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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum maritimen Abbau von Feststoffen, insbesondere Mineralstoffen oder metallhaltigen Gesteinen, wie beispielsweise Manganknollen oder Mangankrusten, am Meeresgrund gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein entsprechendes Verfahren zum Abbauen von Feststoffen am Meeresgrund gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 11.
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Am Meeresgrund finden sich diverse Rohstoffe, deren Förderung, insbesondere aufgrund steigender Rohstoffpreise, lohnenswert geworden ist. Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Geräten zum Aufnehmen der Feststoffe vom Meeresgrund bekannt. Beispielsweise sind Schiffe mit aus dem Bergbau bekannten Baggereinrichtungen versehen, welche vom Schiff aus den Boden bearbeiten. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass lediglich der Meeresgrund in einer geringen Tiefe bearbeitet werden kann.
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Üblicherweise liegen bspw. Manganknollen jedoch in der Tiefsee, d. h. in Wassertiefen von 3.000 bis 6.000 m. Mangankrusten hingegen findet man vorwiegend auf unterseeischen Rücken und Bergen in Wassertiefen zwischen 800 und 2.400 m.
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DE 28 47 325 A1 zeigt eine Einrichtung mit der Feststoffe mittels einer Saugvorrichtung aufgenommen werden und mit einer großen Menge Seewasser nach oben gepumpt werden. Durch die großen Mengen an Seewasser und Sedimenten, welche zusammen mit den zu fördernden Feststoffen auf ein Förderschiff gepumpt werden, ist ein derartiges Abbauverfahren jedoch unwirtschaftlich.
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DE 29 50 922 A1 zeigt ein weiteres Verfahren sowie eine Einrichtung zum Manganknollenabbau am Meeresgrund. Das Gesamtsystem ist unterteilt in ein Überwasserteilsystem und ein Unterwasserteilsystem. Das Unterwasserteilsystem weist ein mobiles, steuerbares Fahrzeug auf zum Aufnehmen, Waschen und Zerkleinern der Manganknollen. Ferner weist das Unterwasserteilsystem einen Puffer zum Zwischenspeichern der gesammelten, zerkleinerten und von Sedimenten gelösten Manganknollen auf, welche von hier aus an die Wasseroberfläche befördert werden. Das Überwasserteilsystem weist ein Schiff auf, welches die Manganknollen aufnimmt und von wo aus die operative Kontrolle und Instandhaltung des Unterwasserteilsystems erfolgt. Zur Überwachung des Abbauvorgangs weist das Unterwasserteilsystem Kameras auf, mit denen eine Bedienperson auf dem Oberflächenschiff die Umgebung erfassen kann und das Abbaufahrzeug entsprechend steuern kann. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass aufgewühlter Sand oder Schlamm die Sicht erheblich behindern und eine großflächige Überwachung des Abbaugebietes mittels der an dem Abbaufahrzeug mitgeführten Kameras nicht möglich ist.
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Der Erfindung liegt nach alledem das Problem zugrunde, die Einrichtung und das Verfahren zum Abbauen von Feststoffen dahingehend zu verbessern, dass der Abbau von Feststoffen am Meeresgrund effizienter durchführbar ist.
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Die Erfindung löst dieses Problem durch die Merkmale einer Einrichtung zum Abbau von Feststoffen am Meeresgrund gemäß Anspruch 1 sowie eines entsprechenden Verfahrens zum Abbauen von Feststoffen mit den Merkmalen des Anspruchs 11.
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Dabei weist die erfindungsgemäße Einrichtung eine Oberflächenanlage, insbesondere ein Oberflächenschiff oder eine Oberflächenplattform, an der Wasseroberfläche auf. Ferner weist die erfindungsgemäße Einrichtung eine mobile Abbauanlage, insbesondere eine Absauganlage, eine Kehrmaschine oder ein Bohr- und Baggersystem, auf dem Meeresgrund auf, welche über Mittel zum Abbauen von Feststoffen, insbesondere Manganknollen oder Mangankrusten, verfügt.
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Unter Feststoffen werden jedwede Feststoffe verstanden, welche als Rohstoffe am Meeresgrund gefördert werden können. Darunter fallen neben den Mineralstoffen auch am Meeresgrund vorkommende Einschlussverbindungen, so genannte Gashydrate, welche im festen Zustand abbaubar sind und als Energiequelle genutzt werden können. Der Abbau derartiger Feststoffe erfolgt dabei innerhalb eines vorbestimmten Abbaugebietes am Meeresgrund. Dabei beschränkt sich der Abbau nicht nur auf auf dem Meeresgrund befindliche Feststoffe sondern ebenso auf Feststoffe, die unterhalb des Meeresgrundes, beispielsweise in tieferen Gesteinsschichen, liegen.
