DE69413014T2 - Steueranordnung für akustischen quellen - Google Patents

Description

Beschreibung
• Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung bzw. -baugruppe für Schallquellen mit schallemitierenden Oberflächen, die ausgebildet sind, um zu einer vibrierenden Bewegung angeregt zu werden, insbesondere für die Verwendung in seismischen Prospektionen bzw. Erkundungen.
• Quellen, die verwendet werden zur Erzeugung von Schallwellen in Wasser können z.B. Sonarquellen, Biegezug- bzw. Biegespannungsquellen oder seismische Sender oder Energiequellen sein. Vorteilhafterweise kann die Erfindung für solche Typen von Quellen verwendet werden, d.h. zum Emitieren von Schallwellen unter Wasser. Nach Reflektion vom Meeresbett und darunter liegenden geologischen Formationen, können resultierende Echosignale aufgenommen bzw. erfaßt werden durch Hydrophone oder Geophone verschiedener Bauart.
• Es ist wohlbekannt, daß Schallwellen niedriger Frequenz über längere Distanzen durch Wasser und geologische Strukturen übertragen werden können als Schallwellen hoher Frequenz. In militärischen Anwendungen wie auch im Marinesektor der Öl- und Gasindustrie gibt es seit langem einen Bedarf für leistungsstarke Niederfrequenzschallquellen, die unter Wasser betrieben werden können. Quellen vielfältiger Konstruktionen und Gestaltungen für diese Zwecke und Einsatzgebiete sind seit langem erhältlich. Solche akustischen Quellen bzw. Schallquellen sind z.B. in "Seismic Energy Sources 1968 Handbook, Bendix, United Geophysical Corporation 1968" und in "Transducer Needs for Low-Frequency Sonar, Proceedings of the Second International Workshop an Power Transducers for Sonic and Ultrasonics, France, June 12-13, 1990" beschrieben.
• Die meisten der heutzutage verwendeten Schallquellen gehören zum Impuls- bzw. Stoßtyp, bei denen die Bestrebung besteht, daß die Quellen soviel Energie wie möglich während einer Zeitspanne, die so kurz wie möglich ist, emitieren. Die Frequenzinhalte in solch einer Quelle können nur in einem sehr schmalen Umfang modifiziert werden, und verschiedene Quellen werden ausgewählt für verschiedene Vermessungsprobleme.
• In letzer Zeit sind seismische Energiequellen entwickelt worden in Form von Vibratoren, die in zahlreichen Frequenzbändern bzw. -bereichen vibrieren können, so genannte "Frequenzbündelung bzw. -wobbelung". Zu dieser Gruppe gehören Vibratoren, die durch Verwendung von Hydraulikeinrichtungen betrieben werden und Quellen, welche piezoelektrische oder magnetostriktive Materialien verwenden. In hydraulischen Vibratoren wird ein Kolben durch eine Ventilanordnung gesteuert bzw. geregelt und dabei ist es möglich, große Oszilationsamplituden zu erreichen. Der piezoelektrische Effekt beinhaltet wie bekannt eine Längenänderung eines kristallinen Materials, wenn eine elektrische Spannung an die Außenflächen von diesem angelegt wird, und umgekehrt, daß eine elektrische Spannung erzeugt wird, wenn das Material einer physischen Deformation unterworfen wird. Magnetostriktion bedeutet, daß ein magnetisches Material, welches einer Magnetfeldänderung unterworfen wird, eine Längenänderung erfährt, und umgekehrt, daß eine zugeführte Längenänderung des Materials zu einer Änderung des magnetischen Feldes führt.
