DE3048168C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen eines akustischen Impulses in einem Medium nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei der aus der US-Patentschrift 32 83 845 (Re. 26,825) bekannten Vorrichtung wird ein Schlagkolben zuerst durch die einen verhältnismäßig geringen Druck aufweisende Druckluft in eine Stellung unmittelbar unterhalb einer Platte angehoben. Daraufhin wird ein Ventil geöffnet, und Druckluft verhältnismäßig hohen Druckes strömt durch eine Leitung durch das Ventil und einen Einlaß in das Innere eines Zylinders in den Raum oberhalb des Schlagkolbens. Durch die Druckdifferenz wird der Schlagkolben dann nach unten gegen einen Anschlag bewegt, d. h. das Ventil wird durch externe Mittel völlig unabhängig von der Bewegung des Schlagkolbens betätigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung bei Verbesserung der Massebeschleunigungsbedingungen anzugeben, mit der in vereinfachter und wirkungsvoller Weise ein Aufbringen eines Druckgases als Energiequelle über die Bewegung des Schlagkolbens möglich wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 herausgestellt.

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 Schlagkolben beabstandet und axial mit ihm fluchtend ein Zielkörper angeordnet. Eine außerhalb des Gehäuses befindliche Druckgasquelle ist mit der Gehäusebohrung über einen ventilgesteuerten Einlaß im Gehäuseoberteil über dem Schlagkolben 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 Schlagkolben eine anfängliche Abwärtsbewegung erteilt. Werden dann bei der Abwärtsbewegung des Schlagkolbens die Durchlässe in der Seitenwand freigelegt, tritt das Druckgas plötzlich ein und treibt den Schlagkolben mit hoher Geschwindigkeit abwärts, so daß er auf den Zielkörper aufschlägt und einen akustischen Impuls erzeugt. In der Gehäuseoberseite sind Lüftungseinrichtungen 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 Schlagkolben gespannte Federeinrichtung kann danach in die Ruhelage zurückkehren.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sitzt ein hohlzylindrisches Gehäuse, das über dem Erdboden abgestützt werden kann, auf einem langgestreckten Schlagkolben, der normalerweise am geschlossenen oberen Ende des Gehäuses mit einem elektrisch gesteuerten Riegelelement 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 Schlagkolbens 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 des Riegelelements kann der Schlagkolben frei fallen, und es wirkt plötzlich die volle Kraft des Druckgases, um den Schlagkolben auf einen Zielkörper schlagen zu lassen, der 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 Schlagkolben 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,

Fig. 2 ist ein teilgeschnittener Aufriß der Vorrichtung der Fig. 1 auf der Ebene 2-2;

Fig. 3 ist ein Aufriß einer alternativen Ausführungsform.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen akustischen Impulsgenerator 10 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 10 transportiert oder auf ein Fahrzeug aufgesetzt werden soll. Eine relativ zum Gehäuse 12 bewegbare Schlagmasse besteht aus einem länglichen Schlagkolben 17, der in der Bohrung 18 gleitend verschiebbar ist, wobei am unteren Ende des Schlagkolbens 17 unterhalb der Bohrung 18 eine Schlagplatte 20 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 20 festgelegt.

Ein schwerer Zielkörper 24 kann auf den Erdboden am unteren Ende des Gehäuses 12 mit dem Schlagkolben 17 axial fluchtend aufgelegt werden. Der Zielkörper 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 der Zielkörper 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 der Zielkörper 24 den erforderlichen Abwärtshub ausführen kann, wenn die Platte 20 den Schlagkolben 17 auf sie aufschlägt.

Der Impulsgenerator 10 ist mit einem oder mehreren großvolumigen Druckgassammlern 30 versehen, die außen auf dem Gehäuse 12, wie dargestellt, oder separat angeordnet sein können.