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Die Oberflächenanlage und die Abbauanlage sind über Befestigungseinrichtungen, Datenleitungen und/oder Förderleitungen miteinander verbunden, wodurch ein permanentes Nachführen der Oberflächenanlage notwendig ist. Um einen möglichst effizienten Abbau der Feststoffe zu ermöglichen, weist die Abbauanlage bevorzugt Mittel zum Waschen und/oder Zerkleinern der Feststoffe auf, so dass möglichst wenig unerwünschte Anteile vom Meeresgrund, wie beispielsweise Schlamm, Sand oder ähnliches, durch die Förderleitungen von der Abbauanlage zu der Oberflächenanlage transportiert werden.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung verfügt ferner über ein separates Erkundungsfahrzeug, welches Mittel zum Steuern der Abbauanlage und/oder Mittel zum Überwachen des Abbaugebietes und/oder des Abbauvorgangs aufweist. Unter Steuern wird die gerichtete Beeinflussung der Bewegung der Abbauanlage verstanden.
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Die Einrichtung hat somit den Vorteil, dass durch ein derartiges Erkundungsfahrzeug eine Kontrolle des Abbauvorgangs über das gesamte Abbaugebiet möglich ist, welche vorteilhaft jederzeit einen korrigierenden Eingriff in den Abbauvorgang erlaubt. Durch eine direkte Steuerung der Abbauanlage ist vorteilhaft eine Führung des gesamten Abbauvorgangs möglich, wodurch der Abbau von Feststoffen besonders effizient durchführbar ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Erkundungsfahrzeug ein unbemanntes Unterwasserfahrzeug, welches mittels einer Steuereinrichtung nach vorgebbaren Steuerinformationen steuerbar ist und wahlweise in einer autonomen Betriebsart oder einer ferngelenkten Betriebsart betreibbar ist. Durch die Ausgestaltung des Erkundungsfahrzeugs als unbemanntes Unterwasserfahrzeug wird vorteilhaft der Zugang zu Meeresregionen ermöglicht, die für den Menschen nicht direkt zugänglich sind, wie beispielsweise Tiefseeregionen.
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Dadurch, dass das unbemannte Unterwasserfahrzeug wahlweise in einer autonomen Betriebsart oder einer ferngelenkten Betriebsart steuerbar ist, können sowohl Unterwasseraufgaben mit großräumigem Aufklärungsbedarf als auch punktuelle Untersuchungen durch ein einzelnes unbemanntes Unterwasserfahrzeug durchgeführt werden. Die autonome Betriebsart ermöglicht vorteilhaft über die Steuerung der Abbauanlage auch einen autonomen Abbau von Feststoffen auf den Meeresgrund.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Erkundungsfahrzeug Mittel, insbesondere wenigstens eine Sonaranlage, zum Erheben von Oberflächendaten des Meeresgrunds auf. Das kann beispielsweise ein Seitensichtsonar oder ein Fächerlotsystem, evtl. unterstützt durch ein Videosystem, sein. Bevorzugt lässt sich anhand dieser Oberflächendaten eine detaillierte Relief- und Bodenkarte des Meeresgrundes und/oder ein dreidimensionales Modell der Umgebung erstellen, welches für den Abbau von Massivsulfiden oder Mangankrusten benötigt wird.
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Üblicherweise wird die Erfassung der Oberflächendaten des Meeresgrunds innerhalb eines Abbaugebietes von der Oberflächenanlage von der Wasseroberfläche aus vor Abbaubeginn durchgeführt. Die Erfassung der Oberflächendaten von einem separaten Erkundungsfahrzeug aus hat jedoch den Vorteil, dass eine derartige Untersuchung auch während des Abbaus möglich ist. So lassen sich vorteilhaft bereits während des Abbaus neue Abbaugebiete bestimmen und/oder der laufende Abbau überwachen.
