DE19715284A1 - Unterwasser-Mineralgewinnungsgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Unterwasser-Mine­ ralgewinnungsgerät der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art.

Bekannte derartige Geräte weisen eine Saugdüse auf und saugen auf dem Meeresboden befindliches Material ab, um es durch die Förderleitung dem oberhalb der Abbaustelle befindlichen Gewinnungsschiff zuzuleiten.

Ausgangspunkt für die Erfindung ist die Diamantgewin­ nung vom Meeresboden gewesen. Die Erfindung ist jedoch in ihrem Anwendungsbereich darauf nicht beschränkt. Die vom Meeresboden zu gewinnenden Diamanten sind von Wasserläufen aus dem Landes inneren zusammen mit Sand und Geröll ins Meer gespült worden, wo sich auf dem Meeresboden entspre­ chende Sedimentschichten ablagern. Der Diamantgehalt die­ ser Sedimentschichten ist zwar nicht hoch, bei geeigneter Abbautechnik jedoch abbauwürdig. Das Problem ist die rela­ tiv große Tiefe von 200 m und mehr unter dem Meeresspie­ gel, in der sich die Fundstellen befinden. Diese Abbausi­ tuation erfordert besonders Abbautechniken.

Bekannt ist das Absaugen von Material vom Meeresboden mittels Absaugdüsen. Dies ist keine wirklich zufriedens­ tellende Methode, weil die förderbaren Mengen begrenzt sind und insbesondere größere Gesteinsstücke nur schwer erfaßt werden können. Bei verfestigten und tonigen Lagen erfolgt kein wirksames Abtragen.

Eine andere bekannte Methode nutzt dicht beieinander gesetzte Bohrungen großen Durchmessers und geringer Tiefe, um die Sedimentschichten abzutragen. Auch hierbei ist die Abbauleistung beschränkt.

Schließlich sind sogenannte "dredger" bekannt, d. h. mit im wesentlichen vertikaler Drehrichtung umlaufende Abbauräder, die an der Förderleitung von einer Schwimm­ plattform aus über den Meeresboden geführt werden. Diese Geräte können wegen ihrer Bauart nur in einem begrenzten Bereich eingesetzt werden und nur in flachen Gewässern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gat­ tungsgemäße Vorrichtung dahingehend weiterzuentwickeln, daß sie sich leichter an unterschiedliche Abbausituationen anpassen kann und insbesondere eine größere Abbauleistung aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch l wiederge­ gebene Erfindung gelöst.

Mit einem Abbaurad, welches um eine horizontale Achse umläuft, lassen sich relativ dicke Sedimentschichten wirk­ sam abtragen. Durch die Anbringung des Abbaurades an einem Fahrzeug kann sich das Abbaurad auf dem Meeresboden gut abstützen und mit einer entsprechenden Vorschubkraft ar­ beiten. Durch die Fahrbarkeit kann das Abbaurad auf dem Meeresboden gezielt hin- und herbewegt werden und ist nicht wie beim einfachen Absaugen auf mehr oder weniger zufällige Erfassung von Abbaumaterial angewiesen. Das Abbaurad zerkleinert auch beim Abbau das mineralhaltige Material und macht auf diese Weise größere Anteile förder­ bar und gewinnbar.

Das Abbaurad ist bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäß Anspruch 2 ein Schaufelrad, und es ist dabei das Fahrzeug ein Schaufelradbagger mit an einem um eine zum Meeresboden im wesentlichen senkrechte Achse schwenkbaren Ausleger heb- und senkbaren Schaufelrad (An­ spruch 3), wobei das Fahrzeug ein Raupenfahrwerk (Anspruch 4) bzw. ein hydraulisch betätigtes Schreitwerk (Anspruch 5) aufweisen kann.

Ein wichtiges Merkmal ist Gegenstand des Anspruchs 6, wonach die Förderleitung Bestandteil einer von dem Gewin­ nungsschiff aus betriebenen Lufthebeeinrichtung ist.

