DE2849356A1

DE2849356A1 - Ueber den meeresboden bewegbares baggerfahrzeug

Info

Publication number: DE2849356A1
Application number: DE19782849356
Authority: DE
Inventors: Ted W Chistian; Robert M Donaldson; Glen E Miller
Original assignee: Deepsea Ventures Inc
Current assignee: Deepsea Ventures Inc
Priority date: 1977-11-14
Filing date: 1978-11-14
Publication date: 1979-05-17
Also published as: AU4157378A; AU521939B2; FR2422776A1; BE871966A; CA1098920A; US4171581A; GB2007746B; GB2007746A; NL7811247A; JPS5481102A

Description

u.Z.: M 925
Case: 4036.06

DEEPSEA VENTURES, INC
Gloucester Point, Va., V.St.A.
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"über den Meeresboden bewegbares Baggerfahrzeug"

^g Die Erfindung betrifft ein über den Meeresboden bewegbares Baggerfahrzeug, bei dem das Wasser vor dem Baggerkopf während der Bewegung des Fahrzeugs abgelenkt wird; derartige Fahrzeuge werden insbesondere zur Gewinnung von Erzknollen auf dem Meeresboden eingesetzt.

Seitdem die Begrenzung der Rohstoffquellen, insbesondere für Metalle, in bisher zugänglichen Minen auf dem Land erkannt worden ist, sind große Anstrengungen zur Entwicklung von Vorrichtungen gemacht worden, um wertvolle Metallerze aus den Tiefen der Ozeane zu gewinnen. Dabei handelt es sich hauptsächlich um den Einsatz von Baggern für extreme Wassertiefen, insbesondere von 3 000 bis 5 500 m, um beispielsweise die bekannten Erz- oder Manganknollen ans Tageslicht zu befördern.

Die extremen Bedingungen bei diesen großen Wassertiefen, insbesondere hinsichtlich des Druckes, bedingen die Entwicklung einer neuen Baggergeneration. Im allgemeinen ist eine Bagger— vorrichtung mit einem an der Oberfläche schwimmenden Wassergg fahrzeug über eine Einrichtung verbunden, um das Erz vom Meeresboden zur Oberfläche zu fördern. Der Baggerkopf kann

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beispielsweise in Form eines Mundstücks einer Absaugvorrichtung ausgebildet sein, mit der das Erz in ein Mundstück wie bei einem Staubsauger "eingesaugt" und danach zu der zur Wasseroberfläche führenden vertikalen Einrichtung gefördert wird. Diese vertikale Einrichtung, die im allgemeinen zusammen mit einem Mundstück eines Absaugkopfes verwendet wird, weist eine hydraulische Einrichtung zum Anheben des im allgemeinen im Wasser verteilten Erzes auf. Ferner werden mechanische Einrichtungen zur Aufnahme derartiger Erze auf dem Meeres boden verwendet, und zwar einschließlich Kettenförderer oder Grabschaufeln.

Im allgemeinen werden die verschiedenen Bagger durch das Wasser gezogen, und man verwendet beispielsweise Rohre, um das Erz vom Meeresboden zum an der Oberfläche schwimmenden Wasserfahrzeug hydraulisch nach oben zu befördern. Der Bagger und insbesondere der Absaugkopf,unterliegen daher nicht nur den hohen Drucken bei den enormen Wassertiefen, sondern auch den durch die kontinuierliche Wasserströmung auftretenden Problemen, wenn der Bagger über den Meeresboden gezogen wird. Ferner treten feste Hindernisse auf dem im allgemeinen nicht gut kartographierten Meeresboden auf.

Da der Mensch bei diesen großen Wassertiefen selbst bei Ver-Wendung neuester experimenteller Techniken nicht überleben und arbeiten kann, erfordert der Betrieb derartiger Bagger entsprechend angepaßte Fernsteuerungen. Dieser große Arbeitsabstand der Bagger vermindert ersichtlich dessen Wirtschaftlichkeit im Betrieb; diese Unwirtschaftlichkeit wird jedoch als Teil der in diesen Fällen immer auftretenden Risiken hingenommen. Um die Fördergeschwindigkeit beispielsweise von Absaugvorrichtungen zu verbessern, werden mechanische Einrichtungen, beispielsweise Finger oder Sonden verwendet, die vor der Mundstücköffnung die Knollen vom Meeresboden lösen. Obwohl diese Lösung zumindest teilweise erfolgreich ist, treten dennoch größere Verluste durch diese Gegenstände auf, die sich seitlich neben dem Mundstück vorbeibewegen, wenn

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dieses durch das Wasser gezogen wird.