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Ferner enthalten die Oberflächendaten bei einer Erfassung von der Wasseroberfläche aus im Bereich der Tiefsee eine zu geringe Auflösung. Ein Erkundungsfahrzeug als unbemanntes Unterwasserfahrzeug hingegen ermöglicht vorteilhaft eine qualitativ hochwertigere Erfassung von Oberflächendaten, da sich ein derartiges Erkundungsfahrzeug in geringer Höhe über den Meeresgrund bewegen kann.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weist zudem Mittel zur Klassifizierung des Meeresgrunds anhand der erhobenen Oberflächendaten auf. Für die Exploration eignen sich beispielsweise Mittel wie Bildanalyse oder Auswertung spezifischer Rückstrahlung der Echolotsysteme. Auch der Einsatz spezieller Neuroprozessoren für die Exploration ist denkbar. Anhand der Klassifizierung lässt sich vorteilhaft feststellen, ob sich ein Abbau in dem untersuchten Gebiet wirtschaftlich lohnt. Da ein Abbau von Feststoffen erst ab einer bestimmten Masse pro m2 als wirtschaftlich rentabel angesehen wird, ist es vorteilhaft zunächst die Menge an abbaufähigen Feststoffen auf dem Meeresgrund zu bestimmen.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weist zudem Mittel zur Festlegung von Positionsdaten und/oder Daten einer Fahrtroute der Abbauanlage anhand der erhobenen Oberflächendaten auf. Durch die Festlegung der Fahrtroute der Abbauanlage anhand der Oberflächendaten ist vorteilhaft ein effizienter Abbau von Feststoffen möglich, da nur an den Stellen auf dem Meeresgrund ein Abbau durchgeführt wird, an denen eine vorbestimmte Menge an abbaufähigen Feststoffen vorliegt und sich ein Abbau auch wirtschaftlich lohnt. Das Erkundungsfahrzeug ist somit vorteilhaft in der Lage mittels mitgeführter Sonare das Abbaugebiet zu überwachen und/oder neue lohnende Abbaugebiete zu finden.
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Wird die Fahrtroute auch während des Abbaus anhand von erhobenen Oberflächendaten des Meeresgrundes ermittelt, kann vorteilhaft eine Korrektur der Fahrtroute im laufenden Abbaubetrieb erfolgen, wodurch ebenfalls die Effizienz des Abbaus gesteigert wird.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Abbauanlage und das Erkundungsfahrzeug jeweils eine Andockvorrichtung auf, welche derart ausgestaltet ist, um ein Ankoppeln und ein Abkoppeln des Erkundungsfahrzeugs an der Abbauanlage Unterwasser zu ermöglichen. Bevorzugt erfolgt das An- bzw. Abkoppeln des Erkundungsfahrzeugs selbsttätig und ist auch während eines laufenden Abbauvorgangs möglich. Eine derartige Andockvorrichtung ermöglicht vorteilhaft eine direkte Steuerung bzw. Führung der Abbauanlage durch das Erkundungsfahrzeug.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung verfügt die Andockvorrichtung über Mittel zum Austausch von Daten und/oder zum Steuern der Abbauanlage. Dazu weist die Andockvorrichtung bevorzugt eine trennbare Datenübertragungsschnittstelle auf, um eine Signalverbindung zwischen dem Erkundungsfahrzeug und der Abbauanlage herzustellen. Eine derartige Andockvorrichtung, welche den Austausch von Daten zwischen dem Erkundungsfahrzeug und der Abbauanlage ermöglicht, bildet vorteilhaft ein autonom arbeitendes System, welches unabhängig von einem Oberflächenschiff oder einer Oberflächenplattform an der Wasseroberfläche den Abbau von Feststoffen am Meeresgrund durchführt.
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Ferner verfügt die erfindungsgemäße Andockvorrichtung über Mittel zum Empfangen von Energie. Das Erkundungsfahrzeug wird über die Andockvorrichtung von der Abbauanlage mit Energie versorgt bzw. wieder aufgeladen, wodurch sich vorteilhaft die Reichweite des Erkundungsfahrzeugs unter Wasser erhöht. Die Energieübertragung über eine derartige Energieübertragungsschnittstelle der Andockvorrichtung erfolgt beispielsweise galvanisch, d. h. über einen oder mehrere galvanische Kontakte. Die Energieübertragung kann jedoch auch kontaktlos erfolgen, insbesondere mittels Induktion. Dazu weist die Energieübertragungsschnittstelle induktiv arbeitende Energieübertragungsmittel auf.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Abbauanlage und/oder das Erkundungsfahrzeug ein Navigationssystem zum Erzeugen von Navigationsdaten aufweisen.
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Verfügt die Abbauanlage über ein eigenes Navigationssystem, kann diese vorteilhaft selbsttätig in vorbestimmten Zeitabständen ihre Standortposition an die Oberflächenanlage übergeben, so dass diese der Anbauanlage folgen kann.
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Verfügt das Erkundungsfahrzeug über ein eigenes Navigationssystem, kann dieses vorteilhaft autonom agieren.
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Die Navigationsdaten können beispielsweise über spezielle Terrain-Mapping-Verfahren zum Darstellen von Geländekonturen erhoben werden, indem zur Orientierung die vom Erkundungsfahrzeug ermittelten Oberflächendaten des Meeresgrundes mit einer mitgeführten Karte verglichen werden.
