DE2133337B2 - Verankerte hochseeboje - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft verankerte Hochseebojen zur Aufnahme von Einrichtungen für die Abstrahlung von Signalen, insbesondere zur Aufnahme einer Sendebzw. Empfangsanlage, bestehend aus einem im Bereich der Wasseroberfläche liegenden, die Antenne der Sen- 3,5 de- bzw. Empfangsanlage aufnehmenden Auftriebskörper mit zylindrischem Wasserlinienteil und im Verhältnis zur Eintauchtiefe etwa doppelt so großem Durchmesser und einem unterhalb der Wasserlinie gehaltenen Ballastteil, wobei das Ballastteil eine Masse besitzt, durch die der Gesamtschwerpunkt der Boje in die Verankerungsanlenkung verlegt ist.

Es ist bekannt. Bojen zur Erforschung ozeanographischer und auch meteorologischer Verhältnisse für ein bestimmtes Seegebiet auszubilden und mit entsprechenden Meßgeräten auszustatten. Eine Anzahl derartiger Bojen werden auf ein bestimmtes Seegebiet verteilt und mittels der Sende- bzw. Empfangsanlage an den Bojen die gemessenen Daten gespeichert und von einer Zentralstation in bestimmten Zeitabständen abgerufen. Die Meßsensoren, die beispielsweiie zur Messung der Strömungsrichtung, der Strömungsgeschwindigkeit bzw. der Wassertemperatur u. dgl. dienen, werden durch Meßkabel in unterschiedlichen Wassertiefen an den Bojen gehalten.

Die Meßsensoren müssen, um unverfälschte Meßei gebnisse liefern zu können, unabhängig von der Wellenbewegung in Ruhe gehalten werden, d. h. die Sensoren dürfen insbesondere in vertikaler Richtung keine Bewegung ausführen. Andererseits ist aber für einen strömungsfreien Sende- bzw. Empfangsbetrieb ein Überspülen der Antenne zu vermeiden. Die gleiche Bedingung gilt natürlich auch für an der Boje oberhalb der Wasseroberfläche angeordnete meteorologische Meßgeräte. Ferner dürfen Neigungsbewegungen, die die Antenne mit der Boje ausführt, einen bestimmten maximalen Winkelbetrag aus der Vertikalen nicht überschreiten, da sonst auch dadurch empfindliche Störun-337

gen des Sende- bzw. Empfangsbetriebes hervorgerufen werden können.

Es sind Bojen bekannt, die so ausgelegt sind, daß sie der Wellenbewegung nicht oder nur in geringem Maße folgen. Der Hauptteil des auftriebliefernden Bojenvolumens befindet sich dabei ständig unterhalb der Wasserlinie. Der Durchmesser der Boje in der Wasserlinie ist relativ klein, um die Rückstellkräfte gering halten zu können. Der Unterwasserteil dieser Art von Bojen liefert eine groß«» effektive Bojenmasse und ein großes Trägheitsmoment Infolgedessen, daß die Boje keine oder nur geringfügige Vertikalbewegungen ausführt, können die Meßsensoren über ein Kabel unmittelbar an der Boje befestigt werden, ohne daß eine wesentliche Verfälschung der Meßergebnisse eintritt

Für die Auslegung von Bojen hinsichtlich ihres statischen und dynamischen Verhaltens ist von ausschlaggebender Bedeutung, ob die Bojen in Seegebieten mit geringeren oder mit größeren Wassertiefen eingesetzt werden sollen. In Seegebieten mit größeren Wassertiefen muß im allgemeinen auch mit größeren Wellenamplituden und -perioden gerechnet werden. Sollen derartige bekannte Bojen in Seegebieten mit größeren Wassertiefen z. B. ab 40 Meter eingesetzt werden, so ergeben sich für die Bojen sehr große Abmessungen. Dies ist jedoch im Hinblick auf den Transport zum und vom Einsatzes und im Hinblick auf die Wartung der Bojen ungünstig.

Für den Einsatz in größeren Wassertiefen, d. h. etwa ab 40 Meter ist es bekannt, die Meßeinrichtungen für ozeanographische Beobachtungen getrennt von der Boje anzuordnen, und zwar derart, daß ein Unterwasserauftriebskörper das am Meeresboden verankerte, die Meßsensoren aufnehmende Kabel trägt und spannt, und die Überwasserboje eine eigene Verankerung am Meeresboden erhält. Die Übertragung der Meßdaten erfolgt dabei über ein von den Meßsensoren zur Sendeanlage der Überwasserboje führendes Verbindungskabel.

