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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung bezieht sich auf Pflüge,
insbesondere zum Eingraben von Kabeln und Pipelines im Grund des
Meeres und anderer Gewässer.
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Pflüge sind
gut bekannt für
die Verwendung beim Schutz von Kabeln und Pipelines unter Wasser. Die
Kabel oder Pipelines werden eingegraben, um sie vor Beschädigungen,
z.B. durch Fischereiausrüstung
oder Anker, zu schützen.
Typischerweise werden diese Pflüge
mittels eines Zugseils durch ein Schiff auf der Wasseroberfläche gezogen,
sie können
aber auch durch einen Unterwassertraktor gezogen werden. Solche
Pflüge
sind mit einer Erdeingriffs-Schar
ausgerüstet,
die geformt ist, um sich in den Meeresboden unter Einwirkung der
Zugkraft einzugraben und einen Graben zu erzeugen, in dem das Kabel
oder das Rohr angeordnet wird. Die Pflüge legen das Kabel oder die
Pipeline gewöhnlicherweise in
einen Graben. Die Erfindung ist auf alle Arten von Pflügen anwendbar.
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Bis
heute waren derartige Pflüge
oft mit einem Lenk- oder Steuerungssystem ausgerüstet, das durch Ausübung quer
gerichteter Kräfte
auf den Zugdraht und folglich Erzeugung von Kräftepaaren am Pflug, welche
die Bewegungsrichtung des Pflugs ändern, funktioniert. Einige
dieser Pflüge
sind mit einem Zugmittel- und Kurbelmechanismus ausgerüstet, um
die Kräfte
zu minimieren, die zum Steuern des Pfluges erforderlich sind. Solche
Pflüge
sind in dem Patent
EP 0 185 422 beschrieben.
Bei einigen Anwendungen kann dieser Mechanismus in eine aufrechte
Position gehoben werden, um die zwei Drahtbefestigungspunkte in
eine Position über
dem Pflug zu bewegen, so daß derselbe
Draht den Pflug in eine waagerechte Ausrichtung anheben kann.
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Dieses
Verfahren zur Steuerung eines Pfluges hat den Nachteil, daß die Bewegungsrichtung des
Pflugs durch Änderungen
der Pflugseilrichtung zusammen mit jeglichen Seitenkräften, z.B.
durch durch den Pflug überquerte
Seitengefälle,
beeinflußt wird.
Der Pflug oder ein Teil davon wird effektiv seitlich über den
Meeresgrund gezogen.
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Pflüge, die
mittels steuerbarer Leitbleche gesteuert werden, die an Kufen befestigt
sind, welche den Vorderteil des Pflugs tragen, sind ebenfalls bekannt.
Ein derartiger Pflug ist in der
EP
0 010 915 gezeigt. Diese Konstruktion überwindet den Nachteil der
ersten Konstruktion insofern, als der Pflug relativ zum Meeresgrund
gesteuert werden kann, ohne über den
Meeresgrund gezogen zu werden. Der Mechanismus arbeitet auf die
gleiche Weise wie das Steuern eines Autos. Um die für die steuerbaren
Leitbleche an den Kufen erforderlichen Steuerkräfte zu minimieren, ist das
Zugseil nahe dem hinteren Teil des Pflugs befestigt oder an einen
Zugmechanismus mit einen einzelnen Zugpunkt, der verschiebbar an
einem gekrümmten
Arm befestigt ist, der sich seitlich des Hauptträgers des Pflugs erstreckt,
um die Wirkung des Ziehens von nahe dem hinteren Teil zu erzeugen – siehe
EP 0 010 915 .
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Dieses
Steuerungsverfahren hat den Nachteil, daß ohne einen derartigen Kraftminimierungs-Zugmechanismus
die Steuerwinkel relativ zum Zugseil begrenzt sind. Ebenfalls wäre der beschriebene
Kraftminimierungs-Zugmechanismus
schwer an größere Lenkwinkel
anzupassen aufgrund der Notwendigkeit eines größeren Mechanismus.