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Die Navigationsdaten können jedoch auch durch den Einsatz von Signalfeuern, die an vorbestimmten Positionen abgesetzt sind, erhoben werden. Dazu werden die Signalfeuer, auch Beacons genannt, abgesetzt, um ein bestimmtes Gebiet zu markieren.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die erfindungsgemäße Einrichtung Mittel zur Synchronisierung der Navigationsdaten der Abbauanlage mit den Navigationsdaten des Erkundungsfahrzeugs auf, und zwar für den Fall, dass sowohl die Abbauanlage als auch das Erkundungsfahrzeug über ein eigenes Navigationssystem verfügen. Eine Synchronisierung ermöglicht vorteilhaft eine genaue Zusammenarbeit der einzelnen Komponenten der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Abbau von Feststoffen am Meeresgrund, nämlich des Erkundungsfahrzeugs, der Abbauanlage und der Oberflächenanlage.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verfügt die Abbauanlage über einen eigenen Antrieb. Sie stellt somit vorteilhaft ein auf dem Meeresgrund fahrbares Fahrzeug oder ein über den Meeresgrund schwebendes Fahrzeug dar und ist in der Lage sich nach vorgebbaren bzw. ermittelten Positionsdaten und/oder Daten einer Fahrtroute entsprechend zu bewegen.
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Die Erfindung löst das o. g. Problem ferner mit einem Verfahren zum Abbauen von Feststoffen am Meeresgrund mittels einer Oberflächenanlage an der Wasseroberfläche und einer Abbauanlage auf dem Meeresgrund. Das erfindungsgemäße Verfahren weist zudem ein Erkundungsfahrzeug auf, welches die Abbauanlage steuert und/oder das Abbaugebiet überwacht. Die Durchführung von Exploration und Abbau der Feststoffe innerhalb eines Systems sorgt dafür, dass das erfindungsgemäße Verfahren besonders effektiv durchführbar ist. Ferner ermöglicht die Überwachung des Abbaugebietes bzw. des Abbauvorgangs bevorzugt einen zeitnahen Eingriff zur Korrektur des Abbauvorgangs.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das erfindungsgemäße Verfahren zum Überwachen des Abbaugebietes einen ersten Sensor an dem Erkundungsfahrzeug auf, welcher das noch nicht bearbeitete Abbaugebiet messtechnisch erfasst und einen zweiten Sensor an dem Erkundungsfahrzeug, welcher das bereits bearbeitete Abbaugebiet messtechnisch erfasst. Ein direkter Vergleich der von beiden Sensoren erhobenen Oberflächendaten liefert vorteilhaft Auskunft darüber, ob die Abbauanlage einen Bereich am Meeresgrund mehrfach bearbeitet hat bzw. ausgelassen hat und ermöglicht vorteilhaft einen effizienten Abbau, da sofort korrigierend Einfluss auf die Abbauanlage genommen werden kann, insbesondere durch eine Korrektur der Fahrtroute.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine neue Exploration eines nachfolgenden Abbaugebietes zum Ermitteln neuer Positionsdaten und/oder neuer Fahrtroutendaten für die Abbauanlage während eines laufenden Abbauvorgangs mittels des Erkundungsfahrzeugs durchgeführt. Das hat den Vorteil, dass ohne Zeitverlust der Abbau direkt von einem Abbaugebiet in einem nächsten Abbaugebiet vorgesetzt werden kann und eine vorausschauende Planung des Abbauvorgangs ermöglicht wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Oberflächenanlage indirekt von dem Erkundungsfahrzeug geführt, indem die Abbauanlage von dem Erkundungsfahrzeug geführt wird und aktuelle Positionsdaten der Abbauanlage an die Oberflächenanlage übermittelt werden.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus den anhand der Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zum Abbau von Manganknollen gemäß dem Stand der Technik,
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2 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zum Abbau von Mangankrusten gemäß dem Stand der Technik,
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3 ein Erkundungsfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und
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4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die in 1 und 2 dargestellten Einrichtungen zum Abbau von Feststoffen, insbesondere Mineralstoffen oder metallhaltigen Gesteinen, innerhalb eines Abbaugebiets weisen jeweils eine Oberflächenanlage 2 an der Wasseroberfläche 4 und eine Abbauanlage 6 auf dem Meeresgrund 8 auf. Die Oberflächenanlage 2 und die Abbauanlage 6 sind über einen Rohrstrang 10 miteinander verbunden.
