DE2831435C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen seis­ mischer Wellen im Erdboden durch Schlagen einer Masse gegen ein mit dem Erdboden gekoppeltes Übertragungsglied mit einem länglichen die Masse während ihrer Schlagbe­ wegung führenden Führungselement, wobei das Führungs­ element eine erste im wesentlichen vertikale Stellung einnimmt und das Übertragungsglied am ersten Ende des Führungselementes befestigt ist und mit intermittierend wirkenden Halteeinrichtungen für die Masse, die am zweiten Ende des Führungselementes befestigt sind und die Masse dort gegen die Wirkung der Schwerkraft bis zum Schlag­ beginn festhalten.

Eine solche Vorrichtung ist bekannt durch die US-PS 33 93 763. Nach dieser bekannten Maßnahme (US-PS 33 93 763) wird eine Verbrennungskraft benutzt, um den Fall einer Masse auf ein Übertragungselement zu beschleu­ nigen. Mehr Gemeinsamkeiten mit der erfindungsgemäßen Maßnahme bestehen nicht.

Nach der weiterhin bekannten US-PS 39 58 661 werden akustische Wellen im Erdboden ebenfalls durch Fall einer Masse auf ein Übertragungselement erzeugt, das mit der Erdbodenoberfläche gekoppelt ist. Die Vorrichtung umfaßt eine eigene Hubvorrichtung, um die Masse an den Kopf eines Gestelles anzuheben und den eigenen Stell­ zylinder, um das Gestell zu verschwenken und so es aus einer vertikalen Arbeitsposition in eine bezüglich der Vertikalen geneigte Transportposition zu bringen.

Gezeigt ist die Verwendung von zwei unterschiedlichen Syste­ men, die zwei unterschiedliche Funktionen erfüllen sollen. Voraussetzung ist also das Hochstellen des Führungschassis in die Vertikale durch Verschwenken aus einer Transport­ stellung, weiterhin der Schub der Zylinder um das Über­ tragungselement gegen den Erdboden zu drücken und schließ­ lich das Anheben der Masse durch Zug an den Kabeln bis oben an das Gestell.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Vorrichtung möglichst zu vereinfachen und möglichst ein statt zwei Systeme zu verwenden, um die Masse wieder in ihre obere Stellung zu bringen und um das Element zu verschwenken, welches den Fall der Masse aus einer Arbeits­ stellung in eine Transportstellung führt.

Erreicht wird dies erfindungsgemäß überraschend einfach durch Einrichtungen zum Verändern der Lage des Führungs­ elementes zwischen seiner ersten und einer zweiten Stellung derart, daß sich in letzterer das erste mit dem Übertragungs­ element versehene Ende des Führungselementes oberhalb des zweiten Endes des Führungselementes befindet, so daß sich die Masse unter der Einwirkung der Schwerkraft in dieser zweiten Stellung vom ersten Ende des Führungselementes zu dessen zweiten Ende bewegen kann.

In überzeugender Weise wird also erfindungsgemäß ein einziges System verwendet, um die Masse neu zu beauf­ schlagen und um das Führungselement zu verschwenken. Dies ist offensichtlich wesentlich einfacher und geht schneller vor sich. Das Verschwenken des Führungsrohres in die zweite Stellung, wo die Masse sich durch ihre Eigenträgheit bis zum zweiten Ende bewegt, wo sie in Kontakt mit den Blockiereinrichtungen kommt, ermöglicht es, gleichzeitig ein "Scharfmachen" der Vorrichtung für eine neue Auslösung sowie eine Positionierung für den Transport an einen anderen Ort zu gewinnen.

Diese beiden Vorgänge lassen sich durch Verschiebungs­ einrichtungen für das Führungselement realisieren, die der Doppelfunktion der Überführung der Masse gegen das dem Target abgelegene Ende und der Betätigung der Vorrichtung zwischen einer Arbeitsstellung und einer Transportstellung dienen.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigt in

Fig. 1 schematisch eine Gesamtdarstellung einer Ausführungsform mit dem Führungselement der ersten Stellung, wobei die Masse in der zweiten Stellung des Elementes durch Halteeinrichtungen gehalten ist;

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt schematisch eine Gesamtdarstellung der Vorrichtung mit dem Führungselement in der ersten Stellung, wobei die Masse nach dem Auslösen in Kontakt mit dem Target gekommen ist.

Fig. 4 zeigt schematisch die Ausführungsform mit dem Führungselement in der zweiten Stellung.

