NL2020312A

NL2020312A - Graafinstallatie

Info

Publication number: NL2020312A
Application number: NL2020312A
Authority: NL
Inventors: Lanser Jan
Original assignee: Carpdredging Ip B V
Priority date: 2018-01-24
Filing date: 2018-01-24
Publication date: 2018-07-02
Also published as: NL2020312B1

Abstract

De uitvinding heeft betrekking op een graafinstallatie omvattende een rij van 3 tot met 30 ontgravingsmiddelen waarbij de ontgravingsmiddelen of groepen van ontgravingsmiddelen middels een verende verbinding zijn verbonden met een vakwerkconstructie welke vakwerkconstructie is gepositioneerd verticaal boven de ontgravingsmiddelen en waarbij de ontgravingsmiddelen zijn verbonden met een zuigbuis voor het afvoeren van het door de ontgravingsmiddelen afgegraven grond/water mengsel.

Description

GRAAFINSTALLATIE

De uitvinding heeft betrekking op een graafinstallatie omvattende ontgravingsmiddelen.

Graafinstallaties omvattende ontgravingsmiddelen zijn bekend uit bijvoorbeeld US octrooi nummer 4084334. Deze publicatie beschrijft een snijkopzuiger voor het baggeren van een waterbodem. Hiertoe wordt een vaartuig middels ankers gepositioneerd. Op het vaartuig is een ladder zwenkbaar verbonden waarbij aan het eind van de ladder een snijkop is geplaatst. Deze snijkop kan de waterbodem onder het schip afgraven. Het probleem welke wordt opgelost volgens deze publicatie is de volgende. In onrustig water deint het vaartuig teveel op de golven. Dit resulteert dat de druk waarmee de snijkop op de waterbodem rust te veel varieert. Voorts is het moeilijk om de voorgeschreven baan te baggeren. Ten laatste bestaat het gevaar dat de snijkop beschadigd. Deze nadelen worden in deze octrooipublicatie geadresseerd door de ladder in langsrichting in lengte te laten kunnen variëren. Hierdoor blijft de snijkop met een nagenoeg constante stand op de waterbodem rusten terwijl het vaartuig op en neer en/of voor en achterwaarts beweegt.

Een nadeel van de hierboven beschreven bekende snijkopzuiger is dat de capaciteit van de graafinstallatie voor verbetering vatbaar is.

De volgende graafinstallatie heeft een dergelijk nadeel niet. Graafinstallatie omvattende een rij van 3 tot met 30 ontgravingsmiddelen waarbij de ontgravingsmiddelen of groepen van ontgravingsmiddelen middels een verende verbinding zijn verbonden met een vakwerkconstructie welke vakwerkconstructie is gepositioneerd verticaal boven de ontgravingsmiddelen en waarbij de ontgravingsmiddelen zijn verbonden met een zuigbuis voor het afvoeren van het door de ontgravingsmiddelen afgegraven grond/water mengsel.

Met de graafinstallatie volgens de uitvinding is het mogelijk meerdere ontgravingsmiddelen tegelijkertijd in te zetten en zo een groter oppervlak van een waterbodem te ontgraven. De graafinstallatie wordt in gebruik verplaatst over de waterbodem in een richting die haaks ligt op de richting van de rijen van ontgravingsmiddelen.

In deze beschrijving zullen termen worden gebruikt als horizontaal, verticaal, longitudinaal, boven en onder voor het beschrijven van de uitvinding en zijn voorkeursuitvoeringen. Hierbij gaat men uit van de uitvinding in zijn positie bij normale gebruik. Bijvoorbeeld in het gebruik om een horizontale waterbodem te ontgraven. Met waterbodem wordt verstaan elk oppervlak van een vaste stof welke zich onder water bevindt. Dit kan de zeebodem zijn of een bodem in een meer. Met longitudinaal wordt verstaan de richting waarin de rijen van graafmiddelen over een waterbodem worden verplaatst. Met de term afzinkbaar wordt bedoeld dat een afzinkbaar constructie element kan afzinken naar de waterbodem en ook weer kan opstijgen naar het wateroppervlak.

De uitvinding heeft ook betrekking op een graafinstallatie waarbij meerdere van deze rijen van ontgravingsmiddelen achter elkaar staan opgesteld en waarbij de ontgravingsmiddelen van een rij versprongen staan opgesteld ten opzichte van de ontgravingsmiddelen van een daarnaast liggende rij. Door het verspringen van de ontgravingsmiddelen in een rij ten opzichte van de daarnaast gepositioneerde rij wordt zo efficiënt mogelijk een waterbodem afgegraven. Stukken waterbodem welke zich tussen ontgravingsmiddelen bevinden en hierdoor niet efficiënt kunnen worden afgegraven door desbetreffende rij ontgravingsmiddelen worden nu door de ontgravingsmiddelen van de daarnaast liggende rij afgegraven. Bij voorkeur staan de ontgravingsmiddelen in twee of drie rijen achter elkaar opgesteld.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van uitvoeringsvoorbeelden getoond in de volgende figuren, waarbij:

Fig. 1: Ruimtelijk aanzicht van een graafinstallatie volgens de uitvinding en een brug.

Fig. 2: Ruimtelijk aanzicht van de graafinstallatie, brug en frame.

Fig.3A: Ruimtelijk aanzicht van de graafinstallatie met brug, vakwerkconstructie.

Fig.3B: Voor-, boven- en ruimtelijke aanzichten van cilinder-boringen in de doosconstructie waardoorheen de aan de vakwerkconstructie bevestigde kolommen vertikaal verplaatsbaar zijn.

Fig. 4: Ruimtelijk aanzicht van de graafinstallatie volgens de uitvinding.

Fig. 5: Onderaanzicht van de graafinstallatie van Figuur 2.

Fig. 6: Ruimtelijk aanzicht van een graafinstallatie volgens de uitvinding waarbij enkele graafmiddelen niet zijn getekend.

Fig.7A: Ruimtelijk aanzicht van de graafinstallatie in neergelaten positie en in opgetrokken positie.

Fig.7B: Vooraanzicht van de graafinstallatie zoals ook getoond in Figuur .1.

Fig. 8: Ruimtelijk aanzicht van een graafinstallatie met sleepkoppen en in lengte variërende zuigbuizen

Fig. 9: Ruimtelijk aanzicht van een graafinstallatie met graafwielen en in lengte variërende flexibele zuigbuizen.

Fig.10: Doorsnede (A-A of B-B uit figuur 15) van een framebalk.

Fig.11: Ruimtelijk aanzicht van een gedeelte van een verplaatsbare constructie en een gedeelte van de framebalk van Figuur 10 en 15.

Fig. 12: Ruimtelijk aangezicht van een wielstel

Fig.13: Ruimtelijk aangezicht van een verticaal verend geleidingswiel.

Fig. 14: Vooraanzicht van een verend wielstel met vrijheidsgraden in radiale richting, tangentiële richting en rotatierichting om de lokale vertikale z-as.

Fig. 15: Zijaanzicht en de langsdoorsnede op de symmetrielijn van de framebalk inclusief geleidingsbalken en de verplaatsingsconstructie.

Fig.16: Mogelijke doorsnede (A-A of B-B uit figuur 15) van een framebalk.

Fig.17 en18 : Vooraanzichten van mogelijk wielstellen omvattende een draaibare rol.

Fig.19: Ruimtelijk aanzicht van het rechthoekige tramewerk.

Fig.20: Voor-, zij- en ruimtelijke aanzichten van mogelijke ontgravingsmiddelen.

Fig.21: Zij-aanzicht van een graafwiel of drumcutter waarop de tangentiële en radiale krachten werkend op de snijranden of snijtanden zijn weergegeven inclusief de bijbehorende snededikten.

Fig.22: Zij-aanzicht graafwielinstallatie en hierin geïntegreerd opgenomen zuiginstallatie alsmede een doorsnede (A-A) in het vertikale symmetrievlak van de graafwiel- en zuiginstallatie.

Fig.23 Ruimtelijk aanzicht van de samenstelling van een graafwiel- en hierin geïntegreerde zuiginstallatie.

Fig. 24 Doorsnede in het vertikale symmetrievlak van de graafwiel- en geïntegreerde zuiginstallatie.

Fig.25 Ruimtelijk aanzicht van een paar van bovensnijdende en een ondersnijdende graafwielen met de hierin geïntegreerde zuiginstallaties

Fig.26A Ontgravingskrachten in radiale en tangentiële richting werkend op een ondersnijdende graafwielinstallatie.

Fig.26B Ontgravingskrachten in radiale en tangentiële richting werkend op een bovensnijdende graafwielinstallatie.

Fig.26C Ontgravingskrachten in radiale en tangentiële richting werkend op bovensnijdende- en ondersnijdende graafwielinstallaties

Fig.26D Hoofdaanzicht van de krachten en momenten die werken op de kolommen, gekoppeld aan de vakwerkconstructie, en de doosconstructie ten gevolge van de grondreactiekrachten.

Fig.27 Ontgravingskrachten in radiale en tangentiële richting werkend op ondersnijdende- en bovensnijdende graafwielinstallaties

Fig..28 Vooraanzicht van een graafwiel met een grond-talud compensator.

Fig.29 Ruimtelijk aanzicht van de samenstelling van de grond-talud compensator.

Fig.30 Ruimtelijke aanzichten van de graafinstallatie voorzien van ploegen waarvan er slechts twee zijn getekend.

Fig.31 Ruimtelijk aanzicht van een sleepkop-installatie, die kan worden opgenomen in de graafinstallatie.

Fig.32 Zij-aanzicht van een gedeelte van de sleepkop-installatie, van Figuur 31.

Fig.33 Zij-aanzicht van de doorsnede in het vertikale symetrievlak van een sleepkop-installatie voorzien van een verend opgestelde torsie-gland.

Fig.34 Ruimtelijk aanzicht van de doorsnede in het vertikale symmetrievlak van de sleepkop-installatie.

Fig.35 Ruimtelijk aanzicht van de samenstelling van de in tangentiële richting verend opgestelde torsie-gland.

Fig.36 Ruimtelijk aanzicht van graafinstallatie met in tegengestelde longitudinale richting bewegende sleepkop-installatie

Fig.37 Ruimtelijk aanzicht van de schematisch weergegeven rechthoekige framewerk

Fig.38 Schematische weergave van de krachten en momenten die werken op het rechthoekige framewerk

Fig.39 Ruimtelijk aanzicht van de samenstelling van het ankerponton met de hierin opgenomen hydraulische verplaatsbare schroefankerinstallatie, horizontale- en vertikale thruster aandrijvingen en verende ondersteunings-constructie.

Fig.40 Ruimtelijk aanzicht van het ankerponton met de hierin opgenomen hydraulische verplaatsbare zuigankerinstallatie, horizontale- en vertikale thruster aandrijvingen en verende ondersteuningsconstructie.

Fig.41 Ruimtelijk aanzicht van het ankerponton met de hierin opgenomen hydraulische verplaatsbare zuiganker-installatie voorzien van een tandboor-installatie, horizontale- en vertikale thruster aandrijvingen en verende ondersteuningsconstructie.

Fig.42 Ruimtelijk aanzicht van de boorinstallatie, voorzien van tanden, opgenomen in de zuiganker-installatie.

Fig.43 Ruimtelijk aanzicht van ankerpontons waarin naast schroefanker-installaties en thruster-aandrijvingen per ankerponton twee in loodrechte richting opererende wielstel- of slede ondersteunings- en geleidings constructies zijn opgenomen.

Fig.44 Ruimtelijk aanzicht van de samenstelling van de schroefanker-installatie, voorzien van een jetwater-installatie.

Fig.45 Schematische weergave van de vertikaal verplaatsbare telescopische installatie voor verplaatsing van de ontgravingsmiddelen in de hoogste stand (stapl) en in de hierop volgende positie (stap 2), door vertikale verplaatsing van de hydraulische cilinders verbonden met de buitenste doosconstructie.

Fig.46 Schematische weergave van de vertikaal verplaatsbare telescopische installatie voor verplaatsing van de ontgravingsmiddelen voor stap 3, door vertikale verplaatsing van de hydraulische cilinders verbonden met de binnenste doosconstructie en voor de onderste stand (stap 4) van de ontgravingsmiddelen, door de vertikale verplaatsing van de met de vakwerkconstructie verbonden hydraulische cilinders.

Fig.47 Ruimtelijk aanzicht van de samenstelling van de telescopische installatie.

Fig.48 Ruimtelijk aanzicht van de samengestelde telescopische installatie.

Fig.49 Ruimtelijk aanzicht van de samenstelling van de in het horizontale en vertikale vlakken verplaatsbare hydraulische cilinder door toepassing van een in x- en y- richtingen verend verplaatsbare box en vertikale veerconstructie.

Fig.50 Schematische weergave water- en gasvullings procedure van compartimenten door toepassing van hoge druk gas accumulatoren in combinatie met compressoren.

Fig.51 Schematische weergave water- en gasvullings procedure van compartimenten door toepassing van waterpompen in combinatie met gas accummulatoren en compressoren.

Fig.52 Schematische weergave van het baggerwerktuig met de hierin opgenomen met gas- of water gevulde compartimenten en optredende vertikale opwaartse en neerwaartse krachten tijdens de drijvende en al dan niet varende fase.

Fig.53A Schematische weergave van het baggerwerktuig met de hierin opgenomen met gas- of water gevulde compartimenten en optredende vertikale opwaartse en neerwaartse krachten tijdens de fase van het afzinken.

Fig.53B Schematische weergave van het baggerwerktuig met de hierin opgenomen met gas- of water gevulde compartimenten en optredende vertikale opwaartse en neerwaartse krachten tijdens de fase van het afzinken, waarbij de bovenste framebalk-compartimenten gedeeltelijk zijn gevuld met gas en water.

Fig.54 Schematische weergave van het baggerwerktuig met de hierin opgenomen met gas- of water gevulde compartimenten en optredende vertikale opwaartse en neerwaartse krachten tijdens de fase waarin verankering van het baggerwerktuig in de waterbodem plaatsvindt.

Fig.55 Schematische weergave van het baggerwerktuig met de hierin opgenomen met gas- of water gevulde compartimenten alsmede de op de verschillende componenten werkende vertikale opwaartse en neerwaartse krachten tijdens de fase waarin de ankers van het baggerwerktuig uit de waterbodem worden getrokken.

Fig.56 Schematische weergave van het verankerde baggerwerktuig met de hierin opgenomen met gas- of water gevulde compartimenten alsmede de op de verschillende componenten werkende vertikale en horizontale krachten tijdens de periodieke heen- en weergaande baggercyclus.

Fig.57 Schematische weergave van het in één richting voortgestuwde baggerwerktuig met de hierin opgenomen met gas- of water gevulde compartimenten alsmede de in de verschillende componenten optredende vertikale en horizontale krachten.

Fig.58 Schematische weergave van het baggerwerktuig boven waterniveau en de op de verschillende componenten werkende vertikale en horizontale krachten tijdens de periodieke heen- en weergaande baggercyclus.

Fig.59 Vooraanzicht van het baggerwerktuig gekoppeld aan een drijvend vaartuig met vrijheidsgraden in het horizontale xy-vlak en vertikale z-richting door toepassing van een in het horizontale vlak verplaatsbare box alsmede vertikaal verende hydraulische cilinders, waarbij aan weerszijden drijvende grondopslagreservoirs zijn gelegen.

Fig.60 Zij-aanzicht van het baggerwerktuig gekoppeld aan een drijvend vaartuig middels vertikaal verende hydraulische cilinders en in het horizontale vlak verplaatsbare box met aan weerszijden gelegen drijvende grondopslag-reservoirs.

Fig.61 Vooraanzicht van het baggerwerktuig gekoppeld aan een drijvend vaartuig met vrijheidsgraden in het horizontale xy-vlak,vertikale z-richting en drie rotatievrijheden door toepassing van achtereenvolgens een in het horizontale vlak verplaatsbare box, vertikaal verende hydraulische cilinders alsmede een bolscharnier, waarbij aan weerszijden drijvende grondopslagreservoirs zijn gelegen.

Fig.62 Ruimtelijk aanzicht van de samenstelling van de in het horizontale en vertikale vlakken verplaatsbare hydraulische cilinder door toepassing van achtereenvolgens een in x- en y-richtingen verend verplaatsbare box en vertikale veerconstructie.

Fig.63 Vooraanzicht van het schematische weergegeven baggerwerktuig gekoppeld aan een drijvend vaartuig in rusttoestand middels al dan niet van bolscharnieren voorziene vertikaal verende hydraulische cilinders en een in het horizontale vlak verplaatsbare box.