Wertvolle Metallerzlager werden in Form von Knollen oder im allgemeinen faustgroßer oder kleinerer Felsbrocken auf dem weichen Meeresboden gefunden, die dort im allgemeinen teilweise in die Sedimente eingelagert sind. Die Größe der Knollen variiert natürlich in großem Maße, beispielsweise von relativ kleinen Kieselsteinen oder sogar -Körnern bis zu relativ großen Felsbrocken oder Geröllstücken. Granit und andere Geröllsteine werden selbstverständlich ebenfalls auf dem Boden der Tiefsee angetroffen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, um den Wirkungsgrad eines Baggerkopfes mit einem Absaugmundstück zur Aufnahme von Knollen und anderen stückigen Erzen vom Meeresboden zu verbessern. Ferner soll der Baggerkopf gegenüber Hindernissen und hydrodynamischen Kräften abgeschirmt werden, die die Aufnahme des Erzes vermindern.

Das in Vorwärtsrichtung bewegbare, erfindungsgemäße Baggerfahrzeug weist eine an diesem gehalterte Baggervorrichtung mit einem Baggereinlaß in der Nähe der Unterseite des Fahrzaags sowie eine Wasserablenkvorrichtung auf, die am Fahrzeug vor der Baggervorrichtung gehaltert und dazu vorgesehen ist, um das von vorne gegen das Fahrzeug anströmende Wasser nach unten zum Baggereinlaß hin abzulenken.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Baggervorrichtung, die ein Saugmundstück mit einem Einlaß in der Nähe der Unterseite des Mundstücks aufweist, betrieblich mit einer Wasserablenkvorrichtung verbunden, die vor dem Mundstück angeordnet ist, um das gegen das Mundstück anströmende Wasser nach unten zur Mündungsöffnung abzulenken. Vorzugsweise weist die Mündungsöffnung im wesentlichen nach vorne und besonders bevorzugt schräg nach unten. Die Kombinationswirkung des nach unten abgelenkten Wassers und der schrägen Mündungsöffnung

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verbessert wesentlich die Fähigkeit des Mundstücks, auf seinem Bewegungsweg stückiges Material aufzunehmen.

Die Wasserablenkvorrichtung kann mit dem Bagger und insbesondere mit dem als Saugkopf ausgebildeten Mundstück einstückig ausgebildet sein. In diesem Fall ist die Vorderseite des Mundstücks in Form einer hydrodynamischen Fläche, beispielsweise durch Gießen oder Verformen, ausgebildet, um das von vorne auftreffende Wasser nach unten zur Mündungs-■jO Öffnung abzulenken. Vorzugsweise wird jedoch eine getrennte Wasserablenkvorrichtung verwendet, die vor dem Mundstück angeordnet und unabhängig von diesem in optimaler Schwenkstellung gehaltert wird. Die Ablenkvorrichtung kann entweder direkt am Baggerfahrzeug oder an dem Mundstück angelenkt werden.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform bildet das Mundstück eine nach vorne, zur freien Wasserströmung weisende, vertikale, längliche Fläche und ist am Fahrzeug angelenkt. Die Wasserablenkvorrichtung ist ebenfalls am Fahrzeug angelenkt, und zwar entweder direkt oder indirekt über das

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obere Vorderteil des Mundstücks. Das Mundstück/lim eine im wesentlichen horizontale Achse verschwenkt werden, die sich quer, vorzugsweise im wesentlichen senkrecht zur Wässerströmungsrichtung erstreckt.

