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Baggerverfahren und zugehörige Vorrichtung Die Erfindung betrifft
Verfahren zum Ausbaggern von Seen, Flu ßläufen, Hafenbecken Lind dergl., bei welchen
Schwiiigungen arigewendet werden,: und die zugehörigen Vorrichturigen. Ls handelt
sich dabei um elastische Schwingungen in schwingungsfähigen Systemen, die Übertragung
von elastischen Schwingungen; Erscheinungen bei der Übertra-, gung von Schwingungen
von einem System auf ein: anderes,, Schwingungen im tragenden Schwimmkörper bei
Res;onanzfrequenz und die Einwirkung dteaer 3chwngungen auf die Bo-. denabagerungen
sowohl vor als auch nach dem Ablösen dieser Ablagerungsschicht vom Boden oder der
BQsohung des Gewässers. Hauptaufgabe der Zrfindurlg ist es, durch Antr
T
eiidu Tä` ;ss,er tes eiiduTä`; C17..?SE:Z' ein Vvrb#@`c Verfa,x.Lren zui.1 von Gewässern
und. die dazu erfordt-rliciiE@i-- Vorrichtungen zu schaffeil. jb'rfia-Ldul"1t--är,eT_iäß
wird ein Fuß, ein JcIlineider oder eine Spitze, dcx' Q12 Grund *deS @Tewässers CLuf
dem Boden aufliegt, in sc@@rlrlle, .elastische 3chtJ.@.#gulltei.L versetzt. in einer
bevorzugten Ausfidirtui;£sfornl sitzt der 1'u1? am irlde einer 33ag;er-hotlrleitui,
die selbst elastisch scrwaingt. Vorzugsweise wird die Bagger-h ohrleitung _nit derartiger
FrequerLZLs@`;,°ret, ds.ß in ihr eirie sttehende Zän -swelle der elastischen SchwiiwgLuigen
aufgebaat wird. Dadurch wird das 'vom Boden gelöste und auszubaggernde Eiaterial
im Hasser in Schwebung gehalten, und außerdem wird die Reibung dieser .FlufscülirrtrrLUng
bei ihrem Durch-`tritt durch das Rohr azi den honrwän:den vermindert. Durch die
behwingungeit, die durch äae Baggerrohe übertragen werden) wird der Fuß am Gewässergruuid
ebenfalls in Schwingungen versetzt. Von ihm geht Schwingungsenergie auf den Untergrund
über, wodurch eire Teil des Brdbodens abgelöst und der gelöste Teil mit Wasser aufgeschlämmt
wird oder bereits lose auf der Untergrund
liegendes I.Laterial mit
nasser vermischt -wird, @,rodurch es dani_ möglich wird, diese xufsahlämmi-i: durch
das Daggerrohr abzupumpen. @@ls wichtiges 1ierl@r.al der Erfindung wird im Baggerrohr
ein Kreisstrom der Flüssigkeit erzeugt, wodürcii das aufgeschlämmte 3rduate-rial
im Y,.oh!# nach oben befördert ;;ird. - Durch die z)chwngüngen wird das abgelöste
Erdmaterial mit dem lJasser sehr intensiv durchriischt. Die .
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unger_ treten sowohl in das Ua.ser als auch in das 3rdmaterial ein,
so daß beides _.ieft=° miteinander verquirlt =wird und ein Sciilaiiim. ci*ts-iielt,
der durch das Eaggerrohr abgezogen.werden hai..i,. Das 3rdua.teria.l bz°i.cit ulLtcr
D@.@i,,il:uri.4 .der sc:=e11en »ch:ringur@@;eii scxutell «useizxailder, was durch
die t:.reselieit vor: Uasser@ noch wir d, da da G u-s@ter _jruc?:welleii stehende
`ausser i ri @.`echsel der Sc'1 ii:Ulitetl ? YCt:fi :joden liiileiiii--G'preßt -wird,
sich da,-durch zwischen die einzelnen -Leileheii setzt und den Boden auseinanderbricht.
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;die bereits erwähnt, wird vom Fuß des Baggerrohres, der mit schnellen
Schwingungen schwingt, auf das Wasser Schwingungsenergie übertragen. Demzufolge
werden Erdteilchen, Ablagerungen oder neu losgebrochenes Erdmaterial aufgewühlt
und mit dem nasser intensiv vermischt iuid mit dem Flüssigkeitsstrom in der Bagger-Rohrleitung
fortgerissen. Der Ubergaug der Schwingungsenergie auf das Wasser hängt zum großen
leil mit der schwingungsmäßigen Ankopplung des Wassers an den Rohrfuß zusammen.
Die Druckwellen breite.. sich vom Rohrfuß im Wasser allseitig aus. Auch vom unteren
Abschnitt der Rohrleitung können Druckwellen ins Wasser abgestrahlt werden, vorzugsweise
dann, wenn durch das Rohr Biegeschwingungen übertragen werden. Die Schwingungsimpedanz
(Quotient aus Druckamplitude und Geschwindigkeitsamplitude in einem Medium) des
Wassers und die Ausbreitungsgeschwindigkeit im Wasser weichen -nicht zu weit von
den diesbezüglichen Werten des Fußes oder des Rohres ab, so daß die Übertragung
der Schwingungsenergie auf das Wasser gut vor sich geht. Die Druckwellen breiten
sich dann im Wasser aus und gehen auch auf den Boden.über. Hier ist es nun besonders
vorteilhaft, daß zwischen den Schwinguxigsimpedanzen
und den Ausbreitungsgeschwindigkeiten
im Wasser und im Erdboden ausreichender Unterschied besteht, so daß infolge der
Reflexionen und der Bewegungsunterschiede Beanspruchungen des Erdmaterials*auftreten,
so daß das Material leichtzerstörbar und im Wasser aufschwemmbar ist. Erie Verstärkung
der ""iirksamkeit ist dadurch möglich, daß die Schwingungen derart intensiviert
werden., - daß Kavitation auftritt; dies ist eine bevorzugte Verfahrensform, Die
beschriebenem Bedingungen können erreicht werden, indem entweder der Fuß ganz dicht
über dem Untergrund entlanggeführt oder gegen den Untergrund gedrückt wird. wird
der Fuß fest gegen den Untergrund gedrückt, so, geht ein großer feil der Schwingungsenergie
direkt auf den Boden über, so daß auch -ein Felsuntergrund schnell durch die Schwingungen
zerstört werden kann. Gleitare Merkmale und-Vorteile der Erfindung gehen -aus der
nun folgenden Beschreibung. von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung hexvor.-@.Es
zeigen:.
