DE2509704C3 - Erregervorrichtung für geophysikalische Messungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Erregervorrichtung für geophysikalische Messungen mit einem an einem Fahrzeug befestigten Vibrator zum Erzeugen f>o seismischer Wellen gemäß* Oberbegriff des Anspruchs I.

Bei einer solchen Erregervorrichtung handelt es sich im Prinzip um ein schwingungsfähiges Zweimassen-System. Die eine Masse besteht aus der Grundplatte des Vibrators mit dem angekoppelten Boden. Diese Masse ^ ist mit der Reaktionsmasse des Vibrators über eine hydraulische Steuerung: verbunden. Der Vibrator empfängt beispielsweise über eine drahtlose Funkverbindung ein von einem Meßwagen ausgesendetes, elektrisches Signal, welches einen vorgegebenen Frequenzbereich durchläuft. Dieses Signal wird in eine mechanische Bewegung des Vibrators umgewandelt und in den Erdboden abgestrahlt. Die so erzeugten Schallwellen werden dann nach ihrer Reflexion an Schichtgrenzen mit einer Meßeinrichtung aufgenommen und ausgewertet.

Der Arbeitsablauf besteht aus schnell aufeinander folgenden Zyklen, die jeweils nur wenige Sekunden dauern. Während eines Zyklus wird nacheinander das Signal ausgesendet und wieder empfangen, der Vibrator angehoben, der Standort des Fahrzeuges gewechselt und der Vibrator in der neuen Arbeitsstellung abgesetzt

Die hierfür verwendeten Hubvorrichtungen bestehen gewöhnlich aus zwei oder vier hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheiten, die ggfs. paarweise auf beiden Seiten des mit der Erregervorrichtung versehenen Fahrzeugs angeordnet sind. Bei den Kolben-Zylinder-Einheiten handelt es sich um teure und empfindliche Vorrichtungen, deren Hubbewegungen genau synchronisiert werden müssen, um den gewünschten Arbeitsablauf zu erreichen. Trotz des zusätzlichen technischen und damit auch kostspieligen Aufwandes für die Synchronisierung der Kolben-Zylinder-Einheiten besteht jedoch die Gefahr, daß die Einheiten durch Verkanten der Kolben in den Zylindern beschädigt werden, z. B. durch einen vorübergehenden Druckabfall oder andere Fehler, die nicht mit Sicherheit ausgeschlossen werden können.

Bei den bekannten, im Einsatz befindlichen Vorrichtungen sind auch die empfindlichen Hubeinheiten über den Außenseiten der Grundplatte des Vibrators angeordnet Bei dieser Konstruktion ist die Vibratormasse nur schwer zugänglich, so daß Wartungs- und Reparaturarbeiten erschwert werden und daher umständlich und zeitraubend sind.

Eine derart ausgeführte Erregervorrichtung st z. B. in dem Prospekt »Elektrohydraulisrher Vibrator VVB« der Firma Prakla-Seismos GmbH näher dargestellt und erläutert

Aus der US-PS 37 17 217 ist eine Erregervorrichtung bekannt, die am vorderen oder hinteren Ende eines Kettenfahrzeugs mittels eines Trägerrahmens angeordnet ist, der im wesentlichen eine Kniehebelanordnung ist, die von beiderseits des Fahrzeugs abgestützten Kolben-Zylinder-Einheiten betätigt wird. Diese Kniehebelanordnung dient dazu, den Vibrator von einer Fahrstellung oberhalb des Fahrgestelles nach vorn bzw. hinten vor das betreffende axiale Ende des Fahrzeugs zu schwenken. In dieser Stellung wird dann durch zwei weitere Kolben-Zylinder-Einheiten die eigentliche Vibratoranordnung auf den Boden gesetzt. Eine unmittelbare Belastung der Grundplatte des Vibrators mit dem Fahrzeuggewicht ist nicht vorgesehen; das Kettenfahrzeug, an dem die Erregervorrichtung angeordnet ist, nimmt jedoch über die Kniehebelanordnung Trägheitskräfte auf.

