DE3301316C2 - Vorrichtung zum Positionieren eines an einem Saugrohr befestigten Schleppkopfes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine solche, aus der DE-OS 23 41 051 bekannte Vorrichtung weist einen Schleppkopf auf, der an einem Saugrohr befestigt ist, das wiederum mit einem Schiff verbunden ist. Der Schlepp­ kopf ist starr mit einer Rolle gekuppelt, die sich um ihre horizontale Rollachse dreht und sich auf dem Unterwasserboden abwälzt. Eine Steuerung des Schleppkopfes mit Rolle wird aber Kabel und die Schiffsbewegung erzielt.

Aus der EP 0 009 516 A1 ist ein Saugschleppbagger bekannt, der ein Saugrohr aufweist, an dem eine Rollen-Schleppkopfanordnung aber eine vertikale Achse angelenkt ist. Mittels Hydraulikzy­ lindern ist die Rollen-Schleppkopf-Anordnung um die Achse schwenkbar. Da die Reaktionskräfte, die beim Betätigen der Hy­ draulikzylinder entstehen, über ein das Saugrohr halterndes Ge­ stänge abgeleitet werden, ist eine genaue Positionierung der Rollen- Schleppkopf -Anordnung aufgrund der Wankbewegungen des Schiffes nicht möglich.

Die Arbeiten mit einem Saugschleppbagger werden meistens mit dem Zweck durchgeführt, daß mit Hilfe des Schleppkopfes aber ein bestimmtes Areal eine gleichmäßige Schicht abgetragen wird oder daß das entsprechende Areal auf ein gleiches Höhenniveau gebracht wird. Das gleichmäßige Abtragen einer Schicht durch Fahren in parallelen Bahnen wird durch Ungenauigkeiten in der Kursrichtung des Schleppsaugbaggers sowie durch Unebenheiten in dem Boden und Strömungseffekte nachteilig beeinflußt.

Durch diese Abweichungen von der idealen Bahn entstehen beim Saugen Furchen bzw. wallartige Bodenerhebungen. Sind einmal Furchen vorhanden, schreitet dieser Prozeß selbständig fort, da der Schleppkopf von der wallartigen Bodenerhebung abgleitet und in der Furche weitersaugt, wodurch die Furchenbildung zu­ nimmt. Zur Vermeidung dieses Effektes, wird während des Saug­ vorganges gemäß einem Muster gefahren, wobei die neuen Bahnen einen Winkel mit den vorhergehenden Bahnen einschließen. Auf diese Weise kann zwar die Furchenbildung vermieden werden, aber die erhaltene Bodenoberfläche weicht infolge zahlreicher Bodenerhebungen, die durch das gefahrene Muster entstanden sind, auch erheblich von der gewünschten ebenen Oberfläche ab. Weil ferner das Abtragen meistens bis auf ein bestimmtes mini­ males Niveau unter Wasser erfolgen soll, bedeutet dies gleichermaßen, daß mehr Bodenmasse weggesaugt werden muß, als unbedingt notwendig ist, da die Oberseiten der Bodenerhebungen für das erhaltene Niveau mitbestimmend sind.