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Der Rohrstrang 10 weist ein Fördersystem, insbesondere ein Lufthebesystem oder Pumpensystem, zum Transport der abgebauten Feststoffe durch die Wassersäule sowie Spezialkabel zur Energieversorgung, Datenübertragung und Fernsteuerung auf.
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Die Abbauanlage 6 gemäß 1 stellt ein Kollektorsystem zum Abbau von Manganknollen 12 dar. Bevorzugt handelt es sich bei der Abbauanlage 6 um ein Raupenfahrzeug mit eigenem Antrieb, welches über flexible Förderschläuche 14 zur Verbindung mit dem Rohrstrang 10 verfügt. Aber auch schwimmende Abbauanlagen 6, welche die Manganknollen 12 ohne Berührung des Meeresgrunds 8 abgreifen oder einsammeln sind denkbar.
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Die Abbauanlage 6 gemäß 2 zeigt beispielhaft den Abbau von Massivsulfiden oder Mangankrusten 16 mithilfe eines Ablösesystems, insbesondere eines Bohr- und Saugbaggersystems. Denkbar ist auch die Verwendung eines Cutterbaggers mit einem Fräskopf am Kopf einer Saugleitung.
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Bevorzugt handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Abbauanlage um ein System, welches beide Abbauverfahren gemäß 1 und 2 beherrscht und sowohl Manganknollen 12 einsammeln kann als auch massive Erze 16 aus dem Meeresgrund 8 herauslösen kann. Es verfügt über ein eigenes Antriebssystem und evtl. über ein eigenes Navigationssystem, welches vorteilhaft in der Lage ist, die aktuelle Position der Abbauanlage 6 zu bestimmen, um diese an die Oberflächenanlage 2 zu übergeben, damit diese der Abbauanlage 6 folgen kann.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung zum Abbau von Feststoffen am Meeresgrund 8 weist neben einer Oberflächenanlage 2 an der Wasseroberfläche 4 und einer Abbauanlage 6 am Meeresgrund 8, wie es der Stand der Technik vorsieht, zusätzlich ein Erkundungsfahrzeug 20 auf, welches über Mittel zum Steuern der Abbauanlage 6 und/oder Überwachen des Abbaugebietes verfügt.
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In dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Erkundungsfahrzeug 20 ein unbemanntes Unterwasserfahrzeug. Im Frontbereich verfügt das Erkundungsfahrzeug 20 über eine hochauflösende Kamera 22 und eigene Lichtquellen 24. Ferner verfügt das Erkundungsfahrzeug 20 über ein Voraussonar 26 zur Fernortung von Hindernissen, jeweils ein Seitensichtsonar 28 auf beiden Seiten des Erkundungsfahrzeugs 20 und evtl. ein Fächerlot, welches in 3 durch angedeutete, fächerartige Lotstrahlen 34 dargestellt ist. Ein Akustikmodem 30 und/oder ein VHF-Transponder 32 sowie weitere Datenübertragungssysteme, wie beispielsweise Funk und WLAN, dienen dazu die gewonnenen Informationen im aufgetauchten Zustand an die Oberflächenanlage 2 zu übermitteln. Ein eigenes Antriebssystem 36 mit einer Steuereinrichtung ermöglicht ein Manövrieren unter Wasser. Damit das Erkundungsfahrzeug 20 auch autonom agieren kann, verfügt das Erkundungsfahrzeug 20 über ein eigenes Navigationssystem.
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Des Weiteren weisen das erfindungsgemäße Erkundungsfahrzeug 20 sowie die erfindungsgemäße Abbauanlage 6 jeweils eine Andockvorrichtung 38 zur Ankopplung des Erkundungsfahrzeugs 20 an die Abbauanlage 6 auf. Die Andockvorrichtung 38 ist entweder an dem Erkundungsfahrzeug 20 bzw. an der Abbauanlage 6 befestigt oder aber Teil des Erkundungsfahrzeugs 20 bzw. Teil der Abbauanlage 6. Dabei dient die Ankopplung in erster Linie zum Datenaustausch und zur Stromversorgung. Dazu weist die Andockvorrichtung 38 eine Datenübertragungsschnittstelle und eine Energieübertragungsschnittstelle auf.
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Die Energieübertragungsschnittstelle stellt automatisch eine elektrische Verbindung zwischen der Andockvorrichtung 38 am Erkundungsfahrzeug 20 und der Andockvorrichtung an der Abbauanlage 6 her, wenn diese aneinander gekoppelt werden. Das Erkundungsfahrzeug 20 kann somit über die Andockvorrichtung 38 der Abbauanlage 6 mit elektrischer Energie versorgt werden, um beispielsweise die Batterien des Erkundungsfahrzeugs 20 wieder aufzuladen. Die Abbauanlage 6 ist dabei über die Spezialkabel im Rohrstrang 10 mit der Oberflächenanlage 2 elektrisch verbunden.
