VORRICHTUNG ZUR ERZEUGUNG VON STOßWELLEN, INSBESONDERE ZUR PNEUMATISCHEN ERZEUGUNG VON AUFEINANDERFOLGENDEN IMPULSEN

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Stoßwellen, insbesondere zur pneumatischen Erzeugung von aufeinanderfolgenden Impulsen, umfassend einen Impulsgenerator, und findet insbesondere für die pneumatische Erzeugung beliebig oft aufeinanderfolgender Impulse Anwendung.

[0002] Die im Stand der Technik beschriebenen Geräte und Verfahren haben das Ziel, auf unterschiedliche Weise Verkrustungen oder Verunreinigungen im Einzugs- oder Gewinnungsbereich überwiegend von Wassergewinnungsanlagen, insbesondere für Trinkwasser, zu beseitigen. Dazu werden gemäß dem Stand der Technik entsprechende chemische oder physikalische Verfahren eingesetzt.

[0003] Es sind Verfahren und technische Einrichtungen bekannt, in Erdbohrungen, z.B. Brunnen, auf pneumatischer oder hydraulischer Basis Energieimpulse hoher Intensität zu erzeugen, um darin und in deren Umgebung Verkrustungen zu beseitigen oder die Ergiebigkeit geologischer Schichten, z.B. bei der Wasser- oder Erdölgewinnung, zu erhöhen oder seismische Schwingungen, z.B. zur Erkundung von Lagerstätten, anzuregen. Einschlägige Patente sind nachfolgend aufgeführt: DE 10 2006 040 956 A1; DE 198 432 92 A1; DE 195 376 89 A1; DE 2757484 C2; SU(CCCP) 732509; US 3923122; US 4057001; US 4603409; US 4753316, US 6.250.338 B1, WO 00/14378.

[0004] Nachteilig ist, dass die in diesen Patenten beschriebenen technischen Einrichtungen für den Einsatz zur Erzeugung von Impulsen mehr oder weniger aufwändig vorbereitet werden müssen, insbesondere beim Laden verfahrensbedingter Vordrucke sind bei Schlauchwechsel zwischen verschiedenen Anschlusspunkten erhebliche Energieträgerverluste in der Größe des komprimierten Schlauchvolumens unvermeidbar.

[0005] Aus der Druckschrift DE 10 2009 061 084 A1 ist eine Vorrichtung zur Reinigung von Brunnenanlagen bekannt. Dies erfolgt mittels schlagartiger Freisetzung komprimierter Gasmengen und damit einhergehend der Freisetzung der inneren Energie dieser Gase. Durch den periodisch wesentlich wechselnden Luftdruck entsteht eine niederfrequente Schwingung, welche das Kiesbett im Filterbereich des Brunnens lockert.

[0006] Die Druckschrift DE 10 2009 037 705 B4 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Auslösen von Lawinenabgängen. Die Lawinenabgänge werden durch Erzeugen lokaler Luftdruckunterschiede ausgelöst. Dies geschieht durch den Einsatz pneumatisch erzeugter Energieimpulse, indem die potentielle Energie hochkomprimierter Gase schlagartig, wahlweise auch gerichtet freigesetzt wird. Auch hier resultieren niederfrequente Schwingungen aus der Freisetzung der Gase.

[0007] Aufgabe der Erfindung ist es daher einen Impulsgenerator zu entwickeln, der einen einfachen konstruktiven Aufbau aufweist und effektiv arbeitet

[0008] Die Ausbreitung beschränkt sich im Fall von Wassergewinnungsanlagen nicht nur auf die Anlage selbst, sondern auch auf die Umgebung, das heißt, in das sogenannte Aquifer, in dem Umschichtungen entstehen, die in nachweisbaren Fällen einen verbesserten Zufluss und damit eine höhere Förderleistung der Anlagen bewirken können. Des Weiteren ist es möglich, mittels des Impulsgenerators Lawinen oder mechanische Zündvorrichtungen zu aktivieren.

[0009] Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

[0010] Die Vorrichtung zur Erzeugung von Stoßwellen, insbesondere zur pneumatischen Erzeugung von aufeinanderfolgenden Impulsen, umfasst dabei erfindungsgemäß einen Impulsgenerator, wenigstens umfassend:

