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Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Mechanik und Messtechnik und ist mit besonderem Vorteil im Bereich der Ozeanografie anwendbar.
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Als Oberflächenschwimmkörper sind insbesondere allgemein Bojen und Tonnen bekannt, die an der Wasseroberflächen schwimmen und dabei am Grund, insbesondere am Meeresgrund oder am Grund eines anderen Gewässers, verankert sind. Solche Schwimmkörper dienen beispielsweise der Messwertaufnahme oder dem Signalisieren von Positionen oder allgemeiner der Kommunikation.
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Bei größeren Oberflächenschwimmkörpern, die an bestimmte Stellen eines Gewässers gebracht werden sollen, ergeben sich hohe Aufwände dadurch, dass üblicherweise Schiffe zum Transport notwendig sind und die Schwimmkörper mittels eines Krans zu Wasser gelassen werden. Hierbei ist insbesondere an Bojen oder Tonnen gedacht, die einige tausend Kilogramm wiegen, jedoch ist die Erfindung auf solche großen Schwimmkörper nicht beschränkt.
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Beim Verbringen der Oberflächenschwimmkörper an einen Zielort ist aus den genannten Gründen üblicherweise ruhiges Wetter notwendig, so dass die Wellenhöhe begrenzt ist. Damit wird der Transport erschwert, und es stehen nur begrenzte Zeiten zum Transport zur Verfügung.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 24 04 871 A1 ist beispielsweise eine Messboje bekannt, die teilweise mittels eines Fahrzeugs an den Einsatzort transportiert wird.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 2140 898 A1 ist eine Messboje mit besonderem Wetterschutz für die Messeinrichtungen bekannt.
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Aus der
DE 10 2014 113 292 B4 ist eine Messboje für den Betrieb an Windkraftanlagen bekannt, bei der der Auftriebskörper zur Stabilisierung der Position der Boje eine spezielle Form aufweist.
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Vor dem Hintergrund des Standes der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Oberflächenschwimmkörper sowie ein Verfahren zu seiner Inbetriebnahme so zu gestalten, dass der Transport zum Betriebsort sowie die Inbetriebnahme möglichst vereinfacht werden.
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Die Aufgabe, Transport und Inbetriebnahme eines solchen Schwimmkörpers zu erleichtern, wird gemäß der Erfindung durch einen Oberflächenschwimmkörper mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen des Oberflächenschwimmkörpers vor.
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Die Erfindung bezieht sich zudem auf ein Verfahren zur Inbetriebnahme eines derartigen Oberflächenschwimmkörpers.
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Die Erfindung bezieht sich demgemäß auf einen Oberflächenschwimmkörper, insbesondere in Form einer Boje oder Tonne, zum ortsfesten Betrieb in einem offenen Gewässer, mit einer Vorrichtung zum Verankern des Oberflächenschwimmkörpers am Grund.
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Die Aufgabe, Transport und Inbetriebnahme eines solchen Schwimmkörpers zu erleichtern, wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass im schwimmenden Zustand der Oberflächenschwimmkörper oder wenigstens ein Teil des Oberflächenschwimmkörpers zwischen einer ersten und einer zweiten Position relativ zur Wasseroberfläche bewegbar ist, wobei die erste Position einem Transportzustand des Oberflächenschwimmkörpers und die zweite Position einem Betriebszustand entspricht und wobei der Strömungswiderstand im Transportzustand geringer ist als im Betriebszustand.
