DE3048168A1 - "akustischer impulsgenerator" - Google Patents
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Description
Akustischer Impulsgenerator
Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der seismischen
Lagerstättenforschung und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einbringen akustischer Impulse in die Erde.
Man hat bereits vorgeschlagen, eine auf einem LKW angeordnete Vorrichtung zu verwenden, bei der mit Gasdruck eine geführte
Schlagmasse abwärts auf einen auf dem Erdboden liegenden starren Zielkörper geschlagen wird. Um bei einer Vorrichtung
dieser Art die kinetische Energie der Schlagmasse beim Aufschlag auf den Zielkörper so hoch wie möglich zu machen/ muß
auch die Antriebskraft über den gesamten Bewegungsweg der Schlagmasse maximiert werden. Eine Verzögerung nach der Betätigung
einer solchen Vorrichtung, während der sich ein Gasdruck entwickelt, muß daher vermieden werden.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen akustischen Impulsgenerator der beschriebenen Art mit verbesserter
Massenbeschleunigungseinrichtung anzugeben.
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Es ist ein spezielleres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Einrichtung zum Aufbringen eines Druckgases
als Energiequelle in einem akustischen Impulsgenerator der beschriebenen Art anzugeben.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
übergreift ein hohlzylindrisches Gehäuse mit im wesentlichen geschlossenem oberen und offenem unteren Ende,
das über dem Erdboden in einer im wesentlichen aufrechten Lage abgestützt werden kann, einen von einer Federanordnung gelagerten
langgestreckten Schlagkolben, der in ihm gleitend verschiebbar ist.. Am Boden des Gehäuses ist vom Kolben beabstandet
und axial mit ihm fluchtend eine Zielplatte angeordnet. Eine außerhalb des Gehäuses befindliche Druckgasquelle ist
mit der Gehäusebohrung über einen ventilgesteuerten Einlaß im Gehäuseoberteil über dem Kolben und auch über mehrere großflächige
Durchlässe in der Gehäuseseitenwand verbunden. Im Betrieb wird das Ventil betätigt, um eine ausreichende kleine
Gasmenge einzulassen, deren Druck die Vorspannung der Federn überwindet und dem Kolben eine anfängliche Abwärtsbewegung
erteilt. Werden dann bei der Abwärtsbewegung des Kolbens die Durchlässe in der Seitenwand freigelegt, tritt das Druckgas
plötzlich ein und treibt den Kolben mit hoher Geschwindigkeit abwärts, so daß er auf die Zielplatte aufschlägt und einen
akustischen Impuls erzeugt. In der Gehäuseoberseite sind Lüftungäeinrichtungen vorgesehen, um gleichzeitig Druckgas aus
dem Gehäuse heraus aufwärts abzulassen und somit eine abwärts gerichtete kompensierende Rückschlagkraft auf das Gehäuse zu
erzeugen. Die von dem sich abwärts bewegenden Kolben gespannte Federeinrichtung kann danach in die Ruhelage zurückkehren.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sitzt ein hohl-
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zylindrisches Gehäuse, das über dem Erdböden abgestützt
werden kann, auf einem langgestreckten Schlagkolben, der normalerweise am geschlossenen oberen Ende des Gehäuses mit
einer elektrisch gesteuerten Verriegelung gehalten wird. Die Seitenwand des Gehäuses ist am oberen Gehäuseende geringfügig
verjüngt und mit großflächigen Durchlässen ausgeführt, die an eine Druckgasquelle angeschlossen sind'. Diese Öffnungen
werden anfänglich von einem entsprechend verjüngten oberen Teil des Kolbens verschlossen. Statische Dichtungen an der
Innenbohrung des Gehäuses über und unter diesen Durchlässen liegen am verjüngten Kolbenteil an. Eine vom Druckgas aufgebrachte
Kraftkomponente wirkt fortwährend abwärts auf die verjüngte Kolbenoberfläche, um ein zwangsweises Lösen von diesen Dichtungen
zu gewährleisten. Bei einer schnellen Freigabe der Verriegelung kann der Kolben frei fallen und wirkt plötzlich die
volle Kraft des Druckgases, um den Kolben auf eine Zielplatte schlagen zu lassen, die auf dem Erdboden am unteren Gehäuseende
anordenbar ist. Gleichzeitig wird das Gas aufwärts durch eine oder mehrere Lüftungsöffnungen im oberen Gehäuseende
abgelassen, um auf das Gehäuse selbst wirkende Rückschlagkräfte zu kompensieren. Hubzylinder führen danach den Schlagzylinder
in die Ruhelage zurück.