Geeignete Leitungen 34, 35 verbunden die Sammler 30 mit einem oberen Gaseinlaß 40 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 Schlagkolbens 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 Schlagkolbens 17 und am Kolben entlang durch die Bohrung 18 entweichen kann, sind auf dem Schlagkolben 17 obere sowie untere Dichtringe 48 bzw. 50 vorgesehen. Die Druckgasströmung durch den Gaseinlaß 40 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 Öffnen des Ventils 51 Gas durch den Einlaß 40 in die Bohrung 18 eingelassen und übt dort auf den Schlagkolben 17 eine so hohe Kraft aus, daß die Vorspannung der Federn 22 überwunden und die Abwärtsbewegung des Schlagkolbens 17 eingeleitet wird. Sobald die Stirnfläche 46 des Schlagkolbens 17 die Öffnungen 44 mindestens teilweise freigelegt hat, strömt aus den Quellen 30 ein großes Gasvolumen in die Bohrung 18 ein und treibt den Schlagkolben 17 weiter abwärts, so daß die Platte 20 auf den Zielkörper 24 schlägt und der erwünschte akustische Impuls entsteht. Während der Bewegung des Schlagkolbens 17 wird unter der Platte 20 befindliche Luft durch die Löcher 54 im unteren Seitenwandteil 55 des Gehäuses 12 ausgedrückt. Das plötzliche Beaufschlagen der gesamten Stirnfläche 46 mit Gasdruck gewährleistet, daß über einen wesentlichen Teil des Abwärtshubs des Schlagkolbens 17 dort eine hohe Antriebskraft wirkt. Wie unmittelbar einzusehen ist, läßt der Kolbenhub vor der Beaufschlagung mit dieser hohen Kraft sich ohne Schwierigkeiten auf 25 mm oder weniger beschränken. Weiterhin kann man die verfügbare Kraft erhöhen, indem man die Sammler 30 nach Größe und Anzahl vergrößert.

Während der Schlagkolben 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 Schlagkolbens 17 in seine Ausgangslage infolge der Wirkung der Federn 22 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 60 versehen, die einen direkten Aufschlag des Flansches 26 bei einer übermäßigen Abwärtsbewegung des Zielkörpers 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 Federn 22 wegläßt und eine Verriegelung (nicht gezeigt) vorsieht, die vom Gehäuse 12 unter der Platte einwärts verläuft.

Die Fig. 3 der Zeichnung zeigt einen akustischen Impulsgenerator 110, 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 120 festgelegt. Am unteren Ende des Schlagkolbens ist eine Platte 122 mit größerem als dem Kolbendurchmesser vorgesehen, die einen konvexen Mittelteil 124 aufweist. Das obere Ende des Schlagkolbens ist mit einer aufwärts verjüngten Außenfläche 128 ausgeführt, die zu einer oberen Stirnfläche 130 ausläuft. Am unteren Ende des Gehäuses 112 ist ein Zielkörper 132 auf die Erdoberfläche oder ein anderes Medium axial fluchtend mit dem Schlagkolben 118 und zu diesem beabstandet auflegbar. Der Zielkörper 132 besteht allgemein aus der Bodenplatte 134 und einer mittig aufrechtstehenden Säule 136, von der ein Flansch 138 radial zu einem Punkt an der unteren Seitenwandung 140 des Gehäuses 112 absteht. Das untere Ende der Seitenwandung 140 ist mit einwärts vorstehenden Rippen 144 und 146 ausgeführt. Die Rippe 144 verläuft radial unter dem Flansch 138, so daß der Zielkörper 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 150, die mit den großvolumigen Sammlern 152 verbunden sind. Wie die Zeichnung zeigt, sperrt die verjüngte Außenfläche 128 des Schlagkolbens 118 die Öffnungen 150 innerhalb des Gehäuses 112. Auf der entsprechend verjüngten oberen Bohrung 154 im Gehäuse 112 sind über und unter den Öffnungen 150 statische Dichtungen 156 bzw. 158 vorgesehen, die an der verjüngten Außenfläche 128 des Schlagkolbens 118 anliegen und verhindern, daß Druckgas auf- oder abwärts durch die Bohrung des Gehäuses 112 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 Schlagkolben 118 lastet. Die Verjüngung kann beispielsweise etwa 5° zur Achse gerichtet sein; dieser Winkel reicht aus, um auf den Schlagkolben 18 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 120 zu stark wird und ein Risiko eines Lecks um die Dichtungen 156, 158 herum auftritt.

Beiderseits des Schlagkolbens 118 sind hydraulische Hubzylinder 160 mit den Hubstangen 162 angeordnet, die durch Öffnungen 164 in der Kolbenschlagplatte 122 verlaufen. Die Stangen 162 sind an ihrem unteren Ende mit den Hubringen 168 versehen. Vor einer Inbetriebsetzung des Impulsgenerators 110 senkt man die Hubstangen 162 herab, so daß sie die gestrichelt gezeigte Lage einnehmen. Nach dem Auslösen des Schlages legt die Platte 122 sich auf die Hubringe 168 auf, die sie dann zusammen mit dem Schlagkolben 118 in die Ruhelage zurückbringen.

