DE3601461C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb einer Einrichtung zum Abbauen und Fördern mineralischer Rohstoffe vom Meeresboden mit einem aus zwei konzentrisch ineinander angeordneten Trommeln bestehenden Schürfkörper, der ständig über eine Tragseilaufhängung von einem Wasserfahrzeug getragen wird und dessen innere Trommel als Aufnahmebehälter für das ab­ gebaute Material dient und mit wenigstens einer zentrischen Entnahmeöffnung zum Absaugen des geschürften Materials ver­ sehen ist.

Eine an Stelle eines Schwimmkörpers, beispielsweise eines Schwimmbaggers, hängende Schürfeinrichtung ist in der Patent­ literatur bereits beschrieben worden. So zeigt die nieder­ ländische Patentanmeldung 80 01 287 ein Baggerfahrzeug mit einem Schürfgerät, das zur Überbrückung größerer Tiefen bis etwa 100 m an einem nach unter schwenkbaren Teil des Fahr­ zeugs angelenkt 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 schwenkbar durch einen Rohrausleger mit dem Schwimmbagger verbunden ist und durch ein Tragseil herabgefiert bzw. ein­ geholt 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 Einrich­ tungen sind auch bei reinen Saugbaggern bekannt, wie bei­ spielsweise die DE-OS 24 17 905 zeigt. Bei dieser Einrich­ tung wird ebenfalls eine Rohrleitung von Seilen getragen, wobei die Rohrleitung mit einem Ende gelenkig mit dem Schwimmfahrzeug verbunden ist und deren Saugmündung von den Tragseilen gehalten und geführt wird. Ähnliche Lösungen sind auch auf dem Gebiet der Tiefseebohrtechnik bekannt. Der Bohrkopf und die Fördereinheiten werden durch Seilzüge 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 oberen Ende beweglich mit einem Schwimmkörper verbunden ist. Die Säule ist auf einem auf dem Grund bewegbaren Fortbewegungs­ gerät 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 Gerät 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, wie dem Aufsatz "A break­ through in Trenching" i. d. Zeitschrift HOLLAND MARITIME, April 1985, S. 54/55 entnommen werden kann, bereits eine Schürfvorrichtung in Gestalt eines trommelförmigen Körpers vorgeschlagen worden, dessen Außenumfang mit Baggerschaufeln besetzt ist. Der trommelförmige Körper soll eine Rotationsbe­ wegung ausführen, wodurch die Schaufeln Meeresboden abtragen und in den Innenraum des Trommelkörpers fördern. Von dort wird das abgebaute Material durch wenigstens eine zentrische Entnahmeöffnung abgesaugt und über eine Steigleitung mit Hilfe von Pumpen in einen Schwimmkörper gedrückt. Das trommel­ förmige Schürfgerät ist an Seilen des Schwimmkörpers aufge­ hängt. Seine Fortschrittbewegung wird durch Bewegungen des Schwimmkörpers gesteuert. Das trommelförmige Gerät bietet technische Vorteile, sofern es gelingt, eine für die drehende Schürfbewegung notwendige Antriebsvorrichtung 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, einen Antrieb für die rotierende Schürfbewegung einer Einrichtung nach dem eingangs genannten Gattungsbegriff zu schaffen, der den hohen Anforderungen an die Funktionssicherheit unter den schwierigen Arbeitsbedingun­ gen genügt. Hierzu gehört insbesondere die Berücksichtigung der erheblichen Gerätegröße und seines Gewichtes bei zum Teil hohen Ausdrücken. Die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 aus.

Das außerordentlich große Gewicht des trommelförmigen Schürf­ körpers führt bei den Arbeitsbewegungen auf dem unebenen Meeresboden zu unvermeidbaren wechselnden Biegebeanspru­ chungen. Durch die stirnseitige Anordnung des Getriebes in Ver­ bindung mit der Aufhängung des Getriebeunterteils an Trag­ seilen werden jedoch unkontrollierte Belastungen von den Ge­ triebeteilen ferngehalten. Obwohl im Prinzip eine einseitige Anordnung des Untersetzungsgetriebes zusammen mit dem Antrieb in einigen Fällen ausreichen wird, ein genügendes Drehmoment für die Schürfbewegung in die Trommel einzuleiten, wird sich vorteilhafterweise eine Aufteilung in zwei Getriebe mit den zugehörigen Antrieben an beiden Stirnseiten des trommel­ förmigen Körpers anbieten. Vorzugsweise sind die Getriebegehäuse mehrteilig ausgeführt, wobei die Getriebeunterteile schalen­ förmig ausgeführt sind und zur Lagerung des Entnahmerohrs dienen. Von den Unterteilen wird das gesamte Gewicht in die Trossen übertragen. Die durch den Schürfwiderstand verursach­ ten Reaktionskräfte werden durch das außerordentlich hohe Gewicht der Schürfeinrichtung aufgenommen. Die flache Aus­ führung des Gehäuseunterteils ist für den Schürfvorgang be­ sonders günstig. Ganz besonders vorteilhaft ist eine wasser­ dichte, gegen den Außendruck abgesicherte Verbindung zwischen den Gehäuseteilen und eine entsprechende Dichtung am Durch­ tritt 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 zeigt