fit;. 1 ei,.Le Seitenansicht, teils im Schnitt, einer #Lusfüiiruti#sforni
der zrfiriäuxig; . fit;. G eine :Draufsicht nach der, Linie 2-2 in Fig. 1, teils
aufgeschnitten; r:ig. 3 einen äcnnitt nach 3-3 in li'i:-. -; fit. 4 die Se*L-ter-arLsicL-L
einer abgewandelten i,asf-s'ir.i.°url@;sform einer erfir@dungsgemäß en Vorrichtung;
>~'i6. > die Brausicht auf die linke Seite der il. .@'i.g. 4 dargestellten Vorri_ciitw:ig;
fiv. 6 eineu ichniz-t nach 6-6 in 2i:-;.4, und FiL. 7 einen Schnitt .:.ach 7-7 iil
q'i` . 5. Mit 10 i s-t in der Fig. 1 allgemein der O'chwimmkörper bezeichnet, der
auüem @"asser 11 sciiwiuuat wid für die Bag _ervorriclitung als Träger dient. Auf
der linken Seite des Wassers befindet sich eine Böschung: 12, die über die @r'asseroberflUehe
hinausragt, urici rechts vom Bagger ist in der Fi_ur eine -#ösciiung 13 unter der
';'assero'oerfläche t rkeiinbar. Die -Bösci:urieeri 12 und 13 begrenzen einen Kaiial,
der bis zu sei.lem Boden 15 ausgebaggert wurde. Der Schwimmer 10 karui auf bekannte
Ueise mit Antriebseinrichtuth;en und Steuervorrichtungen ausgestattet sein.
laut
dem Scü:aininier 10 erhebt sich eine Rahmelikonstruktion 16 über einem Grundralmien
17, welcri letzterer mit einem Kragarm 18 Biber den Seitenrand des bcüYJimmerS hinausragt
und durch den in einer Dur.chtrittsöffnung 19 das sen1_.crecht verlaufende Baggenrolir
20 hindurchtritt. 1":e,s Baggerrohr 20 besteht aus einem elastisc:leri Material,
vorzujswei.se aus Stahl. i@m seinem oberer. Ende ist eine Befestigungsplatte oder
ein Flansch 21 angebracht, auf dem ein Schwinguiijsgei.Ler, ator, der insgesamt
mit 22 bezviclin'et ist, stellt. über eine .Antriebswelle 24 ' wird der Jchwirigungsgenerator
22 von einem Verbre_niunLsir.otor 25 angetrieben, der auf der Ralumerkonstruiition
16 steht. Ir) seinem oberen Abschnitt ist das Baggerrohr 20 mit einer Ausflußöffnung
versehen, an die ein Entleerungsschlauch 26 ar.@@eschlossen ist-, der zu einer von
einem weiteren Verbreiinunsmotor 28 anretri_ebenen Hadialpumpe 27 fi:dirt. per eine
Bohrleitung 29 und daran anschließende Schläuche 30 entleert die Radi alpumpe auf
das Land hinter der Kanalböschung 12. SelbstverständlicL kann die Rohrleitung
30 auch iiz einen arideren Lastbahn hinein entleeren
oder
den Schlamm über eire Rohrleitung abf*hrei,.. Die -umpe 27 mit ihrem Antriebsmotor
28 stehen auf einer #2eilatäck 32 der Rahmenronatruktion 16, v,Tie dies aus der
"i@;.1 zu ersehen ist. ber Parallelführhebel 33 ist das Baggerrohr 20 an einen senkrechter-
UräL'er 34 der Rc-thneyikoi.,atru?--tion 16 aasgelenkt, so daß es stets iii seizsL-rec--iter
esitu@u:ehaltei= wird. .Am Rohr 20 ist der Kolben 36- eilfies Luftzyli,iders befestigt,
der eine Luftfeder 37 darstellt. Der zuLe.lörige vruckluftzylinder 38 ist auf dem
bereits erwälulten Kragarm 18 befestigt. Die u@iteie üyliiLderdcc.:@fläche 38a weist
eine Öffnung auf, durch die das Daggerroilr 20 hindurchtritt und mit Hilfe von Dichtungselementen
40 abgedichtet ist. Der Kolben ist mit einer Dichtung 41 gegenüber dem Zylinder
38 abgedichtet. iber eine Druckluftleitung 37a wird die üyliziderkaiiimer mit Druckluft
versorgt, so daß das gesamte Gewicht oder nur ein Teil des Gewichtes des Baggerrohres
und der daran befestigten 'eile abgefa.-igeii wird. Mit Hilfe der -üruckluftfeder
37 wird das Baggerrohr schwingungsmäßig gegenüber dem Schwimmerkörper
isoliert.
Das Rohr 20 trägt an seinem unieren Ende einen nach außen abstehenden Flansch 47,
der von zwei Innenflanschen 48 und 49 eines Umkleidungsrohres umschlossen wird.
