DE2538011A1 - Maschine zur ausbildung von graeben fuer leitungen im meeresgrund - Google Patents
Maschine zur ausbildung von graeben fuer leitungen im meeresgrundInfo
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Description
Maschine zur Ausbildung von Gräben für Leitungen im Meeresgrund
Die Erfindung bezieht sich auf eine Maschine zur Ausbildung von Gräben für Rohrleitungen, Kabel und dgl. Leitungen im
Meeresgrund mit einem mit Rädern, Bändern, Ketten oder dgl. ausgestatteten Schlitten, der an der Leitung derart geführt
ist, daß er um diese geschwenkt werden kann, und der entlang der Leitung durch Anlage der Räder oder dgl. an dieser antreibbar
ist, mit einem Grabe- oder Baggeraggregat, mit Vorrichtungen zum Betrieb dieses Aggregats, mit Elektrozuleitungskabeln
zwischen der Meeresoberfläche sowie der Maschine und mit den größeren Teil des Gewichts der Maschine tragenden
Auftriebstanks.
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BERLIN: TELEFON (030)8 3120 88
KABEL: PROPINDUS · TELEX Ο18Ό57
MÜNCHEN: TELEFON (Ο89) 22 55 KABEL: PROPINDUS · TELEX 05 24
Der im folgenden gebrauchte Ausdruck "Leitung" soll Rohrleitungen (Pipelines), Kabel oder dgl. langgestreckte Körper
umfassen.
Es sind eine Reihe von verschiedenartigen Grabenaushebemaschinen bekannt. Zur Ausbildung von Gräben in großen Tiefen
kommen nur solche Maschinen in Betracht, die nicht von der Oberfläche aus geschleppt werden müssen, sondern dieein
eigenes An- und Vortriebssystem haben. Die Energiezufuhr zu der auf dem Meeresgrund befindlichen Grabenaushebemaschine
muß durch Elektrokabel erfolgen, und die Energie wird am Meeresgrund in mechanische Energie durch Elektromotoren
umgewandelt, deren Bewegung auf die Antriebs- und Grabevorrichtungen über Hydraulikpumpen und -motoren übertragen
wird. Es ist eine Folge der Elektro- bzw. Hydraulikpumpen und -motoren, daß die Maschine ein beträchtliches
Gewicht hat. Wegen der sehr großen Kräfte, die sonst notwendig waren, müssen auch Aggregate bei in großen Tiefen zum
Einsatz kommenden Grabenaushebemaschinen verwendet werden, die die auszuhebenden Massen mechanisch auf- bzw. losbrechen,
und es muß die Entfernung der losgebrochenen Massen unter Beimischung von Wasser durch Saugwirkung erfolgen.
Grabenaushebemaschinen mit Entfernung der lösgelösten Massen durch Saugwirkung sind durch die niederländischen Patentanmeldungen
Nr. 67 O1665 und Nr. 68 16325 sowie durch die US-PSn3 732 7OO , 3 429 132 und 3 717 OO3 bekanntgeworden.
Durch die erstgenannte niederländische Patentanmeldung und durch die beiden letztgenannten US-Patentschriften
ist es auch bekanntgeworden, daß das Maschinengestell an der Leitung geführt und in Anlage an dieser entlang bewegt
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wird, wobei das Maschinengestell angetriebene Führungsrollen zur Anlage an der Oberfläche der Leitung hat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschine zum Ausheben von Gräben im Meeresgrund zu schaffen, die
sehr wenig Grundfläche erfordert und eine Manövrierfähigkeit bzw. Steuerbarkeit hat, die ermöglicht, daß der Grabekopf
des Grabeaggregats auf eine ganze Anzahl von unterschiedlichen Stellungen in bezug auf die Leitung eingerichtet
werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Maschine der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet,
daß das Grabeaggregat starr mit dem neutralen, passiven Massenhauptteil der Maschine einschließlich der
Ballasttanks verbunden ist und daß das Massenhauptteil seinerseits den Antriebs- und Führungsschlitten derart
trägt, daß eine Vertikalbewegung des Schlittens gegenüber dem Massenhauptteil möglich ist.
