DE1448556A1 - Einrichtung zum Erzeugen von Schwingungen in einem elastischen Medium - Google Patents

Description

• Einrichtung zum Erzeugen von Schwingungen in einem elastischen Medium.
• Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein gesprochen Wandler zur Erregung von Signalen verschiedenster Art in einem elastischen Medium, insbesondere eine Einrichtung zum' Erzeugen von seismischen oder elastischen Schwingungen in der Erde zum Zwecke seismographischer Untersuchungen, die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Anwendungsgebiet beschränkt.
• Bei einem bekannten seismischen Prospektionsverfahren (USA-Patentschrift 2 688 124) wird in der Erde ein seismisches Signal gesteuerter Frequenz erzeugt.
• Das gesteuerte Signal breitet sich in das Erdinnere aus, wird dort von Unstetigkeiten und dgl. nach oben reflektiert und in Form eines Signalgemisches aufgezeichnet, das eine Anzahl von Komponenten des ausgesendeten Signales enthält, die sich mit verschiedener zeitlicher Phasenlage überlagern. Das aufgezeichnete Signalgemisch wird dann mit einem dem ursprünglich ausgesendeten Signal entsprechenden Bezugssignal korreliert, um die gewünschten geologischen Daten zu erhalten.
• Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine neuartige und gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Konstruktion für Einrichtungen zum Erzeugen von gesteuerten seismographischen Signalen in der en Erde. Zur Erzeugung von Schwingungssignal hn der Erde sind schon eine Vielzahl von Einrichtungen bekannt, die praktisch alle im wesentlichen ein Kopplungsglied, das an der Erde angreift, eine träge Masse und einen Motor zum Hin- und Herbewegen des Kopplungsgliedes bezüglich der trägen Masse enthielten. Als Motoren hat man hydraulische Einrichtungen mit geradlinigem Arbeitshub, Magnetspulen mit Anker und verschiedene Typen mechanischer Antriebe verwendet, z.B, ein Paar gegenläufiger exzentrischer Gewichte.
• In der Praxis hat sich gezeigt, daß sich mit hydraulisch arbeitenden Einrichtungen dieser Art in der Erde im allgemeinen Signale größerer Amplitude erzeugen lassen als mit anderen Antrieben. Der Grund hierfür liegt hauptsächlich darin, daß sich mit hydraulischen Antrieben größere und besser steuerbare Kräfte erzeugen lassen, mit denen größere Massen stärker beschleunigt werden können.
• Der wohl gebräuchlichste hydraulische Schwingungserzeuger enthält eine Grundplatte5 die gegen die Erdoberfläche gepreßt wird, einen mit der Grundplatte verbundenen Rahmen, der einen Zylinder einer linear arbeitenden hydraulischen Betätigungseinrichtung haltert, und eine träge Masse, die im Rahmen angeordnet und mit einer Kolbenstange der hydraulischen Betätigungsanordnung verbunden ist. Bei einer solchen Anordnung sind auf beiden Seiten der trägen Masse Führungslager um die Kolbenstange erforderlich. Außerdem sind Einrichtungen dieser Art sehr groß und unhandlich, wenn die träge Masse groß sein soll.
• Es ist außerdem bekannt, daß die Gesamtmasse der mit der Erdoberfläche gekoppelten Anordnung möglichst gering sein soll. Bei der oben erwähnten bekannten Anordnung tragen außer der mit der Erde in Berührung stehenden Grundplatte außerdem auch der Stützrahmen für den Zylinder, der Zylinder selbst und die hydraulische Anlage zu der Masse des mit der Erde gekoppelten Bauteiles bei.
• Es ist weiterhin bekannt, daß sich Scherungsschwingungen, also seismische oder elastische Wellen, bei denen die Teilchenbewegung quer zur Ausbreitungsrichtung verläuft, besonders gut für seismische Untersuchungen eignen, wenn Schwingungen ausreichender Amplitude hergestellt werden können und wenn der Frequenz inhalt des seismographischen Signals gesteuert werden kann. Bei den bisher bekannten Einrichtungen zum Erzeugen von Scherungsschwingungen in der Erde mußte ein sehr großer Aufwand auf der Übertragungsseite getrieben werden um die Einrichtung so mit der Erde koppeln zu können, daß eine Beschleunigung der Partikel der Erdoberfläche möglich ist. Die bekannten Einrichtungen sind nur schwer zu transportieren und es ist schwierig und zeitraubend, sie mit der Erdoberfläche zu koppeln, so daß sich diese Einrichtungen für den praktischen Gebrauch im Gewinde nur sehr schlecht eignen. Der Hauptnachteil der bekannten Scherungsschwingungserzeuger besteht jedoch darin, daß es nicht möglich ist, ein Schwingungssignal mit gesteuertem Frequenz inhalt zu erzeugen, das zusammengesetzt und korreliert werden kann, um den Störabstand zu erhöhen und Störungen durch Oberflächenwellen auszuschalten.
• Durch die vorliegende Erfindung sollen diese Nachteile beseitigt werden.
• Ein Schwingungserzeuger gemäß der Erfindung enthält im wesentlichen eine Masse mit einer durchgehenden zylindrischen Bohrung, eine Kolbenanordnung mit einem Kolben und zwei sich in entgegengesetzter Richtung erstreckenden Kolbenstangen; die Kolbenanordnung ist in der als Zylinder ausgebildeten Bohrung so angeordnet, daß die Kolbenstangen aus den Enden der Bohrung herausreichen; ferner enthält der Schwingungserzeuger eine Anordnung um in die Zylinderbohrung abwechselnd auf gegenüberliegenden Seiten. des Kolbens ein Druckmedium einzuführen, um die Kolbenanordnung in Bezug auf die Masse hin- und herzubewegen; und schließlich einen Rahmen, der die entgegengesetzten Enden der Kolbenstangen verbindet und mit einer Kopplungsfläche versehen ist, die an einer Oberfläche eines elastischen Mediums angreift, in dem die elastischen oder seismischen Wellen erregt werden sollen. Die Erfindung betrifft ferner einen Schwingungserzeuger dieser Art, der sich besonders zur Erzeugung von seismischen Scherungsschwingungen eignet und einen Rahmen der oben erwähnten Art enthält, dessen an dem elastischen Medium angreifende Kopplungsfläche wenigstens annähernd parallel zu der Kolbenanordnung verläuft und die mit Vorsprürigen versehen ist, die die Kopplungsfläche mit dem elastischen Medium, also beispielsweise der Erde koppelt und es beschleunigt bzw. ihm eine Geschwindigkeit verleiht. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Wandler zur Erzeugung von Druckwellen, bei dem die Oberfläche des Rahmens wenigstens annähernd im rechten Winkel zu der Kolbenanordnung verläuft. Ein anderes sehr wichtiges Merkmal der Erfindung ist die Ausbildung der Masse und der sie durchsetzenden Zylinderbohrung.
• Durch die Erfindung soll also eine neuartige und vorteilhafte Konstruktion für einen hydraulisch betätigten seismischen Wandler oder Schwingungserzeuger angegeben werden.
• Ein weiteres sehr wichtiges Ziel der Erfindung besteht darin, einen seismischen Schwingungserzeuger anzugeben, der es gestattet, seismische Scherungswellen mit gesteuertem Frequenzinhalt zu erzeugen.
• Weiterhin soll durch die Erfindung ein seismischer Schwingungserzeuger für Druck- oder Longitudinalwellen angegeben werden, dessen Konstruktion eine Verringerung des Gewichtes des Kopplungsgliedes und damit eine Erhöhung der Geschwindigkeiten des Kopplungsgliedes und dementsprechend der Erdteilchen ermöglicht.
• Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Einrichtung zum Erzeugen seismischer Scherungswellen anzugeben, der sich leicht mit der Erde koppeln läßt und der kompakt und leicht transportierbar ist.
• Ein Merkmal der Erfindung besteht in einer neuartigen Anordnung zur Trennung einer statischen vertikalen Last vom Schwingungserzeuger, wenn dieser zur Erzeugung von Scherungswellen verwendet wird.
• Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, eine Anordnung anzugeben, um den Rahmen hin- und herzubewegen, welcher mit der Erde gekoppelt ist, derart daß die Bewegung des Rahmens in allen Ebenen mit Ausnahme der Horizontalen minimal ist und die Erzeugung von Druckwellen dementsprechend klein gehalten wird.
• Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung besteht in einer Einrichtung zur Erzeugung seismischer Scherungswellen, bei welcher eine Reaktionsmasse mit dem Zylinder eines linear arbeitenden hydraulischen Motors kombiniert ist, so daß das Gewicht des Kopplungsmassengliedes und damit das Gesamtgewicht der Einrichtung verringert werden.
• Ein anderes wichtiges Merkmal der Erfindung besteht in einer Konstruktion, die eine wesentliche Herabsetzung der Masse des mit der Erde gekoppelten Bauelementes ermöglicht, so daß der Frequenzbereich der Einrichtung vergrößert wird.
• Ein weiteres wichtiges Ziel der Erfindung besteht darin, die Schwierigkeiten zu vermeiden, die durch die Führungslager der bekannten Schwingungserzeuger auftraten, welche eine getrennte Masse enthalten, die durch eine linear arbeitende Betätigungseinrichtung hin- und herbewegt wird.
• Die Erfindung setzt sich ferner zur Aufgabe, die Hydraulik für die Betätigungseinrichtung zu vereinfachen.
• Ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin, eine Grundeinheit für einen Schwingungserzeuger anzugeben, die mit geringen Modifikationen entweder in vertikaler oder horizontaler Lage zur Erzeugung von Druck-bzw. Scherungswellen betrieben werden kann.
• Ein Ziel der Erfindung ist es, einen Schwingungserzeuger der oben angegeben Art anzugeben der für eine gegebene Reaktionsmasse kompakt ist und nur kleine Gesamtabmessungen aufweist und daher leicht transportiert werden kann.
• Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine punktförmige Energiequelle zur Erzeugung seismischer Druckwellen anzugeben.
• Ein weiteres sehr wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, ein Betätigungsglied für einen Schwingungserzeuger anzugeben, das wirtschaftlich hergestellt leicht und in relativ kurzer Zeit montiert werden kann und eine ungewöhnlich lange Lebensdauer aufweist und leicht zu warten ist.
• Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, einen Schwingungserzeuger der oben beschriebenen Art anzugeben, der leicht für einen Betrieb bei niedrigeren Frequenzen abgewandelt werden kann, indem die Hublänge vergrößert wird, ohne daß dabei das Volumen des Arbeitsmediums im Zylinder wesentlich ansteigt, was den Frequenzgang nachteilig beeinflussen würde.
• Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen; es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht einer Einrichtung zur Erzeugung seismischer Scherungswellen, die gemäß der Erfindung aufgebaut ist; der mittlere Teil der Einrichtung ist dabei etwas vereinfacht im Schnitt dargestellt, um Einzelheiten des Aufbaues zu zeigen; Fig. 2 eine Draufsicht auf die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung, wobei wieder der mittlere Teil geschnitten dargestellt ist; Fig. 3 eine Schnittansicht eines Teiles der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung und Fig. 4 eine etwas vereinfachte Seitenansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der mittlere Teil im Schnitt dargestellt ist, um Einzelheiten des Aufbaues zu zeigen.
• Die in den Fig, 1 mit 3 dargestellte erfindungsgem§ße Einrichtung 10 enthält ein im ganzen mit 12 bezeichnetes Bauteil, das eine Reaktionsmasse bildet. Das Bauteil 12 wird von einer durchreichenden Zylinderbohrung 14 durchsetzt, in dem eine hin und her verschiebbare Kolbenanordnung 16 angeordnet ist, die aus einem Kolben 18 und zwei sich in entgegengesetzter Richtung erstreckenden Kolbenstangen 20, 22 besteht. Die aus der Zylinderbohrung 14 herausreichenden Enden der Kolbenstangen 20, 22 sind durch einen Rahmen 24 verbunden.
• Das die Reaktionsmasse bildende Bauteil 12 umfaßt einen etwas länglichen und im Querschnitt etwa quadratischen Block 25 aus Stahl oder einem anderen geeigneten Werkstoff. Der Block 25 wird in Längsrichtung durch eindzylindrische Bohrung 26 durchsetzt, deren entgegengesetzte Enden bei 28 und 30 erweitert sind. In der Bohrung 26 ist eine rohrförmige Zylinderbuchse 31 angeordnet, die vom Boden der Erweiterung 28 zum Boden der Erweiterung 30 reicht. Die Innenwand der rohrförmigen Zylinderbuchse 31 bildet einen hydraulischen Arbeitszylinder, in dem der Kolben 18 verschiebbar angeordnet ist. von Die Enden des Arbeitszylinders werden/zwei Lagereinsätzen 32, 34 geschlossen, in denen die Kolbenstangen 20 bzw. 22 gleiten können, so daß Arbeitskammern 36, 38 auf beiden Seiten des Kolbens 18 gebildet werden. Die inneren Lagereinsätze 32, 34 bilden außerdem Dichtungen für unter hohem Druck stehendes öl um die Kolbenstangen. Hinter den inneren Lagereinsätzen 32, 34 sind geeignete Niederdruckpackungen 40, 42 angeordnet, die die Kolbenstangen 20 bzw. 22 umgeben. In die Enden der Zylinderbuchse 31 sind dann schließlich zwei Halterungs- und Lagereinsätze 44, 46 eingesetzt, die ausladende Flanschteile aufweisen, welche von den Erweiterungen 28, 30 aufgenommen werden. Die Halterungseinsätze 44, 46 können mit dem Block 25 verschraubt sein, wie noch genauer beschrieben wird.
• Mit den Kammern 36, 38 in der Zylinderbohrung 14 auf den beiden Seiten des Kolbens 18 stehen zwei Hydraulikkanäle 50, 52 in Verbindung. Die Strömung eines unter hohem Druck stehenden Arbeitsmediums in den Kanälen 50, 52 wird durch ein elektrisch betätigtes Servoventil 54 so gesteuert, daß die Kolbenanordnung 16 eine hin- und hergehende Bewegung relativ zu der Reaktionsmasse 12 ausführt, wie noch genauer erläutert wird.
• Der Rahmen 24 besteht im wesentlichen aus einer Grundplatte 16 und zwei Endplatten 62, 64, die im rechten Winkel starr mit der Grundplatte verbunden sind, beispielsweise durch Schweißen. Die Enden der Kolbenstangen 20, 22 laufen in verjüngte Zapfenteile 66, 68 aus, die Schultern 70 bzw. 72 bilden und von halbkreisförmigen Ausschnitten 74, 76 der Endplatten 62 bzw. 64 aufgenommen werden. Die Zapfenteile werden durch Spannblöcke 78 bzw. 80 gehalten, die durch Bolzen 82, 84 (Fig. 2) mit den Endplatten 62, 64 verschraubt sind, ferner durch große Schraubenbolzen 86, 88 mit Sechskantkopf, die noch in die Enden der Zapfenteile 66, 68 eingeschraubt sind. Durch die Endplatte 62 und eine Bohrung 92 im Block 25 kann sich ein langer Bolzen 90 erstrecken, der in ein Gewindeloch 94 in der anderen Endplatte 64 eingeschraubt ist, um zu gewährleisten, daß sich das Bauteil 12 beim Verschieben nicht um die Kelbenstangen 20, 22 dreht.
• Mit der Grundplatte 60 ist durch eine Anzahl sohn Schraubenbolzen 98 eine abnehmbare Kopplungsplatte 96 verbunden. Die Kopplungsplatte hat vorzugsweise wenigstens annähernd die gleichen Abmessungen wie die Grundplatte 60 und ist mit einer Anzahl von Vorsprüngen 100 versehen, die auf irgend eine geeignete Weise angebracht sein können. Die Vorsprünge 100 sind vorzugsweise mit ebenen Flächen versehen, die in entgegengesetzten Richtungen im wesentlichen längs der Längsachse der Kolbenanordnung 16 weisen. Vorzugsweise sind die Vorsprünge 100 pyramidenförmig und besitzen gegenüberliegende flache Seiten, wie dargestellt ist, außerdem stellen sie gleichzeitig scharfe Spitzen dar, die leicht in die Erdoberfläche eintreten.
