DE2635362B2 - Vorrichtung zum Gewinnen mineralischer Knollen auf dem Meeresboden - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Gewinnen mineralischer Knollen, wie Manganknollen, auf dem Meeresboden, die von einem Schiff am Meeresboden entlanggezogen wird und aus einer Sammelvorrichtung mit einem Rechen, einer Sammelkammer und aus einer an diese angeschlossenen, zum Schiff führenden Förderleitung besteht.

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der DE-OS 25 55 490 bekannt. Dort mündet der Einlaß der Sammelvorrichtung unmittelbar in die Sammelkammer, die von einem durch eine rückseitige Öffnung

ίο eintretenden Wasserstrom durchflossen ist, der den gesamten durch den vorderseiiigen Einlaß aufgenommenen Abraum mitreißt und durch die Förderleitung zum Schiff befördert

Damit sind erhebliche Nachteile verbunden. Zum einen müssen auf dem Schiff Vorrichtungen vorgesehen werden, um die mineralischen Knollen von den Abraummaterialien zu trennen. Dabei ist bei teigigen oder pulverförmigen Abraumschichten, insbesondere bei Tonschichten, der Anteil kleiner Festpartikel gegenüber den schwereren Mineralknollen sehr groß, da durch den Wasserstrom vornehmlich die leichteren Stoffe mitgerissen werden. Deshalb ist zum anderen der größte Teil der durch die bekannten Vorrichtungen geleisteten Arbeiten nutzlos und verursacht einen erheblichen Energieverlust Der Wirkungsgrad der bekannten Vorrichtung ist vor allem auch hinsichtlich ihrer Abmessungen und Kosten gering.

Es ist auch schon bekannt, zum Sammeln der mineralischen Knollen auf dem Meeresboden, ein

■>·' Grundschleppnetz zu verwenden, das vom Netzmaul bis zum Netzende bei gleichzeitig kleiner werdenden Maschen verjüngt, jedoch hinten offen ist, so daß die Knollen sich auf diesem Wege selbst vom Sediment reinigen, verdichten und nach dem Verlassen des

^jr> Netzendes kontinuierliche Streifenhalden bilden. Diese Streifenhalden müssen vom Meerresboden mit einem separaten Gerät in einem weiteren Arbeitsgang abgefischt werden. Man muß also mit dem Fördersystem die gleiche präzise Positionierung wie mit dem

·"> Schleppnstzt erreichen. Man erreicht mit dieser Methode lediglich eine Konzentration der mineralischen Knollen auf dem Meeresboden, muß dann aber mit doppeltem Aufwand die gebildeten Streifenhalden der Mineralknollen aufnehmen, wobei noch keine

^Vi Gewähr dafür gegeben ist, daß nicht doch auch unerwünschter Abraum durch das Fördersystem zum Schiff befördert wird; vergl. »Metallgesellschaft AG.: Mitteilung aus den Arbeitsbereichen, Ausgabe 18/1975, Seiten 27 bis 29«.

^r>° Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern, um darin bereits eine Trennung der mineralischen Knollen und des nicht erwünschten Abraums vorzunehmen, womit die Leistungsfähigkeit dieser dem Meeresboden in einem Arbeitsgang absuchenden Vorrichtung erhöhl wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der gattungsgemäßen Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß vor und hinter dem Rechen der Sammelvorrichtung ein sich in Richtung auf den Rechen verjüngendes Gehäuse angeordnet ist und zwischen dem Rechen und der Sammelkammer eine geneigte Siebfläche liegt.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, daß vollständig hydrodynamisch durch die Bewegungsgeschwindigkeit der Vorrichtung die mineralischen Knollen von dem unterwünschten Abraum getrennt und der Abraum durch die

Sieböffnungen der Siebfläche hindurch abgeführt wird. Durch die Verjüngung des Gehäuses vor dem Rechen wird die aufgenommene Flüssigkeit mit den abzuscheidenden Feststoffen beschleunigt, so daß ohne Fremdkraft auch die schweren festen Teile mitgezogen werden. Auf der Siebstrecke, auf der die festen Teile in Foige deren Neigung aufsteigen, erfolgt eine Trennung von dem unerwünschten Abraummaterial.

Der Rechen der Vorrichtung zum Ergreifen und Anheben der festen Teile und zum Trennen dieser Teile vom A.braummaterial ist vorzugsweise geneigt und seine Zwischenräume zwischen den Zinken sind etwas kleiner als die kleinsten Teile sind, die aufgenommen werden sollen. Auf diese Weise fallen alle Teile des Abraummaterials, die noch kleiner sind, durch die Zwischenräume zwischen den Zähnen hindurch, so daß sie nicht, mehr mitgenommen werden.

Die Sammelvorrichtung kann jede beliebige Form aufweisen, sofern sie in der Lage ist, die festen Teile vom Abraummaterial zu trennen, beispielsweise kann sie auch die Form eines Gitters oder eines perforierten Bleches haben.

Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist der Rechen der Sammelvorrichtung ein flacher Kamm mit Zähnen aus Draht, Metallstreifen oder Stangen, die eine hohe Festigkeit in der Bewegungsrichtung der Vorrichtung durch eine Abraumschicht hindurch aufweisen, in der die Mineralknollen liegen. Die vorderen Enden dieser kleinen Stangen können abgeschrägt oder zugespitzt sein, so daß die Vorwärtsbewegung erleichtert wird. Unter diesem Gesichtspunkt sollte die Ebene des Kammes in ausreichend geringem Maße geneigt sein, so daß der Gesamtwiderstand gegenüber einer Vorwärtsbewegung begrenzt wird und zugleich auf die Knollen, die erfaßt werden sollen, eine Kraft mit ausreichend großer Komponente in Aufwärtsrichtung ausgeübt wird.

