DE3129228A1

DE3129228A1 - Unterwasser-saugschuerfraupe

Info

Publication number: DE3129228A1
Application number: DE19813129228
Authority: DE
Inventors: Erich Prof. Dr.Ing. 7500 Karlsruhe Bahke; Heribert Dipl.-Ing. 7517 Waldbronn Ballhaus
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-07-24
Filing date: 1981-07-24
Publication date: 1983-02-10

Description

Unterwasser-Saugschürfraupe
Die Erfindung betrifft ein universelles Gewinnungsgerät für die Naßbaggerung, auch in schwierigen Böden, bei Wassertiefen bis zu mehre ren hundert Metern.
In der Naßbaggertechnik für die Kiesgewinnung sind für Baggertiefen bis zu 130 Metern Schwimmbagger mit Seilgreifern und Nydraulikgrei fern bekannt. Der Greifer hängt entweder an einem Ausleger oder an einer Katze, die an einer Kranbrücke mehrere Meter verfahrbar ist.
Der Ausleger bzw. die Kranbrücke ist auf einer Schwimmplattform montiert, die durch Abspannseile vom Ufer aus verankert wird.
Diese Bagger haben den Nachteil, daß die Baggerung im wesentlichen punktförmig erfolgt, weswegen stets auch die Gefahr besteht, daß der Greifer beim Nachrutschen des die Baggerstelle umgebenden Materials verschüttet wird. Bei steigender Wassertiefe erhöht sich die Spiel dauer, auf etwa 3 Minuten bei 80 Meter Wassertiefeg eine Verkürzung der Spiel dauer ist, wegen des unverhältnismäßig steigenden Energiebedarfs für das Hubwerk, nicht in wirtschaftlicher Weise möglich. In lehmigem oder tonigem Boden9 wie er in (kiesgruben bei Wassertiefen zwischen 15 und 50 Metern als störende Zwischenschicht angetroffen werden kann, erweist sich insbesondere der Seilgreifer als wenig leistungsfähig. Eine deutliche Erhöhung des Greifereigengewichts, bis in die Größenordnung von 8 Tonnen und mehr, bringt hier zwar Besserung, verschlechtert aber das Verhältnis von Nutzlast zu Eigengewicht und erhöht den spezifischen Energiebedarf, pro Tonne geförderten Guts.
In der Naßbaggertechnik sind weiterhin schwimmende Saugbagger bekannt, die mit Saugpumpen, die auf der Schwimmplattform, oder mit Druckpumpen, die direkt hinter dem Saugmund angebracht sind, arbeiten und die, zumindest theoretisch, in beliebigen Wassertiefen eingesetzt werden können. Diese reinen Saugbagger arbeiten jedoch nur in lockeren Böden zufriedenstellend.
Dies gilt auch für eine Variante des Saugbaggers, die mit dem sog.
Lufthebeverfahren arbeitet.
Für den Einsatz in festen Böden, wie zB. für die Beseitigung von Pflanzenrückständen in Sumpfgebieten oder für das Vertiefen von Fahrrinnen in harten Böden, sind Saugbagger mit Schneidköpfen, sog. Cutterbagger, im Gebrauch. Diese Geräte bestehen aus einer Schwimmplattform mit Stützpfählen, die die Grabkräfte übernehmen, einem Ausenger, der den Schneidkopf und dessen Antrieb trägt und einer Hebevorrichtung für den Ausleger. Durch wechselndes Einsetzen der gewöhnlich zwei Stützpfähle ist das Gerät zu einer Schreitbewegung fähig.
Da die Länge des Auslegers und der Stützpfähle aus konstruktiven Gründen begrenzt ist, liegt die zur Zeit mögliche Baggertiefe dieser Geräte unter 30 Metern.
Schwimmende Schaufelradbagger unterliegen, bezüglich der Baggertiefe, den gleichen Einschränkungen wie die Cutterbagger, bieten aber den Vorteil höherer Förderleistungen.
Bei der Naßbaggerung in Böden mittlerer Schwierigkeit, zB. bei der Freihaltung von Fahrrinnen in Flüssen, bewähren sich bei geringen Wassertiefen weiterhin schwimmende Eimerkettenbagger.
Für harte, eventuell felsige Böden werden in der Naßbaggertechnik zunehmend, auf Schwimmplattformen montierte, konventionelle Hydraulik-Tieflöffelbagger eingesetzt, die sich, wegen ihrer hohen Reißkräfte, zum Lösen von Gestein besonders gut eignen. Die Grabkräfte werden, wie beim Cutterbagger, durch Pfähle abgestützt. Die maximal mögliche Baggertiefe dieser Geräte ist aus konstruktiven Gründen auf derzeit etwa 25 Meter Wassertiefe begrenzt.
Generell gilt, daß mit zunehmender Wassertiefe, insbesondere beim Baggern in schwierigen Böden, diskontinuierlich arbeitende Geräte, wie Greifer-, Eimer- oder Löffelbagger immer unwirtschaftlicher, kontinuierlich arbeitende schneidende Geräte, wie Schaufelrad-, Cutter- oder Eimerkettenbagger immer größer, aufwendiger und damit unbrauchbar werden.