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Der Oberflächenschwimmkörper kann durch die erfindungsgemäße Gestaltung einfach und in vielen Fällen auch energiesparend zu seinem Betriebsort gebracht werden, während er seine erste Position einnimmt. In dieser ersten Position weist der Schwimmkörper üblicherweise einen geringeren Strömungswiderstand auf, zumindest in einer Fahrtrichtung gesehen, als in der zweiten Position. Der Schwimmkörper kann in der ersten Position beispielsweise im weitesten Sinne die Form eines Schiffskörpers haben, der flach auf dem Wasser liegt, während in der zweiten Position der Schwimmkörper als Ganzes oder Teile des Schwimmkörpers so aufgerichtet sind, dass sie teilweise nach unten unter die Wasseroberfläche ragen und andererseits Teile nach oben von der Wasseroberfläche weg aufgerichtet sind. Beispielsweise können in der zweiten Position bewegbare Teile des Schwimmkörpers tiefer nach unten unter die Wasseroberfläche ragen als in der ersten Position, und andere Teile des Schwimmkörpers können in der zweiten Position weiter nach oben von der Wasseroberfläche weg in die Luft ragen als in der ersten Position des Schwimmkörpers. Dadurch ergibt sich einerseits eine Stabilisierung des Schwimmkörpers an der Wasseroberfläche und andererseits das Herausragen von Teilen des Schwimmkörpers aus dem Wasser, was beispielsweise die Anordnung von Messeinrichtungen und von Sende- und Empfangsantennen in günstiger Form ermöglicht, die möglichst weit nach oben aus dem Wasser herausragen sollen, um stabile Kommunikationsverbindungen zu ermöglichen.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Oberflächenschwimmkörpers kann zudem vorsehen, dass der Oberflächenschwimmkörper durch das Fluten oder Entleeren eines oder mehrerer Ballast-Tanks wenigstens teilweise zwischen der ersten und der zweiten Position bewegt werden kann. Zur Regelung der Schwimmhöher des Oberflächenschwimmkörpers können ohnehin Ballast-Tanks und Pumpen zum Füllen und Entleeren der Tanks vorgesehen sein, die dazu dienen können, durch Veränderung der Trimmung beim Leeren oder Füllen der Ballast-Tanks eine Bewegung zwischen der ersten und zweiten Position zu bewirken. Beispielsweise kann der schwerste Teil des Oberflächenschwimmkörpers, der im Betrieb, beispielsweise durch gefüllte Ballast-Tanks oder auch durch ein Kielgewicht, unter Wasser gehalten wird, durch leergepumpte Ballast-Tanks mit entsprechendem Auftrieb angehoben werden, um sich in die erste Position / Transportposition zu bewegen. Nach der Ankunft am Betriebsort können die Ballast-Tanks dann geflutet werden, so dass dieser Teil des Schwimmkörpers unter Wasser sinkt. Wenn der Schwimmkörper als ganzer bewegt wird, so kann gleichzeitig mit dem Sinken des schweren Teils unter Wasser ein gegenüberliegender Teil des Schwimmkörpers aus dem Wasser gehoben werden und dauerhaft im Betriebszustand aus dem Wasser herausragen. Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass der hydrodynamische Widerstand des Oberflächenschwimmkörpers während der Transportbewegung das Verbringen in die erste Position bewirkt oder unterstützt.
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Vorteilhaft kann zudem vorgesehen sein, dass der Oberflächenschwimmkörper durch die Verschiebung interner Gewichte wenigstens teilweise zwischen einer ersten und einer zweiten Position bewegt werden kann. Unter den internen Gewichten kann in diesem Zusammenhang ein zusätzliches festes Ballastgewicht innerhalb eines Hohlraums des Oberflächenschwimmkörpers verstanden werden, oder ein Gewicht, das durch ein vorhandenes Aggregat gebildet ist, wie beispielsweise mitgeführte Batterien, die der Energieversorgung dienen, oder ein Generator. Solche Gewichte können beispielsweise mittels eines hierfür vorgesehenen Antriebs bewegt werden, um das Bewegen des Oberflächenschwimmkörpers zwischen der ersten und der zweiten Position zu bewirken.
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Zudem kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass ein erster Teil des Oberflächenschwimmkörpers gegenüber einem zweiten Teil des Oberflächenschwimmkörpers zur Einnahme der ersten oder zweiten Position verdrehbar, verschwenkbar oder verschiebbar ist, wobei insbesondere ein Motorantrieb für die Relativbewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Teil des Oberflächenschwimmkörpers vorgesehen ist.