Die unabhängig gehalterte Ablenkvorrichtung weist ebenfalls vorzugsweise ausreichende innere Festigkeit auf, um das Mundstück gegen feste Hindernisse zu schützen, die bei Bewegung des Baggerfahrzeugs über den Meeresboden auftreten können. Bei Verwendung eines schwenkbaren Mundstücks soll die unabhängig aufgehängte Ablenkvorrichtung ein Anheben des Mundstücks über die Höhe des Meeresbodens durch die hydrodynamischen Zugkräfte des freiströmenden Wassers verhindern, wenn sich das Fahrzeug durch das Wasser bewegt, wobei gleich zeitig das Mundstück geschützt wird; außerdem wird ein Ver-

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■j schwenken des Mundstücks nach oben begrenzt, wenn dieses auf seinem Bewegungsweg auf feste Hindernisse auftrifft.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die anliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine teilweise weggebrochene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Baggerfahrzeugs,

Fig. 2 eine Aufsicht des Fahrzeugs gemäß Figur 1 mit zwei nebeneinanderliegenden Baggerköpfen, Fig. 3 eine Teilansicht der erfindungsgemäßen Wasserablenkvorrichtung und

Fig. 4 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 4 - 4 in Figur 3.

Ein Rahmen oder Gestell 10 des Baggerfahrzeugs wird durch mehrere, sich schneidende, vertikale und horizontale Rohrelemente 12 bzw. 14 gebildet. Ein Mundstück 20 des Saugkopfs ist am Rahmen 10 über einen Federblock 22 gehaltert. Das Mundstück 20 ist ferner mit einer Wasserleitung 24 nachgiebig verbunden,die wiederum in Strömungsverbindung mit einem Verteiler 26 und schließlich mit einer Saugpumpe 28 in Verbindung steht.

Bei dieser Ausführungsform bietet das Mundstück 20 dem frei anströmenden Wasser in Vertikalrichtung eine im wesentlichen längliche Fläche; die Wasserströmung relativ zum Mundstück folgt etwa dem Pfeil A, wenn sich das Baggerfahrzeug im Betrieb bewegt. Unmittelbar vor und geringfügig unterhalb des vertikal und schräg liegenden Mundstücks 20 ist ein Schirm 30 zur Ablenkung der Wasserströmung vorgesehen, der an seinem oberen Ende mittels eines Zapfens 32 an einem horizontal sich erstreckenden Flansch 33 angelenkt ist; der Flansch 33 ist starr mit den Rohrelementen 12, 14 über eine Säule 34 und mit dem Federblock 22 verbunden. 35

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Dem Fachmann für hydrodynamische Flächen sind die vielfältigen Möglichkeiten für die Vorderseite und die Querschnitts form der Wasserablenkvorrichtung geläufig, um die erfindungsgemäß gewünschte Ablenkung des Wassers nach unten zu erhalten, überraschend ist jedoch gefunden worden, daß eine einfache, ebene Platte zumindest bei den relativ niedrigen Geschwindigkeiten des Baggerfahrzeugs und daher bei den rela tiv niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten des Wassers und des Baggerfahrzeugs ausreichend wirkungsvoll ist. Daher ist der in den Figuren 3 und 4 dargestellte Ablenkschirm 30 in Form einer ebenen, dünnen, trapezförmigen Platte 41 ausgebildet, deren Breite nach oben hin abnimmt; bei der dargestellten Ausfuhrungsform ist die Platte durch zwei vertikale, plattenförmige Rippen 40 verstärkt. Die Verstärkung ist lediglich erforderlich, um die Gewichtseinsparung relativ dünner Platten auszugleichen, die daher gewöhnlich in unerwünschter Weise stärker nachgiebig sind.

Die nach oben abnehmende Breite des Ablenkschirms wird durch die im wesentlichen ähnliche Ausbildung des Mundstücks bestimmt, das am unteren Ende im allgemeinen breiter ist als am oberen Ende (vgl. Figur 2). Das Mundstück kann aus relativ leichtem, leicht verformbaren Material, wie Hart-PVC, hergestellt sein, das leicht gegossen oder in anderer Weise entsprechend der Form des gewünschten Mundstücks verformt werden kann. Dies ermöglicht eine außerordentlich einfache und relativ wirtschaftliche Vorrichtung zur Formung des Mund stücks mit der bestmöglichen Form im Hinblick auf die Strömung beim Saugvorgang. Die Schirmplatte würde dabei aus einem relativ festen, dichten Material, wie Aluminium oder Stahl, hergestellt werden, um harte Stöße, beispielsweise von festen Hindernissen auf dem Bewegungsweg des Baggerfahrzeugs 10, zu absorbieren. Wenn darübeihinaus ein relativ großes Hindernis angetroffen und das gezogene Ablenkblech nach oben verschwenkt wird, so wird gleichzeitig das Mundstück nach oben bewegt und zwar durch eine Schwenkbewegung,