Diese Nachteile, die dazu geführt haben, daß für Wassertiefen über 50 Meter und schwierige Böden kein ausgeführtes oder mit tragbaremkostenaufwand realisierbares Baggergerät zur Verfügung steht, versucht die im folgenden näher beschriebene Erfindung zu vermeiden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein universelles Naßbaggergerät zu schaffen, das, trotz einfachem Aufbau, kleinen Dimensionen und geringem Gewicht, in Wassertiefen bis zu 300 Metern arbeitet, auch schwierige Böden bewältigt, also insbesondere hohe Schneid- und Reißkräfte aufbringt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf einen Ausleger, also eine starre Kopplung zwischen dem Schneidwerkzeug und der Schwimmplattform, die auch ein Begleitschiff sein kann, verzichtet wird. Das Schneidwerkzeug wird von einer Unterwasser-Saugschürfraupe gebildet, die, ferngesteuert, die Funktionen des Schneidens und Lösens, des Förderns, des Ortswechsels und der Kontrolle der Bodenkontur übernehmen kann. Die Schwimmplattform oder das Begleitschiff versorgt die Unterwasser-Saugschürfraupe mit Energie und dient als Steuerstand und zur Aufnahme, Umlenkung oder/und Weiterverarbeitung des Förderstroms. Mit der~Schwimmplattform besteht eine flexible Verbindung durch einen Druckschlauch für die Aufwärts--förderung und Leitungen für die Energieversorgung und Steuerung der Unterwasser-Saugschürfraupe. Druckschlauch und Versorgungsleitungen werden mit Vorteil zu einer kuppelbaren baulichen Einheit zusammengefasst. Die Unterwasser-Saugschürfraupe selbst besteht aus einem modifizierten, vollhydraul ischen Raupenfahrwerk, einer zwischen den Ketten angeordneten hydraulisch betätigten Grabschaufel, die in einen Trichter ausläuft und einer an dessen Ende angeordneten Saugpumpe, die ein Gemisch aus von der Grabschaufel aufgenommenem Gut und Wasser über den flexiblen Druckschlauch zur Wasseroberfläche fördert. Der Wasserdruck im Schlauch ist demzufolge höher, als der umgebende Wasserdruck.
Zum Erkennen von Bodenspalten und Hindernissen, ist ein Sonar vorgesehen, dessen Signale über ein Kabel auf einen Monitor im Steuerstand auf der Schwimmplattform übertragen werden.
Ein wesentlicher Vorteil dieser Unterwasser-Saugschürfraupe ist es, daß die Schneid- und Grabkräfte vom Fahrwerk aufgebracht und deshalb direkt ins Planum abgeleitet werden, sodaß keine weitere Abstützung erforderlich ist, die den Bewegungsspielraum des Geräts irgendwie einschränken könnte. Es werden keine starren Verbindungsglieder, wie Ausleger, Rohrleitungen oder Stützpfeiler gebraucht, die auf Biegung oder/und Torsion beansprucht würden, wie dies zB. bei einem Cutterbagger der Fall wäre.
Da das Raupenfahrwerk, im Zusammenhang mit der flexiblen Schlauchleitung, voll beweglich bleibt, ist es möglich eine vorgegebene Bodenkontur exakt abzuarbeiten. Dies ist wichtig um den Anteil des Abraums klein zu halten, wenn, wie zB. in Schelfgebieten, Mineralien in ausgeprägter Schichtung vorkommen, oder wenn in einem vorgeschalteten Arbeitschritt Abraum gezielt beseitigt werden soll.
Durch das geeignete Zusammenwirken der hydraulischen Verstellung für die Schneidtiefe der Grabschaufel mit dem hydrostatischen Antrieb des Raupenfahwerks, kann die Arbeitsweise der Unterwasser-Saugschürfraupe nahezu allen Bodenverhältnissen angepasst werden. Die Beschädigung der Pumpe durch zu großes Fördergut wird durch einen Siebrost vermieden, der vor dem Trichter angeordnet ist. Der Bodendruck kann besonderen Arbeitsbedingungen dadurch angepasst werden, daß die Auftriebskörper, durch deren vollständiges Lenzen die Unterwasser-Saugschürfraupe zur Wasseroberfläche zurückkehrt, teilweise gelenzt oder geflutet werden.