• Es gibt zahlreiche verschiedene Arten Schallquellen zu konstruieren bzw. zu gestalten. Für Niederfrequenzanwendungen ist es üblich, daß die Quellen eine kreisflächige Oberfläche haben (in der Form eines Kolbens), wenn das Hydraulikprinzip angewendet wird, und eine zylindrische Form mit entweder einem kreisförmigen oder eliptischen Querschnitt, wenn piezoelektrische oder magnetostriktive Materialien verwendet werden.
• Ein Konzept, bei dem eine Hydraulikkolbenquelle verwendet wird, ist beschrieben in "The Marine Vibrator Source, First Break Vol. 6 No. 9, September 1988/285".
• Das größte Problem mit diesem Typ von regel- bzw. einstellbaren Quellen, ist eine gut definierte und ausreichend hohe Amplitude der Oszillationen zu erhalten. Um dies zu erreichen, wird entweder eine große Quellenoberfläche oder eine kleine Quellenoberfläche mit großen Oszillationsamplituden benötigt.
• Vibratoren, die auf dem hydraulischen Prinzip basieren (z.B. bei der seismischen Marine- bzw. Seeexploration) bieten große Amplituden bei niedrigen bzw. geringen Frequenzen. Die Kolbenbewegungen werden durch eine Ventilanordnung geregelt bzw. gesteuert. Der Grad der Steuerung bzw. Regelung dieser hydraulischen Kolbenquellen in Hinblick auf die Amplitude in Kombination mit der Frequenz ist jedoch begrenzt.
• Die Verfügbarkeit von sogenannten hochmagnetostriktiven magnetischen Materialien hat die Möglichkeiten der Fertigung guter Schallquellen verbessert. Bei Verwendung dieser Materialtypen als Antriebselemente ist es möglich, Amplitudenänderungen zu erhalten, die bis zu 20 mal größer sein können als entsprechende Amplituden im Falle von piezoelektrischen Material: Quellen, die hochmagnetostriktive Materialien verwenden, sind seit mehreren Jahren kommerziell erhältlich. Die Amplitudensteigerung ist jedoch immer noch relativ mäßig und die magnetostriktiven Materialien haben zahlreiche Beschränkungen bei niedrigen bzw. geringen Frequenzen, auch wenn die Steuerung bzw. Regelung bzw. Einstellung der Amplitude einfach und sehr exakt ist.
• Eine normale Ausgestaltung des vorliegenden Antriebs soll hier näher besprochen werden, wobei eine zylindrische Quelle mit einem eliptischen Querschnitt als Ausgangspunkt genommen wird: Das zylindrische Gehäuse besteht aus einer elastischen Membran oder einem Gehäuse bzw. einer Ummantelung bzw. einer Schale. Im Inneren und parallel zu der Zylinderachse und im Eingriff gegen das Gehäuse, sind zwei Endtragebalken bzw. Stirnträger vorgesehen. Die Querschnittsfläche der Träger ist ein symmetrisches Spiegelbild in bezug auf die kurze Achse der eliptischen Schale, und jeder Träger wird begrenzt durch den Abschnitt der Schale, der dem Ende der langen Achse und einer Schnur bzw. Linie parallel zu der kurzen Achse gegenüberliegt. Zwischen den Trägern und in Eingriff mit deren parallelen Seitenflächen ist ein elektrisch gesteuertes bzw. geregeltes Antriebselement vorgesehen in der Form eines Antriebsstabes. Die Längsachse des Antriebsstabes deckt sich mit der langen Achse des eliptisch geformten Querschnittes und ist gleich beabstandet von den Endflächen der Quelle. Wenn das magnetostriktive Prinzip verwendet wird, besteht der Antriebsstab aus einem magnetischen und vorzugsweise einem hochmagnetostriktiven Material, welches magnetisiert wird durch die umgebene elektrische Spule mit der gewünschten Frequenz der Quelle. Wenn das piezoelektrische Prinzip verwendet wird, ist der Antriebsstab aus einem piezoelektrischen Material hergestellt. Natürlich kann der Antriebsstab vollständig oder teilweise aus jedem Material bestehen, das die gewünschte Möglichkeit der Längenänderungen erfüllt.
