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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Planieren und Einbringen
und Verteilen von Schüttmaterial
auf einer planierten Fläche
auf dem Meeresboden nach Patentanspruch 1, 2 oder 15 sowie auf ein
Verfahren zur Herstellung eines planen Schotterbetts nach Patentanspruch
17.
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Türme von
Windenergieanlagen, die offshore errichtet werden, benötigen eine
stabile Gründung.
Der Fuß des
Turms wird an einem Betonfundament angebracht, das mit Hilfe eines
Caissons am Meeresgrund errichtet wird. Bei derartigen Fundamenten
besteht die Gefahr, daß sich
durch Wellen- und Kippbewegung sowie durch Strömungen Kolke bilden, durch
welche die Stabilität
des Fundaments beeinträchtigt
wird. Da aufgrund der Windenergie erhebliche Querkräfte auf
den Turm wirken, kann dieser bei entsprechender Beeinträchtigung
des Fundaments neigen oder gar kippen. In diesem Zusammenhang ist
auch bekannt geworden, die Bildung derartiger Kolke oder dergleichen
dadurch zu verhindern, daß eine
Schicht aus Steinen und/oder Schotter auf dem Meeresboden aufgebracht
wird, auf welcher dann das Fundament errichtet wird. Das Schotterbett soll
die Bildung von Kolken verhindern.
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Da
derartige Fundamente zehn, zwanzig oder mehr Meter unter dem Meeresspiegel
liegen, bereitet es nicht unerhebliche Schwierigkeiten, das Material
auf den Meeresgrund aufzubringen und so zu verteilen, daß es in
einer gewünschten
Erstreckung gleichmäßig verteilt
auf dem Meeresgrund liegt.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu
schaffen, mit der auf relativ einfache und wirksame Weise Schüttmaterial
auf eine planierte Fläche
am Meeresboden aufgebracht und gleichmäßig verteilt wird.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1, 2, 15 oder
17 gelöst.
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Bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist eine ringförmige
Führung
vorgesehen, die sich über Füße am Meeresboden
abstützt.
Die Füße sind
nach einer Ausgestaltung der Erfindung hydraulisch in der Höhe verstellbar.
Dadurch kann die Führung
in vorgegebener Höhe
waagerecht über
dem Meeresboden bzw. der zuvor planierten Fläche eingestellt werden.
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Die
ringförmige
Führung
ist mit Hilfe von radialen Armen an einem vertikalen Rohr angebracht, das über den
Wasserspiegel hinaus nach oben ragt. Die auf diese Weise gebildete
Konstruktion ist äußerst stabil
und verwindungsarm aus Stahlbauteilen hergestellt. Unter dem Ende
des Rohres, das einen Abstand zur planierten Fläche hat, sind Flügel angeordnet,
die von einem geeigneten Antriebsmotor, insbesondere einem Hydraulikmotor,
um die Achse des Rohres angetrieben wer den. Die Flügel sind
so angeordnet bzw. geformt, daß sie
aus dem unteren Ende des Rohres austretendes Material von innen
nach außen
gleichmäßig verteilen.
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Bei
der alternativen Lösung
der erfindungsgemäßen Aufgabe
nach Patentanspruch 2 sind die Flügel fest mit dem Rohr verbunden.
Das Rohr erstreckt sich nach oben zu einem Schwimmkörper oder
durch diesen hindurch. Auf dem Schwimmkörper ist eine Rohrdrehmaschine
angeordnet. Mit Hilfe geeigneter Vorkehrungen wird das Rohr in der
Höhe festgelegt,
beispielsweise durch die Füße an der Führung. Danach
kommt die Rohrdrehmaschine mit dem Rohr in Eingriff und verdreht
das Rohr um seine Achse. Damit werden auch die Flügel in der
Führung bewegt
und können
ihre Verteilungsfunktion vornehmen.
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Derartige
Rohrdrehmaschinen mit hydraulischem Antrieb sind bereits bekannt
geworden (Firmenschrift „Leffer,
Stahl- und Apparatebau Hydraulische Rohrdrehmaschine Typ RDM und
RDM-M). Auf diese Weise ist der Antrieb über Wasser installiert und
der Leveller wird über
den rohrartigen Zentralantrieb vom Schwimmkörper aus angetrieben. Der Rohrdrehantrieb
kann z. B. auf einem Seitenponton installiert werden, der seitlich
an einem Arbeitsponton angekoppelt ist. Bekanntlich muß das Schüttmaterial über das
Rohr auf den Meeresboden gebracht werden. Dies geschieht vom Arbeitsponton
aus.