Es sind auch sogenannte »Mcnsterbojen« bekanntgeworden, die ein erhebliches Gewicht und einen sehr großen Durchmesser aufweisen. Diese Bojen besitzen ein sehr großes Verhältnis von Durchmesser zur Höhe. Sie sind im Hinblick auf ihr Gewicht und ihre Größe ungünstig und zudem keine Wel'enfolger sondern Oberflächenfolger, die bei kleinen Wellenlängen große Wellenamplituden haben.

Andere bekannte Bojen weisen einen oberen halbkugelförmigen Auftriebskörper und ein unteres Stabilisierungsteil auf, welches geflutet werden kann. Diese Art von Bojen sind ebenfalls sogenannte Oberflächenfolger, d. h. daß deren Hochachse im wesentlichen senkrecht auf der Wasseroberfläche steht, wobei diese Bojen große Rollamplituden haben.

Es ist ferner eine Boje der eingangs genannten Art bekannt, die ein unter der Wasseroberfläche liegendes glockenförmiges Teil besitzt, das nach unten offen ist. Dieses Teil trägt am äußeren unteren Rand einen Ballastring und ist mit einem Auftriebskörper verbunden. Diese Boje soll geringstmöglich durch den Seegang beeinflußt werden. Bei dieser Art von Bojen ist das Verhältnis von Erregerfrequenz zu Eigenfrequenz überkritisch, d. h. die Boje schwingt gegen die Wellenbewegung, was zum Überspülen einer Antennenanlage am Oberwasserteil der Boje führen kann.

Schließlich sind noch Bojen bekannt, deren in der Wasserlinie liegender Auftriebsteil die Form einer abgeplatteten Kugel besitzt. Neigungsbewegungen der

Boje bei Wellengang führen hier zur Veränderung des Auftriebsverhaltens.

Es ist nunmehr Aufgabe der Erfindung, eine Boje zu schaffen, bei der unter Berücksichtigung geringstmöglicher Abmessungen ein Oberspülen der von der Boje aufgenommenen Sende- bzw. Empfangsanlage und gegebenenfalls meteorologischer Meßeinrichtungen mit Sicherheit vermieden wird. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, die Boje so auszubilden, daß für einen störungsfreien Sende- bzw. Empfangsbetrieb die Antenne einen maximalen Wert der Winkelabweichung aus der Vertikalen nicht überschreitet

Die Gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ballastteil als Ring ausgebildet ist, der von Streben genalien wird, wie an sich bekannt, und im Verhältnis zum Auftriebskörper so dimensioniert ist, daß er lediglich als Ballast ohne hydrodynamische Aufgabe wirkt, jedoch einen erheblichen Beitrag zum Trägheitsmoment liefert, in dem Sinne, daß ein geringstmöglicher Wert des Verhältnisses von Erregerfrequenz (Seegang) zur Eigenfrequenz (Boje) bei geringer Masse erreicht wird.

Eine erfindungsgemäß ausgebildete Boje besitzt bei vorgegebener Erregung eine große Eigenfrequenz, d. h. es werden an der Boje große Rückstellkräfte bei gerin- 2; ger Bojenmasse wirksam. Die Boje folgt somit der Wellenbewegung und es wird dadurch ein Überspülen der Sende- bzw. Empfangsanlage und gegebenenfalls meteorologischer Meßsensoren verhindert. Bei bekannten Bojen für geringere Meerestiefen ist das Unterwasserteil als wesentlicher Bestandteil der L-oje so ausgeführt, daß hydrodynamische Kräfte wirksam werden, die einer Erhöhung der Bojenmasse gleichkommen. Das unterhalb der Wasseroberfläche liegende Teil der erfindungsgemäßen Boje dient demgegenüber Iediglich als Ballast Die Ausbildung des Ballasttules als konzentrischer Ring, der von Streben gehalten wird, verhindert in seiner Dimensionierung einerseits, daß das Ballastteil eine über das Unvermeidliche hinausgehende hydrodynamische Wirkung entwickelt, erbringt aber andererseits einen größeren Beitrag zum Trägheitsmoment als es bei einer konzentrierten Masse der Fall ist.