Fig. 5 zeigt schematisch diese Ausführungsform der Vorrichtung auf einem geneigten Gelände, wobei das Führungselement sich in der ersten Stellung befindet und vertikal orientiert ist und

Fig. 6 zeigt eine Einzelheit der Anordnung zur Ver­ schwenkung des Führungselementes.

Nach den Fig. 1 bis 5 der Zeichnungen besteht das Führungselement aus einem Führungsrohr 1, in dessen Innerem mit gewissem Spiel eine Masse 2, von der wenigstens ein Teil aus Metall besteht, gleiten kann.

An einem Ende des Führungsrohrs 1 ist ein Übertragungsglied bzw. Target 3 über ein gelenkiges Befestigungssystem befestigt. Dieses Befestigungssystem kann ein Kugel­ gelenk 4 umfassen, dessen eingeführter Teil fest mit dem Target verbunden ist und in einem im Endteil des Rohres 1 vorgesehenen Lager verschwenken kann. Federn 5 ermöglichen es, das Target 3 am Endteil des Führungs­ rohres 1 zu befestigen. Am anderen Ende des Führungs­ rohres 1 sind intermittierend wirkende Halteeinrichtun­ gen 36 für die Masse 2 befestigt und umfassen beispiels­ weise einen Elektromagneten. Eine die Wandung des Führungsrohres 1 durchsetzende Öffnung verbindet deren unteren Teil mit der äußeren Umgebung und ermöglicht einen freien Austritt der durch den Fall der Masse auf das Target verdrängten Luft.

Das Führungsrohr 1 wird durch eine röhrenförmige Hülse 7 abgestützt, die (Fig. 6) einen Innenhohlraum 8 von einem Durchmesser aufweist, der größer als der des Rohres ist und an seinem unteren Teil von einer leicht konischen Bohrung 9 durchsetzt ist.

Das Führungsrohr 1 umfaßt zwei Schultern 10 und 11, die zu beiden Seiten der röhrenförmigen Hülse 7 ange­ ordnet sind und deren Abstand größer als die Höhe der Hülse ist. Die Schulter 11 ist in ihrer Form an die der konischen Bohrung 9 angepaßt. Ein Ring 12 aus Gummi oder einem plastischen Material ist an die seitliche Wandung des Führungsrohrs 1 befestigt; ihr Durchmesser ist im wesentlichen gleich dem des Innenhohlraums 8 der röhrenförmigen Hülse 7. Der Ring 12 sorgt für die Zentrierung des Führungsrohres im Innern der Hülse. In den Grenzen der Schwingungen oder Bewegungen, die der Durchmesser der konischen Bohrung 9 zuläßt, kann das Führungsrohr 1 im Innern der röhrenförmigen Hülse 7 verschwenken und sich vertikal halten, wenn letztere zu beiden Seiten der dargestellten Lage sich neigt.

Die röhrenförmige Hülse 7 ist mit Lagern für zwei Achsen 13 und 14 (Fig. 1 bis 5) versehen. An der Achse 13 ist ein Stützarm 15 von U-Gestalt (insbe­ sondere in Fig. 2 dargestellt) angelenkt.

Die beiden Schenkel des Stützarms 15 können an ihren Enden an Achsen 16 verschwenken, die fest an Längs­ balken eines ersten Trägers oder steifen länglichen Rahmens 17 sind. An der Achse 14 ist ein zweiter Stützarm 18 angelenkt, der beispielsweise aus einer in etwa dreieckigen Platte besteht. Eine der Ecken der Platte 18 ist mit einer Achse 37 verbunden, an der das Ende der Stange 19 eines Stellzylinders 20 verschwenken kann, dessen Gehäuse mit dem steifen länglichen Rahmen 17 benachbart einem seiner Enden verbunden ist. An eben diesem Ende ist der steife Rah­ men 17 fest mit dem vorstehenden Teil eines Kugel­ gelenkes 21 verbunden, dessen aufnehmender Teil fest mit einem beweglichen Organ oder Schlitten 34 verbun­ den ist, der so ausgelegt ist, daß er sich in einer Gleitschiene 22 verschiebt, die an einem zweiten Rahmen 23 fest ist, der beispielsweise auf dem Chassis eines Kraftfahrzeugs wie eines Lastwagens ruht. Der zweite steife Rahmen 23 kann auch mit Füßen versehen sein und gegen den Erdboden an gewählten Orten abgestützt sein. In diesem Fall läßt er sich durch einen Hub­ schrauber oder ein anderes Fahrzeug ersetzen. Die Gleitschiene 22 ist im wesentlichen in Längsachse des Fahrzeugs ausgerichtet. Am beweglichen Teil 34 in das Ende der Kolbenstange 24 eines Stellzylinders 25 befestigt, dessen Gehäuse über eine Achse am zweiten vom Chassis des Kraftfahrzeugs getragenen Rahmen 23 gelenkig ist.