Aus der US-PS 32 95 630 ist eine Erregervorrichtung bekannt, die an einem Gelenkfahrzeug angeordnet ist, das aus einer einachsigen Zugmaschine und einem einachsigen Anhänger besteht. Die Erregervorrichtung arbeitet mit der Detonation von Gasen und ist für die Beförderung von einem Ort zum anderen in einer Gabel am hinteren Ende des Anhängers angeordnet. Für den Einsatz wird die Erregcrvorrirhtiing in eine Stellung vor der Hinterachse gebracht, indem sie mit der Trägergabel auf den Boden gesetzt, daraus gelöst und mit

anderen, vor der Hinterachse befindlichen Halterungsmitteln verbunden wird. Zur Betätigung der hinter der Hinterachse liegenden Halterungsmittel, die für den Transport des Erregers vorgesehen sind, werden zwei Kolben-Zylinder-Einheiten benutzt, für die vor der Hinterachse liegenden eine Kolben-Zylinder-Einheit. Zur Belastung der Erregervorrichtung mit einem Teil des Fahrzeuggewichtes sind weitere zwei Kolben-Zylinder-Einheiten vorgesehen, die nebeneinander und parallel zueinander im Bereich des Mittelgelenkes des Fahrzeugs angeordnet sind und zwischen Vorder- und Hinttrteil wirken, derart, daß die Hinterachse hochgeschwenkt und zumindest teilweise auf der Erregervorrichtung abgestützt wird.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine Erregervorrichtung der eingangs erwähnten Art so auszugestalten, daß die Vorbereitungszeit, d. h. das Umsetzen der Erregervorrichtung von einem Erregerpunkt zum nächsten, wesentlich verkürzt und gleichzeitig die dafür erforderliche Vorrichtung vereinfacht wird, wobei unabhängig von der Bodengcstaliung des Meßgebietes eine gute Ankopplung des Vibrators an den Boden gewährleistet und auch unangenehme Kippbewegungen des Fahrzeugs vermindert werden sollen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Erregervorrichtung gemäß Anspruch 1 geschaffen.

Eine solche Erregervorrichtung hat gegenüber dem Stand der Technik den wesentlichen Vorteil, daß die empfindliche Hubvorrichtung nicht mehr die Funktion der Vibratorführung hat und außerdem besser geschützt ist Durch die Verwendung nur einer Kolben-Zylinder-Einheit für die Hubvorrichtung wird der Aufwand für die bei mehreren Zylindern notwendige Synchronisierung eingespart; dadurch entfallen auch Störungsquel- js len. Die Anordnung von Vibrator- und Hubvorrichtung ermöglicht trotz der Einfachheit einen leichten Zugang zur Vibratormasse. Ein besonderer Vorzug der erfindungsgemäßen Erregervorrichtung besteht darin, daß beim Umsetzen von einem Punkt zum anderen der Vibrator jeweils nur so weit, wie im Gelände erforderlich, angehoben werden muß.

Weitere Merkmale und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. In der nachfolgenden Beschreibung wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand von Figuren beispielsweise erläu'ert Es zeigt

F i g. 1 ein Fahrzeug in Fahrbereitschaft mit angehobenem Vibrator,

F i g. 2 ein angehobenes Fahrzeug in Arbeitsstellung mit abgesetztem Vibrator,

Fig.3 Jie Hubvorricntung und den abgesetzten Vibrator eines Fahrzeuges in vergrößerter Seitenansicht,

Fig.4 die Hubvorrichtung und den abgesetzten Vibrator eines Fahrzeuges in einer vergrößerten Vorderansicht,

F i g. 5 und 6 einen Teil der Hubvorrichtung und den auf unebenem Boden abgesetzten Vibrator eines Fahrzeuges, und

F i g. 7 eine schematisch vereinfachte Darstellung der wesentlichen Teile einer Steuereinrichtung zur selbsttätigen Hubabschaltung.