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 Dreh­ momenteinleitung in das Entnahmerohr,

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

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

Die wichtigsten Bauteile nach den Figuren der Zeichnung sind mit folgenden Bezugsziffern versehen:

1trommelförmiger Schürfkörper1 akegelstumpfförmige Enden des Schürfkörpers1 binnere Trommel2, 3zentrische Entnahmerohre4, 5Förderpumpen6, 7Steigleitungen8, 9Querschotten10, 11Flansche12 a, 13 aGetriebegehäuseoberteile12 b, 13 bGetriebegehäuseunterteile14, 15, 16Tragseile17Tragprofilansätze für Getriebegehäuseunterteile18, 19Tragprofile20Querprofile21Trommeldrehrichtung22, 23, 24Antriebsmotoren25translatorische Trommelbewegung26Meeresboden27, 28Tragprofile29Seilumlenkrollen31, 32sphärisch bewegliche Wälzlager33Flansch der Kupplungshülse34Kupplungshülse35Großrad36Kupplungsnabe37ballige Außenverzahnung der Kupplungsnabe38Flansch des Entnahmerohres39-44im Getriebegehäuse gelagerte Zahnräder und Ritzel45, 46Getriebedichtungen47, 48Traglager des Getriebegehäuses49Zahnkranz des Entnahmerohrs50Getriebe

Das Schürfgerät in Form eines trommel- oder walzenförmigen Körpers 1 mit Außen- und Innentrommel ist an den stirn­ seitigen Enden 1 a kegelstumpfförmig verjüngt. Bei dem gezeigten Beispiel ist das Gerät mit zwei zentrischen Entnahme­ rohren 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 schwimmende 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 zusammen­ gefügt 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 rahmenförmigen 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 Lagerkorrektur 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 Getriebe wirkende Biegebelastung vermieden.

Das Entnahmerohr 2 bzw. 3 ist über einen Flansch 10 bzw. 11 starr mit der inneren Trommel 1 b des Schürfkörpers verbunden. Auf dem Entnahmerohr sind zwei sphärisch bewegliche Wälz­ lager 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 Innenverzah­ nung 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. Antrieb einer Einrichtung zum Abbauen und Fördern minera­ lischer Rohstoffe vom Meeresboden mit einem aus zwei konzen­ trisch ineinander angeordneten Trommeln bestehenden Schürf­ körper, der ständig über eine Tragseilaufhängung von einem Wasserfahrzeug getragen wird und dessen innere Trommel als Aufnahmebehälter für das abgebauten Material dient und mit wenigstens einer zentrischen Entnahmeöffnung zum Absaugen des geschürften Materials versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens an einer Stirnseite des Schürfkörpers (1) Antriebsmotoren (22, 23, 24) mit einem Untersetzungs­ getriebe angeordnet sind, dessen Gehäuse (12 a, 12 b; 13 a, 13 b) gleichzeitig zur Aufnahme und Übertragung der Gewichtskräfte des Schürfgerätes in die Tragseile (14, 15) ausgebildet ist und mit der Seilbefestigung und einem zentrischen Entnahme­ rohr (2, 3) der inneren Trommel (1 b) das Widerlager für das von dem bzw. den Motoren (22, 23, 24) aufzubringende Dreh­ moment bildet.

2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zentrische Entnahmerohr (2, 3) mit dem Getriebe­ gehäuse (12 a, 12 b; 13 a, 13 b) starr verbunden ist, 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 (42-44) im Getriebegehäuse gelagert sind und das Drehmoment vom Großrad (35) über ein Kupplungsgelenk auf die äußere Trommel über­ tragbar ist.

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

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

6. Antriebseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, 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 gekennzeichnet, 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 gekennzeichnet, daß das Entnahmerohr an seinem Umfang mit einem Zahnkranz (33) als Großrad des Untersetzungsgetriebes ausgerüstet ist.

9. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 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 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 gekennzeichnet, daß die Tragseile an kurzen Tragarmen (17, 27, 28) be­ festigt sind, welche am Unterteil (12 b, 13 b) des Getriebe­ gehäuses ansetzen.

12. Antriebseinrichtung nach einem 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 der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebegehäuse wasser­ dicht ausgeführt und die Dichtung gegen den Außendruck ge­ sichert sind.

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

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

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

17. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe eine Leistungsverzweigung aufweist.

18. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomente durch Kegel- und Stirnradgetriebe übertragen werden.

19. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß zur Drehmomentübertragung eine Stirn­ radgetriebe dient.

20. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß zur Drehmomentübertragung ein Schnecken- und Stirnradgetriebe eingesetzt ist.

21. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomente über ein Schnecken­ getriebe übertragen werden.

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