DE3638998A1 - Geraet zur aufnahme von mineralablagerungen vom meeresboden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Aufnahme von Mine­ ralablagerungen, insbesondere Manganknollen, vom Meeres­ boden mit einer an einem Fahrgestell oder einem Schlitten angebrachten Fördervorrichtung, die das aufgenommene Mate­ rial einer Förderleitung zuführt.

Bei einem bekannten Gerät der angegebenen Art (DE-PS 25 04 694) ist an einem Fahrgestell eine horizontale, in den Meeresboden einschneidende Schneideinrichtung ange­ bracht, die an einer schräg hochführenden Förderrinne angeschlossen ist, auf der sich eine Kratzerkette befin­ det, durch die das von der Schneideinrichtung aufgenom­ mene Material in der Förderrinne entlanggeschoben und einem Hochförderer zugeführt wird. Die Schneideinrichtung ist in ihrer Höhe so einstellbar, daß beim Vorwärtsbe­ wegen des Aufnahmegerätes die Oberfläche des Meeresbodens unterschnitten wird, um ein Ausweichen der Minerale nach unten zu verhindern. Dieses bekannte Gerät hat jedoch den Nachteil, daß zusammen mit den Mineralen eine große Men­ ge wertloser Sedimente von der Oberfläche des Meeresbo­ dens abgehoben und der Fördereinrichtung zugeführt wird. Diese Sedimente belasten die Fördereinrichtung und können insbesondere bei der Hochförderung zu einem Sedimentstau führen. Weiterhin besteht die Gefahr, daß die Schneidein­ richtung große Gesteinsbrocken aufnimmt, die sich zwi­ schen Förderrinne und Kratzerkette verklemmen können, oder daß die Schneideinrichtung an einem größeren Fels­ brocken hängenbleibt und dadurch beschädigt wird und das Gerät an der Fortbewegung hindert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zur Aufnahme von Mineralablagerungen vom Meeresboden zu schaf­ fen, das die am Meeresgrund liegenden Minerale weitgehend ohne Sedimente aufnimmt und das sich durch hohe Betriebs­ sicherheit und geringe Störanfälligkeit auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein um eine in Bodennähe quer zur Bewegungsrichtung des Geräts angeordnete Umlenkrolle herum schräg nach oben geführtes und mit Greifern bestücktes Förderband vorgesehen ist, dessen Obertrum das aufgenommene Mineral fördert, und daß in Bewegungsrichtung gesehen vor dem Förderband eine gegen­ läufig zum Förderband angetriebene, mit Greifern bestückte Trommel angeordnet ist, deren Drehgeschwindigkeit am Umfang größer ist als die Fortbewegungsgeschwindigkeit des Gerä­ tes. Bei dem erfindungsgemäßen Gerät werden die am Meeres­ boden liegenden Mineralablagerungen, beispielsweise Mangan­ knollen, von den Greifern der rotierenden Trommel angestoßen und dabei vom Boden gelöst und in den Arbeitsbereich der Greifer des Förderbandes geschleudert. Gleichzeitig wird durch die Rotationsbewegung der Trommel und des Förderban­ des zwischen dem Aufnahmeende des Förderbandes und der Trom­ mel im Wasser eine Aufwärtsströmung erzeugt, durch die die Mineralknollen angehoben werden, so daß sie auf die Ober­ seite des Förderbandes gelangen und nicht vorzeitig von den Greifern des Förderbandes abrutschen. Mineralknollen, die von den Greifern der Trommel nicht erfaßt wurden oder die wieder nach unten gesunken sind, werden von den Greifern des Förderbandes erfaßt und dadurch in den Arbeitsbereich der Trommelgreifer und in die Aufwärtsströmung geschleudert, von wo sie aufgrund der Drehgeschwindigkeit der Trommel eben­ falls auf das Obertrum des Förderbandes gelangen. Durch die­ sen mit dem erfindungsgemäßen Gerät erzielten Vorgang wer­ den die Minerale nahezu ohne Sedimentanteil vom Boden gelöst und hochgehoben und es wird eine Förderung von großer Effektivität erreicht, so daß nur ein sehr gerin­ ger Anteil förderbarer Mineralknollen zurückbleibt. Auch die Gefahr einer Störung des Förderbetriebes durch größere Gesteinsbrocken ist bei dem erfindungsgemäßen Gerät ge­ ring, da diese von den nur kaum in die Bodenoberfläche ein­ dringenden Greifern nicht herausgehoben werden. Schließlich wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Bewegungs­ widerstand des Gerätes verringert.