Benachbart seinem anderen Ende ist der steife Rahmen 17 an einem länglichen Element oder gewölbten röhren­ förmigen Träger 26 befestigt, dessen Krümmungsmittel­ punkt im wesentlichen durch das Kugelgelenk 21 geht. Zu beiden Seiten der Längsachse des Fahrzeugs und parallel hierzu und Teil des Rahmens 23 bildend sind Gleitschienen 27 angeordnet, in deren Innerem zwei bewegliche Stützteile oder Schlitten 28 zum Gleiten vorgesehen sind. Die beiden Stützteile 28 umfassen Öffnungen oder Schlitze 29 für die Durchführung der röhrenförmigen Stütze 26.

Der steife Rahmen 17 umfaßt (Fig. 2) eine Gelenk­ achse 30 für die Kolbenstange 31 eines quer ausge­ richteten Stellzylinders 12, dessen Gehäuse durch eine Achse auf dem durch das Chassis des Fahrzeugs getragenen Rahmen 23 gelenkig ist.

Die dritte Ecke der Stützplatte 17 ist so ausgebil­ det, daß sie auf einer fest mit der röhrenförmigen Stütze 26 verbundenen Achse 33 verschwenkt.

Die drei Stellzylinder 20, 25 und 32 sind über eine nicht dargestellte hydraulische Anordnung gespeist.

Die Vorrichtung umfaßt des weiteren Einrichtungen zum Regeln der Vertikalität des Führungsrohres in "Schußstellung". Diese Einrichtungen umfassen zwei Vertikalitäts-Meßwertwandler 38, 39 auf dem Füh­ rungsrohr 1; ihre Achsen sind jeweils senkrecht zu den hydraulischen Zylindern 25 und 32. Gebildet wer­ den diese Meßwertwandler beispielsweise durch elektromagnetische Pendel an sich bekannter Art (pendules ´lectromagn´tiques). Die Vertikalitäts- Meßwertwandler wirken mit einer elektronischen Ein­ richtung zusammen, die so ausgebildet ist, daß sie zwei Magnetventile steuert, welche jeweils die hydrau­ lischen Stellzylinder 25 und 32 solange betätigen, bis das Führungsrohr 1 vertikal ist. Die Einrichtungen zum Regeln der Vertikalität des Rohres wirken mit den nicht dargestellten Meßwertwandlern zusammen.

Des weiteren verwendet man eine Masse 2, deren Gewicht vorteilhaft zwischen dem 0,5- und dem 1,5fachen des Gewichtes des Targets ausmacht. Vorzugsweise wählt man dies nahe dem des Targets. Die Art des Targets wird ebenfalls so gewählt, daß seine akustische Impe­ danz im wesentlichen an die des Untergrundes angepaßt wird. Hergestellt ist sie beispielsweise aus Zement, der in ein metallisches Gefäß vergossen ist.

Wird der Stellzylinder 25 betätigt, so verschiebt sich das bewegliche Organ 34 in der Gleitschiene 22 und nimmt bei der Bewegung den gesamten steifen Rahmen 17 und somit die in den beiden Gleitschienen 27 gleiten­ den beweglichen Stützorgane 28 mit. Das gleiche gilt für die Gelenkachsen der Stützarme 15 und 18. Hieraus folgt, daß die Hülse 17 des Führungsrohres 1 sich parallel zu sich selbst und in einer Richtung parallel zur Längsachse des Fahrzeugs verschiebt. Wird der Stellzylinder 32 betätigt (Fig. 2), so verschwenkt der steife Rahmen 17 um das Kugelgelenk 21 und wird in seiner Bewegung durch die Verschiebung der röhren­ förmigen Stütze 26 durch die Schlitze 29 der Stützorgane 28 geführt. Hieraus folgt auch, daß die Hülse 7 des Führungsrohres sich entsprechend einem auf das Kugel­ gelenk 21 zentrierten Kreisbogen in einer Richtung quer zum Fahrzeug verschiebt. Das gemeinsame Manöver des Stellzylinders 25 und 32 führt dazu, daß die Hülse 7 des Führungsrohres sich in einer Ebene parallel zum Rahmen 23, der auf dem Fahrzeug ruht, verschiebt und ermöglicht, wie weiter unten beschrieben, das Führungs­ rohr 1 in die Vertikale zu bringen.