Nahe seinem oberen Ende ist das Umkleidungsrohr 44 mit einem weiUeren Innenflansch
50 ausgestattet, der das Baggerrohr 20 lose umgibt und das Umkleidungsrohr zu diesem
konzentrisch hält. Ein Flansch 51 am oberen Rand des Umkleidungsrohres 44 umschließt
das Baggerrohr 20 dicht. Das Baggerrohr 20 wird von einem langen Venturi-Rohr 52
durchzogen, dessen untere Öffnung dicht oberhalb des Fußes 46 liegt und im Flansch
49 angeschweißt ist. Das obere finde des Venturi-Rohres 52 ist erheblich weiter
oben im Baggerrohr 20 an der Stelle 52a am Baggerrohr angeschweißt. Die !Antriebswelle
24 ist . iri Lagern 55 innerhalb eines Getriebegehäuses 60 geizalten und trägt ein
Zahnrad 61 innerhalb dieses Getriebegehäusee'. Die Welle 24 erstreckt siel. darin
auf der gegenüberliegenden Seite' des
Zahnrades und des Getriebegehäuses
weiter mit zwischengesetzten Kardangelenken 62 und 63 bis zu einer Generatoreinheit
22a, die die eine -hälfte des Schwingungsgenerators 22 darstellt. Das Zahnrad 61
ist im Getriebekasten 60 mit einem zweiten Zahnrad 64 L.--i 21,ein,##riff, welches
auf einer Kelle 66 sitzt, die, gleichfalls durch Kardangelehke 67 und 68 unterbrochen,
bis zu dem zweiten leilabsc.u-iitt 22b des icnwin`untsgcuerators 22 reicht. Die
Generatorteile 22a una 22b sind untereiaaader gleich, so daß die eingeilende bescnreibung
eiAes dieser deueratorteile ausreicht. Der Generator 22a weist ein Gehäuse 70 auf,
das aus einem Mittelblock 71 und zwei seitlichen Ahdeckkappen 72 und 73 besteht.
Außerdem sind zwischen den 1,Iittelblock 71 und die Kappe 73 rechteckig ausgebildete
Abstandstücke 74 eingefügt, wie des aus der Fig. 3 zu ersehen ist. Die Teile 71
und 74 werden durch Golzen 72a zusanuneng.ehalten. Der Hittelblock 71 ist von einer
Sohruxig 75 durchsetzt, die sich auch noch ein kurzes UM innerhalb der Abschlußkappe
72 und des Zwischenstückes 74 fortsetzt. In diese Bohrung 75 ist ein Umlaufbaluizylinder
76
aus gehärtetem Stahl. mit einer zylindriscieii Bahnbohreng 77 eingesetzt. Vorzugsweise
werden auf die beiden Lnden des Zyl@_nders 76 Distanzringe 78 aufgelegt. Der Zylinder
76 und die Distanzririge 78 bilden. so eine zylindrisehe Umlaufbahn für einen aus
gehärtetem Stahl bestehenden Unwuchtläufer 80, dessen Durchmesser etwas ist als
der Inneiidurcrimesser der Bohrung 77 und: der auf der Innenfläche der Bohrung 77
abrollen soll. Der Unwuchtläufer 80 ist mit einer zentralen Bohrung 81 in
seiner Achsrichtung durchsetzt, in der drehbar eine Achse 82 steckt, die im. Zentrum
eines'Zahnrades 84 vorspringt. Der Teilkreisdurchmesser des ziahnrades 84 entspricht
dem Durchmesser des Unwuchtläufers 80, und das Zahnrad 64 ist mit einem feststehenden
Innenzahnrad 86 in der Bohrung des Zwischenstückes 74 in Eingriff. Der Teilkreisdurcimesser
des Innenzahnrades 86 entstricht der Bohrung 77 d=ar Umlaufbahn. An das Zahnrad
84 ist wiederum ein mit Inxienverzahnung #39 versehener Becher i33 angeformt., in
den die Zähneeines Zahnrades 90 auf der Antriebswelle 24, die
drehbar
in der Nabe 92 der Abschlußkappe 73 koaxial mit der Bohrung 77 der Umlaufbahn gehalten
ist, eingreifen. Der Unwuchtläufer 80 wird mit dem entsprechenden Axialspiel zwischen
den Zwischenringen 78 gehalten. Beim Betrieb läuft der Läufer 80 auf der Oberfläche
der Bohrurig 77 ab und wird durch seine Zentrifugalkraft gegen die Oberfläche gedrückt.
Im Ruhezustand oder während des Anlaufens wird d,--r Läufer 80 gegen die Ober-Fläche
77 dadurch gedrückt, daß auf den Mitten der Zahnräder 84 und 90 konische Vorsprünge
94-und 95 abgeordnet sind, die aufeinander abrollen. Der Schwingungsgenerator arbeitet
nun wie folgt. Die r;elle 24 dreht das Zahnrad 90, das das Zahnrad 89, mit welchem
es auf einer Seite in Eingriff ist, in Drehung versetzt. Das Zahnrad 84, das mit
dem angetriebenen Zahnrad 89 ein Stück bildet, ist mit dem Innen= zahnrad 86 in
Eingriff und läuft, wenn es angetrieben wird, auf der Innenseite des Zahnrades 86
um. Dadurch muß auch der Schwerkraftläufer 80 auf der zylindrischen Oberfläche 77
der Umlaufbahn abrollen. blie bereits erwähnt, wird der Läufer 80 während*eeines
Umlaufs infolge
dar Zentrifugalkraft gegen die Fläche der Umlaufbahn
77 gedrückt, so daß zwischen diesen beiden Flächen kein Gleiten zu erwarten ist.
D,:r Unwuchtläufer 80 rollt auf der Innenseite der zylindrischen Tragfläche 77 mit
derselben Geschwindigkeit ab, wie das Zahnrad 84 in dem Innenzahnrad 8ö. Geringe
Durchmesseräbweichuxgen werden durch Verdrehen- des Läuferkörpers 80 auf der Achse
82 ausgeglichen. -Die Zentrifugalkraft des schweren, auf der Innenfläche der Umlaufbahn
76 umlaufenden Unwuchtläufers 80 wirkt mit einer in allen Richtungen radial wirkenden
Kraft auf-das Schwingungsgeneratorgehäuse 70 ein. Diese Kraft wird dann vom Gehäuse
70 auf die Plattform 21 am oberen Ende des Baggerrohres 20 weitergeleitet.