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Ein
weiteres Merkmal dieser Pflüge
ist das Erfordernis, daß der
Zugmechanismus über
die Oberseite des Pfluges verläuft,
und daher ebenfalls ggf. der Durchlaß für das Kabel oder die Pipeline durch
den Pflug hindurch. Dies verhindert oder begrenzt die Möglichkeit,
andere Ausrüstung
zu montieren, insbesondere, wenn die Zugpunkte in eine Hubposition überführt werden
müssen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Pflug 10 bereitgestellt
mit:
einer Pflugschar 3;
einem ersten Mechanismus
mit einem oder mehreren steuerbaren Erdeingriffs-Leitblechen 21;
und
einem zweiten Mechanismus mit einem Zugseil 5-Befestigungsmechanismus 14,
der einen Zugseil-Haltepunkt aufweist, wobei der Zugseil-Befestigungsmechanismus 14 dazu
geeignet ist, die Position des Zugseil-Haltepunktes in bezug auf
den Pflug 10 einzustellen und dadurch die Position, an
der die Linie eines durch den Zugseil-Haltepunkt gehaltenen Zugseils
die Längsachse
des Pflugs kreuzt, zu verändern;
und
Steuerungsmitteln zum Steuern des Betriebs des genannten
ersten und zweiten Mechanismus,
wobei der Pflug 10 durch
den genannten zweiten Mechanismus steuerbar ist und durch den genannten ersten
Mechanismus steuerbar ist, während
er entlang einer Reihe zueinander versetzter Zugpositionen pflügt, die
durch den zweiten Mechanismus zugelassen wird.
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Vorzugsweise
umfaßt
der Zugseil-Befestigungsmechanismus ein Zugmittel (Zuggeschirr)
mit zwei Zugmittelschenkeln, welche mit einem Ende an einem Zugseilhaltepunkt
und jeweils mit dem anderen Ende an Zugmittelschenkel-Haltepunkten enden. Der
Zugseil-Befestigungsmechanismus kann dazu ausgelegt sein, die genannte
Einstellung der Position des Zugseilhaltepunktes in bezug auf den
Pflug durch Bewegung der Zugmittelseil-Haltepunkte zu ermöglichen.
Zum Beispiel kann der Zugseil-Befestigungsmechanismus ein Paar Arme
enthalten, die jeweils schwenkbar in bezug auf den Pflug um eine
im wesentlichen vertikale Achse an ihrem inneren Ende sind und einen
jeweiligen Zugmittelschenkel-Befestigungspunkt an ihrem äußeren Ende
bereitstellen. Die schwenkbaren Arme können sich im wesentlichen quer
in bezug auf den Pflug oder im wesentlichen längs in bezug auf den Pflug
erstrecken.
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Vorzugsweise
ist der Zugseil-Befestigungsmechanismus dazu geeignet, Bewegung
der Zugmittelschenkel-Haltepunkte relativ zum Pflug von jeweiligen
Zugpositionen zu jeweiligen Hubpositionen zu erlauben, bei denen
das Zugmittel dazu verwendet werden kann, den Pflug in eine im wesentlichen
waagerechte Ausrichtung anzuheben.
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Als
eine Alternative zu Obigem kann der Zugseil-Befestigungsmechanismus
dazu geeignet sein, die genannte Einstellung der Position des Zugseil-Haltepunktes in bezug
auf den Pflug durch Einstellung der relativen Länge der Zugmittelschenkel zu
erlauben. Zum Beispiel können
die Zugmittelschenkel-Haltepunkte Führungen umfassen, durch welche
die Zugmittelschenkel hindurchragen, und der Pflug kann ferner ein
paar bewegliche Zugmittelschenkel-Befestigungsunkte umfassen, an
welchen die Zugmittelschenkel befestigt sind.
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Vorzugsweise
werden die steuerbaren Erdeingriffsbleche von einer oder mehreren
Tragkufen getragen. Die Tragkufen selbst werden vorzugsweise von
einem Steuerglied getragen, welches in bezug auf den Pflug um eine
im wesentlichen vertikale Achse schwenkbar ist. Mittel können vorgesehen sein,
um die Pflugtiefe durch Verändern
des vertikalen Abstands zwischen den Kufen und dem Steuerglied einzustellen.