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Grundsätzlich ist es gemäß den oben gemachten Ausführungen denkbar, den gesamten Oberflächenschwimmkörper zu drehen, und zwar insbesondere um eine Achse, die im Wesentlichen parallel zur Wasseroberfläche verläuft. Es kann jedoch auch sinnvoll sein, dass Teile des Oberflächenschwimmkörpers in der ersten und zweiten Position jeweils dieselbe Lage einnehmen und andere Teile des Oberflächenschwimmkörpers gegenüber den lagestabilen Teilen verdreht, verschwenkt oder verschoben werden. Eine solche Bewegung kann ebenso wie das Drehen des gesamten Oberflächenschwimmkörpers durch eine Gewichtsverschiebung, beispielsweise im Rahmen der Füllung oder Entleerung von Ballast-Tanks, geschehen, jedoch ergibt sich bei dieser Konstellation die zusätzliche Möglichkeit, erste Teile des Schwimmkörpers gegenüber zweiten Teilen motorisch angetrieben zu drehen oder zu verschieben.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass der Schwimmkörper eine automatische Vorrichtung zum Ablassen und Aufholen eines Bodenankers aufweist. Eine solche automatische Vorrichtung ist grundsätzlich als automatische Ankerwinsch bekannt und kann beispielsweise als Chainjacking-System ausgebildet sein. Die automatische Vorrichtung kann vorteilhaft in dem Bereich des Oberflächenschwimmkörpers vorgesehen sein, der im Betriebszustand unterhalb der Wasseroberfläche liegt.
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Zudem kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Schwimmkörper einen Antrieb zur Fortbewegung an der Wasseroberfläche sowie insbesondere ein Navigationssystem aufweist. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht, dass der Oberflächenschwimmkörper selbständig zum Betriebsort fahren kann, so dass für die Inbetriebsetzung kein Schiff notwendig ist. Zur Fortbewegung kann beispielsweise ein Dieselantrieb vorgesehen sein. Der entsprechende Dieselmotor kann beispielsweise gleichzeitig zum Antrieb eines Generators dienen, der im Betriebszustand des Oberflächenschwimmkörpers regelmäßig Batterien auflädt. Zumindest kann jedoch für den Antrieb eines Dieselgenerators und den Fortbewegungsantrieb ein gemeinsamer Dieseltank vorgesehen sein. Alternativ kann auch ein elektrischer Antrieb für den Oberflächenschwimmkörper vorgesehen sein, der aus Batterien gespeist wird. Diese können dann anfangs geladen sein und später mittels eines Generators, einer Solaranlage oder eines Windrads mit einem entsprechenden Generator nachgeladen werden. Die entsprechenden Aggregate können dann eine Vorrichtung zur Versorgung von Aggregaten des Oberflächenschwimmkörpers mit elektrischer Energie bilden. Auch andere umweltfreundliche Energiequellen können zur Versorgung und/oder zur Aufladung von Batterien genutzt werden, wie beispielsweise die Wellenbewegung oder Temperaturunterschiede und Temperaturänderungen.
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Vorteilhaft kann zudem vorgesehen sein, dass der Oberflächenschwimmkörper eine oder mehrere Messeinrichtungen aufweist. Übliche Messeinrichtungen, die von an sich bekannten Messbojen getragen werden, sind dazu eingerichtet, ozeanografische Daten wie beispielsweise die Windstärke, die Wasserströmungsgeschwindigkeit, die Wassertemperatur, die Lufttemperatur und ähnliche Größen aufzunehmen. Der Oberflächenschwimmkörper kann zudem Kommunikationseinrichtungen aufweisen, die es erlauben, aufgenommene/erfasste Messgrößen zu senden, beispielsweise mittels einer Funkverbindung, beispielsweise einer Satellitenverbindung.
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Die Erfindung bezieht sich außer auf einen Oberflächenschwimmkörper der oben beschriebenen Art auch auf ein Verfahren zur Inbetriebnahme eines solchen Oberflächenschwimmkörpers, wobei vorgesehen ist, dass der Oberflächenschwimmkörper zunächst an seinen Einsatzort bewegt und danach dort wenigstens teilweise aus seiner Transportposition in seine Betriebsposition bewegt und darauf verankert wird.
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Zudem kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Oberflächenschwimmkörper nach der Verankerung durch die Regelung der Füllmenge eines oder mehrerer Ballasttanks in der vorgesehenen Höhe relativ zur Wasseroberfläche gehalten wird. Erst nach Niederbringen des Bodenankers und einer bestimmten, von der Wassertiefe abhängigen Länge der Ankerkette oder eines Ankerseils ist das Betriebsgewicht des Oberflächenschwimmkörpers erreicht, so dass in diesem Zustand zuverlässig die Schwimmhöhe reguliert werden kann. Die Regelung der Füllmenge des Ballast-Tanks kann zudem Gewichtsänderungen des Schwimmkörpers berücksichtigen, die beispielsweise durch den Verbrauch von Dieselkraftstoff entstehen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Figuren einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend beschrieben. Dabei zeigt
- 1 einen Oberflächenschwimmkörper im Wasser in der Transportposition,
- 2 den Oberflächenschwimmkörper aus 1 in der Betriebsposition,
- 3 schematisch eine Draufsicht auf einen Schwimmkörper in der Transportposition,
- 4 eine Seitenansicht auf den Schwimmkörper aus 3 in der Transportposition sowie
- 5 den Oberflächenschwimmkörper aus den 3 und 4 in der Betriebsposition.
