DE3601461A1 - Antriebseinrichtung zum abbauen und foerdern von mineralien vom meeresboden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung eines Gerätes zum Abbauen und Fördern von Mineralien vom Meeresboden mit einem Schwimmkörper und einem mit Tragseilen daran hängenden, aus zwei konzentrisch ineinander angeordneten Trommeln beste­ henden Schürfkörper, dessen innere Trommel als Aufnahmebehäl­ ter für das abgebaute Material dient und mit wenigstens ei­ ner zentrischen Entnahmeöffnung zum Absaugen des geschürften Materials versehen ist.

Eine an Seilen eines Schwimmkörpers, beispielsweise eines Schwimmbaggers, hängende Schürfeinrichtung ist in der Patent­ literatur bereits beschrieben worden. So zeigt die niederlän­ dische Patentanmeldung 80 01 287 ein Baggerfahrzeug mit einem Schürfgerät, das zur Überbrückung größerer Tiefen bis etwa 100 m an einem nach unten schwenkbaren Teil des Fahrzeugs an­ gelenkt und zusätzlich durch Halteseile getragen bzw. geführt ist. Hierbei dienen die Tragseile zum Abfieren und Aufholen bzw. zum Halten in einer bestimmten Höhe.

Die DE-OS 24 33 180 beschreibt einen Schwimmbagger mit einer am Meeresgrund arbeitenden Bagger- und Saugeinheit, die schwenk­ bar durch einen Rohrausleger mit dem Schwimmbagger verbunden ist und durch ein Tragseil herabgefiert bzw. eingeholt werden kann. Hier wie auch bei der zuvor genannten Vorveröffentlichung wird die Vorschubbewegung beim Baggern durch eine Bewegung des Schwimmbaggers achteraus gesteuert. Das geschürfte Material wird über eine Unterwasserpumpe nach oben gefördert. An Seilen geführte bzw. absenkbare Einrichtungen sind auch bei reinen Saugbaggern bekannt, wie beispielsweise die DE-OS 24 17 905 zeigt. Bei dieser Einrichtung wird ebenfalls eine Rohrleitung von Seilen getragen, wobei die Rohrleitung mit einem Ende ge­ lenkig mit dem Schwimmfahrzeug verbunden ist und deren Saug­ mündung von den Tragseilen gehalten und geführt wird. Ähnliche Lösungen sind auch auf dem Gebiet der Tiefseebohrtechnik be­ kannt. Der Bohrkopf und die Fördereinheiten werden durch Seil­ züge getragen.

Bekannt sind auch Einrichtungen sowohl für das mechanische Schürfen und Baggern als auch für das Absaugen von auf dem Meeresgrund lagernden Mineralien mit Hilfe von sich auf dem Grund bewegbaren Geräten. So zeigt beispielsweise die DE-OS 29 38 448 eine Einrichtung, bei welcher ein rotierender Grab­ kopf am unteren Ende einer in Arbeitsstellung im wesentlichen lotrecht verlaufenden Säule angeordnet ist, die mit ihrem obe­ ren Ende beweglich mit einem Schwimmkörper verbunden ist. Die Säule ist auf einem auf dem Grund bewegbaren Fortbewegungsge­ rät abgestützt. Das Fortbewegungsgerät ist mit Rädern ausge­ rüstet, mit deren Hilfe der an einem Ausleger befestigte Grab­ kopf über den Gewässerboden geführt wird.

Für besonders große Tiefen ist es bekannt, Schürfgeräte oder Saugeinrichtungen mit Hilfe von selbstfahrenden, vom Schwimm­ körper an der Oberfläche gesteuerten Einrichtungen über den Meeresboden zu bewegen. Hierzu wird beispielsweise die DE-OS 27 01 393 genannt. Das von dem am Meeresboden fahrenden Ge­ rät aufgenommene Gut wird mit Hilfe von Auftriebskörpern an die Oberfläche gebracht und von Fahrzeugen aufgenommen.