• ein Gehäuse mit einer Längsachse, zwe nach innen weisenden ringförmigen Vorsprüngen und drei koaxial aneinander liegenden Kammern in Form einer Gegendruckkammer, einer sich daran anschließenden Vorkammer und einer zu der Vorkammer beabstandeten Arbeitskammer, wobei im Bereich zwischen den beiden ringförmigen Vorsprüngen radial angeordnete Gasaustrittsöffnungen vorgesehen sind, die umfangsseitig in der Außenhülle des Impulsgenerators in Form von länglichen Aussparungen angeordnet sind und die einem Gasaustritt aus dem Impulsgenerator dienen,
• einen Kolben, der in der Weise eines Ventils arbeitet und der entlang der Längsachse zwischen einer geschlossenen Stellung und einer geöffneten Stellung beweglich ist, und der drei Kolbenerweiterungen aufweist, wobei die erste Kolbenerweiterung an den Innendurchmesser des Gehäuses heranreicht und als Abtrennung zwischen Gegendruckkammer und Vorkammer dient, und wobei in der geschlossenen Stellung des Kolbens die zweite und dritte Kolbenerweiterungen an die ringförmige Vorsprünge des Gehäuses anliegen und die Vorkammer beziehungsweise die Arbeitskammer gegenüber dem Bereich mit den Gasaustrittsöffnungen verschließen, wobei jede der zweiten und dritten Kolbenerweiterung einen Außendurchmesser aufweist der kleiner als der Innendurchmesser des Gehäuses ist, aber größer als der Durchmesser der Öffnung die vom ringförmigen Vorsprung gebildet wird an welchen die Kolbenerweiterung in der geschlossenen Stellung anliegt, wobei der Kolben eine axiale Bohrung aufweist durch welche die Arbeitskammer befüllbar ist, und eine in der Seitenwand des Kolbens zwischen der ersten und der zweiten Kolbenerweiterung angeordnete Bohrung aufweist durch welche die Vorkammer befüllbar ist,
• ein axial von außen betätigbares und gegenüber dem Gehäuse und dem Kolben verfahrbares Gegendruckventil mit einer axialen Durchgangsbohrung welches durch die Vorkammer reicht und in die axiale Bohrung des Kolbens hineinragt, wobei das Gegendruckventil einen Anschluss an eine Druckgaszuführung aufweist, wobei das Gegendruckventil seitlich eine erste Bohrung aufweist, wobei mittels des Ausrückens des Gegendruckventils die erste Bohrung mit einer zweiten Bohrung in Form eines Kanals im Gehäuse korrespondiert, sodass das Druckgas durch die erste Bohrung in die zweite Bohrung und anschließend in die Gegendruckkammer fließen kann, und wobei nach dem Befüllen der Gegendruckkammer die zweite Bohrung mittels Verschieben des Gegendruckventils verschließbar ist, wobei die axiale Bohrung im Kolben eine zentrische kleine Bohrung zur Arbeitskammer aufweist, welche die axiale Bohrung des Kolbens reduziert, so dass durch die kleine zentrische Bohrung die Arbeitskammer langsamer befüllbar ist, als die durch die seitliche Bohrung befüllbare Vorkammer, wobei beim Befüllen der Arbeitskammer Druck aufgebaut wird der bei Erreichen einer bestimmten Größe plötzlich den Kolben in Richtung der Gegendruckkammer in die geöffnete Stellung bewegt, so dass das, in der Arbeitskammer und Vorkammer befindliche Druckgas durch die von dem Kolben freigegebenen Öffnungen in Richtung der Gasaustrittsöffnungen und aus diesen herausströmt, wobei zufolge des Verfahrweges des Kolbens die Gegendruckkammer verkleinert und das Volumen komprimiert wird, wodurch ein Druckanstieg in der Gegendruckkammer entsteht welcher ein Wiederschließen des Kolbens ermöglicht, wobei die Flächensumme der Gasaustrittsöffnungen im Wesentlichen gleich oder größer als die vom Kolben freigegebene Öffnung der Arbeitskammer ist und wobei das Volumen der Arbeitskammer des Impulsgenerators veränderbar ist.

[0011] Das Volumen der Arbeitskammer ist veränderbar derart, dass die Arbeitskammer ein oder mehrere unterschiedliche Volumina haben kann oder dass das Volumen der Arbeitskammer mittels eines einstellbaren Bodens veränderlich ist. Auch verschiedene Bodenelemente oder eine verschiebbare Hülse zur Einstellung des Volumens der Arbeitskammer sind denkbar. Davon ausgehend, lässt sich der Energieinhalt der Impulse erfindungsgemäß stufenlos durch die Höhe von Vor- und Arbeitsdruck und gestuft durch die Größe der Arbeitskammer steuernd beeinflussen, ohne die übrigen konstruktiven Abmessungen zu ändern.

[0012] Der Außendurchmesser der Arbeitskammer kann mit Veränderung des Volumens größer, kleiner oder gleich dem Außendurchmesser von Vorkammer und Gegendruckkammer sein.

[0013] Der Impulsgenerator weist umfangsseitig angeordnete Gasaustrittsöffnungen nahe der Arbeitskammer auf, wobei durch das nahezu gleichmäßig radial nach außen strömende Druckgas eine Zentrierung des Impulsgenerators innerhalb eines Rohres oder einer Brunnenanlage erfolgt.

[0014] Die Sicherung des Impulsgenerators beim Betrieb und die Wahl der Arbeitsebene erfolgt mittels eines Halteseils, welches an einer längsverschiebbaren und unverlierbaren Hülse an dem Impulsgenerator befestigt ist.

[0015] Die Gaszufuhr in den Impulsgenerator erfolgt mittels einer lösbaren Steckkupplung, wobei im Folgenden das Druckgas in die Arbeitskammer mittels einer axialen Bohrung durch den Kolben strömt. Das Druckgas für den Betrieb des Impulsgenerators stammt vorzugsweise aus einer handelsüblichen Druckgasflasche oder aus mehreren, zu einer Batterie verbundenen Druckgasflaschen, mit Einstellarmatur für den abgehenden Gasdruck.

[0016] Das Druckgas ist vorzugsweise ein nicht brennbares Gas, wobei die Gasmenge über eine geeignete Schlauchleitung dem angeschlossenen Impulsgenerator zuführbar ist.

[0017] Erfindungsgemäß ist der Anstieg der Impulsamplitude bzw. die Steilheit der Impulsflanke durch die Ventile der Vor- und der Arbeitskammer einstellbar.

[0018] Die Ventile der Vor- und Arbeitskammer sind vorzugsweise aus Titan- oder Aluminium-Legierungen ausgebildet, wobei die Ventile zumindest partiell mit Dichtungen aus hochfesten elastischen Polymeren bestückt sind.

