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"Meßbojenanordnung" Die Erfindung bezieht sich auf ein Tauchbojensystem
zur Ermittlung ozeanografischer Meßdaten in verschiedenen Meerestiefen.
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Zur Durchführung von Unterwassermessungen ist es bisher bekannt, die
Meßgeräte in einer Tauchboje unterzubringen, die mit einem Ende eines Seiles fest
verbunden ist. Das Seil selbst ist auf die Trommel einer Winde aufgerollt, die sich
an Bord eines Schiffes befindet. Wenn das Schiff den Meßort erreicht hat, wird die
Tauchboje ins Wasser gelassen, wobei eine gewünschte Tauchtiefe durch die Seillänge
des Seiles, das von der Winde abgelassen wird, einstellbar ist.
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Es ist auch eine Tauchboje mit einem eigenen Antrieb bekannt, an den
ein Ende eines Seiles geführt ist, während das andere Seilende an einem Schiff befestigt
ist. Bei einer Unterwassermessung wird das Seil durch die Tauchboje straff gehalten.
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Diese Tauchboje benötigt also keine an Bord eines Schiffes angeordnete
Seilwinde. Die beiden beschriebenen Tauchbojen sind nachteiligerweise immer an ein
Schiff mit seinem unerläßlich großen Aufwand gebunden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Tauchbojensystam zu
schaffen, das die Positionierung einer Mbßboje in verschiedenen gewünschten Wassertiefen
ermöglicht. Der mit einem Schiff behaftete große Aufwand soll vermieden werden.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Kräftegleichgewicht
zwischen einer Verspannkraft und einer Auftriebs-bzw. Abtriebskraft an einer Meßboje
vorliegt, wobei eine unterschiedliche Flutung eines Meßbojentanks den Auftrieb bzw.
Abtrieb der Meßboje erzeugt und der Größe der Auftriebs- bzw. Abtriebskraft eine
eindeutige Tauchtiefe der Meßboje zugeordnet ist. Die Meßboje ist über mindestens
zwei Halteseile, die in verschiedenen Richtungen angeordnet sind, mit mindestens
zwei Auftriebskörpern verbunden, die die Verspannkraft verursachen. Hierbei können
die Halteseile als Gabelseile ausgebildet sein, von denen je ein Gabelseilende an
einer von zwei gegenüberliegenden Seitenwänden der Meßboje befestigt ist.
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Die Auftriebskörper sind durch jeweils ein Verankernngsseil an mindestens
zwei voneinander getrennt auf dem WeereslpPnd angeordneten Ankersteinen verankert.
Bei sehr starken Strömnngsverhältnissen ist es vorteilhaft, die Verankerungsseile
unter einem spitzen Winkel zum Meeresboden anzuordnen, so daß die durch die Strömung
erzeugten Querkräfte nur einen geringen Einfluß auf das gesamte Meßbojensystem ausüben.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen,
daß die Meßboje durch mindestens zwei elastische Verankerurigsseile an mindestens
zwei voneinander getrennt auf dem Meeresboden angeordneten Ankersteinen verankert
ist, wobei sich die Linse der elastischen Verankerungsseile mit der Tauchtiefe der
Meßboje ändert.
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Die Elastizitat der Verankerungsseile kann sich auf ihre ganze Länge,
auf verschiedene Abschnitte oder Zwischenstücke oder auf besondere Elemente wie
Federn, Zwischenspulen, Winden o.dgl. erstrecken. Die Länge der elastischen Verankerungsseile
beträgt zur Erzielung ansreichender Dehnung und zur Verringerung der Hubgegenkraft
ein Vielfaches des Meßbojenhubes. Die Meßboje selbst bewegt sich nicht parallel,
sondern in einem Winkel von 45 - 900 zur Richtung der elastischen Yerankerungsseile.
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An der Wasseroberfläche schwimmt eine Versorgungsboje, die an einem
auf dem Meeresboden angeordneten Ankerstein verankert ist.
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Die Versorgungsboje ist über eine Versorgungsleitung, die entlang
der Verankerung verläuft, mit der Meßboje verbunden.
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Das Tauchbojensystem ist im Einsatz Störungen durch seine Umweltbedingungen
unterworfen. Diese Störungen können vor allen Dingen durch zeitlich veränderliche
Horizontal- bzw. Vertikalströmungen verursacht werden Beide Strömungsarten können
die Tauchtiefe verändern. Un diese Störungseinflüsse zu beseitigen, ist vorgesehen,
daß die Meßboje eine Tauchtiefenregeleinrichtung mit Totbandcharakteristilr enthält.
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Die Vorteile der Erfindung liegen darin, daß die Tauchboje ständig
mit elektrischer Energie versorgt werden kann, und daß eine Übertragung der ozeanografischen
Meßdaten jederzeit möglich ist. Das System kann an die unterschiedlichsten Umweltbedingungen
angepaßt werden. Bei geeigneter geometrischer Konfiguration kann es bei ungümtigste
Strömungsserhältnissen eingesetzt werden. Dem Anwender ist es durch die Auswahl
geeigneter Systemparameter möglich, die für die Verspannnng erforderlichen Kräfte
theoretisch beliebig klein zu halten. Das System weist im Wasser keine beweglichen
Teile auf. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß das System gegen Bewuchs unempfindlich
ist. Das Binfangen von Treibgut wie z.B.