Fig.64 Vooraanzicht van het schematische weergegeven baggerwerktuig gekoppeld aan een drijvend vaartuig, dat een domp verplaatsing z en een slingerhoek verdraaiing φ heeft ondergaan, waarin van bolscharnieren voorziene vertikaal verende hydraulische cilinders en een in het horizontale vlak verplaatsbare box zijn opgenomen.

Fig.65 Vooraanzicht van het schematische weergegeven baggerwerktuig gekoppeld aan een drijvend vaartuig, dat een slingerhoek verdraaiing φ heeft ondergaan, waarin vertikaal verende hydraulische cilinders en een in het horizontale vlak verplaatsbare box zijn opgenomen.

Fig.66 Ruimtelijk totaaloverzicht van een drijvend vaartuig waaraan middels staalkabels en lieren een baggerwerktuig of baggerinstallatie, bestaande uit een baggerunit en een framewerk, alsmede aan weerszijden hiervan grondopslag-installaties met daarin aan de bovenzijde een koppeling met hoge druk gas-accumulatoren.

Fig.67 Vooraanzicht van het, met het drijvend vaartuig middels staalkabels verbonden, baggerwerktuig en de aan weerszijden hiervan gepositioneerde grondopslag- installaties, voorzien van accumulatoren, met de hierin opgenomen met gas- of water gevulde compartimenten en de op de verschillende componenten werkende vertikale opwaartse en neerwaartse krachten.

Fig.68 Vooraanzicht van het op de waterbodem gestationeerde baggerwerktuig en de grondopslag-installaties (zonder hoge druk gas accumulatoren) met de hierin opgenomen met gas- of water gevulde compartimenten tijdens het baggerproces waarbij het afzinken van de practisch gewichtsloze grondopslag-containers onder water plaatsvindt door viering van de lieren aan boord van het drijvend vaartuig.

Fig.69 Vooraanzicht van het op de waterbodem gestationeerde baggerwerktuig en de grondopslag-installaties (onder weglating van de carousels) met de hierin opgenomen met gas- of water gevulde compartimenten tijdens het baggerproces waarbij het vertikale grondtransport plaatsvindt middels het liften van de grondopslag-containers door het aanhalen van de lieren aan boord van het drijvend vaartuig.

Fig.70 Vooraanzicht van het, met het drijvend vaartuig middels staalkabels verbonden, baggerwerktuig en de aan weerszijden hiervan gepositioneerde grondopslag-installaties, met de hierin opgenomen met gasof water gevulde compartimenten en de op de verschillende componenten werkende vertikale opwaartse en neerwaartse krachten tijdens het afzinken van het baggerwerktuig en de aan weerszijden verbonden grondopslag-installaties.

Fig.71 Vooraanzicht van het, met het drijvend vaartuig middels staalkabels verbonden, baggerwerktuig en de aan weerszijden hiervan gepositioneerde grondopslag-installaties, met de hierin opgenomen met gas of water gevulde compartimenten en de op de verschillende componenten werkende vertikale opwaartse en neerwaartse krachten tijdens het liften van het baggerwerktuig en de aan weerszijden verbonden grondopslag-installaties.

Fig.72 Ruimtelijk aanzicht van de grondopslag-installatie, voorzien van het framewerk, de grondopslag-containers, de caroussel en de hoge druk gas-accumulatoren.

Fig.73 Ruimtelijk aanzicht van de samenstelling van de grondopslag-installatie.

Fig.74 Ruimtelijk aanzicht van de caroussel met de hieromheen gewikkelde flexibele leidingen en verbindingen met zuigleidingen van het baggerwerktuig.

Fig.75 Ruimtelijk aanzicht van de gedetailleerde caroussel constructie

Fig.76 Doorsnede van het caroussel lager.

Fig.77 Ruimtelijk aanzicht van het complete zuigleidingnetwerk, voorzien van inschuifbare leidingen vanuit de ontgravingsmiddelen.

Fig.78 Ruimtelijk aanzicht van het complete zuigleidingnetwerk, voorzien van flexibele leidingen vanuit de ontgravingsmiddelen

Fig.79 Schematische weergave van de totale procescyclus van de grondopslag-installatie, voorzien van grondopslag-containers en hoge druk gasaccumulatoren.

Fig.80 Schematisch overzicht van het zuigleidingnetwerk van het baggerwerktuig.

Fig.81 Schematisch overzicht van het zuigleidingnetwerk van de grondopslag-installatie, gekoppeld aan het zuigleidingnetwerk van het baggerwerktuig.

Fig.82 Langsdoorsnede (A-A uit figuur 87) van de grondopslag-container waarin het grond/watermengsel aan beide uiteinden vanuit naar beneden gerichte diffusors aan de bovenzijde wordt ingevoerd en het water in het midden van de container middels trechtervormige uitgangen aan de bovenzijden wordt afgevoerd, waarbij tevens de stroomlijnen van het grondbezink- en sedimentatieproces zijn weergegeven.

Fig.83 Configuratie van de opslagcontainer zoals in figuur 82, met 2 ingangen aan de bovenzijde en 2 uitgangen aan de bovenzijde inclusief bezinkplaten aan de bovenzijde met een relatief korte lengte, waarbij tevens de stroomlijnen van het grondbezink- en sedimentatieproces zijn weergegeven.

Fig.84 Configuratie van de opslagcontainer zoals in figuur 82, met 2 ingangen aan de bovenzijde en 2 uitgangen aan de bovenzijde inclusief bezinkplaten aan de bovenzijde met een relatief grote lengte, waarbij tevens de stroomlijnen van het grondbezink- en sedimentatieproces zijn weergegeven.

Fig.85 Langsdoorsnede van de grondopslag-container waarin het grond/watermengsel aan beide uiteinden vanuit naar beneden gerichte diffusors aan de bovenzijde wordt ingevoerd en het water in het midden van de container middels trechtervormige uitgangen aan de onderzijden met inbegrip van bezinkplaten aan de bovenzijde met een relatief korte lengte wordt afgevoerd, waarbij tevens de stroomlijnen van het grondbezink- en sedimentatieproces zijn weergegeven.

Fig.86 Configuratie van de opslagcontainer zoals in figuur 85, met 2 ingangen aan de bovenzijde en 2 uitgangen aan de onderzijde met inbegrip van bezinkplaten aan de bovenzijde met een relatief grote lengte, waarbij tevens de stroomlijnen van het grondbezink- en sedimentatieproces zijn weergegeven.

Fig.87 Bovenaanzicht van de grondopslagcontainer, waarbij de bovenplaten van de containers zijn weggenomen.

Fig 88 Langsdoorsnede (A-A uit figuur 87) van de grondopslagcontainer, identiek aan figuur 82, waarbij het bovenste gas-compartiment (33A) het onderwatergewicht van de container compenseert.

Fig.89 Schematische weergave van de volledige procescyclus van de grondopslagcontainer, waarbij het water uit de grondopslagcontainer wordt verwijderd middels een hoge druk accumulator.

Fig.90 Schematische weergave van de volledige procescyclus van de grondopslagcontainer, waarbij het water uit de grondopslagcontainer wordt verwijderd middels één compartiment van een uit meerdere compartimenten opgebouwde hoge druk gas-accumulator.

Fig.91 Overzicht van de rendementen voor verschillende uitvoeringen van vertikaal grondtransport gericht op de conventionele baggerdiepten en zeer grote baggerdiepten.

Fig.92 PV-diagram voor polytrope expansie en compressie van gas opgeslagen in de hoge druk accumulatoren.

De ontgravingsmiddelen kunnen graafwielen, drumcutters, sleepkoppen en/of ploegen zijn.

Ee rij kan meerdere paren van twee ontgravingsmiddelen omvatten, waarbij het ontgravingsmiddel een roterend wiel omvat en waarbij de roterende wielen van de twee ontgravingsmiddelen van een paar tegengesteld roteren om een gezamenlijke as. Deze ontgravingsmiddelen zijn bij voorkeur per paar verbonden met de vakwerkconstructie.

De vakwerkconstructie is bij voorkeur verend verbonden met een brug gepositioneerd verticaal boven de vakwerkconstructie. De brug is bij voorkeur middels meerdere hydraulische cilinders verend verbonden met de daaronder gepositioneerde vakwerkconstructie waarbij de veerconstante van de een of meer veren waarmee de ontgravingsmiddelen verend zijn verbonden met de vakwerkconstructie kleiner is dan de veerconstante van de een of meerdere veren waarmee de vakwerkconstructie verend is verbonden met de brug. De brug heeft bij voorkeur een doosconstructies.

De brug kan verend verbonden zijn met een drijvend vaartuig middels meerdere hydraulische cilinders welke zich vanuit het drijvend vaartuig naar onderen en naar de brug uitstrekken.

De brug kan in een horizontale en longitudinale richting bewegen langs twee parallel en in de lengte gepositioneerde framewerkbalken welke met twee dwarsbalken een framewerk vormen. De beweegbare brug is dan bij voorkeur verbonden met de twee dwarsbalken door middel van lierkabels welke lierkabels een horizontale beweging van de beweegbare brug langs de twee parallel gepositioneerde framewerkbalken mogelijk maken. De beweegbare brug omvat dan bij voorkeur aan elk van zijn uiteinden een geleidingskoker, waarbij door de opening van elk van de kokers één van de twee parallel gepositioneerde framewerkbalken lopen zodat de beweegbare brug zich in de lengte van de framewerkbalken kan verplaatsen. De geleidingskokers zijn bij voorkeur aan zijn binnenkant voorzien van verende wielstellen en/of verende rollen welke in gebruik de framewerkbalken 6 kinematische graden van vrijheid kunnen geven ten opzichte van de geleidingskoker. Een dergelijke uitvoering is voordelig om te voorkomen dat de beweegbare brug vastloopt wanneer deze zich verplaatst langs de framewerkbalken.

De hoekpunten van het framewerk zijn bij voorkeur voorzien van middelen om het rechthoekig frame te kunnen verankeren met de waterbodem.

De hoekpunten van het rechthoekig frame zijn bij voorkeur voorzien van een ondersteuningsmiddel of middelen.

De graaf installatie met het framewerk omvat bij voorkeur één of meerdere middelen om het rechthoekig frame horizontaal te verplaatsen.

De uiteinden van de framewerkbalken en de uiteinden van de dwarsbalken zijn bij voorkeur verend en middels een bolscharnier verbonden met een hoekpunt in elk van de vier hoeken van het rechthoekig frame en waarbij de middelen om het rechthoekig frame te kunnen verankeren verend zijn verbonden met de hoekpunten en waarbij de optionele ondersteuningsmiddelen verend zijn verbonden met de hoekpunten zodat wanneer het rechthoekig frame is verankerd met de grond het rechthoekig frame een verende geometrie heeft met 6 kinematische vrijheidsgraden.

De graafinstallatie met het framewerk is bij voorkeur afzinkbaar. De framewerk balken, dwarsbalken, de hoekpunten en/of de beweegbare brug omvatten compartimenten welke met gas en/of water gevuld kunnen worden teneinde de graafinstallatie te kunnen laten drijven of laten afzinken.

De graafinstallatie volgens de uitvinding kan worden toegepast als een geautomatiseerde en gemechaniseerde drijvende, zelfvarende, afzinkbare en opstijgende machine, voorzien van een in principe ongelimiteerd aantal flexibel op de waterbodem inzetbare modulaire ontgravingsmiddeien en een hierin geïntegreerd zuigleidingnetwerk, dat is gekoppeld aan een grondopslag-reservoir onder water en als geheel geschikt is voor ontgraving, aanzuigen, opslag en horizontaal- en vertikaal transport van een grote variëteit aan grondsoorten.

Deze graafinstallatie volgens de uitvinding betreft een machine, zoals een gemechaniseerd en geautomatiseerd zelfvarend, afzinkbaar of opstijgend graaf- of baggerwerktuig (zie ook figuur 2), die middels het zuigleidingnetwerk kan worden gekoppeld aan een grondopslag-reservoir onder water. De machine kan worden ingezet op de bodem van een watermassa.

De machine is samengesteld uit een framewerk die als geleiding en ondersteuning dient voor een baggerunit met als kenmerk dat evenredig met het aantal hierin opgenomen ontgravingsmiddeien de hiermee corresponderende grondproductie in principe ongelimiteerde waarden kan aannemen. Door de modulaire opbouw van de ontgravingsmiddeien kunnen op efficiënte wijze verschillende typen ontgravings-middelen worden ingezet waarmee een grote variëteit aan grondsoorten kan worden ontgraven. Middels een in de ontgravingsmiddeien geïntegreerd zuigleidingnetwerk vindt het grond/water mengsel transport plaats naar een opslagreservoir, voorzien van vertikaal te transporteren grondopslag-containers.

Middels de graafinstallatie volgens de uitvinding worden een aantal nadelen van de huidige uitvoeringen van baggerwerktuigen, operationeel in relatief geringe waterdiepten tot aan relatief zeer grote waterdiepten, geheel of gedeeltelijk opgelost. Nadelen van de huidige uitvoeringen van baggerwerktuigen in relatief geringe waterdiepten zullen hieronder worden besproken.

De nadelen die zich in algemene zin voordoen bij de huidige gangbare baggerwerktuigen, waaronder snijkopzuigers, hopperzuigers en graafwielzuigers, die worden ingezet in relatief geringe waterdiepten zijn als volgt te omschrijven. Eén van de nadelen van de huidige gangbare baggerwerktuigen is de beperking in het aantal gelijktijdig opererende ontgravingsmiddelen per baggerwerktuig, waardoor de productiecapaciteit van het baggerwerktuig wordt gelimiteerd.

Een ander nadeel van de huidige gangbare baggerwerktuigen is de beperking van het verschillende aantal typen ontgravingsmiddelen die per baggerwerktuig kunnen worden ingezet. Dit impliceert dat een bepaald type baggerwerktuig slechts effectief en efficiënt kan worden ingezet voor een beperkte range aan grondsoorten met overeenkomstige grondeigenschappen. Direct hiermee verband houdend worden snijkopzuigers hoofdzakelijk ingezet voor het lossnijden van relatief harde grondsoorten gebruikmakend van de snijkop voorzien van cuttertanden en worden hopperzuigers hoofdzakelijk ingezet voor het opzuigen van de relatief losgepakte zachtere grondsoorten.

Een ander nadeel van de huidige gangbare baggerwerktuigen is de beperking van de inzetbaarheid van baggerwerktuigen in zeegang tot relatief lage significante golfhoogten.

Kenmerkend voor de huidige gangbare baggerwerktuigen is dat door de bewegingen van het ponton of drijvend vaartuig onder invloed van golven de interactie en overeenkomstige vertikale aandrukkracht van de ontgravingsmiddelen en/of aanzuigcomponenten in relatie tot het waterbodemtalud ernstig worden verstoord met de hiermee gepaard gaande productieverliezen. Deze interactie wordt nog extra verstoord door een in hoogte variërend waterbodemtalud.

Een ander karakteristiek nadeel van de huidige gangbare baggerwerktuigen is de gelimiteerde en in grootte niet instelbare en slecht controleerbare vertikaal naar beneden gerichte aandrukkracht op de ontgravingsmiddelen die noodzakelijk zijn voor de ontgraving van met name de relatief hardere grondsoorten.

Een ander karakteristiek nadeel van de huidige gangbare baggerwerktuigen is dat het onderwaterwerk qua maatvoering relatief onnauwkeurig en niet constant is. Doordat de posities van achtereenvolgens de snijkop bij snijkopzuigers en het graafwiel bij graafwielzuigers in zeegang moeilijk controleerbaar zijn wordt de maatvoering van het onderwaterwerk negatief beïnvloed. De onnauwkeurigheid in de maatvoering voor het onderwaterwerk wordt nog extra negatief beïnvloed bij een variërend bodemtalud of indien bresval plaatsvindt, dan wel indien bij snijkopzuigers de snijkop bij het bovensnijdende baggerproces gaat rollen op een relatief hardere ondergrond. Ook bij hopperzuigers vormt de positionering van de ontgravingsmiddelen een moeilijk beheersbaar proces dat de nauwkeurigheid van het onderwaterwerk nadelig beïnvloed. Dit effect wordt in negatieve zin nog versterkt indien de hopperzuiger in zeegang opereert op een in hoogte variërend zeebodemtalud.

