von den Vibrationsfrequenzen des Vibrators, wenigstens zwei mit der Grundplatte verbundenen Hubsäulen, die verschiebbar so an der Transportvorrichtung befestigt sind, daß sie auf beiden Seiten der Transiportvorrichtung im wesentlichen vertikal verlaufen, einer von der Transportvorrichtung getragenen und mit den Hubsäulen verbundenen Vorric'uung zum Anheben und Absenken der Hubsäulen tc-züglich der Transportvorrichtung und zum Anheben und Atisenken der Transportvorrichtung bezüglich der Hubsäulen und einer die Hubsäulen und die Transportvorrichtung verbindenden Synchronisierungsanardnung zum Synchronisieren des Anhebens und Absenkens der Hubsäulen und zum Ausgleichen der Arbeit zwischen den Hubsäulen, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisierungsanordnung eine drehbar mit dem Rahmen der Transportvorrichtung (10) verbundene Synchronisienmgswelle (166) und einen Synchronisierungswellenantrieb mit an den Enden der Synchronisierungswelle befestigte-;. Kettenrädern (168) und mit Ketten (176) aufweist, deren Glieder mit den Zähnen der Kettenräder (168) in .Eingriff stehen und deren Enden an den oberen und unteren Enden der Hubsäulen (107,109) befestigt sind, so daß Anhebe- und Absenk-Bewegungen der Hubsäulen zu entsprechenden Bewegungen der Ketten (174) führen und eine Antriebskraft für die Kettenräder (168) an der Synchronisierungswelle (166) erzeugen.

2. Transportabler seismischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einer der Ketten (174) eine Schalterbetätigungsvorrichtung (176, 178, 180) angebracht ist und daß in der Bewegungsbahn der von der Kette (174) getragenen Schalterbetätigungsvorrichtung (176, 178, 180) ein von der Transportvorrichtung (10) getragener Hubsäulensteuerschalter (182, 184, 186) angebracht ist, der von der Schalterbetätigungsvorrichtung (176, 178,180) zur Steuerung der Bewegung der Hubsäulen (107,109) betätigbar ist.

3. Transportabler seismischer Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsorgan der Vibratorbaugruppe ein Hydrauliksystem ist, das folgende Baueinheiten enthält: eine Hydraulikpumpe (30), die mit einem Leitungsanschluß (232) des Vibrators (70,72) zu dessen Speisung mit Hydraulikmittel mit einer Strömungsmenge zwischen den maximalen Durchschnittsmengen und den minimalen Durchschnittsmengen, die zur Erzeugung der veränderlichen Frequenzen des Frequenzdurchlaufs für den Vibrator (70, 72) erforderlich sind, verbunden ist, einen Hydraulikmittelabschnitt (264,266) und einen Druckabschnitt mit mehreren unter Druck siehenden Behältern (268), wobei der Hydraulikmittelabschnitt (264, 266) und der unter Druck stehende Abschnitt in Abhängigkeit von der Hydraulikpumpe (30) und vom Vibratorbedarf so arbeiten, daß sie abwechselnd Hydraulikmittel aus dem Leitungsanschluß (232) unter steigendem Druck aus dem unter Druck stehenden. Abschnitt aufnehmen und Hydraulikmitte! aus dem Hydrauiikmittelabschnitt (264, 266) in den Leitungsanschluß (232) einführen, damit die vom Vibrator (70, 72) benötigte Hydraulikmitteimenge während eines Frequenzdurchlaufs aufrechterhalten wird, und e^;ne mit dem Leitungsanschluß (232) verbundene Steuereinheit (282), die die Menge des in den Vibrator (70,72) eingeführten und aus diesem abgeleiteten Hydraulikmittels so steuert, daß der Vibrator zur Erzeugung der veränderlichen Frequenzen des Frequenzdurchlaufs aktiviert wird.

4. Transportabler seismischer Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zum Zuführen von Hydraulikmittel zum Leitungsanschluß (232) des Vibrators (70,72) einen Hydraulikmitteltank (36) enthält, der mit der Hydraulikpumpe (30) verbunden ist

5. Transportabler seismischer Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Hydraulikpumpe (30) ein Antriebsmotor (28) vorgesehen ist und daß mit der Hydraulikpumpe (30) und mit dem Leitungsanschluß (232) ein Hochdruckakkumulator (32,262) verbunden ist, der zwischen Frequenzdurchläufen und in Zeitperioden, in denen die Pumpenförderung den Bedarf des Vibrators (70, 72) übersteigt, unter Druck stehendes Hydraulikmittel gespeichert.

6. Transportabler seismischer Wandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydrauliksystem auch mit den Hubsäulen (107, 109) wirkungsmäßig in Verbindung steht, daß mit dem Leitungsanschluß (232) eine Wählvorrichtung (276, 78) verbunden ist,' die ermöglicht, den Hubzylindern (126) der Hubsäulen (107,109) und dem Vibrator (70, 72) Hydraulikmittel zuzuführen, und daß die Steuereinheit (282) mit der Wählvorrichtung (276, 78) zur Steuerung der Hydraulikmittelzufuhr zu den Hubzylindern (126) und zum Vibrator (70, 72) verbunden ist.