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Die Erfindung bezieht sich auf einen Halbtaucher nach Anspruch 1 sowie auf ein Verfahren zur Positionierung offshore nach Patentanspruch 10.
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Zum Bohren nach Erdöl oder Gas oder zum Fördern von Öl oder Gas am Fundort werden bei größeren Wassertiefen Halbtaucher verwendet. Diese werden an Seilen am Meeresgrund verankert oder dynamisch mit schwenkbaren Antrieben positioniert. Hubinseln werden vielfach bei begrenzten Wassertiefen, in der Regel nicht größer als 50 m, eingesetzt. Sie ermöglichen das Arbeiten bei höheren Wellen, weil sich die Hubinsel aus dem Wasser heben kann. Dies gilt auch für Hubschiffe. Hubinseln und Hubschiffe werden zur Installation von Offshore-Windkraftanlagen eingesetzt. Sie ermöglichen Gründungsarbeiten, die Montage von Turmschaft, Maschinenhaus, Generator, Rohrflügel etc.. In diesem Zusammenhang sind sogenannte Pfahlpontons bekannt geworden. Pfahlpontons oder Hubinseln sind Schwimmkörper, die mehrere, vertikal verstellbar gelagerte Pfähle aufweisen. Beim Transport vom Hafen zu einer gewünschten Position sind die Pfähle angehoben. An der gewünschten Position werden sie auf den Meeresgrund abgesenkt. Anschließend wird der als Plattform ausgebildete Ponton über den Meeresspiegel angehoben, damit Wellen die Arbeiten an Deck nicht beeinträchtigen und die auf der Plattform befindlichen Installationen beschädigen.
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Es ist jedoch auch bereits bekannt geworden, zur Installation von Windkraftanlagen offshore Spezialschiffe einzusetzen, die mit den notwendigen Geräten für Gründungsarbeiten und für die Installation der Windenergieanlage ausgerüstet sind. Derartige Spezialschiffe werden an der Gründungsstelle geankert, können aber ebenfalls mit Hilfe von Hubpfählen angehoben oder aus dem Wasser gehoben werden.
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Hubinseln und Hubschiffe ruhen mit ihrer gesamten Last, die sich aus dem Pontonkörper und den Pfählen sowie den Installationen auf der Plattform zusammensetzt, auf dem Meeresgrund. Die Beschaffenheit des Meeresbodens ist oft unterschiedlich, so dass die Pfähle mehr oder weniger weit einsacken. Es besteht auch Gefahr, dass die Beschaffenheit des Bodens von Pfahl zu Pfahl unterschiedlich ist und ein Pfahl stärker einsinkt als der benachbarte. Dadurch gelangt die Hubinsel in eine Schieflage, die sehr gefährlich werden und zum Untergang oder Beschädigung von Mannschaft und Gerät führen kann. Ein weiterer Nachteil derartiger Hubinseln oder Hubschiffe mit Stützpfählen liegt darin, dass mit dem Ausfahren der Stützpfähle und dem Anheben der Plattform oder des Schiffskörpers eine hohe Instabilität verbunden ist und Wellenbewegungen und Strömungen den Vorgang beeinträchtigen oder gefährden können. Bezüglich der Stabilität haben Hebeschiffe oder Errichterschiffe mit Stützpfählen eine günstigere Wirkung als ein Ponton. Wegen des großen Konstruktionsgewichtes sinken jedoch die Stützpfähle ziemlich tief ein.
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Es sind auch sogenannte Halbtaucher bekannt geworden. Bei Einwirkung von Strömungen und Wellen und auch Wind lassen sich jedoch Bewegungen bei der Verankerung und dem dynamischen Positionieren nicht vermeiden. Daher sind derartige Halbtaucher für die Errichtung von Offshore-Anlagen nicht gut geeignet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Halbtaucher zu schaffen, bei dem die Belastung des Untergrunds durch Stützpfähle einstellbar ist. Ferner soll die Wirkung von Wellen und Wind minimiert werden.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Der erfindungsgemäße Halbtaucher weist eine Pontonanordnung mit mindestens einer Kammer auf. Die Pontonanordnung ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ein Katamaran-Ponton, so dass jeder Schwimmkörper des Katamarans mit mindestens einer Kammer ausgestattet ist, die wahlweise gelenzt oder geflutet werden kann. Vorzugsweise sind mehrere Zellen vorgesehen, die jeweils für sich geflutet oder gelenzt werden können. Dies kann mittels Pumpen und/oder Ventilen oder auch mit Druckluft erfolgen (wie bei einem U-Boot), mit deren Hilfe Meerwasser aus einer Kammer heraus bzw. in die Kammer hinein befördert werden kann.