Für den Einsatz im sog. Off-Shore-Bereich ist es vorteilhaft, wenn das Begleitfahrzeug (Schwimmplattform) ein Schiff ist, das die Unterwasser-Saugschürfraupe über eine Rampe im Heck verläßt und durch Fluten der Auftriebskörper auf den Meeresboden gelangt. Beim Arbeiten in unmittelbarer Küstennähe oder in einer Kiesgrube, kann die Unterwasser-Saugschürfraupe die Uferböschung hinunterfahren, sodaß auf feste Auftriebskörper verzichtet werden kann. Für den Notfall genügen hier aufblasbare Auftriebskörper. In beiden Fällen ist es von Vorteil, daß auf einen Schwimmkran bzw. auf Hebevorrichtungen an Bord der Schwimmplattform oder des Begleitschiffes verzichtet werden kann.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die Unterwasser-Saugschürfraupe, wegen ihrer kompakten Bauweise, an Land auf einem Tieflader transportierbar ist.
Der wichtigste Vorteil der Unterwasser-Saugschürfraupe ist darin zu sehen, daß bekannte und im Landeinsatz bewährte Komponenten zu einem neuartigen Gerät kombiniert werden, dessen Herstellungspreis weit unter dem Preis für einen vollständigen Ausleger mit Schaufelrad und Pumpe, der eine Baggertiefe von 80 Metern erreichen könnte, liegt, ohne daß die zusätzlichen Kosten für die notwendige Vergrösserung der Schwimmplattform bereits berücksichtigt wären.
Bei der Unterwasser-Saugschürfraupe besteht dagegen kein Zusammenhang zwischen der Baggertiefe und der Größe der Schwimmplattform, bzw. des Begleitschiffes.
Im folgenden wird die Unterwasser-Saugschürfraupe an Hand einer geplanten Ausführung für die Gewinnung von Kies, in Wassertiefen von bis zu 80 Metern und den Abbau von störenden Lehm-Ton-Schichten in Tiefen von 30 bis 50 Metern, unter Bezug auf die Figuren 1 - 4 näher beschrieben.
Figur 1 zeigt, wie die Unterwasser-Saugschürfraupe zur Gewinnung von Kies eingesetzt werden soll.
Eine Schwimmplattform (1) ist als Katamaran ausgebildet und trägt, zwischen den beiden Rumpfhälften, eine Schlauchtrommel (2). Von dieser Schwimmplattform aus wird die Unterwasser-Saugschürfraupe (5) ferngesteuert. Die Versorgungsleitungen für die Unterwasser-Saugschürfraupe sind mit dem Förderschlauch (4) zu einer baulichen Einheit zusammengefasst. Auf der Schwimmplattform kann eine Aufbereitungsanlage installiert sein, der Weitertransport des gewonnenen Kieses erfolgt vorzugsweise hydraulisch, über eine Schlauchleitung (3), wodurch die Beweglichkeit des Gesamtsystems erhöht wird.
Figur 2 zeigt die Unterwasser-Saugschürfraupe in der Draufsicht.
Das Fahrwerk besteht im wesentlichen aus zwei Kastenträgern (7) dem eigentlichen Raupenfahrwerk, mit den Raupenketten (8) und einigen Querverstrebungen. Zwischen den Raupenketten (8), ist die Grabschaufel (14) angeordnet, die in einen Trichter ausläuft, an dessen Ende eine sog. Panzerpumpe (12), ein Gemisch aus aufgenommenem Gut und Wasser durch den Schlauch (4) nach oben fördert. Die Pumpe (12) wird vorzugsweise von einem Elektromotor (11) angetrieben. Die Einheit aus Pumpe, Trichter und Grabschaufel, ist, mittels Hydraulikzylindern (16), um einen Drehpunkt (19) schwenkbar, sodaß die Grabtiefe verstellt und den Gegebenheiten angepasst werden kann. Vor dem Pumpeneinlauf befindet sich ein Siebrost (15), der, bei angehobener Grabschaufel, mittels des Hydraulikzylinders (17), so geschwenkt werden kann, daß das Siebgut über die, in Fahrtrichtung gesehen linke, Raupenkette abgekippt werden kann. Hierdurch wird die Pumpe vor Beschädigungen durch übergroßes Fördergut geschützt. Das vorzugsweise vollhydraulische Raupenfahrwerk wird von einer Hydro-Pumpe (10) versorgt, die von einem Elektromotor (9) angetrieben wird.
Prinzipiell könnte die Versorgung des hydraulischen Fahrwerkantriebes und eventuell auch eines hydraulischen Pumpenantriebes mit Drucköl ebenso von der Schwimmplattform her erfolgen. Ober den Raupenketten sind zwei Behälter (20) vorgesehen, die aufblasbare Auftriebskörper aufnehmen. Hierdurch wird die Unterwasser-Saugschürfraupe schwimmfähig, wenn die Auftriebskörper, mit Hilfe von Preßluftflaschen, die sich gleichfalls in den Behältern (20) befinden, mit Luft befüllt werden.
Figur 3 zeigt einen Schnitt längs der Linie A - A, in Figur 2 und Figur 4 die Vorderansicht der Unterwasser-Saugschürfraupe. Leerseite

