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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Sedimentbaggerung von Gewässersohlen, vorzugsweise in Hafenbecken, Küstengewässern oder dergleichen zur Herstellung einer Solltiefe, unter Verwendung eines Injektionsverfahrens, umfassend ein schwimmfähiges Trägergerät, wie z. B. ein Schiff oder einen Ponton, und ein im Wesentlichen quer zur Längsachse des Trägergeräts unterhalb des Trägergeräts anordbares, vorzugsweise in seiner Länge im Wesentlichen der Breite des Trägergeräts entsprechendes, Injektionsrohr mit einer Vielzahl mit gegenseitigem Abstand angeordneter, der Gewässersohle zugewandter Düsen, das mit einem Injektionsfluid beaufschlagbar ist.
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Eine derartige Vorrichtung dient zum Injektionsbaggern, insbesondere Wasserinjektionsbaggern. Beim Injektionsbaggern wird Sedimentmaterial direkt an der Gewässersohle durch Aufwirbelung mittels eines vieldüsigen Fluidstrahls suspendiert. Das Baggergut verbleibt in der Gewässersohle, aber nicht in der bearbeiteten Fahrrinne, sondern wird durch die mittels der Fluidinjektion erzeugte Dichteströmung in die nähere Umgebung der Gewässersohle gebracht.
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Die bekannten Vorrichtungen zur Sedimentbaggerung weisen einen oder mehrere der nachfolgend genannten Nachteile auf:
- – Insbesondere die Injektionsfluidzuführung und/oder das Injektionsrohr ist/sind auf nur ein einziges Trägergerät „zugeschnitten” und damit nicht ohne weiteres bei anderen schwimmfähigen Trägergeräten verwendbar.
- – Ein Trägergerät ist nur mit einem großen Aufwand zu einer derartigen Vorrichtung ausbaubar bzw. nachrüstbar.
- – Das Injektionsrohr und/oder die Injektionsfluidzuführung lassen sich nur mit einem großen Aufwand wieder demontieren und an einem anderen Trägergerät, gegebenenfalls mit anderen Abmessungen etc., wieder anbringen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass zumindest einer der vorgenannten Nachteile beseitigt, zumindest aber gelindert wird.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Vorrichtung gemäß der eingangs genannten Art gemäß einem ersten Aspekt dadurch gelöst, dass das Injektionsrohr Teil eines geschlossenen Rohrrahmens aus miteinander in Fluidverbindung stehenden Rohren ist. Ein geschlossener Rohrrahmen ermöglicht eine einfachere lösbare Lagerung und damit Anordnung sowie Entfernung des Injektionsrohres und/oder eine einfachere Anbindung des Injektionsrohres an eine Injektionsfluidquelle und/oder eine modulare Gestaltung der Injektionsfluidzuführung und Injektionsfluidabgabe.
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Weiterhin wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art gemäß einem zweiten Aspekt dadurch gelöst, dass das Injektionsrohr Teil einer an oder auf dem Trägergerät angeordneten Wippe ist. Als Teil einer an oder auf dem Trägergerät angeordneten Wippe lässt sich das Injektionsrohr einfacher und lösbar lagern und schwenken.
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Bei der Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt kann vorgesehen sein, dass der Rohrrahmen wippenartig um eine horizontale Achse schwenkbar an oder auf dem Trägergerät gelagert ist.
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Weiterhin kann bei der Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt vorgesehen sein, dass die Wippe einen geschlossenen Rohrrahmen aus miteinander in Fluidverbindung stehenden Rohren umfasst und das Injektionsrohr ein Teil des geschlossenen Rohrrahmens ist.
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Günstigerweise weist die Vorrichtung gemäß dem ersten und auch gemäß dem zweiten Aspekt eine Injektionsfluidquelle auf und steht der geschlossene Rohrrahmen über mindestens eine flexible Leitung mit der Injektionsfluidquelle in Fluidverbindung.
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Vorteilhafterweise umfasst die Injektionsfluidquelle mindestens eine Saugpumpe.
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Vorteilhafterweise ist die mindestens eine Saugpumpe höhenverstellbar, insbesondere von oberhalb einer Gewässeroberfläche bis unterhalb der Gewässeroberfläche.
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Zweckmäßigerweise umfasst die Wippe an oder auf dem Trägergerät lösbar befestigbare Wippenlagerböcke.
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Alternativ oder zusätzlich kann der Rohrrahmen in Wippenlagerböcken bzw. den Wippenlagerböcken lösbar gelagert sein.