Es wird damit eine Maschine geschaffen, die nicht auf dem Meeresgrund gelagert ist und bei der auf die Maschine
während des Grabens wirkende Kräfte auf die Leitung übertragen werden. Die Maschine folgt der Leitung sehr eng,
besitzt jedoch trotzdem die erforderliche Bewegungsfreiheit relativ zur Leitung, so daß der gewünschte Grabenzug
erhalten wird. Wenn beispielsweise während des Grabevorgangs ein unerwartetes Hindernis auftritt, so kann die
Maschine eine gewisse Strecke an der Leitung zurückgefahren werden, um sie anschließend wieder vorwärts zu bewegen,
wobei sie fortschreitend geschwenkt wird, so daß eine etwas
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abweichende Bahn an der schwierigen Stelle vorbei erhalten wird. Das Schwenken wird durch die Ballasttanks gesteuert,
und die große passive Masse der Maschine ermöglicht die Aufnahme von Schwenk-Reaktionskräften und das Aufrechterhalten
einer ziemlich stabilen Schwenklage, obwohl sie durch die Leitung nicht an einer Drehung um diese gehindert
ist.
Die Auftriebstanks sind so ausgelegt, daß das Gewicht der Maschine in allen wesentlichen Beziehungen durch die Ballasttanks
getragen wird und nur zu einem ganz geringen Teil, wenn überhaupt, über den Schlitten von der Leitung.
Trotz der Tatsache, daß die gesamte mechanische Ausrüstung an der Maschine gelagert ist, die demzufolge ein beträchtliches
Gewicht hat, ist es dadurch möglich, die Leitung von diesem Gewicht zu entlasten. Die Stärke der Leitung kann
insofern dazu herangezogen werden, die vom Grabekopf herrührenden Kräfte und andere Kräfte, denen die Maschine bei
dem Grabevorgang ausgesetzt ist, aufzunehmen, und es ist gleichzeitig möglich, die Maschine entlang der Leitung anzutreiben,
und zwar auch entlang solcher Strecken, über die die Leitung in freier Spannweite verläuft. Das Lagern der
Maschine nur an der Leitung und nicht am Meeresgrund schließt ein, daß die Maschine nur einen kleinen Grundflächenbedarf
seitwärts der Leitung hat, so daß sie auch bei unebenem Meeresgrund, wo seitlich der Leitung nur
wenig freier Raum zur Verfügung steht, eingesetzt werden kann.
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Das Grabe- oder Baggeraggregat weist vorzugsweise einen Grabekopf mit einer Schlammsaugleitung, einen Hydraulikmotor
für den Grabekopf, eine mit einem Saug- und Auslaßrohr versehene Schlammpumpe und einen Elektromotor für
deren Antrieb auf. Zusätzlich kann die Maschine Elektromotoren zum Betrieb von Hydraulikpumpen und gegebenenfalls
für die Stabilisierung der Maschine und ihre Ausrichtung, wenn sie auf die Leitung am Meeresgrund gesetzt
wird, enthalten.
Weitere Merkmale und Vorteile des Erfindungsgegenstandes werden für den Fachmann aus der folgenden Beschreibung
eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels deutlich, wobei
Fig. 1 eine Seitenansicht,
Fig. 2 eine Draufsicht und
Fig. 3 eine Frontansicht zeigen.
Fig. 2 eine Draufsicht und
Fig. 3 eine Frontansicht zeigen.