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Tangbüscheln beeinträchtigt seine Funktion nicht.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigt Fig. 1 ein Tauchbojensystem mit zwei Hilfsautriebskörpern, Fig. 2
das Blockschaltbild einer Tauchtiefenregel einrichtung und Fig. 3 eine Meßhoje,
die direkt am Meeresboden verankert ist.
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In Fig. ' ist mit 1 eine Unterwassermeßboje bezeichnet, die über zwei
Halteseile 2 und 3 nach zwei entgegengesetzten Seiten hin mit zwei Auftriebskörpern
4 und 5 verbunden ist. Die Halteseile sind als Gabel seile nusgeführt, von denen
Jeweils ein Gabelseilende all einer von zwei gegenüberliegenden Seitenwänden der
Meßboje befestigt ist, so daß eine stabile Lage des Bajenkörpers bei den im getnuchten
Zustand zu erwartenden Umweltbedingungetl ermöglicht wird. Die Auftriebskörper 4
wid 5 können als Hohlkörper ausgebildet sein, deren Auftrieb unverändert bleibt.
Sie sind mittels zweier Verankerungsseile 6 und 7 an zwei Ankersteinen 8 und 9 verankert,
die auf dem Meeresboden 10 angeordnet sind. An der Wasseroberfläche schwimmt eine
Versorgungsboje 11, die durch ein Kielgewicht 12 passiv stabilisiert wird und mittels
eines Gabelseiles 13 an einem auf dem Meeresboden befindlichen Ankerstein 14 verankert
ist.
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Die Versorgungsboje 11 steht über eine Versorgungsleitung 15, die
entlang des Gabelseiles 13 der Versorgungsboje 11 auf den Meeresboden 10 gefiihrt
und von hier über das Verankerungsseil 7 des Auftriebskörpers 5 und das Gabelseil
3 zur Meßboje 1 geleitet ist. Durch die Versorgungsleitung 15 wird eine ständige
Energieversorgung
von der Versorgungsboje 11 zur Meßboje 1 und eine ständige Datenübertragung von
der Meßboje 1 zur Versorgungsboje 11 ermöglicht. Außer den die Meßboje 1 mit Strom
versorgenden Elementen enthält die Yersorgungsboje 11 noch eine Sendeanlage für
die Funkübertragung der anfallenden ozeanografischen Meßdaten von der Versorgungsboje
11 zu einer an Land oder auf einem Schiff befindlichen Empfangsanlage.
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Die Meßboje 1 besteht im wesentlichen aus einem Geräteteil, der die
Qzeanografischen Meßeinrichtungen einschließlich ihrer llektronik enthält, und aus
einer Taucheinrichtung. Die Taucheinrichtung arbeitet nach dem bei Unterwasserfahrzeugen
verwendeten klassischen Prinzip, d.h. zum Abtauchen wird ein Tauchtank geflutet
und zum Auftauchen wird dieser Tauchtank wieder gelenzt.
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Die Tauchtiefe der Meßboje 1 ist bei dem Tauchbojensystem statisch
bestimmt. Sie ist bei einer bestimmten geometrischen tonfiguration des Systems und
bei einem bestimmten Auftrieb der Auftriebskörper 4 und 5 nur vom Auf- bzw. Abtrieb
der Neßboje 1 abhängig. Jedoch kann das Tauchbojensystem im Einsatz Störungen durch
seine Umweltbedingungen erfahren. Diese Störungen können vor allen Dingen durch
zeitlich veränderliche Horizontal- bzw. Vertiaklströmungen verursacht werden. Beide
Strdmungsarten können die Tauchtiefe der Meßboje 1 verändern. Um diese negativen
Einflüsse zu verhindern, ist die Meßboje l mit einer Tauchtiefenregelung ausgerüstet,
deren Prinzip anhand der Fig. 2 erläutert wird. Es handelt sich hierbei um einen
unstetig arbeitenden Folgeregler mit Totbandcharakteristik.
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In Fig. 2 stehen am Regeleingang die Spannungen um und uw an, von
denen die Spannung uw von einem Sollwertgeber 16 und die Spannung um von einer Druckmeßdose
17, die als Tiefenmesser dient,
geliefert wird. Aus beiden Spannungen
wird in einem Differenzbildungsglied 18 die Differenz gebildet, die mit ud bezeichnet
ist und auf eine Schaltlogik 19 g@geben wird. Überschreitet der Betrag der Spannung
Ud einen gewissen Schwellwert nicht, so befindet sich der Regler 19 in Ruhe. Dieser
Schwellwert wird als sogenanntes Totband bezeichnet. Wird der Sollwert erhöht, so
kommt die Spannung ud aus dem Totband heraus und ist positiv.