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Wenn
zwei oder mehr Kufen vorhanden sind, kann der vertikale Abstand
zwischen einer derartigen Kufe und dem Steuerglied unabhängig von
dem vertikalen Abstand zwischen einer anderen derartigen Kufe und
dem Steuerglied verändert
werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf
die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 in
Seitenansicht einen typischen Pflug in Betriebsposition auf dem
Meeresgrund zeigt;
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2 eine
Draufsicht auf den Pflug aus 1 zeigt;
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3 eine
Draufsicht auf den Pflug aus 1 und 2 zeigt,
bei dem die Kufen zum Steuern des Pfluges nach links angewinkelt
sind;
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4 eine
Draufsicht auf den Pflug aus 1 und 2 mit
einem Zugmechanismus zeigt, der zur Gewährleistung einer versetzten
Zugposition versetzt ist;
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5 eine
Seitenansicht des Pflugs aus 1 und 2 mit
dem Zugseil in Hubposition zeigt;
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6 und 7 Draufsichten
von mit alternativen Methoden der Steuerung der Kufen ausgerüsteten Pflügen zeigen;
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8 und 9 Draufsichten
auf einen Pflug, der mit einer alternativen Methode zum Einstellen
des Zugmittels in eine ausgefahrene Zugposition bzw. eine versetzte
Zugposition zeigen;
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10 und 11 Vorderansichten
des Pfluges aus 8 und 9 mit dem
Zugmittel in aufrechter Position zeigen; und
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12–15 Draufsichten
auf alternative Gehäuse
und Zugmittel anordnungen (lenkbare Kufen und andere Details, die
im Fall der 12 und 13 aus
Gründen
der Klarheit ausgelassen sind);
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16 und 17 zeigen
zwei passive Zugmittel-Einstellmechanismen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Bezugnehmend
auf die 1 bis 5 besteht
ein Meeresgrund-Kabelpflug aus einem länglichen Gehäuse 1,
einer Schar 3 am hinteren Teil des Pflugs 10 und
Tragkufen 2 und 4, jeweils zwei am vorderen Teil
bzw. am hinteren Teil. Die Vorderkufen 2 stützen den
Pflug auf dem Meeresgrund 6 ab und sind mittels hydraulischer
Arbeitszylinder 42 in 3 und 5 einstellbar,
um die Pflugtiefe des Pflugs einzustellen. Die Schar 3 dringt
in den Meeresgrund ein, wenn der Pflug durch ein Schiff (nicht dargestellt) mittels
eines Zugseils 5 gezogen wird. Das einzugrabende Kabel 7 tritt
an der Trichtermündung 12 in
die Vorderseite des Pflugs ein und tritt unterhalb des Grunds am
hinteren Teil des Pflugs 8 aus. Die beabstandeten Hinterkufen 4 tragen
den hinteren Teil des Pflugs, wenn dieser in sehr weichen Meeresgrundböden verwendet
wird. Der Pflug kann mit einem Steuerungs- und Überwachungssystem und einer
hydraulischen Antriebseinheit ausgerüstet werden, die typischerweise
oben auf dem Pflug bei 45 angeordnet sind und den Betreibern
auf dem Schiff ermöglichen, ihn
wirksam durch Steuern der Position der hydraulischen Arbeitszylinder
zu betreiben. Zu Arbeitszylindern alternative Einstellmechanismen
können
verwendet werden, obwohl Arbeitszylinder besonders geeignet sind,
wenn der Pflug in Untersee-Umgebung verwendet wird.
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Anordnungen 28 an
jeder Seite des Gehäuses 1 sind
durch hydraulische Arbeitszylinder 29 um eine horizontale
Achse am Drehgelenk 30 drehbar und tragen den Zug-Einstellmechanismus 14,
bei dieser Ausführungsform
mit hydraulischen Arbeitszylindern 27, sich seitlich erstreckenden
schwenkbaren Armen 25, an denen das Zugmittel (Zuggeschirr) 9 befestigt
ist.