Die Grabenaushebemaschine hat einen Bagger- oder Grabekopf 1 mit einer mittigen Schlammsaugeleitung 2. Eine
Schlammpumpe 3 ist mit einem Saugrohr 4 und einem Auslaßrohr 5 versehen. Ein Elektromotor 6 betreibt die Schlammpumpe
3, während ein Hydraulikmotor 7 über eine Zahnradübersetzung 8 den Grabekopf 1 antreibt. Eine von einem
Elektromotor 10 angetriebene Hydraulikpumpe 9 liefert die Druckflüssigkeit für den Hydraulikmotor 7. Alle diese
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Bauteile sind untereinander in geeigneter Weise zu einer starren Konstruktion verbunden, die zusätzlich zwei vertikale
Führungszylinder 11, welche seitlich von dem Grabekopf 1 angeordnet sind, sowie vier Auftriebs- und Ballasttanks
12 enthält, die paarweise an jeder Seite des Grabekopfes 1 und der zwei Führungszylinder 11 vorgesehen
sind. Die Führungszylinder 11 erlauben eine vertikale Relativbewegung zwischen den bisher beschriebenen
Maschinenbauteilen sowie einem Führungs- und Antriebsschlitten 13, der zwei aufrechte Ständer 14 hat, welche
teleskopartig in je einem der vertikalen Führungszylinder 11 geführt sind. Die Ständer 14 und die Zylinder 11 können
als doppeltwirkende Hydraulikzylinder ausgebildet sein, die den Schlitten 13 relativ zur übrigen Maschine
unter der Wirkung der von der Pumpe 9 zugeführten Druckflüssigkeit
bewegen.
Der Schlitten 13 ist als ein Längsträger 15 ausgebildet, der an jedem Ende ein Räderpaar 16, 17 mit vertikalen
Drehachsen trägt. Die Räder 16, 17 haben ein V-förmiges Profil und werden in jedem Paar zueinander hin und zur
Anlage an die Leitung 18, die einzugraben ist und entlang welcher die Maschine zum Ausheben des Grabens bewegt wird,
gedrückt. Die Räder 16, die an der Seite der Leitung 18 dem Grabekopf 1 benachbart liegen, sind am Schlitten 13
stationär gehalten. Die Räder 17 sind jedoch durch Hydraulikzylinder 19 einstellbar. Diese Zylinder drücken die
Räder 17 mit konstanter Kraft gegen die Leitung 18, die
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etwas ungleichförmig sein kann. Zusätzlich ermöglichen die Zylinder 19, daß jedes Räderpaar 17 voneinander getrennt
werden kann, so daß der Schlitten auf die Leitung 18 gesetzt werden kann.
Da jedes Rad 16, 17 ein V-förmiges Profil hat oder aus zwei Teilen, die jeweils kegelstumpfförmig ausgebildet
sind, besteht, berührt das Rad die Leitung 18 an zwei Punkten. Die Räder haben eine Gummi- oder Kunststofflauffläche
für eine bessere Anlage an der Leitung. Ferner ist jedes Rad mit einem eigenen Hydraulikmotor 20
versehen, der koaxial zum betreffenden Rad angeordnet ist und durch von der Pumpe 9 zugeführte Druckflüssigkeit
betrieben wird. Jedes Radpaar ist von einem pflugförmigen
Schild 21 umgeben, der am unteren Ende des Rades gegen die Leitung 18 hin einen schmalen Schlitz
aufweist. Dem Schild kann Wasser unter Druck zugeführt werden, so daß an den Schlitzen ein Wasseraustritt hervorgerufen
wird, um die RadLaufflächen sauber zu halten. Die pflugförmige Ausbildung des Schildes erleichtert es
dem Schlitten 13, lose Massen zu durchdringen, wenn er entlang einer teilweise eingegrabenen Leitung 18 bewegt
wird.
Die von den Zylindern 19 hervorgerufene Klemmkraft zwischen den Rädern 16, 17 und der Leitung 18 hält die
Maschine ständig an der Leitung 18 und überträgt alle
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— flan der Maschine wirkenden Kräfte auf die Leitung, während
zugleich eine ausreichende Reibung zwischen den Rädern und der Leitung erzeugt wird, um die notwendige Zugkraft
für die Bewegung des Schlittens und damit der Grabenaushebemaschine entlang der Leitung zu erhalten. Die Hydraulikmotoren
20 sind umkehrbar, so daß die Maschine an der Leitung in beiden Richtungen bewegt werden kann.
Die Auftrieb- und Ballasttanks 12 enthalten etwas Ballastwasser, sind aber für den Rest so ausgelegt, daß sie einen
beträchtlichen Auftrieb liefern, um die Leitung 18 vom Gewicht der Maschine zu entlasten. Die Menge des Ballastwassers
und demzufolge der Auftrieb werden durch Zupumpen von umgebendem Wasser eingeregelt. Um dieses Pumpen zu
erleichtern und die Konstruktion der Tanks zu vereinfachen, stehen diese vorzugsweise unter einem Gasdruck,
der annähernd dem Druck der Tiefe entspricht, in welcher die Maschine zum Einsatz kommt. Der Schwerpunkt des Gasvolumens
liegt oberhalb des Schwerpunkts der Maschine und des Wasserballasts, so daß eine stabile Lage der Maschine
im Wasser erhalten wird.