Vorzugsweise sind die Drehbewegungen der Trommel und des Förderbands sowie die Abstände ihrer Greifer so aufeinander abgestimmt, daß die Räume zwischen den Greifern wie Zellen einer Zellenradpumpe wirken.

Es wurde weiterhin gefunden, daß sich besonders günstige Betriebsbedingungen ergeben, wenn die Geschwindigkeit am Umfang der Trommel wenigstens doppelt so groß ist, wie die Geschwindigkeit des Förderbandes, wobei letztere etwa gleich der Fortbewegungsgeschwindigkeit des Gerätes ist. Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der Trommeldurchmesser etwa dop­ pelt so groß ist wie der Durchmesser der Umlenkrolle des Förderbandes. Die Übergabe der aufgenommenen Mineralknollen von den Greifern der Trommel auf die Greifer des Förder­ bandes wird nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung da­ durch begünstigt, daß die Bewegungen der Trommel und des Förderbandes derart synchronisiert sind, daß etwa zur glei­ chen Zeit ein Greifer am Trommelumfang und ein Greifer des Förderbandes die Verbindungsebene zwischen den Drehachsen der Trommel und der Umlenkrolle erreichen. Hierdurch bil­ den die jeweils einander zugekehrten Greifer von Trommel und Förderband vorübergehend eine nahezu geschlossene schiefe Ebene, auf der Mineralknollen unterstützt durch die Strömungswirkung des Wassers zum Förderband gleiten, wobei gleichzeitig der Durchgang zwischen der Trommel und dem Förderband geschlossen wird, so daß ein Zurückfallen der Minerale verhindert wird.

Die Greifer bestehen vorzugsweise aus quer zur Bewegungs­ richtung im Abstand voneinander angeordneten Rechen, deren Zinkenabstand der Korngröße der zu fördernden Minerale an­ gepaßt ist. Die Rechen haben den Vorteil, daß mitgerissene Sedimente zwischen den Zinken hindurchfallen können, so daß eine zusätzliche Reinigung der Mineralknollen von Sedi­ menten erreicht wird. Die Rechen oder ihre Zinken können durch federnde Elemente mit der Trommel bzw. dem Förderband verbunden sein, so daß sie beim Zusammentreffen mit einem Hindernis oder bei der Aufnahme eines zu großen Körpers federnd ausweichen können und nicht verbogen werden. Die Trommel kann weiterhin in gleichmäßigem Abstand Zinken auf­ weisen, auf die Bürsten aufgesteckt sind, durch die die Mineralknollen festgehalten und vom Meeresboden abgehoben werden. Um die aufgenommenen Mineralknollen wieder von den Bürsten abzustreifen, kann ein feststehender Rechen vorge­ sehen sein, dessen Zinken in die Zwischenräume zwischen den Bürsten ragen.

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann das För­ derband als Kratzerkette ausgebildet sein, wobei unter dem Obertrum ein Fördertisch angeordnet ist, über den das För­ dergut von der Kratzerkette bewegt wird. Durch diese Aus­ gestaltung wird eine zusätzliche Reinigung der Mineralknol­ len von anhaftenden Sedimenten bewirkt. Zur Unterstützung der Reinigungswirkung kann der Fördertisch vorzugsweise als Rost ausgebildet sein.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung kann auch darin bestehen, daß das Gerät anstelle der Trommel ein Düsen­ system aufweist, das an eine Pumpe angeschlossen ist und vor der unteren Umlenkrolle des Förderbandes eine Strömung erzeugt, durch die die Mineralablagerungen hochgespült wer­ den. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung werden hydrau­ lische und mechanische Effekte zur Knollenaufnahme kombi­ niert. Hydraulischer Unterdruck in Bodennähe löst die Knol­ len aus dem Sediment und hebt sie so weit an, daß sie von einem mechanischen Sammler, dem Förderband, das ohne Grund­ berührung arbeitet, erfaßt und in einen Sammelbehälter transportiert werden können. Während des Transportes kann Sediment ausgewaschen werden. Die Drehzahl des mit Greifern bestückten Förderbands ist dabei auf die Vorwärtsgeschwin­ digkeit des Gerätes abgestimmt. Vorzugsweise besteht das Düsensystem aus einer in Bewegungsrichtung vor dem Förder­ band angeordneten Düsenreihe, deren Düsenstrahlen gegen die Greifer des Förderbands gerichtet sind. Weiterhin kann erfin­ dungsgemäß außerdem nahe der Bodenoberfläche hinter der Um­ lenkrolle des Förderbands bzw. einer Kratzerkette eine Düsenreihe angeordnet sein, deren Düsenstrahlen gegen die Düsenstrahlen der Düsen vor der Umlenkrolle gerichtet sind. Durch die Düsenstrahlen werden die Mineralablagerungen vom Meeresboden gelöst und es wird eine Aufwärtsströmung erzeugt, die die Mineralablagerungen in den Greiferbereich des För­ derbandes trägt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einzelner in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungs­ gemäßen Geräts zur Aufnahme von Mineralablage­ rungen vom Meeresboden, bei dem ein Kratzerband und eine Trommel zusammenwirken,

