DE3224624C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung seismischer Wellen durch das Schlagen einer Masse auf ein mit dem Erdboden gekoppelten Zielelement, bei der die Masse in eine Auslöseposition oberhalb des Erdbodens bringbar, dort zunächst haltbar und dann zu einer gradlinigen Fallbewegung, deren Richtung durch der Masse zugeordnete Führungseinrichtungen bestimmt ist, auslösbar ist, um auf das Zielelement aufzuschlagen. Eine Vorrichtung dieser Gattung ist bekannt aus der französischen Patentschrift 23 98 316. Sie umfaßt im wesentlichen ein an einem ersten Ende eines die Führungseinrichtungen bildenden Führungsrohrs befestigtes Zielelement, das in Kontakt mit dem Erdboden dann kommt, wenn das Rohr sich im wesentlichen vertikal befindet, wobei eine Masse so ausgelegt ist, daß sie auf das Zielelement schlägt und ihr Fall durch das Führungsrohr geleitet ist. Außerdem sind Einrichtungen vorgesehen, um diese Masse bis in eine obere Stellung am zweiten Ende des Rohres zu führen und sie in dieser Stellung intermittierend bis zu den gewählten Auslöseaugenblicken zu halten.

Der Nachteil dieser Vorrichtung ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß keinerlei Einrichtungen vorgesehen sind, um die freie Bewegung der Masse nach dem ersten Aufschlag zu kontrollieren und daß diese tatsächlich im allgemeinen Mehrfach-Rückprallstöße am Zielelement hervorrufen. Sekundäre Mehrfachimpulse überlagern sich dem Primärimpuls aufgrund des ersten Aufschlages, was dazu führt, daß die Aufzeichnungen gestört werden und das Auflösungsvermögen der verwendeten seismischen Vorrichtung vermindert wird.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und Mehrfachstöße der Masse nach dem ersten Aufschlag zu unterdrücken.

Erreicht wird dies bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch, daß zu eben dieser Vermeidung mehrfachen Aufpralls der Masse gegen das Zielelement wenigstens ein verformbares, an den Führungseinrichtungen befestigtes Element sowie Steuereinrichtungen derart vorgesehen sind, daß das verformbare Element gegen die Seitenwand der Masse erst nach deren erstem Rückprall drückt und die Masse unbeweglich festlegt.

Es wird nicht verkannt, daß aus der DE-OS 15 48 497 es bekannt ist, die aufschlagende Masse aus mehreren Schichten zu bilden. Oberhalb oder unterhalb einer Stahlplatte, die auf den Boden schlägt, ist ein Dämpfungselement angeordnet, das aus mehreren verformbaren Schichten aufgebaut ist, nämlich Sand, Elastomer, Wasser, Öl, Schaum, Kunststoff etc. Das Ganze ist derart ausgebildet, daß die Fortpflanzungsdauer des Schalls in den Dämpfungsschichten gleich der Reflexionszeit durch die aufschlagende Masse ist. Das Ergebnis ist wiederum eine Verminderung der der Schlagmasse erteilten Kräfte und eine hieraus resultierende größere seismische Amplitude. Es handelt sich im wesentlichen wiederum um einen Stoßdämpfer und nichts, was mit einer direkten Rückprallverhinderung zu tun hätte. Dämpft man jedoch die Stöße, so trägt die Vorrichtung dazu bei, die Rückprallenergie und damit die Amplitude eventueller Rückprallerscheinungen zu verhindern. Nach einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung weisen die Steuereinrichtungen wenigstens ein bewegliches Organ und mit den Führungseinrichtungen verbundene Antriebseinrichtungen zur Verschiebung des beweglichen Organs in Richtung der seitlichen Wandung der Masse auf.

Das bewegliche Organ besteht vorzugsweise aus der Stange eines hydraulischen Kolbens, der sich intermittierend gegen eine am verformbaren Element feste Schubplatte legt.

Vorzugsweise umfassen die Steuereinrichtungen Aufnehmereinrichtungen, die ein Signal abhängig vom Aufschlag der Masse gegen das Zielelement erzeugen, wobei die Antriebseinrichtungen von diesem Signal betätigt werden. Die Masse wird seitlich im Augenblick des ersten Rückpralls gehalten und kann nicht wieder nach unten gehen und erneut auf das Zielelement treffen.

Eine besondere Anwendung findet die Vorrichtung nach der Erfindung in Kombination mit einem Gerät, das im Erdboden longitudinale Schallwellen erzeugt.