Da zwei- Generatoreinheiten 22a und 22b auf der Plattform 21-befestigtsind, wirken
auch zwei kreisende Kräfte auf diese-Plattform ein, und die auf die_Plattform wirkende,
resultierende Kraft hängt mit der Phasenlage dieser beiden Kräfte und damit der
umlaufenden Schwerkraftrotoren. ä0. derbeiden Generatoreinheiten zusammen. _ 13a
die .Iaitriebswellen 24 und 66 der beiden Generator.einheiten-über' Zahnräder so
gekoppelt sind, daß,sie in entgegengesetzter -
Hichtunumlaufen,
laufen auch die Jcraerliraftrotoren in enigeöengesetzter hichtung um, wie dies durch
die Pfeile in der FiÜ. 5 angedeutet ist. Außerdem karir, die Phasenlage der Unmuchtläufer
80 so gewählt wrder, dai sich die Läufer in senkrechter hichtung gemeinsam,
in waagerechter Richtung jedoch entgegengesetzt zueinander bewegen. So heben sich
die Seitenkräfte der ächwerkraftläufer 80 gegenseitig auf, die Längskräfte in vertikaler
Uiehtung jedoch addieren sich. folglich wird eine in senkrechter Richtung wirksame
Wechselkraft voh den beiden Generatoreinheiten 22a und 22b auf die flattlorm 21
und damit auf das obere Ande des -Baggerrohres 20 Ubertragen, wie dies iu der Fig.
3 mit dem Doppelpfeil f angedeutet ist. Der ichwingungsgeuerator 22 wird vou dem
Antriebsmotor 25 mit derartiüer Drehz;nl arkgetriebeii, daß -die Frequenz der hängsschwin5ungakraft
im Baggerrohr 20 eine stehende Gelle der elastischen sehwingungen erzeugt, wie'
dies gerade dargelegt wurde. Der Generator L2 erzeugt im Rohr 20 eine stehende Halbwellea-Schwin;eng,
wenn die Generatorfrequenz gleich Sf ?L gewählt wird, wobei S die Ausbreitungegeschwindigkeit
der Zug- und Druckwellen im
Rohrleitungsmaterial und Z die r°-ellenlänge
ist. Das ..rbeiten mit einer halbwellen-Schwingung ist die bevorzugte lirj.weridungsform,
wenngleich es auch möglich ist,: Oberwellen dieser Grundwelle zu verwenden. Bei
Einer derartigen Halbwellen-Schwingung
sich das Rohr 20 elastisch zusammen und streckt sich wieder. Der Mittelabsch_Qitt
des Rohres steht dabei nahezu still, so daß hier ein Schwingmigshnoten besteht.
Das obere und das untere 12nde- des Baggerrohres schwingen mit erheblichem hub hi_1
utid her, da an diesen Stellen Schwingungsbäuche der Geschwindigkeit auftreten.
Eine diagrammartige Darstellung der Scnwingurng einer allerdings ahgewazidelten
Form drr Erfindung ist in der zig. 4 bei W Tür eine Vollwellen-öehwingung dargestellt.
Die Gehäuse der Schwingung generatoreinheiten 22a und 22b schwingen in senkrechter
Rinlitung im-oberen Geschwindigkeitsbauch. Über die dellen 24 und 66 kann die ächwingung
nicht bis zum Getriebegehäuse 60-vordringen, da die Wellen mit Kardangelenkeri ausgestattet
sind.
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Gelegentlich ist es von Vorteil, wenn das Baggerrohr etwas seitwärts
schwingt. Das kann bei der Erfindung dadurch erreicht werden, daß entweder eine
der Generatoreinheften
22a oder 22b fortgelassen wird oder daß
einer der Unwuchtläufer 80 schwerer ausgeführt wird als der andere. Es ist aber
auch möglich, die gegenseitige-Phasenlage der Unwuchtläufer 80 geringfügig zu ändern,
um eine Seitenkraft zu erhalten. Die Schwingungen im Baggerrohr haben dann zu der
Längskomponente noch eine Biegekomponente. Es ist auch möglich, eine stehende Längswelle
entweder für eine Längsschwingung oder für eine Biegeschwingung zu erzeugen. Mit
Hilfe der Biegeschwingung werden starke Schwingungskräfte auf das Wasser übertragen.
Im Bereich des unteren Geschwindigkeitsbauches befindet sich am Baggerrohr 20 der
Fuß 46. Im allgemeinen ist die Schwingungsart, die gewählt wird, die Längsschwingung,
so daß sich der Fuß 46 in senkrechter Richtung hin- und herbewegt. Die Schwingung
kann durchgeführt werden, wenn der Fuß $6 auf dem Boden aufliegt, wie dies in der
Figur dargestellt ist, oder wenn er sich ein kurzes Stück über dem Boden befindet,
obgleich es im allgemeinen so ist, daß der Fuß am Boden aufgesetzt wird. Der Schwingung
in senkrechter Richtung wird dem Fuß 46 bevorzugt eine langsame Drehschwingung um
eine senkrechte-Achse überlagert. Das kann mit Hilfe einer Schubstange 96 geschehen,
die
an einem von der Seite des Umhüllu:ligsrohre 44 vors2ringenden Zapfen 97 angreift
und auf der arideren Seite -von einem Exzenter 99,: den sie mit einer Buchse 98
umgreift, -von einem kleinen. Antriebsmotor B angetrieben wird. Zier in der Abbildung
dargestellte nlzß ist an seir;.cr Ul_,erseite mIt Zähnen t;-6 aus#stattet. Der "Ausschlag
des .@l:zpnter»@; @:#ird so groläevrchlt, daß die Z:ihne6 aud--r ObE:rlwcne ues
Untergrundes hin-- Lüid herstreichen. 13c:v ri!LssCI'llat"Jll`te Wenilstells soBL-1119
wie der.