Dem Bestreben, mit Hilfe eines großen Durchmessers des Auftriebskörpers möglichst große Rückstellkräfte zu erzielen, sind Grenzen dadurch gesetzt, daß bei gleichem Volumen das Trägheitsmoment umso geringer wird, je flacher die Boje ist. Im Hinblick auf die geforderte Begrenzung der Neigung der Boje bzw. der Antenne gegenüber der Vertikalen darf aber das Tragheitsmoment nicht zu gering sein. Die vorliegende Erfindung geht daher davon aus, daß die Abmessungen von Höhe und Horizontaldurchmesser des Auftriebskörpers etwa zueinander in einem Verhältnis 1 :2 stehen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung dargestellt.

F i g. 1 zeigt in einer schematischen Übersicht eine Boje in Verbindung mit einer Anlage zur Erfassung ozeanographischer Daten; F i g. 2 zeigt die Boje in einer Seitenansicht;

F i g. 3 zeigt in einem Ausschnitt den Auftriebskörper der Boje, längsgeschnitten dargestellt.

In F i g. 1 ist mit 1 die mit einer Sendeanlage und mit einer Antenne 2 ausgerüstete Boje bezeichnet, die mittels eines Ankersteines 4 über ein Ankerseil 5 am Meeresboden 7 gehalten ist. Getrennt von der Boje 1 ist hierbei die Einrichtung 6 zur Messung ozeanographischer Daten angeordnet Die- Einrichtung besteht aus einem Unterwasserauftriebskörper 10, der am eben Ende eines am Meeresboden 7 mittels eines Ankersteines 14 befestigten Kabels 12 angreift Das Kabel 12 trägt in Abständen voneinander angeordnete Meßsensoren U, die zur Messung ozeanographischer Daten dienen. Das gleichzeitig als Tragseil und Übertragungskabel für die gemessenen Daten ausgebildete Kabel 12 weist ein am Meeresboden 7 entlanggeführtes Grundkabelteil 16 auf, das eine Verbindung zwischen dem Kabelteil 12 und dem Ankerseil S herstellt Das Ankerseil S ist gleichfalls als Übertragungskabel für die Meßwerte ausgebildet und schließt an die Sendeanlage 21 innerhalb der Boje 1 an. Der Auftriebskörper 10 strafft das Kabel 12 so, daß die Meßsensoren U etwa stets die gleiche Lage, insbesondere in bezug auf die Vertikale einnehmen. Die Meßsensoren 11 dienen z. B. zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit der Strömungsrichtung, der Wassertemperatur sowie der WellenprofiSe.

Die die Sende- bzw. Empfangsanlage 21 und die Antenne 2 tragende Boje 1 ist über das Ankerseil 5 mittels des Ankersteins 4 so am Meeresboden 7 verankert daß die Boje 1 in jedem Fall der Amplitude der Wellenbewegung frei zu folgen vermag.

Die Eoje 1 besteht, wie die F i g. 2 und 3 erkennen lassen, aus einem in der Wasserlinie 3 liegenden Auftriebskörper 20 und einem Ballastteil, ausgebildet als Ring 42. Der Auftriebskörper 20 ist hohl ausgebildet und nimmt in seinem Inneren die Sende- bzw. Empfangsanlage 21, eine Stromversorgungseinheit sowie Telemetrie- und Speichersysteme für die gemessenen Daten auf. Der Auftriebskörper 20 weist einen zylindrischen Abschnitt 28 auf, der oberhalb in einen kegelförmigen Abschnitt 29 übergeht. Während der zylinderförmige Abschnitt 28 des Auftriebskörpers 20 in der Wasserlinie liegt und damit Einfluß auf den Ablauf der Bewegungen der Boje insbesondere in vertikaler Richtung ausübt ist der nicht eintauchende Abschnitt 29 dafür bestimmt. Beanspruchungen des Auftriebskörpers 20 durch Wasserschlag zu vermindern. Unterhalb des zylindrischen Abschnittes 28 weist der Auftriebskörper 20 einen weiteren kegelförmigen Abschnitt 30 auf, dessen Form zur Stabilität des Auftriebskörpers 20 beiträgt Da dieser Abschnitt ständig unterhalb der Wasserlünie 3 gehalten ist, hat seine Form keinen Einfluß auf den Ablauf der Bewegungen der Boje. In einem Abistand ist konzentrisch zum zylindrischen Abschnitt 28 des Auftriebskörpers 20 mittels Streben ein zylindrischer Kollisionsring 32 befestigt, der an seinem oberen und unteren Ende ringförmige Gummiwülste 33 zum Schutz gegen Beschädigung durch Treibgut oder anlegende Fahrzeuge trägt. Der Auftriebskörper 20 weist in seinem Inneren zur Aussteifung ein in Richtung der Längsachse laufendes Zentralrohr 35 auf, an dessen unterem Ende die Anlenkung 45 für das Ankerseil 5 befestigt ist. Der Raum 36 zur Aufnahme der Sende- bzw. Empfangsanlage 21 ist von einer Innenwandung 37 umgeben, wobei der zwischen der die Außenkontur bildenden Wandung und der Innenwandung vorhandene Raum eine Hartschaumfüllung 38 enthält, die zur Aussteifung des Auftriebskörpers 20 dient.