[0019] Die technische Einrichtung zur Erzeugung von Hochenergieimpulsen (Impulsgenerator) beruht in an sich bekannter Weise auf dem schlagartigen Freisetzen der Energie hochkomprimierter, vorwiegend nichtbrennbarer Gase und dabei erzeugter niederfrequenter Schwingungen bzw. lokaler Luftdruckunterschiede, wie sie z.B. in DE 19843292 C2 und SU 732509 A1 beschrieben sind.

[0020] Neu an dem erfindungsgemäßen Impulsgenerator ist die im Vergleich zu bekannten Impulsgeneratoren größere Flankensteilheit des Impulses und der in größerem Bereich als bisher bekannt veränderliche Energieinhalt der Impulse.

[0021] Dies wird durch die Optimierung der Parameter:

• Flächenverhältnis zwischen Arbeitskammer und Gegendruckkammer,
• Größe und Gestalt der Ausströmöffnungen,
• Größe der Arbeitskammer,
• geeignete Werkstoffe für die Ventile und Dichtungen von Arbeits- und Gegendrucckammer und die Dichtungen an zueinander beweglichen Führungen

erreicht.

[0022] Die konstruktive Auslegung des Impulsgenerators, dass die Kolben vorzugsweise aus Titan-oder Aluminium-Legierungen bestehen, die partiell mit hochfesten elastischen Polymeren bestückt sind, die Druckverhältnisse innerhalb und außerhalb des Impulsgenerators und die Größe der Arbeitskammer bestimmen die Impulsfrequenz, wobei eine niedrige Frequenz die Wirkung der gedämpften Schwingung, insbesondere den Anteil mit negativer Amplitude steigert, indem sie sich mit Reflexionen vorheriger Impulse überlagert.

[0023] Daraus folgt, dass je steiler der Anstieg der Impulsamplitude des Gasaustritts und die Menge des in dieser Zeit ausgestoßenen Gases ist, umso größer die Wirkung und der Einflussbereich der so erzeugten Druckwelle ist, die sich in der Umgebung des Impulsgenerators ausbreitet. Mittels des Impulsgenerators sind sowohl negative wie auch positive Amplituden erzeugbar, wobei die Impulsfrequenzen optimal zwischen 0,5 und 3 Hz liegen.

[0024] Die Druckwellen haben auf feste Bestandteile in Flüssigkeiten z.B. Wasser lösende und zerstörende und auf organische Bestandteile (z.B. Mikroben oder Bakterien) implodierende (positive Amplitude) oder explodierende (negative Amplitude) Wirkung.

[0025] Mittels der Druckwellen werden Ablagerungen, hauptsächlich aus Calcium-, Mangan- oder Eisenverbindungen, gelöst und zerkleinert, wodurch die Ablagerungen pumpfähig gemacht werden.

[0026] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert, ohne dabei auf diese beschränkt zu sein.

[0027] Dabei zeigen:

Figur 1a

schematische Ansteuerung des Impulsgenerators mit seitlich austretenden Wellen,

Figur 1b

schematische Ansteuerung eines Impulsgenerators mit nach unten austretenden Wellen,

Figur 2a

das Befüllen der Gegendruckkammer,

Figur 2b

das Verschließen der Gegendruckkammer,

Figur 3a

das Befüllen der Arbeits- und Vorkammer,

Figur 3b

das Freisetzen des Gases aus der Arbeits- und Vorkammer,

Figur 4

Impulsgenerator, feste Arbeitskammer (klein),

Figur 5

Impulsgenerator, feste Arbeitskammer (groß),

Figur 6

Impulsgenerator, Arbeitskammer mit variablem Einsatz (kurz),

Figur 7

Impulsgenerator, Arbeitskammer mit variablem Einsatz (lang),

Figur 8

Impulsgenerator, Arbeitskammer mit variablem Ansatz (kurz),

Figur 9

Impulsgenerator, Arbeitskammer mit variablem Ansatz (lang),

Figur 10

Befestigung mittels Hülse - unten (Montagestellung),

Figur 11

Befestigung mittels Hülse oben (Arbeitsstellung),

Figur 12

Impulsgenerator, Arbeitskammer mit erweitertem Außendurchmesser,

Figur 13

Impulsgenerator, Arbeitskammer mit verringertem Außendurchmesser.

[0028] In der Figur 1a ist eine schematische Darstellung der Ansteuerung des Impulsgenerators zur Reinigung von Rohren und Brunnenanlagen dargestellt. Der Impulsgenerator IG ist mittels eines Druckschlauchs V über eine Steuereinrichtung S mit einer Energiequelle E verbunden. Die Steuereinrichtung S kann vorzugsweise in Form eines Ventils ausgebildet sein. Über die Energiequelle E und den Druckschlauch V wird der Impulsgenerator IG mit einem nichtbrennbaren Druckgas versorgt. Der Austritt des Druckgases ist gemäß Figur 1 seitlich angeordnet und trifft orthogonal auf die Innenseite eines senkrecht stehenden Filterrohres oder einer Brunnenanlage.

[0029] Figur 1b zeigt einen ähnlichen Aufbau der Figur 1a, wobei das Druckgas nach unten orthogonal auf den Boden trifft. Diese Anordnung eignet sich besonders für die Einleitung von Impulsen in den Boden, beispielsweise zum Auslösen von Minen oder Lawinen.

[0030] In den Figuren 2a und 2b und 3a und 3b ist ein erfindungsgemäßer Impulsgenerator IG in einer Schnittansicht der im Impulsgenerator IG ausgebildeten Kammern in geschlossenem und in Figur 3b in geöffnetem Zustand dargestellt. Der Impulsgenerator IG besteht aus einem Gehäuse 1 mit drei koaxial aneinander liegenden Kammern, einer Gegendruckkammer 1.1, einer sich daran anschließenden Vorkammer 1.2 und einer zu der Vorkammer 1.2 beabstandet folgenden Arbeitskammer 1.3.