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tLb#i Ü.`-.L11CL Gii@iil:Ilr=fi @ir:8.1 ü=l.Xlli£.'i1a
| her 'ulä' jib von einem iiLifjex'erl .D'tlgen mit melz- |
| ta-;reri :nippen =16c i.Liid Rillen z@@d -;eb-i_ Lclet.. e:@e
iiillen |
| cU-i-i Rippen traben z.@;@ e-Ler.e i ALi@i,@abc:n,urid zWar
e.i@s: teris so.1- |
| lerl sie bei iu der i2iscmung |
| Losbrecl-ientirlcl zrve-- . |
| oLe E:-ine :-f'1.S- |
| ci-'.r'a sf'i-L-Li ;a1 vo-#,otelieerl ii. '.c i en (1E-'::)
:.t.'il eri3 wL-t'i@°3rl = |
| ;;cssex, jibert!'agen ;: irda Lr,."t'°@ I,E;c: cler'
fcl@.@a@;:; tel.l.urL # cli @@@@-t, |
| ?L:üclieii in ;;ezu#; auf (las serikrechtQ er.ho1.l.e. Wirzi
e%). ,e 1 1 1--111 -51- |
:ixlergie hauptsächlich schräg nach außen vom r'uß 46 abgestrahlt.
:Die nach außen vorstehenden Flächen und die unteren, Flächen der %änne des Yußes
stellen scht.@riy@gurl@-mäßige des Rohres mit dem tul`eben:ien Wasser dar, über
die ächwirlgungsenergie abgestrahlt wird, ob sich nur. der :@'uß in Beriihru_lö
mit Gier Bodenfläcile 15 befindet o:d@-.-z' YLicat. Be Litt i3a`:;ex'LL _1.: Lx@at
wird c,;---r aß 4ö i:" -111
| C':;VLLILC! _ 1 Cxr.'tiC:B[ L , . =L: _t (11L
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| L#E'YJ. .Leät `et;El-L Ci:- :# #-LW
: 1 |
| üe.Ll. i1:lC, 1i::11 t:r>_:@. LL _@es d@.:Lc. 1ü.:, Lxs a |
| x'onres 4-r, V() 1.1 |
| @LL-tE:r'tt@rc11iC1 Ei ;'.11J.11 D@YiJ tx--'s-:'LUli
L |
| oLlez' GLLL0r l e3.t.LL i@:. L a ae1.L7e11 i :1:t11
=Lbür @LLLCzi ;a@@l@ cl i L |
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-i..:11:.- ,.---:3 -. C.a @afLE'CL |
| .- |
| L;:@iiJ.a-:i..V'.:1'@@ |
.nri 'Derartige ücr;esar#te er vorricntungen =f?'Ggrahmen höhenverstellbar
sollen hier nicht gema.ent beschrie- werben werden, da sie jedem Iachmann geläufig
sind. Selbstverständlich kören auch beire, Einsatz Baggerrohre verschiedener Länge
verF,,jendet werden, die in der Vorrichtung gegeneinander austauscMoar sind, j e
nachdem, wie tief das Gewässer ausgebaggert werde-_z soll. Mit derartigen äi 1f
smi ttel_i wird also zunächst das Rohr in die Nähe des Bodens 15 gebracht, normalerweise
wird es auf den Boden fest aufgestützt. Der Luftdruck in der vruckluftfeder 37 erird
im allgemeinen so gewählt, daß ein Teil des Rolirgea7,iichtes von ihr übernommen
wird und damit der Fuß am Roürende mit einem bestimmten Gewicht-am Boden aufliegt:
Das Rohr 20 %%:ird also zum Teil von der eingesciilo -;senen Duft der huftfeder-
getragen, so daß damit die Blattform gegenüber den Schwingungen des -Baggerrohres
abgeschirmt ist. Durci Antrieb des -acllwingungsbeterators _22 wird darin in dem
Baggerrohr 20 eine stehende hängswelle erzeugt,-durch welche der Fuß 46 gegen den
Boden 15 geschlagen wird. Das bringt verschiedene Vorteile mit sich.
Zunächst
werden vom Schuh des Baggerrohres auf den Boden Schwingungen übertragen, deren Schwingungsamplitude
etwa denen des Baggerrohr-Schuhes gleich sind. Das Materialdes Untergrundes bricht
infolge der Schwingungen schnell auseinander. Das Auseinanderbrechen wird durch
die Anwesenheit von Wasser noch beschleunigt, da sich auch im Wasser selbst Druckwellen
fortpflanzen und das Wasser dadurch in den Untergrund zwischen die einzelnen Bodenteilchen
eindringt. Das Zerbrechen des Bodens infolge seiner Ermüdung geht schneller vonstatten,
wenn der Schuh fest gegen den Untergrund gedrückt wird, so daß, wenn es Aufgabe
ist, festen Untergrund abzulösen, das Rohr mit seinem Schuh gegen den Boden gepreßt
wird. Außerdem wird infolge der schnellen Schwingungen das losgelöste Erdmaterial
mit dem Wasser aufgeschlämmt, was natürlich auch für das bereits lose liegende,
abgelagerte Material gilt, so daß der damit gebildete Schlammur leicht durch das
Baggerrohr abgezogen werden kann. Das Auflösen und Aufschlämmen wird dadurch erheblich
wirkungsvoller, daß Schwingungsenergie in das Wasser um den Fuß herum und in den
bereits gelösten Boden übertragen wird. Das -Abstrahlen von Schwingungsenergie erfolgt
an abwärts geneigten und schrägliegenden Flächen am Fuß, wie etwa den
| abwärts und auswärts- gerichteter. Ringflächen -der Bälgen- |
| fläche 46e oder der schrägen Zahnbegrenz.ungaflächen 46ä; |
| und. 46b. Das Abstrahlen erfolgt selbstveratändlich ohne |
| Rilcksicht. darauf',.. ob der P aß auf dem. Boden aufliegt- |
| oder nicht.. Eine beznridere Anwendung des Verfehreng_ ie:t: |
| darin zu sehen " daß de=r Schuh mit. geringer. Entfernung |
| über den Boden eritlanggefUrt wird und das Lösen des |
| aufztnehmeriden. Ilateraia und: das Aufschlämmen mit Waeeee |
| nur infolge der .Abstrahlung: von Schw.rigungaenerge an |
| clas: Vasaer erfolgt" aa daß de>r 3chladurch dara Rohr- |
| wird; da= an gefhget t = däa- Boa ggegebr- |
| a<lel. zocerx ceeeasre-rfl ITadrh wIrct |
| ein, erheblicher Pell. VOcwringgsexerg ee gle |
| Mit lfaaser auescnl@`at Wird,fi eder S@h:rf0',:ß |
| schreitet,. |
| tt,-te tR'ber-trag=g der, a-
i'm3 2VHRh aber |
| n auf .die a-rdr,=& a600en =tt*rde. zu |
halten und von da auf das den Schuh umgebende Wasser, ist es erforderlich,
den. Impedanzen der einzelnen iei-Le eine gewisse Betrachtung zukommen zu, lassen.-
Die Schwingungsimpedanz ist der Quotient aus der Traft, die die Schwingung erzeugt,
zum Schwirgungswegy und es ist vor allem von Bedeutung, daß die Generatoreinrichtuxg
eine Impedanz aufweist, dien in, der- Größenordnung. der Impedanz des Baggerrohres.
