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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schwimmbagger gemäß dem
Obergriff des Anspruches 5 und ein Verfahren zum Betrieb des
Schwimmbaggers gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Zur Gewinnung von Sand und/oder Kies werden regelmäßig entsprechende
Gruben ausgehoben, um an die tieferliegenden Sandschichten zu kommen.
Dabei läuft die Grube voll Grund- und Regenwasser, so dass ein See
entsteht. Folglich muss der später als Baumaterial einzusetzende Sand vom
Grund des Gewässers gefördert werden. Hierzu werden an Landleinen
befestigte, bemannte oder unmannte Schwimmbagger eingesetzt, die über
diese Landleinen schachbrettartig auf jedem Punkt des Sees posionierbar
sind. Häufig werden derartige Schwimmbagger dabei über GPS-Systeme
gesteuert, so dass der Bagger kontrolliert über dem Grund des Sees
verfahrbar und an jeder beliebigen Stelle positionierbar ist. Durch die
genaue Ortsbestimmung mittels GPS und durch die erfassten Förderdaten
kann auch eine exakte Öberflächenkarte des Sees erstellt werden, die zur
weiteren Ausbeute des Sees genutzt werden kann.
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An dem Schwimmbagger ist ein Förderschlauch gehalten, dessen freies
Endes bis auf den Grund des Gewässers reicht. Dabei ist dieses freie Ende
des Förderschlauches als Aufnahme ausgebildet, über die das Fördergut in
den Förderschlauch gelangt. Aus wirtschaftlichen Gründen wird lediglich
an solchen Stellen Sand gefördert, an denen außer dem zu gewinnenden
Sand so gut wie keine Fremdstoffe vorhanden sind. Folglich umfasst das
Fördergut im Wesentlichen nur den zu förderden Sand und
Umgebungswasser.
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Der Förderschlauch ist an einer Förderpumpe angeschlossen, mittels der
das Fördergut vom Grund des Sees vornehmlich an Land gepumpt wird. In
geeigneten Setzbecken setzt sich der Sand dann ab, wobei das
verbleibende Wasser in das Gewässer zurückgeführt wird.
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Das freie Ende des Förderschlauches, d. h. die Aufnahme ist zumeist über
Seile, Ketten oder andere Führungselemente in der Höhe verstellbar. Der
Vortrieb der Aufnahme wird in der Regel durch entsprechendes Verfahren((1))
des Schwimmbaggers erreicht. Es ist auch denkbar die Aufnahme über die
entsprechende Führungsmittel direkt horizontal zu verfahren. Beim Fördern
entsteht nun die Problematik, dass die unter der Aufnahme befindliche
Sandmenge stets abtransportiert wird, so dass an dieser Stelle ein Loch
entsteht, in welches Wasser nachfließt. Damit also immer genügend Sand
gefördert wird, muss die Aufnahme des Förderschlauches stets nachgeführt
werden. Es versteht sich, dass eine optimale Förderleistung und damit eine
optimale wirtschaftliche Ausnutzung des Schwimmbaggers und des
Bedienpersonals nur dann erreicht werden, wenn der Sandgehalt des Fördergutes
ein Optimum erreicht, welches sich aus den Strömungsverhältnissen und
der Leistung der Förderpumpe bestimmt.
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In der Praxis hat sich herausgestellt, dass das Nachführen der Aufnahme
sehr schwierig ist, da das Bedienpersonal die Situation am Ende des
Förderschlauches nicht einsehen kann und von daher nicht sieht, ob die
Aufnahme optimal am Grund ausgerichtet ist oder eben nicht.
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Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde
einen Schwimmbagger und ein Betriebsverfahren hierzu zu schaffen, mit
dem bei gleicher Anlagengröße eine verbesserte Förderleistung erreicht
wird.
