DE2055167C3

DE2055167C3 - Verankerungssystem für eine MeBbojenanordnung zur Ermittlung ozeanographischer MeHdaten

Info

Publication number: DE2055167C3
Application number: DE2055167A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Phys. Dr.-Ing. Steinhorst; Volker Dipl.-Phys. Zuck
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1970-11-10
Filing date: 1970-11-10
Publication date: 1975-01-23
Also published as: DE2204323A1; DE2055167B2; DE2055167A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verankerungs- $ystem für eine Meßbojenahordnung zur Ermittlung Ozeanographischer Meßdaten in der Meerestiefe, bestehend aus einer getauchten, mittels einer Ankereinrichtung am Meeresboden verankerten Meßboje und einer an der Wasseroberfläche schwimmenden, mit der Meßboje über eine Versorgungsleitung verbundenen Versorgungsboje.

Zur Durchführung von Unterwassermessungen ist es bisher bekannt, die Meßgeräte in einer Tauchboje unterzubringen, die mit einem Ende eines Seils fest verbunden ist. Das Seil selbst ist auf die Trommel einer Winde aufgerollt, die sich an Bord eines 167

Schiffs befindet. Wenn das Schiff den Meßort erreicht hat wird die Tauchboje ins Wasser gelassen, wobei eine gewünschte Tauchtiefe durch die Seillänge des Seils, das von der Winde abgelassen wird, einstell-

^aEs ist auch eine Tauchboje mit einem eigenen Antrieb bekannt, an den ein Ende eines Seils geführt ist während das andere Seilende an einem Schiff befestigt ist. Bei einer Unterwassermessung wird das Seil durch die Tauchboje straff gehalten. Diese Tauchboje benötigt also keine an Bord eines Schiffs angeordnete Seilwinde. Die beiden beschriebenen Tauchbojen sind nachteiligerweise immer an ein Schiff mit seinem unerläßlich großen Aufwand ge-

Aus* der französischen Patentschrift 1 589 385 und der deutschen Offenlegungsschrift 1 531 620 sind Bojensysteme bekannt, bei denen eine an der Wasseroberfläche schwimmende Boje am Meeresboden mit Hilfe eines Ankerseils und eines Anker-jteins befestigt ist, wobei der untere Teil des Ankerseils durch den Auftrieb einer daran befestigten, voll getauchten Boje gespannt gehalten wird. An diesem unteren Teil des Ankerseils sind in vorgegebenen Abständen Meßinstrumente befestigt, die zur Ermittlung ozeanographischer Meßdaten dienen und über Versorgungsund Nachrichtenleitungen mit der Boje an der Wasseroberfläche in Vrrbindung stehen. Diese Boje ist mit Nachrichtenübertragungsmitteln zur Weitergabe der ermittelten Meßdaten an eine entfernt angeordnete Empfangsstation ausgerüstet. Bei dieser Anordnung ist es nachteilig, daß sich die vorgegebene Tauchtiefe der Meßinstrumente durch Schwimmbewegungen der an der Tauchboje mittels des Ankerseils befestigten Uberwasserboje verändern kann, was sich negativ auf die Meßergebnisse auswirkt.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 909 117 ist eine Verankerung für eine Schwimmboje mit einem langgestreckten biegsamen Verbindungsmittel bekannt, das die Boje mit einem festen Punkt unterhalb der Wasseroberfläche verbindet. Dieses Verbindungsmittel besteht wenigstens zu einem Teil seiner Länge aus einem elastischen Werkstoff mit einer zulässigen Dehnung von mindestens 100 °/o. Mit dieser Verankerung soll das Untertauchen von z. B. Meßbojen verhindert werden, die in seichtem, strömendem Wasser verankert werden.

Es sind ferner eine Reihe von Verankerungssystemen für Schwimmkörper bekannt, bei denen mehrere, nach verschiedenen Richtungen verlaufende Ankerseile an dem Schwimmkörper befestigt sind. Zusätzlich greifen an den Ankerseilen Auftriebskörper an, die durch ihre Auftriebskräfte die Ankerseile federnd spannen. So ist z.B. in der USA.-Patentschrift 3 138 135 eine derartige Verankerung für ein Schiff beschrieben. Das aus der britischen Patentschrift 986 782 bekannte, nach demselben Prinzip wirksame Verankerungssystem dient zur Verankerung von schwimmenden Bohrinseln oder zur zusätzlichen Befestigung von auf dem Meeresboden stehenden, aus dem Wasser herausragenden Bohrtürmen.

