DE4222135C1 - Vorrichtung mit einem an einem Fahrzeug befestigten Vibrator zum Erzeugen seismischer Schwingungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem an einem Fahr­ zeug befestigten Vibrator zum Erzeugen seismischer Schwingungen.

Zur Erzeugung seismischer Schwingungen werden häufig mobile Vi­ bratoren verwendet. Diese sind in der Regel an einem speziell für diese Zwecke konstruierten Fahrzeug befestigt.

Bei einem Vibrator wird anstelle einer Impulsanregung ein meh­ rere Sekunden andauernder Schwingungszug mit relativ kleiner Druckamplitude erzeugt. Die Schwingungsfrequenz kann nach vor­ gegebenen Zeitfunktionen verändert werden. Es können auch nicht­ lineare Frequenzveränderungen nahezu beliebiger Form mit Hilfe geeigneter Steuerungseinrichtungen erreicht werden.

Ein Vibrator besteht aus den wesentlichen Komponenten Boden­ platte und Reaktionsmasse, die gegeneinander mittels einer Kolben-Zylindereinheit in Schwingungen versetzt werden können. Der gesamte Vibrator ist über eine Hubvorrichtung mit dem Fahr­ zeug verbunden. Zum Einsatz des Vibrators wird die Bodenplatte auf den Boden abgesenkt und mittels der Hubvorrichtung an den Boden gedrückt. Die Anpressung geht so weit, daß das Fahrzeug dabei vorne oder hinten angehoben wird, so daß praktisch das gesamte Gewicht des Fahrzeuges als statische Vorlast auf dem Vibrator ruht. Dadurch können relativ große Schwingamplituden erzielt werden.

Mit Hilfe derartiger Vibratoren werden in der Regel P-Wellen erzeugt. Durch eine synchrone, phasenverschobene Anregung einer Gruppe von Vibratoren, die im Abstand zueinander angeordnet sind, läßt sich eine gewünschte Richtcharakteristik erzielen. Hiermit ist es möglich, mit derartigen Vibratoren auch Scherwellen zu erzeugen.

Aus der DE-OS 25 09 704 ist ein Fahrzeug mit einem Vibrator be­ kannt, bei welchem der Vibrator am freien Ende eines schwenkbar am Fahrgestell angelenkten rahmenartigen Trägers angeordnet ist und bei dem eine Hubvorrichtung mit Abstand zum Bodenvibrator zwischen dem Fahrgestell und dem schwenkbaren Träger befestigt ist. Die Hubvorrichtung besteht dabei aus einer Kolbenzylinder­ einheit, deren Enden schwenkfähig mit dem Fahrgestell und dem schwenkbaren Trägerrahmen verbunden sind. Der schwenkbare Trä­ gerrahmen weist am Fahrgestell angeordnete Schwenkarme auf, an deren Enden die Trägerplatte des Vibrators befestigt ist. Zu den Schwenkarmen sind parallel liegende Ausgleichsarme angeord­ net, die es durch ihre teleskopische Ausbildung ermöglichen, die Bodenplatte des Vibrators in Längsrichtung des Fahrzeuges zu kippen.

Obgleich sich diese Anordnung über viele Jahre bewährt hat, ist deren Ausführung jedoch sehr kostenaufwendig und heutigen kon­ struktiven Möglichkeiten nicht mehr angepaßt.

Aus der DE-OS 14 73 922 ist ein an einem Fahrzeug befestigter Vibrator bekannt, der über zwei seitlich zum Fahrzeug ange­ ordnete Hubzylinder anheb- und absenkbar ist. Zum Ausgleich von Bodenunebenheiten ist das Verbindungsteil zwischen Boden­ platte und Hubteil elastisch ausgebildet. Dies hat allerdings den Nachteil, daß die übertragbare Vibrationsenergie beein­ trächtigt ist und das elastische Teil im übrigen starkem Ver­ schleiß unterworfen ist.

Aus der US 3 866 709 ist ein Vibrator bekannt, der am oberen Ende an einem Haltestab mit einem kugelförmigen Ende befestigt ist. Damit ist auch ein Kippen des Vibrators aus der Horizonta­ len möglich. Diese Anordnung gibt aber keine Möglichkeit an, daß gesamte Fahrzeuggewicht auf den Vibrator aufzulasten.