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Oberhalb der Pontonanordnung ist eine Plattform über eine steife Stützkonstruktion an der Pontonanordnung abgestützt. Die Höhe der Plattform oberhalb der Pontonanordnung ist ausreichend, um ein Überrollen von Wellen zu verhindern, wenn die Pontonanordnung schwimmt oder getaucht ist. Beispielsweise beträgt der Abstand der Plattform oberhalb des Wasserspiegels 20 m. Der Abstand zwischen Pontonanordnung und Pontonanordnung beträgt z. B. 14 m. An dem von Plattform und Pontonanordnung gebildeten Halbtaucher sind mehrere, horizontal beabstandet, vertikale Stützpfähle höhenverstellbar gelagert und mittels Verriegelungseinrichtungen in ihrer Höhe relativ zur Pontonanordnung bzw. zur Plattform feststellbar. Die Verriegelungseinrichtungen halten die Stützpfähle während des Transports in einer oberen oder teilweise abgesenkten Position. Durch Entriegeln können die Stützpfähle über geeignete Führungen bis auf den Meeresboden gleiten. Hierzu werden sie von einer geeigneten Triebvorrichtung an oder auf der Plattform angetrieben bzw. verstellt.
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Es sind verschiedene Triebvorrichtungen einsetzbar, um die Stützpfähle relativ zum Halbtaucher zu verstellen. Jedem Stützpfahl kann mindestens ein Hydraulikzylinder zugeordnet sein, der zwischen einem Anlenkpunkt an der Plattform und einem den Stützpfahl umgebenden Widerlager oberhalb der Plattform angelenkt ist, wobei das Widerlager mittels einer zweiten Verriegelungseinrichtung wahlweise gegenüber dem Stützpfahl verriegelbar ist. Mit einer derartigen Triebvorrichtung wird der Stützpfahl schrittweise verstellt, wobei die Schrittlänge abhängig ist von der Hublänge der eingesetzten Hydraulikzylinder. Alternativ weist die Triebvorrichtung ein Seilzugsystem auf. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Triebvorrichtung einen Zahnstangenantrieb auf. Bei diesem ist am Stützpfahl eine Zahnstange angebracht, und an einem Antriebsmotor an der Plattform ein Ritzel, das mit der Zahnstange in Eingriff ist. Diese Triebvorrichtung hat den Vorteil, dass der Pfahl kontinuierlich verstellt und die Pontonanordnung gesteuert und geführt abgesenkt und angehoben werden kann.
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Mit Hilfe der Triebvorrichtungen und der Mittel zum Lenzen oder Fluten der mindestens einen Kammer der Pontonanordnung lässt sich der Auftrieb der Pontonanordnung verändern und damit die Pontonanordnung mehr oder weniger weit anheben oder absenken. Der Auftrieb hängt dabei von dem Ausmaß ab, um das die Kammer mit Wasser oder Luft gefüllt ist, so dass mit dieser Variabilität des Auftriebs der Pontonanordnung die Belastung der Pfähle auf dem Meeresgrund auf ein gewünschtes Maß eingestellt werden kann. Die Pontonanordnung ist nach dem Positionieren des erfindungsgemäßen Halbtauchers mehr oder weniger getaucht, so dass sie den Wellen weitgehend oder gar nicht ausgesetzt ist. Dadurch wird verhindert, dass die Wellenbewegung die Abstützung der Hubinsel am Meeresgrund beeinträchtigt, denn die von den Wellen verursachte, auf die Hubinsel einwirkenden Querkräfte entfallen nahezu vollständig. Besonders vorteilhaft, den Wellenbewegungen und Strömungen zu entgehen, ist, wenn die Pontonanordnung vollständig eingetaucht ist. Nach dem Eintauchen ruht die Last des gesamten Halbtaucher über die Stützpfähle auf dem Meeresboden. Daher wird, nachdem eine Verriegelung zwischen Plattform und Stützpfählen stattgefunden hat, ein teilweises Lenzen durchgeführt, um einen gewünschten Auftrieb herzustellen und die Stützpfähle zu entlasten. Es versteht sich, dass dieser Vorgang gesteuert erfolgen kann nicht nur im Hinblick auf das gleichmäßige Eintauchen der Pontonanordnung, sondern auch im Hinblick auf das Lenzen im Augenblick des Untertauchens, um die Belastung der Stützpfähle während der Übergangsphase nicht zu hoch werden zu lassen.