• Die grundlegende Gestaltung einer akustischen Quelle bzw. einer Schallquelle, wie oben beschrieben, kann in Details variieren. Eine Schallquelle mit einer zylindrischen Form und einem eliptischen Querschnitt mit Antriebsstäben aus hochmagnenostriktivem Material wird u.a. in dem US-Patent 4 901 293 "A rare earth flextensional transducer" beschrieben. -
• Die Erfindung betrifft ein Grundkonzept für das, was oben als ein Antriebselement bezeichnet wurde, welches aber in der nachfolgenden Beschreibung als Antriebsbaugruppe oder als Antriebspaket beschrieben wird. Hinsichtlich der verbleibenden Teile einer Quelle wird ein Ausgangspunkt gewählt in einer Gestaltung mit einer zylindrischen Form und einem eliptischen Querschnitt, wie oben genannt. Die Quelle hat eine elastische Membran oder Ummantelung bzw. Gehäuse bzw. Schale und zwei innere Endtragbalken bzw. Stirnträger an den Enden der langen Achsen.
• Das Antriebssystem kann, wenn auch nicht in jeder Ausführungsform der Erfindung, einen Rahmen umfassen mit einer äußeren Form wie ein rechteckiger Parallelepiped. Eine Antriebsbaugruppe, die einen elektrischen Motor, der an eine Welle mit ovaler und konischer Form angekuppelt ist, beinhaltet, ist an dem Rahmen angebracht. Die oval und konisch geformte Welle ist im Eingriff mit einem einstellbaren Gestell bzw. Schlitten. Gegen den Schlitten sind Schub stangen vorgesehen bzw. abgestützt, die die Kraft auf die Membran übertragen. Der elektrische Motor ist mit einem Motorregler bzw. einer Motorsteuereinrichtung verbunden, der bzw. die die Frequenz regelt bzw. steuert. Durch Drehung der oval und konisch geformten Welle, wird die Membran veranlaßt vor und zurück zu schwingen in Abhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit. Abhängig davon, wie die ovale und konische Welle geformt ist, können große niederfrequente Amplituden erzeugt werden.
• Die Amplitude wird in dieser Auführungsform variiert durch Verschieben des einstellbaren Schlittens axial in Bezug zu der ovalen und konischen Welle unter Verwendung eines Linearmotors. Mit dieser Methode kann die Bewegungsamplitude, die auf die Schubstangen, welche mit der Membran über die Stirnträger verbunden sind, wirkt, variiert werden. Durch Variation der Frequenz mit einem Motorregler bzw. einer Motorsteuereinrichtung und der Bewegungsamplitude mit einem Linearmotor ist es möglich, wählbare Frequenzhübe bzw. Frequenzbündel bzw. Frequenzwobbelungen mit der gewünschten Amplitude und Frequenz zu erhalten.
• In dieser Ausführungsform ist die Höhe des Rahmens so angepaßt, daß sie im wesentlichen mit dem Abstand zwischen den parallelen inneren Seiten der Sirnträger korrespondiert, d.h. der Länge der langen Achsen zwischen den Stirnträgern. Die Breite des Rahmens korrespondiert mit der axialen Länge der zylindrischen Schale. Die Dicke des Rahmens kann ohne große Beschränkungen variiert werden und kann beispielsweise aus rechteckigen Trägern, T-Trägern, L- Trägern, I-Trägern, Röhren oder anderen Strukturelementen aus geeigneten Materialien hergestellt werden. Wie unten beschrieben, sind die eliptisch geformten Stirnplatten der Quelle an den Höhen-Dickenseiten des Rahmens angebracht.
