DE2032718A1

DE2032718A1 - Tiefseevorrichtung

Info

Publication number: DE2032718A1
Application number: DE19702032718
Authority: DE
Inventors: Harmannus Henderikus. Ierseke Lok. (Niederlande)
Original assignee: Nereid N.V.. Ierseke (Niederlande):
Priority date: 1969-07-02
Filing date: 1970-07-02
Publication date: 1971-01-07
Also published as: NL6910140A; GB1274378A; US3688720A

Description

PATENTANWALT ■ . Λ . ϋΛΛ<^Λ DR. HEINRICH HERM-MKK I, JU111970

8 Münzen 60, ApeBoweg «, Tel-57 2741

BBSOHEBI. BUHG

zur Patentanmeldung der

Nereid U.V.,

Sitz
Ierseke, Niederlande,

betreffend:
Tiefseevorrichtung.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für Arbeiten in der Meerestiefe.

Solche Vorrichtungen für grosse Tiefen sind in verschiedenen Ausführungs formen bekannt. Diese bekannten Vorrichtungen lassen sich in zwei Typen unterteilen:
Typ' A.

Tiefseevorrichtungen, bei denen die Bemannung sich in einer druckfesten Kabine befindet, welche Kabine selbst keine Schwimmkraft hat. Die erforderliche Schwimmkraft wird von einem Behälter (Ballon) aus DUnnmetall geliefert, der mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, die leichter ist als das umringende Wasser, z.B. der Bathyskaph von Prof. Piccard, oder von Schwimmern aus "syntactic foam" (Hohlglaskugeln), in einen Kunststoff eingebettet. Typ B.

Tiefseevorrichtungen, bei denen die Druckkabine selbst die Schwimmkraft oder einen Überwiegenden Teil derselben liefert. Die Bemannung befindet sich dabei ebenfalls in der Druckkabine, z.B. die tauchende Untertasse von Cousteau

00988270304

20327T8

in Frankreich und der Aluminaut der Reynolds Metals Co. and General Dynamics in den U.S.A.

Vorrichtungen vom Typ. A. haben den Nachteil, dass der Schwimmer wegen des geringen Unterschieds des spezifischen Gewichts zwischen den bestehenden Flüssigkeiten, die leichter sind als Wasser» und dem Wasser selbst, sehr umfangreich ist, wodurch sie äusserst verletzlich und unlenkbar sing. Man benutzt als Flüssigkeit vorzugsweise Benzin» Die Anwendung von "syntactic foam" ist ziemlich teuer, sein specifisches Gewicht ist noch ziemlich hoch (+ 0,7) und von seinem Verhalten auf die lange Dauer ist noch nichts bekannt«

Schwere grobe Arbeiten können mit der erstgenannten Vorrichtungsart nicht durchgeführt werden. Wenn ζ«Β. der dünnwandige Schwimmkörper unter Wasser durch Stossen gegen einen Felsen oder ein Schiff ein Leck bekommt, läuft das Benzin hinaus und sinkt das Fahrzeug. Wenn ausserdem noch schwere Werkzeuge mitgenommen werden sollen, wird der Schwimmkörper so gross, dass er sich praktisch nicht mehr herstellen lässt.

Vorrichtungen vom Typ B haben den Nachteil, dass die druckfeste Kabine, in der sich die Bemannung befindet, möglichst leicht ausgeführt werden muss, um eine möglichst grosse Schwimmkraft zu erzielen. Das ist nur durch die Zulassung sehr hoher Spannungen im Material möglich. Besonders für Tiefen von einigen tausenden Metern muss man hier an der Grenze des Möglichen mit sehr speziellen und teuren Materialien bauen. Als Beispiel sei genannt; Für eine Tauchtiefe von 4000 m, einen Kugeldurchmesser von 2 m und eine Wanddicke von 30 mm beträgt die Druckspannung in der Wand 6.600 kg/cm . Beim Prüfen nach gutem Ingenieurbrauch auf einer um 5&ί^ο grösseren Tiefe, ist diese Druckspannung sogar 10.000 kg/cm „

Die Vorderseite der Druckkabine mit den Guckfenstern ist immer ungeschützt, um eine freie Aussicht zu gewährleisten. Für eine Vorrichtung, die dazu bestimmt ist, in unbekannten Gewässern mit oft sehr kräftigen Strömungen auf grosser Tiefe schwere und grobe Arbeit zu verrichten, wobei die Vorrichtung mit grosser Kraft gegen Felsen und Wracke stossen kann, ist diese nicht zuverlässig genug.