[0031] Zwischen der Vorkammer 1.2 und der Arbeitskammer 1.3 ist der Bereich für den Gasaustritt vorgesehen. Im Inneren des Impulsgenerators IG ist ein verfahrbarer Kolben 2 angeordnet, der drei Kolbenerweiterungen aufweist, wobei eine erste Kolbenerweiterung bis an den Innendurchmesser des Gehäuses 1 heranreicht. Die Kolbenerweiterungen dienen der Abtrennung der einzelnen Druckkammern 1.1, 1.2, 1.3 zueinander, wobei die erste Kolbenerweiterung 2.1 die Gegendruckkammer 1.1 begrenzt. Die zweite Kolbenerweiterung 2.2 begrenzt die Vordruckkammer 1.2, welche folglich zwischen der ersten Kolbenerweiterung 2.1 und der zweiten Kolbenerweiterung 2.2 angeordnet ist. Die Arbeitskammer 1.3 wird mittels einer dritten Kolbenerweiterung 2.3 verschlossen. Die Abdichtung der einzelnen Kammern 1.1, 1.2, 1.3 erfolgt im Wesentlichen zeitgleich durch die Kolbenerweiterungen 2.1, 2.2, 2.3.

[0032] Der Kolben 2 ist in Form eines Hohlkörpers mit einem Ventil 3.1 ausgebildet, wobei das Befüllen der einzelnen Kammern 1.1, 1.2, 1.3 mittels dafür vorgesehener Bohrungen möglich ist.

[0033] Die Gegendruckkammer 1.1 ist mittels einer Bohrung 2.4 in dem Kolben 2 derart befüllbar, dass mittels eines Ausrückens des Gegendruckventils 3.1 die Bohrung 2.4 mit einer Bohrung 3.2 in Form eines Kanals im Gehäuse 1 korrespondiert. Das vorzugsweise nicht brennbare Druckgas fließt demnach durch die Bohrung 2.4 in die Bohrung 3.2 und anschließend in die Gegendruckkammer 1.1. Nach dem Befüllen wird die Bohrung 3.2 mittels des Verschiebens des Gegendruckventils 3.1 verschlossen.

[0034] Der Impulsgenerator IG weist zudem eine Steckkupplung 4 auf, die ein schnelles Verbinden und Lösen zwischen dem Impulsgenerator IG und dem Druckschlauch V gewährleistet.

[0035] Für den Gasaustritt sind Gasaustrittsöffnungen 5 vorgesehen, die umfangsseitig in dem Bereich zwischen der Vorkammer 1.2 und der Arbeitskammer 1.3 in Form von länglichen Aussparungen angeordnet sind.

[0036] Figur 3a und 3b zeigen den Impulsgenerator IG in geöffneter und geschlossener Position, wobei zudem der im Inneren befindliche Kolben 2 in einer Schnittdarstellung dargestellt ist.

[0037] Der Kolben 2 ist auf dem Gegendruckventil 3.1 verschiebbar angeordnet. Die Vorkammer 1.2 ist mittels einer in der Seitenwand des Kolbens 2 angeordneten Bohrung 3.3 befüllbar.

[0038] Die Befüllung der Arbeitskammer 1.3 erfolgt mittels einer in Längsrichtung des Impulsgenerators IG angeordneten Bohrung 3.4, welche die Bohrung des Kolbens 2 reduziert.

[0039] Die Kolbenerweiterung 2.2 und 2.3 dichten die Gasaustrittsöffnungen 5 in geschlossenem Zustand gegen das Gehäuse 1 ab. Durch die zentrische kleine Bohrung 3.4 zur Arbeitskammer 1.3 wird diese langsamer befüllt als die, durch die Bohrung 3.3 befüllte, Vordruckkammer 1.2. Durch Zuleitung des Druckgases in geschlossenem Zustand des Impulsgenerators IG werden die Vorkammer 1.2 und die Arbeitskammer 1.3 mit dem Druckgas gefüllt. Die Gegendrucckammer 1.1 ist mittels des axial von außen betätigbaren verfahrbaren Gegendruckventils verschließbar gegenüber der Arbeitskammer 1.3 ausgebildet.

[0040] Die geöffnete Stellung ist in Figur 3b dargestellt. Der Kolben 2 ist axial in Richtung der Stecckupplung 4 verfahren. Die Gegendruckkammer 1.1 wird in Folge des Verfahrweges verkleinert und das Volumen komprimiert. Es entsteht ein Druckanstieg in der Gegendruckkammer, ein Schließen des Kolbens 2 wird ermöglicht.

[0041] Das unter dieser Voraussetzung freigesetzte Druckgas strömt aus der Vorkammer 1.2 und der Arbeitskammer 1.3 und anschließend aus den Gasaustrittsöffnungen 5 heraus.

[0042] Durch fortwährendes Öffnen und Schließen der Vorkammer 1.2 und Arbeitskammer 1.3 entsteht die beschriebene niederfrequente Schwingung.

[0043] Die Figuren 4 bis 9 zeigen unterschiedliche Ausführungsbeispiele eines einstellbaren Volumens der Arbeitskammer 1.3 bei gleichbleibendem Außendurchmesser des Impulsgenerators IG, wodurch der Impulsgenerator IG unbeschränkt vom Volumen der Arbeitskammer 1.3 in Rohrsystemen einsetzbar ist. Die Figuren 4 und 5 zeigen eine erste Variante mit einem austauschbaren Volumenelement 6. Dieses Volumenelement 6 kann in unterschiedlichen Längen ausgebildet sein, wodurch je nach verwendetem Element 6 das Volumen einstellbar ist.