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Eine
Tiefenmessung kann nach einer Ausgestaltung der Erfindung mit Hilfe
von GPS am oberen Ende des Rohres vorgenommen werden. Druckmeßdosen und/oder
Neigungsmesser an den Füßen ermöglichen
die Ausrichtung der Führung
und damit der Flügel
in der Horizontalen. Es versteht sich, daß der oder die Antriebe für die Flügel gegen
Seewasser geschützt
sind und mit umweltfreundlichem Hydrauliköl betrieben werden.
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Der
Einsatz von Tauchern ist nicht erforderlich. Zur Qualitätskontrolle
können
fest installierte Unterwasserkameras vorgesehen werden, welche das
eingebaute Material kontrollieren. Außerdem kann eine sogenannte
Multibeam-Peilung vorgenommen werden.
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Falls
bei einer dickeren Schicht von Schüttmaterial eine Verdichtung
erforderlich ist, kann sie durch eine große und stabil ausgeführte Rüttelplatte, auf
der ein Rüttler
installiert ist, durchgeführt
werden. Die Verdichtung erfolgt naturgemäß erst dann, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung
angehoben worden ist. Das Absenken und Anheben der Vorrichtung erfolgt
z. B. mit Hilfe eines Seilbaggers von einem Schiff oder Schwimmkörper aus.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Arme von Gitterträgern gebildet.
Es sind vorzugsweise zwei diametral angeordnete Flügel vorgesehen,
die nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bogenförmig sind
und z. B. zusammen eine S-Form aufweisen, von oben betrachtet.
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Für die Drehung
der Flügel,
die mit Hilfe eines geeigneten Rollenlagers am unteren Ende des Rohres
gelagert sind, kann entweder ein zentraler hydraulischer Antriebsmotor
vorgesehen werden oder einzelne Antriebsmotoren an den Enden der Flügel. Der
zentrale Antriebsmotor kann nicht innerhalb des Rohres angeordnet
sein, da das Rohr das Schüttmaterial
nach unten leiten soll. Daher ist der Antriebsmotor entweder ringförmig um
das Rohr herum anzuordnen, oder einseitig außen an der Rohrwandung anzubringen.
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Bei
der Anordnung von Antriebsmotoren an den Enden der Flügel wirken
diese mit einer geeigneten Antriebsbahn, z. B. einem Zahnkranz oder
einer Kette zusammen, um die Flügel
in Drehung zu versetzen. Es versteht sich, daß für einen solchen Antrieb eine
Drehverbindung erforderlich ist, zwischen der durch das Rohr zugeführten Druckmittelleitung und
den Leitungsabschnitten an den Flügeln, die zu dem jeweiligen
Hydraulikmotor führen.
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Die
Hydraulikleitungen und andere Leitungen, welche zu Aggregaten und
Instrumenten an der Vorrichtung unter Wasser führen, müssen durch das Rohr zum Meeresboden
hin geführt
werden. Es versteht sich daher, daß sie in geeigneter Weise geschützt sind,
damit sie durch herabfallendes Material nicht beschädigt werden.
So ist z. B. denkbar, außerhalb
des Rohres einen Kanal aus Blech oder dergleichen anzubringen, durch
welchen die Leitungen hindurchgeführt sind.
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Vor
dem Einbringen von hartem, tragfähigem Material
kann es in einigen Fällen
sinnvoll sein, den Untergrund an der Fundamentaufstandsfläche einzuebnen
bzw. lose aufgespültes
Material zu entnehmen. In diesem Fall wird dem Rohr eine Saug- oder Fördervorrichtung
(Pumpe) zugeordnet, mit welcher vom Boden des Meeresgrundes Material über das Rohr
nach oben befördert
werden kann. Zur Herstellung einer planebenen Fläche können die Flügel in entgegengesetzter Richtung
rotieren während
die gesamte Vorrichtung langsam abgesenkt wird. Hierdurch sammelt
sich überschüssiges Material
im Zentrum und kann durch eine geeignete Absaug- bzw. Fördervorrichtung
nach oben abtransportiert werden.