Das Zusammenwirken eines Abbaurades mit seiner wirk­ samen Abbaueigenschaft mit einer Lufthebeeinrichtung er­ möglicht es, große Mengen mineralhaltigen Materials an die Oberfläche bzw. auf das Gewinnungsschiff zu bringen, wo eine Sichtung und Konzentration des Materials an den ge­ suchten Mineralien erfolgt.

Gemäß Anspruch 7 kann an dem Schaufelrad eine Aus­ schleusvorrichtung vorgesehen sein, die einen Trichter umfaßt, in den das bei der Drehung des Schaufelrades aus­ gekippte Material hineinfällt und der an seiner Engstelle an die Förderleitung angeschlossen ist.

Das abgebaute mineralhaltige Material wird praktisch sogleich nach der Abtrennung in ein geschlossenes Förder­ system überführt, welches es auf das Gewinnungsschiff bringt.

Die konstruktive Ausbildung eines solchen Schaufelra­ des kann nach Anspruch 8 getroffen sein.

Eine weitere Ausgestaltung des Gedankens des geschlo­ ssenen Systems ist Gegenstand des Anspruchs 9. Das innere Schürzensegment verhindert, daß das mineralhaltige Materi­ al vorzeitig aus den Schaufeln heraus fällt, und bewirkt, daß es praktisch vollständig in den Trichter und damit das Fördersystem gelangt.

Damit nicht zu große Brocken in das System eindringen und dieses möglicherweise verstopfen können, ist ein Git­ ter nach Anspruch 10 zweckmäßig, welches die genannten großen Brocken fernhält. Zusätzlich erfolgt hierdurch eine Vorabscheidung von grobem Geröll, das keine Diamanten enthält. Dadurch ist die nach oben zu führende Masse ge­ ringer und wird die auf dem Schiff befindliche Abscheide­ anlage entlastet.

Zusätzlich kann bei stark tonhaltigen Meeresablage­ rungen mit eingeschlossenem gröberen Geröll im oberen Bereich des Schaufelrades mindestens eine Hochdruckdüse angeordnet sein (Anspruch 11), z. B. feststehend und auf beiden Seiten.

Hiermit sollen die an den nicht in die Förderleitung der Lufthebeeinrichtung über führten groben Steinen fest­ klebenden Tonklumpen, die auch Diamanten enthalten können, von den Steinen abgespült werden und in die Schaufeln gelangen, um dann mit dem übrigen abgebaggerten Material nach oben zum Gewinnungsschiff gefördert zu werden.

An dem Fahrzeug kann gemäß Anspruch 12 eine zusätzli­ che Saugdüse zur Aufnahme auf dem Meeresboden liegenge­ bliebenen Restmaterials vorgesehen sein.

Gemäß Anspruch 13 kann in der in der Saugdüse enden­ den Leitung eine Pumpe angeordnet sein, die das von der Saugdüse erfaßte Material unter Druck in die Förderleitung einspeist, die auch das von dem Abbaurad abgebaute Materi­ al führt.

An der Abbaubrust wird das Gestein brockenweise los­ gerissen. Die gröberen Brocken werden von den Gittern an den Schaufeln zurückgehalten und fallen auf den Meeres­ boden zurück. Damit das Fahrzeug derartige Brocken oder Anhäufungen von Material nicht überklettern muß, empfiehlt sich die Anbringung von Räumschilden gemäß Anspruch 11, die starke Unebenheiten bei der Vorwärtsbewegung des Fahr­ zeugs zur Seite räumen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 zeigt schematisch das Abbauprinzip;

Fig. 2 zeigt schematisch das Fördersystem;

Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht eines Unterwasser- Schaufelradbaggers;

Fig. 4 zeigt eine Ansicht gemäß Fig. 3 von oben, wobei der Oberbau des Schaufelradbaggers verschwenkt ist und das Hubgeschirr und die Lufthebevorrichtung weggelas­ sen sind;

Fig. 5 zeigt eine Ansicht des Schaufelrades in einem Schnitt V-V in Fig. 6;

Fig. 6 zeigt eine Schnittdarstellung nach der Linie VI-VI in Fig. 5.