Ferner ist die Bahn, die der Schleppkopf zurücklegt, von dem Fahrweg des Saugschleppbaggers abhängig. Es ist nur sehr schwer möglich, einen Schleppkopf in einer gewünschten Bahn zu führen, besonders in dem Fall, wenn diese von einer geraden Linie abweicht. In diesem Zusammenhang ist anzumerken, daß es Meßsysteme gibt, mit denen die Stellung des Schleppkopfes in bezug auf den Saugbagger bestimmt werden kann, z. B. mit einem zwischen dem Schleppkopf und dem Saugbagger gespannten Draht, dessen Länge und Richtung die Stelle des Schleppkopfes in be­ zug auf den Saugbagger ziemlich genau wiedergeben. Mit einem zweiten Ortsbestimmungssystem, z. B. Radar, wird die Stellung des Saugbaggers in bezug auf einen festen Punkt am Ufer be­ stimmt, wodurch auch die Stelle des Schleppkopfes in bezug auf diesen festen Punkt bestimmt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der genannten Art so zu verbessern, daß diese ein gleichmäßiges Abtragen einer Bodenschicht ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentan­ spruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß ist die Rolle über eine vertikale Achse am Schleppkopf angelenkt, und eine Verschwenkeinrichtung ist zum Verschwenken des Schleppkopfes gegenüber der Rolle und die Achse vorgesehen. Durch Ausnutzung des Bodenkontaktes der Rolle ist somit der Schleppkopf gegenüber der Rolle steuerbar. Somit besteht die Möglichkeit, daß die Rollachse der Rolle ge­ genüber der Schlepprichtung einen Winkel bildet, wodurch über den Kontakt zwischen Rolle und Boden eine Kraft erzeugt wird, die eine Richtungskomponente hat, die senkrecht zur Bewegungs­ richtung des Schleppkopfes steht. Mittels dieser Kraft kann der Schleppkopf aus der von ihm beschriebenen Bahn gedrückt werden bzw. aus der von ihm verlassenen in die gewünschte Bahn gedrückt werden. Bei der ersten Möglichkeit kann die von dem Schleppkopf zu beschreibende Bahn abweichend von einer geraden Linie sein, ohne daß dies ausschließlich durch Kursänderungen des Schleppsaugbaggers bewirkt wird. Bei der zweiten Möglich­ keit kann dem Entstehen von wallartigen Bodenerhebungen beim Fahren von parallelen Bahnen entgegengewirkt werden, was so­ wohl ein einfacheres Fahrmuster als auch das Vermeiden von zu­ rückbleibenden Bodenerhebungen bedeutet, wodurch eine erheb­ liche Kosteneinsparung erzielt wird. Da damit der Schleppkopf auch auf der Hangseite der Bodenerhebung gehalten werden kann, ohne daß er in die Furche abgleitet, ist es gleichermaßen möglich, bestehende Erhebungen in wirksamer Weise abzutragen, wodurch das Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Posi­ tionierungssystems erheblich vergrößert wird. Desweiteren sta­ bilisiert die Rolle beim Saugbetrieb die Bahn des Schlepp­ kopfes dadurch, daß sie diesen, wenn kurze Abweichungen be­ ginnen aufzutreten, in seine gerade Bahn zurückdrückt.

Außer in dem vorstehend genannten Einsatzbereich ist die er­ findungsgemäße Vorrichtung auch auf anderen Gebieten, wie z. B. dem Tiefseegrubenbau anwendbar, wo die Erzgewinnung über den Saugkopf erfolgt. Durch die Anwendung der Positionierungsvorrichtung kann das Erz mit dem Schleppkopf gewonnen werden, der in parallelen Bahnen fortbewegt wird. Die Wirtschaftlichkeit der Gewinnung mit einem solchen Schleppkopf steht somit auf einem gleichen Niveau, wie bei dem Abbau mit­ tels eines selbstfahrenden und gesteuerten Kopfes.

Zur Verbesserung des Boden-Rolle-Kontaktes kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Rolle an ihrer Mantelfläche mit vorstehenden Reaktionsflächen versehen sein. Bevorzugter­ weise werden Reaktionsflächen verwendet, die aus mindestens einer ringförmigen, senkrecht zu der Mantelfläche stehenden Scheibe bestehen. Beim Schwenken des Schleppkopfes gegenüber der Rolle kann dabei durch einen intensiveren Boden-Rolle-Kon­ takt die Reaktionskräfte in der gewünschten Richtung eingelei­ tet werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Rolle antreibbar sein, wodurch damit außerdem die Größe der Kraftkomponente quer zur Schlepprichtung beeinflußt werden kann. Zudem hat eine solche Ausführungsform den Vorteil, daß durch das in be­ zug auf den Boden gleitende Antreiben der Rolle vermieden werden kann, daß der Raum sich zwischen den Reaktionsflächen zusetzt oder mit anhaftendem Boden ausgefüllt wird. Diese Aus­ führungsform ist insbesondere dann von Vorteil, wenn auf bin­ digen Bodenarten gearbeitet wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Rolle um eine Horizontalachse in bezug auf den Schleppkopf schwenkbar, wodurch vermieden wird, daß sich die Rolle oder der Schleppkopf während der Fahrt über eine sich quer zu der Schlepprichtung erstreckenden Niveauerhöhung in dem Boden un­ erwünschterweise löst. Zudem kann durch die Kraft, mit der die Rolle auf den Boden andrückbar ist, auch die Schwenkbewegung um eine vertikale Achse ergänzend positiv beeinflußt werden. Auch kann damit eine Anpassung an verschiedene Bodenarten er­ zielt werden, wobei in ergänzender Weise und in einer weiteren Ausführungsform die Rolle hohl und abschließbar zugänglich ausgebildet ist, so daß deren Gewicht auf einfache Weise variierbar ist.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht der Positionierungsvorrichtung gemäß der Erfindung, und

Fig. 2 eine Draufsicht der Fig. 1.