Ein weiteres elastisches Verankerungssystem für an der Wasseroberfläche schwimmende Körper ist aus der britischen Patentschrift 581 601 ersichtlich. Bei diesem Verankerungssystem greifen zwei Verbindungsseile unterhalb der Wasseroberfläche an dem Schwimmkörper an, während das dritte Seil oberhalb der Wasseroberfläche an dem Schwimmkör-

per befestigt ist. Die anderen Enden der Seile sind metrischer Konfiguration auch bei ungünstigen an einem Verbindungsbauteil befestigt, wobei zwi- Strömungsverhältnissen eingesetzt werden. Dem Ansehen dem Verbindungsbauteil und den unter der wender ist es durch die Auswahl geeigneter System-Wasseroberfläche an dem Schwimmkörper befestigten parameter möglich, die für die Vorspannung erfnr-Seilen Federelemente vorgesehen sind. 5 derlichen Kräfte theoretisch beliebig klein zu halten.

An dem Verbindungselement ist das Veranke- Das System weist im Wasser keine beweglichen rungsseil befestigt, das ebenfalls mit Hilfe eines an Teile auf. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß das der Wasseroberfläche schwimmenden Auftriebskör- System gegen Bewuchs unempfindlich ist. Das Empers federnd gespannt ist. Durch die drei vom Ver- fangen von Treibgut, wie z. B. Tangbüscheln, beeinbindungselement gespreizt zu dem Schwimmkörper io trächtigt seine Funktion nicht, verlaufenden und in gegenseitigem Abstand daran In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele

befestigten Verbindungsseile werden Drehungen und der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Kippbewegungen des Schwimmkörpers verhindert. F i g. 1 ein Tauchbojensystem mit zwei Hilfsauf-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein triebskörpern,

Verankerungssystem für eine Meßboje zur Ermitt- 15 F i g. 2 das Blockschaltbild einer Tauchüefenregellune ozeanographischer Meßdaten in verschiedenen einrichtung und

Meerestiefen zu schaffen, durch das die Meßboje in F ig. 3 eine Meßboje, di2 direkt am Meeresboden

einer verhältnismäßig konstanten, vorbestimmten und verankert ist.

sich selbsttätig einregelnden Tauchtiefe gehalten In F i «. 1 ist mit 1 eine Unterwasscrmeßboje be-

™£_d 2o zeichnet, die über zwei Ankerseile 2 und 3, die mit

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- zwei Auftriebskörpern 4 und 5 verbunden sind, nach löst daß die Meßboje einen flut- und lenzbaien zwei entgegengesetzten Seiten hiü an zwei Anker-Ballasttank zur Einstellung der Tauchtiefe ;.dfweist, steinen 8 und 9 am Meeresboden IC verankert m. dem eine Tauchtiefenregeleinrichtung zur Einhaltung Die an der Meßboje 1 angreifenden Enden 2 a, - o, der eingestellten Tauchtiefe zugeordnet ist, und daß 25 3 α und 3 b der Seile 2 und 3 sind m der Art eines die Verankerungseinrichtung der Meßboje aus Hahnepits gespreizt, wobei je ein Ende an einer von wenigstens zwei an der Meßboje befestigten und von zwei gegenüberliegenden Seltenwanden der MeDDoje dort aus in verschiedene Richtungen zu Ankern am befestigt ist, so daß eine stabile Lage des Bojen-Meeresboden verlaufenden, mit Spanneismenten körpers bei den im getauchten Zustand zu e™^-"-versehenen Ankerseilen besteht, wobei die Spann- 30 den Umweltbedingungen ermöglich* wird. Uicauelemente derart angeordnet sind, daß sie eine mit der triebskörper 4 und 5 können als Hohlkorper ausge-Taudüiefe der Meßboje veränderliche Seilkraft in bildet sein, deren Auftrieb unverändert bleibt. An den A kerseilen erzeugen. der Wasseroberfläche schwimmt eine Versorgungs-

^d1n einer AusgestaUung der Erfindung wird vor- boje 11, die durch ein Kielgewicht 12 passiv stabiheeschlagen, daß die Tauchtiefenrcgeleinrichtung eine 35 siert wird und mittels e.nes sich zur Boj^Jm gabeln-Totbandcharakteristik aufweist, das heißt, daß die den Seils 13 an einem auf dem Meeresboden befind Regelung erst nach Überschreiten eines bestimmten, liehen Ankerstern 14 verankert_ ist einftellblren Schwellwerts anspricht. In der USA.- Die Versorgungsboje 11 steh ^ubV^e.ne