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1 zeigt in einer Seitenansicht schematisch den Oberflächenschwimmkörper 1 in der Transportposition. Der Körper liegt flach auf dem Wasser, wobei die Wasseroberfläche schematisch eingezeichnet und mit 13 bezeichnet ist. Der Oberflächenschwimmkörper ist selbstfahrend ausgebildet und kann sich mittels eines Elektroantriebs 15 und eines Propellers 12 in 1 von rechts nach links bewegen, was durch den Pfeil 16 angedeutet ist, der die Fahrtrichtung anzeigt.
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Der Elektromotor 15 wird mit elektrischer Energie von einem Batteriepaket 5 versorgt, das mittels eines nicht dargestellten Generators oder eines Solarpanels wiederaufladbar ist. Das Batteriepaket 5 kann auch als Ausgleichsgewicht dienen, das in der Richtung des mit 17 bezeichneten Pfeils verschiebbar ist, um die Gewichtsverhältnisse in dem Oberflächenschwimmkörper zu ändern und eine Drehung in den Betriebszustand zu veranlassen. Eine solche Bewegung in den Betriebszustand ist alternativ auch durch das Entleeren des Ballast-Tanks 4 möglich, der an dem in 1 linken Teil des Oberflächenschwimmkörpers angeordnet ist, der sich nach Entleeren des Ballast-Tanks aus dem Wasser erhebt, so dass der in 2 dargestellte Betriebszustand eingenommen wird.
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Das Batteriepaket 5 versorgt außer dem Elektroantrieb 15 auch eine Verarbeitungseinheit 9 für Daten, die mit einer Kommunikations-/Sendeeinheit 10 verbunden ist. Die Verarbeitungseinheit 9 erhält Daten von Messwertaufnehmern 7, 8, die als Sensoren beispielsweise für Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Windstärke und ähnliche ozeanografisch interessante Größen ausgebildet sind. Von der Sendeeinrichtung 10 werden entsprechend verarbeitete Signale oder vorverarbeitete Signale zu der Antenne 11 geleitet und beispielsweise an einen Satelliten gesendet. In 2 ist die Antenne 11 im ausgefahrenen Zustand sendebereit dargestellt.
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In 2 am unteren Ende des Oberflächenschwimmkörpers unterhalb der Wasseroberfläche ist eine Ankervorrichtung 2 schematisch eingezeichnet, die eine Ankerwinsch beziehungsweise ein Chainjacking-System beinhalten kann und darüber eine Ankerkette ausbringt oder einholt. Am Ende der Ankerkette ist ein Ankerkörper oder Ankerstein befestigt, der am Grund des Gewässers, in dem sich der Oberflächenschwimmkörper befindet, abgelegt wird.
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Der in den 1 und 2 dargestellte Oberflächenschwimmkörper ist dreiteilig ausgebildet, wobei der in 2 oberste Teil des Körpers als Nutzvolumen ausgebildet ist und die Messsensoren sowie die Verarbeitungseinheit und eine Sende-/Empfangseinheit trägt, die aus dem Wasser über die Wasseroberfläche 13 ragen und oberhalb des Wassers Messwerte aufnehmen kann.
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Der zweite Teil des Oberflächenschwimmkörpers ist in 2 ganz unten dargestellt und enthält das Batteriepaket, die Ankereinrichtung 2 sowie einen Antrieb und den Propeller/Schiffsantrieb 12. Zwischen dem ersten und dem zweiten Teil ist ein dritter Teil des Oberflächenschwimmkörpers ausgebildet, der beispielsweise als strangförmiger, im Verhältnis zu den beiden erstgenannten Teilen schmalerer Körper ausgebildet ist, wobei die Trimmung des Oberflächenschwimmkörpers so gestaltet ist, dass der dritte Teil im Betriebszustand im Bereich der Wasseroberfläche 13 positioniert ist, so dass Bewegungen der Wasseroberfläche in Form von Wellen und unruhigem Wasser einen möglichst geringen Einfluss auf die Position und Bewegung des Oberflächenschwimmkörpers haben.