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Die Datenübertragungsschnittstelle stellt eine Signalverbindung bzw. Datenverbindung zwischen dem Erkundungsfahrzeug 20 und der Abbauanlage 6 her, wenn diese aneinander gekoppelt werden. Somit kann die Abbauanlage 6 direkt mit Explorationsdaten und damit zusammenhängend mit Daten über Fahrtroutenänderungen versorgt werden. Die Abbauanlage 6 ist über die Andockvorrichtung 38 von dem Erkundungsfahrzeug 20 steuerbar.
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Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine Datenübertragung über eine Datenübertragungsschnittstelle der Andockvorrichtung 38 beschränkt. Vielmehr sind jedwede Übertragungstechniken zur Datenübertragung zwischen dem Erkundungsfahrzeug 20 und der Abbauanlage 6 verwendbar, die sich für den Unterwasserbetrieb eignen.
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Die in 3 dargestellte Andockvorrichtung 38 des Erkundungsfahrzeugs 20 bildet den aktiven Teil eines Kopplungssystems. Die Abbauanlage 6 stellt den zugehörigen passiven Teil des Kopplungssystems, so dass die Ankopplung bzw. Abkopplung ähnlich wie Stecker und Steckdose wirken. Das Ankoppeln erfolgt dabei automatisch vorzugsweise rein mechanisch, zum Beispiel mittels eines Schnappverschlusses. Das Abkoppeln hingegen erfolgt mittels eines Lösemechanismus, indem die Arretierung zum Koppeln beispielsweise elektromagnetisch oder elektromotorisch in Erwiderung auf Steuerbefehle bzw. elektrische Signale gelöst wird.
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Die Erfindung ist jedoch nicht auf die in 3 dargestellte Ausgestaltung der Andockvorrichtung 38 beschränkt. Vielmehr sind jedwede Ausgestaltungen denkbar, die ein An- bzw. Abkoppeln des Erkundungsfahrzeugs 20 an die Abbauanlage 6 unter Wasser, insbesondere in der Tiefsee, ermöglichen.
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Um einen effektiven Abbau von Feststoffen zu erzielen, ist es notwendig den Abbau zu überwachen. Über die am Erkundungsfahrzeug 20 mitgeführten Sensoren und evtl. Kameras ist vorteilhaft eine Erfassung des gesamten Abbaugebietes zusammen mit der Erfassung des Erz- und Metallgehaltes und somit eine Erfassung von abbauwürdigen Zonen möglich. Anhand der messtechnisch erfassten Oberflächendaten des Meeresgrundes 8 ist eine entsprechende Klassifizierung möglich.
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Das Erkundungsfahrzeug 20 weist dazu entsprechende Mittel auf, beispielsweise Mittel zur Erfassung der Rückstreueigenschaften des Echolotsystems, um häufige, oft beträchtliche Schwankungen in der Belegungsdichte der Manganknollen festzuhalten und entsprechend Zonen im Abbaugebiet zu kennzeichnen, in denen ein Abbau wenig lohnend erscheint.
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Gleiches gilt für die Erfassung des Metallgehaltes der metallhaltigen Gesteine, wie beispielsweise der Mangankrusten. Die Messung der Krustendicke zur effektiven Bestimmung der abbaufähigen Menge erfolgt beispielsweise mittels Gammastrahlen oder Ultraschall.
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Ferner verfügt die erfindungsgemäße Einrichtung über Mittel zum Festlegen von Positionsdaten und/oder Daten einer Fahrtroute der Abbauanlage 6. Ein derartiges Mittel dient zur Planung des Abbauvorgangs. Anhand der ermittelten Oberflächendaten sowie der Daten der Klassifizierung lassen sich Positionsdaten ermitteln, die die Startposition der Abbauanlage 6 kennzeichnen.
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Ferner werden anhand der ermittelten Oberflächendaten und der Daten der Klassifizierung entsprechende Daten für die Fahrtroute der Abbauanlage 6 ermittelt, wodurch ein Abbau nur in den Zonen erfolgt, die abbaufähige Feststoffe in ausreichender Menge aufweisen, um besonders wirtschaftlich zu arbeiten.
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Nach der Erfassung der für den Abbau notwendigen Daten werden diese entweder über die Oberflächenanlage 2 an die Abbauanlage 6 übertragen, nachdem das Erkundungsfahrzeug 20 die Daten an die Oberflächenanlage 2 übergeben hat oder das Erkundungsfahrzeug 20 überträgt die für den Abbau notwendigen Daten direkt an die Abbauanlage 6. Die Übertragung kann dabei über die Andockvorrichtung 38 oder aber drahtlos erfolgen.