In der Zeichnung ist in schematischer Weise ein an dem Ende eines Saugrohrs 1 angebrachter Schleppkopf 2 wiedergegeben.

Mit dem Schleppkopf 2 sind zwei Halterungen 3, z. B. durch Schweißen, fest verbunden, welche eine Lagerung für eine sich horizontal quer zu der Schlepprichtung des Kopfes 2 erstreckende Achse 4 bilden, auf welcher zwei Platten 5 derart befe­ stigt sind, daß diese Platten 5 um die Mittellinie der Achse 4 in bezug auf den Schleppkopf 2 schwenkbar sind. Die zwei Plat­ ten sind u. a. miteinander durch zwei Ösen 6 verbunden, die in einem Abstand voneinander in Vertikalrichtung in Flucht liegen und eine Lagerung für zwei Zapfen 7 bilden. Die Platten 5 bil­ den weiter eine Lagerung für eine Achse 8, die mit dem freien Ende einer Kolbenstange 9 eines Zylinders 10 verbunden ist. Der Bodenteil des Zylinders 10 ist mit einer Achse 11 verbun­ den, die in zwei fest mit dem Schleppkopf 2 verbundenen Stützen 12 gelagert ist.

Die Zapfen 7 liegen in Flucht und sind an dem Unter- bzw. dem Oberrand der rechteckigen Platte 13 befestigt. An den Seiten­ rändern der Platte 13 sind zwei Träger 14 vorgesehen, die sich senkrecht zu der Oberfläche der Platte 13 erstrecken und eine Lagerung für eine Achse 15 bilden. Die auf der Achse 15 befe­ stigte Rolle 16 ist mit vier Rippen 17 in Form ringförmiger Scheiben versehen, die starr mit der Rolle 16 verbunden sind und sich im wesentlichen senkrecht zu deren Mantelfläche er­ strecken.

In der Platte 13 ist eine Aussparung 18 vorgesehen, in welche sich in Vertikalrichtung eine Achse 19 erstreckt. Das freie Ende einer Kolbenstange 20 eines Zylinders 21 ist um die Achse 19 drehbar angeordnet. Der Boden des Zylinders 21 ist mit einer mit der Achse 4 in Flucht liegenden Achse 22 verbunden, die in zwei fest auf dem Schleppkopf angeordneten Stützen 23 gelagert ist. Der Zylinder 21 ist dabei - wenigstens be­ schränkt - um eine Vertikalachse mit der Achse 22 schwenkbar verbunden.

Die Wirkungsweise der Positionierungsvorrichtung ist wie folgt. Beim Beschreiben einer geraden Bahn über einen gleich­ mäßigen Boden wird der Schleppkopf 2 nicht aus dieser Bahn ge­ drückt. Die Positionierungsvorrichtung kann dann im Prinzip unwirksam bleiben, z. B. indem man die Rolle 16 in der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Stellung frei mitlaufen läßt.

Soll der Schleppkopf 2 in seitlicher Richtung verschoben wer­ den, z. B. infolge einer Änderung der zu beschreibenden Bahn oder wenn der Schleppkopf 2 wieder in seine gewünschte Bahn zurückgedrückt werden soll, wenn er diese z. B. durch Abgleiten von einer wallförmigen Erhebung verlassen hat, so wird dies durch das Aktivieren des Zylinders 21 in Gang gesetzt. Abhän­ gig von der Richtung der gewünschten Querverschiebung des Schleppkopfes 2 wird die Kolbenstange 20 ausgeschoben oder eingezogen, was ein Schwenken der Platte 13, und also der Achse 15 der Rolle 16 um die Zapfen 7 zur Folge hat. Durch dieses Schwenken der Rolle 16 schließt diese einen Winkel mit der Schlepprichtung des Kopfes 2 ein, was durch den Boden-Rolle-Kontakt, intensiviert durch die Rippen 17, eine Kraftkomponente quer zu dieser Richtung ergibt, wodurch der Schleppkopf 2 in Querrichtung bis in seine gewünschte Stellung verschoben wird.