Een ander karakteristiek nadeel van de huidige gangbare snijkopzuigers en graafwielzuigers zijn de technisch complexe en daardoor kapitaalintensieve baggerproces-besturingen die noodzakelijk zijn om de dichtheid van het grond/water-mengsel op een constante waarde te houden met een zo klein mogelijke tolerantie. De moeilijk beheersbare ontgravingsprocessen bij baggerwerktuigen in zeegang opererend in een in hoogte variërend zeebodemtalud zijn hierbij direct van invloed op de dichtheid van het grond/water mengsel.

Een ander karakteristiek nadeel van de huidige gangbare baggerwerktuigen zijn de relatief hoge aanzetkrachten die werken in de richting van het ontgravingsmiddel. Met name bij ontgraving van de relatief hardere grondsoorten kunnen deze krachten relatief zeer groot worden. Vergelijk hierbij de sleepkrachten in vaarrichting van de hopperzuiger en de verhaalkrachten van de voorzijlieren bij de huidige snijkopzuigers en graafwielzuigers.

Een ander nadeel dat zich voordoet bij grondsoorten met een relatief kleine cohesie en relatief kleine pakkingsdichtheid is de stabiliteit van het bodemtalud dat bij een bepaalde breshoogte resulteert in een bresval, hetgeen een gevaar vormt bij onder andere de snijkopzuigers.

Een ander karakteristiek nadeel bij de op de waterbodem werkzame baggerwerktuigen, zowel in de huidige gangbare waterdiepten als wel grote waterdiepten, is dat de systematiek van de graafwerkzaamheden en de hiermee corresponderende repeterende en periodieke bewegingspatronen in vertikale- en horizontale richtingen onvoldoende effectief en efficiënt zijn uitgevoerd om een hoge mate van mechanisering en automatisering toe te passen en te rechtvaardigen.

Een ander karakteristiek nadeel van sleephopperzuigers is dat de zuigbuizen onvoldoende bescherming ondervinden voor de grondreactiekrachten die op de sleepkop werken.

De nadelen van de huidige uitvoeringen van baggerwerktuigen in relatief grote waterdiepten worden hieronder besproken.

De nadelen die zich in algemene zin voordoen bij de huidige gangbare baggerwerktuigen die worden ingezet in relatief grote waterdiepten zijn als volgt te omschrijven. Onder gangbare baggerwerktuigen wordt in dit verband begrepen ROV’s en middels staalkabels aan drijvende vaartuigen bevestigde baggerunits, elk bestaande uit een combinatie van ontgravings-, zuig- en persleiding units, die allen in de regel op de zeebodem worden gepositioneerd.

Een karakteristiek nadeel van de huidige gangbare baggerwerktuigen is dat deze werktuigen onvoldoende drijfvermogen bezitten om als drijvend vaartuig zich over water te verplaatsen in het horizontale wateroppervlak. Rekening houdend met de massa’s van de baggerwerktuigen zullen daardoor in de regel relatief dure transportschepen moeten worden toegepast voor het horizontale transport over water.

Een ander karakteristiek nadeel van de huidige gangbare baggerwerktuigen is dat voor het afzinken en omhoog lichten van de baggerwerktuigen, naar rato van het gewicht onder en boven water, hijsinstallaties op het schip benodigd zijn voor de opvang van de statische gewichtskrachten en dynamische krachten die op het massa-veersysteem, bestaande uit het baggerwerktuig en staalkabels, worden uitgeoefend onder invloed van de scheepsbewegingen in zeegang.

Een ander karakteristiek nadeel voor de op de zeebodem werkzame gangbare baggerwerktuigen is de relatieve geringe vertikale aandrukkracht die op de zeebodem kan worden uitgeoefend voor de ontgraving van grond. In principe is hiervoor slechts het onderwatergewicht van het baggerwerktuig beschikbaar, dat afgemeten aan de gebruikelijke relatief geringe omvang in de regel niet groot is.

Een ander karakteristiek nadeel dat zich voordoet bij de op de zeebodem werkzame baggerwerktuigen houdt verband met de huidige voor het vertikale transport van het grond/watermengsel toegepaste technologiën en methoden in grote waterdiepten, bestaande uit één of meerdere onderwaterpomp-leidingnetwerken. Hieraan zijn een aantal nadelige aspecten verbonden, waaronder verstoppingen in de persleidingen als gevolg van gronddeeltjes met verschillende diameters die in dezelfde persleiding vertikaal worden getransporteerd. Een ander nadelig aspect uit zich in de complexiteit van de positionering en ophanging van één of meerdere sets centrifugaalpompen- en aandrijf motoren op mogelijk verschillende waterdiepgangen.

Een ander karakteristiek nadeel dat zich voordoet bij de op de zeebodem werkzame baggerwerktuigen is dat het onderwaterwerk qua maatvoering onnauwkeurig is en dat het onderwaterwerk moeilijk controleerbaar is. Zeker bij grote waterdiepten waarbij in de offshore hoge eisen worden gesteld aan maattoleranties het onderwaterwerk kunnen aanzienlijke verbeteringen worden gerealiseerd.

Een ander karakteristiek nadeel dat zich voordoet bij de op de zeebodem werkzame baggerwerktuigen openbaart zich indien grondopbrengsten op grote schaal zijn vereist die in een kort tijdsbestek moeten worden opgeleverd. Naast inzet van een relatief groot aantal baggerwerktuigen dienen eveneens faciliteiten voor een grote grondopslag capaciteit te worden gecreëerd in de zin van drijvende of op de zeebodem gefixeerde opslagreservoirs.

De graafinstallatie volgens de uitvinding is inzetbaar in relatief ondiep water tot zeer diep water.

Voor de meest gangbare baggerdiepten tot en met zeer grote baggerdiepten biedt het in de uitvinding omschreven graafinstallatie, al dan niet opgenomen in een zelfvarend vaartuig en gepositioneerd op de waterbodem, in combinatie met de in een framewerk opgenomen grondopslag-containers, oplossingen aan voor de in de hiervoor omschreven problemen of tekortkomingen.

Een gunstige uitvoering van het rechthoekig gevormde framewerk heeft als kenmerk dat de vormvastheid van het framewerk tijdens het horizontale transport over water en gedurende het afdalen of opstijgen is gegarandeerd door de flexibele connectie tussen het framewerk en de baggerunit (zie figuur 38) alsmede door voorspanning aan te brengen in de lierkabels (3B), die de dwarsbalken (1B) van het framewerk en de baggerunit aan weerszijden met elkaar verbinden (zie ook figuren 1 en 19).

Een gunstige uitvoering van de baggerunit heeft als kenmerk dat de productiecapaciteit naar rato van het aantal gelijktijdig opererende ontgravingsmiddelen kan worden verhoogd. Als zodanig worden er geen beperkingen opgelegd aan de productiecapaciteit (zie figuren 1,2,3A, 36 en 7B).

Een verdere gunstige uitvoering van de baggerunit heeft als kenmerk dat er door de modulaire opzet op eenvoudige wijze verschillende typen ontgravingsmiddelen, waaronder een graafwiel, drumcutter, sleepkop (zie figuur 20) of ploeg (zie figuur 30), kunnen worden opgenomen. Hierdoor is de baggerinstallatie multifunctioneel inzetbaar voor ontgraving van een grote range aan verschillende grondsoorten.

Een gunstige uitvoering van het baggerwerktuig opgenomen in een zelfvarend vaartuig (zie figuur 65) heeft als kenmerk dat de baggerunit, door opname van veerelementen (11G) tussen de ontgravingsmiddelen en een vakwerkconstructie, de vertikale grondreactiekrachten ten gevolge van slingerbewegingen van het schip en/of de onregelmatigheden van het zeebodemtalud kunnen worden opgevangen.

Door deze inventieve werkwijze bestaat de mogelijkheid dat het baggerwerktuig wordt ingezet in significante golfhoogten die groter zijn dan de toelaatbare significante golfhoogten voor de huidige gangbare baggerwerktuigen, waaronder snijkopzuigers, graafwielzuigers en hopperzuigers. De werkbaarheid wordt hiermee verhoogd.

Een nog gunstiger uitvoering wordt gerealiseerd door de bewegingen van het zelfvarende vaartuig in zeegang te ontkoppelen van het middels schroef- of zuigankers in de zeebodem verankerde framewerk van het baggerwerktuig (zie figuur 64). De ontgravingsmiddelen ondervinden hierdoor praktisch geen hinder van de golfbewegingen tijdens de graafwerkzaamheden. De connectie tussen het vaartuig en het baggerwerktuig worden hierbij gerealiseerd door bolscharnieren (26) in combinatie met veren (22H) te verbinden met hydraulische cilinders (22B) (zie figuur 64). Middels deze hydraulische cilinders kan de baggerinstallatie op de waterbodem worden gedrukt voor realisering van de benodigde aanzetkrachten voor verankering dan wel voor overwinning van de vertikale naar boven gerichte grondreactiekrachten. Door deze inventieve werkwijze kan de baggerinstallatie worden ingezet tot zeer hoge significante golfhoogten. De werkbaarheid wordt hiermee aanzienlijk vergroot.

Een gunstige uitvoering van de baggerunit opgenomen in een framewerk heeft als kenmerk dat de vertikale omhooggerichte grondreactiekrachten werkend op de ontgravingsmiddelen via de framewerkconstructie worden opgevangen door de in de grond verankerde schroef- of zuigankers (zie figuren 19 en 39 tot en met 42) dan wel door het extra onderwatergewicht van het framewerk. Het extra onderwater gewicht ontstaat door uitdrijving van het in ankerponton (ook wel hoekpunt genoemd) (2) en/of framebalk-compartimenten (1) opgeslagen gas door toevoer van buitenwater. Het extra onderwatergewicht in de ankerpontons (2) wordt ook toegepast voor de opvang van de grondreactiekrachten voor de schroefanker boringen (zie figuur 39).

De voor de ontgraving benodigde vertikaal naar beneden gerichte aandrukkrachten op de ontgravingsmiddelen worden op gecontroleerde wijze uitgeoefend door de in de baggerunit opgenomen hydraulische cilinders (9A en 9B in figuren 1 en 4) onder een instelbare hydraulische druk. Door deze inventieve werkwijze wordt de mogelijkheid voor het baggerwerktuig gecreëerd om, opgenomen in een in de zeebodem gefixeerd framewerk, op beheersbare wijze eveneens de relatief hardere grondsoorten te kunnen ontgraven, (zie figuur 56).

Een gunstige uitvoering van het baggerwerktuig opgenomen in een, middels schroef- of zuigankers in de zeebodem gefixeerd, framewerk heeft als kenmerk dat de, in de baggerunit opgenomen, ontgravingsmiddelen aan het einde van iedere heengaande- en teruggaande periodieke bewegingsslag van de zich verplaatsende baggerunit door activering van hydraulische cilinders een instelbare vaste vertikale verplaatsing wordt opgelegd (zie figuur 56). De baggerunit, gepositioneerd op een door lierkabels horizontaal verplaatsbaar platform, wordt middels hieraan verbonden omhullende kokers (7A in figuren 1 of 15) om de framewerkbalken (1A in figuren 15 en 19) geleid. Voor een goede geleiding zijn de kokers hierbij voorzien van verend ondersteunde wielconstructies (19 in figuren 10 en 15) en de framewerkbalken (1A) voorzien van geleidingsbalken (1D in figuren 10 en 15). Na afronden van de periodieke heen- en weergaande bagger-cycli worden de ankers uit de grond verwijderd en wordt het baggerwerktuig middels van sleden, wielen of rupsbanden geleide ondersteunings-constructies (4 in figuur 2) door toepassing van de horizontale stuwkrachten van thrusters (6) in figuur 2 over een standaard lengte in longitudinale richting verplaatst.

Door deze inventieve werkwijze wordt een nauwkeurig onderwaterwerk gerealiseerd onder zeer nauwe maattoleranties waarbij de mengseldichtheid van grond en water op gecontroleerde wijze een nagenoeg constante waarde kan worden opgelegd. De baggercyclus leent zich uitstekend om te worden gemechaniseerd en eveneens te worden geautomatiseerd.

Een ander inventief kenmerk van deze vinding heeft betrekking op het vermijden dat instabiele bodemtaluds, bij grondsoorten gekenmerkt door een relatief lage cohesie en geringe pakkingsdichtheid, zullen instorten, door de baggerunit aan de bovenzijde van het vakwerk aan weerszijden te voorzien van in dwarsrichting uitschuifbare ontgravingsmiddelen (35A tot en met 35D in figuur 6).

Een gunstige uitvoering van het baggerwerktuig wordt gerealiseerd door het practisch geheel opheffen van de relatief hoge aanzetkrachten die werken in de richting van de ontgravingsmiddelen met als kenmerk dat de horizontale grondreactie krachten op de ontgravingsmiddelen worden geminimaliseerd door een geschikte keuze van tegengesteld gerichte hoeksnelheden van naast elkaar gelegen boven- en onder snijdende ontgravingsmiddelen (zie figuren 26 en 27). Eén van de inventieve kenmerken van deze vinding heeft betrekking op de zuigbuizen van de sleepkop, die zijn gevrijwaard van de grondreactiekrachten doordat deze krachten via stijvere constructies aan weerszijden van de verende torsiegland direct worden doorgeleid naar een vakwerkconstructie (zie figuren 31,33 en 34).

Een gunstige uitvoering van de in het baggerwerktuig opgenomen framewerk en baggerunit heeft als kenmerk dat het drijfvermogen en de stabiliteit van het framewerk inclusief baggerunit toereikend zijn om als zelfvarend vaartuig te kunnen opereren. De voortstuwing van de baggerunit in combinatie met het framewerk wordt gerealiseerd door thrusters (6 in figuur 2). Hiermee wordt voorkomen dat investeringen in relatief dure transportschepen moet plaatsvinden.

Een verdere gunstige uitvoering van de in het baggerwerktuig opgenomen framewerk heeft als kenmerk dat het afzinken, opstijgen en drijven van de baggerunit inclusief framewerk op gecontroleerde wijze kan plaatsvinden door bepaalde compartimenten, opgenomen in de ankerpontons, dwarsbalken en de framewerkbalken, afwisselend te vullen met gas (bij opstijgen en drijven) (zie figuur 52 ) dan wel water (bij afzinken) (zie figuren 53A en 53B), waarbij de vertikale stuwkrachten van de thrusters (6) de stabiliteit extra kunnen ondersteunen. Door het aangrijppunt van de opwaartse kracht boven het zwaartepunt van de baggerunit en framewerk combinatie te creëren is de stabiliteit gewaarborgd.

Afhankelijk van de gas / water verhouding in de compartimenten alsmede de stuwkracht van de thrusters kan de daal- of stijgsnelheid worden ingesteld. Voor extra zekerheid en in geval van calamiteit of schade aan de baggerunit /framewerk combinatie bestaat de mogelijkheid om een drijvende portaalconstructie te gebruiken waarop lieren zijn geplaatst die zijn verbonden met het afzinkende of opstijgende baggerunit -framewerk combinatie (zie figuren 67, 70 en 71).

Hiermee wordt voorkomen dat investeringen in relatief dure transportschepen met daarop aangebracht relatief kapitaalintensieve hijsinstallaties, waaronder A-frame constructies, moeten worden toegepast.

Een verdere gunstige uitvoering van het baggerwerktuig heeft als kenmerk dat het framewerk een flexibele verende geometrie met kinematische vrijheidsgraden (x, y, z, φ, θ, ψ) vormt (zie figuren 19 en 37) die in staat is om te kunnen opereren in, in hoogte sterk variërende, bodemtaluds en in staat is om de stootbelasting tijdens de landing op te vangen. Hiertoe is het framewerk voorzien van aan de ankerpontons gekoppelde vertikaal verende en hydraulisch vertikaal verplaatsbare ondersteunings-constructies (zie figuur 39) alsmede verende bolscharnieren waarmee de ankerpontons met de dwarsbalken en framewerkbalken met elkaar zijn verbonden (zie figuren 19 en 37). Gezien de relatief grote afmetingen van het in grote waterdiepte opererende baggerwerktuig in vergelijking met de huidige opererende ROV’s vormt flexibiliteit een belangrijke voorwaarde voor het succesvol functioneren van het baggerwerktuig bij sterk variërende bodemtaluds.

Voor opvang van de stootbelasting tijdens landingsoperaties zijn de ondersteunings-constructies in de ankerpontons naast vertikale veerlementen (4C in figuur 39) tevens voorzien van dempers (4G in figuur 39).