[0044] In den Figuren 6 und 7 ist ein Impulsgenerator IG mit einstellbarer Arbeitskammer 1 in Form eines verstellbaren Bodenelements 7 dargestellt. Das Bodenelement 7 ist in unterschiedlichen Positionen entlang einer Hülse 8 verschiebbar angeordnet. Das so bereitgestellte Volumen der Arbeitskammer 1.3 ist damit stufenlos einstellbar.

[0045] Eine weitere Variante des Impulsgenerators IG ist in den Figuren 8 und 9 dargestellt. Das Volumen der Arbeitskammer 1.3 ist mittels eines verschiebbaren Hülsenelements 9 einstellbar. Das Hülsenelement 9 ist vorzugsweise napfartig ausgebildet.

[0046] Gemäß der Figuren 10 und 11 ist der Impulsgenerator IG an zwei, an einer verschiebbaren Hülse 10 angeordneten, Seilen 11 befestigt. Die Hülse 10 weist Bohrungen 12 auf, mittels derer die Seile 11 mit dem Impulsgenerator IG verbunden sind. Die Hülse 10 ist axial verschiebbar und bietet in der Montagestellung die Möglichkeit der Befestigung des Druckschlauchs V mittels der Steckkupplung 4 und des Verschließens des Ventils 3.1. In der Arbeitsstellung gemäß Figur 11 hängt der Impulsgenerator IG an den Seilen 11, wobei der Impulsgenerator IG aufgrund der Schwerkraft entlang der Hülse 10 nach unten verschoben ist. Somit schützt die Hülse 10 die Steckkupplung 4 in der Arbeitsstellung. Zur Vermeidung eines Lösens der Hülse 10 von dem Impulsgenerator IG sind an dem Impulsgenerator IG ein erster und zweiter Anschlag 13, 14 vorgesehen.

[0047] Der Impulsgenerator kann mittels der ausgesendeten Impulse durch den Druckgasaustritt auch für das Auslösen von Lawinen oder Sprengungen genutzt werden. Die Impulse in Form von Druckwellen werden als Erschütterungen in den Boden geleitet, wodurch eine Lawine ausgelöst wird oder eine Mine oder andere erschütterungsempfindliche Sprengstoff explodieren. Die Richtung der Impulse ist vorzugsweise mittels einer Hülse wie in Figur 1b dargestellt steuerbar.

[0048] Die Figuren 12 und 13 zeigen alternative Ausgestaltungen eines Impulsgenerators IG. Das Volumenelement weist gemäß Figur 12 eine Vergrößerung des Außendurchmessers gegenüber der Arbeitskammer 1.3 auf. Eine alternative Ausgestaltung des Volumenelements 6 ist in Figur 13 dargestellt, wobei der Außendurchmesser kleiner ist als der der Arbeitskammer 1.3. Die dargestellten Ausgestaltungen sind nur beispielhaft, sodass auch eine Verkleinerung des Außendurchmessers über Absätze realisierbar ist. Des Weiteren sind Durchmessererweiterungen über Radien oder runde Formelemente erzeugbar.

Bezuaszeichenliste

[0049] 

1

Gehäuse

1.1

Gegendruckkammer

1.2

Vorkammer

1.3

Arbeitskammer

2

Kolben

2.1

erste Kolbenerweiterung

2.2

zweite Kolbenerweiterung

2.3

dritte Kolbenerweiterung

2.4

Bohrung

3.1

Gegendruckventil

3.2

Bohrung

3.3

Bohrung

3.4

Bohrung

4

Steckkupplung

5

Gasaustrittsöffnung

6

Volumenelement

7

Bodenelement

8

Hülse

9

Hülsenelement

10

Hülse

11

Seil

12

Bohrung

13

erster Anschlag

14

zweiter Anschlag

E

Energiequelle

IG

Impulsgenerator

S

Steuereinrichtung

V

Druckschlauch

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Stoßwellen, insbesondere zur pneumatischen Erzeugung von aufeinanderfolgenden Impulsen, mit einem Impulsgenerator wenigstens umfassend:

- ein Gehäuse (1) mit einer Längsachse, zwei nach innen weisenden ringförmigen Vorsprüngen und drei koaxial aneinander liegenden Kammern in Form einer Gegendruckkammer (1.1), einer sich daran anschließenden Vorkammer (1.2) und einer zu der Vorkammer (1.2) beabstandeten Arbeitskammer (1.3),
wobei im Bereich zwischen den beiden ringförmigen Vorsprüngen radial angeordnete Gasaustrittsöffnungen (5) vorgesehen sind, die umfangsseitig in der Außenhülle des Impulsgenerators (IG) in Form von länglichen Aussparungen angeordnet sind und die einem Gasaustritt aus dem Impulsgenerator (IG) dienen,