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Für einen besonders effektiven Abbau von Feststoffen am Meeresgrund 8 erfolgt bereits während des Abbauvorgangs innerhalb eines Abbaugebietes die Erfassung weiterer für den Abbau notweniger Explorationsdaten innerhalb eines weiteren potentiellen Abbaugebietes.
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4 zeigt ein Blockschaltbild zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Abbauen von Feststoffen am Meeresgrund 8. Zunächst erfolgt eine Exploration 40 mittels der am Erkundungsfahrzeug 20 mitgeführten Sensoren, insbesondere Seitensichtsonar 28 und/oder Fächerlot 29, und evtl. vorhandener Kamera 22. Anhand der mittels der Sensoren erhobenen Oberflächendaten des Meeresgrundes 8 erfolgt eine Klassifizierung, beispielsweise mittels Bildanalyse oder durch Messung des Rückstreuverhaltens der Echolotsignale zur Erfassung des Erz- und Metallgehaltes und somit zur Erfassung von abbauwürdigen Zonen auf dem Meeresgrund 8. Eine Klassifizierung des zu untersuchenden Gebietes ist ebenso durch eine Verwendung von Neuroprozessoren zur Realisierung künstlicher neuronaler Netzwerke denkbar. Die Exploration 40 dient ferner vorteilhaft dazu, eine Kartierung von Topographie und Oberflächenbeschaffenheit durchzuführen sowie eine Aussage über die Knollenbelegungsdichte oder Mangankrustendichte zu machen.
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Für den Abbau von Massivsulfiden oder Mangankrusten ist eine Erfassung der Oberfläche des Meeresgrundes 8 als dreidimensionales Modell notwendig. Dazu werden bevorzugt Fächerlotsignale zusammen mit Videosignalen zu einem entsprechenden 3D-Modell verarbeitet.
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Die Oberflächendaten des vermessenden Meeresgrundes 8 werden zusammen mit den Klassifizierungsergebnissen als Explorationsdaten 42 einem Modul 44 zur Planung des Abbauvorgangs übergeben. Zu den Explorationsdaten 42 zählen beispielsweise die Belegungsdichte, die Knollengröße, der Metallgehalt, die Bodenrelief- und Bodenbeschaffenheit, die Wassertiefe und ähnliches.
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Bevorzugt befindet sich ein derartiges Modul 44 für die Planung innerhalb des Erkundungsfahrzeugs 20. Es ist jedoch gleichwohl möglich, die Explorationsdaten 42 der Abbauanlage 6 oder der Oberflächenanlage 2 zu übergeben, wenn diese über ein entsprechendes Modul 44 für die Planung des Abbauvorgangs verfügen.
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Innerhalb des Moduls 44 werden dann die genauen Positionsdaten 46 für die Abbauanlage 6 ermittelt und entsprechend der Explorationsdaten 42 eine Fahrtroute 48 für die Abbauanlage 6 festgelegt.
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Ein nächster Verfahrensschritt zum Abbauen von Feststoffen beinhaltet ein Führen 50 bzw. Steuern 50 der Abbauanlage 6. Dabei kann das Führen 50 der Abbauanlage 6 vom Oberflächenschiff 2 aus erfolgen, nachdem dieses die Explorationsdaten 42 oder die Positionsdaten 46 und die Daten der Fahrtroute 48 von dem Erkundungsfahrzeug 20 erhalten hat.
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Bevorzugt erfolgt das Führen 50 der Abbauanlage 6 jedoch direkt vom Erkundungsfahrzeug 20 aus. Durch den Steuervorgang erfolgt eine gerichtete Beeinflussung der Bewegung der Abbauanlage 6. Die Positionsdaten 46 und die Daten der Fahrtroute 48 werden als für den Steuervorgang notwendige Informationen direkt der Abbauanlage 6 übergeben. Dazu werden die Daten 46, 48 drahtlos oder über die Datenübertragungsschnittstelle der Andockvorrichtung 38 übertragen.
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Aufgrund des eigenen Antriebs sowie des eigenen Navigationssystems ist die Abbauanlage 6 vorteilhaft in der Lage, entsprechend der Positionsdaten 46 ihre Position auf dem Meeresgrund 8 einzunehmen und den Abbauvorgang entlang der ermittelten Fahrtroute 48 durchzuführen. Zur korrekten Umsetzung ist jedoch eine Synchronisierung des Navigationssystems der Abbauanlage 6 mit dem Navigationssystem des Erkundungsfahrzeugs 20 notwendig.