Een verdere gunstige uitvoering van het baggerwerktuig, voorzien van een in de waterbodem gefixeerd framewerk, heeft als kenmerk dat de verplaatsing van de baggerunit om het geleidend framewerk tijdens het ontgravingsproces onder invloed van de grondreactiekrachten op de ontgravingsmiddelen, kan worden gecompenseerd door verende wielstellen (19 in figuren 10 tot en met 15) op te nemen in de baggerunit geleidingskokers (7A in figuren 10 en 11) die langs geleidingsprofielen van de framewerkbaiken rollen (zie figuren 10 en 11). In plaats van wielstellen kunnen voor de geleiding eveneens rolconstructies worden opgenomen (zie figuren 16, 17 en 18). Rotatie van de framebalken (1A) kan hierbij worden opgevangen door lagers in combinatie met torsieveren (zie figuren 14, 17 en 18). Eén van de inventieve kenmerken van deze vinding heeft betrekking op de ontkoppeling van de ontgravingswerkzaamheden en de opslag- en vertikale grondtransport processen door toepassing van een flexibele caroussel (zie figuren 73-78) waaromheen flexibele pijpleidingen zijn gewikkeld ter compensatie van het zich in horizontale richting verplaatsende baggerwerktuig ten opzichte van het hieraan gekoppelde stilstaande grondopslag-framewerk (zie ook figuur 66).

Een verdere gunstige uitvoering van de opslagcapaciteit van grond onder water passend bij een grootschalige productiecapaciteit van het baggerwerktuig heeft als kenmerk dat de grond wordt opgeslagen in opslagcontainers (33 in figuren 72 en 82), die zijn voorzien van gascompartimenten (33A in figuren 73 en 82) die zorgdragen voor het drijfvermogen om het vertikale grondtransport te realiseren dan wel het onderwatergewicht van de opslagcontainer compenseren. De containers worden opgeslagen op een rechthoekig framewerk (figuren 72 en 73), eveneens voorzien van ondersteuningsmechanismen en ankerpontons met schroef-of zuigankers zoals eerder omschreven, waarin een leidingnetwerk (zie figuren 80 en 81) inclusief caroussel (waaromheen flexibele leidingen zijn gewikkeld) zijn opgenomen teneinde het grond/watermengsel via de aan het uiteinde van het leidingstelsel opgenomen pompen naar de opslagcontainer te transporteren. Eén van de inventieve kenmerken van deze vinding heeft betrekking op de vulling van de grondopslag-containers onder water in het onderste compartiment (zie figuren 82 tot en met 85), waarbij gronddeeltjes bezinken volgens een vergelijkbaar bezink- en/of sedimentatieproces als het bezinken van gronddeeltjes in het beun van een hopperzuiger.

Een inventieve werkwijze voor het vertikaal transport van grond, ook voor grote waterdiepten, wordt gerealiseerd door de met grond gevulde containers omhoog te hijsen middels op een drijvend vaartuig gepositioneerde hijslierinstallaties (zie 31A in figuur 69). Ter compensatie van het onderwater gewicht van de grondopslag-container wordt het bovenste compartiment (33A in figuur 88) met gas gevuld.

Een andere inventieve werkwijze voor het vertikale grondtransport is door gebruikmaking van de opwaartse kracht van het in het bovenste compartiment (33A in figuren 82 tot en met 86) aanwezige gas dat vanuit een hoge druk gas-accumulator wordt toegevoerd en waarmee het water door gasexpansie wordt uitgedreven. Met beide inventieve werkwijzen worden inventieve oplossingen gecreërd voor de problemen zoals deze zich voordoen bij het vertikale mengsel transport onder de huidige pomp-leiding systemen op relatief grote waterdiepten.

Een inventieve werkwijze voor het geleiden en omhoog liften van de met grond gevulde grondopslag containers gedurende het afzinken en opstijgen wordt gerealiseerd door lierkabels aan de bovenzijde van de opslagcontainers te verbinden met op het drijvende portaal-vaartuig (zie figuur 69) gepositioneerde hijslierinstallaties. Hierbij ontstaat een stabiele verbinding tussen het op de waterbodem gefixeerde opslag-framewerk en het drijvende portaal-vaartuig (zie figuren 68 en 69).

Een verdere gunstige uitvoering van het grondopslag-framewerk met daarin opgenomen de grondopslag-containers heeft als kenmerk dat het afzinken en opstijgen van de opslagcontainers inclusief opslagframewerk op gecontroleerde wijze kan plaatsvinden door de bovenste compartimenten (33A) van de opslagcontainers te vullen met gas vanuit hoge druk voorziene gasaccumulatoren

Hierbij wordt het in het bovenste compartiment opgesloten water na gasexpansie tegen de omgevingsdruk in uitgedreven.

Door het aangrijppunt van de opwaartse kracht boven het zwaartepunt van het opslag-framewerk en opslagcontainers te ontwerpen is de stabiliteit gewaarborgd (zie figuur 79). Als extra zekerheid is de afzinkende of opstijgende containeropslag-framewerk combinatie tevens verbonden met de op de drijvende portaalconstructie gepositioneerde lieren (30A in figuren 67).

Kenmerkend voor de machine is een baggerunit (figuur 1) die kan worden opgenomen in een framewerk (figuur 19). De opbouw en werking van de baggerunit en het framewerk kunnen als volgt worden omschreven.

Baggerunit

De modulaire baggerunit (figuur 1) is voorzien van een in de figuur 4 weergegeven vertikaal verplaatsbare graafinstallatie. In de graafinstallatie zijn onder andere roterende- of translerende ontgravingsmiddelen opgenomen. Voorbeelden van om de y-as roterende ontgravingsmiddelen zijn onder andere graafwielen (16 in figuren 20 en 22) of drumcutters (17 in figuren 5 en 20). Voorbeelden van translerende ontgravingsmiddelen zijn onder andere sleepkoppen (18 in figuur 36) en ploegen (36 in figuur 30). In de figuren 1,3A en 4 is aangegeven dat de ontgravingsmiddelen middels bijvoorbeeld cirkelvormige buisconstructies (12A) zijn opgenomen in een constructie, waaronder een vakwerk constructie (9C).

Geïnitieerd door de in figuur 1 weergegeven hydraulische cilinders (9A) en de hiermee verbonden kolommen (9B) kan een vertikale verplaatsing van de vakwerkconstructie (9C) worden gerealiseerd (zie ook figuur 3A en 4). Hierbij zijn de kolommen (9B) aan de onderzijde verbonden met de vakwerkconstructie (9C)) en zijn de kolommen (9B) vertikaal verplaatsbaar in ronde kokervormige gaten (8D) in figuur 3B) in een constructie, waaronder bijvoorbeeld een in de figuren 1 en 3B opgenomen doosvormige constructie (8C). De hydraulische cilinders (9A) zijn hierbij gefixeerd in de doosconstructie (8C) (zie ook figuren 1 en 7B).

Voor de opvang van vertikale stootvormige belasting vanuit de ontgravings-middelen, waaronder bijvoorbeeld graafwielen (16) of drumcutters( 17), via het vakwerk (9C) en de kolommen (9B) werkend op hydraulische cilinders (9A) en voor beveiliging van de hydraulische cilinders (9A) zijn de zuigerstangen van de hydraulische cilinders (9A) paarsgewijs middels veer-constructies (9F) met veerstijfheid C1 via bovenplaten (9D) verbonden met de kolommen (9B) (zie ook figuur 3A).

Resumerend zal een vertikale naar beneden gerichte verplaatsing van de hydraulische zuigerstangen (9A) en de hiermee verbonden kolommen (9B) resulteren in een vertikale verplaatsing van de in de vakwerkconstructie (9C) opgenomen ontgravingsmiddelen. De totale maximale vertikale verplaatsing van de ontgravingsmiddelen is hierbij gelijk aan de slaglengte van de hydraulische cilinders (9A).

Indien stempels (1A) zijn opgenomen wordt de maximale vertikale aanzet van de ontgravingsmiddelen (16 of 17), opgelegd door de in figuur 1 omschreven hydraulische installaties (9A) van de baggerunit, bepaald door de vertikale positie van stempels (1A) ten opzichte van de onderzijde van de ontgravingsmiddelen (16 of 17) (zie ook figuur 22). De stempels limiteren en controleren de ontgravingsdiepte, waarvan de hoogte (Z-a) afhankelijk van bijvoorbeeld het type grondsoort vooraf kan worden ingesteld.

Opvang van dwarskrachten en buigende momenten, geïnitieerd door de grondreactie krachten op de ontgravingsmiddelen, vindt plaats door de krachten via de vakwerk constructie (9C) en de hieraan bevestigde vertikale kolommen (9B) door te leiden naar de doosconstructie (8C). Doordat de buigstijfheid van de kolommen (9B) veel groter is dan de buigstijfheid van de hydraulische cilinderstangen (9A) zullen de dwarskrachten en momenten, volgens het principe van twee parallel geschakelde veren, practisch geheel worden opgenomen door de kolommen(9B).

In figuur 26D is het krachten- en momenten beeld weergegeven dat vanuit de resulterende grondreactiekrachten Fr-g vanuit de ontgravingsmiddelen, waaronder drumcutters (17), via de kolommen (9B) op de doosconstructie (8C) wordt uitgeoefend. De in de doosconstructie (8C) opgenomen kolommen (9B) nemen hierbij middels de dwarskrachten (Fx__k) het buigend moment op onder het momentenevenwicht Σ Fx_k * H = Σ Fr_g * L. Hierbij stelt de eerste term de sommatie voor van de reactie-momenten van alle kolommen en de tweede term de sommatie van momenten ten gevolge van de grondreactiekrachten werkend op alle ontgravingsmiddelen.

Graaf- en Zuig installaties in Baggerunit

De graafinstallatie (zie figuren 3A en 4) is opgebouwd uit een naar keuze in te vullen aantal ontgravingsmiddelen die in meerdere rijen achter elkaar versprongen staan opgesteld. In figuur 5 is een mogelijke uitvoering van twee rijen achter elkaar versprongen ontgravingsmiddelen, in de vorm van bijvoorbeeld drumcutters (17), weergegeven. Op deze wijze vindt de ontgraving van de grond over de volledige breedte B tussen de kokerprofielen (7A) plaats. De graafinstallatie heeft een modulaire opzet waarbij verschillende typen ontgravingsmiddelen - waaronder graafwielen, drumcutters, sleepkoppen of ploegen - op relatief eenvoudige wijze onderling kunnen worden uitgewisseld om zodoende voor ontgraving van verschillende grondsoorten en grondwerkzaamheden te worden ingezet.

Uit de figuren 22 en 25 kan worden afgelezen dat voor uitwisseling van de graafinstallaties met bijbehorende ontgravingsmiddelen enkel de flenzen (11 F) aan top van de vier kolommen (11B) behoeven te worden gedemonteerd waardoor de graafinstallatie wordt losgekoppeld van de met de vakwerkconstructie (9C) verbonden ringvormige constructie (12A tot en met 12G).

Drumcutter

De configuratie van de drumcutter komt overeen met de configuratie van de huidige gangbare drumcutters, met dien verstande dat met het oog op onderlinge uitwisselbaarheid de aandrijving van de drumcutter aan weerszijden van de drumcutter is gepositioneerd (zie figuren 23, 24 en 25).

In principe kunnen alle denkbare drumcutter configuraties worden toegepast in het baggerwerktuig onder voorwaarde dat de drumcutter kan worden gemonteerd en worden aangesloten op de beschikbare aandrijfassen van de aandrijfmotor. Een mogelijke configuratie van de drumcutter is voorgesteld in figuur 20. Hierbij kunnen de tanden (17B) zijn gelegen op bijvoorbeeld helixvormige contouren op een bepaalde radius van de middellijn onder een bepaalde spoedhoek γ gewikkeld om de hol uitgevoerde drumcilinder (17A), die op de eindvlakken zijn verbonden met een cirkelvormige plaat (16B) dan wel om stijfheidsredenen is verbonden met een holle as (16C) (zie ook figuur 24).

Graafwiel

Een mogelijke configuratie van het graafwiel is voorgesteld in figuur 20. In het graafwiel zijn een aantal evenredig over de omtrek verdeelde snijbakken (16A) opgenomen die aan de binnenzijde zijn verbonden met een cirkelvormige plaat (16B) of holle as (16C) (zie ook figuur 24). De snijbakken (16A) die zowel aan de boven als onderzijde open zijn uitgevoerd kunnen aan de bovenzijde zijn voorzien van een snijrand voor het snijden van relatief zachtere grondsoorten of zijn voorzien van puntvormige tanden (16D), waaronder cuttertanden, voor het snijden van de relatief hardere grondsoorten (zie ook figuur 20).

In figuur 21 is een mogelijke uitvoering van de snijbak aangegeven, die is voorzien van een snijvlak. Het graafwiel wordt een horizontale transportsnelheid V [m/s] in longitudinale X-richting en een hoeksnelheid ω [rad/s] opgelegd, waardoor de snijvlakken een cycloïde baan zullen omschrijven.

Voor zowel het bovensnijdende- als het ondersnijdende baggerproces kunnen de radiale kracht Fr(i) en de tangentiële kracht Ft(i) vanuit de grond, waaronder zand of klei, werkend op een tand (i) of snijvlak (i) van snijbak (i) (zie figuur 21) worden afgeleid uit de snijkracht Fs(i) en de normaalkracht Fn(i) werkend op een tand (i) of snijvlak (i) van snijbak (i). De grootte van de snijkracht Fs(i) op tand (i) of snijrand (i) is recht evenredig met de snededikte h(i). Voor een snijbak (i) waarvan het snijvlak op een cirkel met straal R onder een hoek ψ(ί) met de horizontaal is gelegen is de snededikte h(i) = h-max * cos ψ(ί), waarbij achtereenvolgens de maximale snededikte h-max = ν/(ω * η), V de horizontale transportsnelheid in X-richting van het graafwiel (16), ω de hoeksnelheid van het graafwiel en n het aantal snijbakken van het graafwiel zijn. De tangentiële kracht Ft(i) werkend op de snijbak (i), al dan niet voorzien van tanden (i) of snijvlakken (i), is evenredig met snijkracht Fs(i). Bij scherpe tanden of snijvlakken is de maximale tangentiële kracht Ft(i) een orde groter is dan de maximale radiale kracht Fr(i).

Constructieve uitvoeringen drumcutter- en graafwiel aandrijvingen

Een mogelijk constructieve uitvoering van een graafwiel- of drumcutter aandrijving is weergegeven in de figuren 23 en 24. Bij voorkeur is de aandrijving opgebouwd uit een combinatie van hoogkoppel en laag toerental hydrauliekmotoren of electromotoren (15A), aangezien hierdoor geen koppelomvormer is benodigd voor levering van het gevraagde koppel aan het ontgravingsmiddel. De motoren (15A) zijn middels vaste of flexibele koppelingen (15D) verbonden met een as (15C) die is gelagerd middels gunstige uitgevoerde radiale kunststof- of roller lagers (15E) voor opvang van radiale krachten. De axiaalkrachten worden verwaarloosbaar klein verondersteld. Middels flenskoppelingen (15G) worden via bijvoorbeeld boutverbindingen de flenzen van de aandrijfassen (15C) verbonden met de in figuur 24 weergegeven cirkelvormige plaat (16B) van het roterende ontgravingsmiddel, waaronder een graafwiel (16) of drumcutter (17), die al dan niet zijn voorzien van een holle as (16C). Hierdoor bestaat de mogelijkheid om op eenvoudige en snelle wijze een defect roterend ontgravingsmiddel compleet te demonteren en te vervangen door een nieuw roterend ontgravingsmiddel dan wel om verschillende typen roterende ontgravingsmiddelen, waaronder graafwiel (16) of drumcutter (17), onderling te verwisselen. Voor een waterdichte afsluiting en ter voorkoming dat onder andere gronddeeltjes in de lagers doordringen kunnen passende afdichtingen (15F) worden opgenomen (zie ook figuur 24).

Twee mogelijke gunstige uitvoeringen van de graafinstallatie kunnen worden toegelicht met behulp van de figuren 23 en 25. In figuur 23 is de graafinstallatie inclusief zuigbuis-installatie in één doosconstructie (11A) opgenomen. In de figuur 25 zijn twee graafinstallaties inclusief twee zuigbuis-installaties in één doosconstructie (11A) opgenomen.

Uit een vergelijking van beide uitvoeringen kan worden geconcludeerd dat bij toepassing van één doosconstructie per ontgravingsconstructie de bewegingsvrijheid in vertikaie richting gunstiger is doordat iedere graafinstallatie afzonderlijk een vertikaie verplaatsing kan worden opgelegd.