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Schließlich sind vorteilhafterweise mindestens zwei gegenüberliegende Seiten des Rohrrahmens jeweils aus mindestens zwei lösbar verbundenen Rohrabschnitten gebildet. Damit lassen sich die Seitenlängen von gegenüberliegenden Seiten des Rohrrahmens durch Austausch bzw. Auswahl von Rohrabschnitten mit geeigneten Längen variieren und z. B. an die Abmessungen eines jeweiligen Trägergeräts und/oder an die jeweilige Aufgabe anpassen.
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Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass durch die Verwendung eines geschlossenen Rohrrahmens und/oder einer Wippe die Vorrichtung zur Sedimentbaggerung nicht mehr speziell auf ein einziges Trägergerät „zugeschnitten” ist bzw. werden muss, sondern leichter variiert und bei verschiedenen Trägergeräten eingesetzt werden kann.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der schematischen Zeichnungen in denen:
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1 eine schematische perspektivische Ansicht von einer Vorrichtung zur Sedimentbaggerung von Gewässersohlen, vorzugsweise in Hafenbecken, Küstengewässern oder dergleichen zur Herstellung einer Solltiefe, unter Verwendung eines Injektionsverfahrens, gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Schub- bzw. Schleppverband mit einem Schlepper zeigt;
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2 eine Draufsicht der Vorrichtung von 1 in schematischer Darstellung mit in Ruheposition befindlichem Injektionsrohr zeigt;
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3 eine Seitenansicht der Vorrichtung von 2 sowohl in Ruheposition als auch in Baggerposition zeigt;
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4 eine Draufsicht auf den in 3 rechten Bereich des Rohrrahmens nebst weiterer Komponenten der Vorrichtung zeigt;
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5 das Detail I von 4 in Seitenansicht von außen (bezogen auf das Trägergerät) zeigt;
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6 das Detail II von 4 zeigt;
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7 eine Seitenansicht des Details II von 4 von der Innenseite (bezogen auf das Trägergerät) zeigt;
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8 eine Seitenansicht des Details II von 4 von der Außenseite (bezogen auf das Trägergerät) zeigt;
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9 eine Ansicht von rechts in 6;
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10 das Detail A von 9 zeigt;
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11 das Detail B von 9 zeigt;
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12 eine Draufsicht auf den in 3 linken Bereich des Rohrrahmens der Vorrichtung zeigt;
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13 eine Schnittansicht entlang der Linie XIII-XIII in 4 bei in Ruheposition befindlicher Vorrichtung zeigt; und
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14 eine Schnittansicht entlang der Linie XIII-XIII in 4 bei in Baggerposition befindlicher Vorrichtung zeigt.
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1 zeigt einen Schlepper 10, der durch eine starre Kopplungseinrichtung 12 mit einem Ponton 14 verbunden ist. Im vorliegenden Beispiel entsteht durch die Kopplungseinrichtung 12 mit dem Ponton 14 ein Schubverband. Alternativ könnte der Ponton 14 mit dem Schlepper 10 auch in einem Schleppverband stehen.
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Der Ponton 14 ist Bestandteil, nämlich ein schwimmfähiges Trägergerät, einer Vorrichtung 16 zur Sedimentbaggerung von Gewässersohlen, vorzugsweise in Hafenbecken, Küstengewässern oder dergleichen zur Herstellung einer Solltiefe, unter Verwendung eines Injektionsverfahrens gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 16 umfasst neben den Ponton 14 ein zumindest im Wesentlichen quer zur Längsachse L (siehe 2) des Pontons 14 unterhalb des Pontons angeordnetes, in einer Länge etwas über die Breite des Pontons hinausgehendes Injektionsrohr 18 mit einer Vielzahl von mit gegenseitigem, in vorliegendem Beispiel gleichgroßem, gegenseitigem Abstand angeordneter, der Gewässersohle (nicht gezeigt) zugewandter Düsen 20 (siehe z. B. 2, in der nur zwei Düsen gekennzeichnet sind). Das Injektionsrohr 18 ist Teil eines „geschlossenen” Rohrrahmens 22 (siehe z. B. 2 und 4). Der Rohrrahmen 22 umschließt ein langgestrecktes Rechteck mit in diesem Beispiel abgerundeten Ecken.