Die Schwierigkeiten bei der Überbrückung großer Höhen- und damit Druckunterschiede sind offensichtlich. Entsprechend technisch aufwendig sind zahlreiche Lösungsvorschläge, wie die stellvertretend vorstehend genannten Veröffentlichungen belegen. Aus diesem Grunde ist bereits eine Schürfvorrichtung in Gestalt eines trommelförmigen Körpers vorgeschlagen worden, dessen Außenumfang mit Baggerschaufeln besetzt ist. Der trom­ melförmige Körper soll eine Rotationsbewegung ausführen, wo­ durch die Schaufeln Meeresboden abtragen und in den Innenraum des Trommelkörpers fördern. Von dort wird das abgebaute Ma­ terial durch wenigstens eine zentrische Entnahmeöffnung abge­ saugt und über eine Steigleitung mit Hilfe von Pumpen in ei­ nen Schwimmkörper gedrückt. Das trommelförmige Schürfgerät ist an Seilen des Schwimmkörpers aufgehängt. Seine Fortschrittsbe­ wegung wird durch bewegungen des Schwimmkörpers gesteuert. Das trommelförmige Gerät bietet technische Vorteile, sofern es ge­ lingt, eine für die drehende Schürfbewegung notwendige Antriebs­ vorrichtung zu schaffen und günstig am Gerät anzuordnen. Dabei sind die erhebliche Größe und das Gewicht des Gerätes sowie die hohen Außendrücke bei größeren Tiefen von erheblicher Bedeutung.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung nach dem ein­ gangs genannten Gattungsbegriff mit einem Antrieb für die ro­ tierende Schürfbewegung auszurüsten, der den hohen Anforderun­ gen an die Funktionssicherheit unter den schwierigen Arbeits­ bedingungen genügt. Die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich dadurch aus, daß wenigstens an einer Stirnseite des Schürfkörpers Antriebsmotoren mit einem Untersetzungsgetrie­ be angeordnet sind, dessen Gehäuse gleichzeitig zur Aufnahme und Übertragung der Gewichtskräfte des Schürfgerätes in die Trag­ seile ausgebildet ist.

Das außerordentlich große Gewicht des trommelförmigen Schürf­ körpers führt bei den Arbeitsbewegungen auf dem unebenen Meeres­ boden zu unvermeidbaren wechselnden Biegebeanspruchungen. Durch die stirnseitige Anordnung des Getriebes in Verbindung mit der Aufhängung des Getriebeunterteils an Tragseilen werden jedoch unkontrollierte Belastungen von den Getriebeteilen ferngehal­ ten. Obwohl im Prinzip eine einseitige Anordnung des Unter­ setzungsgetriebes zusammen mit dem Antrieb in einigen Fällen ausreichen wird, ein genügendes Drehmoment für die Schürfbe­ wegung in die Trommel einzuleiten, wird sich vorteilhafterwei­ se eine Aufteilung in zwei Getriebe mit den zugehörigen Antrie­ ben an beiden Stirnseiten des trommelförmigen Körpers anbieten. Vorzugsweise sind die Getriebegehäuse mehrteilig ausgeführt, wobei die Getriebeunterteile schalenförmig ausgeführt sind und zur Lagerung des Entnahmerohrs dienen. Von den Unterteilen wird das gesamte Gewicht in die Trossen übertragen. Die durch den Schürfwiderstand verursachten Reaktionskräfte werden durch das außerordentlich hohe Gewicht der Schürfeinrichtung aufgenommen. Die flache Ausführung des Gehäuseunterteils ist für den Schürf­ vorgang besonders günstig. Ganz besonders vorteilhaft ist eine wasserdichte, gegen den Außendruck abgesicherte Verbindung zwischen den Gehäuseteilen und eine entsprechende Dichtung am Durchtritt des Entnahmerohres durch das Getriebegehäuse.

Dadurch wird eine Ölschmierung aller Getriebeteile einschließ­ lich der Traglager ermöglicht, beispielsweise durch eine voll­ ständige Ölfüllung des Getriebegehäuses.

Weitere, den Gegenstand der Erfindung vorteilhaft gestaltende Merkmale sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt und nachstehend erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 die Seitenansicht eines trommelförmigen Schürfkörpers mit an beiden Stirnseiten angeordneten, erfindungsge­ mäß gestalteten Antrieben,

Fig. 2 die Draufsicht auf das Gerät gemäß Fig. 1 in verein­ fachter Darstellung,

Fig. 3 eine Stirnansicht des in Fig. 1 dargestellten Gerätes mit Tragseilangriffspunkten oberhalb des Getriebege­ häuses an einem rahmenförmigen Traggestell, welches an dem Unterteil des Getriebegehäuses ansetzt,

Fig. 4 die Stirnansicht eines Gerätes mit gegenüber der Dar­ stellung nach Fig. 3 geänderten Seilangriffspunkten,