Bij toepassing van twee graafinstallaties in één doosconstructie zal de belasting in de vorm van het buigend moment op de graafinstallatie ter plaatse van de vakwerkconstructie door de grondreactie-krachten op de ontgravingsmiddelen (16 of 17) kleiner en dus gunstiger uitvallen, hetgeen op pagina’s 29 tot en met 31 middels de figuren 26 en 27 nader zal worden uiteengezet.

In de figuren 23 en 25 zijn mogelijke inventieve uitvoeringen van de graafinstallatie weergegeven die in staat zijn om het graafproces uit te voeren en het grond/water mengsel te geleiden in een vertikaal verplaatsbare zuigbuisinstallatie.

Beide uitvoeringen van de graafinstallatie, weergegeven in de figuren 22, 23 en 25, zijn volgens eenzelfde inventieve werkwijze middels veerconstructies (11G) in staat om de vertikaie stootbelasting op het ontgravingsmiddel op te vangen en via de ringvormige buisconstructie (12A) uiteindelijk door te leiden naar de in figuur 4 weergegeven vakwerkconstructie (9C).

De vertikaie stootbelasting op het ontgravingsmiddel wordt hierbij geïnitieerd door achtereenvolgens de vertikaie grondreactiekrachten tijdens het ontgravingsproces, de vertikaie belasting door oneffenheden van het zeebodemtalud of, indien de graafinstallatie is opgenomen in een drijvend vaartuig, door de scheepsbewegingen geïnitieerde vertikaie verplaatsingen.

De totale veerstijfheid C2 van de veerconstructies (11G) ter plaatse van de ontgravings-middelen (zie figuur 23) is hierbij een orde kleiner dan de veerstijfheid C1 van de veerconstructies (9F) in de hydraulische cilinderstangen (9A) (zie figuur 3A) waardoor de vertikaie stootbelasting voornamelijk wordt opgevangen door de veerconstructies (11G) met de kleinste veerstijfheid C2 ter plaatse van de ontgravingsmiddelen. Deze conclusie is gebaseerd op het principe van twee in serie geschakelde veren met veerstijfheden C1 en C2 met als resulterende stijfheid

Voorbeelden van dergelijke inventieve constructies bij toepassing van één of meerdere graaf installaties per doosconstructie (11A) kunnen aan de hand van de achtereenvolgende figuren 22, 23, 24 en 25 als volgt worden omschreven.

De krachten werkend op de ontgravingsmiddelen, waaronder bijvoorbeeld graafwiel (16) of drumcutter (17), worden middels de in de figuren 24 en 25 weergegeven aandrijfas (15C) via lagers (15E) en het lagerhuis (15B) bijvoorbeeld middels vertikale platen (14A) worden doorgeleid naar de doosconstructie (11A). De krachten op de motoren (15A) worden hierbij eveneens bijvoorbeeld via vertikale platen (14A) doorgeleid naar de doosconstructie (11A). In de figuren 22, 23 en 25 is weergegeven hoe de belasting, waaronder de vertikale stootbelasting, op de ontgravingsmiddelen bijvoorbeeld middels één of meerdere in de doosconstructie (11A) gefixeerde kolommen (11B) en hieromheen aangebrachte - met flenzen aan de onderzijde (11E) en flenzen aan de bovenzijde (11 F) vast verbonden - veren (11G) wordt doorgegeven aan een met de vakwerkconstructie (9C) verbonden constructie, waaronder bijvoorbeeld een ringvormige buisconstructie (12A) (zie ook figuur 4). In figuur 25 is af te lezen dat de tussen beide veren (11G) opgesloten constructie, waaronder de ringvormige buisconstructie (12), hierbij middels omhullende vertikale buiselementen (12B) in vertikale richting heen en weer kan schuiven over de kolommen (11B). Uit stijfheidsoverwegingen kunnen de vertikale buiselementen (12B) onderling worden verbonden bijvoorbeeld middels een interne ringvormige buis (12C). Voor opsluiting van de veren (11G) kunnen de buiselementen (12B) zowel aan de onder- en bovenzijde worden voorzien van flenzen (12E) (zie ook figuur 22). De krachtdoorleiding vanuit de vertikale buiselementen (12B) naar de buitenste ringvormige buisconstructie (12A) vindt bijvoorbeeld plaats middels de hiermee verbonden spaken (12D).

Krachten en momenten op drumcutter- en graafwielinstallaties en andere constructies

Een gunstige uitvoeringsvorm van het totaal aan graafwielinstallaties opgenomen in de vakwerkconstructie (zie figuur 4) is gericht op de veronderstelling dat de resulterende bovensnijdende tangentiële kracht en de resulterende ondersnijdende tangentiële kracht werkend op alle in ingrijping zijnde snijbakken van in dwarsrichting opeenvolgende graafwielen door hun tegengesteld gerichte werklijnen elkaar practisch opheffen (zie ook figuur 26A, 26B en 26C). Hierbij is verondersteld dat voor snijvlak (i) van snijbak (i) bij relatief scherpe snijvlakken of tanden de tangentiële kracht Ft(i) een orde groter is dan de radiale kracht Fr(i) en dat de slijtagetoestand voor beide opeenvolgende graafwielen gelijk is. Kenmerkend voor de graafinstallaties van figuur 4 is dat er slechts één graaf installatie per doosconstructie is opgenomen.

Uitgaande van een bepaalde positie ψ(ϊ) van het snijvlak (i) met de horizontale as wordt vanuit de grond een tangentiële kracht Ft(i) en radiale kracht Fr(i) op een in ingrijping zijnde snijbak (i) uitgeoefend voor ondersnijdende -en bovensnijdende processen (zie figuur 26A, 26B en 26C). Doordat bij ondersnijdende en bovensnijdende processen de hoeksnelheden ω van gelijke grootte zijn en in tegengestelde richtingen draaien zullen bij een bepaalde verhaalsnelheid V de tangentiële krachten voor ondersnijdende- en bovensnijdende processen bij gelijkvormige identieke graafwielen 1 en 2 onder eenzelfde slijtagetoestand en bij een identieke stand ψ(ί) van de snijbakken (i) t.o.v. de horizontaal de tangentiële krachten Ft(i) en Ft(i) qua ordegrootte gelijk zijn aan Ft(i) en tegengesteld gericht te werken (zie ook figuur 26A en 26B). De radiale krachten Fr(i) die worden uitgeoefend op de opeenvolgende ondersnijdende- en bovensnijdende snijbakken (i) worden verondersteld qua ordegrootte aan elkaar gelijk te zijn en gelijk gericht te werken. Resulterend wordt er dus door de grond per snijbak (i) voor de graafwielen 1 en 2 een radiaalkracht ter grootte van circa 2xFr(i) uitgeoefend op de vakwerkconstructie. Een dergelijke beredenering geldt ook voor de overige in ingrijping zijnde snijbakken.

Onder verwaarlozing van de relatief kleine radiaalkracht Fr(i) zal er onder invloed van de tangentiële grondreactiekracht Ft(i) op de snijbak (i) een relatief groot moment Myt(i) = Ft(i) * Zgv * sin Ψ(ΐ) worden uitgeoefend op de in de vakwerk-constructie (9C) opgenomen buisvormige ringconstructie (12A) (zie ook figuur 26A). Hierbij is Zgv de afstand tussen het middelpunt van het graafwiel (16) en de centerlijn van de holle buisvormige ringconstructie (12A). De resulterende radiale- en tangentiële krachten resp. Fr en Ft en het overwegende relevante buigende moment Myt kunnen worden samengesteld door sommatie van de radiale- en tangentiële krachten Fr(i) en Ft(i) en Myt(i) van alle in ingrijping zijnde snijbakken (i).

Een gunstige uitvoeringsvorm van de graafwielinstallatie waarin wordt voorkomen dat het relatief grote buigende moment Myt per baggerwiel (16) wordt uitgeoefend op de vakwerkwerkconstructie (9C) is weergegeven in figuur 27. In deze uitvoering is een cluster van vier graafwielinstallaties opgenomen waarvan paarsgewijs twee combinaties van opeenvolgende graafwielinstallaties respectievelijk (1 en 2) en (3 en 4) worden gekoppeld aan gezamenlijke doosconstructies 11A-1 en 11A-2. De graafwielinstallaties 1 en 2 zijn achtereenvolgens bovensnijdend en ondersnijdend uitgevoerd met tegengesteld gerichte hoeksnelheden ω van gelijke grootte. De graafwielinstallaties 3 en 4 zijn achtereenvolgens ondersnijdend en bovensnijdend uitgevoerd met tegengesteld gerichte hoeksnelheden ω eveneens van gelijke grootte. Behoudens de boven- en ondersnijdende vorm van de snijbakken zijn de verdere geometrie en posities van de snijbakken (hoek ψ(ί)) van graafwielen 1, 2, 3 en 4) identiek uitgevoerd. De verhaalsnelheid V werkt voor de gehele vakwerkconstructie en dus voor alle graafinstallaties in dezelfde longitudinale x-richting. De resulterende tangentiële (grondreactie) krachten respectievelijk Ft1 en Ft4 worden verondersteld practisch gelijk te zijn van grootte en richting. Evenzo worden de tangentiële krachten Ft2 en Ft3 verondersteld practisch gelijk te zijn van grootte en richting. Alle resulterende radiale (grondreactie) krachten respectievelijk Fr1, Fr2, Fr3 en Fr4 worden verondersteld practisch gelijk te zijn van grootte en richting.

De resulterende krachten en momenten die via de buisvormige ringconstructies (12A-1) en (12A-2) op de vakwerkconstructie (9C) worden uitgeoefend zijn:

Het in het XZ-vlak werkende moment Mxz = Ft1 * YO = Ft2 * YO, waarbij YO de afstand in Y-richting vanaf de centerlijnen van de respectievelijke graafwielen 1 n 2 (of tussen graafwielen 3 en 4) voorstellen en

De in radiale richting werkende resulterende kracht Fr = 2 * Fr1 = 2 * Fr2.

De resulterende krachten en momenten die via de buisvormige ringconstructies (12A-2) en (12A-3) op de vakwerkconstructie (9C) worden uitgeoefend zijn identiek qua grootte en richting behoudens het in het XZ-vlak werkende moment Mxz dat in tegengestelde richting werkt.

Het resulterende buigende moment dat via de graafwielen door de resulterende grondreactie krachten Ft1 = Ft2 = Ft3 = Ft4 op de bijbehorende doosconstructies wordt uitgeoefend is gereduceerd tot een waarde van My = Ft1 * Z-gd * sin α = Ft4 *Z-gd * sin α en de tegengesteld gerichte buigende momenten - My = Ft2 * Z-gd * sin α = Ft3 * Z-gd * sin α (zie ook figuur 27).

De afstand Z-gd is hierbij gelijk aan de vertikale afstand tussen de hartlijn van de graafwielen (1,2,3,4) en de hartlijn van de doosconstructies (11A1 en 11A-2). Hoek α is hierbij gelijk aan de hoek tussen de tangentiële grondreactiekracht Ft_1 en de vertikaal.

Het resulterende buigend moment op de vakwerkconstructie ten gevolge van de tangentiële grondreactie krachten (Ft1, Ft2, Ft3 en Ft4) is hiermee verwaarloosbaar klein.

Het nadeel van deze uitvoering is dat er een restrictie wordt opgelegd aan de vertikale verplaatsingen van de achtereenvolgende graafwielen 1, 2 ,3 en 4. De graafwiel-combinaties (1 en 2) en (3 en 4) zullen immers dezelfde vertikale verplaatsingen worden opgelegd.

Een gunstige uitvoering waarmee een stijve ontgravingsconstructie kan worden gerealiseerd is weergegeven in figuur 25. Hierbij zijn de lagerhuizen (15B) aan de buitenzijde bijvoorbeeld opgenomen in een vakwerkconstructie, bestaande uit de achtereenvolgende balkelementen (14B), (14C) en (14D), die is gekoppeld aan de doosconstructie (11A).

Bodemtalud-compensator

Voor realisering van een continue ontgravings- en aanzuigproces bij de ontgraving van in hoogte sterk variërende bodemtaluds is het noodzakelijk dat de graafwielinstallatie zo goed mogelijk langs het het bodemtalud wordt geleid. Middels de in de figuren 28 en 29 voorgestelde configuratie kan deze continuïteit van het baggerproces worden gerealiseerd. Middels een bolvormig scherm (37A) dat draaibaar is opgesteld om de lagers (37B) zal de vertikaal ontbondene van de grondreactiekracht Fg de graafwielinstallatie omhoog lichten. Het draaibaar scherm (37A) is hierbij aan de bovenzijde middels veren (37C) afgesteund tegen de doosconstructie (11A). De aan weerszijden van de lagers (37B) opgenomen bolvormige schermen (37A) vormen een star geheel, waardoor de veren (37C) aan de voorzijde worden ingedrukt en aan de achterzijde worden uitgerekt of omgekeerd worden uitgerekt en ingedrukt. Hierdoor wordt de veerstijfheid bij lineaire identieke veren verdubbeld in grootte. Door de veren kan een stootbelasting worden opgevangen die kan ontstaan bij in hoogte vaderende bodemtaluds. De buitenste lagerschalen (37B), die zijn verbonden met de bolvormige schermen (37A) zijn draaibaar om bijvoorbeeld kunststof ringen (37D) om het motorhuis (15A). Teneinde de lagerschalen (37B) ook ter plaatse van de plaatelementen (14A) te roteren zijn uitsparingen aan de bovenzijde van de lagerschalen (37B) opgenomen.

Zuiginstallaties geïntegreerd in drumcutter- en graafwiel installaties

Een mogelijke gunstige uitvoering van de zuiginstallatie voor de graafwiel- of drumcutter ontgravingsmiddelen kan worden toegelicht met behulp van de figuren 7A 8, 9, 22.en 23. Het gedeelte van de zuigbuis dat is geïntegreerd met het ontgravingsmiddel is opgebouwd uit zuigbuiscomponenten (10B-10C-10D), waarvan component (10C) direct is bevestigd aan de doosconstructie (11A) dan wel indirect bijvoorbeeld via buisvormige spaken (11D) en de holle buisvormige ring (11C) zijn verbonden met aan de doosconstructie (11A) gefixeerde kolommen (11B) (zie ook figuren 22 en 23). Ter bevordering van de grond/water stroming en voor beperking van de stromingsverliezen kan een vizier (13A) worden opgenomen in het huis(1 OB) (zie ook figuren 22, 23 of 25). Het vizier (13A) kan bijvoorbeeld middels twee hydraulische cilinders (13E) voorzien van een terugdrukveren (13F) over de gewenste hoek worden gedraaid om de aandrijfas (15C) (zie ook figuren 22, 23 en 24). Voor de draaiing van het vizier en de hiermee verbonden naaf (13B) om de vaststaande ring (131), die via platen (14A) is verbonden is met de doosconstructie (11C) zijn twee, aan weerzijden van het graafwiel gepositioneerde, lagers (13J) opgenomen. Indien het graafwiel in tegenover gestelde X-richting met transportsnelheid V wordt gesleept zal het vizier in tegenover gestelde richting worden gedraaid (zie ook figuren 23 en 24).

In de figuren 8, 22, 23 en 25 is weergegeven dat de zuigbuiscomponenten (10B-10C-10D) een vertikale glijdende beweging kunnen uitvoeren in de omhullende zuigbuis (10E). De omhullende zuigbuis (10E) is middels bijvoorbeeld buisvormige spaken (12G) verbonden met meerdere omhullende vertikale buizen (12B) (zie figuren 22, 23 en 25). De omhullende vertikale buis (12B) is middels een holle buisvormige ring (12C) en spaken (12D) verbonden met de holle buisvormige buitenring (12A) die is verbonden met de vakwerkconstructie (9C) (zie figuur 4). Een gunstige uitvoering om de wrijving tussen de binnenzuigbuis (10D) en de omringende zuigbuis (10E) te verminderen en schranken te voorkomen is bijvoorbeeld meerder kunststof geleidingsringen te monteren aan de binnenzijde van de omringende zuigbuis (10E). In figuur 8 is weergegeven dat de zuigbuizen (10E) van verschillende ontgravingsmiddelen aansluiten op een gezamenlijke zuigleiding (1 OF), die vertikaal verplaatsbaar is in een omhullende zuigbuis (10G), die is gefixeerd in de doosconstructie (8C) (zie figuren 1 en 7B). De zuigbuizen (10G) monden uit in een verzamelbuis (10H), van waaruit meerdere varianten van mengsel transport naar een pomp (vergelijk 10R in figuur 8) of meerdere pompen en persleidingen mogelijk zijn.