20 an. der Verbindungsstelle mit dem Generetor ist.. Bs ist leicht zu ve=rstehen:,
daßein Stahlrohr. wie das des Baggerrohres 20, ein-en große Impedanzwert hat, da
eine große Traft in seiner
Längs-
richtung erforderlich ist,- um es ggeringfÜgig
zusammenzudrücken. Es wird also- verlangt, daL- die Generätoreinheit einen, vergleichbar
hohen Impedanzwert aufweinte damit die vom Generator auf dae Rohr sehrwirkungsvoll
Übertragen wird. Bin. Schwngagerisrator, wie er hier beschrieben wurde- ist. dazu
heeonders gecig-Bete denn er enthält eine große lasse,: die zwar nur um: einen kleinen
Weg, jedaeh mit grcger Art bewegt- wird. . -Kurz gesagty- ist de Pdrderung, da3
die Impedanzwerte des Generators und dse Baggerrehrea ihrer Verhn'dungsfstelle einander
angept einfit mit; dem. sie Bei sgiolgefUhrten. Generator zufriedenstellend erfl.
Zum
zweiten ist'es auch von Bedeutung, daß die Ausgangsimpedanz des Schwingungssystems
an dem Punkt, an dem es mit dem Erdböden in Berührung ist, etwa den Impedanzwert
des zu erschütternden Erdbodens aufweist. Die Ausgangsimpedanz des Schuhes am unteren
Ende des Baggerrohres ist einem steinigen Untergrund angepaßt, so daß auf diesen
der beste Energieübergang stattfindet. Die Ausgangsimpedanz des Schuhes ist jedoch
um einiges größer als diejenige von Wasser, an welches der Schuh schwingungsmäßig
gekoppelt ist; der Unterschied ist jedoch nicht so groß, daß auf das Wasser keine
Schwingungsenergie abgestrahlt werden würde. Es geht folglich auch in die direkte
Umgebung des@ächuhes Schwingungsenergie über, und dadurch wird sehr wirkungsvoll
das Ablösen, Vermischen und Fortschwemmen des gelösten Erdbodens über dem felsigen
Untergrund
15 unterstützt. Schließlich. werden die Druckwellen; die vom Schuh
in das Wasser übergehen., auch noch auf den Untergrund übertragen.Zwischen den Schwingungsimpedanzen
und den Ausbreitungsgeschwindigkeiten der Druckwellen im Wasser und im Erduntergrund
besteht' ein ausreidhender, ._
Unterschied, so daB Reflexionen,
unterschiedliche Bewegungen und Dehnungen im Erdboden auftreten, und zwar besonders
an der Trennfläche zwischen dem Wasser und dem Boden. Dadurch werden besonders günstige
Voraussetzungen für das Ablösen des Bodens und das Aufschlämmen im Wasser geschaffen.
Wenn es erforderlich ist, können die Schwingungen derart verstärkt werden, daB Kavitation
auftritt, wodurch das Ablösen des Bodens und Vermischen noch wirkungsvoller vor
sich geht. Mit Hilfe der Erfindung wird ein Schlamm erzeugt, der im Rohr nach oben
gepumpt werden kann. Er wird mit Hilfe einer Radialpumpe 27 abgepumpt, wie dies
bereits beschrieben wurde. Um die Strömungsgeschwindigkeit zu erhöhen, wird ein'Venturi-Rohr
52 verwendet, wodurch es leichter möglich ist, das Material in Aufschlämmung zu
erhalten. .Bei der Erfindung werden also schnelle bchwin-: gungen dazu verwendet,
Erdmaterial im Wasser aufzuschlämmen und den Schlamm dann durch ein Baggerrohr abzusaugen.
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Das Venturi-Rohr 52, das meist verwendet wird aber auch fortgelassen
werden kann., dehnt und streckt sich zugleich mit dem Baggerrohr 20, an welches
es oben
und unten angeschweißt ist. Es .i st also mit dem Baggerroter
zu einem Teil vereinigt und schwingt auch mit ihm zusammen. Die Bewegung der Innenfläche
des Rohres ist außerdem nützlich, da dadurch die Reibung des Schlamms an der Rohrinnenwand
vermindert wird, Der Reibungswiderstand des Schlamms an der-Innenseite des Rohres
ist im allgemeinen ganz erheblich, wird aber bei Anwendung der Erfindung infolge
der Schwingungen vernachlässigbar klein. Das Ausbaggern wurde bisher so betrachtet,
als diene es nur dazu, Boden vom Grund des Beckens abzulösent aufzuschlämmen und
abzupumpen. Es wurde auch erwähnt, daß der Schuh :etwas oberhalb des Hodens
15 entlanggeführt werden kann, wodurch das auf dem Böden lose liegende IZaterial
mit Wasser vermischt und diese. Aufschlämmung abgepumpt werden kann. Das: Verfahren
kann aber auch, wie bereits einmal angedeutet-, dazu verwendet werden, eine Böschung
13 seitlich abzuarbeiten, wozu sich besonders die Rippen 46c am Schuh eignen, die
an. der Böschung 13 entlanggeführt werden.