Um das Gewicht möglichst niedrig zu halten, baut in den U.S.A, die Reynolds Metals Co. zusammen mit General Dynamics ein Tauchfahrzeug, das aus mit einander vernieteten und verleimten Platten aus einer Aluminiumlegierung aufgebaut ist. Bei einer aufgegebenen sicheren Tauchtiefe von 5000 m beträgt die Druckspannung in der Kabinenwand 3800 kg/cm , was für eine Aluminiumlegierung eine hohe Spannung ist. Ausserdem. ist die Reserve=Schxfimmkraft dieses Fahrzeugs besonders niedrig und ist das Mitführen von schweren Werkzeugen

009882/O304

unmöglich.·

Erfindungsgemäss wird eine einfache und zuverlässige Vorrichtung der eingangs erwähnten Art bezweckt, mit der jederzeit und unter allen Umständen von grossen Tiefen im Meer aufgestiegen werden kann und die bei einem möglichst geringen Eigengewicht eine hohe Schwimmkraft zeigt.

Dazu ist eine solche Vorrichtung mit einem Arbeitsraum und mindestens einer gesonderten, an dem Arbeitsraum befestigten Schwimmkammer versehen, wobei die Schwimmkammer zur Aufnahme von Gas unter einem so hohen Druck eingerichtet ist, dass auf der Arbeitstiefe die günstigste Materialspannung in der Wand der Schwimmkammer entsteht, während Mittel vorgesehen sind, Ballastwasser in die Schwimmkammer ein- und aus ihr herauszulassen, und zwar unter Aufrechterhaltung von deren Gasinhalt.

Durch die Anwendung von Gas unter hohem Druck in der Schwimmkammer kann eine möglichst leichte Konstruktion hergestellt werden, während durch gleichzeitige Anwendung dieser Kammer als Ballastraum eine äusserst einfache und zuverlässige Konstruktion mit einer maximalen Schwimmkraft erhalten wird.

Vorzugsweise ist die Vorrichtung so ausgeführt, dass die Mittel zum Auslassen von Ballastwasser aus der Schwimmkammer ein von dem Arbeitsraum aus zu betätigendes Ventil umfassen, wobei der Gasdruck so hoch gesteigert werden kann, dass dieser wesentlich grosser ist als der Druck auf der Arbeitstiefe, während die Mittel zum Einlassen von Ballastwasser zum Anschluss an eine an Bord des Hilfsfahrzeugs befindliche Pumpe eingerichtet sein können. Die Vorrichtung kann dann zum Sinken gebracht werden, und zwar dadurch, dass mittels eines Hilfsfahrzeugs Ballastwasser in die Schwimmkammer gepumpt wird oder durch eine mitgenommene und gegebenenfalls von Hand zu betätigende Pumpe. Zum Aufstieg braucht nur ein Ventil der Schwimmkammer geöffnet zu werden, wodurch das Ballastwasser durch das darin vorhandene Gas unter hohem Druck ausgetrieben und die Schwimmkraft der Vorrichtung vergrössert wird.

Auch wenn die Vorrichtung aus irgendeinem Grund eine äusserst schräge Stellung einnehmen würde oder gar auf den Kopf gelangt sein sollte, so kann durch eine passende Ausführung der Ballastwasser-Auslassöffnungen, von denen jeweils mindestens eine unter dem Wasserspiegel münden soll, die Vorrichtung wieder zum Schdmmen gebracht werden. Weiter wird eine äusserst stabile Regelung der Schwimmkraft der Vorrichtung dadurch erzielt, dass der Druck in der Schwimm- und Ballastkammer unabhängig von dem Umgebungsdruck ist, wodurch keine Aenderung der Steig- oder Sinkfähigkeit auftreten wird. Das ist wohl der Pail bei Anwendung einer Ballastkammer, in der der Druck dem des Umgebungswassers gleich gehalten wird; hierdurch wird bei teilweise mit Gas gefüllter Ballast-

009882/030 4

203271B

kammer dieses Gas sich beim Steigen ausdehnen, wodurch ein Teil des Ballastwassers zusätzlich noch ausgetrieben wird und die Steigfähigkeit während des Aufsteigens zunimmt.