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Während des Transports bzw. dem Anfahren einer Arbeitsposition wirkt die Pontonanordnung als Schwimmkörper, der den nötigen Auftrieb des Halbtauchers bereitstellt. Nach der Positionierung, bei der die Pontonanordnung nahezu oder völlig getaucht ist, dient die Pontonanordnung als Mittel, die Aufstandslast der Stützpfähle auf einen gewünschten Wert einzustellen. Im Übrigen sei angemerkt, dass die Pontonanordnung eigene Schraubenantriebe aufweisen kann und somit ohne Schlepper oder Winden positioniert werden kann.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung können die Stützpfähle mit mindestens einem Hohlraum versehen werden und Mittel aufweisen zum wahlweisen Fluten oder Lenzen, so dass sie im Zusammenwirken mit der Pontonanordnung die Aufstandslast der Hubinsel beeinflussen. Die Stützpfähle sind in der Regel rechteckig oder quadratisch im Querschnitt, sie können aber auch sechseckig, achteckig oder rund ausgebildet sein. Da die Pfähle durch Ausströmung beansprucht werden, können sie als Gitter- oder Rahmenkonstruktion ausgebildet sein. Um sie zu Auftriebszwecken zu nutzen in Form einer oder mehrerer Kammern, können sie rohrartig geformt sein. Um den Staudruck durch Ausströmung zu reduzieren, können in Abständen horizontale Rohrabschnitte eingebaut sein. Diese Rohrabschnitte können auch zum Fixieren der Pfähle benutzt werden, indem geeignete Bolzen, die taucherkörperfest gehalten sind, eingeschoben werden.
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Die Stützpfähle sind vorzugsweise von Rohren gebildet. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rohre nahe dem Fußende mindestens eine durch ein Ventil verschließbare, mit dem Hohlraum verbundene Öffnung aufweisen. In das Rohr ist von oben eine Leitung hineingeführt, die wahlweise mit einer Druckluftquelle auf der Plattform verbindbar ist. Über die Öffnung kann der Hohlraum mit Wasser gefüllt werden. Mit Hilfe der Druckluftquelle kann das Wasser aus dem Rohr herausgedrückt werden, um dem Rohr signifikantes Auftriebsverhalten zu verleihen, beispielsweise um das Anheben des Stützpfahls zu erleichtern oder zu bewerkstelligen.
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Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht hierzu vor, dass am unteren Ende im Rohr eine Pumpe angeordnet ist, die mit einer Pumpenleitung verbunden ist, die über das obere Ende des Rohrs hinausgeführt ist. Auch bei dieser Ausführungsform kann der Hohlraum über eine geeignete verschließbare Öffnung mit Wasser geflutet werden. Soll das Wasser entfernt werden, wird hierzu die Pumpe eingeschaltet.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind zwischen Plattform und Pontonanordnung Gehäuse angeordnet, die in diesem Bereich jeweils einen Pfahl umgeben und ggf. auch Führungsmittel für den Pfahl aufweisen. Auch die Gehäuse können als Schwimmkörper ausgebildet sein, die wahlweise lenzbar oder flutbar sind. Für die Eigenschaft als Schwimmkörper kommt naturgemäß nur ein unterer Bereich des Gehäuses in Betracht, da der obere Bereich sich normalerweise deutlich oberhalb des Meeresspiegels befindet.
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Das Heben, Positionieren und Montieren bzw. Demontieren von Windkraftanlagen, etwa von Turmelementen, Gondeln, Rotoren aber auch das Handling von Rammpfählen kann offshore mit den üblichen Kränen nicht wirtschaftlich erfolgen. Insbesondere bei großen Hubhöhen entstehen Pendelwirkungen, die zumindest bei Wind nicht zu beherrschen sind und Gefahren für Mannschaft und Gerät beschwören. In diesem Zusammenhang sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Plattform an einem Ende eine Ausnehmung aufweist und auf der Plattform ein Bockkran in Richtung auf die Ausnehmung hin und von dieser fort bewegbar ist, wobei das Hebezeug des Bockkrans über die Ausnehmung oder darüber hinaus verstellbar ist. Ein Bockkran ist ein an sich bekanntes Hebegerät. Es besteht grundsätzlich aus einem Portal oder Rahmen mit einer Hubtraverse, die in der Höhe verstellbar und um die eigene Längsachse drehbar ist. Das Hebezeug wird an der Hubtraverse angebracht. Diese ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung mittels Zahnstangenantrieben in der Höhe verstellbar. Vorzugsweise ist das Portal oder der Rahmen des Bockkrans auch in der Neigung verstellbar, insbesondere in Richtung Ausnehmung. Zu diesem Zweck können gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung schräge Stützen auf der der Ausnehmung abgekehrten Seite mit dem Portal bzw. dem Rahmen verbunden sein, wobei ein geeigneter Verstellantrieb über die Stützen die Neigung des Portals verstellt. Die zu hebenden Teile werden mit der Hubtraverse gekoppelt, die im Rahmen des Bockkrans geführt, gehoben und abgesenkt werden kann. Die Hubtraverse weist außerdem eine Führung auf, z. B. für Pfähle oder Rohre. Dadurch ist es möglich, die zu hebenden Teile präzise an Ort und Stelle abzusenken oder anzuheben, ohne dass befürchtet werden muss, dass durch Wind und Wellenwirkung die Arbeiten gestört werden.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Installation eines erfindungsgemäßen Halbtauchers offshore. Da dieses Verfahren weiter oben bereits erläutert wurde, wird es an dieser Stelle nicht beschrieben.