Für eine bestimmte Stellung der Kolbenstange der Stellzylinder 25 und 32 läßt das Verschwenken der Kolbenstange 19 des Stellzylinders die Gesamtheit der beiden Stützarme 15 und 18 um ihre Drehachsen 16 und 33 verschwenken und bringt somit das Führungselement 1 aus der ersten, vorzugsweise vertikalen Stellung (Fig. 1, 3, 5) in die zweite Stellung (Fig. 4), wo das mit dem Elektromagneten 4 fest verbundene Ende tiefer als das andere liegt. Dieser steife Rahmen 17 umfaßt im übrigen eine Stützfläche 35 benachbart dem Kugel­ gelenk, wo das Ende des Führungsrohres 1 in der zweiten Stellung ruht, die auch die Transportstellung der Vor­ richtung ist.

Die Vorrichtung arbeitet in folgender Weise:

Nachdem das Fahrzeug an den Ort gebracht wurde, an dem ein seismischer "Schuß" ausgelöst werden soll, be­ findet es sich in der in Fig. 4 gezeigten Stellung. Man betätigt den Elektromagneten 36 , um die Masse 2 am dem Target abgelegenen Ende des Führungselements 1 zu halten. Dann wird der Hauptzylinder 20 betätigt, um dieses Element oder Führungsrohr 1 in seine im wesentlichen vertikale Stellung (Fig. 1) verkippen zu lassen. Da das Führungsrohr 1 sich leicht bezüglich der Hülse 7 verschiebt, kann es eine vertikale Gleichgewichtsstel­ lung einnehmen. Wenn aber in dem Augenblick, in dem das Target in Kontakt mit dem Erdboden tritt, das Führungs­ rohr nicht völlig in der vertikalen Lage steht, dann betätigt man den Stellzylinder 25 und/oder 32, um die Vertikalität des Targets herzustellen. Die Wirkungen können von Hand vorgenommen oder vorteilhaft, vorzugs­ weise selbsttätig, koordiniert werden, indem man die obenerwähnten Vertikalitätsregeleinrichtungen einsetzt.

Die Vorrichtung nach der Erfindung läßt sich auch auf die Betätigung des Führungsrohres anwenden, wenn der Erdboden am gewählten Ort geneigt ist (Fig. 5). Die breite Verschiebungsmöglichkeit des Führungsrohres bezüglich der Hülse ermöglicht es ihm, sich im Gleichgewicht auf die Vertikale auszurichten. In sämtlichen Fällen trägt die Betätigung der Stell­ zylinder 25 und 32 dazu bei, das Führungsrohr auf die Vertikale, wenn Abweichungen festgestellt wurden, wieder einzurichten.

Nach Beendigung der Installationsmanöver für das Führungsrohr 1 löst man, wenn das Target in Kontakt mit dem Erdboden steht, den Fall der Masse 2 aus, die auf das Target 3 (Fig. 3) fällt. Wenn ein weiterer "Schuß" ausgelöst werden soll, so betätigt man den Hauptzylinder 20 und verkippt das Führungsrohr 1 aus der ersten Stellung, in der das Target sich in Kon­ takt mit dem Erdboden befindet, in die zweite Stellung, in der das Target höher als das fest mit dem Elektro­ magneten verbundene Ende ist. Die Masse geht gegen dieses Ende unter dem Einfluß seines Eigengewichtes nach unten und kann hier von neuem durch Erregen des Elektromagneten (Fig. 4) unbeweglich gemacht werden.

Claims (21)