• Eine gewünschte mechanische Vorspannung wird durch Vorrichtungen an den Schubstangen geschaffen. Die Schubstangen, die die Kräfte auf die Membran übertragen, sind beispielsweise mit einer Schraubeinrichtung versehen, die es ermöglicht längere oder kürzere Stangen zu erhalten, was bedeutet, daß die mechanische Vorspannung variiert werden kann.
• Das hier beschriebene Konzept zur Gestaltung einer Schallquelle beinhaltet einen großen Grad an Freiheit in Bezug auf Struktur, Dimensionen und akustischer Leistung, da neben anderen Dingen eine Zahl von Antriebsbaugruppen in einem Antriebssystem frei gewählt werden kann. Der Rahmen bietet gute Möglichkeiten zur Montage der Baugruppen oder Antriebspakete und zum Anbringen der Stirnträger während der Herstellung der Membran.
• Im Hinblick auf den oben gegebenen Hintergrund und wie in der nachfolgenden Beschreibung erkennbar ist, ist das Antriebspaket oder die Antriebsbaugruppe gemäß der Erfindung in ihrer allgemeinsten Form gekennzeichnet durch einen elektrischen Rotationsmotor mit einer zugeordneten Welle, welche zumindest einen Wellenabschnitt umfaßt, dessen äußere Querschnittskontur zumindest teilweise in der axialen Ausdehnung des Wellenabschnittes nicht kreisförmig ist, aber vorzugsweise glatt gerundet ist, beispielsweise in der Form einer ovalen Querschnittskontur, und einer Anzahl von Schubstangen, die radial angeordnet sind in bezug auf die Welle und vorzugsweise indirekt an ihrem radial inneren Enden angepaßt sind, um beeinflußt zu werden durch den nicht kreisförmigen Wellenabschnitt während der Rotation der Welle, wobei die radial äußeren Enden der Schubstangen angepaßt sind, um die vibrierende Bewegung der schallemitierenden Oberflächen zu verursachen.
• Die Erfindung sowie deren zusätzliche spezifische Merkmale werden genauer erklärt in der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die Zeichnungen; in denen zeigt:
• Fig. 1 eine zylindrische Schallquelle mit einem eliptischen Querschnitt, die ein Antriebspaket gemäß der Erfindung beinhaltet,
• Fig. 2 von dem Antriebspaket umfaßte Details,
• Fig. 3 Gleitrollen, welche an dem Schlitten montiert sind,
• Fig. 4A - 4F verschiedene Querschnittsformen des nicht kreisförmigen Wellenabschnitts, und
• Fig. 5 eine alternative Ausführungsform zu der in den Fig. 2 und 3 gezeigten.
• Eine Schallquelle, in der das Antriebssystem gemäß der Erfindung vorzugsweise eingesetzt werden kann, ist in Fig. 1 gezeigt. Wie zu sehen, hat die Quelle eine zylindrische Gestalt mit einem eliptischen Querschnitt. Außen besteht die Quelle aus einer Gehäuse- bzw. Ummantelungsfläche in Form einer elastischen Membran 1 und Stirnplatten 2 und 3. Innerhalb der Membran befinden sich zwei Endtragebalken bzw. Stirntragebalken bzw. -träger 4 und 5 an den Endender langen Achse des eliptischen Querschnittes.