Die Neigung des Kammes kann auch einstellbar sein entsprechend der Tiefe der zu behandelnden Abraumschicht, beispielsweise in der Größenordnung von mehreren 2'.entimetern, und nach der Art der Abraumschicht und der Mineralknollen.

Außerdem kann der Kamm aus zwei oder mehreren Abschnitten mit unterschiedlicher Neigung bestehen. Der vordere Abschnitt weist vorzugsweise eine größere Neigung; als der hintere Abschnitt auf. Die Einzelteile des Kammes können miteinander verbunden oder getrennt sein, und ein Zwischenraum zwischen zwei Zeilen kann gegebenenfalls den Austritt eines Teiles des Stromes fördern.

Die Sammelvorrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besitzt keine beweglichen Teile oder Mechanismen, mit ihr wird wenigstens eine teilweise Trennung der festen Teile von den Abraummsterialien ausschließlieh erreicht durch die Bewegung der Vorrichtung in Bezug auf das Wasser.

Die Sammelvorrichtung geht in eine geneigte Siebfläche über, oder diese geneigte Siebfläche folgt ihr. Der Neigungswinkel der geneigten Siebfläche in Bezug auf die Waagerechte sollte kleiner als der Grenzwinkel sein, bei dem die größten Teile, die aufgenommen werden sollen, nicht mehr aufwärtsbewegt werden, da ihr Gewicht und ihre Oberflächenreibung nicht durch die Kraft der treibenden Strömung überwunden werden, wie im folgenden erläutert wird.

Ein Teil der treibenden Strömung kann durch die öffnungen der geneigten Siebfläche austreten und Abraummaterial mitnehmen, welches die festen Teile anderenfalls bei ihrem Aufstieg begleiten würde. Dies wird ohne jegliche beweglichen Mechanismen oder Teile ausschließlich durch den Schub erreicht, der sich durch die Relativbewegung zwischen dem Wasser und der geneigten Siebfläche ergibt

Die geneigte Siebfläche kann die Form einer Reihe von parallelen Stangen oder eines perforierten Metallbleches oder eines Gitters aus Metallstreifen oder Drähten aufweisen. Der Neigungswinkel der Siebfläche

to in Längsrichtung und Querrichtung kann einstellbar sein, beispielsweise mit Hilfe eines oder mehrerer Gelenke. Die geneigte Siebfläche muß nicht notwendig eben sein, sondern kann auch gekrümmt sein.

Die Kraft, mit der die festen Teile mitgenommen werden, kann verstärkt werden durch die Verwendung einer Führung, die einen konvergierenden Einlaß aufweist und deren seitliche Oberfläche teilweise durch die geneigte Siebfläche gebildet und durch das Gehäuse vervollständigt werden. Die Relativgeschwindigkeit des Wassers wird in dieser Führung wesentlich erhöht, so daß die festen Teile über die geneigte Siebfläche leichter aufsteigen können.

Die konvergierende Führung kann eine beliebige Form aufweisen, jedoch sind einige Merkmale, wie die Position des Einlaßbereiches und der Konvergenzwinkel vorzugsweise einstellbar, so daß die Größe und Richtung des Geschwindigkeitsvectors des Wassers geregelt werden kann.

Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung

so ist der Einlaß der Führung so geformt, daß ein möglichst großer Wasserstrom aufgenommen wird und daß plötzliche Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit verhindert werden. Das Profil der Führung sollte im allgemeinen folgende Eigenschaften aufweisen: Es sollte

i> eine ausreichend große Wassermenge aufnehmen, um sicherzustellen, daß die Metallbrocken mit einer wesentlich oder sehr viel höheren Geschwindigkeit angetrieben werden als die Bewegungsgeschwindigkeit der Vorrichtung in Bezug auf das Wasser ist.

■to Gleichzeitig sollte die Geschwindigkeit dieses einströmenden Wassers eine wirksame Reinigung der festen Teile ermöglichen. Die maximale Geschwindigkeit sollte in dem Bereich liegen, in dem der Kamm in die bewegliche Abraumschicht eintritt, und in diesem

•t^r> Bereich sollte ein leicht gegen die Waagerechte geneigter Geschwindigkeitsvector vorliegen. Ein Konvergenzeffekt sollte in Querrichtung erzeugt werden, durch den das Sammein der Metallknollen in Richtung der Mitte der Führung erleichtert wird. Metallknollen, die an dem oberen Teil der geneigten Siebfläche angekommen sind, sollten leicht in die Sammelkammer bewegt werden können. Der Strom des Wassers und des Abraummaterials, die durch die geneigte iiebfläche und am rückwärtigen Ende der Führung austreten, sollte in

■>5 richtiger Weise verteilt sein.

Der vordere Teil des Gehäuses der Führung kann sich weiter nach vorwäi is erstrecken als die Sammelvorrichtung, und in diesem Bereich kann er eine Führung mit dem Boden begrenzen. Die seitliche Kontinuität dieser

ω Führung kann durch zwei Elemente hergestellt werden, die in den Boden an der Stelle eindringen können, an der das Gehäuse auf der Höhe des Bodens liegt.