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' um seine Achse durch den Federblock 22. Der Ablenkschirm wird bei dem gewünschten Winkel gegenüber der Horizontale mittels Ketten 38 festgehalten, die sich von einer Stelle in der Nähe des unteren Endes jeder Seite der Platte 30 zu

einem oberen, horizontalen Rohrelement 14 des Rahmens 10 erstrecken.

Der Ablenkschirm verhindert ferner jede unerwünschte Bewegung des relativ leichten Mundstücks 20 nach oben, wenn das Wasser auf seine Vorderseite auftrifft, was nur dann nicht eintreten würde, wenn eine relativ schwere Platte 30 das Wasser nach unten ablenken würde.

Vorzugsweise sollte sich die Vorderseite 31 der Platte 30 in einer Ebene erstrecken, die einen Winkel von etwa 45"bis etwa 60° mit der Stützfläche des Fahrzeugs, z.B. der Horizontalen, und vorzugsweise von etwa 50° bis etwa 55° in Ruhe bildet. Dieser Winkel kann durch Lösen oder Festziehen der Ketten 38 eingestellt werden. Im allgemeinen kann die

^υ Stützfläche des Fahrzeugs einen großen Winkelbereich einnehmen und ist bei einem Fahrzeug mit Schienen oder Kufen, wie etwa in der Zeichnung dargestellt, parallel zum unteren, horizontalen Rohrelement 14.

Das Baggerfahrzeug kann abgesehen von der in der Zeichnung dargestellten schlittenartigen Vorrichtung unterschiedlich ausgebildet sein, beispielsweise Räder oder Schienen oder andere geeignete Einrichtungen, aufweisen, um den Baggerkopf über oder auf dem Meeresboden abzustützen. Es kann jede Art

geeigneter Fahrzeuge,einschließlich Fahrzeuge mit Eigenantrieb oder gezogene Fahrzeuge, eingesetzt werden, ferner kann im Rahmen der Erfindung jedes geeignete Material für das Fahrzeug, das Mundstück oder die Wasserablenkvorrichtung verwendet werden, wie Metalle oder Polymerkunststof-

fe.

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■ Der Abstand zwischen dem Ablenkschirm und der Vorderfläche des Mundstücks ist ebenfalls bedeutsam für die auf das Mundstück einwirkende Nettozugkraft. Vorzugsweise wird der optimale Abstand für eine minimale Nettozugkraft für jedes Baggerfahrzeug empirisch bestimmt. Jede auf das Mundstück einwirkende Nettozugkraft wird durch das Gewicht des Mundstücks selbst oder durch Zusatzgewichte kompensiert, die auf einem, unten am Mundstück befestigten Stützschuh angeordnet sind; die Kompensation kann auch durch andere geeignete Einrichtungen vorgenommen werden, beispielsweise mit Hilfe eines nach unten wirkenden Drahtbügels.

Vorzugsweise werden mehrere Baggervorrichtungen, wie Mundstücke, an einem einzigen Fahrzeug aufgehängt. Beispielsweise ist jedes Mundstück unabhängig an einer Achse angelenkt, die senkrecht zur vorgesehenen Bewegungsrichtung und parallel zur Stützfläche des Fahrzeugs verläuft, so daß jedes Mundstück über eine wellige oder unebene Fläche unabhängig gleiten kann. Jedes schwenkbare Mundstück kann daher nicht nur durch ein festes Hindernis über das Niveau des Meeresbodens verschwenkt werden, sondern auch durch die Zugwirkung des sich relativ bewegenden Wassers. Diese Zugwirkung wurde bisher durch die Verwendung von Gewichten ausgeglichen. Diese Gewichte führen jedoch dazu, daß das Mundstück in den Meeresboden eingedrückt wird, wenn das Fahrzeug still steht, oder sich mit sehr geringer Geschwindigkeit bewegt. Dieser Nachteil wird mit der erfindungsgemäßen Ablenkvorrichtung ebenfalls vermieden, indem das Mundstück gegen den Widerstand des Wassers abgeschirmt wird; dadurch kann zumindest die Größe derartiger Zusatzgewichte wesentlich vermindert werden.