• Der Antriebsrahmen bzw. das Antriebspaket ist vorzugsweise in einem rechteckigen Rahmen 6 eingebaut bzw. befestigt bzw. festgespannt, was nicht Teil der Erfindung ist. Der Rahmen ist zentral innerhalb der Membran angeordnet in der Weise, daß eine Ebene in der Mitte zwischen und parallel zu den beiden Höhen-Breiten-Seiten sich deckt mit der Ebene aller langen Achsen. Die Höhe h des Rahmens ist so angepaßt, daß sie im allgemeinen mit dem freien Raum zwischen den Stirnträgern korrespondiert, was praktisch bedeutet, daß der Rahmen an die Stirnträger angreift bzw. die Stirnträger miteinander verbindet. Die Breite b des Rahmens korrespondiert mit der axialen Länge der zylindrischen Membran. Daher können die Stirnplatten der Quelle mit Schrauben 7, 8, 9 und 10 angebracht werden an die Höhen-Breiten-Seiten des Rahmens. Die Dicke t des Rahmens, d.h. der Abstand zwischen den beiden Höhen-Breiten-Seiten, ist allgemein bestimmt sowohl durch die Erfordernisse eines praktikablen Einbaus des Antriebspaketes als auch durch die Erfordernisse, die die Dimensionen von Durchgangsbohrungen für die Schubstangen bestimmen. Da der Rahmen "schwebt" bzw. "schwimmt" innerhalb der Quelle, wenn diese - durch die Schubstangen - in einem mechanisch vorgespannten Zustand angeordnet ist, wird der Rahmen als solcher keinerlei merklicher mechanischer Beanspruchung unterworfen. Demgemäß werden die Höhe und Breite des Rahmens hauptsächlich bestimmt durch die Anzahl der Schubstangen oder Antriebspakete, die benötigt werden, um die gewünschte akustische Leistung zu erzielen. Durchgangsöffnungen 11, 12, 13, und 14 für die Schubstangen des Antriebspaketes sind in den Rahmen entlang einer gemeinsamen zentralen Achse oder Linie angeordnet. Durchgangsöffnungen 15, 16 für die Motorachse bzw. -welle und für den Linearmotor sind in dem Rahmen vorgesehen normal zu den Öffnungen für die Schubstangen.
• Ein Beispiel einer Antriebsbaugruppe oder eines Antriebspaketes gemäß der Erfindung ist in Fig. 2 gezeigt. Ein Elektromotor 17 ist verbunden mit einer oval und konisch geformten Achse bzw. Welle 18. An dieser Welle greift ein verschiebbares Gestell bzw. ein verschiebbarer Schlitten 19, 20 an, der gegen zwei Schubstangen 21, 22 wirkt. An dem Ende der Schubstangen sind Gleiträder bzw. Gleitrollen 23, 24 gezeigt zur Verringerung der Reibung gegen den bzw. auf dem beweglichen Schlitten 19, 20. In dem beweglichen Schlitten sind Gleitrollen 25, 26 vorgesehen zur Verringerung der Reibung auf der oval und konisch geformten Welle. Auch weitere reibungsverringernde Einrichtungen sind vorstellbar, bei denen die vorliegende Lagerung mit der oval und konisch geformten Welle verbunden sein kann. Durch ein mit einem Gewinde versehenes Verlängerungsstück 27, 28 können die Schubstangen gedreht werden und dabei kann die mechanische Vorspannung verändert werden. Die Methode der mechanischen Vorspannung der Schubstangen kann vielfältige Formen haben, wie z.B. durch Verwendung von Keilen oder hydraulischen Kolben.
• Die Umdrehungen pro Minute des Elektromotors 17 können eingestellt bzw. geregelt werden mit einem Steuer- bzw. Regelsystem 29, welches mit dem Elektromotor über ein elektrisches Kabel 31 verbunden ist. Dieses Regelsystem kann beispielsweise einen Frequenzumsetzer oder ähnliches umfassen, abhängig davon ob ein Gleich- oder Wechselstrommotor verwendet wird. Die Amplitude wird variiert durch eine Welle mit einer ovalen und konischen Form 18 und durch einen bewegbaren Schlitten 19, 20, der an der Welle angreift und angepaßt ist, um axial verschoben zu werden entlang der Achse bzw. Welle durch einen Linearmotor 30. Anstelle eines Linearmotors können vielfältige andere Vorrichtungen und Einrichtungen verwendet werden, um eine ausreichende Bewegung des Schlittens zu verursachen. Ein anderer Weg zum Steuern bzw. Regeln der Amplitude könnte sein, daß die Position der exzentrischen Welle durch einen Keil radial blockiert bzw. gehemmt ist und axial verschoben werden kann bezüglich der Motorwelle durch Verwendung beispielsweise eines Linearmotors, wie unten beschrieben unter Bezugnahme zu Fig. 5.