An sich ist eine stabile Regelung zum Steigen und Sinken aus der offengelegten niederländischen Patentanmeldung 66.18451 bekannt. Bei der aus dieser Patentanmeldung bekannten Vorrichtung wird die schwankende Schwimm= kraft expandierbarer Säcke ausgewertet. Dass bedeutet eine verwickelte, verletzliche und teure Lösung des vorliegenden problems. Als Füllmedium wird dabei eine leichte nicht-kompressible Flüssigkeit benutzt, deren spezifisches Gewicht geringer als das von Wasser ist. Das Gewicht eines solchen Mediums ist erheblich grosser als das von unter Druck stehendem Gas, wie z.B. Wasserstoffgas, wodurch die Schwimmkraft, was für die Mitnahme schwerer Frachten von besonderem Belang ist, nur gering ist.

Zur Verdeutlichung der Erfindung wird unter Hinweis auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Es zeigen;

Fig. 1 einen schematischen teilweisen Längsschnitt einer Vorrichtung gemäss der Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht; und

Fig. 3 einen Schnitt über die Linie IH-III in Fig. 1.

Die Vorrichtung umfasst mindestens eine Druckkabine 1 für die Bemannung/ ein im allgemeinen mit 2 bezeichnetes, aus Rohren aufgebautes Gestell, in dem Hilfsapparatur untergebracht ist, einen kombinierten Schwimm- und Ballasttank 3, zwei in Längsrichtung verlaufende Schlitten 4, in denen die Batterien angeordnet sind, eine Steuer- und Antriebseinheit 5 und eine stromlinienförmig ausgeführte, mit unterbrochenen Linien angegebene Haut 6.

Die Druckkabine 1 ist in bekannter Weise annähernd kugelförmig ausgebildet und mit Liege- oder Sitzpläten 7 für die Bemannung, einer Anzahl - im Beispiel sechs - Guckfenstern 8, einer Auslassluke 9 und einem Turm 10 versehen. Die ganze Vorrichtung und vor allem die Vorderseite der Druckkabine ist von einer Fenderkonstruktion 11 umgeben. An der Kabine und/oder der Fenderkonstruktion können weiter Greifarme, Fühler und Scheinwerfer angeordnet sein. In der Druckkabine wird der auf dem Meeresspiegel herrschende Druck möglichst beibehalten. Die Druckkabine wird verhältnismässig dickwandig ausgeführt werden, damit man nicht genötigt wird, hochlegierte Metalle anzuwenden. Dadurch ist die Schwirankraft an sich unzulänglich.

Das Gestell 2 umfasst zwei im wesentlichen zylindrische Längsrohre 12 in deren hinterem Ende Hilfsbatterien 13, und in deren Mitte eine hydraulische

009882/0304

Pumpeneinheit 14 und Sicherheits- und Hilfsapparatür 15 angeordnet ist. Die vorderen Teile dieser Längsrohre schliessen sich an die Druckkabine 1 an, wodurch Raum geschaffen ist, um die Bemannung eine Liegestellung einnehmen lassen zu können.

Der Schwimm- und Ballasttank 3 ist zwischen 'und über den Längsrohren angeordnet und ist mittels drei Schotten 16 in vier Räume unterteilt. Die. Schotten 16 sind über den grb'ssten Teil wasserdicht ausgeführt, aber auf der Oberseite stehen sie miteinander in Verbindung, so dass in jedem Raum die Ballastwassermenge unabhängig geregelt werden kann, wobei jedoch in jedem Saum derselbe Druck herrscht. Mit Hilfe einer Ballastpumpe 17 kann Ballastwasser in den Tank 3 hineingepumpt werden. Auch ist ein Anschluss 18 angeordnet, mit dem aus einem Hilfsfahrzeug Ballastwasser und/oder Gas in den Schwimm- und Ballasttank 3 hineingepumpt werden kann. Unten am Ballasttank ist ein Ballastwasserauslass 19 angeordnet. Der Schwimmtank verschafft nicht nur eine ausreichende Schwimmkraft für die ganze Tiefseevorrichtung nebst Druckkabine und Apparatur, sondern durch die Anwendung einer Gasfüllung wird eine sehr grosse Tragfähigkeit erhalten, z.B. für die Mitnahme äohwerer Lasten von oder nach dem Meeresgrund.