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht einer anderen Ausführungsform eines Gerätes zur Aufnahme von Mineralablagerungen vom Meeresboden mit einem Kratzerband und Düsenstöcken,

Fig. 3 einen Teilquerschnitt einer Ausführungsform einer Trommel für das Gerät gemäß Fig. 1 und

Fig. 4 in Abwicklung einen Ausschnitt des Trommelmantels der Ausführungsform gemäß Fig. 3, wobei einzelne Zinken Bürsten tragen.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Gerät sind an einem nicht nä­ her dargestellten Fahr- oder Gleitgestell hintereinander eine Trommel 1 und eine Fördereinrichtung 2 vorgesehen, die beide etwa die gleiche Breite haben. Die Trommel 1 hat an ihrem Umfang in gleichmäßigem Abstand parallel zu ihrer Drehachse ausgerichtete Rechen 3, deren Zinken sich radial nach außen erstrecken. Die Trommel 1 wird durch das Geräte­ gestell in einem solchen Abstand über den Meeresboden 4 ge­ führt, daß die Rechen 3 mit ihren Zinken nur geringfügig in die Sedimentoberfläche des Meeresbodens 4 eindringen. Die Trommel 1 wird durch einen Drehantrieb in der durch Pfeile gekennzeichneten Drehrichtung angetrieben, so daß die Re­ chen 3 am Trommelumfang sich über dem Meeresboden zur För­ dereinrichtung 2 hinbewegen. Die Umfangsgeschwindigkeit der Trommel 1 ist dabei etwa doppelt so groß wie die Geschwin­ digkeit, mit der sich das Gerät in Richtung des Pfeiles 5 über dem Meeresboden bewegt. Die Größe der Relativgeschwin­ digkeit zwischen den Rechen 3 und dem Meeresboden ist da­ her etwa gleich der Fortbewegungsgeschwindigkeit des Ge­ rätes.