Die DE-OS 27 37 991 zeigt einen seismischen Breitbandvibrator, dessen Bodenplatte durch eine besondere Anordnung von Stabili­ sierungsstäben aus der Horizontalen gekippt werden kann. Aller­ dings verbleiben Schwingsystem und Reaktionsmasse in vertikaler Ausrichtung zum Fahrzeug, so daß durch die winkelmäßige Anord­ nung der Bodenplatte gegenüber der Reaktionsmasse ein Scheref­ fekt auftreten kann, der zu schnellem Verschleiß des Vibrators und unerwünschter Erregung von Scherwellen führen kann.

Aus der DE-OS 27 45 213 ist ein Fahrzeug mit einer seismischen Quelle nach dem Schlagprinzip bekannt, wobei eine kardanisch aufgehängte zentrale Zylin­ dereinheit zum Anheben und Andrücken der Bodenplatte an den Boden dient.

Sofern die angebrachte Kraft nicht ausreicht, können zusätz­ liche Kolben-Zylinderheiten unmittelbar über Gabelverbindun­ gen auf die Bodenplatten einwirken. Die unmittelbare Einwir­ kung dieser Einheiten hat jedoch den Nachteil, daß die er­ zeugten Schwingungen in vollem Umfang auf das Fahrzeug über­ tragen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit an einem Fahrzeug be­ festigten Vibrator zum Erzeugen seismischer Schwingungen an­ zugeben, die bei kleinem Aufbau und geringen Kosten eben­ falls eine Verschwenkung der Bodenplatte in Anpassung an un­ ebene Böden ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Un­ teransprüchen angegeben.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der gesamte Vibrator konstruktiv einfach am Fahrzeug befestigt werden, es ist ein einfaches Verschwenken möglich und es wird insbesondere auch die Wartungsfreundlichkeit der Vorrichtung erhöht.

Erfindungsgemäß ist u. a. vorgesehen, daß der Vibrator mittels zweier seitlich zur Reaktionsmasse angeordneter mit der Trägerplatte des Vibrators verbundener Hubvorrichtungen anheb- bzw. absenk­ bar ist. Die Kolbenzylindereinheiten der Hubvorrichtungen sind mittels Gürtellagerung an einem Fahrzeugteil befestigt, um ein Verschwenken der Bodenplatte in Anpassung an unebene Böden zu ermöglichen. Die Gürtellagerachse ist vorzugsweise quer zur Fahrzeuglängsachse ausgerichtet. Insbesondere kann die Gürtel­ lageraufhängung auf Längsträgern des Fahrzeugs befestigt sein. Um Bautoleranzen auszugleichen, kann die Gürtellageraufhängung eine verdrehbare exzentrische Lagerbuchse aufweisen. Um den Vib­ rator normalerweise in vertikaler Stellung gegenüber dem Fahr­ zeug zu halten, ist vorgesehen, daß die Kolbenzylindereinheiten vorzugsweise mit einem Fahrzeugteil über eine federbelastete Stabilisierungsverbindung verbunden ist. Diese besteht insbe­ sondere aus einer doppelten beidseitig vorgespannten Feder, die einerseits mit Abstand von der Gürtellagerung an der Kolbenzy­ lindereinheit und andererseits an einem Fahrzeugteil befestigt ist.

Zur Verbindung der Trägerplatte des Vibrators mit dem Kolben der Kolbenzylindereinheiten können insbesondere Ringspannele­ mente zum Einsatz kommen. Die Einspannung kann andererseits auch verschwenkbar ausgebildet sein, indem an dieser Stelle Pendelstützenlager verwendet werden.

Den Kolbenzylindereinheiten sind insbesondere integrierte Druck­ begrenzungsventile zugeordnet, wobei auch integrierte entsperr­ bare Rückschlagventile mit in die Kolbenzylindereinheiten in­ tegriert sein können, um eine höchstmögliche Sicherheit der Einrichtung zu gewährleisten. Die Kolbenzylindereinheiten sind insbesondere als Differentialzylinder oder Gleichlaufzylinder ausgebildet.

Die Erfindung ermöglicht den sehr kostengünstigen Aufbau eines Vibrators. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, daß Führungs- und Arbeitszylinder eine Einheit bilden und erforderliche Si­ cherheitseinrichtungen mit in der Kolbenzylindereinheit inte­ griert sind. Der erfindungsmäße Aufbau ermöglicht es ferner, den Vibrator einfach von den Kolbenzylindereinheiten abzukop­ peln und für den Wartungsfall auszutauschen oder zu reparieren.