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Bei der Erfindung sind die Pfähle nicht einfache Haltepfähle, sondern Stützpfähle, um in einer bestimmten Tauchtiefe die Pontonanordnung abzustützen. Dadurch wird eine ausreichende Stabilität gegen Wellen, Strömung und Wind und auch eine entsprechende Lagestabilität und damit eine sichere Position des Halbtauchers gewährleistet. Es ist bekannt, dass sich große Pontons und große Schiffe bei Wellengang aufschaukeln, sodass oft ein sicheres und genaues Arbeiten nicht mehr möglich ist. Ein Aufschaukeln der Pontonanordnung ist bei der Erfindung nicht möglich.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung weist der Halbtaucher bzw. die Pontonanordnung vier schwenkbare Antriebe auf, die an den Ecken der Pontonanordnung angeordnet sind, um diesen selbstständig zu fahren und zu positionieren.
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Bei der Erfindung wird nur ein Teil des Gewichts des Halbtauchers auf die Pfähle abgestützt. Sie können daher im Verhältnis zu bekannten Pfahlpontons günstiger bemessen werden. Ist zum Beispiel eine Stützlast von 2.000 Tonnen pro Pfahl aufzunehmen, dann kann durch die Erfindung die Stützlast auf 200 Tonnen pro Stützpfahl begrenzt werden. Neben der günstigeren Auslegung der Stützpfähle bei der Erfindung kommt der Vorteil, dass auch Pfähle in sehr großen Wassertiefen eingesetzt werden können. So sind für eine Positionierung des Halbtauchers Wassertiefen bis zu 100 m möglich.
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Die Erfindung ist nicht nur vorteilhaft bei der Errichtung von Windkraftanlagen, wobei die Windkraftanlagen, ggfs. vollständig vormoniert, mit dem Halbtaucher zum gewünschten Aufstellungsort transportiert werden können. Der erfindungsgemäße Halbtaucher kann jedoch auch dazu dienen, Fundamente auf dem Meeresgrund zu errichten. Ferner ist er in der Lage, Brückenfundamente, Pfeiler- und Fahrbahnelemente, die an Land vorgefertigt werden, zu transportieren und an Ort und Stelle einzubauen. Schließlich kann der erfindungsgemäße Halbtaucher auch bei der Verlegung von Leitungen und Kabeln auf dem Meeresboden Anwendung finden.
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Beim Einsatz des Halbtauchers in seiner Betriebsposition kann es vorkommen, dass die Arbeitsplattform stark einseitig belastet wird, beispielsweise durch einen Kran mit anhängender Last. Es muss dafür gesorgt werden, dass die einseitige Belastung nicht zu einer Instabilität führt und zum Beispiel dazu, dass die Stützpfähle auf der Lastseite zu tief in den Meeresboden eingetrieben werden. Dies kann zum einen dadurch verhindert werden, dass die Last durch die Triebvorrichtungen an den einzelnen Stützpfählen ausgeglichen wird, so dass die Arbeitsplattform ihre Horizontalposition beibehält. Eine zusätzliche oder alternative Möglichkeit ist, den Ausgleich durch Ballasttanks in der Pontonanordnung auszugleichen. Es ist daher zweckmäßig, wenn die Pontonanordnung eine Mehrzahl von einzelnen Zellen aufweist, von denen jede lenz- oder flutbar ausgebildet ist. Eine derartige Ausbildung lässt sich auch für die Ausführung der Pontonanordnung als Katamaran realisieren. Außerdem wird nach einer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, die Pontonanordnung mit einer Tankstabilisierung vorzusehen. Eine Tankstabilisierung sieht üblicherweise auf gegenüberliegenden Seiten eines Schiffskörpers oder Pontons Ballasttanks vor, die über eine Verbindungsleitung miteinander verbunden sind. Mit Hilfe von Druckluft oder Pumpen wird Wasser von einem Tank zum anderen gepumpt, um Roll- und Krängbewegungen des Schwimmkörpers auszugleichen. Derartige Tankstabilisatoren sind für Schiffe, insbesondere Kranschiffe bereits bekannt. Es versteht sich, dass neben der mindestens einen Verbindung zwischen den Ballasttanks auch mindestens eine weitere Verbindung vorzusehen ist, über die ein Luftaustausch erfolgt. In diesem Zusammenhang ist auch zu bedenken, dass beim Fluten oder Lenzen der Pontonanordnung zur Veränderung der Eintauchtiefe dafür gesorgt werden muss, dass ein Luftausgleich erfolgt. Mit Hilfe geeigneter Schnorchel oder dergleichen, die ständig oberhalb des Meeresspiegels aufragen, kann dies auf einfache Weise verwirklicht werden.