Die Fördereinrichtung 2 besteht aus einer Kratzerkette 6, die durch eine untere Umlenkrolle 7 und eine obere Umlenk­ rolle 8 geführt ist. Unter dem Obertrum der Kratzerkette 6 befindet sich ein Fördertisch 9, über den die Kratzer­ kette 6 hinweggleitet. Die Kratzerkette 6 ist auf ihrer Außenseite mit Greifern 10 versehen, die ebenfalls die Form von achsparallelen Rechen haben. Die Umlenkrolle 7 befin­ det sich etwa im gleichen Abstand über der Oberfläche des Meeresbodens 4 wie die Trommel 1, so daß ihre Greifer 10 ebenfalls nur gering in die Sedimentschicht des Meeresbo­ dens eindringen. Der Durchmesser der Umlenkrollen 7, 8 ist etwa halb so groß wie der Durchmesser der Trommel 1. Die Kratzerkette 6 wird im umgekehrten Drehsinn angetrieben wie die Trommel 1, so daß sich die Rechen 3 und die Grei­ fer 10 im Bereich zwischen der Trommel 1 und der Umlenk­ rolle 7 in gleicher Richtung, nämlich nach oben bewegen. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Kratzerkette 6 ist etwa halb so groß wie die Umfangsgeschwindigkeit der Trommel 1, wobei der Abstand, den die Greifer 10 voneinander haben, etwa halb so groß ist wie der Abstand zwischen den Rechen 3. Die Trommel 1 und die Umlenkrolle 7 sind so weit vonein­ ander entfernt, daß die Enden der Greifer 10 die Enden der Rechen 3 nicht berühren können. Im Betrieb wird die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung in Richtung des Pfeiles 5 durch eigenen Antrieb oder durch Schleppen über den Meeresboden 4 bewegt, wobei Trommel 1 und das Kratzerband 6 in der be­ schriebenen Weise angetrieben werden. Liegen auf dem Mee­ resboden Manganknollen 11, so werden diese von den Rechen 3 der Trommel 1 erfaßt und in Richtung auf das Kratzerband 6 geschleudert. Da durch die Bewegung der Trommel 1 und des Kratzerbandes 6 zwischen beiden eine Aufwärtsströmung her­ vorgerufen wird, werden die Manganknollen hierbei angehoben, so daß sie zwischen die Greifer 10 und zum Obertrum des Kratzerbandes 6 gelangen. Werden einzelne Manganknollen von den Rechen 3 der Trommel 1 nicht erfaßt, so gelangen sie in den Arbeitsbereich der Greifer 10 und werden von diesen an­ gehoben und in die Aufwärtsströmung zwischen der Trommel 1 und dem Kratzerband 6 geschleudert, von wo sie ebenfalls auf das Kratzerband gelangen. Es ergibt sich somit eine sehr wirkungsvolle Aufnahme der auf dem Meeresboden lagernden Manganknollen 11, wobei die Sedimentschicht im wesentlichen unberührt bleibt und nur an ihrer Oberfläche aufgewirbelt wird. Durch die als Rechen ausgebildeten Greifer 10 des Kratzerbandes 6 werden die feinkörnigen Partikel der Sedi­ mentschicht nicht erfaßt, so daß sie die Förderung der Man­ ganknollen nicht behindern. Außerdem werden im Bereich des Fördertisches 9 mitgerissene Sedimentpartikel durch das ent­ langströmende Wasser weggespült. Bei der Übergabe der Man­ ganknollen an einen nicht dargestellten Hochförderer im An­ schluß an die Umlenkrolle 8 ist daher nur noch ein geringer Anteil an Sedimentmaterial vorhanden.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ebenfalls eine Fördereinrichtung 2 vorhanden, die in ihrer Ausgestaltung mit der Fördereinrichtung 2 gemäß Fig. 1 identisch ist. Anstelle der Trommel 1 sind bei diesem Aus­ führungsbeispiel jedoch in der Nähe des Meeresbodens 4 zwei Düsenstöcke 12, 13 vorgesehen, die an eine nicht dargestell­ te Pumpe angeschlossen sind. Der Düsenstock 12 befindet sich in einem Abstand vor dem um die Umlenkrolle 7 herumgeführten Kratzerband 6 und der Düsenstock 13 ist unter dem Kratzer­ band 6 in der Nähe der Umlenkrolle 7 angeordnet. Die Düsen beider Düsenstöcke 12, 13 sind gegeneinander und schräg zum Meeresboden gerichtet und bewirken dadurch ein Los­ spülen und Anheben der Manganknollen 11 ausschließlich mit Hilfe der durch sie erzeugten Wasserströmung. Durch die Richtung der Düsenstrahlen ergibt sich ähnlich wie bei dem Gerät gemäß Fig. 1 ein hochsteigender Flüssig­ keitsstrom, der durch die Translationsbewegung des Gerä­ tes zur Kratzerkette hin abgelenkt wird und die Mangan­ knollen 11 zwischen die Greifer 10 der Kratzerkette 6 trägt. Die hydrodynamische Aufnahme der Manganknollen bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 hat den Vor­ teil, daß die Förderung durch Hindernisse am Meeresboden nicht so leicht beeinträchtigt werden kann.

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus dem Mantel einer Trom­ mel 1, wie sie bei dem in Fig. 1 gezeigten Gerät vorge­ sehen ist. Der Trommelmantel 14 ist an Stirnscheiben 15, von denen nur eine gezeigt ist, durch Schrauben befestigt. Er trägt entlang einer achsparallelen Mantellinie in gleich­ mäßigem Abstand Stäbe 16, die auf diese Weise einen Rechen bilden. Die Stäbe 17 eines benachbarten, nicht in der Zeich­ nungsebene liegenden Rechens sind versetzt zu den Stäben 16 angeordnet, um eine größere Effektivität bei der Förderung zu erzielen.