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Gemäß einem
Aspekt verwendet die Erfindung diese zwei Mechanismen 13, 14,
um ihre Ausrichtung und/oder Bewegung auf dem Meeresgrund zu steuern.
Der erste 13 enthält
Vorderkufen 2, die mit in die Erde eindringenden Leitblechen 20 ausgerüstet sind,
wobei entweder die Kufen und/oder die Leitbleche in bezug auf den
Körper
des Pflugs drehbar sind. Steuermechanismus 13 in 1 und 2 wird
durch hydraulische Arbeitszylinder 22 und Kufen 2 gebildet,
welche den Pflug steuern können,
selbst wenn der Pflug in einer versetzten Position ist. Der zweite 14 enthält einen
einstellbaren Zugmittelmechanismus oder einstellbaren Zugmechanismus
zum Verbinden mit einem Zugmittel, das wiederum mit einem Zugglied
wie einem Zugdraht verbunden ist. Der einstellbare Mechanismus kann
bei einer Ausführungsform
angeordnet sein, um ein Steuerungs-Kräftepaar auf den Pflug in bezug
auf den Zugdraht zu erzeugen. Bei einer anderen Ausführungsform
ist der einstellbare Mechanismus angeordnet, um Steuermomente zu
reduzieren, die von dem Zugkabel auf den Pflug aufgebracht werden,
z.B. um versetztes Ziehen zu ermöglichen.
Die zwei Einstellanordnungen 13 und 14 in Kombination
können
die Wirkung reduzieren, die Änderungen
der Zugdrahtrichtung auf den Pflug haben, während gleichzeitig Pflügen und sogar
Steuern während
des Pflügens
bei größeren Versatzwinkeln
zugelassen wird.
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Beabstandete
Kufen 2 tragen jeweils ein Boden-Eingriffsleitblech 21,
welches Seitenkräfte
erzeugt, um den Pflug zu steuern, wenn diese in einem Winkel in
bezug auf das Gehäuse 1 stehen,
wie in den 3, 6 und 7 gezeigt.
Mehr als ein Leitblech kann an jeder Kufe vorgesehen sein. Typischerweise
verlängern
die Leitbleche über
die Länge der
Kufen. Die Kufen werden in bezug auf das Gehäuse durch die Wirkung von Hydraulikzylindern 22 in 3, 23 in 6 und 24 in 7 gedreht.
Die Leitbleche sind drehbar in bezug auf das Gehäuse 1 sowie die oder
anstatt der Kufen.
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Die 3, 6 und 7 zeigen
alternative Wege zur Einstellung des Winkels der Kufen zum Steuern
des Pflugs. In 3 sind die zwei Kufen 2 mit
dem Tiefen-Einstellgestänge 42 auf
einem quer verlaufenden Montageträger 41 montiert, der
selbst schwenkbar an dem Gehäuse 1 am
Drehgelenk 40 montiert ist. Das Einstellgestänge 42 steuert
die Höhe
des Pflugs in bezug auf die Kufen, wie in 5 gezeigt.
Die Kufen werden in einer im wesentlichen horizontalen Ebene in
bezug auf den Pflug durch die Wirkung der Arbeitszylinder 22 gedreht,
die sich zwischen dem schwenkbaren Montageträger 41 und einem zweiten
Montageträger,
der an dem Gehäuse 1 befestigt
ist, erstrecken. Die Zylinder 22 winkeln den Träger 41 und
folglich die Kufen an.
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In 6 ist
der Träger 41 aus 3 geteilt, um
zwei Montageträger 44A, 44B zu
bilden, die schwenkbar an dem Pflug bei 35 befestigt sind.
Zylinder 23 drehen jeden Träger unabhängig, um den Pflug um die Drehgelenke 35 zu
steuern. Zwei Positionen der Kufen 2 sind bei 31 und 32 gezeigt.
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In 7 drehen
die hydraulischen Arbeitszylinder oder Zylinder 24 nur
die Kufen 2 in bezug auf eine Kufenbefestigung 37 von
einer Position 33 in eine Position 34 um ein Drehgelenk
im Bereich von 36. Diese Drehgelenke können die Form von Schlitzen,
Schiebern oder anderen Mitteln zur Erzielung einer Drehung aufweisen.