Ein in Fig. t und 2 schematisch vereinfacht in verschiedenen Betriebszuständen dargestelltes Fahr- 6¹; zeug 10 zur Ausführung schwingungsseismischer Messungen weist neben nen bei solchen Fahrzeugen Üblicher; Motor- und Hydraulikeinheiten allgemein einen mit 12 bezeichneten Vibrator und eine hydraulische Hubvorrichtung 14 auf. Der Bodenvibrator 12 sitzt am freien Ende eines rahmenartigen Trägers 16, der mit seinem anderen Ende schwenkfähig am Fahrgestell 18 gelagert ist. Die Hubvorrichtung 14 besteht aus einer doppelt wirkenden Kolben/Zylinder-Einheit, die über nicht dargestellte Hydraulikleitungen wahlweise in einer Richtung mit hydraulischem Druck beaufschlagbar ist.

Fig.¹, zeigt das Fahrzeug in seiner Fahrbereitschaftsstellung, in welcher der Vibrator 12 durch Beaufschlagung der hydraulischen Hubvorrichtung 14 mit Hilfe des schwenkbaren Trägers 16 angehoben ist

F i g. 2 zeigt das Fahrzeug in seiner Arbeitsstellung, in welcher der auf den Boden abgesenkte Vibrator 12 Schwingungen abstrahlen kann. Der in Fig. 2 dargestellte Betriebszustand wird durch entgegengesetzte Beaufschlagung der Hubvorrichtung 14 erreicht, wobei zunächst durch eine Schwenkbewegung des Trägers 16 der Vibrator auf dem Erdboden .^gesetzt wird und dann durch weitere Druckbeaufschlagung der Hubvorrichtung das Fahrzeug mit seiner Hinterachse vom Boden abgehoben wird, so daß ein Teil des Fahrzeuggewichtes auf der Grundplatte des Vibrators abgestützt wird. Dadurch wird die Kopplung an den Erdboden verbessert und vermieden, daß der Vibrator aufgrund der bei der Signalabgabe auftretenden Beschleunigungskräfte vom Boden abhebt

Die vergrößerten Darstellungen in Fig.3 und 4 zeigen deutlicher den Aufbau und die Anordnung der wesentlichen Teile des Fahrzeuges 10.

Der Vibrator 12 weist eine Grundplatte 20 auf, die mit dem angekoppelten Erdboden ein« erste Masse bildet Eine auch als Reaktionsmasse bezeichnete zweite Masse 22 ist mit der Grundplatte hydraulisch gekoppelt. Diese Kopplung erfolgt über eine in die hier beispielsweise aus einem zylindrischen Stahlblock bestehende Masse 22 eingebaute, doppelt wirkende Kolben/Zylinder-Einheit, deren Kolbenstange 24 unten mit der Grundplatte 20 verbunden ist. Die Reaktionsmasse 22 ist hier beispielsweise zwischen Führungsstangen 26 angeordnet, die mit ihren Enden jeweils an der Grundplatte bzw. an einer gemeinsamen Deckplatte 30 befestigt sind, mit der auch das andere Ende der Kolbenstange 24 verbunden ist.

Die Grundplatte 20 ist an beiden Fahrzeugseiten über beispielsweise aus pneuamtischen Federn 32 bestehende Federelemente mit je einem z. B. in Form eines Lagerbockes ausgebildeten Trägerelement 34 verbunden. Schwenkarme 36, die mit den Trägerelementen 34 wesentliche Teile des schwenkbaren Trägerrahmens 16, siehe Fig. 1 und 2, bilden, sind mit ihren Enden über Lager 38 und 40 jeweils schwenkfähig mit den Trägerelementen 34 und dem Fahrgestell 18 bzw. an diesem befestigten Lagerböcken 42 verbunden. Die Federn 32 verhindern, daß das im Betriebszustand nach F i g. 2 auf der Grundplatte abgestützte Fahrzeug an den Schwingungen der Grundplatte teilnimmt. Zu den Schwenkarmen Zo parallele Ausgleichsarme 44 sind mit ihren Enden bei 46 und 48 ebenfalls schwenkfähig an den Trägerelementen 34 bzw. an den am Fahrgestell 18 sitzenden l.agerböcken 42 angelenkt. Dit Länge dieser beispielsweise aus teleskopartig ineinander tauchenden Teilen bestehenden Ausgleichsarme ist selbsttäig in beiden Richtungen veränderbar, um eine Drehbewegung der Trägerelemente 34 bzw. der Grundplatte 20 um die Lager 38 zu ermöglichen.