Die Erfindung soll nun unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden.
Fig. 1 ist eine Draufsicht der Vorrichtung der Fig. 1
auf einem Transportfahrzeug;
Fig. 2 ist ein teilgeschnittener Aufriß der Vorrichtung der Fig. 1 auf der Ebene 2-2;
Fig. 3 ist ein Aufriß einer alternativen Ausführungsform.
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ORIGINAL INSPECTED1
ORIGINAL INSPECTED1
Die Fig. 1 und 2 zeigen einen akustischen Impulsgenerator 1o nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. Ein hohlzylindrisches Gehäuse 12 ist an seinem oberen Ende 13 geschlossen und unten offen und kann in einer
aufrechten Stellung abgestützt werden. An den Augen 14 auf der Seitenwandung des Gehäuses 12 kann eine geeignete Einrichtung
angreifen, mit der der Generator 1o transportiert oder auf ein Fahrzeug aufgesetzt werden soll. Eine relativ
zum Gehäuse 12 bewegbare Schlagmasse besteht aus einem länglichen Kolben 17, der in der Bohrung 18 gleitend verschiebbar
ist, wobei am unteren Ende des Kolbens 17 unterhalb der Bohrung 18 eine Schlagplatte 2o mit einem größeren als dem
Kolbendurchmesser vorgesehen ist. Der Kolben 17 wird von zwei gleichen Rückholfedern 22 gehalten, die auf gegenüberliegenden
Seiten des Gehäuses 12 liegen; sie sind mit ihren oberen und unteren Enden an Federführungen 23 bzw. am Umfang
der Platte 2o festgelegt.
Eine schwere Zielplatte 24 kann auf den Erdboden am unteren Ende des Gehäuses 12 mit dem Kolben 17 axial fluchtend aufgelegt
werden. Die Zielplatte 24 ist mit einem oberen Umfangsflansch 26 versehen, der radial sich über einen entsprechenden
einwärts vorstehenden Abfangflansch 28 im unteren Ende des Gehäuses 12 erstreckt. Auf diese Weise kann die
Zielplatte 24 angehoben und von einem Ort zum anderen transportiert
werden. Der vertikale Abstand zwischen dem Flansch 26 und dem Flansch 28 wird so ausgelegt, daß die Zielplatte
24 den erforderlichen Abwärtshub ausführen kann, wenn die Platte 2o des Kolbens 17 auf sie aufschlägt.
Der Generator 1o ist mit einem oder mehreren großvolumigen
Druckgassammlern 3o versehen, die außen auf dem Gehäuse 12, wie dargestellt, oder separat angeordnet sein können.
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- to -
Geeignete Leitungen 34, 35 verbinden die Sammler 3o mit
einem oberen Gaseinlaß 4o am oberen Ende 13 des Gehäuses 12 sowie mehreren großflächigen Durchlässen bzw. Öffnungen
44 in der Seitenwandung 45 des Gehäuses. In der Ruhe- bzw. Auslöselage des Kolbens 17, wie sie die Fig. 2 zeigt, deckt
dessen Seitenwandung die Öffnungen 44 von innen ab. Damit kein Gasdruck durch die Öffnungen 44 über die Stirnfläche
46 des Kolbens 17 und am Kolben entlang durch die Bohrung entweichen kann, sind auf dem Kolben 17 obere sowie untere
Dichtringe 48 bzw. 5o vorgesehen. Die Druckgasströmung durch
den Einlaß 4o wird mit einem elektromagnetisch betätigten Ventil 51 gesteuert. Vertikale Führungsleisten 52 mit abgeschrägten
oberen Enden gewährleisten eine einwandfreie Kolbenführung während der Auf- und Abbewegung.