Die Drehung der Leitbleche relativ zu den Kufen ist ebenfalls möglich, obwohl dies
weniger zu bevorzugen ist aufgrund der Anfälligkeit gegen Beschädigung eines
derartigen Mechanismus sowie der ungünstigen Kräfte auf die Leitbleche aus
dem Boden.
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In
den 1 bis 4 ist das Zugseil 5 mit einem
Zugmittel (Zuggeschirr) 9 verbunden, und dieses ist mit
Armen 25 an den Befestigungspunkten 25A verbunden.
Diese Arme 25 können
sich um Drehgelenke 26 um eine allgemein vertikale Achse
in bezug auf den Pflug unter Wirkung der hydraulischen Arbeitszylinder
oder Zylinder 27 drehen. In 4 wurden
die Arme 25 bewegt, um die versetzte Zugposition des Zugseils 5 aufzunehmen.
Wenn die Arme nicht bewegt werden, würde das Zugmittel 9 ein Steuermoment
auf den Pflug erzeugen aufgrund der zusätzlichen Spannung in einer
Seite des Zugmittels. Die hydraulischen Arbeitszylinder bewegen
die Befestigungspunkte 25A, so daß das Drehzentrum des Zugmittels
mehr oder weniger über
dem Zentrum des Widerstands des Pflugs, d.h. oberhalb der Anlagen der
Pflugschar 3, liegt. Auf diese Weise werden durch das Zugmittel
erzeugte Lenkmomente reduziert. Das Lenken kann dann durch Anwinkeln
der Kufen 2 mit den Leitblechen 21 erfolgen, um
dem Pflug zu ermöglichen,
dem gewünschten
Weg auf dem Meeresgrund zu folgen, oder andere Seitenkräfte zuzulassen,
z.B. durch Überqueren
eines seitlichen Gefälles. Die
Arme können
in andere Positionen bewegt werden, um anderen versetzten Zugpositionen
auf jeder Seite der Mittellinie des Pflugs zu entsprechen. Natürlich können die
Arbeitszylinder 27 verwendet werden, um erforderlichenfalls
ein Lenkmoment auf dem Pflug zu erzeugen, z.B. beim Überqueren
eines seitlichen Gefälles,
insbesondere bei versetztem Pflügen über ein
seitliches Gefälle.
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Wie
aus den 1, 2 und 5 ersichtlich,
ist der durch die Arme 25 und Zylinder 27 gebildete
Zugseil-Einstellmechanismus 14 auf Anordnungen 28 montiert,
die schwenkbar auf dem Pfluggehäuse 1 montiert
sind. Die Anordnung 28 kann gesteuert durch Hydraulikzylinder 29 gedreht
werden. Für
den normalen Betrieb wird die Anordnung 28, wie in den 1 und 2 gezeigt,
positioniert, und der Pflug wird durch das Zugseil 5 vorangezogen.
Zum Anheben und Absenken des Pflugs aus dem und in den Meeresgrund
können
die Hydraulikzylinder 29 betrieben werden, um die Anordnung 28 um
das Drehgelenk 30 in die in 5 gezeigte
Position zu drehen, so daß der
Zugdraht verwendet werden kann, um den Pflug in eine nahezu horizontale
Position anzuheben.
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Ein
Vorteil zweier schwenkbarer Strukturen 28 zum Anheben des
Zugseils ist, daß die
Hydraulik- und Instrumenteneinheit 45 über dem mittleren Kabelweg
angeordnet sein kann und es folglich in der Maschine höher hebt.
Dies hilft, das Rahmenwerk und seine Inhalte bei sehr weichen Meeresgrund-Bedingungen aus dem
Boden zu halten.
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Die 8 und 9 zeigen
das Zugmittel 9, welches über Endketten 50 mit
hydraulischen Arbeitszylindern 27A verbunden ist. In diesem
Fall sind die Arbeitszylinder 27A im wesentlichen parallel
zur Längsachse
des Pflugs und wirken, um die Schenkel des Zuggeschirrs zu verlängern oder
zu kürzen.