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Der Oberflächenschwimmkörper wird bezüglich seiner Positionierung relativ zur Wasseroberfläche 13 letztendlich durch Ablassen von Flüssigkeit aus dem Ballast-Tank 4 oder Hineinpumpen von Meerwasser in den Ballast-Tank geregelt, sobald der Oberflächenschwimmkörper am Grund verankert ist. In diesem Zustand hat sich das Gewicht des Oberflächenschwimmkörpers endgültig eingestellt, so dass die Höhe relativ zum Meeresspiegel entsprechend eingeregelt werden kann. Eine Rolle spielt dabei auch der hydrodynamische Auftrieb des unter Wasser befindlichen Teils des Oberflächenschwimmkörpers, der ebenfalls mit ausgeglichen werden soll. Zudem kann, wenn für den Oberflächenschwimmkörper ein Dieselantrieb oder ein Dieselaggregat zum Aufladen des Batteriepakets vorgesehen ist, der veränderliche Vorrat an Dieselkraftstoff mit ausgeglichen werden. In dem dargestellten Beispiel ist der Schwimmkörper in der Betriebsposition gegenüber der Transportposition um 90° gedreht. Er gegenüber der Transportposition auch um weniger als 90°, beispielsweise um einen Winkel zwischen 30° und 90°, insbesondere zwischen 45° und 90°, gedreht sein.
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In den 3, 4, 5 ist eine andere Ausprägung des Oberflächenschwimmkörpers 1a, 1b gezeigt als in den 1 und 2. Der Oberflächenschwimmkörper gemäß 3 besteht aus zwei Teilen 1a, 1b, die gegeneinander bezüglich einer Drehachse 1c verdrehbar sind. In dem Beispiel ist der innenliegende Teil 1a durch einen tonnenförmigen, an einem Ende abgerundeten Körper gebildet, der in einer fensterartigen Öffnung des zweiten Teils 1b gelagert ist. Der Strömungswiderstand des Oberflächenschwimmkörpers ist am besten in der Seitenansicht in 4 ersichtlich, in der auch die Fahrtrichtung 18 durch den Pfeil 18 bezeichnet ist.
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Zum Übergang in den Betriebszustand zwischen 4 und 5 kann der Teil 1a gegenüber dem Teil 1b beispielsweise motorisch bei einem Motorantrieb oder auch durch eine Gewichtsveränderung mittels eines Ballast-Tanks mit änderbarem Inhalt um 90° oder beispielsweise um einen Winkel zwischen 45° und 90° gedreht werden, so dass der innere Teil 1a die in 5 gezeigte senkrechte Position als Betriebsposition einnimmt. Die Messsensorik und die Verarbeitungseinrichtung, die Kommunikationseinrichtung sowie die Antenne können im ersten Teil 1a an dessen im Betriebszustand oberem Ende angeordnet sein. Das Batteriepaket kann beispielsweise im unteren Teil des ersten Teils 1a angeordnet sein. Der zweite Teil 1b kann beispielsweise die Ankereinrichtung 2' mit der Ankerkette 14 und dem Ankerstein 6 enthalten. Der zweite Teil 1b dient im Wesentlichen dem Transport des Oberflächenschwimmkörpers 1a, 1b sowie der Abstützung des ersten Teils 1a beim Übergang in die Betriebsposition und der Stabilisierung des ersten Teils 1a in der Betriebsposition.
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Zum Rücktransport des Oberflächenschwimmkörpers kann der erste Teil 1a wieder gegenüber dem zweiten Teil 1b zurückgeschwenkt werden, der Ankerstein 6 und die Ankerkette können mittels der Verankerungseinrichtung 2' eingeholt werden, und der Oberflächenschwimmkörper kann mittels eigenem Antrieb oder durch Schleppen zum Hafen zurückkehren.
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Durch die Erfindung wird das Verbringen des Oberflächenschwimmkörpers zum Betriebsort/Einsatzort erheblich erleichtert und insbesondere auch das selbständige Fahren ohne ein schleppendes Schiff ermöglicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2404871 A1 [0005]
- DE 2140898 A1 [0006]
- DE 102014113292 B4 [0007]