Stabilisierungsstangen 50 sind in Längs- und Quer-

richtung des Fahrzeuges zwischen der Grundplatte 20 und den Trägerelementen 34 angeordnet und greifen mit ihren Enden jeweils schwenkbar an zugehörigen Lagerböcken 52 an. Diese Stabilisierungsstangen sind geringfügig gegenüber einer gemeinsamen, zur Grund platte 20 parallelen Ebene geneigt. Diese Neigung ist dabei entsprechend dem axialen Spiel der pneumatischen Federn 32 ausgewählt, die aus zwei zylindrischen Teilen unterschiedlichen Durchmessers bestehen, deren offene Enden durch eine Rollmembran verbunden sind. Die Länge der Federn 32 ist so bemessen, daß die Schwingungsamplitude der Grundplatte 20 keinesfalls auf die Trägerelemente 34 übertragen wird. Durch die Stabilisierungsstangen 50 wird eine Verdrehung der Grundplatte 20 gegebenüber den Trägerelementen 34 verhindert. Insbesondere verhindern die Stabilisierungsstangen Beschädigungen der Federn 32 bei horizontal auf die Grundplatte 20 wirkenden Stoßbelastungen. Gegebenenfalls kann es zweckmäßig sein, die Stabilisierungsstangen beispielsweise in Lagern aus Gummi oder einem elastisch nachgiebigen Kunststoff zu lagern.

Die Hubvorrichtung 14 besteht im wesentlichen aus einer hydraulischen Kolben/Zylinder-Einheit, deren Zylinder 54 in einem Lagerbock 56 schwenkfähig gelagert ist. Der Lagerbock 56 ist hier beispielsweise auf einem auf dem Fahrgestell 18 befestigten Trägerrahmen 58 befestigt. Die Kolbenstange 60 ist mit ihrem freien Ende über ein Gelenklager 62 an einem die Schwenkarme 36 verbindenden Querträger 64 angelenkt. Diese gelenkige Anordnung gewährleistet, daß die Schwenkbewegung des Trägerrahmens 16 ohne die Gefahr einer Knickbeanspruchung der Hubvorrichtung sicher und zuverlässig ausgeführt werden kann.

Diese Schwenklagerung trägt im Zusammenhing damit, daß die Hubvorrichtung vom Vibrator entfernt angeordnet ist. zu einem erhöhten Schutz dieser recht empfindlichen Vorrichtung bei, so daß selbst dann keine Beschädigungen der Hubvorrichtung zu befurchten sind, wenn während eines Standortwechsels des Fahrzeuges in unebenem Gelände die Bodenplatte gegen ein Hindernis stößt.

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hige Lagerung des Vibrators am freien Ende des Trägerrahmens 16, durch die sichergestellt wird, daß der Vibrator mit seiner Grundplatte 20 auf einer unebenen Bodenfläche so abgesetzt werden kann, daß auch hier eine gute Kopplung an den Erdboden erzielt wird. Die Schwenkbewegung des Vibrators wird dabei durch die Ausgleichsstangen 44 ermöglicht, die in F i g. 5 beispielsweise verlängert und in F i g. 6 verkürzt werden. Die Darstellungen zeigen, daß die Grundplatte 20 beim Absetzen und Schwenken ihre Lage bezüglich der Trägerelemente 34 beibehält, so daß eine einwandfreie Schwingungsentkopplung des Schwenkrahmens und Fahrzeugs erhalten bleibt. Dies beruht im wesentlichen darauf, daß die Federsteife der Luftfedern 32 größer gewählt ist als die der Ausgleichsstangen 44.