Die erfindungsgemäße Ausbildung des Vibrators führt zu einem erhöhten Schutz gegen Beschädigungen, wenn beispielsweise während eines Standortwechsels des Fahrzeuges in unebenen Gelände die Bodenplatte gegen ein Hindernis stößt. Durch die kippbare Ausbildung des gesamten Vibrators kann die Grund­ platte auf einer Bodenfläche so abgesetzt werden, daß hier eine gute Kopplung an den Erdboden erzielt wird. Die Reak­ tionsmasse schwingt gegenüber der Bodenplatte in jedem Fall in gleicher Richtung unabhängig von der Stellung des Vib­ rators gegenüber dem Fahrzeug.

Das Verfahren zur Erzeugung der Schwingungen, das Absetzen des Vibrators und das Andrücken gegen den Boden erfolgen im wesentlichen auf bekannte Weise.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es auch möglich, den Schwerpunkt des Vibrators so tief wie möglich zu legen. Oberhalb des eigentlichen Vibrators befindet sich nur der Hubzylinder 4. Der Vibrator kann einfach konstruiert wer­ den, ist wartungsfreundlich und unempfindlich im prakti­ schen Gebrauch.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Gesamtansicht eines Fahrzeugs mit einem Vibrator,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Vibrators,

Fig. 3 eine Rückansicht eines Vibrators,

Fig. 4 eine Rückansicht einer alternativen Ausführungs­ form der Erfindung, bei der die Gürtellagerung jedoch nicht dargestellt ist,

Fig. 5 eine Seitenansicht eines Vibrators nach Fig. 4.

Das in Fig. 1 dargestellte Fahrzeug weist eine Führerkabine 3 und einen Antrieb 2 auf. Zwischen den Achsen des Fahrzeuges befindet sich an Längsträgern 6 befestigt ein Vibrator 1 mit einem Hub- und Führungszylinder bzw. einer Kolben-Zylindereinheit 4 und einem Stabilisator 5.

Die Fig. 1 zeigt den Vibrator in angehobener Ansicht. Zur Er­ zeugung seismischer Energie werden die an Längsträgern des Fahrzeugs beidseitig der Reaktionsmasse befestigten Kolben-Zylindereinheiten 4, so daß die Bodenplatte des Vibrators auf den Boden aufdrückt. Weiteres Ausfahren der Kolben der Zylinder bewirkt, daß der hintere Teil des Fahrzeuges vom Boden abge­ hoben wird, so daß nahezu das gesamte Fahrzeuggewicht auf dem Vibrator 1 lastet. In dieser Stellung wird dann in bekannter Weise durch Betätigung einer weiteren Kolben-Zylindereinheit die Bodenplatte gegenüber einer Reaktionsmasse in Schwingungen versetzt.

Fig. 2 zeigt einen Vibrator in Seitenansicht. Die gezeigte Kolben-Zylinder­ einheit 4 weist eine Kolbenstange 17 auf, an deren unterem Ende über Ringspannelemente 12 der eigentliche Vibrator befestigt ist. Dieser besteht aus einer Trägerplatte 18 und ei­ ner Bodenplatte 7, die gegeneinander über luftgefederte Puffer 8, 9 abgestützt sind. Die Puffer dienen zur akustischen Entkopp­ lung der Bodenplatte 7 von der Trägerplatte 18, so daß die zwi­ schen Reaktionsmasse 27 und Bodenplatte 7 erzeugten Schwingun­ gen nicht in das Fahrzeug über die Trägerplatte 18 übertragen werden.

Um in angehobener Stellung des Vibrators den Absenkweg der Bo­ denplatte 7 zu begrenzen, sind Ketten 23 zwischen Trägerplatte 18 und Bodenplatte 7 vorgesehen. Weiterhin sind Parallellenker 22 vorgesehen, die über Gelenke 20 an der Trägerplatte 18 und 21 an der Bodenplatte 7 eine Verdrehsicherung und Verschiebe­ sicherung der Bodenplatte gegenüber der Trägerplatte bewirken, sobald der Vibrator auf dem Boden aufliegt.