Wie zu erkennen ist, ist es durch die Konstruktion des Schlittens möglich, daß dieser um die Leitung 18 drehen
kann. Da jedoch die Räder 16, 17 sicher an der Leitung 18 verklemmt sein müssen, sollen sie am Außenumfang der Leitung
18 rollen, wenn der Schlitten - und damit die gesamte
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Maschine - um die Leitung gedreht wird, d.h., der Schlitten soll sich zur gleichen Zeit mit den Rädern 16, 17
entlang der Leitung 18 bewegen, was folglich zu einer Bewegung in Form von Schraubenlinien an dieser führt. Das
zum Drehen der Maschine um die Leitung 18 notwendige Moment wird durch umpumpen von Wasser zwischen den Ballasttanks
erzeugt. Während dieses Vorgangs bleibt die Ballastwassermenge konstant; obwohl durch die Druckunterschiede
in den Ballasttanks hervorgerufene Formänderungen etwas den gesamten Auftrieb beeinflussen können, so wird die
Änderung unbedeutend sein. Abgesehen von der umgepumpten Wassermenge hängt das erhaltene Moment von dem Abstand
zwischen den Tanks ab, und die auftretende Schwenkbewegung der Maschine ist abhängig von der Höhe der Tanks
über dem Schwerpunkt der Maschine. Durch Seitwärtsbewegen von Ballast in einer Maschine, wie sie in den Zeichnungen
dargestellt ist, kann ein Schwenkwinkel der Maschine gegenüber der Vertikalen von etwa 30 nach jeder
Seite erhalten werden. Ist der Schlitten an der Leitung festgeklemmt, so kann er nicht in einer vertikalen,durch die
Achse der Leitung gelegten Ebene verschwenkt werden; durch Bewegen des Ballasts vorwärts oder rückwärts
kann jedoch der Schlitten der dargestellten Maschine ein Moment von etwa 80 OOO Nm auf die Leitung in der
erwähnten Vertikalebene ausüben. Ist die Maschine an der Leitung nicht festgeklemmt, so kann sie bis zu
20 in jeder Richtung in einer vertikalen Ebene durch die Längsachse des Schlittens eingerichtet werden. Dabei
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kann der Schlitten parallel zur Leitung ausgerichtet werden, bevor die Maschine auf diese gesetzt wird. Ein
seitliches Verschwenken der Maschine erlaubt die Ausbildung von Gräben in unterschiedlichen Lagen mit Bezug
auf die Leitung 18. Da der Grabekopf 1 seitlich der Leitung 18 angeordnet ist, können Gräben auf der gegenüberliegenden
Seite der Leitung ausgebildet werden, indem die Maschine an der Leitung umgekehrt wird. Falls Hindernisse
im vorgesehenen Grabenverlauf auftreten, kann die Maschine entlang der Leitung eine gewisse Strt-cke
zurückgefahren werden, worauf sie wieder unter gleichzeitigem Schwenken des Grabekopfes um die Leitung vorbewegt
wird, so daß dieser entlang einer etwas abweichenden Bahn läuft.
An der als Ausführungsbeispiel dargestellten Maschine können selbstverständlich eine Reihe von Abänderungen
vorgenommen werden. Beispielsweise kann der Schlitten 13 mehr als vier Räder haben oder mit Ketten bzw. Bändern
ausgerüstet sein. Ferner können zur Erzeugung der vertikalen Relativbewegung zwischen dem Schlitten 13
und dem Rest der Maschine andere Führungs- und Bewegung svorrichtungen vorgesehen sein, die gleichzeitig
ein Verdrehen des Schlittens gegenüber der Maschine verhindern. Anstelle von zwei vertikalen Ständern 11
kann beispielsweise ein Ständer mit einer Führungsnut zur Anwendung kommen. Ferner kann die Beweglichkeit
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durch Gelenkverbindungen, z.B. zwei Kniegelenke, die in der vertikalen, durch die Achse der Leitung gelegten
Ebene angeordnet sind, sichergestellt sein.