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Erfolgt hingegen das Führen 50 der Abbauanlage 6 über die Andockvorrichtung 38, ist es möglich, das Navigationssystem des Erkundungsfahrzeugs 20 von der Abbauanlage 6 aus mitzunutzen. Das hat den Vorteil, dass keine Synchronisierung der Navigationssysteme notwendig ist.
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Wird die Abbauanlage 6 von dem Erkundungsfahrzeug 20 direkt geführt, werden die aktuellen Standortpositionsdaten der Abbauanlage 6 über die vorhandenen Datenleitungen im Rohrstrang 10 an die Oberflächenanlage 2 übergeben, damit diese der Abbauanlage 6 entsprechend der vorgegebenen Fahrtroute 48 folgen kann. Dadurch wird vorteilhaft nicht nur die Abbauanlage 6 von dem Erkundungsfahrzeug 20 gesteuert, sondern ebenso die Oberflächenanlage 2. Der Abbauvorgang wird vollständig autonom durchgeführt.
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In einem nächsten Verfahrensschritt entsprechend des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Abbau überprüft 52. Die Überprüfung 52 erfolgt in der Regel in vorbestimmten wiederkehrenden Zeitabschnitten. Handelt es sich um einen mobilen Abbau der Abbauanlage 6, beispielsweise mittels einer Abbausauganlage oder Kehrmaschine, folgt das Erkundungsfahrzeug 20 der Abbauanlage 6, um den Abbau zu überprüfen.
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Bevorzugt erfolgt das Überprüfen 52 mittels eines ersten Sensors und eines zweiten Sensors. Dies können beispielsweise jeweils eine Seite eines Seitensichtsonars 28 an dem Erkundungsfahrzeug 20 sein. Dabei bewegt sich das Erkundungsfahrzeug 20 derart, dass der erste Sensor, das noch nicht bearbeitete Abbaugebiet erfasst und der zweite Sensor das bereits abgearbeitete Abbaugebiet erfasst. Ein Vergleich der beiden anhand der Sensoren ermittelten Oberflächendaten des Meeresgrundes 8 gibt Aufschluss darüber, ob der Abbauvorgang planmäßig erfolgt ist. Für den Fall, dass von der Abbauanlage 6 Bereiche am Meeresgrund 8 doppelt bearbeitet werden und/oder ausgelassen werden, erfolgt eine Fahrtroutenoptimierung, welche durch einen Zweig 54 in dem Blockschaltbild in 4 dargestellt ist. Über die Fahrtroutenoptimierung 54 erhält die Abbauanlage 6 korrigierte Positions- 46 und Fahrtroutendaten 48, um ihren Abbau optimiert fortzusetzen.
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Handelt es sich hingegen um einen stationären Abbau, beispielsweise durch ein Baggersystem für den Abbau von Mangankrusten, wird zum Überprüfen 52 des Abbaus von dem Erkundungsfahrzeug 20 die ganze Umgebung erfasst. Bevorzugt erfolgt die Erfassung mittels Sonardaten, insbesondere Seitensichtsensor 28, Fächerlot 29 und Videodaten 22. Dazu werden die Video- und Sonardaten georeferenziert und in kleine Teileinheiten zerlegt. Anhand dieser Daten kann korrigierend in den Abbau eingegriffen werden, indem über den Zweig 54 des Blockschaltbildes in 4 korrigierte Positions- 46 und Abbaudaten 48 an die Abbauanlage 6 übergeben werden. Diese ist somit vorteilhaft in der Lage, den Abbau optimiert fortzusetzen.
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Neben der Überprüfung 52 des Abbauvorgangs führt das Erkundungsfahrzeug 20 ebenso neue Explorationen 56 zur Erschließung neuer Abbaugebiete in der näheren Umgebung durch. Somit lassen sich vorteilhaft neue, für den Abbau „lohnende” Stellen für den weiteren Abbau bereits während des Abbauvorgangs finden. Die neuen Explorationsdaten 58 werden ebenfalls dem Modul 44 für die Planung des Abbauvorgangs übergeben, welches daraus entsprechende Positionsdaten 46 sowie Fahrtroutendaten 48 für das nächste Abbaugebiet ermittelt.
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Sämtliche in der vorstehenden Beschreibung sowie in den Ansprüchen genannten Merkmale sind erfindungsgemäß sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander einsetzbar. Die Offenbarung der Erfindung ist daher nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt. Vielmehr sind alle Kombinationen von Einzelmerkmalen als offenbart zu betrachten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2847325 A1 [0004]
- DE 2950922 A1 [0005]