Claims

Patentansprüche 1. Selbstfahrende, von einem Oberwasser-Begleitfahrzeug aus, ferngesteuerte Unterwasser-Saugschurfraupe, gleichermaßen geeignet für den Abbau von Abraum und von Mineralien, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Ketten ( 8,8 ) eines, vorzugsweise vollhydraulischen, Raupenfahrwerks eine Grabschaufel ( 14 ) angeordnet ist, die in einen Trichter ausläuft, an dessen Ende ( ) eine elektrisch oder hydraulisch angetriebene Pumpe (12) ein Gemisch aus Wasser und aus dem von der Grabschaufel aufgenommenem Gut ansaugt und über einen Druckschlauch ( 4) zur Wasseroberfläche fördert, daß die Einheit aus Trichter, Grabschaufel und Pumpe, als ganze durch Hydraulikzylinder (16,16) schwenkbar ist, daß ein Siebrost (15) vor der Grabschaufel angeordnet ist, der, bei eingeschwenkter Grabschaufel, durch Betätigen eines weiteren Hydraulikzylinders (17) so geschwenkt werden kann, daß das Siebgut über eine der beiden Raupenketten hinweg seitlich abgekippt werden kann und daß die Versorgung der Antriebe und Steuerungen, mit elektrischer oder/und hydraulischer Energie, durch entsprechend Leitungen von der Wasseroberfläche her erfolgt, die vorzugsweise mit dem Druckschlauch zu einer baulichen Einheit zusammengefasst sind.
2. Unterwasser-Saugschürfraupe, nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß über den Raupenketten Behälter (20,20) angeordnet sind, die ihrerseits Preßluftflaschen zum Aufblasen von Auftriebskörpern, vorzugsweise aus gummiertem Gewebe, aufnehmen, die so bemessen sind, daß ihr Auftrieb mit Sicherheit ausreicht, um das Fahrzeug an die Wasseroberfläche zu bringen.
3. Unterwasser-Saugschürfraupe, nach Anspruch 1. und 2., dadurch gekennzeichnet, daß das Aufblasen der Auftriebskörper von der Wasseroberfläche her, vorzugsweise elektrisch, fernbetätigt werden kann.
4. Unterwasser-Saugschürfraupe nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß an geeigneten Stellen des Fahrzeugs, vorzugsweise vorn vor der Grabschaufel und erhöht, Sender und Empfänger eines Sonars ( ) angebracht sind, daß das elektrische Signal des Empfängers über ein Kabel an die Wasseroberfläche in ein Begleitfahrzeug übertragen wird, in dem sich ein Monitor befindet, auf dem das befahrene Gelände abgebildet wird und von dem aus die Unterwasser-Saugschürfraupe gesteuert wird.
5. Unterwasser-Saugschürfraupe nach Anspruch 1. und 2., dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätz7icher Antrieb, vorzugsweise ein schwenkbarer Strahipropeller, mit Hydraulik-, PreBluft- oder Elektromotor, vorgesehen ist, durch den die aufgeschwommene Unterwasser-Saugschürfraupe, zumindest in begrenztem Umfang, manbvrierfähig ist.
6. Unterwasser-Saugschürfraupe nach Anspruch 1. und 2., dadurch gekennzeichnet, daß die Auftriebskörper aus festen Tanks gebildet werden, die wahlweise geflutet oder durch Preßluft gelenzt werden können, sodaß bei unvollständigem Lenzen oder Fluten der Bodendruck des Fahrzeugs variiert werden kann.
7. Unterwasser-Saugschürfraupe, nach Ansprüchen 1., 2., 5. und 6., dadurch gekennzeichnet, daß durch ein zweckmäßiges Zusammenwirken der Lenzeinrichtung der Auftriebskörper, des Strahlpropellers und des Raupenfahrwerks, die Saugschürfraupe das mit einer Rampe versehene- Oberwasser-Begleitfahrzeug selbsttätig verlässt und ohne Zuhilfenahme eines Krans auf dieses zurückkehrt.