• In Fig. 3 ist ein Beispiel gezeigt, wie ein Gleitrad bzw. eine Gleitrolle 25 an einer Achse bzw. Welle 32 in dem Schlitten angebracht bzw. befestigt ist, um die Reibung auf der oval und konisch geformten Welle zu verringern.
• Das bezüglich der Quelle beschriebene Basiskonzept kann, soweit Details betroffen sind, in einer Anzahl verschiedener Formen konstruiert sein, die durch die Erfindung erfaßt werden. Zusätzlich zu der Wahl der Zahl von Schubstangen, der amplitudenerzeugenden Wellen, der Antriebspakete und Rahmenabmessungen, wie bereits oben ausgeführt wurde, kann dies die Lage des Motors 17 außerhalb der vorliegenden Quelle sein, wie verkörpert durch die Membran 1 und schematisch dargestellt in Fig. 2.
• Die amplitudenerzeugende Welle, zuvor beschrieben als oval und konisch geformte Welle 18, kann in verschiedenen Arten ausgestaltet sein, wobei der ausschlaggebende Parameter der gewünschte Frequenzinhalt sein wird. Beispielsweise könnte eine Ausgestaltung der amplitudenerzeugende Welle ins Auge gefaßt werden, um eine Anzahl von Frequenzen gleichzeitig ohne Wechsel der Motorfrequenz zu erzeugen. Einige solche Modifikationen der Querschnittskontur der Welle werden unten diskutiert mit Bezug zu Fig. 4. Ferner ist es durchaus möglich, daß die Quelle derart gestaltet ist, daß sie für eine spezifische Umdrehungszahl pro Minute verwendet wird und/oder daß die amplitudenerzeugende Welle austauschbar ist für verschiedene Verwendungen. Bei bestimmten Anwendungen könnte es von Interesse sein, nur eine zylindrische und nicht eine konische amplitudenerzeugende Welle zu haben.
• Wenn es gewünscht ist, den Hochfrequenzbereich der Quelle zu erweitern, können auf magnetostriktiven oder piezoelektrischen Materialien basierende Antriebselemente in die Schubstangen integriert werden, wie durch 28A und 28B in Fig. 2 gezeigt ist.
• Augenscheinlich kann das Antriebspaket auch in Quellen zylindrischer Form verwendet werden und einen anderen als einen eliptischen Querschnitt aufweisen, beispielsweise einen kreisförmigen Querschnitt. Kolbenquellen betreffen offensichtlich eine andere Verwendung des Antriebspaketes, bei der z.B. ein Kolben und eine Membran von kreisförmiger Form verwendet werden können oder zwei diametral gegenüberliegende Kolben mit kreisförmigen Membranformen gegeneinander angeordnet sind. Die Membran kann natürlich eine von der kreisförmigen abweichende Geometrie haben.
• Fig. 4A bis 4F veranschaulichen mehrere Formen der Achse oder präziser des Achsenteils, wie auf der vorhergehenden Seite angedeutet. In den Fig. 4A bis 4F ist die vorliegende Motorwelle mit 38 bezeichnet, wobei der Querschnitt und die Kontur der spezifisch geformten Achsenteile zum Erzielen zahlreicher Frequenzinhalte komplett schwarz dargestellt ist um die vorliegende Antriebswelle 38 herum.