Weitere vorzugsweise Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

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

Fig. 1 schematisch im Schnitt den unteren Teil der Führungseinrichtungen, bestehend aus einem dem Zielelement zugeordneten Rohr, wobei die Masse bei Fallende und vor ihrem Rückprall in Kontakt mit dem Zielelement steht, in Kombination mit einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit zwei verformbaren, ihren jeweiligen Steuereinrichtungen zugeordneten Elementen, wobei diese verformbaren Elemente in Distanzstellung sich befinden;

Fig. 2 schematisch im Schnitt den unteren Teil des dem Targetelement zugeordneten Führungsrohrs, wobei die Masse nach dem ersten Rückprall durch die ver­ formbaren Einrichtungen stillgesetzt ist, die sich gegen ihre seitlichen Wandungen abgestützt haben;

Fig. 3 schematisch zwei nebeneinandergesetzte Halbschnitte eines hydraulischen Steuerstellzylinders für jedes verformbare Element, in Zuordnung zu einem mit Schubplatte versehenen verformbaren Element, wobei das bewegliche Organ sich einmal in ausgefahrener, einmal in eingefahrener Stellung befindet;

Fig. 4 schematisch und im Querschnitt das Führungsrohr und die Vorrichtung in Fig. 1, in Zuordnung zu einem hydraulischen Steuerkreis;

Fig. 5 schematisch ein Magnetventil des hydraulischen Steuerkreises in seiner zweiten Stellung, wenn es durch ein Steuersignal gespeist ist und

Fig. 6 schematisch einen Querschnitt durch das Führungsrohr in Zuordnung zu einer Ausführungsvariante der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung.

Die schematisch in den Fig. 1 und 2 gezeigte Vorrichtung umfaßt ein Führungsrohr 1 von einem Durchmesser, der größer als der einer zylindrischen im Innern angeordneten Masse 2 ist. Vier zu je zwei einander gegenüberstehende Gleitschienen 3 sind entsprechend den Erzeugenden des Führungsrohrs (Fig. 4) befestigt. Der Abstand zwischen den Gleitschienen ist derart gewählt, daß die Masse sich gegen diese abstützt, wenn sie sich im Innern des Führungsrohrs 1 verschiebt. An einem Ende hiervon ist eine erste Platte 4 befestigt, die in ihrem mittleren Teil von einer Öffnung 5 von einem Querschnitt, der größer als der der Masse 2 ist, durchbohrt ist. Diese erste Platte ist an einer zweiten Platte 6 über verformbare Befestigungseinrichtungen befestigt, die aus mit Bolzen 7 zusammenwirkenden Federn 8 gebildet sind. Die zweite Platte 6 ist fest mit dem Targetelement 9 an ihrem Umfang verbunden. Diese ist mit einer Schlagplatte für die Masse und einer Bodenanlagefläche 11 versehen. Die Schlagplatte 10 ist aus einem dämpfenden Material, beispielsweise Polyurethan, hergestellt, die für einen Schutz des Target­ elements sorgt und es ermöglicht, gegebenenfalls die Form des seismischen an den Erdboden übertragenen Signals zu modifizieren.

Vorspringende Elemente 12 (Zähne oder Spitzen beispiels­ weise) können gegebenenfalls an der Basis des Targetelements befestigt sein, um die Kopplung dieses Targetelements mit dem Erdboden zu erleichtern, wenn es auf Straßen jedoch einge­ setzt wird, wobei das Targetelement, um die Straßen nicht zu beschädigen, frei von Oberflächenrauhigkeiten oder Vor­ sprüngen ist.

Längliche verformbare Elemente, die jeweils aus einem Band 13 aus elastischem Material beispielsweise bestehen, sind zwischen den Gleitschienen 3 und parallel zu diesen auf zwei Teilen der dem Führungsrohr gegenüberstehenden Innenwand ausgebildet und sind an diesem an ihren beiden Enden befestigt. Im Mittelteil jedes Bandes ist eine Schubplatte 14 befestigt, gegen die sich intermittierend ein bewegliches Antriebseinrichtungen zugeordnetes Organ abstützt, wobei dieses bewegliche Organ gebildet wird aus der Stange 15 eines hydraulischen Stellzylinders 16, der genauer mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben werden wird.