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Der durch die starre Kopplung des Schleppers 10 mittels der Kopplungseinrichtung 12 mit dem Ponton 14 entstehende Schubverband kann in Hinsicht auf Steifigkeit der Kopplung als eine Einheit angesehen werden. Die Einheit weist in dem Ausführungsbeispiel durch einen starken Antrieb des Schleppers 10 und einen geringen Tiefgang des Pontons 14 eine sehr hohe Manövrierfähigkeit auf. Da sich sowohl am Bug des Pontons 14 ein Echolot/Echograph (nicht gezeigt) auf beiden Seiten als auch auf dem Schlepper 10 ein Echolot (nicht gezeigt) befindet/befinden, kann mittels der Echolote bzw. der Echographen eine durch die Einwirkung des Wasserinjektions(WI)-Verfahrens geänderte Gewässersohlenstruktur festgestellt werden. Sollten die örtlichen Gegebenheiten es verlangen, dass der Rohrrahmen 22 z. B. parallel dicht an einer bestehenden Kaje abgesetzt werden soll, kann der Schubverband aufgehoben und ein Schleppverband erstellt werden. Somit befindet sich die Antriebseinheit, das heißt der Schlepper 10, auf der vom Rohrrahmen 22 abgewandten Seite des Pontons 14.
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Die Vorrichtung 16 weist ferner beispielhaft drei elektrische Pumpen, in einem Beispiel Tauchpumpen 24 (siehe z. B. 2), modulare Stromaggregate 26, 28 (siehe 2), Sensorik 30 (siehe 2), flexible Druckleitungen mit Entlüftungsventilen (auf einem Sammelrohr und Ventilkugeln (auf dem Sammelrohr 53, ein Bugstrahlruder (nicht gezeigt) auf dem Ponton 14 und zwei hydraulische Winden 32 auf.
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Die gesamte Steuerung sowohl des Schleppers 10 als auch der Vorrichtung 16 und die Datenerfassung erfolgen in diesem Ausführungsbeispiel von der Brücke des Schleppers 10. Zu diesem Zweck werden in diesem Ausführungsbeispiel auf dem Ponton 14 ermittelte Daten per LTE-WLAN-Netz (beispielsweise Installation von Router mit Antenne) an einen Rechner im Schlepper 10 gesendet. Eine Log-Datei für die Bauüberwachungssoftware wird in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls erfasst und kann von einem Rechner auf der Brücke des Schleppers 10 per Internet/E-Mail an einen Auftraggeber versendet werden. Des Weiteren steht in einem Ausführungsbeispiel hier eine Schnittstelle für die geforderten NoNa-WI Prozessdaten zur Verfügung.
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Im Prinzip können in einem Ausführungsbeispiel alle Komponenten der Vorrichtung 16 unabhängig voneinander ausgetauscht oder repariert werden.
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Im Bug des Pontons 14 befindet sich ein sogenannter Moonpool 34, in dem die drei Tauchpumpen (Saugpumpen) 24 als Injektionsfluidquelle auf einem Schlitten 38 sitzen und dadurch höhenverstellbar sind.
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In diesem Ausführungsbeispiel hat der Ponton 14 folgende Maße:
Länge: 35,00 Meter
Breite: 11,20 Meter
Tiefgang im WI-Betrieb: 0,80 Meter
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In einem Ausführungsbeispiel gehören zur technischen Ausrüstung des Pontons 14: Echograph/Echolot (siehe oben), DGPS (nicht gezeigt), RTK-GPS (nicht gezeigt), AXIO-Net (nicht gezeigt), UKW-Sprechfunkgerät (nicht gezeigt), Satellitenkompass (nicht gezeigt), 2 × 680 kVA-Generatorset (nicht gezeigt) mit Frequenzsteuerung auf dem Ponton 14, Datenaufnahme (nicht gezeigt) für baggerspezifische Messwerte mit der Bagger-Software auf einem Bagger-Rechner (nicht gezeigt) mit Touchpadbedienung (nicht gezeigt) auf dem Schlepper 10, Bugstrahlruder (nicht gezeigt) mit 1 × 152 kW auf dem Ponton 14, Joystick (nicht gezeigt) für eine hydraulische Windensteuerung (nicht gezeigt) auf dem Schlepper 10, Winden 32 (2 × 15 kW) hydraulisch auf dem Ponton 14, Drehrohrgelenkverstellung (Rohrdrehgelenke 47) am Rohrrahmen 22 bzw. Injektionsrohr 18 (1 × 3 kW), Container mit Sensorik 30 (siehe oben) auf dem Ponton 14, Tauchpumpen 24 (3 × 275 kW) auf dem Ponton im Moonpool 34 und Notstopschalter (nicht gezeigt) vor dem Moonpool.