• Die Größe der Vorsprünge 100 hängt von : dem Material der Unterlage ab, mit der die Einrichtung 10 gekoppelt werden soll. Wenn die Einrichtung .beispielsweise mit einem losen, sandigen Boden gekoppelt werden soll, können die Vorsprünge 100 beispielsweise bis zu etwa 50 cm über die Fläche der Kopplungsplatte 96 vorspringen und dabei praktisch die gleiche pyramidenartige Form aufweisen) Es ist einleuchtend, daß man in diesem Falle nur eine kleine Anzahl von Vorsprüngen 100 verwenden wird, beispielsweise vier, und die Vorsprünge werden dann vorzugsweise so nahe wie möglich an den Enden der Kopplungsplatte 96 angeordnet. Wenn die Einrichtung 10 andererseits mit einer harten Fläche, z.B. einer gepflasterten Straße, gekoppelt werden soll, was häufig der Fall sein wird, brauchen die Vorsprünge 100 nur gerade so groß sein, daß ein Rutschen der Kopplungsplatte 96 auf der Unterlage vermieden wird.
• Da die Kopplungsplatte 96 leicht von der Grundplatte 60 gelöst werden kann, wird man auf alle Fälle als Standardausrüstung eine Anzahl von Kopplungsplatten 96 mit Vorsprüngen 100 verschiedener Größe vorsehen, so daß man bei Untersuchungen im Gelände nach Bedarf schnell eine Kopplungsplatte mit Vorsprüngen geeigneter Größe anbringen kann.
• Um die Vorsprünge 100 in die Erdoberfläche zu drücken und um zu gewährleisten, daß das Kopplungsglied im Betrieb dauernd mit der Erde gekoppelt ist, muß eine statische Belastung zur Einwirkung gebracht werden, die den Schwingungserzeuger am Boden hält, wenn das Gesamtgewicht des Schwingungserzeugers hierfür nicht ausreicht, was fast immer der Fall sein wird. An den entgegengesetzten Enden der Grundplatte 60 werden daher ; zwei im ganzen mit 102 und 104 bezeichnete Niederhalteeinrichtungen angeordnet. An die Enden der Grundplatte 60 sind zwei längliche rechteckige Platten 106, 108 angeschweißt, an denen wiederum zwei quer verlaufende, nach unten weisende, kanalartige U-Profile 110, 112 verschweißt sind. Zwei vertikale StUtzen 114, 116 sind mit einer Hydraulikanordnung verbunden, die von einem Transportfahrzeug getragen wird und die Stützen zu heben und zu senken gestattet. An den unteren Enden der vertikalen Stützen 114, 116 sind jeweils weitere kanalartige U-Profile 118, 120 angebracht. Zwischen den Profilen 118 und 110 sowie den Profilen 120 und 112 sind jeweils vier nachgiebige Luftkissensäcke 122 bzw. 124 angeordnet, die an den Profilen 118, 110 bzw. 120, 112 in irgend einer geeigneten Weise befestigt sind, um sie an Ort und Stelle zu halten. Wenn also die vertikalen Stützen 114, 116 abgesenkt werden, wird die von den Stützen nach unten ausgeübte Kraft nachgiebig bzw. federnd über die Luftsäcke 122, 124 auf die Grundplatte 60 übertragen.
• Die Profile 118, 110 bzw. 120, 112 sind jeweils durch vier Ketten 126 bzw. 128 verbunden. Die Länge der Ketten 126, 128 ist so bemessen, daß die Ketten sich lockern, wenn die Kissen 122, 124 durch ein Gewicht zusammengepreßt werden, während sich die Ketten spannen, bevor eine Beschädigung der Luftsäcke 122, 124 eintreten kann, wenn die vertikalen Stützen zum Anheben des Schwingungserzeugers 10 nach oben verfahren werden. Mit dem Profil 118 sind außerdem zwei an den äußeren Enden 132 geschlossene Rohre 130 verschweißt, die jeweils eine Schraubenfeder 134 aufnehmen, welche leicht zwischen den äußeren Enden 132 der Rohre und der Endplatte 62 zusammengedrückt sind. Mit dem Profil sind entsprechende Rohre 136 mit geschlossenen äußeren Enden 138 verschweißt, sie nehmen jeweils Schraubenfedern 140 auf, die mit leichtem Druck zwischen den geschlossenen Enden 138 und der Endplatte 64 zusammengedrückt sind. Wenn also der Rahmen 24 hin-und herbewegt wird, halten die Federn 134, 140 den Schwingungserzeuger 10 in der Mitte zwischen den Stützen 114, 116, ohne die Bewegung des Kopplungsgliedes 24 zu stören.
• Diebeiden Enden des als Reaktionsmasse wirkenden Bauteiles 12 sind praktisch gleichartig aufgebaut und daher wird nur das in Fig. 1 rechte Ende anhand der Fig. 3, die einige wichtige Einzelheiten der Erfindung genauer zeigt, näher beschrieben. Wie Fig. 3 zeigt, stellt die Kolbenanordnung 16 einen Teil der Masse des Rahmens 24 dar, welche mit der Erde gekoppelt ist und so leicht wie möglich sein soll, was durch die folgende Konstruktion erreicht -wird. Der Kolben 18 kann bearbeitet werden, so daß er die endgültigen Außenabmessungen aufweist, einschließlich der Nuten 150 zur Aufnahme üblicher Kolbenringe 152. Die Kolbenstange 22 wird aus einem Stück Stahlrohr 156 hergestellt, das über den einen von zwei in entgegengesetzten Richtungen vorspringenden Zapfen 154 am Kolben geschoben und am Umfang durch eine Schweißnaht 158 befestigt wird. Des Ende der Kolbenstange 22 wird dadurch gebildet, daß in das Ende des Stahlrohres 156 ein Stopfen 160 mit einer Schulter 162 eingeschoben und mit einer längs des Umfanges verlaufenden Schweißnaht 164 zwischen der Schulter 162 und dem Ende des Rohres 156 befestigt wird.
• Die Kolbenstange 22 kann dann auf einer Drehbank auf den gewünschten Außendurchmesser abgedreht werden. Das Ende des Stopfens 160 bildet dann den Zapfen 68, der mit einer Gewindebohrung für die Sechskantschraube 88 versehen werden kann.
• Wie erwähnt, ist der Block 25 mit einer Bohrung 26 konstanten Durchmessers versehen, die die Zylindermuffe 31 aufnimmt. Zwischen der Zylindermuffe 31 und dem Block 25 ist ein Keil 169 vorgesehen, durch den die richtige Orientierung der Muffe innerhalb der Bohrung aufrechterhalten wird. Die Zylindermuffe 31 weist im mittleren Teil 166, der den Kolben 18 aufnimmt und in üblicher Weise dicht verschiebbar lagert, einen konstanten Innendurchmesser auf. Die Zylindermuffe 31 ist unter Bildung einer ersten Erweiterung 168 aufgebohrt, wobei eine Schulter 170 gebildet wird. Die Erweiterung 168 ist mit einer zweiten Aufbohrung 172 versehen, so daß das äußere Ende der Erweiterung 168 mit einem Gewinde 1?4 versehen werden kann. Außerdem ist die Zylindermuffe 31 mit zwei radialen Bohrungen 176, 178 versehen, die Teile der Kanäle 50 bzw. 52 für das Arbeitsmedium bilden. Auf entgegengesetzten Seiten der radialen Bohrung 178 sind in Nuten 184, 186 zwei O-Ringdichtungen 180 zwischen Halterungsringen 182 angeordnet, die eine Abdichtung fUr das Arbeitsmedium bilden. Entsprechende Dichtungsringe 188, von denen nur einer in Fig. 3 dargestellt ist, dichten die radlale Bohrung 176 nach beiden Seiten ab. Eine weitere radiale Bohrung 190, die die Zylindermuffe 31 durchsetzt, steht mit einer Ringnut 192 in der Außenwand der Zlindermuffe 31 in Verbindung. Die Ringnut 192 kommuniziert itt einem Strönungskanal 194 im Block 25, der gestrichelt dargestellt ist und mit dem Auslaß oder der Niederdruckz seite der Hydraulikanlage in Verbindung steht, wie noch näher beschrieben wird. Zur Abdichtung des Arbeitsmediums in der Ringnut 192 dient eine weitere O-Ringdichtung, die zwischen zwei Abstandshalterringen in einer Nut 198 in der Außenseite der Zylindermuffe 31 angeordnet ist.