Die seitlichen Oberflächen des Gehäuses, das mit dem BoJe₁. eine Führung bildet, können eben oder gekrümmt sein.

Um zu verhindern, daß das Gehäuse durch die Kraft der Strömung angehoben wird, können Stabilisatoren, beispielsweise Flüeel an dem Gehäuse oder an Teilen

die mit diesem verbunden sind, angebracht sein.

Das Gehäuse kann einstellbare Teile zur Einstellung der Strömungseigenschaften aufweisen. Zu diesem Zweck kann eine Klappe oder dgl. in dem Gehäuse vorgesehen sein. ί

Eine derartige Klappe kann ebenfalls mit einer Anzahl von Kanälen zur Verteilung des einströmenden Wassers versehen sein.

Der rückwärtige Teil des Gehäuses kann als obere Wand und/oder als Seitenwände der Sammelkammer K) dienen. In diesem Bereich können Öffnungen vorgesehen sein, die den Austritt von Wasser und/oder Abfallmaterial gestatten.

Die Verteilung und Form der Öffnungen in den geneigten Oberflächen in Verbindung mit einer geeigneten Geometrie der oberen Teile der Einiaß-Führung ergeben insgesamt eine halbgeschlossene Führung, in der die Strömungsgeschwindigkeit sicherstellt, daß an jedem Punkt gleichzeitig die Aufwärtsbewegung und die Reinigung der festen Teile auf der geneigten 2n Oberfläche erfolgt.

Eine Verstopfung der Öffnungen der geneigten Oberfläche durch feste Teile oder Abraum kann verhindert werden durch eine geeignete Auswahl der Geometrie der Öffnungen, wobei beispielsweise rauten- 2-5 förmige Öffnungen besonders geeignet sind. Sie kann weiterhin dadurch verhindert werden, daß die Geschwindigkeit des Wassers in eine Richtung umgelenkt wird, in der diejenige Komponente möglichst klein ist, die die Teile gegen die Platte drückt, indem beispiels- J" weise dem Wasser eine Turbulenzbewegung erteilt wird.

Die Neigung der Sammelvorrichtung und der geneigten Siebfläche sollten als Funktion der Relativgeschwindigkeit des Wassers, der Art der zu sammelnden Jj Teile und der Art der Abraummaterialien bestimmt werden. Es liegt auf der Hand, daß der Neigungswinkel der Sammelvorrichtung nicht notwendigerweise derselbe sein muß wie derjenige der geneigten Siebfläche. Je größer der Neigungswinkel der Siebfläche ist, desto ■»< > kürzer muß die Siebfläche sein, um die festen Teile auf eine gegebene Höhe anzuheben.

Da die Breite der geneigten Siebfläche in ihrem Bereich notwendigerweise zumindest gleich der Breite der Oberfläche ist, auf der feste Teile aufgenommen ^Ji werden sollen, und einen Wert von mehreren Metern aufweisen kann, ist es notwendig, die festen Teile entweder während ihres Aufstiegs auf der Siebfläche oder nach ihrer Ankunft am oberen Ende der Siebfläche zu sammeln. j»

Nach ihrer Ankunft am oberen Ende der geneigten Siebfläche treten die festen Teile in eine Sammelkammer ein, die schräg in Bezug auf die relative Geschwindigkeit des Wassers und/oder geneigt in Bezug auf die Waagerechte angeordnet sein kann. Das "^ Sammeln der festen Teile erfolgt durch die Antriebskraft des Wassers und/oder durch Schwerkraft

Die festen Teile werden aus der Sammelkammer beispielsweise durch das Ansaugrohr einer Saugpumpe entnommen. ^tlU

Teile der Sammelkammer können perforiert oder als Netz ausgebildet sein oder Maschen aufweisen und somit eine abschließende Trennung der Abfallmaterialien und ein zusätzliches Einsaugen von Wasser in die Einlaßleitung gestatten. In die Sammelkammer kann der ''"> Auslaß eines Zuführrohres zum Zuführen von Wasser in einer Position außerhalb des Hauptstromes münden, so daß beim Eintreten von Wasser aus diesem Zuführrohr in die .Saniinclkammer mit ausreichender kinetischei Energie wiederum die Knollen in den Schwebezustanc gebracht werden können, die sich in der Sammelkam mer gesammelt haben. Die Sammelkainmer kann aucr als Speicher der festen Teile vor ihrem Entferner dienen, und zu diesem Zweck kann sie mit einem odei mehreren Hohlräumen versehen sein.

Die Sammelkammer kann vorteilhaft eine abgeflach te oder eingedrückte rückwärtige Oberfläche aufweisen so daß sichergestellt ist, daß die festen Teile an dei Rückseite aus der Sammelkammer austreten, wenn ihre Entnahme durch das Saugrohr behindert oder unterbrochen wird, und daß weitere feste Teile in die Sammelkammer eintreten können.

Der Einlaß der Sammelkammer kann mit einei Trenneinrichtung versehen sein, die sicherstellt, daC feste Teile, die zu groß sind, nicht in die Sammelkammei eintreten, sondern aus der Vorrichtung entfernt werden.

Daher gestattet die Erfindung eine Entnahme dei festen Teile von ihrem ursprünglichen Lageplatz zi einer Stelle, an der sie gesammelt werden, und zwai ausschließlich durch die Wirkung von Wasser, das sich relativ zu den Teilen bewegt, die die geneigte Siebfläche und die Sammelkammer bilden, ohne daß irgendeine weitere Energie erforderlich ist als diejenige, die zui Aufrechterhaltung Relativbewegung benötigt wird.