- weiter umfassend einen Kolben (2), der in der Weise eines Ventils arbeitet und der entlang der Längsachse zwischen einer geschlossenen Stellung und einer geöffneten Stellung beweglich ist, und der drei Kolbenerweiterungen (2.1, 2.2, 2.3) aufweist, wobei die erste Kolbenerweiterung (2.1) an den Innendurchmesser des Gehäuses (1) heranreicht und als Abtrennung zwischen Gegendruckkammer (1.1) und Vorkammer (1.2) dient, und wobei in der geschlossenen Stellung des Kolbens (2) die zweite und dritte Kolbenerweiterungen (2.2, 2.3) an die ringförmige Vorsprünge des Gehäuses (1) anliegen und die Vorkammer (1.2) beziehungsweise die Arbeitskammer (1.3) gegenüber dem Bereich mit den Gasaustrittsöffnungen (5) verschließen,
wobei jede der zweiten und dritten Kolbenerweiterung (2.2, 2.3) einen Außendurchmesser aufweist der kleiner als der Innendurchmesser des Gehäuses (1) ist, aber größer als der Durchmesser der Öffnung die vom ringförmigen Vorsprung gebildet wird an welchen die Kolbenerweiterung in der geschlossenen Stellung anliegt, wobei der Kolben (2) eine axiale Bohrung aufweist durch welche die Arbeitskammer (1.3) befüllbar ist, und eine in der Seitenwand des Kolbens (2) zwischen der ersten (2.1) und der zweiten Kolbenerweiterung (2.2) angeordnete Bohrung (3.3) aufweist durch welche die Vorkammer (1.2) befüllbar ist,

- weiter umfassend ein axial von außen betätigbares und gegenüber dem Gehäuse (1) und dem Kolben (2) verfahrbares Gegendruckventil (3.1) mit einer axialen Durchgangsbohrung welches durch die Vorkammer (1.2) reicht und in die axiale Bohrung des Kolbens (2) hineinragt, wobei das Gegendruckventil (3.1) einen Anschluss (4) an eine Druckgaszuführung aufweist,

wobei das Gegendruckventil (3.1) seitlich eine erste Bohrung (2.4) aufweist, wobei mittels des Ausrückens des Gegendruckventils (3.1) die erste Bohrung (2.4) mit einer zweiten Bohrung (3.2) in Form eines Kanals im Gehäuse (1) korrespondiert, sodass das Druckgas durch die erste Bohrung (2.4) in die zweite Bohrung (3.2) und anschließend in die Gegendruckkammer (1.1) fließen kann, und wobei nach dem Befüllen der Gegendruckkammer (1.1) die zweite Bohrung (3.2) mittels Verschieben des Gegendruckventils (3.1) verschließbar ist,
wobei die axiale Bohrung im Kolben (2) eine zentrische kleine Bohrung (3.4) zur Arbeitskammer (1.3) aufweist, welche die axiale Bohrung des Kolbens (2) reduziert, so dass durch die kleine zentrische Bohrung (3.4) die Arbeitskammer (1.3) langsamer befüllbar ist, als die durch die seitliche Bohrung (3.3) befüllbare Vorkammer (1.2), wobei beim Befüllen der Arbeitskammer (1.3) Druck aufgebaut wird der bei Erreichen einer bestimmten Größe plötzlich den Kolben (2) in Richtung der Gegendruckkammer (1.1) in die geöffnete Stellung bewegt, so dass das, in der Arbeitskammer (1.3) und Vorkammer (1.2) befindliche Druckgas durch die von dem Kolben (2) freigegebenen Öffnungen in Richtung der Gasaustrittsöffnungen (5) und aus diesen herausströmt, wobei zufolge des Verfahrweges des Kolbens die Gegendruckkammer (1.1) verkleinert und das Volumen komprimiert wird, wodurch ein Druckanstieg in der Gegendruckkammer (1.1) entsteht welcher ein Wiederschließen des Kolbens (2) ermöglicht, wobei die Flächensumme der Gasaustrittsöffnungen (5) im Wesentlichen gleich oder größer als die vom Kolben (2) freigegebene Öffnung der Arbeitskammer (1.3) ist und
wobei das Volumen der Arbeitskammer (1.3) des Impulsgenerators (IG) veränderbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen der Arbeitskammer (1.3) derart veränderbar ist, dass das Volumen der Arbeitskammer (1.3) mittels eines einstellbaren Bodens (7) veränderlich oder mittels verschiedener Bodenelemente (7) oder einer verschiebbaren Hülse (8) einstellbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Impulsgenerator (IG) mittels der umfangsseitig angeordneten Gasaustrittsöffnungen (5) und dem dadurch nahezu gleichmäßig radial nach außen ausströmenden Druckgas selbständig zentrierbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Impulsgenerator (IG) mittels einer längsverschiebbaren und unverlierbaren Hülse (10) an einem Halteseil befestigt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszufuhr in den Impulsgenerator (IG) mittels einer lösbaren Steckkupplung (4) erfolgt, wobei das Druckgas zunächst auch die separat absperrbare Gegendruckkammer (1.1) füllt und die Weiterleitung des Druckgases in die Arbeitskammer (1.3) mittels der axialen Bohrung (3.4) im Kolben (2) erfolgt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Impulsgenerator (IG) mit einer oder mehreren handelsüblichen Druckgasflasche(n) mit Einstellarmatur für den abgehenden Gasdruck betreibbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckgas ein nicht brennbares Gas ist, wobei die Gasmenge über eine geeignete Schlauchleitung dem angeschlossenen Impulsgenerator (IG) fortwährend zuführbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anstieg einer Impulsamplitude bzw. die Steilheit einer Impulsflanke durch Ventilflächen und den Druck in der Gegendruck- und der Arbeitskammer (1.1, 1.3) einstellbar sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventil der Arbeitskammer (1.3) aus einer Titan- oder Aluminium-Legierung ausgebildet ist, welches zumindest partiell mit hochfesten elastischen Polymeren umgossen ist.