Die schematische Darstellung der Fig. 1 läßt ein auf dem Meer 2 oberhalb einer Abbaustelle A schwimmendes Ge­ winnungsschiff 1 erkennen, welches über die Förderleitung 3 eines Lufthebesystems mit einem kleinen, in das Meer 2 abgesenkten Schaufelradbagger 4 verbunden ist. Die Dar­ stellung ist nicht maßstäblich. Es versteht sich, daß der Schaufelradbagger 4 im Verhältnis zu dem Gewinnungsschiff 1 viel kleiner ist.

Der Schaufelradbagger 4 besitzt ein Raupenfahrwerk 5, auf dem über einen Drehkranz 6 ein Aufbau 7 um eine zum Meeresboden 10 etwa senkrechte Achse schwenkbar angeordnet ist. Anstelle des Raupenfahrwerks 5 könnte auch ein Schreitwerk 48 vorgesehen sein, wie es in Fig. 1 rechts gestrichelt angedeutet ist. In einer Steuer- und Antriebs­ zentrale 8 finden sich ein Hydrauliksystem und Steuersy­ steme für den Antrieb des Raupenfahrwerks und für den Drehantrieb und die Hubbewegung des Schaufelrades 12, welches an der Abbaubrust 9 arbeitet und über einen heb- und senkbaren Ausleger 11 an dem Aufbau 7 gelagert ist. Das von dem Schaufelrad 12 abgebaute mineralhaltige Mate­ rial wird in einer anhand der Fig. 5 und 6 noch zu be­ schreibenden Weise in eine Leitung 15 überführt, die in die Förderleitung 3 des Lufthebesystems übergeht. 13 be­ zeichnet die Druckluftzuführung, 14 die Einspeisedüse des Lufthebesystems, an der die Druckluft in die Förderleitung 3 eingepreßt wird, um den Inhalt der Förderleitung 3 unter dem Druck des außen anstehenden Wassers nach oben in Bewe­ gung zu setzen.

In Fig. 2 sind die geförderten Körner oder Brocken des mineralhaltigen Materials mit 19 bezeichnet und durch geschlossene Kringel dargestellt, während die eingepreßten Luftblasen durch die Punkte 20 wiedergegeben sein sollen.

Gemäß Fig. 2 gelangt das mineralhaltige Material im Sinne des Pfeiles 21 in einen zu der Ausschleuseinrichtung 50 gehörenden Trichter 30 und passiert dann eine in die Förderleitung 3 mündende Leitung 15, die entlang des Aus­ legers 11 verläuft.

Aus Fig. 2 ist noch eine Saugdüse 16 erkennbar, die über den Meeresboden 10 "schnüffelt", um vom Schaufelrad 12 abgebautes aber nicht aufgenommenes, auf dem Meeres­ boden 10 liegengebliebenes Restmaterial zu erfassen. Das Material wird mittels einer Pumpe 17 und einer Leitung 18 eingesaugt, die kurz vor der Einspeisedüse 14 für die Hebeluft in die Förderleitung 3 mündet.