Een andere gunstige uitvoering om de relatieve verplaatsing van de overkoepelende zuigbuizen (1 OF) te ondervangen is weergegeven in figuur 9 en wordt gerealiseerd door een flexibele zuigleiding (10X) op te nemen tussen de zuigbuizen (1 OF) en (10G).

In figuur 7A is de relatieve verplaatsing van de met de vakwerkconstructie (9C) verbonden zuigleidingen (10B tot en met 10F in figuur 8) ten opzichte van de met de doosconstructie (8C in figuren 1 en 7B) verbonden zuigleidingen (10G en 10H) plaatsvindt.

Een mogelijke gunstige methode voor geleiding van de binnenzuigbuis (10D) en limitering van de vertikale verplaatsing van de binnenzuigbuis (10D) in de omhullende zuigbuis (10E) is gebaseerd op de opname een viertal pennen (11H) aan de binnenzuigbuis (1OD) die vertikaal kunnen glijden in een viertal sleuven (12F), die zijn verbonden met de omhullende zuigbuis(IOE) (zie ook figuren 22, 23 en 25).

Een voordeel van een dergelijke constructie is dat het leidingwerk zoals weergegeven in de figuren 7 en 8 is gevrijwaard van de door de grond op het ontgravingsmiddel uitgeoefende belasting (zie ook figuren 26 en 27), doordat de belasting via de relatief, qua buiging en treksterkte, stijvere doosconstructie (11A) en de hierin gefixeerde vertikale kolommen (11B) en veerelementen (11G) wordt doorgevoerd naar de cirkelvormige buizen (12A) die zijn opgenomen in de vakwerkconstructie (9C).

Ploeg

Een mogelijke gunstige constructieve uitvoering van een ploeginstallatie is weergegeven in figuur 30. De ploegen (36A) zijn, bijvoorbeeld middels vertikale platen (36B) en een midden-profiel (36C), verbonden met een bijvoorbeeld uit platen opgebouwde stijve doosconstructie (11A). In overeenstemming met de baggerunit (zie figuur 1) worden in de ploegen-installatie identieke constructieve uitvoeringen en werkwijzen toegepast. Dit impliceert onder andere dat achtereenvolgens de vertikale verplaatsing van de ploegen, de vertikale aandrukkracht op de ploegen, de opvang van stootvormige belasting op de ploegen en de horizontale verplaatsing van de ploegen plaatsvindt volgens identieke constructieve uitvoeringen en werkwijzen als uiteengezet in de baggerunit van figuur 1. Als extra voorziening in de ploeginstallatie is bijvoorbeeld een vertikale buis (10D) opgenomen, die voor de geleiding van de vertikale verplaatsing van de ploeg (36A) in de omhullende buis (10E) zorgdraagt.

Sleepkop-constructie

In principe kan iedere sleepkop-configuratie worden ingebouwd in dit baggerwerktuig.

In de figuren 31,32, 33, 34 en 35 is een mogelijk gunstige configuratie van de sleepkop weergegeven. Een groot voordeel van een dergelijke in figuren 31 tot en met 35 weergegeven sleepkop uitvoering ten opzichte van de gangbare sleepkop uitvoeringen is dat het volledige zuigbuis-leidingsysteem - bestaande uit achtereenvolgens de sleepkop (18A en 18B), de holle buis in de torsiegland (18R) en de convergerende zuigbuis (10D) verbonden met de zuigbuisleidingen (10D) - wordt ontzien van belastingen opgelegd vanuit de grond op de sleepkop.

In analogie met gangbare sleepkop uitvoeringen is de voorzijde van de sleepkop (18A) en bodemplaat (18C) aan de onderzijde voorzien van een opening (zie ook figuur 34) waardoor het grond/water-mengsel wordt aangezogen.

Eveneens in analogie met gangbare sleepkop uitvoeringen is de sleepkop aan de voorzijde voorzien van veren (18F), waardoor de sleepkop continue met een bepaalde aandrukkracht op het in hoogte variërende bodemtalud wordt gedrukt. Hierdoor is de voorzijde van de sleepkop beter in staat om het bodemtalud te volgen.

In figuur 34 is weergegeven dat de veren (18F) bijvoorbeeld ingeklemd zijn tussen de flenzen (181 en 18J). De flenzen (18J) zijn hierbij aan de onderzijde verbonden met scharnieren (18G) en aan de bovenzijde met assen (18K) die in axiale richting kunnen schuiven in holle buizen (18H), die draaibaar zijn om scharnieren (180). De flenzen (181) zijn verbonden met de onderzijde van de holle buizen (18H).

De scharnieren (180) kunnen om de Y-richting draaien om een holle buis (18L), die is verbonden met een vakwerkconstructie (18M). De vakwerkconstructie wordt enerzijds afgesteund op een bodemplaat (18D) en is anderzijds, bijvoorbeeld middels de afzonderlijke staven (18M), verbonden met de in de figuren 31 en 34 weergegeven ringvormige schijf (18N) van de torsiegland.

In analogie met de gangbare sleepkop uitvoeringen is de voorzijde (18A en 18C) van de sleepkop, ook wel vizier genoemd, in horizontale Y-richting draaibaar opgesteld om het omhullende zuigmondstuk (18B en 18D) middels de opname van lagers (18E) in het omhullende zuigmondstuk (18B).

In een andere gunstige uitvoering (zie figuur 32) kan op de sleepkop een continue aandrukkracht op het bodemtalud worden uitgevoerd door toepassing van hydraulische cilinders (18Z1), waarbij het draaibare vizier (18A) om de draaipunten (18E) afhankelijk van de grondsoort een gunstige positie kan worden opgelegd. Eventueel kunnen voor een efficiënte en effectieve ontgraving in de sleepkop ontgravingstanden (18Z2) en/of een jetwaterinstallatie worden opgenomen.

De krachten (Fg-x, Fg-y, Fg-z) en het torsiemoment (Mg-x), die vanuit de grond op de sleepkop worden uitgeoefend, worden via de vakwerkconstructie (18M) op de torsiegland doorgegeven. De torsiegland (zie figuren 33 en 35) heeft als belangrijkste functies de doorleiding van de hierop uitgeoefende krachten via de in figuur 31 weergegeven staven (18X) naar de holle ringvormige constructie (11C) en de opvang van het torsiemoment (Mg-x) en de hierdoor ontstane hoekverdraaiing om de X-as van de sleepkop. De krachten kunnen via de ringvormige constructie (11C) en de kolommen (11B) via de veren (11G) naar de ringvormige constructie (12A) worden geleid, die is verbonden met de overkoepelende vakwerkconstructie (9C).

In de figuren 33, 34 en 35 is aangegeven dat de torsiegland is opgedeeld in twee gedeelten. Het voorste gedeelte is, bijvoorbeeld middels de staven (18M), van de vakwerkconstructie verbonden met de sleepkop.

Het achterste gedeelte is verbonden met de ringvormige constructie (11C), middels bijvoorbeeld de staven (18X). Beide gedeelten kunnen onafhankelijk van elkaar draaien om de X-as. Teneinde deze draaiing te realiseren (zie ook figuur 33-Detail 1) zijn aan weerszijden van de ringvormige plaat (18T) bijvoorbeeld kunststofplaten (18U en 18W) opgenomen, die als axiale glijlagers opereren. Kunststofplaat (18U) is hierbij bijvoorbeeld verbonden met de ringvormige plaat (18T), die verbonden is met de cilinder (18S) van het voorste torsiegland gedeelte. Kunststofplaat (18W) is hierbij bijvoorbeeld verbonden met de achterste ringvormige plaat (18V), behorende tot het achterste torsiegland-gedeelte.

De opvang van het torsiemoment (Mg-x) vindt plaats door in omtreksrichting tangentiële veren (18Q) op te nemen (zie ook figuur 34). De veren (18Q) zijn gefixeerd aan de - in het voorste torsiegland gedeelte opgenomen - balken (18P) en zijn onder een bepaalde voorspanning opgesloten in de uitsparingen van de in het achterste torsiegland-gedeelte opgenomen cilinder (18Y) (zie figuren 33, 34 en 35). De balken (18P) zijn hierbij verbonden met de eveneens in het voorste torsiegland gedeelte opgenomen cilindervormige plaat (18N) en cilinder (18S) (zie ook figuren 33, 34 en 35). Als zodanig kunnen het voorste gedeelte van de torsiegland, middels de balken (18P) en hiermee verbonden veren (18Q), en het achterste gedeelte van de torsiegland, middels de cilinder voorzien van uitsparingen (18Y), in axiale richting in elkaar worden geschoven.

Voor opvang van de radiale belasting tussen de balken (18P) en de van uitsparingen voorziene cilinder (18S) kunnen de balken (18P) aan de onderzijde eventueel zijn voorzien van een kunststof beschermingslaag.

In overeenstemming met de baggerunit (zie figuur 1) worden in de sleepkop- installatie identieke constructieve uitvoeringen en werkwijzen toegepast. Dit impliceert onder andere dat achtereenvolgens de vertikale verplaatsing van de sleepkoppen, de vertikale aandrukkracht op de sleepkoppen middels hydraulische cilinders (9A) en de opvang van stootvormige belasting op de sleepkoppen volgens identieke constructieve uitvoeringen en werkwijzen zijn uitgevoerd als uiteengezet in de baggerunit van figuur 1.

Zuiginstallaties geïntegreerd in sleepkop constructie

Een mogelijke gunstige uitvoering van de zuiginstallatie aansluitend op de in de figuur 33 of 34 weergegeven sleepkop-zuigleidingen (18A-18B-18R-10D) is identiek aan de zuiginstallatie zoals weergegeven in figuur 8, vanaf het zuigleiding gedeelte (10D tot en met 10H). De werkwijze voor de vertikale verplaatsingen van de met de sleepkoppen verbonden zuigleidingen is identiek aan hetgeen voor het zuigleidingnetwerk van de graafwiei of drumcutter installaties is omschreven.

Vertikale en horizontale verplaatsing sleepkop- en zuiginstallatie

In analogie met de Bagger Unit uit figuur 1 is in figuur 36 de Baggerunit (exclusief verplaatsings-constructie (7) weergegeven met daarin opgenomen de constructieve uitvoeringen van de sleepkoppen (zie ook figuren 31 en 32). Bij een heen- en weergaande horizontale verplaatsing van de Baggerunit zijn twee vakwerken (9C) opgenomen waarin de sleepkoppen gegroepeerd naar sleeprichting naast elkaar zijn gepositioneerd (zie ook figuur 36). De werkwijze is hierbij zodanig dat afhankelijk van de sleeprichting met snelheid V de operationele (mengsel zuigende) sleepkoppen een vertikale aanzet naar beneden wordt opgelegd en de niet operationele sleepkoppen naar de bovenste vertikale stand staan gepositioneerd. Na omkering van de sleeprichting zullen de vertikale posities van de sleepkoppen zich in omgekeerde vertikale richting wijzigen. Zoals ook in het voorgaande bij de graafwiei- en drumcutter installaties aangegeven worden de vertikale verplaatsingen van de in de vakwerken (9G) opgenomen sleepkop-constructies gerealiseerd door de verplaatsing van de met de vakwerken verbonden kolommen (9B) die zijn verbonden met de aan weerszijden gepositioneerde hydraulische cilinders (9A).

Horizontale verplaatsing Baggerunit

Ondersteuning-Verplaatsingsconstructies Baggerunit

De graaf- en zuiginstallaties van de baggerunit, die zijn opgenomen in de vakwerkconstructie (9C) en middels kolommen (9B) en hydraulische cilinders (9A) zijn gefixeerd in de doosconstructie (8C), kunnen via de, met de ondersteunings-constructie (8A) verbonden, kokervormige verplaatsingsconstructie (7 of 7A..7D) een horizontale verplaatsing in x-richting worden opgelegd (zie figuur 1).

In de figuur 1 kan worden afgelezen dat de doosconstructie (8C) is gepositioneerd op een ondersteuningsconstructie (8A) die is verbonden met een kokervormige horizontale verplaatsingsconstructie (7 / 7A..7D).

Een gunstige constructieve uitvoering van de verplaatsingsconstructie bestaat uit een kokerconstructie (7A), die uit oogpunt van sterkte en stijfheid, bijvoorbeeld zijn opgebouwd uit stijve plaatvormige kokers van driehoekige (zie figuur 1) dan wel uit cirkelvormige doorsneden (zie figuur 37). Een mogelijke verbinding tussen de kokers (7A) kan worden gerealiseerd door balkconstructies (7E), die aan de bovenzijde eventueel zijn voorzien van horizontale plateaus (7B, 7D) (zie figuur 1). De balkconstructies (7E) kunnen hierbij direct dan wel indirect, via omhullende plaatconstructies (7C), met de kokers (7A) worden verbonden (zie ook figuur 1).

De ondersteuningsconstructie (8A) ondersteunt de doosconstructie (8C). Voor de vertikale verplaatsing van de doosconstructie (8C) zijn op beide kokerconstructies (7A) van de verplaatsingsconstructie (7) direct of indirect op plateaus (7B), een aantal hydraulische cilinders (8B) gefixeerd die aan de bovenzijde van de zuigerstangen zijn verbonden met de doosconstructie (8C). De vertikale verplaatsing van de doosconstructie (8C) tezamen met de hieraan gekoppelde graafinstallatie heeft als voordeel dat er onderhoud en reparatie aan de ontgravings-middelen, waaronder bijvoorbeeld drumcutters (17) of graafwielen (16), kan worden uitgevoerd.

Als gunstig alternatief voor plaatsing van constructie-elementen op de verplaatsings-constructie (7) kunnen horizontale plateaus (7B, 7D) worden aangebracht op achtereenvolgens de balkconstructies (7E) en de kokerconstructies (7A) (zie ook figuur 1).

Verplaatsings constructie middels wielstellen

Een mogelijke gunstige uitvoering voor geleiding van de in figuur 1 weergegeven verplaatsingsconstructie (7A..7E) in horizontale X-richting is in figuur 10 en 11 weergegeven. De kokerbalken of kokerprofielen (7A) zijn hiertoe aan de binnenzijde voorzien van in radiale en tangentiële richting verend ondersteunde wielstellen (19). Een verplaatsing van de kokerbalken (7A) impliceert eveneens een verplaatsing van de graaf- en zuiginstallaties. De graaf- en zuiginstallaties zijn middels de vakwerkconstructie (9C) en hierop aangesloten kolommen (9B) via de in de doosconstructie gefixeerde hydraulische cilinders (9A) gekoppeld aan de verplaatsingsconstructie (7A..E).

In de figuren 10,11,12,13,14 en 15 is een mogelijke gunstige uitvoering van verend opgestelde wielstellen (19) weergegeven, die krachten in zowel radiale- als tangentiële richtingen kunnen opvangen. Hierdoor zijn de wielstellen (19) in staat om krachten Fy in dwarsrichting en Fz in vertikale richting werkend op de in figuur 1 weergegeven ontgravingsmiddelen via de driehoekvormige kokerprofielen (7A) op te vangen.

Hiertoe zijn aan de binnenzijde van de kokerprofielen (7A) van de verplaatsings-constructie (7) wielstellen (19) opgenomen, die evenredig verdeeld in omtreksrichting en op evenredige afstanden in lengterichting zijn gepositioneerd (zie figuren 10 en 15). Met als voorbeeld een driehoekvormig kokerprofiel (7A) kunnen als voorbeeld de afstanden tussen de hartlijnen van de wielstellen in omtreksrichting zodanig worden verdeeld dat de hartlijnen van de wielstellen overeenkomen met de zwaartelijnen van een gelijkzijdige driehoek (zie figuur 10). In figuur 10 is aangegeven dat de wielen (19N) (zie ook figuur 13) van de wielstellen (19) in longitudinale x-richting worden geleid over geleidingsbalken of - rails (1D), voorzien van bijvoorbeeld een rechthoekige doorsnede, die zijn bevestigd op de longitudinale balkelementen (1A). Eventueel kunnen de wielen (19N) in omtreksrichting aan de buitenzijde op de contactvlakken met de geleidingsbalken (1D) worden voorzien van kunststof voor realisering van betere roleigenschappen. Teneinde voldoende stijfheid te creëren ter plaatse van de geleidingsbalken (1D) kunnen ter ondersteuning van de geleidingsbalken (1D) platen (1 F) in radiale richting worden aangebracht en worden bevestigd tussen de omhullende platen (1A) en de horizontale buizen (1C). Mogelijk dat in plaats van radiale platen relatief kleine buizen (1G) kunnen worden toegepast die ter ondersteuning van de geleidingsbalken dienen en worden gefixeerd tussen de relatief grotere buizen (1C) en de omhullende platen (1A).