Claims

1. Device for generating shock waves, in particular for pneumatically generating successive pulses, having a pulse generator comprising at least:

- a housing (1) with a longitudinal axis, two inwardly facing annular projections and three coaxially adjacent chambers in the form of a counterpressure chamber (1.1), an adjoining prechamber (1.2) and a working chamber (1. 3) spaced from the prechamber (1.2),
wherein radially arranged gas outlet openings (5) are provided in the region between the two annular projections, which openings are arranged circumferentially in the outer shell of the pulse generator (IG) in the form of elongated recesses and which serve a gas outlet from the pulse generator (IG),

- further comprising a piston (2) which operates in the manner of a valve and which is movable along the longitudinal axis between a closed position and an open position, and which has three piston extensions (2.1, 2.2, 2.3), wherein the first piston extension (2.1) extends to the inner diameter of the housing (1) and serves as a separation between the counterpressure chamber (1.1) and the prechamber (1.2), and wherein, in the closed position of the piston (2), the second and third piston extensions (2.2, 2.3) rest against the annular projections of the housing (1) and close the prechamber (1.2) and the working chamber (1.3) with respect to the region with the gas outlet openings (5),
wherein each of the second and third piston extensions (2.2, 2. 3) has an outer diameter smaller than the inner diameter of the housing (1) but larger than the diameter of the opening formed by the annular projection against which the piston extension rests in the closed position,
wherein the piston (2) comprises an axial bore through which the working chamber (1.3) can be filled, and comprises a bore (3.3) arranged in the side wall of the piston (2) between the first (2.1) and the second piston extension (2.2), through which bore the prechamber (1.2) can be filled,

- further comprising a counterpressure valve (3.1) which can be actuated axially from the outside and is movable relative to the housing (1) and the piston (2) and which has an axial through-bore which extends through the prechamber (1.2) and projects into the axial bore of the piston (2), wherein the counterpressure valve (3.1) comprises a connection (4) to a compressed gas supply,

wherein the counterpressure valve (3. 1) has a first bore (2.4) at the side, wherein by means of the disengagement of the counterpressure valve (3.1) the first bore (2.4) corresponds with a second bore (3.2) in the form of a channel in the housing (1), so that the compressed gas flows through the first bore (2.4) into the second bore (3.2) and subsequently into the counterpressure chamber (1.1), and wherein after filling of the counterpressure chamber (1.1) the second bore (3.2) can be closed by means of displacement of the counterpressure valve (3. 1),
wherein the axial bore in the piston (2) has a centric small bore (3.4) to the working chamber (1.3), which reduces the axial bore of the piston (2) so that as a result of the small centric small bore (3.4) the working chamber (1. 3) can be filled more slowly than the prechamber (1.2) which can be filled through the lateral bore (3.3),
wherein pressure is built up during filling of the working chamber (1.3), which, when a certain magnitude is reached, suddenly pushes the piston (2) in the direction of the counterpressure chamber (1. 1) into the open position, so that the pressurized gas present in the working chamber (1.3) and prechamber (1.2) flows through the openings released by the piston (2) in the direction of the gas outlet openings (5) and out of these, wherein, as a result of the travel of the piston, the counterpressure chamber (1.1) is reduced and the volume is compressed, as a result of which a pressure increase occurs in the counterpressure chamber (1.1), which pressure increase enables the piston (2) to close again,
wherein the sum of the areas of the gas outlet openings (5) are substantially equal to or greater than the opening of the working chamber (1.3) released by the piston (2), and wherein the volume of the working chamber (1.3) of the pulse generator (IG) is variable.

2. Device according to claim 1, characterized in that the volume of the working chamber (1.3) is variable in such a way that the volume of the working chamber (1.3) is variable by means of an adjustable base (7) or is adjustable by means of various base elements (7) or a displaceable sleeve (8).

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the pulse generator (IG) can be centered independently by means of the gas outlet openings (5) arranged on the circumferential side and the compressed gas flowing out almost uniformly radially outwards as a result.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the pulse generator (IG) is fastened to a retaining cable by means of a longitudinally displaceable and captive sleeve (10).

5. Device according to one of the claims 1 to 4, characterized in that the gas supply into the pulse generator (IG) is effected by means of a detachable plug-in coupling (4), wherein the compressed gas initially also fills the separately closable counterpressure chamber (1.1) and the further conduction of the compressed gas into the working chamber (1.3) is effected by means of the axial bore (3.4) in the piston (2).

6. Device according to one of the claims 1 to 5, characterized in that the pulse generator (IG) can be operated with one or more commercially available compressed gas cylinder(s) with adjustment fitting for the outgoing gas pressure.

7. Device according to one of the claims 1 to 6, characterized in that the pressurized gas is a non-flammable gas, wherein the gas quantity can be continuously supplied to the connected pulse generator (IG) via a suitable hose line.

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the rise of a pulse amplitude or the steepness of a pulse slope can be adjusted by valve surfaces and the pressure in the counterpressure and working chambers (1.1, 1.3).

9. Device according to claim 8, characterized in that a valve of the working chamber (1.3) is formed from a titanium or aluminum alloy which is at least partially encapsulated with high-strength elastic polymers.