Die beiden Schlitten 4 sind je mit Hilfe von zwei auf beiden Seiten in Längsrichtung scharnierenden Beinen 20 an dem Gestell 2 befestigt. Der Stand der Schlitten zur Vorrichtung kann mittels hydraulischer Trimmwinden 21 verändert werden.

Auf der hinteren Seite des Gestells 2 ist die Steuer- und Antriebseinheit 5 um eine Vertikalachse scharnierend angeordnet. Der Stand der Steuer⁴- und Antriebseinheit kann durch einen hydraulischen Steuerzyjinder 22 geregelt werden. Die Antriebseinheit ist aus einem elektrischen Gleichstromantriebsmotor 23 aufgebaut, der Über eine angebaute Verzögerung eine Schraube mit einstellbarer Steigirag 24» die in einem Strahlrohr 25 angeordnet ist, antreibt.

Die Haut 6 ist um das Gestell 2 und den Schwimm- und Ballasttank 3 herum angeordnet, um das Ganze einen geringeren Widerstand im Wasser erfahren zu lassen, ist aber nicht wasser- oder luftdicht ausgeführt. Auf der Vorderseite hinter der Drucktobine 1 ist ein Bugstrahlrohr 26, in dem sich eine hydraulisch angetriebene Schreube befindet, angeordnet, um damit die Vorrichtung noch besser steuern zu können. Weiter befindet sich unter de Haut ein Sauerstofftank 28, in dem der Reserve-Sauerstoffvorrat für die Bemannung gelagert ist.

Während des Betriebes wird die Tiefseevorrichtung durch ein Hilfsfahrzeug ins Wasser gelassen und durch die Verbindung mit dem Anschluss 18 wird der Ballastraum unter den bezweckten Druck gebracht. Dieser Druck wird bo ge»

^{009882 7}^"'' BÄD_OraG(NA_L

wählt, dass auf der Arbeitstiefe immer noch ein Ueberdruck von mindestens 2 kg/cm relativ zum Umgebungswasser vorhanden ist. Dadurch wird erreicht, dass das Fahrzeug unter allen Umständen unter einem allseitigen inneren Ueberdruck steht. Dadurch genügt im Vergleich mit einem Schwimmtank ohne Ueberdruck eine leichtere Konstruktion. Der Schwimmtank wird für Arbeiten auf grosser Tiefe mit einem leichten Gas wie Wasserstoff oder Helium unter hohem Druck gefüllt werden. Pur Arbeiten, die auf einem Schelf ausgeführt werden sollen, d.h. bis zu einer Tiefe von höchstens 300 m genügt Luft unter einem Druck von gut 30 kg/cm . Durch die Anwendung von innerem Ueberdruck kann eine verhältnismässig dünnwandige Konstruktion aus handelsüblichem Stahl angewandt werden.

Die Druckkabine ist aus Gewichtsersparungserwägungen aus legiertem Stahl mit z.B. einer Zugfestigkeit von 50 kg/mm oder mehr hergestellt. Die Guckfenster sind mit Plexiglas angepasster Dicke versehen. Zur Gewichtsersparung sind diejenigen Teile, die nicht Belastungen unterliegen, aus einem leichten Material wie glasfaserverstärkter Polyester hergestellt. Das betrifft Teile für die Haut, das Strahlrohr, das Bugrohr und den Turm. Die mitgenommenen Batterien z.B. Bleisäureakkus liefern die Energie für den Gleichstromantriebsmotor 23 der Schraube 24 sowei für den Antrieb einer hydraulischen Pumpe 14» mit der die hydraulische Apparatur betätigt wird. Die Bedienungsapparatur ist in der Arbeitskabine angeordnet, in der ausserdem die Navigations- und Kommunikationsmittel untergebracht sind. Die verschiedenen hydraulischen Ventile und Leitungen sind an sich bekannt und können von der Druckkabine aus mittels eines elektrischen Kreises von 24 Volt und verschiedener Solenoide elektrisch betätigt werden. Um beim Versagen des Energiesystems noch mit der Vorrichtung arbeiten zu können, ist eine hydraulische Handpumpe für die Bedienung der Hilfsvorrichtungen angeordnet. Der Oelbehälter ist geschlossen ausgeführt und mit einem Druckkissen aus Inertgas versehen, um die Volumenänderungen der hydraulischen Zylinder aufnehmen zu können. Zur Fernbedienung der Hähne und Ventile sowie des Ballasttanks dient eine separates handhydraulisches System, dessen Handpumpe und Bedienungsvorrichtungen in der Arbeitskabine angeordnet sind. Dazu sind ausserdem einige kleine hydraulische Winden im Ballasttank angeordnet, und zwar zum Oeffnen und Schliessen der Ventile.