Een gunstige uitvoeringsvorm van de constructie van de wielstellen (zie figuur 13) is gebaseerd op het feit dat het in longitudinale x-richting verplaatsbare wiel (19N) met inbegrip van veer-constructies (19L) in het lokale wielstel-assenstelsel in vertikale z'-richting verplaatsbaar is.

De veerconstructies (19L) zijn hierbij opgesloten tussen met de aslagers (19K) verbonden horizontale platen (19J) en horizontale platen (191), die beiden zijn verbonden met de vertikale platen (190). De vertikale platen (190) zijn verbonden met de in figuur 12 weergegeven stilstaande assen (19B) van de in dwarsrichting of lokale y’-richting verplaatsbare wielen (19A).

Een verdere gunstige uitvoeringsvorm van de constructie van de wielstellen (zie figuur 12) is zodanig dat de verplaatsbare wielen (19A) in combinatie met veerconstructies (19M) in het lokale wielstel-assenstelsel in dwarsrichting of y’-richting verplaatsbaar zijn. De assen (19B) van de wielen (19A) zijn hierbij middels de horizontale plaat (19F) met elkaar verbonden.

De wielen (19A) die draaien om de lagers (19C) worden in dwarsrichting of y’-richting geleid over rails of balken (19D) van bijvoorbeeld rechthoekige doorsnede die zijn bevestigd aan de binnenzijde van het in figuur 10 weergegeven kokerprofiel (7A). De veerconstructies (19M) zijn ingeklemd tussen met de rails verbonden rechtopstaande platen (19E) en met de cilinders (19G) verbonden flenzen (19G). De cilinders (19G) zijn hierbij verbonden met de assen (19B).

Teneinde de wielstellen (19) in staat te stellen om een hoekverdraaiing van de framebalk (1A) om de z-as te kunnen weerstaan is in figuur 14 het wiel (19N) draaibaar in z-richting om een hoek ψ opgesteld. Naast de reeds bestaande vrijheidsgraden in de lokale y- en z-richtingen is als extra vrijheidsgraad voor het wiel (19N) aldus een rotatie ψ opgenomen. Hiertoe is het wiel (19N) opgesloten in de omhullende constructie, bestaande uit de platen (190 en 19P),die middels het lager (19Q) draaibaar is om de stilstaande as (19R) (zie figuur 14). De as (19R) is opgenomen in de plaat (19F) en de hieromheen gepositioneerde helixvormige veer (19S) met een bepaalde rotatiestijfheid, die enerzijds is gefixeerd aan de ronddraaiende bodemplaat (10P) en anderzijds is gefixeerd aan de plaat (19F) (zie ook figuur 12).

Verplaatsingsconstructie middels rolconstructies

Een gunstige constructie uitvoering voor de geleiding van de framebalk (1A) naast de reeds omschreven wielen zijn de rolconstructies (zie figuur 16). In figuur 16 is weergegeven dat de geleidingsrollen (19T) op de zijden van de driehoekige doorsnede van de framebalk (1A) de framebalk ondersteunen en geleiden. De om de centerlijn onder hoek Θ draaibare geleidingsrollen kunnen worden uitgevoerd onder de vrijheidsgraden in radiale z-rchting en in tangentiële y-richting (zie figuur 17). De verplaatsingen in radiale z-rchting en tangentiële y-richting vinden plaats tegen de achtereenvolgende veerconstructies (19L) en (19M) in. De in tangentiële y-richting rollende wielen (19A) zijn qua opbouw identiek als in het voorgaande omschreven (zie ook figuur 12). Teneinde de rolconstructies (19T) in staat te stellen om een hoekverdraaiing ψ van de framebalk (1A) om de lokale z-as (in radiale richting) te kunnen weerstaan is in figuur 18 een vaststaande op de kokerbalkplaat (19W) gefixeerde as (19R) opgenomen, die is aangesloten op het lager (19Q), dat is gefixeerd op de om de vertikale as draaibare rechthoekvormige plaat (19V) onder hoek ψ. De draaiing van plaat (19V) vindt plaats tegen de aan de platen (19V) en (19W) gefixeerde helixvormige torsieveer (19S). De om de lokale z-as (in radiale richting) roterende rechthoekige plaat (19V) wordt ondersteund door de middels vertikale veren (19L) opgelegde wielen (19U). Op de draaibare rechthoekvormige plaat (19V) zijn de railsen gefixeerd waarlangs de in tangentiële y-richting afrolbare in totaal drie wielstellen (19A) kunnen afrollen.

Framewerk

Framebalken in Framewerk

In figuur 19 is het framewerk weergegeven met achtereenvolgens de hierin opgenomen framebalken (1A en 1B) en de ankerpontons (2) die de flexibele verbindingen vormen tussen de framebalken (1A en 1B). In figuur 10 is weergegeven dat de framebalken (1A) zijn voorzien van geleidingsbalken (1D) waarover de wielstellen (19) worden afgerold.

Gunstige uitvoeringsvormen van de framebalken zijn onder andere (holle) kokerprofielen van driehoekige doorsnede, waarvan de hoekpunten cirkelvormig zijn afgerond met een bepaalde straal, of (holle) kokerprofielen van cirkeivormige doorsnede. Een kokerprofiel van cirkelvormige doorsnede heeft gunstige eigenschappen met het oog op stijfheid en knik of plooistabiliteit. Een kokerprofiel van driehoekige doorsnede heeft omder andere als voordeel dat in de drijvende fase een betere stabilteit wordt verkregen. Een combinatie van driehoekige en cirkelvormige doorsneden kan worden gerealiseerd door zoals in figuur 10 aangegeven de framebalken (1A) uit te voeren als drie aan elkaar gelaste waterdichte horizontale holle kokerprofielen van cirkelvormige doorsnede (1C), die zijn verbonden middels staalplaten (1A), zodanig dat een driehoekig profiel ontstaat met een gunstiger stijfheid en knik- of plooistabiliteit.

Ankerponton in Framewerk

Een gunstige uitvoeringsvorm van de ankerpontons (2) bestaat uit een rechthoekige doosconstructie opgebouwd uit bijvoorbeeld een platen omhulsel waarin met het oog op voldoende sterkte, stijfheid en knikstabiliteit de noodzakelijke verstijvingen zijn opgenomen. De ankerpontons zijn onderverdeeld in twee compartimenten (2A en 2B), waarbij elk compartiment kan worden voorzien van gas of water (zie ook figuren 39, 40, 52, 53A en 57).

De vier op de hoekpunten van het rechthoekig framewerk opgenomen ankerpontons (2) hebben als kenmerk dat er achtereenvolgens verplaatsbare schroef- of zuigankers (5), in vertikale richting verende slede-ondersteuningen (4) en thrusters (6A) met stuwkracht in vertikale richtingen of in het horizontale vlak over 360 graden draaibare thrusters (6B) met stuwkracht in horizontale richting zijn opgenomen (zie ook de figuren 19, 39 en 40).

Water/gas-voorzienings procedure van ankerponton-compartimenten

Een eerste gunstige inventieve methode voor het vullen van compartimenten in achtereenvolgens ankerpontons (2A en 2B), framebalken (1A en 1B), de ondersteuningsconstructie (8A) en doosvormige constructie (8C) met water of gas kan als volgt worden omschreven (zie ook figuur 50).

Middels een accumulator (A), voorzien van gas onder een druk p2 groter dan de omgevingsdruk p1, kan , na opening van de drukregelklep K5 (druk > omgevingsdruk p1) en klep K1, het water door bijvoorbeeld polytrope gasexpansie uit het betreffende compartiment worden geperst en via klep K3 naar de omgeving met druk p1 worden afgevoerd (Toestand 2). Het uitdrijven van het gas uit het compartiment vindt plaats onder gebruikmaking van een compressor C aangedreven door motor M1, die het gas na opening van klep K2 via de terugslagklep K6 naar de accumulator A perst. Nadat het gas bijvoorbeeld onder polytrope compressie is opgeslagen in de accumulator A onder druk p2 zal de druk van het resterende gas in het compartiment A lager zijn dan de omgevingsdruk p1 en zal het water vanuit de omgeving via klep K3 het compartiment vullen, waarbij het gas via de ontluchtingsklep K4 uit het compartiment kan worden verwijderd (Toestand 1).

Om van Toestand 2 naar Toestand 1 te komen kan eventueel bij disfunctioneren van de compressor het gas uit het compartiment A worden verwijderd via ontluchtingsklep K4 onder gebruikmaking van een gestippeld weergegeven waterpomp (P1) die water na opening van klep K7 toevoert vanuit de omgeving met druk p1 en waarmee het complete compartiment kan worden voorzien van water met druk p1.

Om van Toestand 1 naar Toestand 2 te komen bij disfunctioneren van de accumulator (A) en/of de drukregelklep K5 wordt de gestippeld weergegeven waterpomp (P 2) gebruikt voor uitdrijving van het water uit het compartiment naar de omgeving onder een druk groter dan de omgevingsdruk p1.

Een tweede gunstige inventieve methode (zie figuur 51) voor het vullen van compartimenten met water om te komen van Toestand 2 naar Toestand 1 is onder gebruikmaking van de waterpomp P1 na opening van klep K6 onder een druk p3 die juist hoger is dan de omgevingsdruk p1. Eventueel kan al het gas uit het compartiment worden verdreven middels de gestippeld weergegeven compressor C3 via de terugslagklep K5 naar de accumulator (A). Teneinde van Toestand 1 naar Toestand 2 te komen kan het water uit het compartiment worden uitgedreven onder gebruikmaking van waterpomp P2 na opening van klep K7 onder een druk p3 die juist hoger is dan de omgevingsdruk p1. Eventueel kan bij disfunctioneren van waterpomp P2 het gas naar het compartiment worden toegevoerd vanuit de accumulator (A) via de compressor C2 na opening van klep K1 onder een druk p3 juist hoger dan de omgevingsdruk, waarbij het water eventueel kan worden afgevoerd via de geopende klep K3.

Schroefankers of Zuigankers in Ankerpontons Framewerk

Teneinde het framewerk te verankeren op de bodem van de watermassa zijn alle vier de ankerpontons voorzien van schroefankers (zie figuur 39) of zuigankers (zie figuur 40), waardoor een kinematisch gezien stijve framewerk-constructie wordt gerealiseerd (zie ook figuur 19). In de figuren 39, 40 en 41 is weergegeven dat de schroefankers of zuigankers in vertikale z-richting kunnen worden verplaatst door cilindervormige holle stijve buizen (5B) die middels bovenplaten (5A) met hydraulische cilinders (5C) zijn verbonden. De bovenplaten (5A) hebben aan de bovenzijde een opening, waardoor het buitenwater kan toestromen naar de buizen (5B), indien deze zich onder water bevindt. Eventueel kan de holle buis (5B) poreus worden uitgevoerd conform het gatenpatroon van de holle cilinder (4G) uit figuur 39. De hydraulische cilinders (5C) zijn hierbij gefixeerd in de ankerpontons (2) en de kokers (5B) kunnen in vertikale richting door de ankerpontons worden geleid. Teneinde de relatief geringe buigstijfheid van de hydraulische cilinderstangen van de hydraulische cilinders (5C) te ondervangen kan bijvoorbeeld om elke hydraulische cilinder (5C) een omhullende vertikale holle buis (5D) worden aangebracht die aan de bovenzijde is bevestigd aan de bovenplaat (5A). Indien het framewerk zich onder water bevindt kunnen de vertikale holle buizen (5D) van gaten worden voorzien ten behoeve van de uitstroming van water bij vertikale verplaatsing van de kokers (5B), in overeenstemming met de vormgeving van de holle buis (4G) in figuur 39.

Schroefanker werkingsmechanisme

De geometrie van het schroefanker bestaat uit een cilindervormige as (5K) waaromheen snijbladen (5G) volgens een bepaalde spoed zijn gewikkeld (zie figuur 44). De snijbladen (5G) kunnen worden voorzien van cuttertanden voor het snijden van de relatief hardere grondsoorten. Door de vast met de voetplaten (5F) verbonden grootkoppel en laag toerental motor (5E) wordt het schroefanker, middels koppeling van de hol uitgevoerde cilindervormige as (5K) met de aandrijfas (5L) van de motor, met een voor de grond passend toerental en aandrijfkoppel rondgedraaid en gelijktijdig middels de vertikale aandrukkracht van de omhullende cilindervormige buis (5B) de grond in geschroefd (zie figuur 39). In figuur 39 is weergegeven dat de voetplaten (5F) zijn verbonden met de omhullende cilindervormige buis (5B), die via bovenplaten (5A) is verbonden met de hydraulische cilinders (5C) waarmee de benodigde vertikale aandrukkracht kan worden gerealiseerd.

Teneinde bij het snijden van zand in relatief grotere waterdiepten.te voorkomen dat de snijkrachten vanwege het dilatantie verschijnsel te groot worden tijdens de door het snijden ontstane onderdruk in de grond ter plaatse van de snijbladen (5G) en de belemmering van watertoestroming naar de snijbladen, is het in figuur 44 weergegeven jetwater-systeem opgenomen in de holle as (5K). Het middels de, in de holle as (5K) opgenomen, opgezogen water door de pomp (5H) wordt onder relatief hoge druk via de hierop aangesloten persleidingen (51 en 5J) naar de in omtreksrichting gepositioneerde gaten geperst. De constructieve uitvoering dient zodanig te zijn dat de toevoer van omgevingswater naar de ingang van de pomp ongehinderd moet kunnen plaatsvinden. Een mogelijk gunstige uitvoering hiervan is dat de omhullende holle as (5K), die is verbonden met de aandrijfas van de motor (5L), van voldoende gaten te voorzien voor realisering van de benodigde waterdoorlatendheid naar de pomp. Door deze watertoevoer onder hoge druk en grote uitstroomsnelheden ter plaatse van de gaten wordt voorkomen dat er vacüum ontstaat in bijvoorbeeld het te ontgraven zandvolume.

Zuiganker werkingsmechanisme

Een alternatieve verankeringsmechanisme is door een zuiganker (38A) middels een bolscharnier(38B) te verbinden met de voetplaat (38C). Middels het bolscharnier (38B) wordt de mogelijkheid gecreëerd om in hellende bodemtaluds het zuiganker (38A) te positioneren (zie ook figuur 40). Het principe van het zuiganker is bekend en is gebaseerd op het creëren van een onderdruk binnen de zuiganker-cilinderruimte ten opzichte van het omringende water. De onderdruk binnen de cilinderruimte wordt gerealiseerd door het wegpompen van water uit de onderste cilinderruimte. onder gebruikmaking van een pomp.

Bij relatief hardere grondsoorten kan gebruik worden gemaakt van de gunstige uitvoering voorgesteld in figuren 41 en 42. Middels een van tanden (38P) voorziene draaibare schijf (380) wordt de harde grond in omtreksrichting onder een hiervoor geschikt toerental uitgesleten. De draaibare schijf (380) wordt hierbij bijvoorbeeld via spaken (38N) aangedreven door een aandrijfas (38L) die is gekoppeld aan een motor (38E). Het axiaallager (38T) draait in twee aan weerszijden opgenomen stilstaande en met het zuiganker-omhulsel verbonden ringvormige lagerschijven (38J). De lagering van de aandrijfas (38L) vindt plaats middels de radiale lagers in de lagerhuizen (38G en 38F), waarvan de lagerhuizen aan de buitenzijde zijn gekoppeld aan de stilstaande holle cilinder (38H). Lagerhuis (38G) is opgenomen in een ringvormige schijf (38I), voorzien van traliewerk(38M). Lagerhuis (38F) is opgenomen in de bovenste ronde scheidingsplaat (38K) tussen de bovenste en onderste compartimenten. De lagerschijven (38J), de ringvormige schijf (38I) en de scheidingsplaat (38K) zijn allen gefixeerd aan de omhulende zuiganker cilinder (38A).