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Es wurde bereits erwähnt, dass mit Hilfe der Triebvorrichtungen ein gesteuertes Absenken oder Anheben der Pontonanordnung erreicht werden kann. Damit der Vorgang weitgehend automatisch erfolgen kann, kann der Arbeitsplattform etwa eine Wasserwaage zugeordnet werden, welche die Neigung der Plattform ermittelt. Bei Abweichung der Neigung von der Horizontalen können die Triebvorrichtungen entsprechend angesteuert werden. Um eine Neigung aufgrund einer Schieflast zu verhindern, kann auch eine Kraftmessung an den Triebvorrichtungen vorgenommen werden, um dafür zu sorgen, dass auf die zugeordneten Stützpfähle eine variable Kraft aufgebracht werden kann, um einer einseitigen Last entsprechend entgegenzuwirken.
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Schließlich kann mit Hilfe der erfindungsgemäßen Triebvorrichtungen die Plattform auch gezielt in eine gewünschte Neigung gebracht werden, wenn dies die Montage- oder Demontagearbeiten erfordern.
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Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Hubinsel und ihrer Installation offshore wird anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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1 zeigt schematisch eine Seitenansicht des Halbtauchers nach der Erfindung.
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2 zeigt eine Vorderansicht des Halbtauchers nach der Erfindung.
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3 zeigt eine Draufsicht auf der Pontonanordnung des Halbtauchers nach 1.
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4 zeigt eine Draufsicht auf die Plattform des Halbtauchers nach 1.
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5 zeigt den Halbtaucher nach 1 nach dem Aufsetzen von Stützpfählen auf dem Meeresgrund.
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6 zeigt eine Tauchposition der Pontonanordnung des Halbtauchers nach 1.
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7 zeigt äußerst schematisch eine Antriebsvorrichtung für einen Stützpfahl des erfindungsgemäßen Halbtauchers.
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8 zeigt äußerst schematisch eine zweite Ausführungsform eines Antriebs für einen Stützpfahl eines erfindungsgemäßen Halbtauchers.
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9 zeigt äußerst schematisch einen Stützpfahl des erfindungsgemäßen Halbtauchers mit Mitteln zum Beschweren und Anheben des Pfahls.
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10 zeigt eine ähnliche Darstellung eines Halbtauchers wie in 1, der zusätzlich mit einem Kran ausgestattet ist.
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11 zeigt eine Endansicht des Halbtauchers nach 10.
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12 zeigt eine Draufsicht auf den Halbtaucher nach 10.
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13 zeigt eine ähnliche Ansicht wie 10, wobei jedoch ein Bockkran auf der Arbeitsplattform angeordnet ist.
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14 zeigt die Endansicht der Darstellung nach 13.
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15 zeigt die Draufsicht auf die Darstellung nach 13 bzw. 14.
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In den 1 bis 6 ist ein Halbtaucher 10 dargestellt, der eine Pontonanordnung 12 und eine Plattform 14 aufweist. Sie hat z. B. eine Länge von 100 m und eine Breite von 50 m. Ferner ist sie mit im Rechteck angeordneten vier Stützfählen 16 versehen. Plattform 14 und Pontonanordnung 12 sind durch sechs Stützsäulen 18, 22 miteinander verbunden. Auf der Plattform 14 befinden sich vier Führungen in den Säulen 22 für die Stützpfähle 16. Die Stützpfähle 16 sind am unteren Ende bei 24 mit geeigneten Mitteln zur Abstützung am Meeresgrund ausgestattet. Hierauf soll im Einzelnen nicht eingegangen werden.
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Wie sich aus den 2 und 3 ergibt, ist die Pontonanordnung 12 als Katamaran-Ponton ausgebildet mit zwei parallelen beabstandeten Schwimmkörpern 30, 32. Die Plattform 14 ist durchgehend geschlossen (4), hat jedoch bei 15 eine offene Ausnehmung. Sie dient z. B. zur Aufnahme von Komponenten, die mit dem Halbtaucher transportiert und an einer Position offshore eingesetzt werden.
