DE2363048A1 - Vorrichtung zum foerdern von am meeresgrund befindlichen mineralien - Google Patents
Vorrichtung zum foerdern von am meeresgrund befindlichen mineralienInfo
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Description
DipL-lng. H. Sauerland · Dr.-!no. R. König · Diph-ing. K. Bergen
Patentanwälte · 4ooo Düsseldorf ao ■ Gecilienallea 76 ■ Telefon 433732
18. Dezember 1973 29 079 K
The International Nickel Company of Canada Limited, Copper Cliff, Ontario, CANADA
"Vorrichtung zum Fördern von am Meeresgrund befindlichen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Fördern von am Meeresgrund befindlichen Mineralien.
Es ist bekannt, daß Manganknollen in unterschiedlichen Mengen in oder auf dem Grundschlamm der Weltmeere lagern.
Im allgemeinen können Manganknollen als kugelartige oder ellipsoide Teile aus einem festen Material bloßgelegt
werden, die bis etwa zur Hälfte ihrer Durchmesser in feinem Lehm- bzw. Tonschlamm eingebettet sind. Obwohl
die Natur und das Verhalten des unzerstörten bzw. unbeeinflußten Schlamms nicht bekannt sind, zeichnen sich
einige Meeresböden mit solchen Knollen durch ein weiches, klebendes und zähes Bett aus feinem Lehm- bzw. Tonschlamm
aus, der zumeist aus Teilchen mit einer Größe von etwa ein bis zwei L^m besteht.
Das Aufnehmen bzw. Sammeln von Manganknollen oder ähnlichen
Mineralien aus großen Tiefen von beispielsweise 1.500 bis 5.000 m oder mehr, bereitet große Schwierigkeiten.
Nach welchem Verfahren auch immer die Stoffe tatsächlich gefördert werden, es ist höchst wünschens-
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wert, eine Vorrichtung zu benutzen, die nicht nur zum
Sammeln'dient, sondern auch eine Konzentration-herbeiführt.
Das bedeutet, daß der größte Teil des Schlamms vor dem Fördern entfernt wird. Die der Erfindung zugrunde
liegende Aufgabe besteht somit in der Schaffung einer Vorrichtung, die am Meeresboden arbeiten kann sowie
ein Sammeln und Konzentrieren der Mineralien ermöglicht, ohne daß zu viele komplizierte elektrische oder anders
energiebetriebene Teile erforderlich sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung vorgeschlagen,
die über den Meeresboden geschleppt oder in anderer Weise, beispielsweise durch Antriebsbahnen bzw.
-schienen bewegt wird. Dabei werden die Oberfläche des Meeresbodens eingeebnet, und die Manganknollen bzw. Mineralien
in den Schlamm gedrückt« Anschließend wird die obere Schicht abgeschält sowie nach oben geführt, wobei
der Schlamm von den gesammelten Mineralien abgespült wird. Die konzentrierten Mineralien werden über eine
Leitung zu einem Schleppschiff oder zu einem getrennt geschleppten Träger gefördert. Die konzentrierten Mineralien
körn? m auch erneut auf den Meeresgrund geführt
und von einer anderen Vorrichtung aufgenommen werden.
Mach der Erfindung geschieht dies mit einer Vorrichtung
aus einem Körper mit einer nach vorn und oben geneigten Frontseite, mit einer flachen Unterseite und einem sich
von der Rückseite nach oben erstreckenden Sammel- und Entladekanal, dessen Mündung zwischen der flachen Unterseite
des Körperä und einem Schäl- bzw. Schneidmesser
liegt, das unterhalb des Körpers, angeordnet ist und sich über die ganze Breite erstreckt. Um ein Austreten
von Schlamm unter Zurückhaltung der Mineralien zu ermöglichen, ist die rückwärtige Wandung des Kanals mit
öffnungen versehen. Nach dem Konzentrieren der Minera-
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lien sollen diese sofort zur Oberfläche gefördert werden. Vorzugsweise endet der Kanal in einer Gelenkverbindung
zum Anschließen an eine Leitung, durch die die Stoffe zum Schleppschiff oder -träger gefördert werden.