In den Fig. 3 und 4 ist der Unterwasser-Schaufelrad­ bagger 4 größer dargestellt. Die Saugdüse 16 ist mittels Stützen 22 am rückwärtigen Ende des schwenkbaren Aufbaus 7 angeordnet, um das liegengebliebene Material aufnehmen zu können. Nahe dem Steuer- und Antriebszentrum 8 ist der Ausleger 11 an von dem Aufbau 7 hochragenden Pylonen 23 um eine horizontale Achse 24 auf- und niederschwenkbar an­ geordnet. Die Schwenkung wird durch Hydraulikzylinder 25 bewirkt, die am vorderen Ende des Aufbaus 7 angreifen. Der Ausleger 11 ragt nach vorne über den Aufbau 7 und das Raupenfahrwerk 5 hinaus und trägt am freien Ende das Schaufelrad 12. Dieses Schaufelrad 12 kann im Sinne des Pfeiles B in Fig. 3 auf- und niederbewegt werden, durch Verschwenken des Aufbaus 7 um die vertikale Achse 26 des Drehkranzes 6 auf einem horizontalen Kreisbogen C ver­ schwenkt und schließlich durch das Raupenfahrwerk 5 im Sinne des Pfeiles D vor- und zurückbewegt werden. Das Ganze erfolgt ferngesteuert, wobei die Steuerkabel 27 und die Kabel 28 für die elektrische Energie von dem Gewin­ nungsschiff 1 hinab in die Steuer- und Antriebszentrale 8 verlaufen. Durch einen Korb 29 ist dafür gesorgt, daß die Kabel 27, 28 nicht abknicken können.

Die Tätigkeit des Schaufelrades 12 wird über eine Fernsehkamera mit Scheinwerfern 31 vom Gewinnungsschiff 1 aus beobachtet und der Schaufelradbagger 4 entsprechend ferngesteuert.

Zum Hinablassen des Schaufelradbaggers 4 auf den Meeresboden 10 von dem Gewinnungsschiff 1 aus dient ein entsprechendes Hubgeschirr 32 mit einem Kranseil 34.

In Fig. 5 ist das Schaufelrad 12 noch einmal vergrö­ ßert herausgezeichnet. Es ist auf einem Wellenzapfen 35 um eine horizontale, zur Abbaubrust 9 parallele Achse 36 drehbar und umfaßt zwei einander parallele zur Achse 36 koaxiale Schaufelringe 37, zwischen denen die als Ganzes mit 40 bezeichneten Schaufeln, von denen in dem Ausfüh­ rungsbeispiel neun über den Umfang verteilt angeordnet sind, befestigt sind und die an radialen speichenartigen Stützen 38 auf einem auf dem Wellenzapfen 35 gelagerten Lagerrohr 39 gehalten sind. Die Stützen 38 weisen in einer durch die Achse 36 gehenden Ebene eine etwa dreieckige Umrißgestalt auf. Ihre obere Begrenzung 38' weicht radial nach außen axial gesehen auf eine Seite, in Fig. 6 die linke Seite des Schaufelrades 12 zurück. Die Schaufeln 40 sind also nur auf einer Seite gehalten, während der radial innerhalb der Schaufeln gelegene Bereich 53 (Fig. 6) über den ganzen Umfang von Stützen oder dergleichen frei ist, damit sich das Schaufelrad 12 um den später noch erläuter­ ten feststehenden Trichter 30 frei drehen kann.

Die Schaufeln 40 erstrecken sich radial nach innen bis an den Innenumfang 37' der Schaufelradringe 37 und sind dort offen. Radial außen stehen die Schaufeln 40 über den Außenumfang 37'' der Schaufelradringe 37 über und besitzen an der äußeren voreilenden Kante Reißzähne, die das Material an der Abbauschulter 9 ausbrechen und lockern. Die in Drehrichtung gelegenen ebenfalls offenen Seiten der Schaufeln 40 sind durch ein Gitter 42 abge­ deckt, welches ganz grobe Gesteinsbrocken 19' davon ab­ hält, in das Innere der Schaufeln 40 und damit in die Förderleitung einzutreten. Damit die Gesteinsbrocken 19' nicht in den Trichter 30 hineinfallen können, wenn das Schaufelrad 12 den Bereich des oberen Scheitels passiert, sind Abdeckungen 51 aus Gittermaterial oder Blech vorgese­ hen, die diese Gesteinsbrocken 19' zurückhalten, wie aus Fig. 5 ersichtlich ist. Die Abdeckungen 51 erstrecken sich in Umfangsrichtung radial in Höhe des Innenumfangs 37' der Schaufelradringe 37 von der, in Richtung 52 der Drehung des Schaufelrades 12 gesehen, voreilenden Kante einer Schaufel bis zu der nacheilenden Kante der in Drehrichtung 52 folgenden Schaufel 40 und über die Breite der Schaufeln 40. Das "gute" Material fällt durch die offene Innenseite der Schaufeln 40, wo sich also keine Abdeckungen befinden, in den Trichter, sobald das obere Ende 43' des Schürzen­ segments 43 bzw. der Rand des Trichters 30 erreicht sind.