Die Einheit, die die genannten Teile, d. h. die Sammelvorrichtung, die geneigte Siebfläche, die Strömungsführung und die Sammelkammer umfaßt, is! vorzugsweise auf einem Wagen oder Schlitten angeordnet, der mit Kufen oder teleskopisch gelagerten Rädern versehen sein kann. Diese letzteren Elemente könner unabhängig beweglich sein, so daß sie sich der Form de; Bodens anpassen können.

Die Verbindung zwischen den Teilen der Vorrichtung und dem Schlittenrahmen kann durch beliebige gelenkige Teile hergestellt sein und wahlweise ir Verbindung mit Huborganen und/oder Stoßdämpfern erfolgen, die eine Aufnahme der Metallbrocken unter möglichst stabilen Bedingungen gestatten.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Schlittenrahmen ein V-förmiges Sieb an der Vorderseite auf, wie es beispielsweise für Schneepflüge verwendet wird, jedoch mit Öffnungen für den Durchgang von Flüssigkeit, indem beispielsweise eine Reihe von Stangen im Abstand vorgesehen ist, wobei der Abstand zwischen nebeneinanderliegenden Stangen gleich den Abmessungen der größten festen Teile ist, die aufgenommen werden sollen.

Um eine Beschädigung der Sammeleinrichtung oder sogar eine Blockierung der Vorrichtung für den Fall zu verhindern, daß sie auf einen Bodenvorsprung trifft, können Fühlarme vor der Sammelvorrichtung vorgesehen sein. Wenn diese Fühlarme auf verschiedene Hindernisse, wie etwa Felsvorsprünge, Felsblöcke oder große Metallknollen auftreffen, werden sie angehoben und durch ihre mechanische Anlenkung heben sie ebenfalls die Sammelvorrichtung an, die sich damit vom Boden abhebt

Der Schlittenrahmen kann ebenfalls beliebige Meßoder Kontrolleinrichtungen aufweisen, die für den Sammelvorgang verwendet werden, beispielsweise eine Fernsehkamera.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert

F i g. 1 ist eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vor-

richtung;

Fig.2 isl ein senkrechter Schnitt entlang der Längsachse der Vorrichtung der F i g. 1;

Fig. 3 ist ein Schnitt entlang der Linie Ill-lll in Fig. 2;

Fig.4 ist eine Einzeldarstellung der Sammelvorrichtung;

F i g. 5 ist eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig.6 ist ein senkrechter Schnitt entlang der Längsachse der Vorrichtung der F i g. 5;

Fig. 7 ist ein Schnitt entlang der Linie VII-VlI in Fig. 6;

Fig.8 ist eine Einzeldarstellung eines Fühlerarmes des Kammes.

Die Vorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels nimmt mineralische Knollen mit typischen Abmessungen zwischen 10 und 100 mm auf. Diese Knollen η sind zumindest teilweise eingebettet in eine Schicht aus Ton oder Lehm am Meeresboden.

Die Sammeleinrichtung A der Vorrichtung umfaßt einen Trennungs-Rechen in der Form eines flachen Kammes 1, der gegenüber dem Boden in einem Winkel von etwa 20° geneigt ist. Dieser Kamm dringt in den Boden bis zu einer Tiefe ein, die etwas größer als die maximale Tiefe ist, in der die Knollen in der Schicht aus Abfallmaterial eingebettet sind.d. h. beispielsweise etwa 50 mm. Die Zähne des Kammes sind kleine Stangen mit rechtwinkligem Querschnitt, deren schmale Seite 2 senkrecht zu der Richtung der Vorwärtsbewegung eine Breite von 2 mm, eine Höhe von 20 mm und eine Länge von 300 mm aufweist.

Diese Zähne weisen daher eine hohe Steifigkeit in der Kraftrichtung auf, die für die Vorwärtsbewegung in die die Knollen enthaltende Schicht notwendig ist.

Diese Stangen sind über einen Teil ihrer Länge, der in den Boden eindringt, abgeschrägt, so daß die Vorwärtsbewegung erleichtert wird. Sie sind mit zwei waagerechten Platten 3,4 verschweißt, die so angeordnet sind, daß ein optimales Eindringen der Stangen in den Boden gewährleistet ist. Der Raum zwischen jeweils zwei nebeneinanderliegenden Stangen ist an die kleinsten Abmessungen der aufzunehmenden festen Teile angepaßt und beträgt etwa 10 mm.

Die Breite des Kammes, d. h., die effektive Breite der Vorrichtung, ist proportional zu dem gewünschten Aufnahmedurchsatz der Knollen unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit der Vorwärtsbewegung der Vorrichtung.

Der Neigungswinkel des Kammes wird entsprechend der Tiefe der zu behandelnden Schicht und der Art der Schicht und der Brocken eingestellt.

Die entsprechende Einstelleinrichtung soll später erläutert werden.

Die geneigte Oberfläche B der Vorrichtung besteht aus einem Gitter 5 aus Drähten aus nichtrostendem Metall. Das Gitter wird auf einem Rahmen 6 abgestützt Die geneigte Oberfläche ist zusammengesetzt aus drei ebenen Elementen in der Form eines Drahtmaschenwerkes.