Es sollte so viel Schlamm wie möglich aus dem Kanal entfernt werden, wozu die' vordere Wandung des Kanals vorzugsweise
Öffnungen zum Eintreten von Wasser aufweist, um den Schlamm durch die Öffnungen in der rückwärtigen
Wandung auszuspülen. Das Spülwasser kann in einfacher Weise durch die Bewegung der Vorrichtung über den Meeresboden
durch die Öffnungen in der vorderer Wandung des Kanals gedrückt werden, vorzugsweise wird es jedoch
durch ein angetriebenes Flügelrad bzw. ein Schaufelrad
in die Öffnungen gedrückt. Dieses befindet sich in einem Kanal, dessen Mündung zum Wasser hin bzw. nach
außen offen ist und dessen anderes Ende aus dem Teil
der vorderen Wandung des Kanals besteht, in dem sich
die Öffnungen befinden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispielen des näheren
erläutert. In der Zeichnung zeigen? Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schleppvorrichtung,
Fig. 2 eine Draufsicht der Vorrichtung nach Fig. 1, Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie IH-III in Fig. 2,
Fig. 4 einen Schnitt durch die Mündung des Sammelkanals in vergrößerter Darstellung,
Fig. 5 eine abgewandelte Form der Vorrichtung in
Draufsicht,
Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI in Fig. 5
Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI in Fig. 5
und
Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII in Fig.
Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII in Fig.
Die erfindungsgemäße Sammelvorrichtung 10 befindet sich
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im Schlepp eines Schiffs 11 tfosr- ©in© Schleppleine 12j
sie besteht im wesentlichen -ans
<3in©a Körper 13 ^i t einer
flachen Unterseite mifi einer nach oben und vorn© geneigten
Vorderseite 14= Mi der Rückseite erstreckt sich unten
ein Schälmesser 153 das mit äer Unterseite des Körpers'
13 verbunden ist uad An die rückwärtige Wandung eines
Sammelkanais 16 übergehtο Der größte Teil dieser rückwärtigen
Wandung bestellt a^s einem Sitter 27 s -das vorzugsweise
aus eine® Keil·= oeLer Saateaäralit besteht«, wobei die
öffnungen des Gitters zum laichten Freigeben des Schlamms
groß genug und zum Zurückhalten d®r gewünschten Mineralien
eng genug sind, D@r- äffi'sl 16 steigt an, setzt sich
nach vorne fort und -/©r.jüng-]; 3ielis um in ein©? Kugel- '
oder Gelenkverbinäung 17 ^u @nden0 Halle seinem lade r-uht
der Kanal 16 auf einer Stilts® 18, Die lugelverbiadmig
dient zum Verbinden des Kanals mit einer- För-d©r-Xsitung
19, die mit dem Schiff 11 verbiindsn ist und sine Pumpe
20 zum Hochpumpen des Wassei^s und der Mineralien enthält.
Ein Kanal 21 zum Zuf-uhren von Spülwasser in den Kanal
befindet sich auf dem Körper 13 alt seiner Mündung in einer
selchen Höh1? isb®r der Yörderssite 14, daß in diesen
Kanal Wasser eindri&gea kaon, das weitgehend frei von
Schlamm ist. Dieser Eanal 21 endet in der vorderen Wan-:
dung des Kanals 16 und enthält einen von einem Elektromotor 23 angetriebenen Propeller 22. Die Energie für den
Motor wird vom. "Schiff über ©in ICafeel 24 zugeführt.
Der Meeresboden besteht aus ichlasm 25 und darauf oder
teilweise darin lagernden Mangsnknollen 26. Da die Vorrichtung
nach vorne geschlappt wird, ist die Wirkung der Vorderseite 14 wesentliche Bis Vorderseite 14 ist gemäß
Darstellung in einsr- leichten Kurve nach oben geneigt,
wodurch die Bewegung der Vorrichtung über den Meeres-
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boden erleichtert wird. Mit der flachen Unterseite des Körpers 13 werden die Manganknollen in den Schlamm gedrückt,
so daß sie in einer kompakten Oberflächenzone mit glatter Oberfläche eingebettet sind und beispielsweise
bis 10 cm "tief liegen. Ein weiterer Vorteil der hochgebogenen Vorderseite besteht darin, daß die Gefahr einer
wandernden Bugwelle aus Schlamm an der Vorderseite des Fahrzeugs minimal ist.