Im Betrieb werden die elektrisch gesteuerten Riegelelemente 120 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 Schlagkolben 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 Schlagkolben 118 wird dann 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 Schlagkolbens 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 Schlagkolbens 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 Schlagkolben 118 bilden und die wirksame kinetische Energie beeinträchtigen kann.

Gleichzeitig mit der Abwärtsbewegung des Schlagkolbens 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 am Gehäuse 112 angreift.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Erzeugen eines akustischen Impulses in einem Medium mit einem hohlzylindrischen Gehäuse (12), das an einem Ende geschlossen, am gegenüberliegenden Ende offen und in einer aufrechten Stellung mit nach unten weisendem offenen Ende abstützbar ist, mit einem im Gehäuse (12) bewegbaren Schlagkolben (17), mit einer Halteeinrichtung (22) zum zeitweisen Abstützen des Schlagkolbens (17) aufwärtsgerichtet im Gehäuse (12) im Abstand von dessen offenem Ende in einer Auslösestellung und mit Öffnungen (44) in den Seitenwänden des Gehäuses (12) in der Mitte zwischen dessen geschlossenem und offenem Ende, über die der zylindrische Hohlraum (18) des Gehäuses (12) mit einer äußeren Druckluftquelle kommunizieren kann, wobei der Schlagkolben (17) unter Einwirkung der Druckluft im zylindrischen Hohlraum (18) derart abwärts in eine Schlagbewegung versetzbar ist, daß er zur Erzeugung des akustischen Impulses auf einen am unteren Ende des Gehäuses angeordneten, mit dem Medium gekoppelten Zielkörper schlägt, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (44) vom Schlagkolben (17) in der Auslösestellung abgesperrt sind und daß eine Einrichtung (34, 40, 51) vorgesehen ist, von der der Schlagkolben (17) zunächst in eine anfängliche Abwärtsbewegung entgegen der Wirkung der Halteeinrichtung (22) unter Freisetzung der Öffnungen (44) versetzbar ist, so daß der Schlagkolben (17) erst nach Vollendung der anfänglichen Abwärtsbewegung die Schlagbewegung aufgrund der auf ihn nun einwirkenden Druckluft ausführt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung (22) eine Feder ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am geschlossenen Ende des Gehäuses (12) ein ventilgesteuerter Einlaß vorgesehen ist, durch den die Druckluft in den Raum über dem Schlagkolben (17) zur Auslösung dessen anfänglicher Abwärtsbewegung einlaßbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die anfängliche Abwärtsbewegung des Schlagkolbens (17) bewirkende Kraft im Verhältnis zu der nachfolgend auf den Schlagkolben (17) aufgebrachten Kraft klein ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das geschlossene Ende des Gehäuses (12) aufwärts verlaufende Lüftungskanäle aufweist, durch die die Druckluft zur Kompensation des Gehäuserückschlags ausstoßbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aufwärts gerichtete Ende des Schlagkolbens (118) eine Verjüngung (128) aufweist und daß der Hohlraum des Gehäuses (12) entsprechend passend verjüngt ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch mindestens eine Dichtung (156, 158) im Gehäuse (112), die mit dem verjüngten Ende des Schlagkolbens (118) in einer Bereitschaftsstellung in Eingriff bringbar ist, wobei ein Eindringen der Druckluft in eine Bohrung im Gehäuse, in der sich der Schlagkolben (118) bewegt, verhindert wird, und die mit dem verjüngten Ende des Schlagkolbens (118) bei dessen Abwärtsverschiebung aus der Auslösestellung außer Eingriff kommt, wobei die Druckluft in den Raum oberhalb der Dichtung des Schlagkolbens einströmen kann.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende des Schlagkolbens (118) zu einer Platte (122) mit größerem Durchmesser als dem Kolbendurchmesser ausläuft und daß die Halteeinrichtung mindestens ein elektrisch gesteuertes Riegelelement (120) aufweist, das sich radial von unterhalb der Platte (122) her erstreckt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl hydraulischer Hubzylinder (160) axial mit dem Schlagkolben (118) ausgerichtet sind und daß die Platte (122) des Schlagkolbens (118) mit Öffnungen (164) versehen ist, von denen die Hubstangen (162) der Hubzylinder (160) aufnehmbar sind, wobei die Hubstangen (162) ausfahrbar sind, um ein Abwärtslaufen der Platte (122) zu ermöglichen, und Mittel zum Anheben der Platte von unten her aufweisen.