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Bei dieser Stellung der Spannung ud wird in der Meßboje 1 ein Flutventil
geöffnet. Die Meßboje 1 sinkt ab, bis der Meßwert um soweit an den Sollwert uw herangekommen
ist, daß die Ditter-nsspannung Ud wieder innerhalb des Totbandes liegt, woraufhin
d* Ventil geschlossen wird. Ein Auftauchen der Meßboje 1 erfolgt in umgekehrter
Weise durch eine Erniedrigung des Sollwertes uw.
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Hierbei nimmt die Differenzspannung Ud einen negativen Wert außerhalb
des Totbandes an. Bei einer solchen Stellung der Spannung Ud wird die Lönspumpe
eingeschaltet und der Tauchtank der MeßboJe 1 leergepumpt. Die Meßboje 1 steigt
so lange, bis der Wasser druck und damit die Meßspannung um soweit abgesunken ist,
daß die Differenzspannung ud wieder innerhalb des Totbandes liegt, und hieraufhin
die Lenzpumpe abschaltet.
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Von der Schaltlogik 19 werden zwei Leistungsschalter 20 und 21 angesteuert.
die die Energie für das Ventil 22 und die Pumpe 23 durchschalten. Der aus den Leistungsschaltern,
der Pumpe und dem Ventil gebildete Block kann als Stellglied des Regelkreises bezeichnet
werden. Die Ausgangsgröße dieses Stellgiiedes ist die Wassermenge 1, die sich im
Tauchtank der Meßboje 1 befindet.
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In Abhängigkeit dieser Wassermenge stellt sich die Meßboje 1 auf eine
bestimmte Wassertiefe ein. Der in dieser Tiefe herrschende Wasserdruck p wird von
der Druckmeßdose gemessen und in das elektrische Signal um umgewandelt. Hiermit
ist der Regelkreis geschlossen.
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Die Störgröße, die auf die Meßboje 1 in ihrer Unterwasserposition
einwirkt,
ist im allgemeinen klein. Es ist daher nicht erforderlich, daß der Regler ständig
arbeitet, d.h. bereits auf minimale Abweichunge vom Sollwert reagiert. Durch das
in der Schaltlogik 19 verwendete Totband wird gewährleistet, daß der Regler nur
bei größeren Abweichungen in Tätigkeit tritt. Hierdurch wird der Energiexerbrauch
für die Regelung erheblich reduziert.
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Der Regelkreis kann als statisches Gebilde betrachtet werden, da sein
dynamisches Verhalten bei den zu erwartenden sehr langsamen Änderungen zu vernachlassigen
ist. Die geringen dynamischen Anteile der Regelgrößen können daher durch geeignete
Auslegung des Totbandes ausgeglichen werden.
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In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, das besonders
fiir Messungen in flachen Gewassern geeignet ist. In diesem Beispiel ist die Meßboje
1 direkt über zwei elastische Verankerungsseile 24 und 25 an zwei voneinander getrennt
auf dem Meeresboden 10 angeordneten Ankersteinen 26 und 27 befestigt, wobei sich
die Länge der elastischen Veralikerungsseile 24 und 25 mit der Tauchtiefe der Meßboje
1 ändert. Die für die vertikale Beweglichkeit der Meßboje 1 erforderliche Nachgiebigkeit
der Verankerungsseile 24 und 25 wird anstelle von Auftriebskörpern lvergl. Fig.
1) durch die den Seilen innewohnende Elastizität erzielt. Die Elastizität der Verankerungsseile
24 und 25 kann sich auf ihre ganze Länge oder auf verschiedene Abschnitte erstrecken.
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Diese Mbglichkeiten sind in Fig. 3 angedeutet, in der das Verankerungsseil
24 auf seiner gesamten Länge elastisch ausgeführt ist, während das Verankerungsseil
25 nur einen kleinen elastischen Abschnitt in der Nähe des Verankerungssteines 27
aufweist. Weiterhin ist es auch noch möglich, unel..tische Seile mit Federn, Zwischenspulen,
Winden o.dgl. zu verkuppeln und anstelle der elastischen Yerankerungsseile 24 und
25 zu verwenden.
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Zur Erzielung ausreichender Dehnung und zur Erhöhung der Hubkraft
der
Meßboje 1 ist es vorteilhaft, daß die Länge der elastischen Verankerungsseile 24
und 25 ein Vielfaches des Meßbojenhubes beträgt. Die Meßboje 1 bewegt sich nicht
parallel,sondern in einem Winkel von 45 - 900 zur Richtung der elastischen Verankerungsseile
24 und 25.
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Die Versorgung der Meßboje 1 mit elektrischer Energie und die Abgabe
der ozennografischen Meßdaten von der Meßboje an eine Empfangsstation erfolgt wie
hei dem in Fig. 1 beschriebenen Beispiel iiber eine nicht gezeichnete Versorgungsboje
mit zugehörender Versorgungsleitung. Auch besitzt diese Meßboje 1 die in Fig. 2
beschriebene Tauchtiefenregeleinrichtung.
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8 Seiten Beschreibung 1 1 Patentansprüche 3 Blatt Zeichnungen mit
3 Figuren