• Der Außendurchmesser des am weitesten innen gelegenen Endes 200 des inneren Lagereinsatzes 34 ist so bemessen, daß dieses Ende in den mittleren Teil 166 der Zylindennuffe 31 paßt, das den kleinsten Innendurchmesser hat. Ein dickerer Außenteil 302 des Einsatzes 34 wird im Paßsitz von der Erweiterung 168 aufgenommen, wobei eine Ringschulter 204 an der Schulter 170 anliegt. Die Schulter 204 ist mit einer Justier- oder Passungskerbe 206 versehen, die einen Stift 208 aufnimmt, der aus einer Bohrung in der Schulter 170 herausreicht und gewährleistet, daß der innere Lagereinsatz 34 richtig orientiert wird. Die Innenseite des inneren Lagereinsatzes 34 nimmt die Kolbenstange 22 in einem engen Gleitsitz auf und ist mit einer Anzahl von ringförmigen öldichtungsnuten 210 versehen, durch die in bekannter Weise eine Abdichtung zweier Metall flächen gegeneinander erreicht werden kann. Der Außendurchmesser des inneren Lagereinsatzes 34 ist im Anschluß an das innerste Ende etwas kleiner als der Innendurchmesser des engsten Stückes 166 der Zylindermuffe 31, so daß ein ringförmiger Strömungskanal 212 gebildet wird. In der Außenwand des Einsatzes 34 ist außerdem eine exzentrische Nut 214 gebildet, die in Umfangsrichtung mit dem Kanal 212 in Verbindung steht. Die tiefste Stelle der exzentrischen Nut 214 deckt sich außerdem mit der Radialbohrung 178 in der Zylindermuffe 31. Die Hydraulikleitung 52 umfaßt also die radiale Bohrung 178, die exzentrische Nut 214 und den ringförmigen Strömungskanal 212. Zur vollständigen Abdichtung der Leitung 52 ist ein O-Ring 216 zwischen zwei Halteringen in einer Ringnut 218 in der Außenfläche des inneren Lagereinsatzes 34 angeordnet. Durch eine Anzahl von Radialbohrungen 220 wird eine Verbindung zwischen einer der bldichtungsnuten 211 und einer Ringnut 222 in der Außenfläche des Einsatzes 34 hergestellt. Die Ringnut 222 steht mit der Radialbohrung 190 in der Zylindermuffe 31 in Verbindung. Es ist ersichtlich, daß zwischen der Kammer 38 und der Dichtungsnut 211, die mit der Radialbohrung 220 in Verbindung steht, ein Stück beträchtlicher Länge liegt, so daß eine ausreichende Anzahl von Dichtungsnetten 210 vorhanden ist, die ein nennenswertes Abfließen des Arbeitsmediums zwischen der unter hohem Druck stehenden Kammer 38 und der unter niederem Druck stehenden Nut 211 zu verhindern, von welch letzterer das Arbeitsmedium durch die Radialbohrungen 220, 190 und den Kanal 194 zum Niederdruckauslaß des Systems abströmen kann. Im Außenende des Lagereinsatzes 34 sind zwei oder mehr Gewinde löcher 224 vorgeshen, in die Schraubenbolzen eingesetzt werden können, um die Entfernung des Einsatzes 34 aus der Zylindermuffe 31 zu erleickiern. Der Einsatz 34 wird mit an der Schulter 204 anliegender Schulter 170 in der Zylindermuffe 31 durch den inneren Halterüngsring 226 gehalten, der in das Gewinde 174 eingeschraubt ist. Das äußere Ende des mit dem Gewinde versehenen Halterungsringes 226 kann zwei oder mehr einander gegenüberliegende und radial verlaufende Nuten aufweisen, in die ein geeignetes Werkzeug zum Drehen des Halterungsringes einsetzbar ist.
• Die Niederdruck-Dichtungspackung 42 enthält in erster Linie einen elastischen Dichtungsring 228 mit C-förmigem Querschnitt wie dargestellt. Zwischen dem Steg des C-förmigen Dichtungsringes 228 und dem inneren Halterungsring 226 ist ein Abstandshalterring 230 angeordnet. Außen am Steg des Dichtungsringes 228 liegt ein äußererHalterungsring 232 mit etwa rechteckigem Querschnitt an, er wird durch einen Sprengring 234 gehalten, der von einer Ringnut 236 in der Innenfläche der Erweiterung 172 aufgenommen wird.
• Der Halterungs- und Lagereinsatz 46 umfaßt einen Hals 240, der von der Erweiterung 172 aufgenommen wird und einen Flansch 242, der von der Erweiterung 30 aufgenommen wird. Der Flansch 242 ist mit dem Block 25 durch eine Anzahl von Schrauben 244 verschraubt, von denen jedoch nur eine dargestellt ist.
• Die Kolbenstange 22 wird in engem Gleitsitz von einer gehärteten Lagermuffe 246 aufgenommen, die durch einen Preßsitz im Einsatz 46 gehaltert ist.
• Die Kolbenstange 22 wird von einem ringförmigen Anschlag 248 umgeben, der mit dem Einsatz durch Schrauben 250 verbunden ist. In der Endplatte 64 Und dem Spannblock 80 ist eineRingnut 254 gebildet, die ein ringförmiges Gummikissen 252 aufnimmt. Wenn die Masse 12 zu weit auswandert, schlägt der Anschlag 248 an dem Kissen 252 an, so daß also ein Anschlagen von Metall auf Metall und eineBeschädigung des Schwingungserzeugers vermieden werden.
• Die Masse 12 wird im Betrieb durch einen induktiven Geber (linearen Transformator) 260 zwischen den Endplatten 62, 64 zentriert gehalten. Der Geber 260 enthält einen stabförmigen Kern 262, der längs der Achse einer Bohrung 264 im Flansch 242 und einer Bohrung 266 im Block 25 verläuft und in ein Gewindeloch 268 im Block 25 eingeschraubt ist. Der stabförmige Kern 262 wird von einer zylindrischen Steuerwicklung 270 umgeben, die in die Bohrungen 264, 266 reicht. Die Steuerwicklung 270 kann in einer halbkreisförmigen Ausnehmung 271 im Spannblock 80 durch einen zweiten Spannblock 272 und Schraubenbolzen 274 gehaltert sein. Der Spannblock und die Bestandteile des induktiven Gebers 260 sind in Fig. 2 nicht dargestellt, die Ausnehmung 271 und die Gewindelöcher 275 fUr die Bolzen 274 sind jedoch zu sehen. Das Ende der Steuerwicklung 270 kann durch einen Stopfen 276 verschlossen werden. Die Arbeitsweise eines solchen linear arbeitenden induktiven Gebers ist an sich bekannt und bildet keinen Teil der vorliegenden Erfindung.
• Nachdem die Sechskantschraube 88 in den Zapfen 68 der Kolbenstange 22 eingeschraubt worden ist, kann lnn den Sechskantkopf der Schraube 88 ein Sperr- oder Halterungaring 280 angeordnet werden, der durch Schrauben 282 an der Endplatte 64 und dem Spannblock 80 befestigt ist und gewährleistet, daß sich die Schraube 88 im Betrieb des Schwingungserzeugers nicht lockert.