Unterhalb der Wasserlinie 3 ist ein zur Längsachse des Auftriebskörpers 20 konzentrischer Ring 42 über Streben 43 angeordnet, der das Ballastteil der Boje 1 bildet und aus einem mit Beton ausgefüllten Stahlmantel besteht. Die lichte innere Weite des Ringkörpers 42 ist dabei so bemessen, daß das Ankerseil 5 auch bei

maximal möglichen Winkellagen der Boje gegenüber der Vertikalen nicht in Berührung mit dem Ring 42 gelangen kann, so daß sowohl Beschädigungen des Ankerseiles 4 sowie Veränderungen des Angriffspunktes des Ankerseiles 5 am Auftriebskörper vermieden werden. Oberhalb sind am Auftriebskörper 20 Vertikalträger

50 angeordnet, die zur Aufnahme des Antennenmastes

51 mit der Sende- fostw. Empfangsantenne 2 dienen. Zur Beobachtung und Messung meteorologischer Daten am Standort der Boje sind an den Vertikalträgern eine Anzahl von Meßgeräten angebracht, und zwar ein Windgeschwindigkeitsmesser 53, ein Windrichtungsmesser 54 sowie ein Feuchtigkeitsmesser 55. Ferner nehmen die Vertikalträger 50 ein Blinklicht 56 auf. Um die Boje begehen zu können sind auf den Umfang des Auftriebskörpers 20 drei Leitern 58 verteilt angeordnet. Der Innenraum 36 des Auftriebskörpers 20 ist zur Wartung der elektronischen Einrichtung über einen verschließbaren Einstieg begehbar vorgesehen.

Die Anlenkung 45 für das Ankerseil 5 stimmt infolge

der Masse des Ringes 42 mit dem Gesamtschwerpunkt

> S der Boje überein. Damit übt das Ankerseil 5 über die _ Anlenkung 45 ζ. B. beim Triften der Boje kein Moment

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. 21 3

   Patentanspruch:

   Verankerte Hochseeboje zur Aufnahme von Einrichtungen für die Abstrahlung von Signalen, insbesondere zur Aufnahme einer Sende- bzw. Empfangsanlage, bestehend aus einem im Bereich der Wasseroberfläche liegenden, die Antenne der Sende- bzw. Empfangsanlage aufnehmenden Auftriebskörper mit zylindrischem Wasserlinienteil und im Verhältnis zur Eintauchtiefe etwa doppelt so großem Durchmesser und einem unterhalb der Wasserlinien gehaltenen Ballastteil, wobei das Ballastteil eine Masse besitzt, durch die der Gesamtschwerpunkt der Boje in die Verankerungsanlenkung verlegt isi, dadurch gekennzeichnet, daß der Ballastteil als Ring (42) ausgebildet ist, der von Streben (43) gehalten wird, wie an sich bekannt, und im Verhältnis zum Auftriebskörper (20) so dimensioniert ist, daß er (ediglich als Bailast ohne hydrodynamische Aufgabe wirkt, jedoch einen erheblichen Beitrag zum Trägheitsmoment liefert, in dem Sinne, daß ein geringstmöglicher Wert des Verhältnisses von Erregerfrequenz (Seegang) zur Eigenfrequenz (Boje) bei geringer Masse erreicht wird.