• Die Querschnittsform in Fig. 4F korrespondiert mit der ovalen Kontur, die zuvor diskutiert worden ist unter Bezugnahme zu Fig. 2. Fig. 4 zeigt eine mögliche, noch einfachere Grundgestalt basierend auf einer Kreiskontur, die jedoch aufgrund ihrer Exzentrizität in bezug auf die Welle 38 eine Form von Nichtkreisförmigkeit darstellt, die zu einer Grundfrequenz führt, welche gleich der Hälfte der Basisfrequenz der Ausführungsform in Fig. 4F ist, vorausgesetzt daß die Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle 38 dieselbe ist. Fig. 4B zeigt eine Modifikation in Bezug auf den ovalen Querschnitt in Fig. 4F, der vier auskragende bzw. vorstehende Konturelemente 34B1, 34B2, 34B3 und 34B4 der Erregung durch die Schubstangen einen Anteil von überharmonischen Frequenzen in Bezug auf die Basis- oder Grundfrequenz geben.
• Fig. 4C zeigt eine mehrkantige Querschnittskontur mit acht dreieckigen Auskragungen oder Wellen bzw. Wellenkämmen, die im Gegensatz zu den anderen gezeigten Beispielen keinerlei signifikante Rundung der äußeren Querschnittskontur hat.
• Andererseits zeigt Fig. 4D eine gut gerundete Querschnittskontur mit vier Wellenkuppen bzw. Wellenkämmen. Schließlich zeigt Fig. 4E eine Ausführungsform des Wellenteils mit einer kreisförmigen Grundform, die durch zwei Gruppen modifiziert ist, die jeweils aus drei Wellenkuppen bzw. -kämmen bestehen, nämlich 34E 1, 34E2, 34E3 bzw. 34E4, 34E5, 34E6.
• Die Varianten der Querschnittskonturen, die in den Fig. 4A bis F gezeigt sind, zeigen einige der erhältlichen Möglichkeiten was die Erregung betrifft mit einem bestimmten gewünschten Frequenzinhalt.
• Wie auch auf der vorangehenden Seite bemerkt wurde, kann die Regelung oder Steuerung der Amplitude durch ein axial verschiebbares Wellenteil auf der Antriebs- oder Motorwelle durchgeführt werden. Diese Ausführungsform ist im Prinzip in Fig. 5 gezeigt, in der die Antriebswelle 48 des Motors ein Wellenteil 58 trägt, welches ein separates Teil bildet, das axial verschiebbar auf der Antriebswelle 48 ist. In allen axial wechselnden Positionen ist das Wellenteil 58 dennoch gegen Rotation auf der Antriebswelle 48 gesichert durch einen auf dieser angeordneten Keil bzw. einer auf dieser angeordneten Feder 48A und einer entsprechenden Keil- bzw. Federnut 58A innerhalb des Wellenteils 58. Ausschließlich schematisch ist in Fig. 5 gezeigt, wie die Schubstangen 51 und 52 mit ihren inneren Enden direkt auf der äußeren Oberfläche oder Kontur des Wellenteils 58 angreifen, so daß sie von dieser bei Drehung angeregt werden. Daher nehmen, gleich der Ausführungsform in Fig. 2, auch die Antriebswelle 48 und die Schubstangen 51, 52 immer dieselbe wechselseitige Position in axialer Richtung ein, wobei ein Verschieben des Wellenteils 58 auf der Antriebswelle 48 zur Amplitudensteuerung bzw. -einstellung dienen kann, was auf der Voraussetzung beruht, daß der nichtkreisförmige Wellenabschnitt oder Teil 58 konisch ist.
• Schließlich zeigt Fig. 5, daß auf der Welle 48 zusätzlich zu der Einheit 50 eine zusätzliche Einheit 60 von derselben Konstruktion vorgesehen werden kann, d.h. ein Wellenabschnitt 68 (oder mehrere solcher Abschnitte) mit einem zugehörigen Satz von Schubstangen 61, 62 zur Anregung derselben Schallerzeugungsober flächen (nicht gezeigt) in der Schallquelle. Zwei oder mehr solcher Einheiten 50, 60 können auch auf separaten Wellen für jede Einheit angeordnet sein, wobei diese Wellen dann bevorzugt alle parallel sind.