Fig. 5 die Stirnansicht eines Gerätes mit Angriffspunkten der Tragseile an einem Tragrahmen gemäß Fig. 3, jedoch mit gelenkiger Befestigung am Unterteil des Getriebe­ gehäuses,

Fig. 6 das Ausführungsbeispiel eines Getriebes für die Dreh­ momenteinleitung in die äußere Trommel,

Fig. 7 das Ausführungsbeispiel eines Getriebes mit der Trag­ lageranordnung für das Entnahmerohr und die Drehmo­ menteinleitung in das Entnahmerohr,

Fig. 8 zwei Halbschnitte des Getriebes mit Zahnkupplungen, deren Drehpunktanordnungen voneinander abweichen und

Fig. 9 eine rein schematische Darstellung des Antriebssy­ stemes mit dem äußeren und inneren Trommelkörper einschließlich Getriebe und Zahngelenke.

Das Schürfgerät in Form eines trommel- oder walzenförmigen Körpers 1 mit Außen- und Innentrommel 16 ist an den stirn­ seitigen Enden 1 a kegelstumpfförmig verjüngt. Bei dem ge­ zeigten Beispiel ist das Gerät mit zwei zentrischen Entnah­ merohren 2 und 3 ausgerüstet, mit deren Hilfe der Innenraum des Schürfgerätes entleert wird. Förderpumpen 4 und 5 saugen das geschürfte Material über die Entnahmerohre an und drücken es über Steigleitungen 6 und 7 in ein an der Wasseroberfläche schwimmendes Fahrzeug.

Die stirnseitigen Enden des Schürfgerätes sind muldenförmig eingezogen. An den hierfür vorgesehenen Querschotten 8 und 9 sind die Entnahmerohre mit Flanschen 10 und 11 befestigt.

Die Entnahmerohre sind in zwei geteilten Getriebegehäusen 12 a 12 b bzw. 13 a und 13 b gelagert. An den Getriebegehäuseunter­ teilen 12 b und 13 b greifen die Tragseile 14, 15 und 16 entwe­ der unmittelbar oder, wie bei den gezeigten Beispielen, mit­ telbar über Tragprofile, die zu einem starren Rahmen zusam­ mengefügt sind, an. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind an den Getriebegehäuseunterteilen 12 b, 13 b Profilan­ sätze 17 befestigt, von welchen Tragprofile 18 und 19 nach oben geführt und durch Querprofile 20 zu einem rahmenförmi­ gen Tragwerk verbunden sind. An den oberen Eckpunkten dieses Tragwerks greifen die Tragseile 14 und 15 an. Die Trag- bzw. Zugseile 16 setzen unmittelbar an den hinteren Getriebege­ häuseansätzen 17 an und dienen vor allem zur Lagekorrektur der gesamten Einrichtung. Miteinander sind die an jeder Stirnseite angeordneten rahmenförmigen Tragwerke nicht ver­ bunden.

Die drehende Schürfbewegung in Richtung des Pfeiles 21 wird durch drei Antriebsmotoren 22, 23 und 24 über ein mehrstufi­ ges Untersetzungsgetriebe erzeugt. Die translatorische Fort­ schrittsbewegung in Richtung des Pfeiles 25 wird dagegen durch die Bewegung des an der Wasseroberfläche schwimmenden Fahrzeuges hervorgerufen. Durch die gleichzeitige Ausführung dieser beiden Bewegungen wird der Meeresboden 26 mit Hilfe der nicht dargestellten Schürfwerkzeuge am Umfang der äußeren Schürftrommel abgetragen und in den Innenraum der inneren Trommel gefördert.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 sind die Tragseile 14 und 15 über kürzere Tragprofile 27 und 28 mit dem Unter­ teil 13 b des Getriebegehäuses verbunden. Auch hier sind sie über Umlenkrollen 29 geführt, deren Achsen und damit die Kraftangriffspunkte der Seile in der horizontalen Mittelebene und mit gleichem Abstand von der Drehachse des Schürfgerätes angeordnet sind. Es besteht jedoch die Möglichkeit, bei von der Darstellung nach Fig. 4 abweichenden Kraftvektoren, die Anlenkungspunkte der Seile mit Hilfe anderer Tragprofile be­ liebig zu verlagern, um das Schürfgerät in der gewünschten Lage zu halten. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5, welche von einem rahmenförmigen Tragwerk ähnlich Fig. 3 Gebrauch macht, sind Gelenke 29 an den unteren Angriffspunkten der Tragprofile 18 und 19 vorgesehen. Hierdurch wird in Verbin­ dung mit der biegeschlaffen Aufhängung durch Seile eine all­ seitige Beweglichkeit erreicht und somit eine auf die Getrie­ be wirkende Biegebelastung vermieden.