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Als technische Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein
Schwimmbagger mit den Merkmalen des Anspruches 5 und ein Verfahren
zum Betrieb eines Schwimmbaggers mit den Merkmalen des Anspruches 1
vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen des Schwimmbaggers und
des Verfahrens sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
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Ein nach dieser technischen Lehre ausgebildeter und betriebener
Schwimmbagger hat den Vorteil, dass durch Bestimmung der Dichte und
durch den Vergleich mit einem Sollwert voll automatisch festgestellt
werden kann, ob die Aufnahme optimal am Grund des Sees ausgerichtet ist
oder eben nicht. Wird durch eine zu große Abweichung zwischen Soll- und
Istwert der Dichte des Fördergutes eine verschlechterte Stellung der
Aufnahme festgestellt, so kann wiederum vorteilhafterweise
vollautomatisch, durch entsprechendes Verstellen der Position der Aufnahme eine
bessere Fördersituation hergestellt werden mit der Folge, dass der
Sandgehalt ders Fördergutes stets nahe dem optimalen Punkt liegt.
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Gegebenenfalls, insbesondere wenn der Sandgehalt im Fördergut oberhalb
des optimalen Punktes liegt, kann auch die Förderleistung der Förderpumpe
variiert werden. Hierdurch wird der optimale Punkt verändert, um dem
erhöhten Gewicht des Fördergutes Rechnung zu tragen und dennoch eine
ausreichende Menge des Fördergutes zu fördern.
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In einer bevorzugten Weiterbildung wird die Dichte des Fördergutes durch
Erfassen des Volumenstromes und durch Erfassen des Gewichtes ermittelt,
wobei die erfassten Werte in einer elektronischen Recheneinheit
ausgewertet werden. Das Ermitteln der Dichte über den Volumenstrom und
das Gewicht hat den Vorteil, dass beide Messgrößen mit einfachen Mitteln
erfassbar sind, so dass die Herstellungskosten des Schwimmbaggers
hierdurch nur unwesentlich steigen. Gleichzeitig wird hierdurch bei
ansonsten gleicher Anlagengröße eine höhere Produktausbeute erziehlt, da
bei gleicher Fördermenge und gleicher Förderzeit mehr Sand an Land
gefördert wird.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass derartige Vorrichtungen zum
Messen des Volumenstromes und zum Messen des Gewichtes auch an
bestehende Schwimmbagger nachgerüstet werden können.
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In einer bevorzugten Weiterbildung wird das korrigierte Führen der
Aufnahme dadurch erreicht, dass die Eintauchtiefe der Aufnahme verändert
wird. Da es sich hierbei lediglich um eine einzige Stellgröße handelt, kann
dies durch einen einfachen Rechner und ein einfaches Computerprogramm
geregelt werden. Auch der apparative Aufwand ist gering, da das Ende des
Schlauches ohnehin an einem Seil oder einer Kette hängt und diese nur
entsprechend dem ermittelnden Differenzwert betrieben werden braucht.
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In einer anderen, bevorzugten Weiterbildung wird die Aufnahme durch
Verändern des horizontalen Vorschubes korrigiert. Dies kann beispielsweise
durch Verfahren des Schwimmkörpers oder durch horizontales Verfahren
der Aufnahme geschehen. Auch diese Veränderung der Aufnahme ist leicht
umzusetzen, da der Schwimmkörper ohnehin über Landleinen auf dem See
verfahrbar ist.
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Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Schwimmbaggers und des
erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der beigefügten Zeichnung
und den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen. Ebenso können
die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale
erfindungsgemäß jeweils einzeln oder in beliebigen Kombinationen
miteinander verwendet werden. Die erwähnten Ausführungsformen sind
nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr
beispielhaften Charakter. Die Figur zeigt eine schematische Darstellung
eines erfindungsgemäßen Schwimmbaggers in Seitenansicht.
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In der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßer, unbemannter Schwimmbagger
dargestellt, der über einen ersten und einen zweiten Schwimmkörper 10,
12 verfügt, welche über ein Traggestell 14 starr miteinander verbunden
sind. Der Schwimmbagger ist über eine hier nicht dargestellte Daten- und
Stromleitung mit einer Kontrollstation an Land verbunden, über die der
Schwimmbagger betrieben werden kann. Allerdings geschieht dies nur in
Ausnahmefällen, da der Schwimmbagger in der Regel vollautomatisch
arbeitet.