1. Vorrichtung zum Erzeugen seismischer Wellen im Erdboden durch Schlagen einer Masse gegen ein mit dem Erdboden gekoppeltes Übertragungsglied mit einem länglichen die Masse während ihrer Schlagbewegung führenden Führungs­ element, wobei das Führungselement eine erste im wesent­ lichen vertikale Stellung einnimmt und das Übertragungs­ glied am ersten Ende des Führungselementes befestigt ist und mit intermittierend wirkenden Halteeinrichtungen für die Masse, die am zweiten Ende des Führungselementes befestigt sind und die Masse dort gegen die Wirkung der Schwerkraft bis zum Schlagbeginn festhalten, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Verändern der Lage des Führungselementes (1) zwischen seiner ersten und einer zweiten Stellung derart, daß sich in letzterer das erste mit dem Übertragungselement (3) versehene Ende des Führungselementes (1) oberhalb des zweiten Endes des Führungselementes (1) befindet, so daß sich die Masse (2) unter der Einwirkung der Schwer­ kraft in dieser zweiten Stellung vom ersten Ende des Führungselementes zu diesem zweiten Ende bewegen kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einrichtungen zum Verändern der Lage eine fest mit einem steifen Träger (17) ver­ bundene Anordnung zum Verschwenken des Führungselements (1) zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Führungselement (1) ein Rohr, in dessen Innerem die Masse (2) geführt ist, aufweist, wobei das Rohr (1) wenigstens eine Öffnung (6) benach­ bart seinem ersten Ende besitzt, die die Rohrinnenseite mit der Rohraußenseite verbindet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Halteeinrichtungen einen Elektromagneten (36) umfassen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anordnung, die das Führungselement (1) verschwenken läßt, wenigstens einen mit dem Führungselement (1) und dem steifen Träger (17) verbundenen Stützarm (15) sowie Einrich­ tungen aufweist, die den Stützarm um eine Schwenk­ achse verschwenken lassen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anordnung zum Verschwenken des Führungselementes (1) wenigstens einen Stützarm aufweist, der einerseits mit dem Führungselement verbunden ist und andererseits so ausgelegt ist, daß er auf einer Schwenkachse verschwenkt; und daß hydraulisch gesteuerte Einrichtungen vorge­ sehen sind, die den Stützarm um diese Achse ver­ schwenken lassen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die hydraulisch gesteuerten Einrichtungen einen zweiten Stützarm (18) aufweisen, der mit dem Führungselement (1) einerseits verbunden ist und andererseits so ausgelegt ist, daß er be­ züglich des steifen Trägers verschwenkt, und daß ein erster hydraulischer Stellzylinder zum Verschwenken des zweiten Stützarms vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der erste hydraulische Stell­ zylinder (20) eine mit dem zweiten Stützarm (18) verbundene Kolbenstange aufweist, wobei ein Zylinder­ gehäuse mit dem steifen Träger verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einrichtungen zum Verändern der Lage einen steifen Rahmen (23) aufweisen, und daß der steife Träger (17) bezüglich des steifen Rahmens ver­ schiebbar ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einrichtungen zum Verändern der Lage einen steifen Rahmen (23) aufweisen und daß der steife Träger auf Stützeinrichtungen ruht, die in fest mit dem steifen Rahmen verbundenen Gleitschienen (27) gleiten.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stützeinrichtungen ein längliches Element (26) aufweisen, welches in Längsachse des steifen Rahmens translationsfest mit zwei beweglichen Organen (28) versehen ist, die in Gleitschienen (27) verschiebbar sind, wobei das längliche Element so ausgebildet ist, daß es sich quer bezüglich der beweglichen Organe verschiebt, und daß Einrichtungen zur Querverschiebung des läng­ lichen Elementes vorgesehen sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stützeinrichtungen ein drittes bewegliches, bezüglich des steifen Rahmens (23) in einer Richtung parallel zur Rahmenlängsachse unter der Wirkung von Translationseinrichtungen verschieb­ bares Organ umfassen.

13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anordnung zum Verschwenken des Rohres (1) eine mit dem steifen Träger über wenigstens einen verschwenkenden Stützarm (15) verbundene Hülse (7) sowie Einrichtungen aufweist, die den Stützarm verschwenken lassen, wobei das Rohr (1) durch die Hülse gehalten und im Inneren dieser Hülse verschiebbar ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Betrag der beweglichen Masse zwischen dem 0,5- und dem 1,5fachen des Betrags der Masse des Übertragungsglieds (3) liegt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Massenbetrag des Übertragungsglieds im wesentlichen gleich dem Massenbetrag beweglichen Masse gewählt ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Übertragungsglied (3) aus einem Material einer akustischen Impedanz besteht, die benachbart derjenigen des Erdbodens ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der steife Träger mit dem dritten beweglichen Organ über ein Kugelgelenk (21) verbunden ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der steife Rahmen über Verschiebungseinrichtungen beweg­ lich ausgebildet ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeich­ net durch Einrichtungen (38; 39), die die Richtungsabweichungen des Führungselements (1) gegenüber der Vertikalen ermitteln und durch mit diesen Einrichtungen zusammen­ wirkende Steuereinrichtungen, die das Führungs­ element, wenn Abweichungen festgestellt sind, erneut ausrichten.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie zweite und dritte hydraulische Stell­ zylinder (25; 32) aufweist, daß die Steuerein­ richtungen Ventile bzw. Schieber umfassen, die intermittierend den zweiten und dritten hydraulischen Stellzylinder mit einer Anordnung verbinden, die ein Fluid unter Druck liefert, und daß eine mit den Einrichtungen zum Ermitteln der Richtungsabweichungen zusammenwirkende Steueranordnung zur Betätigung dieser Ventile bzw. Schieber vorgesehen ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einrichtungen zum Ermitteln der Richtungsabweichungen elektromagnetische Pendel umfassen.