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I^Pn dner we teren ^gestaltung der Erfindung die Versorgungsleitung; 15 wird -ne stange Energ.e _wi d vorgeschlagen, daß die an der Meßboje an- Versorgung von der V»~*™^&^' Greifenden Enden der Ankerseile in der Art eines 45 boje 1 und eine ständige

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allen Dingen durch zeitlich veränderliche Horizontal- ständig arbeitet, das heißt, bereits auf minimale Ab- bzw. Vertikalströmungen verursacht werden. Beide weichungen vom Sollwert reagiert. Durch das in der Strömungsarten können die Tauchtiefe der Meß- Schaltlogik 19 verwendete Totband wird gewährboje 1 verändern. Um diese negativen Einflüsse zu leistet, daß der Regler nur bei größeren Abwcichunverhindern, ist die Meßboje 1 mit einer Tauchtiefen- 5 gen in Tätigkeit tritt. Hierdurch wird der Energicregelung ausgerüstet, deren Prinzip an Hand der verbrauch für die Regelung erheblich reduziert.
F i g. 2 erläutert wird. Es handelt sich hierbei um Der Regelkreis kann als statisches Gebilde beeinen unstetig arbeitenden Folgcregler mit Totband- trachtet werden, da sein dynamisches Verhalten bei charakteristik. den zu erwartenden sehr langsamen Änderungen zu

In F i g. 2 stehen am Regeleingang die Spannungen to vernachlässigen ist. Die geringen dynamischen An- u,„ und Μ«, an, von denen die Spannung u„ von einem teile der Regelgrößen können daher durch geeignete Sollwertgeber 16 und die Spannung u_m von einer Auslegung des Totbands ausgeglichen werden.
Druckmeßdose 17, die als Tiefenmesser dient, ge- In F i g. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des liefert wird. Aus beiden Spannungen wird in einem Verankerungssystems für Meßbojen dargestellt, das DifTcrenzbildungsglicd 18 die Differenz gebildet, die 15 besonders für Messungen in flachen Gewässern gemit u,i bezeichnet ist und auf eine Schaltlogik 19 ge- eignet ist. In diesem Beispiel ist die Meßboje 1 direkt geben wird. Überschreitet der Betrag der Spannung über zwei in ganzer Länge oder abschnittsweise aus 11,1 einen gewissen Schwellwert nicht, so befindet sich elastischen stark dehnbaren Seilen 24 und 25 beder Regler in Ruhe. Dieser Schwcllwert wird als so- stehenden Verankerungsseilen 2, 3 an zwei voncingenanntes Totband bezeichnet. Wird der Sollwert ao ander getrennt auf dem Meeresboden 10 angeordneerhöht, so kommt die Spannung u,i aus dem Totband ten Ankersteinen 8 und 9 befestigt, wobei sich die heraus und ist positiv. Bei dieser Stellung der Span- Länge der elastischen stark dehnbaren Seile 24 und nung u,i wird in der Meßboje 1 ein Flutventil 22 ge- 25 mit der Tauchtiefe der Meßboje 1 ändert. Die an öffnet. Die Meßboje 1 sinkt ab bis der Meßwert u_m der Meßboje angreifenden Enden la, Ib, 3 a, 3 ft soweit an den Sollwert u„ herangekommen ist, daß »5 sind äcich hier in Form eines Hahnepots gespreizt, die Differenzspannung u_d wieder innerhalb des Tot- wobei je ein Ende an einer von zwei gcgenüberlicgenbands liegt, woraufhin das Ventil 22 geschlossen den Seitenwänden der Meßboje 1 befestigt ist. Die wird. Ein Auftauchen der Meßboje 1 erfolgt in um- für die vertikale Beweglichkeil der Meßboje 1 crforgekehrter Weise durch eine Erniedrigung des Soll- deriiche Nachgiebigkeit der Verankerungsseile 2, 3 werts u,r. Hierbei nimmt die Diffcrenzspannung u,i 30 wird also nicht durch Verwendung von Auftriebseinen negativen Wert außerhalb des Totbands an. Bei körpern (vgl. Fig. 1), sondern durch die den Seilen einer solchen Stellung der Spannung «,/ wird die 24, 25 innewohnende Elastizität erzielt. In F i g. 3 ist Lenzpumpe 23 eingeschaltet und der Tauchtank der das Verankerungsseil 3 in seiner gesamten Länge Meßboje 1 leergepumpt. Die Meßboje 1 steigt so elastisch ausgeführt, während das Verankerungsseil 2 lange, bis der Wasserdruck und damit die Meß- 35 nur einen kleinen elastischen Abschnitt in der Höhe spannung u_m soweit abgesunken ist, daß die Diffe- des Verankerungssteins 8 aufweist. Weiterhin ist es renzspannung i/_rt wieder innerhalb des Totbands liegt, auch noch möglich, unelastische Seile mit Federn, und hieraufhin die Lenzpumpe abschaltet. Zwischenspulen oder Winden zu verkuppeln und an