• Fig. 4 zeigt einen Schwingungserzeuger 300, der eine andere Ausführungsform der Erfindung darstellt.
• Der Schwingungserzeuger 300 dient zur Erzeugung seismischer Druck- (Longitudinal-)Wellen, wie noch genauer beschrieben werden wird, und enthält eine Reaktionsmasse 312, die i Aufbau im wesentlichen der Reaktionsmasse 12 des Soimiagungserzeugers 10 entspricht und von einer Zylinderbohrung 314 durchsetzt wird. Eine Kolbenanordnung 316, die im Aufbau der Kolbenanordnung 16 der Einrichtung 10 weitgehend entspricht, umfaßt einen Kolben 318, der verschiebbar in der Zylinderbohrung 314 gelagert ist, sowie eine obere Kolbenstange 320 und eine untere Kolbenstange 322. Die Enden der Kolbenstangen 320, 322 sind durch einen als ganzes mit 324 bezeichneten Rahmen verbunden, der eine Grund- oder Kopplungsplatte 326, die an der Oberfläche 328 der Erde angreift, und ein bügelartiges Rahmenteil 330 umfaßt, das durch eine Schraube 336 mit dem oberen Ende der oberen Kolbenstange 320 verbunden ist und die Kolbenanordnung 316 in vertikaler Lage hält. Ein Zapfen 332 am unteren Ende der Kolbenstange 322 wird von einer in Ausnehmung/der Grundplatte 326 aufgenommen. Der Zapfen 334 am oberen Ende der oberen Kolbenstange 320 reicht durch eine Offnung in dem Rahmenteil 324 und nimmt den großen Schraubenbolzen.336 auf, wie oben bei der Einrichtung 10 beschrieben worden ist. Um das untere Ende der unteren Kolbenstange 322 ist vorzugsweise eine große Ringscheibe 338 angeordnet, die, beispielsweise durch nichtdargestellte Schrauben, an der Kopplungsplatte 326 befestigt ist. Die Ringscheibe 338 ist am Anschluß an die Kolbenstange 322 mit einer Ringnut versehen, die einen elastischen Gummieinsatz 340 aufnimmt. Der Gummieinsatz 340 arbeitet mit einem Anschlagring 342 am unteren Ende der Masse 312 zusammen und stellt einen Stoßdämpfer dar, der wirksam wird, wenn die Masse 312 über ihren normalen Hubbereich hinaus auswandert oder aus anderem Grunde an der Grundplatte 326 anschlägt. Ein entsprechender elastischer Gummieinsatz kann in einer Ringnut in der Unterseite des Rahmens 330 vorgesehen werden und arbeitet mit einem zweiten Anschlagsring 344 zusammen,- der die obere Kolbenstange 344 umgibt und an der Masse 312 befestigt ist.
• Die Kopplungsplatte 326 wird durch eine statische Belastung sicher an der Oberfläche der Erde gehalten. Diestatische Belastung wird durch aufrechtstehende Stützen 346, 348 und eine geeignete Federanordnung, z.
• B. Schraubenfedern 350> 352 erzeugt. Lockere Zugglieder, wie Ketten 354, 356 yerbinden die Enden der Stützen 346, 348 und die Enden der Kopplungsplatte 326. Die Stützen 346, 348 sind beispielsweise mit einer hydraulischen Hebevorrichtung auf einem Transportfahrzeug verbunden und gesatten, einen beträchtlichen Teil des Gewichtes des Fahrzeuges, z.B. eines Lastwagens, über die Feder 350> 352 auf die Kopplungsplatte 326 zu übertragen. Die Eigenfrequenz der Federn 350> 352 soll kleiner sein als die niedrigste Arbeitsfrequenz des Schwingungserzeugers, so daß keine Wechselwirkung mit dem Schwingungserzeuger auftreten kann. Wenn dieStützen 346, 348 angehoben werden, spannen sich die Ketten 354, 356 und heben den Schwingungserzeuger 300, so daß er transportiert werden kann.
• Die die Reaktionsmasse 12 bildende Anordnung und die Kolbenanordnung 16 und natürlich auch die entsprechend aufgebauten Bauteile 312, 316, lassen sich leicht herstellen und montieren. Der masSive Block 25 kann ausschließlich durch Bohren bearbeitet werden eine Bearbeitung auf einer Drehbank ist nicht erforderlich.
• Die anderen Teile sind so klein, daß sie bequem durch Drehen bearbeitet werden können. Die Herstellungsweise der Kolbenanordnung 16, die ein relativ leichtes aber trotzdem stabiles Bauteil darstellt, ist oben beschrieben worden.
• Bei der Montage der Reaktionsmasse 12 und der Kolbenanordnung 16 werden die verschiedenen O-Ringe 180, 188, 196 auf die Zylinderbuchse 31 aufgebracht und letztere wird dann in die Bohrung 26 eingesetzt. Der Keil 196 gewährleistet die vorgesehene Ausrichtung der Zylindermuffe 31 und hält diese in der vorgesehenen Lage, so daß sich die Bohrungen 176, 178 mit den Kanälen 50 bzw. 52 decken.
• Als nächstes werden die inneren Lagereinsätze 32 34 über die Enden der Kolbenstangen 20 bzw. 22 und in die Enden der Zylinderbuchse 31 geschoben. Die Keilnut 206 und der Stift 208 gewährleisten, daß die Einsätze 32, 34 richtig ausgerichtet werden und die verschiedenen Bohrungen der Strömungskanäle 50, 52 sich decken. Die Wartung der Einrichtung wird durch die Gewindelöcher 224 erleichtert, in die Schraubenbolzen eingesetzt werden können, die das Abziehen der'Einsätze 32, 34 erleichtern, falls dies erforderlich ist. Anschließend werden dann die Halterungsringe 226 in die Gewinde 174 eingeschraubt, so daß die Schultern 204 der Einsätze 32, 34 sicher gegen die Schultern 170 der Zylinderbuchse 31 gepreßt werden. Selbstverständlich wird der O-Ring 216 in die Ringnut 218 eingesetzt, bevor die inneren Lagereinsätze 32, 34 montiert werden.
• Als nächstes werden der Abstandshalterring 230 , der Dichtungsring 228 und der äußere Halterungsring 232 in die Erweiterung 172 der Zylinderbuchse 31 eingesetzt.
• Nun kann der Sprengring 234 angebracht werden, der die verschiedenen Ringe der Niederdruckpackung 42 haltert. Der Sprengring 234 kann, wie üblich, mit kleinen Öffnungen versehen sein, die sein Herausnehmen erleichtern.
• Die harte Lagermuffe 246 kann zuerst in üblicher Weise in den Halterungs- und Lagereinsatz 46 eingepreßt werden. Dann wird der Einsatz 46 über das Ende der Kolbenstange 22 in die Erweiterung 172 der Zylinderbuchse 31 und die Erweiterung 30 des Blockes 25 geschoben.
• Nun wird der Einsatz 46 durch die Schrauben 244 am Block 25 befestigt. Es ist einleuchtend, daß das unter hohem Druck stehende Arbeitsmedium in der Kammer 38 einen Druck auf das innere Ende des Einsatzes 34 ausübt. Die dabei auftretenden Kräfte werden über den inneren Halterungsring 226 auf die Zylinderbuchse 31, den Flansch 242 des Halterungseinsatzes 46 und dann über die Schraubenbolzen 244 auf den Block 25 übertragen. Selbstverständlich wird eine entsprechende Kraft von der Kammer 26 aus auf das andere Ende des Blockes 25 ausgeübt.