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Durch den geringen Tiefgang des Pontons 14, aber auch durch die geringe Aufbauhöhe der Vorrichtung 16 kann sie sowohl in flachen Wasserstraßen als auch in Bereichen mit geringen Durchfahrtshöhen eingesetzt werden. Sollte es erforderlich sein, können flachgehende Schlepper, Arbeitsboote oder Barkassen eingesetzt werden, die den geringen Tiefgang des Pontons nicht überschreiten.
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In einem Ausführungsbeispiel werden die Tauchpumpen 24 frequenzgesteuert. Jede Tauchpumpe 24 ist über eine flexible Druckleitung 40 mit einem Durchmesser von beispielsweise DA 500 mm mit dem Stirnstück des Rohrrahmens 22 verbunden (siehe 3, 4, 13 und 14). Über die drei Druckleitungen 40 speisen die Tauchpumpen 24 Wasser von dem Gewässer, auf dem sich die Vorrichtung 16 befindet, in den Rohrrahmen 22.
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Bedingt durch die flexiblen Druckleitungen 40 sind die Tauchpumpen 24 mit dem Rohrrahmen 22 flexibel verbunden. Dadurch können die Tauchpumpen 24 je nach spezifischen Gegebenheiten des Trägergeräts, in diesem Ausführungsbeispiel des Pontons 14, in der Örtlichkeit montiert werden. Die Lage der Tauchpumpen 24 zum Rohrrahmen 22 wird nur durch die Biegeradien bzw. Stauchungsfaktoren der flexiblen Druckleitungen 40 (Schlauchleitungen) zwischen den Tauchpumpen 24 und dem Rohrrahmen 22 beschränkt. So sind beispielsweise auch Pumpeninstallationen (Tauchpumpen) „hängend” über der Bordkante des Trägergerätes möglich, sofern kein Moonpool zur Verfügung steht. Trocken aufgestellte Pumpen können flexibel an Deck montiert werden. Eine Ansaugleitung kann z. B. durch GFK-Rohre mit entsprechenden Formteilen realisiert werden.
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Der Rohrrahmen 22 kann zur Wasserinjektion sowohl über Tauchpumpen als auch über trocken aufgestellte Pumpen betrieben werden. Relevant ist hier das Platzangebot an Deck.
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Der Rohrrahmen 22 ist ein „geschlossener” Rohrrahmen aus Rohren bzw. Rohrabschnitten 23 aus Metall mit in diesem Ausführungsbeispiel einem Durchmesser DA 660 und einer Wandungsstärke von 12,5 mm. Eine Ausnahme bildet die Stirnseite/Kopfseite des Rahmens 22, die mit den flexiblen Druckleitungen 40 der Tauchpumpen 24 fixiert ist. Hier beträgt in diesem Ausführungsbeispiel der Durchmesser DA 914 mm. Dies ist von Vorteil, um die Verwirbelungsverluste nahezu aufzuheben. Hier wurde insbesondere großer Wert bei den Berechnungen auf das Zusammenspiel der Tauchpumpen 24 mit dem Rohrrahmen 22 gelegt. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Rohrrahmen 22 im Hinblick auf seine Drehfunktion wie eine Wippe anzusehen. Der Drehpunkt bzw. die Dreheinrichtung ist ein Wippenlagerbock 42 mit einer Aufnahmeschale 44, in die eine Welle 36 sozusagen als Wippenlagerzapfen gesteckt ist (siehe 4 bis 11). Die Welle 36 ist über eine Gelenkhalterung 45 mit dem Rohrrahmen 22 fest verbunden. Somit ist der Rohrrahmen 22 mit dem Wippenlagerblock 42 gelenkig gelagert. Die 4 stellt die Einspeisung des Prozesswassers in den Rohrrahmen 22 dar. Hieraus wird ersichtlich, dass die Einspeisung und das Wippengelenk voneinander getrennt sind. Über das Wippengelenk wird kein Prozesswasser in den Rohrrahmen 22 eingebracht. Mit anderen Worten liegt keine wasserführende Leitung vor, die auf einer Seite starr ist und über eine Drehkupplung mit einem beweglichen Teil (dem Rohrrahmen, welcher abgesenkt wird) verbunden ist.
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Die Wippe ist mit einem geringeren Verschleiß verbunden und/oder lässt sich leichter reparieren. Zudem lässt sich eine Drehkupplung nur sehr aufwendig und zeitintensiv austauschen.