Von der Schaltlogik 19 werden zwei Lcistungs- Stelle der elastischen Seile 24 und 25 zu verwenden,

schalter 20 und 21 angesteuert, die die Energie für 40 Zur Erzielung ausreichender Dehnung und zur Er-

das Ventil 22 und die Pumpe 23 durchschalten. Der höhung der Hubkraft der Meßboje 1 ist es vorteil-

aus den Leistungsschaltcrn, der Pumpe und dem haft, daß die Länge der aus elastischen Seilen 24, 25

Ventil gebildete Block kann als Stellglied des Regel- bestehenden Verankerungsseile 2, 3 ein Vielfaches

kreises bezeichnet werden. Die Ausgangsgröße dieses des Meßbojenhubs beträgt. Die Meßboje 1 bewegt

Stellglieds ist die Wassermenge m, die sich im Tauch- 45 sich nicht parallel, sondern in einem Winkel von

tank der Meßboje 1 befindet. 45 bis 90° zur Richtung der elastische" Seile 24

In Abhängigkeit dieser Wassermenge stellt sich die und 25.

Meßboje 1 auf eine bestimmte Wassertiefe ein. Der Die Versorgung der Meßboje 1 mit elektrischer

in dieser Tiefe herrschende Wasserdruck ρ wird von Energie und die Abgabe der ozeanographischen

der Druckmeßdose gemessen und in das elektrische _5<J Meßdaten von der Meßboje an eine Empfangsstation

Signal u_m umgewandelt Hiermit ist der Regelkreis erfolgt wie bei dem in Fig. 1 beschriebenen Beispiel

geschlossen. über eine nicht gezeichnete Versorgungsboje mit zu-

Die Störgröße, die auf die Meßboje 1 in ihrer gehörender Versorgungsleitung. Auch besitzt dies«

Unterwasserposition einwirkt, ist im allgemeinen Meßboje 1 die in Fi g. 2 beschriebene Tauchtiefenklein. Es ist daher nicht erforderlich, daß der Regler ₅₅ regeleinrichtung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: 2

1. Verankerungssystem für eine Meßbojenanordnung zur Ermittlung ozeanographischer Meßdaten in der Meerestiefe, bestehend aus einer getauchten, mittels einer Ankereinrichtung am Meeresboden verankerten Meßboje und einer an der Wasseroberfläche schwimmenden, mit der Meßboje über eine Versorgungsleitung verbündenen Versorgungsboje, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßboje (1) einen flut- und lenzbaren Ballasttank zur Einstellung der Tauchtiefe aufweist, dem eine Tauchtiefenregeleinrichtung (16 bis 23) zur Einhaltung der eingestellten Tauchtiefe zugeordnet ist, und daß die Verankerungseinrichtung der Meßboje (1) aus wenigstens zwei an der Meßboje (1) befestigten und von dort aus in verschiedene Richtungen zu Ankern (8, 9) am Meeresboden flO) verlaufenden, mit Spann- «° elementen (4, S, 24, 25) versehenen Ankerseilen (2, 3) besteht, wobei die Spannelemente (4, 5, 24, 25) derart angeordnet sind, daß sie eine mit der Tauchtiefe der Meßboje (1) veränderliche Seilkraft in den Ankerseilen (2, 3) erzeugen.

2. Verankerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tauchtiefenregeleinrichtung (16 bis 23) eine Totbandcharakteristik aufweist.

3. Verankerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Meßboje (1) angreifenden Enden (2 a, 2 b, 3 a, 3 b) der Ankerseile (2, 3) in de* Art eines Hahnepots gespreizt sind, wobei ie ein Ende an einer von zwei gegenüberliegenden ^eitenwänden der Meßboje (1) befestigt ist.

4. Verankerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Spannelemente (4, 5, 24, 25) Auftriebskörper (4,

5) vorgesehen sind, die im Abstand von der Meßboje (1) und von den Ankern (8, 9) an den Ankerseilen (2, 3) angreifen.

5. Verankerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerseile (2, 3) selbst als Spannelemente (4, 5, 24, 25) ausgebildet sind und in ganzer Länge oder abschnittsweise aus elastischen, stark dehnbaren Seilen (24, 25) bestehen.

6. Verankerungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der elastisehen, stark dehnbaren Seile (24, 25) Federn, Zwischenspulen oder Winden verwendet werden.