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Auf dem ersten Schwimmkörper 10 ist eine Messvorrichtung 16, eine
Steuereinheit 18 und eine Winde 20 angebracht. Des Weiteren ist am
Schwimmkörper 10 ein Förderschlauch 22 gehalten, der durch die
Messvorrichtung 16 hindurchführt und bis an Land reicht. Am freien Ende
des Förderschlauches 22 ist eine Förderpumpe 24 angebracht, die von
einem Elektromotor 26 angetrieben wird. Der Elektromotor 26 ist über ein
Elektrokabel 28 mit der Steuereinheit 18 verbunden, so dass die Leistung
der Förderpumpe 24 durch die Steuereinheit 18 über die entsprechende
Stromzufuhr regelbar ist.
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Die Förderpumpe 24 ist zusammen mit dem Elektromotor 26 über eine
Hebevorrichtung am Schwimmbagger gehalten, wobei die Hebevorrichtung
die Tragvorrichtung 14, die Winde 20 und einen Kettenzug 30 umfasst, und
wobei der Kettenzug 30 einerseits an der Winde 20 gehalten ist und
andererseits mit dem Elektromotor 26 respektive der Förderpumpe 24
verbunden ist. Dabei wird der Kettenzug 30 über eine am Traggestell 14
angebrachte Umlenkrolle 32 geführt, so dass die Förderpumpe 24 aufgrund
ihres Eigenwichts frei zwischen den beiden Schwimmkörpern 10, 12
aufgehängt ist und über die Winde 20 höhenverstellbar ist.
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Auf der Unterseite der Förderpumpe 24 ist eine Aufnahme 34 ausgebildet,
mittels der das Fördergut in die Förderpumpe 24 und später in den
Förderschlauch 22 gelangt. Der Aufnahme 34 vorgeschaltet ist ein
Rührwerk 36, mittels dem der Untergrund gelöst und/oder aufgelockert
werden kann. Um das Rührwerk 36 herum ist eine diverse Öffnungen
aufweisende, im Wesentlichen zylindrische Hülle 38 vorgesehen, um das
Rührwerk 36 zu schützen. Es versteht sich, dass die Hülle 38 nach unten
und zur Seite hin offen ausgebildet ist.
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Über hier nicht dargestellte Landleinen wird der Schwimmbagger in einer
genau vorbestimmten Position auf dem Gewässer gehalten. Dabei wird
über ein Global-Position-System (GPS) die exakte Position des
Schwimmbaggers ermittelt, so dass über entsprechende Datenspeicherung und
Datenauswertung ermittelt werden kann, an welchen Stellen der
Schwimmbagger bereits Sand gefördert hat. Auch wird über dieses GPS-System in
Verbindung mit den Landleinen der horizontale Vorschub der Aufnahme
ausgeführt, so dass der Grund des Gewässers schachbrettartig Schicht für
Schicht abgetragen wird.
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Die Betriebsweise des Schwimmbaggers wird nachfolgend im Detail wie
folgt beschrieben:
Zunächst einmal wird der Schwimmbagger über die hier nicht dargestellten
Landleinen an eine genau vorgegebene Position auf dem See gebracht,
bevor die Förderpumpe 24 unter Zuhilfenahme der Winde 20 bis auf den
Grund des Sees abgelassen wird. Nach Einschalten der Förderpumpe 24
wird über das Rührwerk 36 Sand gelöst und verteilt. Dabei taucht die Hülle
38 und somit das Rührwerk 36 zumindest teilweise in die Sandschicht ein.
Wird nun die als Druckpumpe ausgeführte Förderpumpe 24 eingeschaltet,
so wird der Sand über das Rührwerk 36 vom Untergrund gelöst und
zerstäubt. Anschließend gelangt der gelöste Sand zusammen mit
Umgebungswasser durch die Aufnahme 34 in die Förderpumpe 24 und wird
durch der Förderschlauch 22 nach oben gedrückt. Dieses aus Wasser und
Sand bestehende Fördergut wird dann durch den Förderschlauch 22 an
Land transportiert und in ein Absetzbecken abgelassen. Dort kann sich der
Sand absetzen, während das Wasser in den See zurückgeleitet wird.