Im Betrieb wird durch das Öffnen des Ventils 51 Gas durch den Einlaß 4o in die Bohrung 18 eingelassen und übt dort
auf den Kolben eine so hohe Kraft aus, daß die Vorspannung der Federn 22 überwunden und die Abwärtsbewegung des Kolbens
eingeleitet wird. Sobald die Stirnfläche 46 des Kolbens 17 die Öffnungen 44 mindestens teilweise freigelegt hat, strömt aus
den Quellen 3o ein großes Gasvolumen in die Bohrung 18 ein und treibt den Kolben 17 weiter abwärts, so daß die Platte
auf die Zielplatte 24 schlägt und der erwünschte akustische Impuls entsteht. Während der Bewegung des Kolbens 17 wird
unter der Platte 2o befindliche Luft durch die Löcher 54 im unteren Seitenwandteil 55 des Gehäuses 1? ausgedrückt. Das
plötzliche Beaufschlagen der gesamten Stirnfläche 46 mit Gasdruck gewährleistet, daß über einen wesentlichen Teil des Abwärtshubs
des Kolbens 17 dort eine hohe Antriebskraft wirkt. Wie unmittelbar einzusehen ist, läßt der Kolbenhub vor der
Beaufschlagung mit dieser hohen Kraft sich ohne Schwierigkeiten
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ORIGINAL INSPECTED
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auf 25 nun oder weniger beschränken. Weiterhin kann man die
verfügbare Kraft erhöhen, indem man die Sammler 3o nach Größe und Anzahl vergrößert.
Während der Kolben 17 mit hoher Geschwindigkeit abwärts getrieben
wird, tritt das expandierende Gas in der Bohrung 18 gleichzeitig aufwärts durch die verengten Lüftungsöffnungen
56 im oberen Ende 13 des Gehäuses aus. Dabei entsteht eine abwärts auf das Gehäuse 12 gerichtete Kraft, die die aufwärts
gerichtete Rückschlagkraft ausgleicht, die das Gehäuse sonst erfahren würde. Die auf dem Gehäuse 12 und folglich auf dem
es tragenden Fahrzeug lastende vertikale Kraft wird also minimal gehalten bzw. eliminiert, so daß eine echte Stoßisolierung
erfolgt.
Bei der Rückkehr des Kolbens 17 in seine Ausgangslage infolge der Wirkung der Rückführfedern 2 2 wird eine Beschädigung des
Gehäuses 12 durch möglichen Überlauf mit einem elastischen Schutzring 58 am unteren Ende der Federführungen 23 verhindert.
Analog ist die Oberseite des Aufschlagflansches 28 mit einer elastischen Schicht 6o versehen, die einen direkten
Aufschlag des Flansches 26 bei einer übermäßigen Abwärtsbewegung der Zielplatte 24 abfängt.
Wie einzusehen ist, können im Rahmen der vorliegenden Erfindung andere Mittel eingesetzt werden, um dem Kolben 17 die
anfängliche bzw. Abwärtsbewegung zu erteilen - einschließlich eines freien Falls unter der Schwerkraft. Dies läßt sich beispielsweise
erreichen, indem man die Rückführfedern 22 wegläßt und eine Verriegelung (nicht gezeigt) vorsieht, die vom
Gehäuse 12 unter der Platte einwärts verläuft.