Die Bänder 13 sind im unteren Teil des Führungsrohrs 1 derart angeordnet, daß sie sich gegenüber der Seitenwand der Masse 2 befinden, wenn diese nach ihrem Aufschlag gegen das Targetelement 9 zurückprallt. Nicht dargestellte Einrichtungen ermöglichen es, die Masse zum zweiten Ende des Rohres gegenüber dem, das am Targetelement befestigt ist, zu führen. Diese Einrichtungen können beispielsweise, wie die französische genannte Patentschrift es darlegt, gebildet sein durch ein Betätigungssystem, das so ausge­ legt ist, daß es das Führungsrohr derart verkippen läßt, daß sein zweites Ende höher als sein erstes Ende kommt, was es der Masse wiederum ermöglicht, infolge Schwerkraft gegen das zweite Ende nach unten zu gehen, wo es inter­ mittierend durch einen Elektromagneten stillgesetzt wird. Diese Einrichtungen können auch beispielsweise durch ein Seil gebildet sein, das auf eine mt Antriebseinrichtun­ gen zusammenwirkende Winde gewickelt ist, wobei das Seil oder Kabel an der Masse befestigt sein kann. Jeder der Steuerstellzylinder 16 (Fig. 3) umfaßt ein mit einer Grund­ platte 18 versehenes Gehäuse 17, wobei die Grundplatte an einem Flansch 19 befestigt ist, der fest bezüglich der Außenwand des Führungsrohrs 1 ist. Öffnungen sind in der Wandung des Rohres, des Flansches 19 und der Grundplatte 18 jedes Zylindergehäuses 17 zum Durchgang von dessen Kolbenstange 15 ausgespart. Die Kolbenstange 15 ist mit einem mit Dichtungseinrichtungen 21 versehenen Kopf 20 ausgestattet, dessen Querschnitt an dem Innenquerschnitt des Zylindergehäuses 17 angepaßt ist. Eine Rückstellfeder 22, die sich einerseits gegen den Kopf 20 und andererseits gegen eine Wand der Grundplatte 18 abstützt, drückt die Kolbenstange 15 gegen das Innere des Stellzylindergehäuses 17 (eingefahrene Stellung). Das Ende der in das innere des Führungsrohres eintretenden Kolbenstange 15 stützt sich gegen eine der Schubplatten 14 ab.

Das der Grundplatte 18 gegenüberliegende Ende des Zylinder­ gehäuses 17 ist mit einer mit einem hydraulischen Kreis in Verbindung stehenden Öffnung versehen.

Dieser hydraulische Kreis umfaßt (Fig. 4) zwei Leitungen 23, die an einem ersten Ende im Inneren der Gehäuse 17 der Stellzylinder 16 münden und mit einem zweiten Ende mit einer gemeinsamen Leitung 24 in Verbindung stehen, die an den Ausgang eines Magnetventils 25 bekannter Art angeschlos­ sen ist.

Die beiden Eingänge dieses Magnetventils stehen über Leitungen 26, 27 mit einem Druckflüssigkeitssammler 28 und einem Niederdruckflüssigkeitsspeicher 29 (atmosphäri­ scher Druck) in Verbindung. Eine vom Speicher 29 gespeiste Pumpe 30 lädt den Sammler 28 über ein Rückschlagventil 31. Das Magnetventil 25 umfaßt einen Schieber 32 mit zwei Stellungen, der es ermöglicht, die Leitung 24 in Verbin­ dung mit der einen oder anderen der Leitungen 26 und 27 zu setzen. In einer ersten Stellung des in Fig. 4 darge­ stellten Schiebers (Ruhestellung) läßt das Magnetventil die Leitungen 24 und 27 in Verbindung treten. Ein Druck gleich dem atmosphärischen Druck wird an die Zylinder­ gehäuse 17 der Stellzylinder 16 gelegt. In einer zweiten in Fig. 5 dargestellten Stellung läßt nach Verschieben des Schiebers 32 das Magnetventil die Leitungen 24 und 26 in Verbindung treten; der im Sammler 28 herrschende Hochdruck wird an die Stellzylinder 16 gelegt. Der Schieber 32 des Magnetventils 25 ist durch elektromagne­ tische Einrichtungen verschiebbar, die von einem Steuer­ gehäuse 33 aus gespeist sind, welches von einem geeigneten Signal TB aktiviert wird. Dieses Signal wird durch Empfänger- oder Gebereinrichtungen erzeugt, die beispiels­ weise aus einem auf dem Targetelement 9 oder auf dem Erdboden in unmittelbarer Nachbarschaft des Targetelements angeordneten Geophon (nicht dargestellt) bestehen. Es ist so ausgelegt, daß es den seismischen, im Augenblick des Stoßes der Masse gegen das Targetelement übertragenen Impuls erfaßt, wobei dieser Impuls den Anfangsbezugsaugenblick definiert. Die Stellzylinder 16 und die Gesamtheit des hydraulischen Kreises bilden die Antriebseinrichtungen, die in Kombination mit den beweglichen, die verformbaren Elemente und die Empfän­ gereinrichtungen beaufschlagenden Einrichtungen die An­ triebseinrichtungen bilden.