Das mittlere Element ist trapezförmig (F i g. 3), und die lange Grundlinie 7 des Trapezes bildet die Verbindungskante mit dem Kamm 1, während die kurze Grundlinie 8 einen Teil der Verbindungslinie mit der Sammelkammer D der Vorrichtung darstellt Dieses mittlere Element der geneigten Oberfläche weist einen Winkel von etwa 30° gegenüber der Waagerechten auf.

Die seitlichen Elemente 9 sind symmetrisch und dreieckig ausgebildet. In jedem dieser Dreiecke bildet eine Spitze 10 eines der Enden der Verbindungskante zwischen dem Kamm und der geneigten Oberfläche. Eine der angrenzenden Seiten ist eine der nicht-parallelen Seiten 11 des Trapezes, das das mittlere Element der geneigten Oberfläche darstellt, und die andere angrenzende Seite ist eine gerade Linie 12, die in einem Winkel von etwa 40° in Bezug auf die Waagerechte verläuft.

Die Seite 13 des Dreiecks, die der Spitze 10 gegenüberliegt, vervollständigt zusammen mit der entsprechenden Seite 13 des anderen Dreiecks die Verbindungslinie zu der Sammelkammer D für die Brocken.

Die Öffnungen 14 des Netzwerkes sind rautenförmig mit Diagonalabmessungen von 12 und 8 mm.

Die Länge der geneigten Oberfläche beträgt etwa 1 m.
Der Neigungswinkel des Kamms 1 (Fig.2) wird eingestellt durch ein Gestänge aus Hebeln 15 (F i g. 4), die an einem Ende in Gelenken 16 gelagert sind, die von Ansätzen 17 vorspringen, die an der Platte 3 angebracht sind, während das andere Ende einen Schlitz 18 aufweist, in den eine Schraube 19 eingreift, durch die sie an einer Schulter 20 festgelegt werden, die ein zusammenhängendes Teil mit dem Rahmen 6 bildet.

Der Kamm 1 und der Rahmen 6 der geneigten Oberfläche B sind miteinander durch eine flexible Verbindung verbunden, die aus einem Blechstreifen 21, beispielsweise aus Federstahl besteht, der an einem Eisenwinkel 23 an dem Rahmen 6 durch Schrauben 22 und an der Platte 4 des Kammes durch Schrauben 24 befestigt ist.

Die Sammelkammer D umfaßt einen etwa zylindrisehen, mittleren Teil, an dessen oberer Seite ein konvergierender Einlaß 26 eines Pumpen- oder Saugrohres 27 für ein Gemisch aus Knollen und Flüssigkeit befestigt ist.

Die Sammelkammer weist weiterhin zwei seitliche Teile 28 auf, die die Form von Kegelstümpfen haben, deren große Grundfläche mit dem mittleren Teil 25 verbunden ist und deren kleine Grundfläche 30 eine Verlängerung zu den Seiten 12 der geneigten Oberfläche darstellt. Die Kegelform der seitlichen Teile 28 führt zur Bildung einer schrägen Fläche, die das Sammeln der Brocken im mittleren Teil fördert, von dem aus sie durch Pumpwirkung abgezogen werden.

Die Flächen, die die Sammelkammer bilden, bestehen aus Blech, mit der Ausnahme der kleinen Grundfläche

so 30 der beiden kegelstumpfförmigen Teile 28 und des unteren, rückwärtigen Teils 31 der drei zuvor erwähnten Teile, die aus einem Drahtnetz bestehen. Die Maschen dieses Netzes sind so gewählt, daß Wasser durch die seitlichen Grundflächen 30 gesaugt wird und der verbliebene Schlamm durch die Flächen 31 abgezogen wird.

Das Gehäuse C der Vorrichtung, das vor und um die Vorrichtung herum angeordnet ist, weist die Form einer Führung mit einem konvergierenden Einlaß 32 auf. Am vorderen Ende weist dieses Gehäuse eine konvergierende Oberfläche 33 in der Form eines leicht gekrümmten Horns auf, dessen Einlaßkante 34 so gekrümmt ist, daß sie gute hydrodynamische Eigenschaften aufweist
In der senkrechten Symmetrieebene der Vorrichtung liegt der tiefste Punkt 36 auf der waagerechten Tangente 35 vor der Linie, auf der der Kamm 1 in den Boden eintritt Der Teil des Gehäuses, der vor der Vorrichtung liegt, ist am unteren Ende begrenzt durch

eine waagerechte Kante 37, die einen Abstand von etwa 10 cm von dem Boden aufweist. Der Teil 38 des Gehäuses oberhalb der geneigten Oberfläche B ist nach unten durch die Seiten 12 dieser Oberfläche begrenzt. Die Höhe des Gehäuses über der geneigten Oberfläche nimmt von vorne nach hinten bis zu einer Verbindungslinie 39 mit der Sammelkammer D ab. Dort beträgt sie nur etwa das 1,5- bis 2fache der maximalen Abmessung der aufzunehmenden Brocken.

Der Rahmen Eder Vorrichtung ist als Gestell 40 mit vier Kufen 41, 42 ausgebildet. Die vorderen Kufen 41 liegen seitlich der Eintrittslinie des Kammes in Bezug auf den Boden. Die anderen beiden Kufen 42 liegen hinter der Vorrichtung. Die Vorrichtung ist mit dem Gestell in zwei Punkten verbunden, und zwar einem Punkt 43 an dem Gehäuse in der senkrechten Symmetrieebene der Vorrichtung oberhalb der Linie, in der der Kamm in den Boden eindringt, und in einem Punkt 44 in derselben Ebene, jedoch hinter der Sammelkammer für die Knollen n.