Die vertikale Verschiebung der Vorrichtung wird von. der Bemannung geregelt, wobei das Ballastsystem benutzt wird» Normalerweise ist der Ballasttank zur Hälfte mit Wasser gefüllt, wobei der Luftdruck an die Arbeitstiefe ange-

passt ist. Durch ein Rohrsystem kann das Masser von aussen her in jeden der vier Räume des Ballasttanks entgegegen dem darin herrsehenden Druck gepumpt werden. Durch Oeffnen eines Ventils wird das Bailastwasser auch auf der

0098S2O304 " ' bad original

Arbeitstiefe noch durch dass in diesem vorhandene Gas aus dem Ballasttank gepresst -werden. Die Auslassventile sind so angeordnet, dass das Ballastwasser in alle Stellungen der Vorrichtung hinausgepresst werden kann, ohne dass das Gas entweicht. Die Vorrichtung ist so ausgeführt, dass beim Versagen des hydraulischen Systems eine normalerweise geschlossen gehaltene gedrosselte Durchflussöffnung geöffnet wird, wodurch das Ballastwasser langsam automatisch hinausgepresst wird und die Vorrichtung steigt. Um eine grosse Last von dem Meeresboden aufnehmen zu können, ist zudem ein grosses Auslassventil angeordnet, das geöffnet wird, wenn die Tragfähigkeit der Vorrichtung erheblich vergrössert werden soll. Das Einstellen des Standes der Vorrichtung zur Horizontale (das Trimmen) kann dadurch erfolgen, dass das Ballastwasser in passender Weise über die vier Räume des Ballasttanks verteilt und/oder der Stand g der Schlitten geändert wird. Normalerweise wird die Vorrichtung unter einem Neigungswinkel von 15 aufsteigen oder sich absenken, wobei der Stand der Vorrichtung dadurch angepasst wird, dass die Schlitten nach vorn oder hinten bewegt w.erden, wobei aber der Neigungswinkel bis etwa 20 vergrössert werden kann. Die aussersten Stellungen der Schlitten ist mit unterbrochenen Linien in Fig. 1 bezeichnet.

Normalerweise wird mit einer geringen positiven Schwimmkraft getaucht

werden, wobei die Vorrichtung dadurch, dass sie unter einem Neigungswinkel von gegebenenfalls 15
gefahren werden wird.

von gegebenenfalls 15 getrimmt wird, durch die Antriebseinheit hinunter-

09882/0304

Claims

AISPRUECHE

Vorrichtung für Arbeiten in der Meerestiefe, gekennzeichnet durch einen Arbeitsraum und mindestens eine einzelne, an. dem Arbeitsraum befestigte Schwimmkammer, wobei die Schwimmkammer eingerichtet ist zur Aufnahme eines Gases unter einem derart hohen Druck, dass auf der Arbeitstiefe die günstigste Material-Spannung in der Wand der Schwimmkammer entsteht, während Mittel vorgesehen sind_s Ballastwassei· unter Aufrechterhaltung des Gasinhalts der Schwimmkammer in diese ein- und aus dieser herauszulassen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Auslassen von Ballastwasser aus der Schwimmkammer ein von dem Arbeitsraum aus zu betätigendes Ventil umfassen, wobei der Gasdruck so hoch gesteigert werden kann, dass dieser erheblich grosser ist als der Druck auf der Arbeitstiefe» 3· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Einlassen von Ballastwasser zum Anschluss eine an Bord eines Hilfsfahrzeugs befindliche Pumpe eingerichtet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Einlassen von Ballastwasser in die Schwimmkammer eine von dem Arbeitsraum aus zu betätigende Pumpe umfassen.

009882/0304