Claims (11)

1. Antriebsbaugruppe für Schallquellen mit schallemitierenden Oberflächen (1), die zu vibrierenden Bewegungen erregt werden können, insbesondere zur Verwendung bei seismischer Exploration,

gekennzeichnet durch

einen elektrischen Rotationsmotor (17) mit einer zugeordneten Welle, die zumindest einen Wellenabschnitt 118) aufweist, dessen äußere Querschnittskontur wenigstens teilweise in der axialen Ausdehnung des Wellenabschnitts nicht kreisförmig ist, aber vorzugsweise glatt gerundet ist, beispielsweise in Form einer ovalen Querschnittskontur,

und einer Zahl von Schubstangen (21, 22), welche radial angeordnet sind in Bezug zu der Welle (18) und vorzugsweise indirekt an ihren radial inneren Enden (20,24) durch den nicht kreisförmigen Wellenabschnitt während der Rotation der Welle beeinflußt werden können, wobei die radial äußeren Enden der Schubstangen (21,22') die schallemitierenden Oberflächen (1) zu einer vibrierenden Bewegung erregen können.

2. Antriebsbaugruppe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die U/min bzw. die Drehzahl des Rotationsmotors geregelt bzw. gesteuert werden kann durch ein Regel- bzw. Steuersystem (29).

3. Antriebsbaugruppe gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht kreisförmige Wellenabschnitt (18) ebenfalls eine Konizität aufweist und daß eine axial verschiebbare, schlittenähnliche Einrichtung (19, 20) vorgesehen ist zur Übertragung der Drehbewegung des Wellenabschnittes (18) in eine translatorische Bewegung der Schubstangen (21, 22) in ihrer Längsrichtung, vorzugsweise mit einem elektrischen Linearmotor zum axialen Verschieben der Schlittenvorrichtung (19, 20).

4. Antriebsbaugruppe gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitteneinrichtung (19, 20) mit Gleitrollen (25, 26) versehen ist, die auf dem Wellenabschnitt (18) laufen und deren Achsen bzw. Wellen im wesentlichen parallel zu der Welle des Drehmotors sind.

5. Antriebsbaugruppe gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht kreisförmige Wellenabschnitt zylindrisch ist.

6. Antriebsbaugruppe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht kreisförmige Wellenabschnitt eine Querschnittsform hat mit einem oder mehreren auskragenden Konturelementen oder Wellenformen, angepaßt um einen gewünschten Frequenzinhalt zu erzielen bei der Anregung der schallemitierenden Oberflächen (1) durch die Schubstangen (21, 22).

7. Antriebsbaugruppe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schubstangen (21, 22) mit einer Vorspannungseinrichtung (27, 28) versehen sind, die auf Längenverstellung der Schubstangen basiert.

8. Antriebsbaugruppe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schubstangen (21, 22) mit einem Antriebselement (28a, 28b) versehen sind, welches beispielsweise auf dem magnetostriktiven oder piezoelektrischen Effekt basiert, zur zusätzlichen oder überlagernden Erregung der schallemitierenden Oberflächen (1) durch die Schubstangen.

9. Antriebsbaugruppe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen im Inneren und im allgemeinen umgeben von der zugeordneten Schallquelle (1) angeordnet werden kann, wobei der Rotationsmotor (17) außerhalb der Schallquelle angeordnet werden kann.

10. Antriebsbaugruppe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, daß eine oder mehrere vorzugsweise parallele Wellen vorgesehen sind, die jeweils einen oder mehrere nicht kreisförmige Wellenabschnitte (58, 68) haben und daß jeder Wellenabschnitt einen kooperierenden Satz von Schubstangen (51, 52 bzw. 61, 62) aufweist.

11. Antriebsbaugruppe gemäß Anspruch 1 oder 2 oder einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht kreisförmige Wellenabschnitt (58) ebenfalls eine Konizität aufweist und einen separaten, axial verschiebbaren Abschnitt auf der Welle (48) selber bildet, aber auf dieser drehgesichert ist (48A, 58A) auf dieser und daß die Schubstangen (51, 52) vorzugsweise direkt mit bzw. an ihren inneren Enden durch den Wellenabschnitt (58) während der Drehung beeinflußt werden können.