Bei einer Ausgestaltung des Fahrzeuges ist eine Schwenkbewegung des Vibrators 12 um eine zur Fahrzeuglängsachse parallele Achse möglich.

Zu diesem Zweck ist das Fahrzeug so konstruiert, daß die Achse der bei angehobenem Fahrzeug auf dem Boden abgestützten Räder, bei der dargestellten Ausführungsform als beispielsweise die Vorderachse, schwenkbar am Fahrzeugrahmen bzw. am Fahrgestell 18 angelenkt ist, während die andere Achse starr am Fahrzeugrahmen angeordnet sein kann.

Der Schwenkwinkel der Fahrzeugachse ist dabei so bemessen, daß in jedem Fall eine gute Ankopplung de Grundplatte 2Cl an den Erdboden gewährleistet ist.

F i g. 7 zeigt schematisch vereinfacht in vergrößerter Maßstab nochmals die Grundplatte 20 des Vibrators mi den als pneumatische Federn 32 ausgebildeten Feder für die Entkopplung vom Fahrzeugrahmen.

Die Bcfüllung der Luftbälge der Federn 32 erfolg über eine an eine Druckquelle angeschlossene FUllei tung 70, in der ein Druckbegrenzer 72 vorgesehen is

ίο Der Druckbegrenzer 72 ist so bemessen und/ode ausgebildet, daß er am Aufgang einen gegenüber den von der Druckquelle gelie! crten Druck herabgesetzte konstanten Fülldruck abgibt.

Die Fülleitung 70 verzweigt sich bei der gezeigte

is Ausführungsform hinter dem Druckbegrenzer 72 und is beispielsweise über Verzweigungsorgane 76 in Forn sogenannter Füllklötze mit jeweils einem Ausgang a die einzelnen pneumatischen Federn 32 angeschlosser wobei jedem Anschluß ein Rückschlagventil 7

2n zugeordnet ist.

Diese Anordnung gewährleistet wegen der Konstant druckzufuhr über den Druckbegrenzer 72 bei einen Druckabfall in einer der Federn 32 eine selbsttätig Nachfüllung. Hinter einem der Rückschlagventile 78 is

2ί eine hier z. B. durch eine Leitungsabzweigung gebildet pneumatische Steuerleitung 80 vorgesehen, die alsi unmittelbar mit dem Luftfederbalg der zugehörige Feder S2 verbunden ist. Die pneumatische Steuerleitunj 80 führt zu einem Druckschalter 82, von welchem ein

w zum elektrischen Steuerkreis für die Hubbetätigunj gehörende elektrische Leitung 84 abgeht.

Die automatische Befüllung sämtlicher Federn mi einem durch den Druckbegrenzer 72 gewährleistetet konstanten Druck erfolgt gewöhnlich im angehober Zustand der Vibrator-Grundplatte, die dabei nicht von Fahrzeuggewicht belastet ist. Beim Absenken de: Vibrators und anschließendem Anheben des Fahrzeuge; wird die Grundplatte durch einen Teil des Fahrzeugge wichts belastet, so daß der Druck in den Federbälget der Luftfedern 32 ansteigt.

Der Druckschalter ist so eingestellt, daß er ansprich

π^,ΙΙΙΙ VJV-I L^IUV-fv UUIgIUiIVt UV.3 UUgVdIUlAtLlI 1V.IIV.J UL Fahrzeuggewichtes einen bestimmten Wert erreich hat. Der Druckschalter gibt dann über die Leitung 84 eit

*i Signal zur Abschaltung der Hubbetätigung an der elektrischen Steuerkreis der Hubvorrichtung ab.

Um zu gewährleisten, daß die bei der Hubbewegunj angehobenen Räder des Fahrzeuges bei der Hubabschaltung keine Bodenberührung mehr haben, is

in entweder der Druckschalter so eingestellt odei ausgebildet, daß er mit einer vorgebbaren Verzögerun] anspricht, oder es ist vorgesehen, das von der Leitung 8< abgehende Ausgangssignal des Druckschalters dem elektrischen Steuerkreis für die Hubbetätigung über ein nicht dargestelltes Verzögerungsglied zuzuführen.