• Der Rahmen 24 kann durch Verschweißen der Endplatten 62, 64 mit der Grundplatte 60 hergestellt werden. Anschließend werden dann das Bauteil 12 und die Kolbenanordnung 16 in die halbkreisförmigen Ausnehmungen 74, 76 gelegt und die Spannblöcke 78, 80 werden mit Hilfe der Schrauben 82, 84 befestigt. Nun können die Bestandteile des Steuergebers 260 montiert werden, indem der stabförmige Kern 262 in die Gewindebohrung 268 eingeschraubt wird und die Steuerwicklung 270 durch den Spannblock 272 und die Schrauben 274 befestigt wird. Wenn eine Wartung des Bauteiles 12 und der Kolbenanordnung 16 erforderlich ist, können die beiden Teile leicht von dem Transportfahrzeug gelost werden, indem einfach die Spannblöcke 78, 80 abgenommen werden. Die Niederhalteanordnung 102, 104 kann selbstverständlich vollständig und dauerhaft montiert und mit der Grundplatte 60 und den aufrechten Stützen 114, 116 verbunden werden. Wie erwähnt, kann die Kopplungsplatte 96 im Einsatz an der Grundplatte-60 angebracht und von dieser gelöst werden, so daß eine Anpassung der Größe der Vorsprünge 100 an die jeweiligen Bodenverhältnisse möglich ist und eine einwandfreie Kopplung des Rahmens 24 mit dem Untergrund gewährleistet ist.
• Es ist einleuchtend, daß die Konstruktion des Blockes 25 eine gesonderte Hydraulikanlage, wie Verteiler u.dgl., überflüssig macht. Das Ventil 54 kann irgend ein handelsübliches hydraulisches Vierwegventil sein, das sich durch ein elektrisches Steuersignal in raschem Wechsel umschalten läßt. Das Ventil 54 muß auf alle Fälle einen Hochdruckeinlaß für das Arbeitsmedium, wie Drucköl, eine Ablaßleitung und zwei Auslässe umfassen, die mit den Zylinderkammern 36, 38 beidseits des Kolbens über die Kanäle 50, 52 in Verbindung stehen. Bei den meisten Vierwegventilen dieses Typs sind in der Praxis zwei Ablaßleitungen an beiden Enden des Ventils vorhanden. Die nichtdargestellten fünf Leitungen des Ventils befinden sich gewöhnlich auf einer Seite des Ventilgehäuses und sind parallel zu der nichtdargestellten Arbeitsspule des Ventils ausgerichtet.
• Das Ventil 54 soll so angeordnet sein, daß die Ventilspule im rechten Winkel zur Längsachse der Kolbenanordnung 16 verläuft, so daß die Arbeitsweise des Ventils nicht durch Beschleunigungskräfte beeinträchtigt werden kann. In diesem Falle liegen dann auch die fünf Ventilöffnungen im rechten Winkel zur Längsachse der Kolbenanordnung 16. In der Oberseite des Blockes 25 können dann fünf auf einer Geraden liegende Bohrungen gebohrt werden, so daß das Ventil 54 nur so mit dem Block 25 verschraubt werden muß, daß sich die verschiedenen öffnungen des Ventils mit den Bohrungen im Block decken. Die fünf Bohrungen stehen dann mit der Quelle für das Druckmedium, einem Abfluß (ölsumpf) und den Zylinderkammern 36, 38 durch entsprechende Bohrungen im Block 25 in Verbindung. Das Druckmedium kann beispielsweise durch eine Bohrung 360 (Fig. 1) eingeführt werden, die sich zur abgewandten Seite des Blockes 25 erstreckt und dort mit einem nichtdargestellten biegsamen Schlauch verbunden ist, der zur Druckquelle führt. Eine andere Bohrung 362, die mit den beiden Ablaßöffnungen des Ventils 54 in Verbindung steht, verläuft ebenfalls zur abgewandten Seite des Blockes 54 und ist dort mit einem nichtdargestell ten zweiten biegsamen Schlauch verbunden, der zur Niederdruckseite der Druckanlage rührt. Die anderen beiden vertikalen Bohrungen stehen mit den Kanälen 50, 52 in Verbindung.
• Bei einer Ausführungsform des Schwingungserzeugers 10 betrugen die Drücke auf der Hochdruckseite etwa 140 kp/cm2 und auf der Niederdruckseite etwa 4,2 kp/ci2 Das unter hohem Druck stehende Arbeitsmedium, das in die Bohrung 380 eintritt, wird durch das Ventil 54 abwechselnd in einen der beiden Kanäle 50, 52 geleitet, während der andere dieser Kanäle gleichzeitig mit der Ablaßbohrung 362 verbunden wird. Beim Umsteuern des Ventils 54 durch ein elektrisches Steuersignal wird das hydraulische Druckmedium also zuerst durch den Kanal 52 in die Kammer 38 geleitet und das Medium in der Kammer 36 strömt durch den Kanal 50 zur Bohrung 362 ab. Das Druckmedium in der Kammer 38 strebt dazu, die Reaktionsmasse 12 nach rechts und die Kolbenanordnung 16 und damit den Rahmen 24 nach links zu verschieben. Da die Reaktionsmasse 12 eine wesentlich größere träge Masse als der Rahmen 24 hat, neigt der Rahmen 24 dazu, sich wesentlich weiter zu verschieben als die Reaktionsmasse 12. Der Rahmen 24 ist jedoch über die Kopplungsplatte 96 und die Vorsprünge 100 mit der Erdoberfläche gekoppelt und die Teilchen der Erdoberfläche werden dementsprechend nach links (in Fig. 1 gesehen) beschleunigt. Die Geschwindigkeit, die die Teilchen dabei erlangen, wird durch die Erde übertragen. Nach dem Umschalten des Ventils 54 wird der Kanal 50 mit der Einlaßbohrung 360 verbunden und das unter hohem Druck stehende Arbeitsmedium strömt in die Kammer 36 ein. Gleichzeitig wird das Medium in der Kammer 38 über den Kanal 52 zur Auslaßbohrung 362 abgeleitet.
• Das Druckmedium in der Kammer 36 verschiebt dann die Reaktionsmasse 12 nach links und die Kolbenanordnung 16 nach rechts. Die Erdpartikel unter der Kopplungsplatte 96 werden dann nach rechts beschleunigt. Die auf diese Weise erzeugte Hin-und Herbewegung der Erdpartikel breitet sich in der Erde als Scherungs- (oder Transversal-) Welle aus, bei der die Bewegung der Teilchen quer zur Fortpflanzungsrichtung der Welle verläuft.
• Es war bereits erwähnt worden, daß die 0-Ringe 180, 216 das Hochdruckmedium abdichten, das durch den Kanal 52 zur Kammer 38 strömt. Selbstverständlich sind entsprechende, nichtdargestellte O-Ringe für die Abdichtung des durch den Kanal 50 strömenden Druckmediums vorgesehen. Die inneren Lagereinsätze 32, 34 bilden Metall-Metalldichtungen um die Kolbenstangen 20 bzw. 22, die sich durch eine sehr lange Lebensdauer auszeichnen. Der Strömungskanal 194 ist mit der Abflußbohrung 362 verbunden und steht dementsprechend nur unter dem verhältnismäßig geringen Auslaßdruck von 4 kp/cm2. Wenn die Kammer 38 mit unter hohem Druck stehendem Arbeitsmedium gefüllt ist, herrscht daher ein beträchtlicher Druckunterschied zwischen der Kammer 38 und der Ringnut 211, die mit den Radialbohrungen 220 in Verbindung steht. Die verhältnismäßig lange Innenfläche der Lagereinsätze 2, 34 gewährleistet jedoch in Verb-indung mit den ringförmigen öldichtungsnuten 210 einen ausreichenden Druckabfall längs dieses Weges, so daß nur wenig Druckmedium zwischen den Kolbenstangen 20, 22 und den Einsätzen 32 bzw. 34 entweichen kann. Die Ringnuten 222 und 192 in den Einsätzen 32, 34 machen eine genaue radial Ausrichtung zwischen den radialen Bohrungen 220, 190 und dem Kanal 194 überflüssig. Der O-Ring verhindert, daß Arbeitsmedium aus dem Kanal 194 zwischen der Zylinderbuchse 31 und dem Block 25 entweicht. Der C-förmige elastische Dichtungsring 228 ist mehr als ausreichend um das Arbeitsmedium, das unter dem relativ niedrigen Auslaßdruck steht, abzudichten, so daß praktisch kein Druckmedium zwischen den Kolbenstangen 20, 22 und der Erweiterung 172 der Zylinderbuchse 31 entweichen kann.