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Der
Antrieb des Rotors kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung
auch derart vorgenommen werden, daß ein Antriebsring drehbar
am Führungsring
gelagert wird. Die Flügel
des Rotors sind fest mit dem Antriebsring verbunden, und der Antriebsring
wird von einem geeigneten Antriebsmotor in Drehung versetzt. Vorteilhaft
hierbei ist, daß eine
Drehübertragung
für die
Stromversorgung des Motors entfällt.
Die Versorgungsleitung kann über
einen radialen Arm zum Antriebsmotor geführt werden.
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Bei
der erfindungsgemäßen Lösung nach Anspruch
15 wird das vertikale Rohr zum Herunterbringen des Schüttmaterials
auf dem Meeresboden in einem Schwimmkörper eingespannt. Dabei hat das
untere Ende des Rohrs vom Meeresboden einen vorgegebenen Abstand,
damit das Schüttmaterial
zur Seite hin verteilt werden kann, wiederum mit Hilfe von Flügeln bzw.
eines Rotors, der die gewünschte
Verteilfunktion ausübt.
Die Flügel
können
fest mit dem Rohr und/oder mit zusätzlichen Mitteln am Schwimmkörper angebracht
sein, beispielsweise mit Hilfe von im Schwimmkörper höhenverstellbaren, festsetzbaren
Pfählen.
Ein zweiter mit Vortrieb versehener Schwimmkörper wird mit dem ersten Schwimmkörper gekoppelt.
Das Rohr hat über
das untere offene Ende hinausstehend eine Spitze von z. B. 1 Meter Länge, welche
um einen gewissen Betrag in den Meeresboden eingestoßen wird.
Mit Hilfe des zweiten Schwimmkörpers
wird der erste Schwimmkörper um
die Achse des Rohres verdreht, wobei diese mit Hilfe der Spitze
ortsfest bleibt. Der Rotor oder die Flügel setzen sich in Drehung
und übernehmen
die Verteilfunktion.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung soll nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert werden.
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1 zeigt
schematisch eine Vorrichtung auf dem Meeresboden nach der Erfindung.
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2 zeigt
die gleiche Ansicht wie 1, jedoch um einige Grade verdreht.
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3 zeigt
die Draufsicht auf die Darstellung nach 1 oder 2.
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4 zeigt
in Seitenansicht schematisch eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung
nach der Erfindung.
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5 zeigt
eine Draufsicht auf die Darstellung nach 4.
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6 zeigt
in Seitenansicht eine dritte Ausführungsform einer Vorrichtung
nach der Erfindung.
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7 zeigt
eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach 6.
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In
den 1 bis 3 ist eine ringförmige Führung 10 zu
erkennen. Die Ringkonstruktion stellt eine in sich stabile, annähernd verwindungsfreie Konstruktion
dar. An der Außenseite
des Ringes sind drei im 120°-Abstand
angeordnete hydraulische Füße 12 angebracht.
Mit dem Ring 10 und den Füßen 12 sind drei radiale
im 120°-Abstand
angeordnete Arme 14 verbunden, die – wie in 1 und 2 zu
sehen sind – als
Gitterträger
aufgebaut sind. Innen sind die Arme 14 mit einem vertikalen
Rohr 16 fest verbunden. Das Rohr 16 ist in seiner
Länge verstellbar.
Am unteren Ende ist ein Ringlager 18 (Rollenlager) angeordnet,
das einen Rotor 20 um eine Achse, die koaxial zur Achse
des Rohrs 16 ist, drehbar lagert. Der Rotor 20 besitzt
zwei Flügel 22, 24,
die einander diametral gegenüberliegen
und zusammen eine S-Form bilden (3). Der
Rotor wird entweder von einem zentralen hydraulischen Motor, der
am unteren Ende des Rohres 16 angebracht ist, oder von einzelnen
Hydromotoren angetrieben, die am Ende der Flügel 22, 24 angeordnet
sind. In 3 ist bei 26 bzw. 28 ein
hydraulischer Motor angedeutet, der entlang der Führung 10 den
Rotor 20 antreibt. Zu diesem Zweck weist die Führung 10 z.