Revendications

1. Dispositif pour la génération d'ondes de choc, en particulier pour la génération pneumatique d'ondes de choc successives, avec un générateur d'impulsions comprenant au moins :

- un boîtier (1) avec un axe longitudinal, deux saillies annulaires orientées vers l'intérieur et trois chambres reposant l'une sur l'autre de façon coaxiale et prenant la forme d'une chambre de contre-pression (1.1), d'une préchambre (1.2) qui s'y raccorde et d'une chambre de travail (1.3) éloignée de la préchambre (1.2),
dans lequel sont prévues des ouvertures de sortie de gaz (5) disposées radialement entre les deux saillies annulaires, qui sont disposées sur la circonférence de l'enveloppe extérieure du générateur d'impulsions (IG) sous la forme de découpes allongées et servent à la sortie de gaz hors du générateur d'impulsions (IG),

- comprenant en outre un piston (2) qui fonctionne à la manière d'une soupape et qui est mobile entre une position de fermeture et une position d'ouverture, et qui présente trois élargissements de piston (2.1, 2.2, 2.3) dont le premier (2.1) va jusqu'au diamètre intérieur du boîtier (1) et sert de séparation entre la chambre de contre-pression (1.1) et la préchambre (1.2) et dans lequel, dans la position de fermeture du piston (2), les deuxième et troisième élargissements du piston (2.2, 2.3) s'appuient sur les saillies annulaires du boîtier (1) et ferment la préchambre (1.2) ou la chambre de travail (1.3) vis-à-vis de la zone comportant les ouvertures de sortie de gaz (5),
chacun des deuxième et troisième élargissements du piston (2.2, 2.3) présentant un diamètre extérieur plus petit que le diamètre intérieur du boîtier (1) mais plus grand que le diamètre de l'ouverture formée par la saillie annulaire sur laquelle l'élargissement du piston s'appuie dans la position de fermeture, le piston (2) présentant un alésage axial à travers lequel la chambre de travail (1.3) peut être remplie et un alésage (3.3) disposé dans la paroi latérale du piston (2) entre le premier élargissement du piston (2.1) et le deuxième (2.2), à travers lequel (3.3) la préchambre (1.2) peut être remplie,

- comprenant en outre une soupape de contre-pression (3.1) actionnable de l'extérieur et déplaçable par rapport au boîtier (1) et au piston (2) avec un alésage de passage axial qui passe à travers la préchambre (1.2) et dépasse dans l'alésage axial du piston (2), la soupape de contre-pression (3.1) présentant un raccord (4) vers une conduite de gaz sous pression,

la soupape de contre-pression (3.1) présentant latéralement un premier alésage (2.4), le recul de la soupape de contre-pression (3.1) mettant le premier alésage (2.4) en correspondance avec un deuxième alésage (3.2) en formant un canal dans le boîtier (1) de sorte que le gaz sous pression peut circuler à travers le premier alésage (2.4) dans le deuxième alésage (3.2) puis dans la chambre de contre-pression (1.1), et le deuxième alésage (3.2) pouvant être fermé après le remplissage de la chambre de contre-pression (1.1) au moyen de la translation de la soupape de contre-pression (3.1),
l'alésage axial du piston (2) comportant un petit alésage centré (3.4) vers la chambre de travail (1.3) qui réduit l'alésage axial du piston (2), de sorte que la chambre de travail (1.3) peut être remplie plus lentement via le petit alésage centré (3.4) que la préchambre (1.2) qui peut être remplie via l'alésage latéral (3.3), une pression étant constituée lors du remplissage de la chambre de travail (1.3) et déplaçant soudain le piston (2) vers la chambre de contre-pression (1.1) en position ouverte quand une certaine grandeur est atteinte, de sorte que le gaz sous pression qui se trouve dans la chambre de travail (1.3) et la préchambre (1.2) s'écoule à travers les ouvertures dégagées par le piston (2) en direction des ouvertures de sortie de gaz (5) et sort par celles-ci, la chambre de contre-pression (1.1) étant réduite et le volume comprimé à la suite de la course du piston, ce qui produit une élévation de la pression dans la chambre de contre-pression (1.1) qui permet de refermer le piston (2), la somme des aires des ouvertures de sortie de gaz (5) étant sensiblement égale ou supérieure à l'ouverture de la chambre de travail (1.3) dégagée par le piston (2) et le volume de la chambre de travail (1.3) du générateur d'impulsions (IG) étant modifiable.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volume de la chambre de travail (1.3) peut être modifié de telle façon que le volume de la chambre de travail (1.3) est modifiable au moyen d'un fond ajustable (7) ou au moyen de différents éléments de fond (7) ou d'une douille (8) coulissante.

3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le générateur d'impulsions (IG) peut se centrer de lui-même au moyen des ouvertures de sortie de gaz (5) disposées sur la circonférence et du gaz sous pression qui sort dans le sens radial de façon presque uniforme.

4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le générateur d'impulsions (IG) est fixé à un câble de maintien au moyen d'une douille (10) coulissant longitudinalement et imperdable.

5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'arrivée de gaz dans le générateur d'impulsions (IG) passe par un raccord à emboîtement (4) pouvant être défait, le gaz sous pression remplissant d'abord la chambre de contre-pression (1.1) qui peut être isolée séparément et l'acheminement du gaz sous pression passant ensuite dans la chambre de travail (1.3) par l'alésage axial (3.4) du piston (2).

6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le générateur d'impulsions (IG) peut être piloté avec une ou plusieurs bouteilles de gaz sous pression du commerce avec un robinet de régulation de la pression de sortie du gaz.

7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le gaz sous pression est un gaz ininflammable, le débit de gaz étant amené de façon continue au générateur d'impulsions (IG) raccordé par une conduite flexible appropriée.

8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'élévation de l'amplitude des impulsions ou la pente d'un flanc d'impulsion peut être réglée par des faces des soupape et par la pression dans la chambre de contre-pression et la chambre de travail (1.1, 1.3).

9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'une soupape de la chambre de travail (1.3) est faite d'un alliage de titane ou d'aluminium qui est au moins partiellement enrobé de polymères élastiques à haute résistance.

Zeichnung