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Wie in 7 als Beispiel zeigt, ist oberhalb einer Führung 20 für den Stützpfahl 16 ein Widerlagerring 34 angeordnet, der wahlweise mittels Verriegelungsmitteln (nicht gezeigt) am Pfahl 16 verriegelbar ist. Zwischen dem Widerlagerring 34 und der Führung 20 sind Hydraulikzylinder 36, 38 angeordnet. Vorstehend und auch nachstehend wird lediglich auf den in 1 gezeigten linken Pfahl Bezug genommen. Es versteht sich, dass auch die anderen Pfähle entsprechend ausgestattet sind. Der Widerlagerring 34 ist mit Verriegelungsmitteln 35 versehen und die Führung 20 mit Verriegelungsmitteln 37. Diese können zum Beispiel Bolzen aufweisen, die mit entsprechenden Querbohrungen des Pfahls 16 zusammenwirken. Durch wahlweises Ver- und Entriegeln und Betätigen der Hydraulikzylinder 36, 38 ist es möglich, den Pfahl 16 schrittweise abzusenken oder anzuheben.
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In 8 ist bei 39 allgemein angedeutet, wie mit Hilfe eines Seilzugantriebs der Pfahl 16 in der Höhe verstellt werden kann. In 9 ist ein Pfahl 16a dargestellt, der an einer Außenseite eine Zahnstange 17 aufweist. Der Pfahl 16a ist zum Beispiel quadratisch im Querschnitt. Somit ist die Zahnstange 17 an einer Seitenfläche des Pfahls 16a angebracht. Mit der Zahnstange 17 wirkt ein Ritzel 19 zusammen, das von einem nicht gezeigten Antrieb drehbar angetrieben ist. Mit Hilfe dieses Antriebs lässt sich der Pfahl 16a relativ zur Hubinsel verstellen.
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Zu den Abmessungen sei ferner erwähnt, dass die Höhe der Plattform 14 etwa 4 m beträgt und die des Katamaranpontons 12 5 m. Der Abstand zwischen Unterseite Plattform 14 und Oberseite Ponton 12 beträgt z. B. 14 m. Der Schwimmbetrieb ist in den 1 und 2 dargestellt. Man erkennt, dass die Höhe des Decks des Pontons 12 über den Meeresspiegel 2 m beträgt. Die Pfähle 16 sind durch geeignete, nicht gezeigte Verriegelungsmittel in ihrer Lage verriegelt. Jedem Schwimmkörper 30, 32 ist an den Enden jeweils ein Antrieb 27 zugeordnet.
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Während des Schwimmbetriebs ist auch möglich, die Pfähle 16 teilweise auszufahren. Hierbei dienen sie ähnlich einem Kiel oder einem Schwert bei Schiffen zur Stabilisierung bei starken Windbewegungen.
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Jeder Schwimmkörper 30, 32 des Pontons 12 weist mindestens eine Kammer auf (nicht gezeigt). Vorzugsweise sind mehrere Kammern oder Zellen vorgesehen. Diese ist/sind so ausgebildet, dass sie teilweise oder vollständig geflutet bzw. gelenzt werden kann/können. Hierzu sind geeignete Pumpen und Ventile vorgesehen, die jedoch nicht gezeigt sind. Desgleichen können die Pfähle 16 und die Säulen 22 schwimmfähig gemacht werden, indem sie ebenfalls Hohlräume aufweisen, die wahlweise teilweise oder ganz mit Wasser auffüllbar sind.
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In 9 ist der Pfahl 16a im unteren Bereich mit einer Öffnung 21 versehen, die von einem Ventil 23 verschlossen werden kann. Durch Öffnen des Ventils 23 kann bei mehr oder weniger abgesenktem Pfahl 16a Meerwasser einströmen und den als Rohr ausgebildeten Pfahl 16a in gewünschtem Maße fluten. Dadurch ändert sich der Auftrieb des Pfahls 16a. Durch das Fluten lässt sich zum Beispiel der Pfahl 16a leichter auf den Meeresgrund absenken. Umgekehrt erleichtert ein kräftiger Auftrieb das Anheben des Pfahls, indem das Wasser zuvor herausbefördert wird.
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In 5 und 6 befindet sich der Halbtaucher 10 an einer Position, an der er installiert werden soll. Die Pfähle 16 werden entriegelt, so dass sie über ihre Führungen 20 nach unten bewegt werden können bis in den Kontakt mit dem Meeresgrund 40. Zu diesem Zweck wird z. B. der Zahnstangenantrieb nach 9 in der oben beschriebenen Art und Weise betätigt. Sowohl im Stillstand als auch während des Vortriebs der Stützpfähle sind diese ständig formschlüssig mit der Plattform gekoppelt. Dadurch lässt sich die Relativbewegung von Stützpfählen und Plattform präzise steuern.