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Beim Betrieb der Förderpumpe 24 wird stets eine gewisse Menge des
Sandes unter der Förderpumpe 24 wegtransportiert und an dessen Stelle
tritt Seewasser. Je nach Beschaffenheit des Untergrundes kann es
vorkommen, dass von dem sich vor der Förderpumpe 24 auftürmenden
Berg etwas abrutscht und die Kuhle unter der Förderpumpe 24 wieder
auffüllt. In extremen Fällen kann dabei auch die Hülle 38 und die
Förderpumpe 24 zusammen mit der Aufnahme 34 ganz oder teilweise
zugeschüttet werden. Daraus folgt, dass der Fördervorgang nicht
gleichmäßig erfolgt und dass je nach Gegebenheit das durch die Aufnahme
34 in die Förderpumpe 24 gelangende Fördergut zeitweise einen geringeren
Sandgehalt und zeitweise einen erhöhten Sandgehalt aufweist.
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Ist der Sandgehalt des Fördergutes zu gering, so ist die Produktausbeute
niedrig und ist der Sandgehalt des Fördergutes zu hoch, so besteht die
Gefahr, dass die Förderpumpe 24 nicht in der Lage ist, dieses nach oben zu
pumpen. Um der jeweiligen Situation Rechnung zu tragen, kann die
Förderpumpe 24 über den Kettenzug 30 vertikal verstellt werden, so dass
das Fördergut stets einen optimalen Sandgehalt aufweist.
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Auch ist es möglich, die Förderleistung durch Variation des Stromzuflusses
zu steuern. Letzteres wird vorzugsweise dann eingesetzt, wenn der
Sandgehalt zu hoch ist und die Förderpumpe 24 nicht genügend Leistung
besitzt, um das Fördergut nach oben zu pumpen.
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Ist der Sand an einer bestimmten Stelle ausreichend abgetragen, so kann
der gesamte Schwimmbagger über die Landleinen verschoben werden.
Hierbei wird die Aufnahme 34 und die Förderpumpe 24 in sandreichere
Nachbargebiete geführt, so dass man hierbei von Vorschub spricht. Auf
diese Art und Weise wird der Grund des Sees systematisch und regelmäßig
überfahren, so dass der Sand schichtweise abgetragen wird.
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In der Messvorrichtung 16 wird der Volumenstrom des Fördergutes und
dessen Gewicht gemessen. Die dabei erhaltenen Daten werden in eine hier
nicht näher dargestellte Recheneinheit geleitet, die aus diesen Messwerten
das spezifische Gewicht bzw. die Dichte des Fördergutes ermittelt und mit
einem Sollwert vergleicht. Je nach Abweichung des ermittelten Istwertes
vom Sollwert ermittelt ein in der Recheneinheit abgespeichertes
Computerprogramm, in welcher Weise die Aufnahme 34 zu führen ist, um den
Sandgehalt des Fördergutes zu optimieren. Dabei kann entweder die Höhe
der Pumpe 24 über dem Grund verändert werden oder die Stromzufuhr zur
Förderpumpe 24 wird verändert um die Förderleistung anzupassen oder der
Schwimmbagger wird unter Zurhilfenahme der Landleinen versetzt. Auch
ist es möglich, mehrere dieser Stellgrößen zu variieren.
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In einer anderen, hier nicht dargestellten Ausführungsform greift das
Computerprogramm dabei auf die gespeicherten Daten betreffend den
Untergrund zurück, so dass ein optimaler Abtrag des Sandes vom Grund
des Sees erreicht wird.
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Die Rückführung des Wassers vom Setzbecken an Land zurück in den See
erfolgt, um Eintrübungen des Seewassers gering zu halten. Dies ist
besonders im Bereich von Biotopen vorteilhaft.
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Die Energieversorgung des Schwimmbaggers erfolgt von Land aus über
einen hier nicht dargestellten Schwimmschlauch.
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Es versteht sich, dass der Schwimmbagger auch zum Fördern von Kies oder
einem Sand-Kies-Gemisch einsetzbar ist.
Bezugszeichenliste
10 Schwimmkörper
12 Schwimmkörper
14 Traggestell
16 Messvorrichtung
18 Steuereinheit
20 Winde
22 Förderschlauch
24 Förderpumpe
26 Elektromotor
28 Stromleitung
30 Kettenzug
32 Umlenkrolle
34 Aufnahme
36 Rührwerk
38 Hülle