• Das als Reaktionsmasse dienende Bauteil 12 gewährleistet nicht nur einen wirtschaftlichen Aufbau und eine einfache Montage des Wandlers, sondern stellt auch eine Anordnung mit-sehr hoher Betriebslebensdauer dar.
• Dies beruht zum Teil darauf, daß das zurück bis zum Dichtungsring 228 reichende und unter niedrigem Druck stehende Drucköl eine dauernde Schmierung der Kolbenstangen 20, 22 über praktisch deren ganze Oberfläche, die gleitend gelagert ist, bewirkt. Es ist außerdem ersichtlich, daß vier getrennte Lager, nämlich die Lagereinsätze 32, 34 und die Halterungseinsätze 44, 46 vorhanden sind. Trotzdem das Gewicht des Bauteiles 12 in der Praxis gewöhnlich mindestens etwa 680 kp betragen wird, werden Belastungskonzentrationen vermieden, da das Gewicht gleichmäßig über die Kolbenanordnung 16 verteilt ist, so daß der Verschleiß sehr klein bleibt. Zu einer langen und wartungsfreien Lebensdauer der Einrichtung trägt außerdem bei, daß die verschiedenen O-Ringdichtungen nicht der geringsten Bewegung ausgesetzt sind.
• Die beschriebene Einrichtung stellt einen besonders vorteilhaften und neuen Schwingungserzeuger für seismische Scherungswellen dar. Der Rahmen 24 wird mit der Etdoberfläche gekoppelt, in dem die Vorsprünge 100 der Kopplungsplatte 96 durch die Niederhalteanordnung 102, 104 fest gegen die Erdoberfläche gepreßt werden. Dies geschieht dadurch, daß die aufrechten Stützen hydraulisch oder auf andere Weise durch das Gewicht eines Transportfahrzeuges nach unten gedrückt werden, bis die Luftkissen 122, 124 soweit zusammengedrückt sind, daß die Halterungsketten 126, 128 locker sind. Der Rahmen 24 kann dann innerhalb des erforderlichen Bereiches, der nur relativ klein zu sein braucht, frei in der Horizontalrichtung hin- und herschwingen, ohne daß eine Beeinträchtigung durch die statische Niederhaltekraft eintritt. Gleichzeitig halten die Federn 134 140 den Rahmen 24 zwischen den aufrecht stehenden Stützen 114, 116 zentriert und schützen dadurch diese Stützen und das Fahrzeug gegen Beschädigungen durch Schläge. Selbst wenn die Federn 134, 140 so gewählt sind, daß sie eine sehr niedrige Federkonstante und eine unterhalb der Arbeitsfrequenz des Schwingungserzeugers liegende Eigenfrequenz haben, üben sie keine Kräfte auf den Rahmen 24 aus, die die Hin- und Herbewegung des Rahmens nennenswert behindern könnte.
• Eine weitere sehr vorteilhafte Eigenschaft des Aufbaues des Bauteiles 12 besteht darin, daß die Größe der Kammern 36, 38 schnell und einfach gewandert werden kann, ss daß ein weiter BetriebsSrequenzbereich erzielbar ist. Die Hublänge des Kolbens 18 in der Zylinderbohrung 14 nimmt mit abnehmender Frquenz zu. Die niedrigste Arbeits frequenz des Schwingungserzeugers ist daher durch die Hublänge und dementsprechend die erforderliche Länge der Zylinderkammern 36, 38 bestimmt. Um andererseits bei höheren Arbeitsfrequenzen maximale Ausgangsgeschwindigkeiten zu erreichen, ist es andererseits notwendig, das Volumen der Kammern 36, 38 so klein wie möglich zu halten. Wenn also beispielsweise im Frequenzbereich zwischen 15 und 120 Hz gearbeitet werden soll, können sich die Einsätze 52, 34 etwa soweit erstrecken, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Wenn der Schwingungserzeuger jedoch bei einer Frequenz unter 15 Hz betrieben werden soll, brauchen die Einsätze 325 54 nur gegen andere, kürzere Einsätze ausgetauscht zu werden, die einen längeren Hub des Kolbens 18 zulassen.
• Es ist außerdem einleuchtend, daß die Grundbestandteile der Einrichtungen 10 und 300 aus den R'aktionsmassen 12 und 312, den Kolbenanordnungen 16 und 316 und den sich nur geringfügig unterscheidenden Rahmen 24 und 324 bestehen, so daß also eine sehr anpassungsfähige seismische Schwingungserzeugeranordnung zur Verfügung steht. Der Schwingungserzeuger 500 arbeitet in Ublicher Weise, indem die Kopplungsplatte 326 bei einer Hin-und Herbewegung der Reaktionsmasse 312 bezüglich der Kolbenanordnung 516 in vertialer Richtung schwingt und in der Erde Druck- oder Longitudinalwellen erzeugt. Bei der offenbarten neuartigen Konstruktion der Einrichtung 300 entfallen jedoch die bei den bekannten Einrichtungen störenden Justiexschasierigkeiten.
• Bei der Einrichtung gemaß der Erfindung kann außerdem das Gesamtgewicht der Kolbenanordnung 316 und des Rahmens 324 einschließlich der Grundplatte 326 auf ein Minimum reduziert werden, so daß höhere Teilchengeschwindlgkeiten und höhere Arbeitsfrequenzen erreichbar sind. Die Linrichtungen 10 und 300 stellen sehr kompakte Schwingungserzeuger dar, auch wenn Reaktionsmassen 12 bzw. 12 mit einem Gewicht bis zu 680 kp verwendet werden, so daß sehr hohe Reaktionskräfte auf die Erdoberfläche übertragen werden können.
• Die Erfindung ist nicht auf die besehriebenen Ausführungsbeipsiele beschränkt, sondern läßt sich in der verschiedensten Weise abwandeln, ohne daß der Ranmen der Erfindung überschritten wird.

Claims (14)

Patentansprüche.

1. Einrichtung zur Erzeugung von Wellen in einem elastischen Medium, z.B. der Erde, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h ein Bauteil größerer Masse, das von einer Zylinderbohrung durchsetzt wird; eine Kolbenanordnung, die einen Kolben und sich in entgegengesetzter Richtung erstreckende Kolbenstangen umfaßt und verschiebbar derart in der Zylinderbohrung angeordnet ist, daß die Kolbenstangen aus den beiden Enden der Zylinderbohrung herausreichen; eine Anordnung zum abwechselnden Einführen eines Druckmediums in bezüglich des Kolbens gegenüberliegende Seiten der Zylinderbohrung, um eine hin- und hergehende Bewegung der Kolbenanordnung in bezug auf das Bauteil größerer Masse zu bewirken und einen die Enden der sich in entgegengesetzter Richtung erstreckenden Kolbenstangen verbindenden Rahmen, der eine Fläche zum Angriff an das elastische Medium aufweist, wobei der Rahmen bei einer Hin- und Herbewegung der Kolbenanordnung in bezug auf das Massebauteil durch eine Reaktionskraft hin- und herbewegt wird und die Oberfläche des elastischen Mediums, an der der Rahmen angreift, in entsprechender Weise hin- und herbewegt wird, so daß Teilchengeschwindigkeiten auftreten, die sich als Wellen durch das elastische Medium ausbreiten.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die an der Oberfläche des elastischen Mediums angreifende Fläche des Rahmens etwa senkrecht zu den sich in entgegengesetzter Richtung erstreckenden Kolbenstangen verläuft, so daß der Rahmen bei der Hin- und Herbewegung des Massebauteils relativ zur Kolbenanordnung durch eine Reaktionskraft in Richtung senktrecht zur Oberfläche des elastischen Mediums hin- und herbewegt wird und in dem elastischen Medium Verdichtungswellen erzeugt werden.