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Der Halbtaucher 10 hat während des Transports und dem Positionieren am Arbeitsort über die Pontonanordnung 12 zwar einen ausreichenden Auftrieb, die die erhebliche Last, die sich aus ihrem Gewicht des Halbtauchers, insbesondere der Plattform, ergibt, trägt. Wenn in dieser Lage des Halbtauchers die Stützpfähle 16 auf den Meeresboden abgesenkt werden, belasten sie den Boden nur mit dem eigenen Gewicht minus ihrem Auftrieb. Eine ausreichende Stabilisierung des Halbtauchers können sie hierbei nicht übernehmen. Um eine höhere Standlast herbeizuführen, ist daher vorgesehen, den Auftrieb des Katamarans zu reduzieren. Um eine gewünschte Standlast zu erzielen, wird die Pontonanordnung 12 ganz oder teilweise unter den Meeresspiegel abgesenkt, indem eine oder mehrere Kammern oder Zellen geflutet werden. Dies ist in 6 angedeutet, wo der Katamaran untergetaucht gezeigt ist. Dadurch wird der Auftrieb des Katamarans 12 signifikant verringert. Um diese Wirkung wieder zu reduzieren, wird der geflutete Katamaran mehr oder weniger stark gelenzt wird, bis die gewünschte Standlast erreicht ist. Bei diesem Vorgang sind Plattform und Stützpfähle fest gekoppelt. Da der Auftrieb der Last des Halbtauchers entgegengesetzt gerichtet ist, kompensiert er diese teilweise. Auf diese Weise ist es möglich, den Druck, mit dem die Pfähle 16 auf dem Meeresboden lasten, auf einen gewünschten Wert einzustellen. Der Katamaran 12 befindet sich hierbei z. B. 2 m unter den Meeresspiegel und ist daher Wind- und Wellenbewegungen nur noch minimal ausgesetzt. Die dadurch verursachten Querkräfte können von den Stützpfählen ohne weiteres aufgefangen werden.
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Es versteht sich, dass auf der Plattform beliebige Installationen eingerichtet und errichtet werden können, um Montagearbeiten durchführen zu können. Je nach Anzahl und Gewicht dieser Installationen ändert sich naturgemäß die Last, mit der sich die Füße am Meeresboden 40 abstützen. Durch die Einstellung des Auftriebs des Pontons 12 lässt sich in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des Meeresbodens 40 eine gewünschte Belastung einstellen. Diese braucht nur so groß zu sein, wie für eine ausreichende Standsicherheit gegenüber Horizontalkräften erforderlich. Damit wird vermieden, dass die Pfähle zu tief in den Meeresboden einsinken oder gar in unterschiedlicher Tiefe in den Boden eindringen, was eine Schieflage des Halbtauchers und/oder ein Verklemmen der Pfähle zur Folge haben kann.
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Es wurde bereits erwähnt, dass die Pfähle 16 bzw. 16a als Schwimmkörper variablen Auftriebs verwendet werden können, um die gewünschte Aufstandskraft der Hubinsel auf dem Meeresboden zu erzielen sowie auch ein Minimum an Verstellkräften zum Absenken oder Anheben der Pfähle. Zum Anheben ist es naturgemäß von Vorteil, wenn der Auftrieb der Pfähle möglichst groß ist. In 9 ist gezeigt, wie in den Pfahl 16a ein Rohr 27 von oben hineingeführt ist bis nahe zum unteren Ende. Das Rohr 27 ist mit einer Druckluftquelle 29 auf der Plattform 14 über ein Ventil 41 in Verbindung. Sind die Pfähle während des Stands des Halbtauchers 10 an einer gewünschten Position mit Wasser gefüllt, um eine gewünschte Aufstandslast am Meeresboden zu erzielen und sollen sie nach Beendigung aller Arbeiten angehoben werden, damit der Halbtaucher verlegt werden kann, wird zuvor über die Leitung 27 Druckluft von unten in den Pfahl 16 eingeleitet, sodass im Pfahl befindliches Wasser nach oben heraus befördert wird. Auf diese Weise erhält der Pfahl 16a einen erheblichen Auftrieb, der das Anheben des Pfahls 16a signifikant erleichtert.
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Der in den 10 bis 12 dargestellte Halbtaucher 10a gleicht dem nach den 1 und 2 bzw. 5 und 6. Daher sollen die bereits erwähnten Teile nicht näher erläutert werden. In 12 erkennt man bei 40 ein Rohr für die Führung der Stützpfähle, die im Querschnitt quadratisch ausgeführt sind. Man erkennt ferner auf der Plattform 14 eine Brücke 42 am hinteren Ende, während eine in der Größe variable Ausnehmung 15 sich am vorderen Ende befindet. Bei 44 ist ein Zahnstangenantrieb für die Stützpfähle 16 vorgesehen, etwa in der Form, wie in 9 schematisch angedeutet.