Die Ketten verlaufen durch Führungen 50,
die optional an der Anordnung 28 befestigt sind. Wenn die
Führungen 50 befestigt
sind, sind die wirksamen Befestigungspunkte des Zugmittels an dem
Pflug an den Führungen 50 angeordnet
und ändern
ihre Position nicht. In 9 wurde die Kette 9A durch
die Führung 50 hindurch
gezogen, um den linken Arm des Zugmittels zu kürzen und folglich ein Versetzen
nach rechts zu ermöglichen.
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Die 10 und 11 zeigen
Vorderansichten des Pflugs in den 8 und 9,
bei denen die Anordnung 28 durch das Drehgelenk 30 rotiert
wurde, um dem Pflug zu ermöglichen,
angehoben oder abgesenkt oder auf dem Meeresgrund bewegt zu werden,
z.B. über
Hindernisse. In 11 sind beide Arme des Zugmittels
gekürzt,
da die Ketten 9A durch in diesem Fall feste Führungen 50 hindurch
zurückgezogen
wurden.
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Die 12 zeigt
in Draufsicht einen Y-förmigen
Pflugträger
mit vorn befestigten Armen 25, an denen Führungen 50 befestigt
sind. Die Arme 9 der Zugmittel verlaufen durch Führungen 50 und
werden verlängert
oder gekürzt,
gesteuert durch die hydraulischen Arbeitszylinder 27B. 13 zeigt
in Draufsicht die sich nach vorn erstreckenden schwenkbaren Arme,
welche an dem Gehäuse 1 montiert
und unter Steuerung des hydraulischen Arbeitszylinders 27C gedreht
werden. Diese Anordnung ist weniger wirksam beim Verlängern und
Kürzen
der Zugmittel-Arme.
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Die 14 und 15 zeigen
ein mittels Endketten 50 an hydraulischen Arbeitszylindern 27A befestigtes
Zugmittel 9. Im Fall der 14 sind
die Arbeitszylinder 27A frei, in bezug auf den Pflug zu verschwenken
und so effektiv einen Teil der Zugmittel-Arme zu bilden; in 15 sind
die Arbeitszylinder 27A im wesentlichen parallel zur Längsachse
des Pflugs. In diesen Fällen
verlaufen die Ketten nicht durch Führungen, und im Fall der 15 kann
dies zu erheblichen und unerwünschten
Biegemomenten auf die hydraulischen Arbeitszylinder führen. Diese Anordnungen
werden als weniger vorzuziehen betrachtet als die Anordnungen, die
in den 8 und 9 gezeigt sind.
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Die 16 und 17 zeigen
zwei passive Zugmittel-Einstellvorrichtungen, d.h. Mechanismen, bei
denen die Einstellung der Geometrie des Zugmittels durch Änderungen
der Zugrichtung verursacht wird, aber nicht durch aktive oder angetriebene
Mechanismen an dem Pflug verursacht oder unterstützt ist (oder sein muß). In 16 laufen
die Zugmittelschenkel oder Verlängerungen
hiervon in Form einer Kette 62 und eines Kabels oder Seils 63 durch
Führungen 50 und
um Sekundärführungen
oder Seilscheiben 61 und sind untereinander verbunden,
um eine geschlossene Schlaufe zu bilden. In 17 enden
die Zugmittelschenkel 9 an Schwenkarmen 25, die
durch ein Seil, Kabel, eine Kette oder ähnliches 60, welches)
um Führungen
oder Seilscheiben 61 verlaufen, eingespannt und miteinander
gekoppelt sind. Die Anordnung der 17 hat
den Vorteil über die
Anordnung aus 16, daß Reibung an den Führungen 50 vermieden
wird. Wenn ein Mechanismus gewünscht
ist, der nicht vollständig
passiv ist, könnten
die Seilscheiben 61 zum Beispiel angetrieben sein.
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Vorzugsweise
verlaufen die miteinander verbundenen Seile, Kabel oder Ketten usw. 63 entlang von
Schwenkachsen der Hub-Zugstangen. Dies könnte durch die Verwendung rohrförmiger Schwenkstifte
erreicht werden.