An jedem dieser Punkte ist eine gelenkige Verbindung mit Verbindungsstangen 45 vorgesehen, die mit einem Huborgan 46 ausgerüstet sind, das elektrisch ferngesteuert wird.

Führungen dienen dazu, eine seitliche Verschiebung der Vorrichtung in Bezug auf den Schlitten zu verhindern.

Das vordere Huborgan 46¹ dient im wesentlichen zur Steuerung der Eindringtiefe des Kammes in den Boden. Das rückwärtige Huborgan 46² dient vor allem dazu, den Neigungswinkel der geneigten Oberfläche und des Kammes einzustellen.

Eine Fernsehkamera 47, die sich im oberen Bereich der Einlaß-Oberfläche 33 des Gehäuses befindet und mit ebenfalls in dem Gehäuse angeordneten Scheinwerfern zusammenarbeitet, kann zur Kontrolle der Eindringtiefe des Kammes in den Boden verwendet werden.

An der Vorderseite der Vorrichtung ist eine pyramidenförmige Anordnung 48 vorgesehen, die aus einzelnen Abschnitten besteht und eine V-förmige Vorderseite 49 aufweist, die aus im Abstand liegenden Stangen hergestellt ist, deren Abstand gleich dem maximalen Durchmesser der aufzunehmenden Brocken, beispielsweise 10 cm beträgt. Diese Vorderseite weist die Form eines Schneepfluges auf. Sie hat einen Bodenabstand von 10 bis 15 cm.

Die gesamte pyramidenförmige Anordnung liegt auf zwei Kufen 15, durch die sie sehr stabil wird. Sie übt auf die Vorrichtung und ihr Gestell einen Zug mit Hilfe von Ketten 51 aus.

Der Zustand des Bodens kann überwacht und insbesondere die Anwesenheit von großen Hindernissen, die Maßnahmen zur Sicherung der Vorrichtung erforderlich machen, kann festgestellt werden durch eine Fernsehkamera 52 an der Vorderseite der pyramidenförmigen Anordnung.

Eine Zugkette zum Bewegen des Schlittenrahmens (E und F) der Vorrichtung in Vorwärtsrichtung ist mit 53 bezeichnet

Entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Sammeleinrichtung G (Fig.5) eine Anordnung aus Rechenelementen, die seitlich nebeneinanderliegen und frei und unabhängig voneinander um eine gemeinsame Drehachse 54 (F i g. 6 und 8) schwenkbar sind.

Jedes dieser Rechenelemente stellt einen Kamm 55 dar, dessen Zähne durch kleine Stangen mit kreisförmigem Querschnitt gebildet werden. Die rückwärtigen Enden dieser Zähne sind an einem Rohr 57 angebracht, das auf der gemeinsamen Drehachse 54 angeordnet ist. Der vordere Teil 56 dieser Zähne ist nach vorwärts gekrümmt und bildet einen Winkel von etwa 45° in Bezug auf den rückwärtigen Teil.

In der normalen Betriebsposition dringt der vordere Teil der Zähne in die Abfallschicht vorzugsweise bis zu einer Tiefe ein, die etwas größer als die maximale Tiefe ist, in der Metallknollen in die Abfallschicht eingebettet sind. Der rückwärtige Teil der Zähne verläuft etwa parallel zu dieser Schicht.

Eine Drehung der Kämme um eine gemeinsame Achse parallel zu der mittleren Neigung der Abfallschicht in Querrichtung zu der Vorrichtung ermöglicht es, daß diese Kämme Anhebungen und Absenkungen des Bodens folgen und gleichmäßig eindringen.

Die Drehung jedes Kammes wird gesteuert durch die Reaktion von zwei Fühlarmen oder Fühlern 58 auf die Abfallschicht, in die sie bis zu einer Tiefe eindringen, die größer als die Tiefe der Metallbrocken ist. Diese Fühler werden gebildet durch Stangen, die parallel zu der Richtung der Vorwärtsbewegung der Vorrichtung liegen und sich nach vorwärts über den Kamm hinaus erstrecken. Sie sind mit dem Ende des Kammes durch starre Verbindungen verbunden.

Die Fühler sind am vorderen Ende nach oben gekrümmt, so daß sie eine Führungsfläche aufweisen, die es gestattet, daß sie auf Hindernisse auftreffen und über diese hinweggehen können, ohne durch sie beschädigt zu werden. Der aufwärts gekrümmte Teil 59 der Fühler liegt oberhalb des Bodens und trägt einen Ring zur Befestigung einer Kette 60 oder eines Seiles, das mit dem anderen Ende an dem Gehäuse der Vorrichtung befestigt ist. Durch diese Anordnung wird es ermöglicht, ein übermäßiges Eindringen der Fühler und damit der Zähne des Kammes in die Abfallschicht zu verhindern.

An ihrem hinteren Ende erstrecken sich die Fühler über ihren Verbindungspunkt mit dem Kamm hinaus bis zu einem Teil 61, das an dem drehbaren Rohr 57 angebracht ist, so daß die Einheit aus Kamm und Fühler eine ausreichende Festigkeit erhält.

Die Anzahl der seitlich nebeneinanderliegenden Kämme zum selektiven Durchkämmen des Bodens ist eine Funktion des gewünschten Aufnahmedurchsatzes der Knollen unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit der Vorwärtsbewegung der Vorrichtung.