Die wechselseitige Beweglichkeit in der vertikalen Richtung ist für den Grabekopf notwendig, damit er
erstens nicht unpassend hervorragt und dadurch im Wege ist, wenn der Schlitten auf die Leitung 18 gesetzt
werden soll, und damit er zweitens im Meeresgrund bewegbar ist, um einen Graben auszubilden, wenn
der Schlitten 13 an der Leitung festgeklemmt ist.
Die Maschine wird von einem Mutterschiff aus betrieben. Sie kann beispielsweise, angehängt an das Lastseil
einer Winde* die eine konstante Kraft liefert, im Wasser abgesenkt werden. Während dieses Vorgangs
kann eine mit einer Elektrokabeltrommel versehene
Boje in einer schematisch (Fig. 1) angegebenen Anschlußöffnung 30 am oberen Ende der Maschine eingesetzt
werden. Nach dem Absenken auf eine Tiefe von etwa 50 m kann die Trommelboje gelöst werden, die
auf dieser Tiefe bleibt, während die Maschine weiter bis zum Meeresgrund abgesenkt wird, wobei das Kabel
abgewickelt wird. Während des Absenkens kann die Maschine durch diisenartige Druck- oder Schubgeber
gesteuert werden, die paarweise an jedem Ende des Schlittens 13 vorgesehen sind. Diese Druckgeber
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können in jedem Paar unter einem Winkel von 90 zueinander angeordnet sein und unter einem Winkel von 45°
zur Vertikalebene liegen. Wenn die Maschine den Meeresgrund erreicht, so wird sie ausgerichtet und über der
Leitung 18 mit dem Schlitten 13 in seiner unteren Lage in bezug auf den Rest der Maschine in Stellung gebracht.
Die Räder 17 werden von den Rädern 16 wegbewegt, so daß das Rädersystem offen ist, um die Leitung
aufzunehmen. Hat der Schlitten seine Lage auf der Leitung erreicht, wird er daran festgeklemmt. Der Grabekopf
sowie die Schlammpumpe werden in Gang gesetzt, und der Schlitten 13 wird an der Leitung zurückgezogen,
wobei der Grabekopf 1 auf seiner Bahn sich in den Meeresgrund einarbeitet. Dann wird der Vortrieb
in Gang gesetzt, so daß der Graben längs der Leitung ausgehoben wird. Es kann insbesondere während des
Aushebens des ersten Teils des Grabens von Vorteil sein, die Leitung etwas zu unterschneiden und zu
unterhöhlen, so daß sie in den Graben fällt. Das wird durch seitliches Schwenken der Maschine, wie
bereits beschrieben wurde, erreicht.
Die Maschine wird von einem Steuerpult auf dem Mutterschiff betrieben. Von diesem Ort aus werden die auf
den Grabekopf wirkenden Beanspruchungen sowie das Pumpen- und das Radsystem für einen optimalen Grabevorgang
überwacht. Während des Arbeitens wird der
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Maschine ein geringer positiver Auftrieb vermittelt. Die von der Schlammpumpe ausgeförderten Massen werden
seitlich der Maschine oder hinter dieser, um den Graben zu füllen, ausgebracht.
In einem Notfall kann durch SpeicherÖldruck das Radsystem
usw. entlastet werden. Einfache Steuergriffe für eine Handbetätigung des Radsystems zur Lösung der
Maschine, falls das Öldrucksystem ausfällt, können von einem Miniatur-Unterseeboot bedient werden. Der
Einsatz von Tauchern zum Betreiben der Maschine sollte vermieden werden.
Während des Aufholens wird das Kabel aufgewickelt, und die Boje wird mit der Maschine verbunden, die anschließend
zum Mutterschiff hochgeholt wird.