Das Schaufelrad 12 beginnt im Bereich seines unteren Scheitels Material von der Abbaubrust 9 aufzunehmen. Damit dieses Material auf dem Drehweg des Schaufelrades 12 nach oben nicht unkontrolliert aus der offenen inneren Seite 40' der Schaufeln heraus fällt, ist ein teilzylindrisches Schürzensegment 43 vorgesehen, das sich vom unteren Schei­ tel des Schaufelrades 12 bis an den Rand eines im oberen Bereichs des Schaufelrades 12 vorgesehenen innerhalb des Schaufelrades 12 etwa gleichlaufend mit dem oberen Rand 38' der Stützen 38 schräg radial nach innen und axial nach außen verlaufenden und in der Nähe des Wellenzapfens 35 axial aus dem Schaufelrad 12 herausführenden Trichters 30 erstreckt. Der Außenumfang des Schürzensegments 43 liegt radial auf gleicher Höhe wie der Innenumfang 37' der Schaufelradringe 37 und des inneren Randes 40' der Schau­ feln 40.

Der obere Rand des Trichters 30 folgt ebenfalls dem Innenumfang 37'. Der Trichter 30 verjüngt sich nach unten und hat seine Engstelle 45 etwas oberhalb des Lagerrohrs 39. Der Trichter 30 sitzt im oberen Bereich mittig und vollführt, wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, an seinem unte­ ren, gegen die Achse 36 hin gelegenen Ende 30' eine Bie­ gung in die Horizontale, um seitlich aus dem Schaufelrad 12 herauszutreten. Außerhalb des Querschnittes des Schau­ felrades 12 ist über eine zu der Achse 36 senkrechte Flanschverbindung 46 und einen im wesentlichen in der Ebene des Auslegers 11 gelegenen Rohrkrümmer die Leitung 15 angeschlossen, die in die Förderleitung 3 des Lufthebe­ systems übergeht.

Der Trichter 30 hat in dem Ausführungsbeispiel in einer senkrecht zu der Achse 36 gelegenen Ebene einen Öffnungswinkel von etwa 90°. Wenn eine Schaufel 40 etwa die in Fig. 5 geschnitten wiedergegebene Position erreicht hat, fällt das in der Schaufel 40 befindliche Material über den oberen Rand des Trichters in denselben und ge­ langt sofort unter die Wirkung des Saugstroms in die Lei­ tung 15. Auf dem Wege in die in Fig. 5 links oben ge­ schnitten wiedergegebene Position jedoch wird das mineral­ haltige Material durch die Abdeckung 43 in der jeweiligen Schaufel 40 festgehalten.

Der Trichter 30 ist Bestandteil einer als Ganzes mit 50 bezeichneten Ausschleuseinrichtung für das mineralhal­ tige Material.

Damit das Raupenfahrwerk 5 oder das Schreitwerk 48 nicht durch herabgefallene und auf dem Meeresboden 10 lagernde Brocken oder Anhäufungen des mineralhaltigen Materials behindert werden bzw. diese überklettern müssen, sind an der Vorderseite des Raupenfahrwerks 5 vor jeder Raupenkette oder dergleichen Räumschilde 47 angebracht, die das Material seitlich aus dem Weg drängen.