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Die Fig. 3 der Zeichnung zeigt einen akustischen Impulsgenerator 11o, dessen hohlzylindrisches Gehäuse 112 in aufrechter
Stellung abgestützt werden kann - beispielsweise durch Befestigen der Winkel 114 an einer entsprechenden Vorrichtung
auf dem Transportfahrzeug (nicht gezeigt). Ein Schlagkolben 118 ist normalerweise am oberen Ende des Gehäuses 112 mit einer
elektrisch gesteuerten schnell freigebenden Verriegelung 12o festgelegt. Am unteren Ende des Kolbens ist eine Platte
122 mit größerem als dem Kolbendurchmesser vorgesehen/ die einen konvexen Mittelteil 124 aufweist. Das obere Ende des
Kolbens ist mit einer aufwärts verjüngten Außenfläche 128 ausgeführt, die zu einer oberen Stirnfläche 13o ausläuft. Am
unteren Ende des Gehäuses 112 ist eine Zielplatte 132 auf die Erdoberfläche oder ein anderes Medium axial fluchtend mit dem
Kolben 118 und zu diesem beabstandet auflegbar. Die Zielplatte
132 besteht allgemein aus der Bodenplatte 134 und einer mittig aufrechtstehenden Säule 136, von dem ein Flansch 138 radial
zu einem Punkt an der unteren Seitenwandung 14o des Gehäuses 112 absteht. Das untere Ende der Seitenwandung 14o ist mit
einwärts vorstehenden Rippen 144u.146 ausgeführt. Die Rippe verläuft radial unter dem Flansch 138, so daß die Zielplatte
132 zum Transport oder zur Lageveränderung aufgehoben werden
kann. Die Rippe 146 verhindert analog eine unerwünschte Aufwärtsbewegung
der Zielplatte 132 relativ zum Gehäuse 112.
In der Seitenwandung des Gehäuses 112 befinden sich am oberen
Gehäuseende mehrere großflächige öffnungen bzw. Durchlässe 15o, die mit den großvolumigen Sammlern 152 verbunden sind.
Wie die Zeichnung zeigt, sperrt die verjüngte Außenfläche 128 des Kolbens 118 die öffnungen 15o innerhalb des Gehäuses
112. Auf der entsprechend verjüngten oberen Bohrung 154
im Gehäuse 112 sind über und unter den öffnungen 15o statische
Dichtungen 156 bzw. 158 vorgesehen, die an der verjüngten
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Außenfläche 128 des Kolbens 118 anliegen und verhindern, daß Druckgas auf- oder abwärts durch die Bohrung des Gehäuses
entweichen kann. Es ist eine Besonderheit der vorliegenden Erfindung, daß infolge der Verjüngung der Kolbenwandung 128
eine vom Druckgas ausgeübte Kraftkomponente fortwährend abwärts
auf dem Kolben 118 lastet. Die Verjüngung kann beispielsweise etwa 5° zur Achse gerichtet sein; dieser Winkel reicht
aus, auf den Kolben 118 eine anfängliche Abhebekraft auszuüben, falls er sich zu fest an die Dichtungen 156, 158 angelegt
hat. Die Verjüngung ist jedoch nicht so steil, daß der Abwärtsdruck auf die Verriegelungselemente 12o zu stark wird
und ein Risiko eines Lecks um die Dichtungen 156, 158 herum auftritt.
Beiderseits des Kolbens 118 sind hydraulische Hubzylinder
16o mit den Hubstangen 162 angeordnet, die durch öffnungen
164 in der Kolbenschlagplatte 122 verlaufen. Die Stangen sind an ihrem unteren Ende mit den Hubringen 168 versehen.
Vor einer Inbetriebsetzung des Generators 11o senkt man die Hubstangen 162 herab, so daß sie die gestrichelt gezeigte Lage
einnehmen. Nacft dem Auslösen des Schlages legt die Platte sich auf die Hubringe 168 auf, die sie dann zusammen mit dem
Kolben 118 in die Ruhelage zurückbringen.
Im Betrieb werden die Verriegelungen 12o elektrisch so abgezogen, daß der Schlagkolben 118 von den Dichtungen 156, 158
ab- und frei fallen kann. Dann kann der kontinuierlich anliegende Gasdruck in die Bohrung 154 eindringen und den Kolben
118 abwärts treiben, wobei die Treibkraft in dem Moment ihr
Maximum erreicht, wenn die Kolbenoberfläche 128 vom oberen Dichtring 156 abhebt; dies ist bereits bei einer Abwärtsbewegung
um wenige Millimeter erreichbar. Der Kolben 118 wird dann
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mit hoher Geschwindigkeit abwärts getrieben, so daß die
konvexe Schlagfläche 124 auf die passende konkave Stirnfläche 170 der Säule 136 schlägt und der gewünschte akustische Impuls
entsteht. Bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 118 halten die Führungsleisten 172 ihn in der erforderlichen axialen
Ausrichtung, die auf seiner Oberfläche in Längsrichtung angebracht sind. Die Führungsleisten 172 sind an ihren oberen Enden
abgeschrägt, so daß ein einwandfreier Einlauf in das Gehäuse 112 bei der Rückkehr des Kolbens 118 in die obere Ruhelage
gewährleistet ist. Die untere Gehäusewandung 140 ist mit geeigneten Lüftungsöffnungen 174 versehen, die gewährleisten,
daß sich kein Luftkissen unter dem Kolben 118 bilden
und die wirksame kinetische Energie beeinträchtigen kann.