Die geneigte Oberfläche H besteht aus einem Drahtnetzt 62 aus nichtrostendem Metall. Dieses Drahtnetz wird durch einen Rahmen 63 abgestützt, dessen eine Kante 64 parallel, jedoch unterhalb der Drehachse der Kämme verläuft. Der Rahmen bildet auf diese Weise eine öffnung 65 für den Durchgang von Akfallmaterial, wenn die Geschwindigkeit der Vorwärtsbewegung der Vorrichtung niedriger als die Grenzgeschwindigkeit ist, bei der die Vorrichtung verstopft werden kann. Diese Anordnung hat den zusätzlichen Effekt einer verstärkten Trennung zwischen den Metallknollen und dem Abfallmaterial. Die Metallknollen springen über die öffnung hinweg, wenn sie "nach dem Aufstieg über den im wesentlichen waagerechten Teil des Kammes durch den Wasserstrom durch die Vorrichtung mitgenommen werden. Das Abfallmaterial dagegen, das bis auf den im wesentlichen waagerechten Teil des Kammes nur gelangt, wenn es im ausreichenden Maße stabil ist, kann durch diese öffnung hindurchströmen.

Das mittlere Element 66 der geneigten Oberfläche ist

trapezförmig, und die lange Grundlinie bildet die Grenze zu der öffnung 65, während die kurze Grundlinie einen Teil der Verbindungslinie mit der Sammelkammer für die Knollen darstellt.

Die seitlichen Elemente 67 sind symmetrisch und dreieckig. In jedem dieser Dreiecke stellt eine Spitze eines der Enden der langen Grundlinien des trapezförmigen mittleren Teils dar. Eine der an diese Enden angrenzenden Seiten bildet eine der nichtparallelen Seiten des Trapezes, während die andere angrenzende Seite eine gerade Linie ist, die in einem Winkel von 30° in Bezug auf die Waagerechte verläuft. Die der Spitze gegenüberliegende Seite des Dreiecks vervollständigt die Verbindungslinie mit der Sammelkammer für Metallbrocken.

Die öffnungen des Drahtnetzes haben die Form von Rauten.

Die Sammelkammer / für die Metallknollen umfaßt ein mittleres Element 68 in der Form eines Trichters, in den das Ende eines Saugrohres 69 zum Abpumpen des Gemisches aus festen und flüssigen Bestandteilen sowie zwei Hiilfsrohre 70 zur Zufuhr von Wasser münden.

Die Sammelkammer umfaßt weiterhin zwei seitliche Teile 71 in der Form von Kegelstümpfen, deren große Grundfläche mit dem mittleren Element verbunden ist und deren kleine Grundfläche einen Ansatz zu den Seiten der Vorrichtung darstellt. Die Kegelform der Metallteile führt zur Bildung einer schrägen Fläche, die das Sammeln der Metallknollen im mittleren Teil fördert, von dem aus sie abgepumpt werden.

Der mittlere Teil der Sammelkammer weist einen zylindrischen Boden auf, der mit der vorderen Seite des Rahmens verbunden ist. Das Ende des Saugrohres zum Abpumpen der fesien Teile verläuft im wesentlichen senkrecht und liegt hinter dem mittleren Teil der -¹^ Sammelkammer. Es ist mit einer Abschrägung 72 unter einem Winkel von 45° versehen, so daß es eine minimale Eintrittsfläche gegenüber festen Teilen bietet, die den Boden der Sammelkammer überqueren. Die Vermischung von Wasser und festen Teilen wird bewirkt oder ■»< > verstärkt durch Wasser, das durch die Hilfsrohre in der Nähe der Eintrittsfläche zugeführt wird. Durch diese Vermischung wird die Gefahr beseitigt, daß die Vorrichtung durch die Bildung von Ansammlungen am Boden des Mittelteils der Sammelkammer verstopft wird. Die relativen Abmessungen des Bodens des Mittelteils der Sammelkammer, des Saugrohres und der Hilfsrohre müssen eng aneinander angepaßt und proportional zu dem gewünschten Durchsatz des Wasserstroms und der Brocken gewählt werden. so

Der obere Teil des mittleren Teils oder Elements und die seitlichen Teile der Sammelkammer weisen einen perforierten Bereich 73 auf, der einen natürlichen Überlauf der gesammelten festen Elemente gestattet, wenn die Entnahme des Inhalts der Sammelkammer durch Saugwirkung unzureichend ist Weiterhin ist ein geneigtes Netz 74 zur Abgabe zu großer Knollen vorgesehen, die andernfalls gesammelt werden würden.

Die Flächen der Sammelkammer bestehen aus Blech mit der Ausnahme des kleinen Bodens 75 und des unteren Teils der beiden Kegelstümpfe 76, die als Netz ausgebildet sind. Die öffnungen des Netzes sind so berechnet, daß sie den Austritt von verbliebenem Schlamm gestatten.

Das Gehäuse /, das vor der Vorrichtung und um diese herum angeordnet ist, weist die Form einer Führung mit konvergierendem Einlaß auf. Im vorderen Bereich ist dieses Gehäuse mit einer konvergierenden Oberfläche in der Form eines Horns mit leichter Krümmung versehen, dessen Kante 77 zur Erzielung guter hydrodynamischer Eigenschaften gekrümmt ist.