Die Vorrichtung nach der Erfindung arbeitet wie folgt:

Nachdem das Führungsrohr 1 im wesentlichen vertikal der­ art gerichtet wurde, daß das Targetelement 9 in Kontakt mit dem Erdboden kommt und die Masse 2 vorher bis in die zweite Stellung des Rohres verschoben wurde, nimmt man zu einem gewählten Augenblick das Auslösen vor. Die Masse 2 gleitet unter der Wirkung ihres Eigengewichts gegen die erste Stellung des Führungsrohres 1, geführt durch Gleitschienen 3. Bei Ende dieses Weges kommt der Aufschlag gegen das Targetelement 9 und unter dem Stoß ein Rückprall in ent­ gegengesetzter Richtung. Der Schieber 32 befindet sich in seiner Ruhestellung, in der die Leitungen 23, 24 mit der Leitung 27 und mit dem Niederdruckspeicher 29 in Verbin­ dung stehen. Das bewegliche Organ (14, 15) jedes Stell­ zylinders 16 befindet sich in der eingefahrenen Stellung (rechter Halbschnitt der Fig. 3) und die Schieberplatte 14 wird gegen die Innenwand des Führungsrohres 1 gepreßt. Die verformbaren Bänder oder Banden 13 befinden sich in gelö­ ster Stellung; ihr Abstand ist größer als der Durchmesser der Masse 2.

Nachdem die Empfängereinrichtungen den den Augenblick des Stoßes definierenden übertragenen Impuls erfaßt haben, erzeugen sie ein Signal TB, welches das Steuergehäuse 33 aktiviert. Die elektromagnetischen Einrichtungen des Ventils 25 bewegen den Schieber 32 gegen seine zweite Stellung (in Fig. 5 dargestellt), in der die Leitungen 23, 24 mit der aus dem Druckflüssig­ keitssammler 28 kommenden Leitung 26 in Verbindung gesetzt werden.

Die Kolbenstangen 15 der Stellzylinder 16 drücken die an den verformbaren Bändern befestigten Schubplatten gegen das Innere des Führungsrohres 1 (linker Halbschnitt der Fig. 3). Die mittigen Teile der ver­ formbaren Bänder 13 nähern sich aneinander ausreichend an, um mit Kraft die seitlichen Wandungen der Masse 2 zu beaufschlagen und diese nach ihrem Rückprall (Stel­ lung der Fig. 2) unbeweglich zu machen. Die Masse kann nicht mehr nach unten und seismische Störimpulse aus­ lösen. Im übrigen sorgt die Nachgiebigkeit der verform­ baren Bänder 13 für eine gewisse Progressivität im Bremsen und Unbeweglichmachen der Masse und vermeidet die Erzeugung seismischer Störimpulse, die aus einer plötzlichen Blockierung resultieren würden. Dieser Effekt wird vervollständigt durch das Entkuppeln zwi­ schen dem Rohr und dem Targetelement, welches durch die Aufhängefederanordnung 8 sichergestellt ist. Die mechanischen Beanspruchungen im Augenblick des Blockie­ rens werden nicht auf die Kolbenstangen 15 der Stell­ zylinder 16 aufgrund der Tatsache übertragen, daß sie mit den Schubplatten 14 nicht fest verbunden sind.

Die Einrichtungen, die die Masse gegen das zweite Ende des Führungsrohres verschieben, werden dann betätigt; der Schieber 32 des Magnetventils wird in die erste Stellung rückgeführt. Das Fluid in den Gehäusen 17 der Stellzylinder 16 und den Leitungen 23, 24 befindet sich auf dem niedrigen im Flüssigkeitsspeicher 29 herrschen­ den Druck; die Kolbenstangen 15 der Stellzylinder werden in ihre eingefahrene Stellung durch die Rückstellfedern 22 rückgeführt. Die verformbaren Bänder 13 gehen ausein­ ander und geben die Masse 2 frei.

Nach der Ausführungsform der Fig. 6 umfaßt die Vorrichtung drei unter 120° zueinander angeordnete Stellzylinder, die in ein und der gleichen Diametralebene des Führungsrohres in dessen unterem Teil und wie in Fig. 3 angegeben, ange­ bracht sind.