Das Entnahmerohr 2 bzw. 3 ist über einen Flansch 10 bzw. 11 starr mit der inneren Trommel des Schürfkörpers verbunden. Auf dem Entnahmerohr sind zwei sphärisch bewegliche Wälzla­ ger 31 und 32 angeordnet. Über das Lager 31 stützt sich die äußere Trommel mit Hilfe eines Flansches 33, der Teil einer Kupplungshülse 34 ist, auf dem Entnahmerohr 2 ab. In gleicher Weise ist das Großrad 35 des Getriebes über das Wälzlager 32 auf dem Entnahmerohr 2 abgestützt. Das Großrad 35 ist mit einer Kupplungsnabe 36 verschraubt, deren ballige Außenver­ zahnung 37 in die Kupplungshülse 34 greift. Damit wird in Form einer winkelbeweglichen einfach kardanischen oder (nicht gezeichneten) doppelkardanischen Verbindung zwischen dem Großrad 35 und der äußeren Trommel des Schürfkörpers eine Verbindung zur Übertragung des Antriebsmomentes hergestellt. Über einen stirnseitigen Flansch 38 ist das Entnahmerohr 2 starr mit dem Getriebegehäuse 12 bzw. 13 verschraubt. Alle übrigen in Fig. 6 erkennbaren Zahnräder und Ritzel 39-44 sind im Getriebegehäuse gelagert. Mit Dichtungen 45 und 46 ist das Getriebe gegen die durchtretenden, beweglichen Teile nach außen abgedichtet.

Die Fig. 7 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel des Entnahmerohres 2 bzw. 3, das mit Flanschen 10 bzw. 11 kraft­ übertragend an der inneren Trommel des Schürfgeräts befestigt ist. Es ist in Traglagern 47 und 48 des Getriebegehäuses ge­ lagert und kann dadurch die Gewichtskraft des Schürfgerätes in das Getriebegehäuseunterteil und somit in die Tragseile einleiten. An seinem Umfang ist es mit einem Zahnkranz 49 als Großrad eines ebenfalls für einen Mehrmotorenantrieb ausge­ bildeten Getriebes 50 versehen.

Eine besonders günstige Gestaltung des Kupplungsgelenks zeigt der rechte Halbschnitt der Fig. 8. Die Kupplungsnabe ist bis zum Drehpunkt des sphärischen Wälzlagers 31 verlängert und greift dort mit ihrer Außenverzahnung 37 in die Innenverzahnung der Kupplungshülse 33, 34. Die Drehpunkte des Kupplungsge­ lenks und des Wälzlagers befinden sich dann im Bezug auf das äußere Ende des Entnahmerohres auf gleicher Höhe, oder mit anderen Worten ausgedrückt, der Drehpunkt des Zahngelenks ist bis in die Mitte des Drehpunktes des Lagers 31 verlegt. Hier­ durch können bei größeren Trommeldurchbiegungen mögliche Querkräfte aus dem Zahngelenk ferngehalten und somit negative Einflüsse auf den Zahneingriff beim Radkörper 35 ferngehalten werden. Eine alternative Lösung hierzu und in ihrer Wirkung noch günstiger wäre die Anordnung von doppelkardanischen Zahngelenken.

Claims (22)

1. Antriebseinrichtung eines Gerätes zum Abbauen und För­ dern von Mineralien vom Meeresboden mit einem Schwimmkörper und einem mit Tragseilen daran hängenden, aus zwei konzen­ trisch ineinander angeordneten Trommeln bestehenden Schürf­ körper, dessen innere Trommel als Aufnahmebehälter für das abgebaute Material dient und mit wenigstens einer zentrischen Entnahmeöffnung zum Absaugen des geschürften Materials ver­ sehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens an einer Stirnseite des Schürfkörpers (1) Antriebsmotoren (22, 23, 24) mit einem Untersetzungsgetriebe angeordnet sind, dessen Ge­ häuse (12 a, 12 b; 13 a, 13 b) gleichzeitig zur Aufnahme und Über­ tragung der Gewichtskräfte des Schürfgerätes in die Tragseile (14, 15) ausgebildet ist.