Um die optimalsten Ergebnisse zu erzielen, sollte das Gesamtgewicht auf den Meeresboden einen Druck von 1,7
bis 6,9 · 10^ "N/m2 ausüben. Die Vorderkante des Schälmessers
15 sollte gegenüber dem Schwerpunkt der Vorrichtung nach hinten versetzt sein. Um das Trennen des
Schlamms und der Mineralien zu erleichtern, sollte der Schlamm so flüssig wie möglich sein. Wenn der Schlamm
thiotrope Eigenschaften besitzt, wird er durch den Druck der Vorrichtung bis zu einem gewissen Grad verflüssigt.
Die Verflüssigung des Schlamms wird durch das Wasser verstärkt, und die Bewegung der Vorrichtung
über den weichen Schlamm kann zu einer Druckverminderung zwischen der Unterseite des Körpers und dem Schlamm
führen. Unter Ausnutzung dieser Tatsache befinden sich im Körper 13 öffnungen 28 für den Durchtritt von Wasser
nach unten zur Grenzfläche.
Das Schälmesser 15 ist mit dem Körper auf jeder Seite
durch Platten 29, die einen Teil der Seitenwandung des Kanals 16 ausmachen, und über seine gesamte Transversallänge
durch vertikale Eckbleche verbunden, die soweit voneinander entfernt sind, daß sie ein Gitter bilden,
durch das unerwünschte große Stücke von Mineralien nicht hindurch können. Die Ecken,30 können aus Platten
gemäß den gestrichelten Linien in Fig. 2 oder aus Stäben bestehen.-Die Abstände zwischen den Ecken sowie
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zwischen der Unterseite des Körpers und dam Schälmesser
sind durch die Stückgröße der zu sammelnden Mineralien
bestimmt; im allgemeinen betragen diese Abstände jeweils etwa 8 cm. Die Vorderkanten der Eckbleche 30 sind hinten
nach unten geneigt, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Daher werden übergroße Stüoke oder Schlammansammlungen,
Schmutz und Schutt nach unten gestoßen. Dies unterstutzt
ferner die Vorrichtung beim Übergleiten eines festen Hindernisses.
Das Schälmesser 15 bildet den Boden des Kanals 16 und ist
gemäß Fig. 3 hinter der Eintrittsöffnung nach oben abgebogen, so daß das Schälmesser in den gebogenen Teil der
rückwärtigen Wandung des Kanals übergeht, obwohl das
Schälmesser auch als separates Teil ausgebildet und dann mit dem gebogenen Teil der Wandung verbunden sein
kann. . .
Die dichtgepaekte Schicht aus Schlamm und Mineralien
wird bei der Vorwärtsbewegung der Vorrichtung abgeschält und im Kanal 16 hochgefördert. Mit dem durch den Kanal
21 vom Propeller 22 angesaugten Wasser wird der Schlamm ausgespült. Die üifeidung des Kanals. 21 kann 1,2 m oder
mehr über dem Körper 13 liegen. Der.Kanal 21 ist in einem
Kopfteil 290 an der Druckseite des Propellers 22 vergrößert; die rückwärtige Wandung dieses Kopfteils 290
bildet gleichzeitig die Frontwandung des Kanals 16. öffnungen
31 in dieser Wandung wirken als Injektordüsen, die das Spülwasser nach oben gegen das Gitter 27 leiten,
so daß der Schlamm durch das Gitter ausgespült wird. Die Mineralien und der Restschlamm werden durch den Kanal 16
gefördert. An der Oberseite des verjüngten Kanalteils befindet sich ein weiteres Gitter 32, durch das ein Teil
des Restschlamms ausgespült wird.
lin weiteres Ausspülen des durch den Kanal 16 nach oben .
gelangenden Schlamms wird durch einen nach unten gerichteten
Wasserstrahl erzielt, der aus einer Düse 33 aus-
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tritt, die in der Bodenwandung des Kanals 21 an der Druckseite des Propellers unmittelbar über der lintrittsöffnung
des Kanals 16 angeordnet ist.
Es kann sich als notwendig erweisen, die Eintrittsöffnung des Kanals 16 zu schließen oder das Gitter von eingegangenem
bzw. verklemmtem Material zu befreien. Dies kann mit einem angetriebenen Kamm geschehen, der aus einer
Ruhestellung bewegt und mit seinen Zähnen die öffnungen zwischen den Eckblechen verschließen oder durch die öffnungen
zum Zwecke ihrer Reinigung hindurchgreifen kann. Ein solcher Kamm ist in Fig. 4 dargestellt und besitzt
Zähne 34, die mit dem Körper 13 "/©rschachtelt und auf einer Welle 35 sitzen. Der Kamm kann hin- und herbewegt
werden, um die Zahne gemäß den gestrichelten Linien in Fig. 4 zwischen die Eckbleche zu bewegen. Der Bewegungsantrieb des Kamms kann aue einem nicht dargestellten Hydraulikkolben
bestehen, der vom Schiff aus- elektrisch gesteuert wird.