Die Kabeltrommel bewirkt die gewünschte Spannung und Führung für das Elektrokabel 31 (Fig. 1), das die Energie
den Elektromotoren zuführt. Eine derartige Kabeltrommelboje
ist jedoch nicht unbedingt notwendig, vielmehr kann diese auch auf dem Mutterschiff angeordnet
sein. Das Kabel kann frei vom Mutterschiff zur Maschine, zur Kabelboje oder zu einer üblichen Schwimmboje herabhängen
und es kann, falls erwünscht oder erforderlich, mit Auftriebselementen versehen sein, die das Gewicht
des Kabels aufnehmen, um dieses gegen ungünstige und
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zu große Spannungen zu schützen. Ferner kann die Maschine vom Lastseil gelöst werden, sobald sie
zu Wasser gelassen ist, da ihr ein ausreichender Auftrieb, um im Meer zu schwimmen, gegeben werden
kann. In diesem Fall kann das Absenken und Aufholen der Maschine durch Regelung des Auftriebs bewerkstelligt
werden, d.h. mittels der Ballastmenge in den Auftriebs- und Ballasttanks 12.
Zusätzlich zu den erwähnten Druck- oder Schubgebern kann die Maschine mit kleineren Elektromotoren zum
Antrieb der Räder 16, 17 und mit einer elektronischen
(nicht gezeigten) Ausrüstung zum Instellungbringen und zur Überwachung ausgestattet sein. Das gleiche
gilt für irgendwelche Öldruckspeicher, die vorgesehen sein können, um einen ausreichenden Öldruck für
alle Hydraulikmotoren und -zylinder unter allen Umständen
sicherzustellen.
Patentansprüche: GA/Zla - 25 826
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Claims (5)
1. !Maschine zur Ausbildung von Gräben für Rohrleitun-
gen, Kabel und dgl. im Meeresgrund mit einem mit Rädern, Bändern, Ketten oder dgl. ausgestatteten
Schlitten, der an der Leitung derart geführt ist, daß er um diese geschwenkt werden kann, und der
entlang der Leitung durch Anlage der Räder oder dgl. an dieser antreibbar ist, mit einem Grabeoder
Baggeraggregat, mit Vorrichtungen zum Betrieb dieses Aggregats, mit Elektrozuleitungskabeln zwischen
der Meeresoberfläche sowie der Maschine und mit den größeren Teil des Gewichts der Maschine
tragenden Auftriebstanks, dadurch gekennzeichnet , daß das Grabeaggregat (1 - 5) starr mit dem neutralen Massenhauptteil
der Maschine einschließlich der Ballasttanks(12) verbunden ist und daß das Massenhauptteil den
Antriebs- und Führungsschlitten (13) derart trägt, daß eine Vertikalbewegung des Schlittens gegenüber
dem Massenhauptteil möglich ist.
2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß Pumpen zum Umpumpen
von Ballast zwischen den Auftriebstanks (12) zur
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Schwenkung der Maschine um die Leitung (18) vorhanden sind.
3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet , daß der Schlitten
(13) zwei teleskopartig in der Maschine geführte
vertikale Ständer (14) trägt.
gekennzeichnet , daß der Schlitten
(13) zwei teleskopartig in der Maschine geführte
vertikale Ständer (14) trägt.
4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß das
Grabeaggregat einen Grabekopf (1) mit einer Schlammsaugeleitung (2), einen Hydraulikmotor (7) für den
Grabekopf (1), eine mit einem Saugrohr (4) und einem Auslaßrohr (5) versehene Schlammpumpe (3) und einen Elektromotor (6) für deren Antrieb aufweist.
Grabekopf (1), eine mit einem Saugrohr (4) und einem Auslaßrohr (5) versehene Schlammpumpe (3) und einen Elektromotor (6) für deren Antrieb aufweist.
5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a durchgekennzeichnet
, daß die Maschine einen Elektromotor (10) für den Betrieb
einer Hydraulikpumpe (9) für den Hydraulikmotor (7) des Grabekopfes (1) und gegebenenfalls für Stabilisier- und Einrichtvorrichtungen der Maschine trägt.
einer Hydraulikpumpe (9) für den Hydraulikmotor (7) des Grabekopfes (1) und gegebenenfalls für Stabilisier- und Einrichtvorrichtungen der Maschine trägt.
GA-ZIa - 25 826
60981 2/0305
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