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Der Rohrrahmen 22 besitzt Flansche 46 (s. 2 und 12) zur Aufnahme von Injektionsrohren 18 mit Düsen mit unterschiedlichem Durchmesser, beispielsweise DI 80,00 mm oder DI 90,00 mm, wobei weitere Düseneinsätze möglich sind. Zudem ist das Injektionsrohr über Rohrdrehgelenke 47 gezielt drehbar und ist dadurch der Winkel der Düsen 20 gezielt einstellbar.
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Das Injektionsrohr 18 wird über eine Seilaufhängung 48 mit den Winden 32 und einer Windensteuerung (nicht gezeigt) geführt, die eine genaue horizontale Positionierung des Injektionsrohres 18 garantiert. Die Höhenlage des Injektionsrohres 18 wird durch eine Winkelmessung überwacht und auf einem Display (nicht gezeigt) auf der Brücke des Schleppers 10 angezeigt. In einem Ausführungsbeispiel findet eine ständige Justierung zwischen dem Ist-Höhenwert und dem Soll-Höhenwert statt. Eine eventuelle Nachkorrektur bei Lageabweichungen kann über den Antrieb der Winden 32 erfolgen.
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Die Lagerung des Rohrrahmens 22 ist so gestaltet, dass er auf verschiedenen Trägergeräten, zum Beispiel Pontons oder Schiffe mit unterschiedlichen Längen und Breiten, montiert werden kann. Die oben bereits genannten Wippenlagerböcke 42 sind so gestaltet, dass sie auf jedem Deck beispielsweise eines Pontons oder Schiffes montiert werden können.
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Zudem kann in einer besonderen Ausführungsform der Rohrrahmen 22 für einen Transport in Rohrabschnitte 19 zerlegt und mittels Tieflader (nicht gezeigt) verfahren werden.
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Ferner ist der Rohrrahmen 22 in einem Ausführungsbeispiel in der Konstruktionslänge variabel. Dazu ist der durch Flansche 52 verschraubte Rohrrahmen 22 durch Ein-/Ausbau einzelner Rohrabschnitte 19 universell in seinen Abmessungen auf die örtlichen oder aber verschiedenen Ponton- oder Schiffseigenschaften einstellbar.
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In einem Ausführungsbeispiel ist der Rohrrahmen 22 in seiner Länge durch den Ausbau von Rohrabschnitten 23 (Steuerbord und Backbord) um beispielsweise 6,045 m verkürzbar und/oder durch den Ausbau von Rohrabschnitten 52 (Steuerbord und Backbord) um beispielsweise 16,00 m verkürzbar.
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In einer besonderen Ausführungsform ist der Rohrrahmen 22 auch oder alternativ in der Konstruktionsbreite variabel. Genauer gesagt ist der Rohrrahmen 22 in der Breite durch den Ausbau von Injektionsrohrabschnitten 19 mit einer Einzellänge von je beispielsweise 4 m von einer Breite von 12 m auf 8 m oder 4 m reduzierbar bzw. sind weitere Injektionsrohre in x-beliebigen Längen herstellbar.
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Parallel zur Reduzierung oder Verbreiterung der Breite des Rohrrahmens 22 und dann im Bereich des Injektionsrohrs bzw. der Injektionsrohrabschnitte im Stirnbereich bzw. Kopfbereich des Rohrrahmens 22 die entsprechende Rohrbreite demontiert werden.
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Injektionsrohre mit Breiten von bis zu beispielsweise 6,10 m können mit beispielsweise drei Tauchpumpen 24 eingespeist werden, Injektionsrohre mit Breiten von beispielsweise 6,10 m bis beispielsweise 4,40 m können mit beispielsweise zwei Tauchpumpen 24 eingespeist werden und Injektionsrohre mit Breiten von weniger als z. B. 4,40 m können mit beispielsweise einer Tauchpumpe 24 eingespeist werden.
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3 zeigt den Rohrrahmen 22 sowohl in einer Ruheposition (in durchgezogenen Linien), in der es sich in diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen horizontal erstreckt, als auch in einer Baggerposition (in gestrichelten Linien), in der sich das Injektionsrohr 18 unterhalb des Pontons 14 etwas oberhalb einer Gewässersohle (nicht gekennzeichnet) befindet. Die flexiblen Druckleitungen 40 sind ebenfalls in der Ruheposition und in der Baggerposition dargestellt. Die 13 und 14 zeigen entsprechendes, wobei auch noch die Tauchpumpen 24 dargestellt sind.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in den beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