Eine etwas einfachere Ausführung der srfindungsgemäßen
"Vorrichtung ist in Fig, 5 bis 7 dargestellt. Hierbei
fehlt der Propeller und dessen Motor. Zusätzlich sind Schenkelteile des Schermessers und- des Sammelkanals vom
rechtwinkligen Verlauf ausgehend zur Längsrichtung des Körpers geneigt. Im einzelnen weist ein Körper 40 eine
nach oben gebogene Vorderseite 41 auf und trägt ein aus drei Teilen bestehendes Schermesser mit einem zentralen
Teil 42 rechtwinklig zur Längsachse des Körpers und zwei in Richtung zur Längsachse nach vorne geneigten
Schenkelteilen 43. Ein Sammelkanal 49 erstreckt sich nur über die Breite des Teils 42 nach oben, während der
Kanal längs jedes Schenkelteils 42 einfach einen Horizontalkanal
bildet. Die rückwärtige Wandung der Kanäle besteht aus einem Gitter 44 aus durch Bänder oder
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Zwischenglieder 45 verbundenem Keil= oder Kantendraht. Der von den Schenkelteilen abgeschält® Schlamm mit Mineralien
wird innen horizontal in Richtung zum zentralen Teil 42 des Kanals bewegt-, von wo er nach oben fließt
In diesem zentralen Teil besteht die rückwärtige Wandung aus dem Gitter kk9 45? durch Öffnungen 46 und 47 tritt
Spülwasser ein,, um den Schlamm durch das Gitter auszuspülen.
Das Schälmesser und der untere Teil des Sammelkanals können in bezug auf -die Unterseite der Vorrichtung
vertikal verstellbar sein, so daß die Mächtigkeit der durch das Schälmesser abgeschälten und aufgenommenen
Schicht eingestellt ΐίβκΐ'ΐτι ksiiae
Während die Vorrichtung in er-stsr Lini© für die Gewinnung
von Manganimollen, bestimmt ist-, !sann sie auch zur
Gewinnung anderer Materialien beispielsweise von Phosphaten verwendet werden.,
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Claims (11)
1. Vorrichtung zum Fördern von am Meeresgrund befindlichen Mineralien, gekennzeichnet durch
einen Körper (13) mit einer nach vorn und oben geneigten Frontseite (14), einer flachen Unterseite und mit
einem sich von der Rückseite nach oben erstreckenden, mit AustrittsÖffnungen (27) versehenen Sammelkanal (16),
dessen Mündung zwischen der Unterseite und einem Schälmesser (15) liegt, das unterhalb des Körpers angeordnet
ist und sich über dessen ganze Breite erstreckt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (16) über
eine Gelenkverbindung (17) mit einer Förderleitung
(19) verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennz ei c h -η e t , daß die vordere Wandung des Sammelkanals (16) Einlaßöffnungen (31) aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch ge- .
kennzeichnet, daß die vordere Wandung des Sammelkanals (16) eine Öffnung für einen Spülwasserkanal
(21) aufweist.
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5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Spülwasserkanal (21)
ein angetriebener Propeller (22) angeordnet ist»
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch
gekennzeichnet^ daß die Mündung des
Spülwasserkanals (21) im Abstand über der Vorderseite (14) des Körpers (13) liegt.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das Schälmesser (15) mit dem Körper (13) über vertikale, ein Gitter bildende Eckbleche (30) verbunden
ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderseiten der
Eckbleche (30) nach hinten und unten geneigt sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet' durch einen angetriebenen
Kamm (34, 35) > dessen Zähne mit den Öffnungen zwischen den Eckblechen (30) korrespondieren.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schermesser- und Schenkelteile (43) des Sammelkanals (47, 49) vom rechtwinkligen Verlauf ausgehend
zur Längsachse des Körpers nach vorne geneigt sind.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 10, gekennzeichnet durch ein einem Bodendruck von 1,7 bis 6,9 · 10·3 N/m entsprechendes
Gesamtgewicht.
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8130 | Withdrawal |