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Auf der Plattform 14 befindet sich eine Säule 46 für einen Kran 48 mit einem Ausleger 50. Man erkennt, dass durch den Ausleger insbesondere bei anhängender Last eine erhebliche Schieflast auf den Halbtaucher 10a wirkt. Dadurch kommt es zu einer erhöhten Standlast hier bezüglich der vorderen Stützpfähle, wodurch diese weiter in den Meeresboden einsinken können. Die hierbei verursachte Schieflage muss in jedem Falle vermieden werden. Mit Hilfe der Zahnstangenantriebe ist es möglich, die Horizontallage beizubehalten bzw. wieder herzustellen. Zu diesem Zweck kann auf der Plattform 14 eine Vorrichtung angeordnet sein, um die Neigung der Plattform zu ermitteln. Sobald die Neigung einen unerwünschten Wert einnimmt, erfolgt eine entsprechende Ansteuerung der Zahnstangenantriebe und damit der Stützpfähle, um die Horizontallage der Plattform aufrecht zu erhalten. Eine Schieflast kann im Übrigen auch durch eine Kraft- oder Druckmessung festgestellt werden, da bei einer Schieflast die Kraft, mit der der Antrieb an der Zahnstange angreift, unterschiedlich ist. Alternativ oder zusätzlich kann eine Kompensation bei einer Schieflast auch mit Hilfe von gefluteten bzw. gelenzten Ballasttanks erfolgen, wie das bei Kranschiffen an sich bekannt ist. Hierbei ist es naturgemäß zweckmäßig, wenn die Katamaranrümpfe 30, 32 in Längsrichtung in eine Mehrzahl von Zellen unterteilt sind, die einzeln flut- oder lenzbar ausgebildet sind.
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Schließlich ist auch denkbar, eine Stabilisation dadurch herbeizuführen, dass von einem Katamaranrumpf zum anderen Meerwasser befördert wird, um einer Neigungsveränderung entgegenzuwirken. Derartige Vorkehrungen sind bereits als sogenannte Tankstabilisatoren bei Schiffen bekannt.
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Der Halbtaucher 10b nach den 13 bis 15 entspricht weitgehend dem nach den 10 bis 12. Daher sollen seine Bestandteile nicht mehr im Einzelnen beschrieben werden. Die Besonderheit in der Ausführungsform nach den 13 bis 15 ist ein Bockkran 60, der auf der Plattform 14 angeordnet ist. Der Rahmen oder das Portal des Bockkrans 60 besteht aus zwei parallelen Gitterständern 62, 64 auf jeder Seite der Plattform 14, die miteinander verbunden sind. Die Ständer 62, 64 sind auf der Plattform 14 verfahrbar, beispielsweise auf Schienen. Die Fahrrichtung ist in Richtung der Ausnehmung 15b der Plattform bzw. von dieser fort, wie durch Doppelpfeil 70 angedeutet. An den inneren Ständern ist eine Hubtraverse 72 höhenverstellbar geführt, die ein nicht gezeigtes geeignetes Hebezeug aufweist, sowie eine Vertikalführung 71. So kann ein Rohr in aufrechter Stellung von dem Hebezeug an der Hubtraverse 72 gehalten und geführt werden. Die Hubtraverse kann in der Höhe verstellt werden, z. B. mittels Zahnstangenantrieben. Außerdem kann sie um seine Längsachse verdreht werden. In 13 ist der Bockkran 60 zweimal dargestellt mit unterschiedlichen Neigungen der Ständer 62, 64.
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Die Ständer 62, 64 sind auf der der Ausnehmung 15 gegenüberliegenden Seite durch schräge Stützen 76 abgefangen. Das obere Ende ist an den Ständern 62, 64 angelenkt, während das untere Ende entlang einer geeigneten Führung auf der Plattform 14 verfahrbar ist, wie durch Pfeil 70 angedeutet. Auf diese Weise lässt sich die Neigung der Ständer 62, 64 um ein gewisses Maß verstellen. Die Verstellung der unteren Enden der Stützen 76 erfolgt beispielsweise auf hydraulischem Wege.
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Es wurde bereits beschrieben, dass bei dem dargestellten Halbtaucher eine sichere Position an einem gewünschten Arbeitsort ermöglicht wird. Die Installation eines Bockkrans ermöglicht eine sichere und präzise Führung der aufgenommenen Teile, ohne dass Wind- und Welleneinwirkung die Handhabung der vom Bockkran aufgenommenen Teile beeinträchtigen.
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Falls bei Montage- und Demontagearbeiten erwünscht, kann die Neigung der Plattform 14 durch Verstellung der Pfähle 16 in Grenzen verändert werden. Dies ist in 14 durch gestrichelte Linien angedeutet. Z. B. kann eine Neigung von 2° zur einen Seite des Katamaranpontons 12a eingestellt werden.
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Schließlich sei bemerkt, dass der beschriebene Halbtaucher auch als Stützkonstruktion für mindestens eine Windenergieanlage verwendet werden kann. Zusätzlich lässt sich eine Anlage zur Energieumwandlung installieren, die von der Windenergieanlage versorgt wird, z. B. zur Herstellung von Wasserstoff.