Die Kolben-Zylindereinheiten 4 dienen sowohl zum Absenken des Vibrators als auch zu dessen vertikaler Führung. Dies zugehörigen Zylinder sind dabei über Gürtellager 19 an Längsträgern 6 des Fahrzeuges befestigt. Der Vibrator kann daher einschließlich Zylinder um das Gür­ tellager 19 geschwenkt werden. Dadurch wird es möglich, die Bodenplatte 7 gegenüber der Horizontalen bei Unebenheiten des Bodens auszulenken.

Um die Bodenplatte des Vibrators normalerweise in horizontaler Stellung zu halten, ist an beiden Seiten des Fahrzeuges im Ab­ stand vom Gürtellager 19 ein Flansch 10 am Zylinder der Kolben-Zylindereinheit 4 befestigt, der über einen Stabilisator 5 mit einem Halter 13 an einem Quer­ träger 16 des Fahrzeuges befestigt ist. Der Stabilisator ist über Lager 14, 15 angelenkt und besteht im wesentlichen aus ei­ ner doppelten vorbelasteten Feder, die den Zylinder normaler­ weise in vertikaler Stellung hält. Bei Anstoßen der Bodenplatte 7 gegen Hindernisse oder bei Unebenheiten des Untergrundes, er­ laubt der Stabilisator die Auslenkung des Zylinders der Kolben-Zylindereinheit 4 aus der vertikalen Stellung, so daß eine bessere Anpassung an den Boden und gleichzeitig eine Sicherung gegen Anstoßen des Vibrators an Hindernisse erreicht ist. Bei Entlastung kehrt der Zylinder des Vibrators in seine vertikale Stellung zurück.

Der Zylinder der Kolben-Zylindereinheit 4 ist vorzugsweise als Differentialzylinder oder Gleichlaufzylinder ausgebildet. Im Kopf des Zylinders befindet sich vorzugsweise ein Druckbegrenzungsventil und ein entsperr­ bares Rückschlußventil. Insbesondere durch diese Maßnahme kann der Zylinder gleichzeitig als Hubzylinder und als Führungs­ zylinder dienen.

Fig. 3 zeigt einen Vibrator in Rückansicht. Es sind zwei Zylin­ der 4 vorgesehen, die jeweils an Längsträgern 6 des Fahrzeuges über Gürtellager 19 befestigt sind. Die Gürtellager 19 sind in Lagerbuchsen 28 gelagert, die vorzugsweise exzentrisch ausge­ bildet sind, so daß sie über Einstellschrauben 29 justiert wer­ den können.

Am unteren Ende der Kolbenstangen 17 ist die Trägerplatte 18 befestigt. Zwischen den beiden Zylindern befindet sich die Reaktionsmasse 27, deren zentrale Kolben­ stange im Lagerbock 24, insbesondere über eine Ringspannbe­ festigung, verankert ist. Hier sind jeweils zwei in Reihe liegende Parallellenker 25, 26 vorgesehen, die die seitliche Auslenkung der Bodenplatte begrenzen.

Es ist deutlich zu erkennen, daß nach Lösen der Ringspannele­ mente 12 die Bodenplatte samt Trägerplatte 18 und Reaktions­ masse 27 von den Zylindern der Kolben-Zylindereinheit 4 entfernt werden kann und daher einem Austausch bzw. einer Wartung auf einfache Weise zugäng­ lich ist.

In einer anderen Ausführungsform eines Vibrators sind die un­ teren Enden der Kolbenstangen der Zylinder 4 in Pendelstüt­ zenlagern 33 verankert, die ein Kippen der Trägerplatte 18 gegenüber der Kolbenstangen der Zylinder 4 erlauben. Auch auf diese Weise ist eine Anpassung der Bodenplatte an unebene Bo­ denverhältnisse erreicht.

Es ist eine dynamische Hubbegrenzung 34 vorgesehen, die gegen ein Schwingmetall oder eine Stahlfeder 35 wirkt. Die Zylinder 4 können in gleicher Weise ausgebildet sein, wie in den Fi­ guren 2 und 3.

Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht einer Ausführungsform nach Fig. 4 bei der die Pendellagerung jedoch nicht dargestellt ist. Der Zylinder der Kolben-Zylindereinheit 4 ist über eine Zylinder-Flanschbefe­ stigung mit dem Querträger 32 fest verbunden. Das untere Ende der Kolbenstange des Zylinders endet in einer Pendel­ stützenlagerung 33.