Gleichzeitig mit der Abwärtsbewegung des Kolbens 118 entweicht
Druckgas aus der aufgeweiteten Lüftungsöffnung 176 in der
oberen Stirnfläche 178 des Gehäuses 112. Nach dem Prinzip der Wirkung und Gegenwirkung wird dadurch jede aufwärts gerichtete
Rückschlagkraft ausgeglichen, die im Betrieb der Vorrichtung auf dem Gehäuse 112 austritt.
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ORIGINAL INSPECTED
ORIGINAL INSPECTED
-AS-
Leerseite
Claims (1)
- ATLANTIC RICHFIELD COMPANYARCO PLAZA, 515 S. Flower Street, Los Angeles, CaliforniaU.S.A.Patentansprüche1. Vorrichtung zum Erzeugen eines akustischen Impulses in einem Medium, gekennzeichnet durch (a) ein hohlzylindrisches Gehäuse, das in aufrechter Stellung abgestützt werden kann, (b) einen im Gehäuse bewegbaren Schlagkolben, (c) eine Einrichtung zur Halterung des Schlagkolbens, (d) eine der Halterungseinrichtung entgegenwirkende Einrichtung, die eine anfängliche Abwärtsbewegung des Schlagkolbens bewirkt, (e) eine Druckgasquelle, und (f) eine Einrichtung, die durch die anfängliche Bewegung ausgelöst das Druckgas plötzlich in das Gehäuse einleitet, um den Druckkolben abwärts zu treiben, so daß er auf einen am unteren Gehäuseende aftgeordneten Zielkörper schlägt.2. Vorrichtung zur Erzeugung eines akustischen Impulses in einem Medium, gekennzeichnet durch (a) ein hohlzylindrisches Gehäuse, das oben geschlossen und ynten offen ist und in aufrechter Stellung abgestützt werden' kann, wobei am geschlossenen oberen Ende eine Vielzahl von130038/0853öffnungen durch die Gehäuseseitenwandung verläuft,(b) durch einen im Gehäuse bewegbaren Schlagkolben,(c) eine Einrichtung, die den Schlagkolben so hält, daß er die öffnungen sperrt, (d) eine an die öffnungen angeschlossene Druckgasquelle und (e) eine Einrichtung, die der Halteeinrichtung entgegenwirkt, so daß der Schlagkolben anfänglich sich so weit abwärts bewegt, daß er die öffnungen freilegt, das Druckgas in das Gehäuse eintreten und den Schlagkolben abwärts treiben kann, damit dieser auf einen am Gehäuseunterteil angeordneten Zielkörper einen Schlag ausübt.3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Halterungseinrichtung eine Feder ist.4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß im geschlossenen oberen Ende ein ventilgesteuerter Einlaß vorgesehen ist, durch den das Druckgas aus der Quelle in den Raum über dem Kolben eingelassen werden und diesem die anfängliche Bewegung erteilt werden kann.5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die anfängliche Bewegung bewirkende Kraft im Verhältnis zu der nachfolgend auf den Schlagkolben aufgebrachten Kraft klein ist.6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im geschlossenen oberen Ende aufwärts130038/08 5 3
ORIGINAL INSPECTEDverlaufende Lüftungskanäle vorgesehen sind, wobei das in diesen strömende Druckgas den Gehäuserückschlag kompensiert.7. Akustischer Impulsgenerator, g e k en η ze i c h η e t durch (a) ein hohlzylindrisches Gehäuse, das oben geschlossen und unten offen ist und in aufrechter Stellung abgestützt werden kann, wobei durch die Seitenwand des Gehäuses am geschlossenen oberen Ende eine Vielzahl.von öffnungen verläuft, (b) eine Einrichtung, die die öffnungen mit einer Druckgasquelle verbindet, (c) einen in die Gehäusebohrung gleitend verschiebbar eingesetzten Schlagkolben, dessen Wandung nach oben verjüngt ist, (d) eine Einrichtung, die den Kolben in einer Bereitschaftslage hält/ in der er mit dem verjüngten Teil die öffnungen abdeckt,.