In der senkrechten Symmefieebene der Vorrichtung befindet sich der tiefste Punkt auf der waagerechten Tangente vor der Linie des Eintritts des Kammes in den Boden. Der Teil des Gehäuses vor dieser Position ist nach unten begrenzt durch Platten 78, die in den Boden eindringen und deren Abstand der Gesamtbreite des Kammes entspricht. Diese Platten erstrecken sich nach vorwärts zu der Vorderseite der Vorrichtung und verhindern, daß Brocken seitlich austreten, wenn sich die Vorrichtung nähen. Weiterhin sind die Platten an dem Gehäuse mit Hilfe waagerechter Flächen oder Kufen 79 befestigt, die in Berührung mit dem Boden stehen, so daß das Gehäuse über den Boden und Vorsprünge auf dem Boden gleiten kann. Diese Kufen erstrecken sich nach rückwärts entlang den unteren Kanten des Gehäuses bis zu dem hinteren Ende.

Der Teil des Gehäuses oberhalb der geneigten Oberfläche ist nach unten durch die Kanten dieser Oberfläche begrenzt. Darüber hinaus nimmt die Höhe oberhalb der geneigten Oberfläche von vorne nach hinten ab, und sie beträgt an der Verbindungslinie mit der Sammelkammer nur noch das 1,5 bis 2fache der maximalen Abmessung der aufzunehmenden Brocken.

Das Gehäuse der Vorrichtung umfaßt weiterhin Flügel 80 zur Stabilisierung auf dem Boden.

Die Vorrichtung ist innerhalb eines Zugrahmens angeordnet, dessen Bauteile aus Rohrabschnitten bestehen. Das Gewicht dieses Zugrahmens ist so bemessen, daß er nicht durch die nach oben gerichtete, senkrechte Komponente der Kräfte angehoben werden kann, die auf den Zugrahmen durch die Rohre und/oder Seile und Zugketten ausgeübt werden.

Die Vorrichtung ist mit dem Zugrahmen durch Zugseile oder Ketten 81 an der Vorderseite, Ketten 82 an der Rückseite und Ketten 83 an der Oberseite verbunden. Die Seile oder Ketten können mit Stoßdämpfern oder Federn ausgerüstet sein.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern gestattet verschiedene Abwandlungen. Beispielsweise kann die Sammelkammer eine zylindrische Form in ihrem unteren Bereich aufweisen und einen Motor aufnehmen, der durch eine archimedische Schraube angelrieben wird und die Brocken entweder in Richtung der Mitte der Sammelkamme: oder zu ihren Enden bewegt, damit sie dort durch eine geeignete Einrichtung, beispielsweise das Rohr einer Saugpumpe aufgenommen werden können.

Die Maschengröße des Drahtnetzes der geneigten Oberfläche kann von Ort zu Ort variiert werden, so daß eine optimale Verteilung des Stromes aus Flüssigkeit und Abfallmaterial durch die Öffnungen der geneigten Oberfläche erreicht wird

Weiterhin kann der Strömungsdurchsatz durch jede geeignete mechanische Einrichtung, wie etwa eine Klappe, ein Ventil oder dgl. gesteuert werden.

Weiterhin ist es möglich, eine zusammengesetzte Vorrichtung herzustellen, bei der auf einem gemeinsamen Rahmen eine oder mehrere Vorrichtungen der beschriebenen Art angeordnet sind und durch einen gemeinsamen Antrieb bewegt werden können.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Gewinnen mineralischer Knollen, wie Manganknollen, auf dem Meeresboden, die von einem Schiff am Meeresboden entlanggezogen wird und aus einer Sammelvorrichtung mit einem Rechen, einer Sammelkammer und aus einer an diese angeschlossenen, zum Schiff führenden Förderleitung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß vor und hinter dem Rechen (1; G) der Sammelvorrichtung (A) ein sich in Richtung auf den Rechen (1; G) verjüngendes Gehäuse (32, 38) angeordnet ist und zwischen dem Rechen (1; G) und der Sammelkammer fDjeine geneigte Siebfläche (5; /fliegt

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Siebfläche (5; H) vom Rechen (1; G) zur Sammelkammer (D) hin ansteigt.

X Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel der Siebfläche {5; H) in Längsrichtung und Querrichtung mit Hilfe eines Gestänges einstellbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die geneigte Siebfläche (5; H) als Gitter aus Eisenstäben oder Drähten ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechen (1; G) geneigt angeordnet ist und Zinken in Gestalt kleiner Stangen hat, deren Vorderseite (2) abgeschrägt oder zugespitzt ist

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechen (1; G) aus zwei oder mehreren Abschnitten besteht, die eine unterschiedliche Neigung haben.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechen (1; G) durch vorauslaufende Fühler (58) gestützt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (32, 38) einen vorderen Abschnitt (C) hat, der nach vorn über die Sammelvorrichtung (A) hinausragt und eine Führung mit dem Boden bildet.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelkammer (I) einen perforierten Teil (73) aufweist, der ein Überlaufen der Knollen nach rückwärts zuläßt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelkammer (I) einen zusätzlichen Wassereinlaß (70) zum erneuten Anheben der in der Sammelkammer befindlichen Knollen aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelkammer (D, I) ein Saugrohr (27, 69) zum Absaugen der Knollen aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

11, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelvorrichtung (A) und dem sich nach hinten verjüngenden Gehäuse (32, 38) ein Schlitten (E, F) mit einem in seinem vorderen Bereich V-förmigen Gitter vorgeschaltet ist.