Die Kolben der Kolben-Zylindereinheiten/brauchen nur soweit ausgefahren zu werden, daß die Hinterachse des Fahrzeuges gerade vom Boden abhebt.

Vorzugsweise wird daher eine lastabhängige Hubabschaltung ver­ wendet, bei der nur ein solcher hydraulischer Druck in die Zylinder eingespeist wird, der gerade noch ein Anheben der Fahrzeughinterachse bewirkt.

Die Hubabschaltung wird vorzugsweise durch Verwendung eines an sich bekannten Druckproportionalventils im Kopf der Zy­ linder erreicht.

Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß keine Verkantungen des Vibrators auftreten und daß der Arbeitshub der Zylinder klein gehalten werden kann, wodurch sich auch ein geringerer Kraftstoffverbrauch und eine höhere Lebensdauer der Zylinder ergibt.

Bezugszeichenliste

 1 Vibrator
 2 Antrieb
 3 Fahrerkabine
 4 Zylinder
 5 Stabilisator
 6 Träger
 7 Bodenplatte
 8 Puffer
 9 Puffer
10 Flansch
11 Zylinderkopfteil
12 Ringspannelemente
13 Halter
14 Gelenk
15 Gelenk
16 Querträger
17 Kolbenstange
18 Trägerplatte
19 Gürtellager
20 Gelenk
21 Gelenk
22 Parallellenker
23 Kette
24 Lagerbock
25 Parallellenker
26 Parallellenker
27 Reaktionsmasse
28 Lagerbuchse
29 Einstellschraube
30 Spannbefestigung
31 Zylinderflansch
32 Träger
33 Pendelstützenlager
34 Hubbegrenzung
35 Feder

Claims (11)

1. Vorrichtung mit einem an einem Fahrzeug befestigten Vibrator (1) zum Erzeugen seismischer Schwingungen, mit einer Bodenplatte (7) und einer Reaktionsmasse (27), die in Bezug auf das Fahrzeug mittels zweier Hubvorrichtungen, deren jede je eine Kolben-Zylindereinheit aufweist, auf den Boden absenkbar sind, wodurch die Bodenplatte (7) aus einer angehobenen Transportstellung in eine auf dem Boden liegende Arbeitsstellung absenkbar und anpressbar ist, wobei ferner die Kolben-Zylindereinheiten (4) zwischen dem Vibrator (1) und einem Fahrzeugteil (6) derart eingreifen, daß der Vibrator (1) mittels der beiden seitlich zur Reaktionsmasse angeordneten sowie mit einer Trägerplatte (18) des Vibrators verbundenen Hubvorrichtungen anheb- bzw. absenkbar ist, und bei der die Kolben-Zylindereinheiten (4) mittels Gürtellagerung (19) so an dem Fahrzeugteil (6) befestigt sind, daß ein Verschwenken der Bodenplatte in Anpassung an unebene Böden ermöglicht ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gürtellagerachse quer zur Fahrzeuglängsachse gerichtet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gürtellageraufhängung (19) an Längsträgern (6) des Fahrzeugs befestigt ist.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gürtellageraufhängung (19) eine verdrehbare exzentrische Lagerbuchse aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kolben- Zylindereinheit (4) gegenüber einem weiteren Fahrzeugteil (16) eine federbelastete Stabilisierungsverbindung (5) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierungsverbindung eine doppelte, beidseitig vorgespannte Feder ist, die einerseits an der Kolben-Zylindereinheit von der Gürtellagerung (19) mit Abstand und andererseits an dem weiteren Fahrzeugteil (16) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstangen (17) der Kolben-Zylindereinheiten (4) über Ringspannelemente (12) mit der Trägerplatte (18) des Vibrators (1) verbunden sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstangen der Kolben-Zylindereinheiten über Pendelstützenlager (33) mit der Trägerplatte (18) des Vibrators verbunden sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Kolben- Zylindereinheiten integrierte Druckbegrenzungsventile zugeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Kolben-Zylindereinheiten (4) integrierte entsperrbare Rückschlagventile zugeordnet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben- Zylindereinheiten als Differentialzylinder oder Gleichlaufzylinder ausgebildet sind.