(e) eine auf der Innenfläche der Bohrung angebrachten Einrichtung, an die sich der verjüngte Teil des Kolbens in dessen Bereitschaftslage dicht anlegt, damit kein Druckgas in die Bohrung eindringen kann, und (f) eine Einrichtung zum Abnehmen der Halterung, so daß der Kolben abwärts getrieben wird und auf einen am unteren Gehäuseende angeordneten Zielkörper schlagen kann.8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der verjüngte Teil des Kolbens aufwärts bis zu dessen oberer Stirnfläche verläuft und die Bohrung im Gehäuse passend verjüngt ausgebildet ist.9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß sich bei einer Abwärtsbewegung des Kolbens dessen verjüngter Außenwandteil von der Dichteinrichtung löst und dann Druckgas in den Raum über dem Kolben einströmen kann.130038/0853-A-1o. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende des Schlagkolbens zu einer Platte mit größerem als dem Kolbendurchmesser ausläuft und die Halteeinrichtung eine oder mehrere elektrisch gesteuerte Riegelelemente aufweist, die radial einwärts unter die Platte vorstehen.11. Vorrichtung nach Anspruch 1o, gekennzeichnet durch eine Vielzahl hydraulischer Hubzylinder, die axial mit dem Schlagkolben ausgerichtet sind, wobei die Schlagplatte des Schlagkolbens mit öffnungen versehen ist, die die Hubstangen der Hubzylinder aufnehmen können und die Hubstangen ausfahrbar sind, damit die Schlagplatte abwärts laufen kann, und Mittel aufweisen, um die Schlagplatte von unten her anzuheben.12. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Lüftungseinrichtung im verschlossenen oberen Gehäuseende über dem Kolben, durch die Druckluft zum Kompensieren auf dem Gehäuse lastender, aufwärts gerichteter Kräfte austreten kann.13. Vorrichtung zum Erzeugen eines akustischen Impulses in einem Medium, gekenn zeichnet durch (a) ein hohlzylindrisches Gehäuse, das oben geschlossen und unten offen ist und in einer aufrechten Stellung abgestützt werden kann, wobei der Bohrungsoberteil im Gehäuse zum geschlossenen Oberteil hin verjüngt ist und durch den verjüngten Teil eine Vielzahl großflächiger öffnungen zum Gehäuseäußeren verläuft, (b) eine die öffnungen mit einer Druckgasquelle verbindende Einrichtung, (c) einen im Gehäuse bewegbaren Schlagkolben mit verjüngtem Oberteil, der in der Bereit-130038/0853Schaftsstellung in den verjüngten Teil der Bohrung hineinpaßt und dabei die Öffnungen abdeckt, wobei das Druckgas fortwährend eine abwärts gerichtete Kraftkomponente auf den verjüngten Kolbenteil ausübt, (d) eine den Kolben in seiner Bereitschaftsstellung haltenden Einrichtung, (e) eine an der Innenfläche der Bohrung angebrachten Einrichtung, an die sich der Kolben in seiner Bereitschaftsstellung mit seinem verjüngten Teil anlegt, damit kein Druckgas in die Bohrung eintreten kann, (f) einen Zielkörper, der am unteren Gehäuseende anordenbar ist, und durch (g) eine Einrichtung, mit der sich die Halterung schnell abziehen läßt, so daß das Druckgas den Kolben abwärts treiben und dieser einen Schlag auf den Zielkörper ausüben kann.130038/0853
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