Die Kolbenstangen der Stellzylinder 16 sind so ausgebildet, daß sie sich gegen die Beaufschlagungsplatten 14 ab­ stützen, die an den Mittelteilen der drei verformbaren Bänder oder Banden 13 befestigt sind, die ebenfalls ent­ sprechend den Erzeugenden des Rohres 1 angeordnet und an dessen Wand benachbart ihrer Enden befestigt sind. Weiter drücken sie die drei Banden gegen dessen Inneres. Die Masse 2 wird unter Verschiebung gegen das Innere des Führungsrohres 1 durch drei Gleitschienen 3 geführt, die um 120° bezüglich einander zwischen den hydraulischen Stellzylindern 16 versetzt und an der Innenwand des Führungsrohres über dessen gesamte Länge befestigt sind. Die drei aus den Stellzylindern 16 austretenden Kanäle sind mit einer einzigen Leitung 24 verbunden, die mit einem hydraulischen Fluid (nicht dargestellt) gleich dem der Ausführungsform der Fig. 4 gespeist ist.

Bei der Ausführungsform der Fig. 6 arbeitet man wie vor­ beschrieben.

Im Rahmen der Erfindung können natürlich die Zylinder­ gehäuse sowie der hydraulische Kreis durch irgendein bekanntes Antriebsmittel, wie beispielsweise elektro­ magnetische Einrichtungen, ersetzt sein.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur Erzeugung seismischer Wellen durch das Schlagen einer Masse auf ein mit dem Erdboden gekoppeltes Zielelement, bei der die Masse in eine Auslöseposition oberhalb des Erdbodens bringbar, dort zunächst haltbar und dann zu einer geradlinigen Fallbewegung, deren Rich­ tung durch der Masse zugeordnete Führungseinrichtungen bestimmt ist, auslösbar ist, um auf das Zielelement aufzu­ schlagen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung mehrfachen Aufprallens der Masse (2) gegen das Ziel­ element (9) wenigstens ein verformbares, an den Füh­ rungseinrichtungen befestigtes Element (13) sowie Steuer­ einrichtungen derart vorgesehen sind, daß das verformbare Element gegen die Seitenwandung der Masse erst nach deren erstem Rückprall drückt und die Masse unbeweglich festlegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrich­ tungen wenigstens ein bewegliches Organ (15) und mit den Führungseinrichtungen verbundene Antriebseinrich­ tungen zur Verschiebung des beweglichen Organs in Rich­ tung der seitlichen Wandung der Masse (2) aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsein­ richtungen wenigstens einen hydraulischen an den Führungseinrichtungen befestigten Stellzylinder (16) umfassen, wobei das bewegliche Organ gebildet wird durch die Kolbenstange des Stellzylinders und so ausgebildet ist, daß es sich intermittierend gegen eine am verform­ baren Element befestigte Schubplatte (14) legt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das verformbare Element aus einer Bande aus einem nachgiebigen Material besteht, die im wesentlichen längs der Verschiebungsachse der Masse angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrich­ tungen auch Empfängermittel umfassen, die so ausgebildet sind, daß sie ein Signal abhängig vom Aufschlag der Masse gegen das Zielelement erzeugen, wobei die Antriebsein­ richtungen durch dieses Signal betätigt sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrich­ tungen einen hydraulischen Kreis umfassen, der mit einem von diesem Signal betätigten Magnetventil (25) zusammen­ wirkt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Kreis eine Speiseleitung für jeden Stellzylinder umfaßt, der über das Magnetventil entweder mit einem Niederdruckfluid­ speicher (29) oder mit einem Hochdruckfluidsammler (28), der durch eine Pumpe (30) gespeist ist, zusammenwirkt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrich­ tungen ein Rohr (1) mit einem Querschnitt größer als dem der Masse (2) sowie eine Vielzahl von Gleitschienen (3) umfassen, die längs der Erzeugenden des Rohrs angeordnet sind, und daß das verformbare Element (13) und seine Steuer­ einrichtungen mit der Wand des Rohrs zwischen den Gleit­ schienen befestigt sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr an einem ersten Ende am Zielelement (9) über elastische Verbin­ dungseinrichtungen (7, 8) befestigt ist und mit Mitteln zusammenwirkt, die die Masse vom ersten Ende zum entgegen­ gesetzten Ende des Rohres entsprechend der Auslöseposition verschieben und intermittierend halten.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekenn­ zeichnet durch eine Vielzahl verformbarer Ele­ mente (13), die durch elastische Banden gebildet sind, welche längs der Erzeugenden des Rohres in seinem unteren Teil angeordnet sind und benachbart ihren Enden an der Wandung des Rohres befestigt sind; und durch eine Vielzahl von hydraulischen Stellzylindern (16), die am Führungs­ rohr (1) derart befestigt sind, daß ihre Stangen (15) sich gegen die elastischen Banden im wesentlichen in der Mitte ihrer Länge vermittels Schubplatten legen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrich­ tungen von elektromagnetischer Bauart sind.