Im folgenden
wird auf die Fig. 4 bis 7 Bezug genommen, die eine abgewandelte Ausführungsform
der Erfindung darstellen, mit deren Hilfe z. B. goldhaltiger Sand vom Grund eines
Flusses aufgenommen werden kann, obgleich die Erfindung auf diese spezielle Verwendungsform
nicht begrenzt ist. Die Vorrichtung ist mit einem verhältnismäl1g kleinen Schwimmerkörper
190 ausgestattet, der anstelle des vorher genannten Kahns tritt.. Der .Schwimmer
schwimmt über dem Flußboden 192 auf dem Wasser 191. Der Flußbettboden 192 ist der
harte Feldgrund, der mit einer mehr oder weniger leicht zu durchdringenden Auflageschicht
193 bedeckt ist. Die Erfindung gibt nun die Möglichkeit, fündiges Erz vom Hoden
192 abzulösen, ohne vorher die Deckschicht 193 forträumen zu müssen. Das Baggerrohr
ist insgesamt mit 196 bezeichnet und :ist schräggeneigt angebracht, so daß es mit
einem Ende über die Kante des Schwimmers hinwegragt und mit dem zweiten, mit einem
Schuh 198 ausgestatteten Leide, auf dem Boden 192 aufliegt. Der Schuh ist bei dem
hier gezeigten Ausführungsbeispiel mit einer Tragrolle 198a ausgestattet, die am
Boden 192 entlangrollt trnd den Schuh immer in geeignetem Abstaxid vom :Boden hält.
Das
Baggerrohr 196 ist von einem Hüllrohr 19-9 umgeben, das kurz
unterhalb des obEren Encles des.Baggerrohres beginnt und sich bis unter die Nasseroberfläche
erstreckt, wie es beispielsweise in der Pig. 4 dargestellt ist. An den beiden Enden
des- Hüllrohres 199 befinden sich Ab-
standsringe 100 und 201; die das Füllrohr
in entsprechendem Abstand vom Baggerrohr 196 halten. Das Baggerrohr fi96i ein darauf
befestigter Schwingungsgenerator und das Hüllrohr 199 sitzen auf einem hufeisenförmigen
Federelement 10'49 das auf einer Seite mit dem Abstandsring 100 und auf seiner anderen
Seite mit der Unterfläche eines schräggerxigten Hiffelbrettes 105 verbunden ist.
Das Riffelbrett 105, das mit Rippen 105a in bekannter Weise versehen ist, ist auf
dem -Schwimmer mit gebogenen Blattfedern 106 und 107 befestigt. Die Hufeisenfeder
104 isoliert zwar das Riffelbrett zum großen Teil vom Baggerrohr 196, jedoch geht
ein Teil der Schwingungsenergie auch auf das Riffelbrett über, wodurch die schwereren
Erzbestandteile von der. leichten Sand und den Steinen getrennt werden. Das schwerere
Ilateri a1 bleibt in den Rillen 105 b des Riffelbrettes zuriick. Die beiden Blattfedern
106 und 107 isolieren-dann Glas 4iffelbrett vom
Schwimmerkörper,
so daß dieser kaum noch in Schwingungen versetzt wird.. Am. Hüllrohr sind Handgriffe
108 befestig.
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Der insgesamt mit 109 bezeichnete. Schwingungsgeneratort dessen innerer
Aufbau nachfolgend beschrieben wird, hat ein im wesentlichen rechteckiges Gehäuse
110, das auf einer Grundplatte 111 befestigt ist, die wiederum auf einem Abstandsstück
112 sitzt, das zwischen die Grundplatte 111 und die Oberseite des Baggerrohres 196
eingefügt ist. Das Baggerrohr ist an seinem oberen Ende gebogen, so daß sich das
gepumpte Material mit waagerechtem Austrittsstrom auf das Riffelbrett 105 ergießt.
Mit Hilfe von Kopfschrauben 113 ist der Schwingungsgenerator 109 fest auf dem Baggerrohr
196 verschraubt.
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Der Generator 109 wird mit Luft betrieben. Die Luftzuführleitung 115
verbindet den Generator mit einem Kompressor 116, der von einem Verbrennungsmotor
117 angetrieben wird; Kompressor 116 und Verbrennungsmotor 117 stehen auf einer
gemeinsamen Grundplatte 1189 die auf Tragb#gen 119 oberhalb des Schwimmers abgestützt
ist. Die Luft, die aus dem Generator 109 ,austritt, wird
über eine
Zeitung 120 in das Hüllrohr 199 geleitet, in welchem sie nach unten strömt und durch
Öffnungen 122
im Baggerrohr nahe dem unteren Ende des Hüllröhres in: das Baggerrohr
196 eintritt. Die Luft vermischt sieh mit dem Wasser, das sich innerhalb
des Baggerrohres 196 be= findet und vermindert somit dessen Dichte, so daß
das Wasser und das darin aufgeschlämmte Bodenmaterial im Baggerrohr nach oben treibt.
Es versteht sich, daß durch die Verminderung der Dichte des Rohrinhaltes der hydro=
statische Druck des um das Rohr herum stehenden Wassers dafür sorgt, daß die Flüssigkeitssäule
im Rohr nach oben. steigt. Der Schwingungsgenerator 109 ist-in den Pig.. 6 und 7
eingehender beschrieben. Das Gehäuse 110 ist mit einer zylindrischen Umlaufbahn
130 versehen, in der koaxial eine Rohrleitung 1'31 steckt, die an einem Ende verschlossen
und mit ihrem anderen Ende an die Luftzuführleitung 115 angeschlossen ist. Die Rohrleitung
131 hat tangential zur Innenbohrung die Wandung durchtretende Austrittsdüsen 133.