Um diese Querverschiebung weiter zu beeinflussen und auch die Räume zwischen den Rippen 17 von anhaftendem Boden freizuhal­ ten, kann die Rolle 16 in einer weiter nicht wiedergegebenen Weise antreibbar ausgebildet sein. Dadurch, daß dabei die Rolle 16 mit einer solchen Winkelgeschwindigkeit angetrieben wird, daß deren Umfangsgeschwindigkeit von der Schleppge­ schwindigkeit abweicht, wird die Rolle 16 beginnen, über den Boden zu schlüpfen, wodurch gegebenenfalls anhaftender Boden entfernt wird und durch Bildung eines Flüssigkeitsfilms auf die Rolle weitere Anhaftung vermieden wird.

Eine weitere Beeinflussung der Querverschiebung ist mit dem Zylinder 10 möglich, mit dem die vertikale Anpreßkraft der Rolle 16 auf den Boden einstellbar ist, um eine Anpassung an verschiedene Bodenarten zu ermöglichen. Dies läßt sich weiter - gegebenenfalls ergänzend - dadurch erreichen, daß die Rolle 16 hohl ausgebildet wird und darin z. B. in einer Seitenfläche eine abschließbare Öffnung vorgesehen wird, durch welche Bal­ lastmaterial in und aus der Rolle 16 bringbar ist.

Der Zylinder 10 kann weiter derart ausgebildet sein, daß diese als Gasfeder wirksam ist, wodurch örtliche Niveaudifferenzen zwischen dem Schleppkopf 2 und der Rolle 16 überwunden werden können, ohne daß die Gefahr besteht, daß der Schleppkopf 2 oder die Rolle 16 von dem Boden angehoben wird.

Es wird noch bemerkt, daß die Rolle 16 in der in Fig. 1 wie­ dergegebenen Stellung eine präventive Wirkung gegen das unge­ wollte Abweichen des Schleppkopfes 2 von seiner (geraden) Bahn hat, weil dies durch die Rolle 16 verhindert wird.

Selbstverständlich sind viele Änderungen und Abwandlungen möglich. Neben den oben schon besprochenen Ergänzungen des in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiels ist es wei­ ter möglich, die Rippen schraubenförmig um die Rolle anzu­ bringen. Durch einen geeigneten Antrieb der Rolle 16 kann da­ bei die Richtung der Querverschiebung, sowie die Größe der Querverschiebung eingestellt werden, auch ohne daß eine Ver­ schiebung in der Schlepprichtung notwendig ist. Selbstver­ ständlich kann auch jede andere Anzahl Rippen 17, als die vier gezeigten, auf der Rolle 16 angebracht werden, während auch die Schwenkkonstruktion mit dem Zylinder 21 doppelt, z. B. sym­ metrisch in bezug auf die Zapfen 7, ausgebildet werden kann.

Weiter ist auch die doppelte Schwenkkonstruktion um die Achsen 4 und 7 in anderen, für den Fachmann naheliegenden Weisen bau­ lich durchführbar.

Im Vorstehenden wurde schon über ein Saugrohr gesprochen. Hin­ sichtlich der Art der Positionierungsvorrichtung ist es offen­ sichtlich, daß dieses Saugrohr sowohl eine starre Leitung als auch ein flexibler Schlauch ohne eigene Richtungssteifigkeit sein kann.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Positionieren eines an einem Saugrohr be­ festigten Schleppkopfes mit einer mit dem Schleppkopf gekup­ pelten Rolle, die um eine horizontale Rollachse drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rolle (16) über eine vertikale Achse (7) am Schleppkopf (2) angelenkt ist und daß eine Einrichtung (20, 21) zum Verschwenken des Schleppkopfes (2) gegenüber der Rolle (16) um die Achse (7) vorgesehen ist, wodurch unter Ausnutzung des Bodenkontaktes der Rolle (16) der Schleppkopf (2) zu steuern ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rolle (16) an ihrer Mantelfläche mit vorstehenden Reak­ tionsflächen (17) versehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsflächen (17) aus mindestens einer ringförmigen, senkrecht zu der Mantelfläche stehenden Scheibe (17) besteht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rolle (16) antreibbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Rolle (16) um eine Horizontalachse in bezug auf den Schleppkopf (2) schwenkbar angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rolle (16) um die Horizontalachse gesteuert schwenkbar angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Rolle (16) hohl und abschließbar zu­ gänglich ausgebildet ist.