2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß an der inneren Trommel (1 b) wenigstens ein zentrisches Entnahmerohr (2, 3) vorgesehen ist, das mit dem Getriebegehäuse (12 a, 12 b; 13 a, 13 b) starr verbunden ist und auf welchem sowohl das Großrad (35) als auch die äußere drehende Trommel über sphärisch bewegliche Lager (31, 32) abgestützt sind, während alle übrigen Getrieberäder und Ritzel (41-44) im Getriebe­ gehäuse gelagert sind und das Drehmoment vom Großrad (35) über ein Kupplungsgelenk auf die äußere Trommel übertragbar ist.

3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß als Kupplungsgelenk eine einfach kardanische Zahn­ kupplung (34, 36, 37) eingesetzt ist, deren Zähne mit balli­ gen Zahnflanken ausgeführt sind.

4. Antriebseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß als Kupplungsgelenk eine doppelkardanische Zahnkupp­ lung eingesetzt ist, deren Zähne mit balligen Zahnflanken ausgeführt sind.

5. Antriebseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die äußere Trommel (1) des Schürfkörpers fest mit der Kupplungsaußenhülse (34) der Zahnkupplung verflanscht ist, wobei sich die Kupplungsaußenhülse gleichzeitig auf ei­ nem vom Entnahmerohr getragenen sphärisch beweglichen Wälz­ lager (31) abstützt.

6. Antriebseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Drehpunkte vom Kupplungsgelenk (33, 34, 36, 37) und sphärisch beweglichem Wälzlager (31) in Bezug auf das äußere Ende des Entnahmerohres auf gleicher Höhe liegen.

7. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das zentrische Entnahmerohr (2, 3) neben der Über­ tragung der Gewichtskräfte des Schürfgerätes in die Tragseile (14, 15) auch zur Übertragung des Drehmomentes für die rotie­ rende Schürfbewegung vom Antrieb auf den Schürfkörper (1) ausgebildet ist.

8. Antriebseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß das Entnahmerohr an seinem Umfang mit einem Zahnkranz (33) als Großrad des Untersetzungsgetriebes ausgerüstet ist.

9. Antriebseinrichtung nach den Ansprüchen 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Entnahmerohr in Traglagern (31) des Getriebegehäuses (12 a, 12 b; 13 a, 13 b) gelagert ist.

10. Antriebseinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragseile des Schürf­ gerätes am Unterteil (12 b, 13 b) des Getriebegehäuses angreifen.

11. Antriebseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Tragseile an kurzen Tragarmen (17, 27, 28) be­ festigt sind, welche am Unterteil (12 b, 13 b) des Getriebege­ häuses ansetzen.

12. Antriebseinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebegehäuse mehr­ teilig ausgebildet und dessen Unterteil (12 b, 13 b) als flache Schale gestaltet ist.

13. Antriebseinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebegehäuse was­ serdicht ausgeführt und die Dichtungen gegen den Außendruck ge­ sichert sind.

14. Antriebseinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Getriebe- und Lager­ teile ölgeschmiert sind.

15. Antriebseinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich­ net, daß das Getriebegehäuse vollständig mit Öl gefüllt ist.

16. Antriebseinrichtung nach einem oder mehreren de Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe zur Unter­ setzung eines Mehrmotorenantriebs ausgebildet ist.

17. Antriebseinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe eine Lei­ stungsverzweigung aufweist.

18. Antriebseinrichtung nach den Ansprüchen 16 oder 17, da­ durch gekennzeichnet, daß die Drehmomente durch Kegel- und Stirnradgetriebe übertragen werden.

19. Antriebseinrichtung nach den Ansprüchen 16 oder 17, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Drehmomentübertragung ein Stirn­ radgetriebe dient.

20. Antriebseinrichtung nach den Ansprüchen 16 oder 17, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Drehmomentübertragung ein Schnecken- und Stirnradgetriebe eingesetzt ist.

21. Antriebseinrichtung nach den Ansprüchen 16 oder 17, da­ durch gekennzeichnet, daß die Drehmomente über ein Schnecken­ getriebe übertragen werden.

22. Antriebseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die Tragarme gelenkig mit dem Unterteil des Getriebe­ gehäuses verbunden sind.