Ein schwerer Ring 134 umgibt das Rohr 131; sein Innendurchmesser ist größer als
der Außendurchmesser des Rohres 131, und der Ring berührt mit seiner Außenfläche
gerade
noch nicht die Innenfläche der Bohrung -130, wenn er mit seiner Innenfläche auf
dem Rohr 131 aufliegt. Mit Druckluft aus der Innenbohrung des-Rohres 131 wird der
Ring durch die Düsen 133 angestrahlt, so daB dieser beginnt, sich in einer Schleuderbewegung
um das Rohr 131 zu drehen, und 'zwar in Richtung des Pfeiles, der in der Fig. 6
,eingezeichnet ist. Nachdem die Luft -den Ring 134 angetrieben hat, tritt sie in
Nuten 136 seitlich um den Ring herum und strömt durch eine Auslaßöffnung 137 in
die bereits genannte Leitung 120. Der Schuh 198 hat eine ähnliche Form wie eine
Staubsaugerdüse mit einer Öffnung, die durch das Rad 198a dicht über dem Felsuntergrund
192 geführt wird.
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Bei anderen Ausführungsformen kann dieser Schuh abgewandelt werden;
er kann z.B. Schneidkanten aufweisen und dann mit dem Untergrund 192 oder der Ablagerungsschicht
193 in Berührung sein.
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Der Schuh 198 berührt mit seiner Unterkante den Erdboden 192 und löst
wie ein normaler Kopf Teile vom Erdboden ab. Seine Unterkante kann. mit Zjähnen
ausgestattet sein, wie das in der Fig. 1 dargestellt ist.
Wenn
die Rolle 189a fortgelassen wird, greift der Schneid--kopf den. Boden stärker an.
-Die Arbeitsweise des abgewandelten Systems nach den FiG. 4 bis 7 entspricht im_großen
und ganzen derjenigen der Vorrichtung aus den Fig. 1 bis 3. Der am oberen Ende mit
dem elastischen Baggerrohr 196 verbundene Generator 109 überträgt auf das
Baggerrohr eine Wechselkraft, deren eine Komponente in Längsrichtung des Rohres
und deren andere quer zum Rohr orientiert ist. Der Generator wird so angetrieben,-
daß seine Frequenz gleich der Resonanzfrequenz einer stehenden Halbwellen-L.ängsschwingung
im Baggerrohr. ist; es kann jedoch, wie in der-Figur angedeutet, dazu auch eine
Oberschwingung erzeugt werden (s. W in Fig. 4)e Die Komponente der Zentrifugalkraft,
die im rechten Winkel zur Längsachse des Baggerrohres steht, erzeugt in diesem eine
Biegeschwingung, da aber im allgemeinen die Resonanzfrequenz einer stehenden Längswelle
und die einer Biegeschwingung erheblich voneinander abweichen, liegt die Biegeschwingung
im allgemeinen beträchtlich von einem resonanzwert entfernt. Das Baggerrohr wird
also vorzugsweise zu Längsschwingungen'angeregt9 obgleich auch Biegesenwingungen
auftreten.
Stehende Längswellen, wie sie in der fig.4 dargestellt sind, werden bei der Erfindung
bevorzugt erzeugt, es können jedoch auch durch entsprechendes Abstimmen der Frequenz
Biegeschwingungen erzeugt werden, was eine entsprechende Variante der Erfindung
bedeutet. Der Schuh 198 am .Ende des Baggerrohres, der in der Fig. 4 dargestellt
ist, ist kein Scluieidkopf, da er von dem Rad 198a mit geringem Abstand über den
Boden bewegt wird. Vom Schuh werden Druckwellen abgestrahlt, wodurch infolge der
schwingungsmäßigen Kopplung des Schuhes mit dem Wasser das Aufschlämmen und Ablösen
des Bodens erfolgt. Zur Demonstration ist in der Fig. 4 gezeigt, daß -der Schuh
und das Rohr sich durch eine weiche Ablagerungsschicht 193 hindurch bis zum harten
F1ußbettboden 192 erstrecken. Durch das Aufschlämmen wird auch dieses abgelagerte
Material zusammen mit Sand und Fels vom Flußbettboden sowie Erzteilen, die im Boden
ruhen, innerhalb und unterhalb des Schuhes mit Wasser vermischt. Durch die Saugwirkung,
die im Rohr erzeugt wird, wird dann der. Schlamm einschließlich der Erzteile im
Rohr nach oben befördert. Dies kann auch mit einer Vorrichtung geschehen, wie sie
in der Fig. 1 dargestellt ist, nämlich mit einer
Radialpumpe. Die
Vorrichtung. nach der Fig. 4 zeigt Jedoch eine andere Lösung, bei der die vom Schwingungsgenerator
austretende Luft dazu verwendet wird, die Dichte des Schlamms zu verringern, wodurch
das Wasser und die darin aufgeschlämmten Bestandteile in Bewegung versetzt werden.
Auf diese Weise wird das aufgeschlämmte- Material auf das Riffelbrett 105 ausgeworfen,
von .dem es dann wieder abströmt:: Das Hiffelbrett wird vom Hüllrohr 199
zu Schwingungen angeregt, die ausreichen, um die-schweren Erzteile in den Rillen
des Riffelbrettes_ abzulagern. Die Hauptsache ist darin zu sehen, daß das untere
Ende des Baggerrohres am Flußgrund-durch die Ablagerungsschicht hindurch entlanggezogen
wird, so daß es die Ablagerungsschicht durehteilt und direkt am Flußgrund zur Wirkung
kommt, wobei es die wertvollen Erzteile, die meist an dieser Stelle anzutreffen
sind, aufnimmt.