B. einen Zahnkranz oder eine Kette auf, mit dem bzw. der ein Rad des
Motors 26, 28 zusammenwirkt. Die Führung 10 dient
jedoch auch der Führung
des Rotors 10 sowie seiner Abstützung an den Enden der Flügel 22, 24.
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In
den 1 und 2 ist gezeigt, wie in einem
Meeresboden 30 eine Vertiefung ausgebaggert ist, wonach
anschließend
ein Planum 32 hergestellt ist. Dies geschieht mit herkömmlichen
Mitteln unter Wasser, auf die im Einzelnen nicht eingegangen werden
soll.
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Nach
Herstellung des Planums 32 wird die in den 1 und 2 dargestellte
Vorrichtung mit Hilfe eines Seilbaggers oder dergleichen von einem Schwimmkörper aus
(beides nicht gezeigt) auf den Meeresboden abgesenkt. Das Rohr 16 ist
so lang bemessen, daß es
z. B. zwei Meter oberhalb des höchsten
Wasserspiegels 34 herausragt. Die hydraulisch in der Höhe verstellbaren
Füße 12 werden
eingesandet, und mit ihrer Hilfe wird die Führung 10 in eine horizontale
Ebene gebracht, wobei ein gewünschter Abstand
oberhalb des Planums 32 eingestellt wird, bei dem die Unterseite
des Rotors 20 einen minimalen Abstand zur Oberseite des
Planums 32 hat. Die Positionierung der Führung 10 bzw.
des Rohres 16 geschieht mit Hilfe geeigneter Vorkehrungen,
die über
Signalleitungen im Rohr 16 nach oben mit entsprechenden
Auswerte- und Steuerungseinrichtungen
verbunden sind (nicht gezeigt). Hierzu gehört z. B. ein Neigungsmesser,
ein Druckmesser für
die Belastung der Füße 12 oder
dergleichen. Die Tiefe kann z. B. über GPS und das über dem
Wasserspiegel 34 herausstehende Ende des Rohrs 16 ermittelt
bzw. eingestellt werden.
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Die
Hydraulikmotoren 26, 28 müssen über Hydraulikleitungen, die über das
Rohr 16 nach unten geführt
werden, versorgt werden. Da der Rotor dreht und das Rohr stationär ist, muß eine entsprechende Drehverbindung
am Rohr 16 vorgesehen werden.
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Eine
Drehverbindung entfällt,
wenn die Flügel 22, 24 an
einem Antriebsring befestigt sind, der an der Führung 10 drehbar gelagert
ist. Die Führung kann
z. B. einen Zahnkranz aufweisen. Mit der Führung wirkt ein Antriebsmotor
(nicht gezeigt) zusammen, der die Führung in Drehung versetzt.
Der Antriebsmotor ist stationär
und kann etwa über
eine Leitung, die entlang eines radialen Arms 14 geführt ist, versorgt
werden. Eine Drehverbindung kann dann entfallen.
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Nach
Installation der beschriebenen Vorrichtung wird von einem Schwimmkörper aus
in das obere Ende des Rohrs 16 z. B. Schotter eingefüllt, das am
unteren Ende aus dem Rohr 16 heraustritt. Zugleich wird
der Rotor 20 in Drehbewegung gesetzt, wobei die Drehung
in 3 in Uhrzeigerrichtung ist, wie durch Pfeil 36 angedeutet.
In Drehrichtung sind die Flügel 20, 24 konvex,
wobei der radial äußere Abschnitt
zunehmend „nachläuft". Auf diese Weise
wird das aus dem unteren Rohrende austretende Material allmählich nach
außen
bewegt und gleichmäßig verteilt,
wobei das zu den äußeren Bereichen
bewegte Material über
im inneren Bereich bereits annähernd gleichmäßig verteiltes
Material entlang bewegt wird. Insgesamt ist auf diese Weise möglich, innerhalb
des Ringes 10 eine gleichmäßig verteilte Schotterschicht aufzubauen.
Die Kontrolle dieses Vorgangs kann mit Hilfe einer Unterwasserkamera
erfolgen, deren Bilder über
Medienleitungen entlang des Rohres 16 nach oben gesendet
werden. Nach dem gewünschten
Aufbau der Schicht, welcher in mehreren Schritten vonstatten gehen
kann, wird die gesamte Vorrichtung vom Meeresboden abgehoben. Anschließend kann auf
die aufgebrachte Schicht ein Fundament z. B. für den Turm einer Windenergieanlage
aufgebaut werden.