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Claims

VOSSIUS · VOSSIUS · HiLTL · TAUCHNER · HEUNEMANN

PATENTANWÄLTE 28 49 3

SI E BE RTSTRASS E 4· ■ 8OOO MÖNCHEN 86 · PHONE: (O 89) 474O75 CABLE: BENZOLPATENT MÜNCHEN TELEX 5-29 453 VOPAT D

u.Z.: M 925 (He/kä) Ϊ 3 MOi/

Case: 4036.06 · ν

DEEPSEA VENTURES, INC.
Gloucester Point, Va., V.St.A.

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" über den Meeresboden bewegbares Baggerfahrzeug "

Priorität: 14. November 1977, V.St.Α., Nr. 851 515

Patentansprüche

( 1.) Über den Meeresboden bewegbares Baggerfahrzeug mit einem Fahrzeugrahmen und einer an diesem gehalterten Baggervorrichtung mit einem Baggereinlaß in der Nähe des Rahmenunterteils, gekennzeichnet durch eine am Rahmen (10) vor der Baggervorrichtung (2) gehalterte Wasserablenkvorrichtung (30, 41) zum Ablenken des am Baggerfahrzeug von vorne nach hinten strömenden Wassers nach unten zu dem Baggereinlaß.
2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Baggervorrichtung ein Absaugmundstück (20) aufweist, dessen Mündungsöffnung den Baggereinlaß bildet.
3. Fahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mundstück (20) am Fahrzeug angelenkt ist.
4. Fahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserablenkvorrichtung .(30, 41) am Rahmen (10) frei schwenkbar angelenkt ist.

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5. Fahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die MündungsÖffnung im. wesentlichen nach vorne und schräg nach unten weist.
^ 6. Fahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Mundstück (20) eine längliche Vertikälfläche bildet, die in Richtung der Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs weist-
7. Fahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (10) zum Bewegen über den Meeresboden Kufen aufweist.
8. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserablenkvorrichtung (30, 41) am Rahmen (10) mit einer horizontalen Achse (32) angelenkt ist, die sich im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung erstreckt, und daß die Ablenkvorrichtung (30, 41) sich vor dem Mundstück

(20) im wesentlichen über dessen gesamte Länge hinweg erstreckt, so daß der Aufprall des Wassers auf der Vorderseite

^£υ des Mundstücks (20) bei der Bewegung des Fahrzeugs in Vorwärtsrichtung durch das Wasser weitgehend verhindert wird,
9. Baggervorrichtung, gekennzeichnet durch ein als Saugkopf ausgebildetes Baggermundstück (20) mit einer im wesentlichen länglichen, in Vorwärtsrichtung weisenden Vertikalfläche und einer in Vorwärtsrichtung weisenden MündungsÖffnung am Boden der Vertikalfläche, und durch einen Ablenkschirm (30, 41) für Wasser, der in der Nähe der Vorderseite des Mundstücks (20) relativ zu diesem verschwenkbar angelenkt ist und dessen vordere .'Fläche die auf diese auf treffende, freie Wasserströmung nach unten in die Mündungsöffnung ablenkt.
10. Baggervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablenkschirm (30, 41) im wesentlichen starr

ausgebildet ist.

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11. Baggervorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch einen Fahrzeugrahmen (10) mit einer Halterung, wobei das Mundstück (20) und der Ablenkschirm (30, 41) am Rahmen (10) angelenkt sind und wobei sich die vordere Schirmfläche des Ablenkschirms (30, 41) in der Ruhelage unter einem Winkel von etwa 45° bis etwa 60° zu einer parallel zur Rahmenhalterung verlaufenden Ebene erstreckt, wobei die Rahmenhalterung zur Abstützung des Baggerfahrzeugs während der Vorwärtsbewegung vorgesehen ist.
12. Baggervorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der vorderen Schirmfläche der Wasserablenkvorrichtung (30, 41) nach oben hin abnimmt.

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