5 Einrichtung nach Anspruch 1, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die an der Oberfläche des elastischen Mediums angreifende Fläche des Rahmens wenigstens annähernd parallel zu den sich in entgegengesetzter Richtung erstreckenden Kolbenstangen verläuft, so daß der Rahmen bei einer Hin- und Herbewegung des Masse bauteils in bezug auf die Kolbenanordnung durch eine Reaktionskraft in Richtung parallel zur Oberfläche des elastischen Mediums hin- und herbewegt wird und in dem elastischen Medium Scherungs- oder Transversalwellen erzeugt werden.

4. 4e Einrichtung nach Anspruch 3, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Bohrung des rassebauteils eine Zylinderbuchse enthält, in der ein Kolben mit sich nach entgegengesetzten Richtungen erstreckenden Kolbenstangen, die aus der Zylinderbuchse herausreichen, angeordnet ist; daß in die Enden der Zylinderbuchse Bauteile, die die jeweiligen Kolbenstangen umgeben und das Ende eines Hydraulikzylinders bilden, eingesetzt sind und eine Flüssigkeitsdichtung um die jeweiligen Kolbenstangen sowie eine Lagerung für die Zylinderbuchse und den Masseblock ergeben; daß eine Einlaßanordnung vorgesehen ist, um ein Druckmedium abwechselnd auf den beiden Seiten des Kolbens in den Zylinder einzuführen, um den Kolben in bezug auf die Zylinderbuchse hin- und herzuverschieben; daß die Enden der sich in entgegengesetzter Richtung erstreckenden Kolbenstangen durch einen Rahmen verbunden sind und daß der Rahmen mit einer an dem elastischen Medium angreifenden Anordnung versehen ist.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen Masseblock mit einer durchreichenden Bohrung; eine Zylinderbuchse in der Bohrung; eine Anordnung zur Halterung der Zylinderbuchse in der Bohrung; eine in der Zylinderbuchse verschiebbar gelagerte Kolbenanordnung mit sich in entgegengesetzter Richtung erstreckenden Kolbenstangen, die aus den Enden der Zylinderbuchse herausreichen; je einen Lagereinsatz in den Enden der Zylinderbuchse, die die über sie hinaus reichenden zugehörigen Kolbenstangen umfassen und Enden eines Druckzylinders sowie eine Lagerung für die Zylinderbuchse und den Masseblock bilden; eine Anordnung zur Halterung des Lagereinsatzes innerhalb der Zylinderbuchse; durch eine Ringdichtungsanordnung zwischen den Lagereinsätzen und der Zylinderbuchse, die ein Austreten des Druckmediums verhindert ; durch eine Kanalanordnung zum abwechselnden Einführen eines Druckmediums in die beidseits des Kolbens gebildeten Räume in der Zylinderbuchse um eine hin-und hergehende Relativbewegung zwischen Kolben und Zylinderbuchse zu erzeugen; einen die Enden der Kolbenstangen verbindenden Rahmen und eine Anordnung am Rahmen, um diesen mit dem elastischen Medium zu koppeln.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h eine innere Lagereinsatzanordnung in den beiden Enden der Zylinderbuchse, die die jeweiligen Kolbenstangen umgibt; durch eine Anordnung zur Halterung der inneren Lagereinsätze in der Zylinderbuchse; eine äußere Lageranordnung um jede der Kolbenstangen, die mit dem Masseblock verbunden ist, die Zylinderbuchse in der Bohrung hält und ein Lager für den Masseblock auf den Kolbenstangen bildet; eine erste ringförmige elastische Dichtungsanordnung in jedem Ende der Zylinderbuchse zwischen der inneren und der äußeren Lageranordnung, welche die Kolbenstangen umgibt und ein Austritt von Druckmedium zwischen der jeweiligen Kolbenstange und der Zylinderbuchse verhindert.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, d a d u r ch gek e n n z e i c h n e t, daß die Innenfläche des inneren Lagereinsatzes mit Uldichtungsnuten versehen ist, die in Strömung des Druckmediums zwischen dem inneren Lagereinsatz und der zugeordneten Kolbenstange weitestgehend verhindern; daß die Außenfläche der inneren Lagereinsätze Jeweils von einer zweiten Ringdichtungsanordnung umgeben ist, dle ein Austreten des Druckmediums zwischen dem inneren Laner-lnsatz und der Zylinderbuchse verhindert und daß ein auslaßkanal mit dem Inneren der Zylinderbuchse zwischen den sin-nenden der inneren Lageranordnung und der ersten Ringdichtungsanordnung in Verbindung steht, um Druckmedium abzuführen, das durch die innere Lagereinsatzanordnung vom Inneren der Zylinderbuchse durchgelassen wird.

8. Einrichtung nach Anspruch 6, d a -r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß beide Enden der Zylinderbuchse mit ersten Erweiterungen oder Aufbohrungen versehen sind, die von den jeweiligen Enden nach innen reichen und ringförmige, nach außen weisende Schultern bilden; daß die inneren Lagereinsätze am Außenrand nach innen weisende Schultern aufweisen, die an den nach außen weisenden Schultern der Zylinderbuchse anliegen und daß die Anordnung zur Halterung der inneren Lagereinsätze in der Zylinderbuchse Ringe umfassen, die die jeweiligen Kolbenstangen umgeben und in Gewinde in den ersten Erweiterungen der Zylinderbuchse eingeschraubt sind.

9. Einrichtung nach Anspruch 6, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Strömungskanalanordnung im Masseblock und der zylidnerbuchse enthalten: Bohrungen, die durch den Masseblock reichen; Bohrungen, die durch die Zylinderbuchse reichen und sich mit deil3ohrungen im Masseblock decken und Ringdichtungsanordnungen, die die Zylinderbuchse umgeben und beidseits der Bohrungen angeordnet sind, die durch die Zylinderbuchse reichen, so daß ein Austritt des Druckmediums von den Bohrungen zwischen der Zylinderbuchse und dem Masseblock verhindert wird.

10. Einrichtung nach Anspruch 1, d a -du r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Rahmen zwei aufrecht stehende Bauteile, die mit den Enden der Solbenstangen verbunden sind, und ein die aufrechten Bauteile verbindendes horizontales Bauteil umfaßt und daß mit dem horizontalen Bauteil eine Anordnung verbunden ist, die den Rahmen mit der Oberfläche des elastischen Mediums koppelt, wobei die Kolbenanordnung wenigstens annähernd parallel zu der Oberfläche verläuft.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die mit dem horizontalen Rahmenteil verbundene KopplungsanordnuRg ein Bauteil mit einer unregelmäßigen Oberfläche umfaßt und daß eine Anordnung vorgesehen ist, um den Rahmen statizeh zu belasten und die unregelmäßige Fläche gegen die Oberfläche des elastischen Mediums zu drücken und gleichzeitig eine Bewegung des Rahmens parallel zur Oberfläche des elastischen Mediums zuzulassen.

12. Einrichtung nach Anspruch 10, d a -dur c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Anordnung zur Kopplung des Rahmens mit der Oberfläche des elastischen Mediums eine Platte mit einer Anzahl von VorsprUngen gefaßt, die geeignet sind, in die Oberfläche des elastischen Mediums einzudringen und daß die Platte mit dem horizontalen Rahmenteil lösbar verbunden ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 10, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das horizontale Bauteil Endteile umfaßt, die über die aufrechtstehenden Bauteile hinausreichen und daß eine nachgiebige, elastische statische Belastungsanordnung an beiden Enden vorgesehen ist, um auf das horizontale Bauteil eine Kraft auszutiben, gleichzeitig jedoch eine Bewegung des horizontalen Bauteils in einer horizontalen Ebene zuzulassen und daß eine Anordnung mit einer aufrechten Stütze vorgesehen ist, un die nachgiebigen statischen Belastungsanordnungen zu belasten.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen den aufrechten Stützen und den jeweils benachbarten aufrechten Bauteilen eine federnde Anordnung vorgesehen ist, die den Rahmen wenigstens annähernd zwischen den aufrechten Stützen zentriert hält.