Fig. 4 zeigt eine Abwicklung eines Trommelmantels 18 für eine andere Ausgestaltung einer Trommel 1, bei dem die Stäbe entlang der Mantellinien 19 jeweils mit Bürsten 20 versehen sind, während die Stäbe jeweils einer dazwischen liegenden Mantellinie 21 keine Bürsten haben. Durch die Bürsten soll erreicht werden, daß die Manganknollen zwi­ schen den Stäben am Trommelmantel festgehalten und mitge­ nommen werden. Durch einen oberhalb der Fördereinrichtung 2 angeordneten Rechen können die Manganknollen dann abge­ streift und der Fördereinrichtung 2 zugeführt werden.

Claims (14)

1. Gerät zur Aufnahme von Mineralablagerungen, insbeson­ dere Manganknollen, vom Meeresboden mit einer an einem Fahrgestell oder einem Schlitten angebrachten Förder­ einrichtung, die das aufgenommene Material einer För­ derleitung zuführt, gekennzeichnet durch ein um eine in Bodennähe quer zur Bewegungsrichtung (5) angeord­ nete Umlenkrolle (7) herum schräg nach oben geführ­ tes und mit Greifern (10) bestücktes Förderband (6), dessen Obertrum das aufgenommene Mineral (11) fördert und durch eine in Bewegungsrichtung gesehen vor dem Förderband (6) angeordnete, gegenläufig zum Förder­ band (6) angetriebene und mit Greifern (3) bestückte Trommel (1), deren Drehgeschwindigkeit am Umfang grös­ ser ist als die Fortbewegungsgeschwindigkeit des Gerä­ tes.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbewegungen der Trommel (1) und des Förder­ bands (6) und die Abstände der Greifer (3, 10) auf der Trommel (1) und auf dem Förderband (6) so auf­ einander abgestimmt sind, daß die Räume zwischen den Greifern wie Zellen einer Zellenradpumpe wirken.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit am Umfang der Trommel (1) wenig­ stens doppelt so groß ist wie die Geschwindigkeit des Förderbandes und daß die Geschwindigkeit des Förder­ bandes etwa gleich der Fortbewegungsgeschwindigkeit des Gerätes ist.

4. Gerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Durchmesser der Trommel (1) etwa doppelt so groß ist wie der Durchmesser der Umlenk­ rolle (7) des Förderbandes (6).

5. Gerät nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bewegungen der Trommel (1) und des Förderbandes (6) derart synchronisiert sind, daß etwa zur gleichen Zeit ein Greifer (3) der Trommel (1) und ein Greifer (10) des Förderbandes (6) die Verbin­ dungsebene zwischen den Drehachsen der Trommel (1) zu der Umlenkrolle (7) erreichen.

6. Gerät nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Greifer (3, 10) aus quer zur Bewegungsrichtung (5) im Abstand voneinander angeord­ neten Rechen bestehen, deren Zinkenabstand der Korn­ größe der zu fördernden Minerale angepaßt ist.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechen (3, 10) oder ihre Zinken durch federnde Elemente mit der Trommel (1) bzw. dem Förderband (6) verbunden sind.

8. Gerät nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Trommel (1) in gleichmäßigem Abstand Zinken aufweist, auf die Bürsten (20) aufge­ steckt sind.

9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein feststehender Rechen vorgesehen ist, dessen Zin­ ken zwischen die Bürsten ragen.

10. Gerät nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Förderband (6) als Kratzerkette ausgebildet ist, unter dessen Obertrum ein Förder­ tisch (9) angeordnet ist.

11. Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Fördertisch (9) als Rost ausgebildet ist.

12. Gerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, gekenn­ zeichnet durch ein an eine Pumpe angeschlossenes Düsensystem (12, 13), durch das die Mineralablage­ rungen (11) hochspülbar sind, und durch ein um eine in Bodennähe quer zur Bewegungsrichtung (5) angeord­ nete Umlenkrolle (7) herum schräg nach oben geführtes und mit Greifern (10) bestücktes Förderband (6), des­ sen Obertrum das aufgenommene Mineral (11) fördert.

13. Gerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in Bewegungsrichtung vor dem Förderband eine Düsen­ reihe angeordnet ist, deren Düsenstrahlen gegen die Greifer des Förderbandes gerichtet sind.

14. Gerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß nahe der Bodenoberfläche (4) vor und hinter der Um­ lenkrolle des Förderbands (6) je eine Düsenreihe (12, 13) angeordnet ist, und daß die Düsenstrahlen beider Düsenreihen (12, 13) gegeneinander gerichtet sind.