Durch die selbsttätig gesteuerte Abschaltvorrichtung wird ein überflüssiger und im Hinblick auf den kurzen Arbeitszyklus zeitraubender Oberhub vermieden unc gleichzeitig sichergestellt, daß unabhängig von de jeweiligen Geländeform der vorgesehene Teil des Fahrzeuggewichtes tatsächlich über die zwischenge schalteten Entkopplungsfedem 32 auf der Grundplatte abgestützt wird.

Der angehobene Teil des Fahrzeuges wird somit in jedem FaI! nur geringfüfig vom Boden abgehoben. Die führt zu einer erhöhten Schonung des Fahrzeuges und des Fahrers, insbesondere auch deshalb, weil die angehobene Fahrzeugachse beim Absenken nur aus

geringer Höhe heriinlerfa'hrt. so daß Schlage und lästige Nickschwingungcn gering sind.

Der Schwerpunkt des angehobenen F-'ahr/.eiiges kann aufgrund der selbsttätigen llubabsehaltung so lief wie möglich bleiben, so daß bei sehr guter Ankopplung der

ISodenplalte die bereits durch die Anordnung des Vibrators gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Stabilität des Fahrzeuges (legen Kippbewegungen noch weiter erhöhl wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Erregervorrichtung für geophysikalische Messungen mit einem an einem Fahrzeug befestigten Vibrator zum Erzeugen seismischer Wellen, einem Träger, der parallele Schwenkarme und einen diese verbindenden Querträger aufweist und dessen eines Ende mit dem Fahrzeugrahmen und dessen anderes Ende mit dem Vibrator schwenkfähig verbunden ist, und mit einer Kolben und Zylinder umfassenden hydraulischen oder pneumatischen Hubvorrichtung, deren eines Ende am Fahrzeugrahmen und deren anderes Ende am Träger angreift und mit der die Grundplatte des Vibrators aus der angehobenen Fahrstellung in die Arbeitsstellung auf den Erdboden ι ζ absenkbar und an den Erdboden anpreßbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubvorrichtung (14) aus nur einer in der Mitte zwischen den Fahrzeugseiten angeordneten Kolben-Zylinder-Einheit (54, £0) besteht, die an dem Querträger (64) angreift, und daß parallel zu jedem Schwenkarm (36) in der gleichen Schwenkebene ein in der Länge selbsttätig veränderbarer Ausgleichsarm (44) liegt.

2. Erregervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede· Ausgleichsarm (44) ein in beiden Richtungen wirkendes Dämpfungsglied enthält.

3. Erregervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Grundplatte (20) des Vibrators (12) und dem Träger (16,36, jo 44) mit ihren Enden jeweils schwenkbar angelenkte Stabilisierungsstangen (50) angeordnet sind, die gegenüber einer zur Grundplatte parallelen Ebene geringfügig geneigt sind

4. Erregervorrichtung nach ,:inem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubvorrichtung (14) eine kraftabhängig arbeitende Abschaltvorrichtung mit einer Steuervorrichtung zugeordnet ist, die einen im Steuerstromkreis der Hubvorrichtung angeordneten und mit einstell- *o barer Verzögerung wirkenden Schalter (82) aufweist, der auf den Druck der durch einen Teil des Fahrzeuggewichts belasteten Entkopplungsfedern (32) zwischen Grundplatte (20) und Fahrzeug (18) anspricht.

5. Erregervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn als pneumatische Federn (32) ausgebildet sind, die jeweils über Rückschlagventile (78) an eine Druckquelle angeschlossen sind und daß der Schalter ein pneumati- ~m scher Druckschalter (82) ist, der über eine pneumatische Steucrleitung (80) unmittelbar mit einer der pneumatischen Federn (32) verbunden ist.