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In
den 4 und 5 ist ein Arbeitsponton 40 zu
erkennen, in dem drei höhenverstellbare
Pfähle 42 bzw. 44 gelagert
sind. Mit Hilfe der Pfähle 42, 44 kann
der Arbeitsponton 40 in seiner Position oberhalb des Meeresbodens 30 positioniert
werden.
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Am
Ponton 40 ist seitlich ein weiterer Ponton 46 angekoppelt.
Er trägt
eine Rohrdrehmaschine 48, durch die ein Rohr 50 nach
unten hindurch geführt
ist. Es ist an seinem unteren Ende in Verbindung mit einem Rotor 52,
der Flügel
aufweisen kann vergleichbar den Flügeln 20 nach den 1 bis 3.
Außen können die
Flügel
des Rotors 52 in einer ringförmigen Führung geführt sein, was jedoch nicht
gezeigt ist.
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Auf
dem Rohr 50 ist eine Rohrführung 54 angeordnet,
die mit radialen sich schräg
nach unten erstreckenden Armen 56 verbunden ist. An den
Enden der Arme sitzen höhenverstellbare
Füße 58,
vergleichbar den Füßen 12 nach
den 1 und 2. Mit Hilfe der nicht gezeigten
Führung
und der Füße 58 kann
die Höhenlage
des Rotors 52 oberhalb des Meeresbodens 30 eingestellt
werden, z. B. indem die Rohrführung 54 das
Rohr 50 zwar drehbar lagert, aber axial sichert. Mit Hilfe
der Rohrdrehmaschine 48, die vorzugsweise hydraulisch arbeitet,
kann das Rohr 50 und damit der Rotor 52 mit seinen
Flügeln (siehe
in 5 angedeutet) in Drehung versetzt werden, um das über das
obere Ende des Rohrs 50 eingefüllte Schüttmaterial gleichmäßig auf
dem darunter angeordneten Planum zu verteilen. Auf dem Arbeitsponton 40 ist
für diesen
Zweck ein Bagger 60 angeordnet.
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In
den 6 und 7 sind zwei Schubschiffe 62, 63 zu
erkennen. Einer oder beide sind mit einem Vortrieb versehen. Zwischen
diesen und mit diesen gekoppelt ist ein Ponton 66 der relativ
lang ausgebildet ist. Er weist Pfähle 68, 70 auf,
welche mit Hilfe eines Pfahlwagens zwischen den Schubschiffen 62, 64 verfahrbar
sind. Die Pfähle 68, 70 sind
mit einem Rotor 72 verbunden, der etwas oberhalb eines Planums
im Meeresboden 30 gehalten wird. Er hat die gleiche Funktion
wie die Flügel
oder der Rotor in den weiter oben beschriebenen Ausführungsformen. Vom
Rotor 72 aus nach oben erstreckt sich ein Rohr 74,
das nach unten offen ist. Es weist am unteren Ende eine Spitze 76 auf,
die um ein gewisses Maß in den
Meerboden eingesenkt wird. Das Rohr kann in seiner Höhe gegenüber dem
Ponton 66 festgestellt werden, muß jedoch nicht unbedingt drehfest
mit dem Ponton 66 bzw. dem Rotor 72 verbunden
sein. Mit Hilfe der Schubschiffe 62, 64 kann der
Ponton 66 um die Achse des Rohrs 74 bzw. der Spitze 76 in
Drehung versetzt werden und dabei ebenfalls die Verteilfunktion
vornehmen, die in Verbindung mit den Flügeln bzw. dem Rotor nach den
oben beschriebenen Ausführungsformen
durchgeführt
wird. Die Höheneinstellung
des Rotors 72 oberhalb des Meeresbodens bzw. des Planums
erfolgt mit Hilfe der Pfähle 68, 70.
Es ist jedoch auch denkbar, an dem in den 6 und 7 gezeigte
Ponton 66 einen Schlepper oder dergleichen anzuhängen, der
die Anordnung in die beschriebene Drehung versetzt.
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Die
in 6 gestrichelt gezeigten Pfähle sollen eine Verdrehung
des Pontons 66 andeuten.