Claims (14)

1. Unterwasser-Mineralgewinnungsgerät zur Verwen­ dung im Zusammenwirken mit einem Gewinnungsschiff (1),
mit einem auf dem Meeresboden (10) ferngesteuert verfahrbaren unbemannten Fahrzeug,
mit an dem Fahrzeug vorgesehenen Mitteln zur Aufnahme im Oberflächenbereich des Meeresbodens (10) befindlichen mineralhaltigen Materials
und mit einer von den Mitteln nach oben zu dem Gewin­ nungsschiff (1) führenden Förderleitung (3) für das aufge­ nommene mineralhaltige Material,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Mittel zur Aufnahme des mineralhaltigen Mate­ rials aus einem um eine horizontale, zur Abbaubrust (9) parallele Achse (36) umlaufenden Abbaurad bestehen.

2. Mineralgewinnungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abbaurad ein Schaufelrad (12) ist.

3. Mineralgewinnungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug ein Schaufelrad­ bagger (4) mit an einem um eine zum Meeresboden (10) im wesentlichen senkrechte Achse (26) schwenkbaren Auslegers (11) heb- und senkbaren Schaufelrad (12) ist.

4. Mineralgewinnungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug ein Raupenfahrwerk (5) aufweist.

5. Mineralgewinnungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug ein hydraulisches Schreitwerk (48) aufweist.

6. Mineralgewinnungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleitung (3) Bestandteil einer von dem Gewinnungsschiff (1) aus betrie­ benen Lufthebeeinrichtung ist.

7. Mineralgewinnungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Schaufelrad (12) eine Ausschleuseinrichtung (50) vorgesehen ist, die einen in die Förderleitung (3) mündenden, innerhalb des Drehkreises der Schaufeln (40) angeordneten, feststehen­ den, nach oben offenen Trichter (30) für das bei der Dre­ hung des Schaufelrades (12) aus den Schaufeln (40) ausge­ kippte Material umfaßt, der an seiner Engstelle (45) an die Förderleitung (15, 3) angeschlossen ist.

8. Mineralgewinnungsgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (40) nur auf einer axia­ len Seite an dem Schaufelrad (12) gehalten sind und der Trichter (44) zur anderen Seite hin axial aus dem Bereich des Schaufelrades (12) herausführt und in den ersten Teil (15) der Förderleitung (15, 3) übergeht.

9. Mineralgewinnungsgerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Gewinnungsseite des Schaufelrades (12) ein den Schaufelradkreis (37') im Brei­ tenbereich der Schaufeln (40) schließendes, stillstehen­ des, zylindrisches Schürzensegment (43) vorgesehen ist, das vom Bereich des unteren Scheitels des Schaufelrades (12) nach oben bis an den Trichter (30) reicht.

10. Mineralgewinnungsgerät nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Einfüllseite jeder Schaufel (40) ein den Einfüllquerschnitt überdecken­ des Gitter (42) zum Zurückhalten zu großer Brocken (19') des mineralhaltigen Material vorgesehen ist.

11. Mineralgewinnungsgerät nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß am Schaufelrad (12) mindestens eine Hochdruckdüse (49) zum Abspülen an den nicht abgeförderten größeren Brocken anhaftenden Materials und Überführen desselben in das Schaufelrad (12) angeord­ net ist.

12. Mineralgewinnungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Fahrzeug eine zusätzliche Saugdüse (16) zur Aufnahme auf dem Meeresboden (10) liegenden Restmaterial vorgesehen ist.

13. Mineralgewinnungsgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in der in der Saugdüse (16) endenden Leitung eine Pumpe (17) angeordnet ist, die das von der Saugdüse (16) erfaßte Material unter Druck in die Förder­ leitung (3) einspeist.

14. Mineralgewinnungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Abbaurad zugewandten Vorderseite des Fahrzeugs mindestens ein Räum­ schild (47) zum bezüglich der Fahrtrichtung des Fahrzeugs seitlichen Wegdrängen auf dem Meeresboden (10) liegenden Materials vorgesehen ist.