In figuren 41 en 42 kan worden afgelezen dat de vertikaal naar beneden gerichte aandrukkracht op de snijtanden (38P) via het bolscharnier en de voetplaat (38B en 38C) wordt uitgeoefend door de holle cilindervormige koker (5B) die via de bovenplaat (5A) is gekoppeld aan twee aan weerzijden hiermee verbonden hydraulische cilinders (5C). De onderdruk in het onderste compartiment wordt gerealiseerd door het wegpompen van water uit het onderste compartiment onder gebruikmaking van een in het bovenste compartiment opgestelde pomp (38D) en hiermee verbonden persleiding (38S) naar het omringende water (zie ook figuur 42). Toevoer van het omringende water onder omgevingsdruk naar het onderste compartiment wordt gerealiseerd door het openen van klep (38R) in het toevoerkanaal (38Q).

Ondersteuningsmechanisme in Ankerpontons van Framewerk

Voor horizontaal transport van het framewerk, bestaande uit de in figuur 19 weergegeven framebalken (1A en 1B) en ankerpontons (2), over het bodemtalud en voor de opvang van kinetische energie bij plaatsing van het framewerk op de waterbodem zijn alle ankerpontons (2) separaat voorzien van een ondersteunings-mechanisme (4). Een mogelijk gunstige uitvoering van het ondersteunings-mechanisme (4) is opgebouwd uit een onderstel, bestaande uit bijvoorbeeld al dan niet zelf aangedreven wielen of rupsbanden dan wel één slede (4A) (zie figuren 39 en 43) die het bodemtalud volgen. In figuur 39 is weergegeven dat voor opvang van een wisselende- of stootbelasting op de wielen, rupsbanden of sleden een veer (4C) is opgenomen die is ingeklemd tussen een plaat (4B) verbonden met het wielstel, rupsband of slede en een plaat (4E) verbonden met de holle vertikale cilinderkolom (4H). Voor een goede geleiding van het wielstel, rupsband of slede tijdens indrukking is de hiermee verbonden plaat (4B) verbonden met een holle cilinderbuis (4D) die aan de binnenzijde van de cilinderkolom (4H) vertikaal heen en weer kan schuiven. Middels hydraulische cilinders (4F) die zijn bevestigd aan plaat (4I), die is verbonden met het ankerponton (2), kan het geheel van wielstel, rupsband of slede en holle vertikale cilinderkolom (4H) een vertikale verplaatsing worden opgelegd. Hierbij zetten de hydraulische cilinders (4F) zich af tegen het al dan niet volledig met water gevulde ankerponton (2). De verplaatsbare holle cilinderkolom (4H) wordt tijdens de vertikale verplaatsing geleid door een vaststaande met platen (4I) en (4K) verbonden omhullende cilinderkolom (4J). Teneinde de buiging van de cilinderstangen (4N) te ondervangen worden de cilinderstangen (4N) verbonden met en omhuld door een van gaten voorziene buis (4G) die aan de buitenzijde om de hydraulische cilinder (4F) wordt geleid. Bijkomend voordeel hierbij is dat bij een stootvormige of wisselende belasting op de wielen, rupsbanden of slede door het in/uitstromende water in en uit de buis (4G) demping van het ondersteuningsmechanisme wordt gerealiseerd.

Een gunstige methode om rotatie van het wielstelstel of slede (4A) om de axiale z-as tegen te gaan wordt gerealiseerd door het tegenwerkend rotatiemoment van spiraalveer (4C), die aan beide uiteinden is gefixeerd aan de platen (4B en 4E).

Teneinde het framewerk zowel boven als onder water een zijdelingse in y-richting werkende verplaatsing te laten ondergaan kunnen extra ondersteunings mechanismen worden opgenomen in het ankerponton (2), waaronder bijvoorbeeld wielen (4A-3 en 4A-4) of sleden (4A-1 en 4A-2) zoals aangegeven in figuur 43. Ook andere geleidingssystemen, waaronder rupsbanden die het bodemtalud kunnen volgen kunnen worden ingezet. Voor de overgang van de longitudinale verplaatsing in x-richting naar de zijdelingse beweging in y-richting en vice versa kunnen de wielen (4A-3 en 4A-4) en sleden (4A-1 en 4A-2) (zie figuur 43) dan wel rupsbanden middels hydraulische cilinders 4F-1,4F-2, 4F-3 en 4F-4 afwisselend vertikaal worden verplaatst.

Flexibiliteit Framewerk

In figuur 37 zijn de kinematische vrijheidsgraden van de in het framewerk opgenomen componenten, waaronder ankerpontons (2), framebalken (1A en 1B) verplaatsingsmechanisme van de baggerunit (7) en sleden (4) weergegeven. Een mogelijke uitvoeringsvorm van het framewerk (zie figuur 37) bestaat uit een viertal balkelementen (1A en 1B) die aan de uiteinden middels bolscharnieren (1C), koppelstukken (1D) en veren (1E) met de ankerpontons (2) zijn verbonden. De bolscharnieren (1C) laten hierbij gelimiteerde hoekvedraaiingen (φ2, Θ2, ψ2) van de balkelementen (1A en 1B) ten opzichte van de ankerpontons (2) toe. De verplaatsingen van de ankerpontons in het horizontale xy-vlak ten gevolge van de in- of uitdrukking van veerelementen (1E) bedraagt X2 en Y2. Teneinde de sleden (4A) in staat te stellen de contouren van het bodemoppervlak goed te volgen worden aan de sleden kinematische vrijheidsgraden (x, y, z, φ, θ, ψ) toegekend.

De verplaatsingen en rotaties van een slede (4) bestaat achtereenvolgens uit een superpositie van de verplaatsingen (X2, Y2) en rotaties (φ2, Θ2, ψ2) van het ankerponton (2) en vertikale verplaatsingen (Z4V) van het veerelement (4C) en (Z4H) van de hydraulische cilinder (4F).

Vanwege de kinematische vrijheidsgraden (x, y, z φ, θ, ψ) van de sleden (4A) worden de sleden in staat gesteld bij horizontale verplaatsingen van het framewerk de contouren van het bodemoppervlak goed te volgen. Bovendien zullen de buigende momenten ter plaatse van de ankerpontons (2) door de flexibilitieit van het framewerk sterk worden gereduceerd. De verplaatsingen (Y7, Z7) en hoekverdraaiingen (φ7, Θ7, ψ7) van de verplaatsingsconstructie (7) worden gerealiseerd door de in figuur 10 weergegeven translerende en roterende verende wielstellen of rollen (19) en een longitudinale verplaatsing (X7) door toedoen van de staalkabels (3B).

Vormvastheid Framewerk

De vormvastheid van het rechthoekige framewerk zal met inbegrip van de kinematische vrijheidsgraden van het framewerk worden gewaarborgd door een verende verbinding te creëren tussen de combinaties van framebalken (1B) en ankerpontons (2) enerzijds en verplaatsingsconstructie (7A) anderzijds. In de figuren 1 en 2 is weergegeven hoe de verende verbinding tot stand wordt gebracht door de verplaatsingsconstructie (7A t/m 7E) met voorgespannen staalkabels van lieraandrijvingen (3A) aan weerszijden te verbinden met op de framebalken (1B) en ankerpontons (2) van het framewerk gefixeerde lieren (3A). In figuur 38 is schematisch weergegeven welke veerkrachten Fx-v in X-richting werken op het in een parallelogram vervormde framewerk. Het totale terugwerkende moment dat het vervormde parallelogram framewerk wil terugdraaien naar het originele rechthoekige framewerk is de sommatie Mz1 = In (Fx-v * y). van n kabels of veren, waarbij Fx-v = Fx-v(Cv1, φ, y) de veerkracht per kabel voorstelt die een functie is van de veerstijfheid Cv1 van de kabel, de hoekverdraaing φ van het parallelogram en y de positie van de kabel of veer ten opzichte van de centerlijn van het framewerk. Voor de in figuur 38 weergegeven symmetrische veeropstelling, ten opzichte van de x- en y-assen, is de veerkracht per kabel of veer bij een relatief kleine hoekverdraaiing φ is gelijk aan Fx-v = Cv1 *y*9-

De in de figuren 1 en 2 weergegeven verplaatsingsconstructie (7) met daarin opgenomen de holle kokerconstructies (7A) zullen middels de hierin opgenomen verend opgestelde wielstellen (19) (zie ook figuur 11) een reactiemoment Mz2 veroorzaken die de vervorming van het rechthoekige naar het parallelogram-vormige framewerk zullen tegenwerken (zie ook figuur 38).

Afhankelijk van de positie en verdraaiing van de verplaatsingconstructie (7) en de hiermee verbonden Bagger Unit kunnen de reactiekrachten of momenten die door de verende wielstellen (19) op de framebalken (1A) worden uitgeoefend als volgt worden afgeleid.

Bij een hoekverdraaing φ van de verplaatsingsconstructie (7) is het totale terugwerkende moment de sommatie Mz2 = Zm (F’y-v * x’-v) voor m verende wielstellen (19), waarbij F’y-v = F’y-v(Cv2, φ,χ’-ν) = Cv2 * φ * x’-v de veerkracht per wielstel voorstelt, die een functie is van de veerstijfheid Cv2 van de m verende wielstellen, de hoekverdraaiing φ en de afstand x’-v tot de hartlijn van de verplaatsingsconstructie. Met als voorbeeld een lineaire continue krachtverdeling over de verplaatsingsconstructie zal het totale terugwerkende veermoment Mz2 vanuit de wielstellen op de verplaatsingsconstructie (7) in figuur 38 worden voorgesteld als Mz2 = 2 F’y-bu * X’-bu, waarbij F’y-bu de resultante van de veerkrachten F’y-v die door de verende wielstellen (19) op de verplaatsings-constructie (7) worden uitgeoefend en X’bu de afstand van de resulterende veerkracht F’y-bu tot het rotatiepunt O voorstelt. Indien de verplaatsingsconstructie (7) op zijn bestaande positie blijft zal ten gevolge van de vervorming van het framewerk (1A en 1B) van rechthoekig naar parallelogram de in veerindrukking van de wielstellen in y-richting gelijk zijn aan h/2 * (1 - cos φ). De reactiekracht per wielstelveer aan weerszijden op de framebalken (1A) is gelijk aan F1y-bu == Cv2 * h/2 * (1 -cos φ), waarbij Cv2 de veerstijfheid is van elk wielstel. Eenzelfde beredenering is geldig indien in plaats van wielstellen rollen worden toegepast.

In geval de ankerpontons zijn verankerd middels de schroef- of zuigankers ontstaat een zeer stijf en vormvast framewerk.

Telescopische constructie

Werkwijze Telescopische constructie

Teneinde een grotere vertikale verplaatsing van de ontgravingsmiddelen te realiseren worden de graafinstallaties, onder andere bestaande uit graafwielen (16) of drumcutters (17) opgenomen in een telescopische constructie (zie ook figuren 45, 46, 47, 48). Een mogelijke uitvoering van de telescopische constructie bestaat bijvoorbeeld uit een buitenste holle rechthoekige doosconstructie (23) en een binnenste holle rechthoekige doosconstructie (8) die aan de onderzijde is verbonden met de doosconstructie (8C) waarin de graaf- (16 of 17) en zuiginstallaties (10) zijn opgenomen. Hierbij geldt dat alle doosconstructies eveneens kunnen worden uitgevoerd als vakwerkconstructies, hetgeen zowel materiaalbesparing dan wel een lagere waterweerstand tijdens het baggerproces oplevert. De doosconstructie (8C), waarin de graafinstallatie (16 of 17) via kolommen (9B) en hydraulische cilinders (9A) zijn opgenomen, is verbonden met de telescoop-constructie middels hydraulische cilinders (22). In figuur 49 is in detail de hydraulische cilinder (22) weergegeven. De cilinders (22) zijn aan de bovenzijde middels vertikale (in z-richting verplaatsbare) veerconstructies (22H) verbonden met de buitenste doosconstructie (23) van de telescoopconstructie. Aan de onderzijde zijn de cilinders (22) middels een in het horizontale vlak (in x- en y-richtingen) verplaatsbare box (zie figuur 49-componenten 22C,D,E,F) verbonden met de in de figuren 45, 46 en 47 weergegeven doosconstructie (8C) van de graafinstallaties (16 of 17). Op deze wijze kunnen zowel vertikale als horizontale bewegingen van de graafinstallaties (16 of 17) in x, y en z-richtingen worden opgevangen. Teneinde de dwarskrachten en buigende momenten vanuit de graafinstallaties (16 of 17) op de zuigerstangen (22A) direct door te leiden naar de hydraulische cilindermantel (22A) is een met de zuigerstangen verbonden holle buis (22B) opgenomen om de hydraulische cilindermantel (22A) (zie ook figuur 49).Teneinde de in- en uitstroming van het omringende water te realiseren is de holle buis (22B) voorzien van een gatenpatroon, vergelijkbaar met de omhullende holle buizen (4G) zoals weergegeven in figuur 39. Een dergelijke constructie van holle om de cilindermantel omhullende van gatenpatroon voorziene buizen (22B) kan eveneens worden opgenomen in omhullende buizen (24C) om de hydraulische cilinders (24A) (zie figuren 45 en 46).

Voor een relatieve vertikale verplaatsing van de telescoop-constructie ten opzichte van de ondersteuningsconstructie (20) zijn hydraulische cilinders (24) opgenomen (zie figuren 45 en 47). De hydraulische cilinders (24) zijn ingeklemd en opgenomen in de ondersteunings-constructie (20). De zuigerstang (24A) is aan de bovenzijde verbonden met de telescoop-constructie middels een veerconstructie (24B). De veerconstructie (24B) is hierbij, in analogie met buis (22B),verbonden met een van gaten voorziene holle buis (24C) die eveneens wordt toegepast voor doorleiding van de dwarskrachten en buigende momenten vanuit de op de zuigerstang (24A) aangesloten buitenste doosconstructie (23) naar de cilindermantel (24A). Teneinde de relatieve vertikale verplaatsingen van de doosconstructies (8) en (23) ten opzichte van elkaar op stabiele wijze te laten plaatsvinden zijn in het vertitale vlak (in x- en z-richtingen) verende geleidingswielen (19A en 19B) of verende cilindervormige geleidingsrollen opgenomen aan de buitenzijde van de binnenste doosconstructie (8) (zie ook figuren 45 en 47). In de figuren 47 en 48 is weergegeven dat de geleidingswielen (19A en 19B) of geleidingsrollen in omtreksrichting en hoogte verdeeld zijn, waarbij de geleidingswielen (19B) langs vertikale geleidingsprofielen (19D), bevestigd aan de binnenzijde van de buitenste doosconstructie (23), kunnen afrollen.

De verende geleidingswielen (19A,B,C) zijn hierbij identiek aan de verende geleidingswielen zoals weergegeven in de figuren 12 en 13 en zijn zodanig uitgevoerd dat zij middels veerconstructies relatieve bewegingen in het horizontale vlak (in x- of y-richtingen) kunnen opvangen.

Indien voor de geleiding verende cilindervormige rollen worden toegepast zullen deze identiek zijn aan de verende cilinderrollen zoals weergegeven in figuur 17.

De cilindrische rollen kunnen eveneens middels veerconstructies relatieve bewegingen in het horizontale vlak (in x- of y-richtingen) opvangen.

Soortgelijke constructieve uitvoeringen kunnen worden uitgevoerd tijdens de relatieve vertikale verplaatsingen van de buitenste doosconstructie (23) in de rechthoekige moonpool-constructie van de ondersteuningsconstructie (20). De verende geleidingwielen (19C) of verende geleidingsrollen kunnen hierbij bijvoorbeeld worden bevestigd aan de in figuur 45 voorgestelde rechthoekige moonpool-constructie van de ondersteuningsconstructie (20). De moonpool-constructie is in figuur 5 weergegeven als een uitsparing in de ondersteunings-constructie omgeven door de balkconstructies. De geleidingsprofielen (19E) waarlangs de geleidingswielen (19C) afrollen zijn in dit geval bevestigd aan de buitenzijden van de buitenste doosconstructie (23) (zie ook figuren 47 en 48).

De verschillende stappen die worden doorlopen voor de vertikale naar beneden gerichte verplaatsing van de ontgravingsmiddelen zijn weergegeven in de figuren 45 en 46.

Stap 1 - Hoogste stand ontgravingsmiddelen.

Stap 2 - Vertikale omlaag gerichte verplaatsingen zuigerstangen (24A) van hydraulische cilinders (24) gefixeerd op de ondersteuningsconstructie (20).

Stap 3 - Vertikaal omlaag gerichte verplaatsingen zuigerstangen van hydraulische cilinders (24) op de ondersteuningsconstructie (20) in combinatie met de vertikale naar beneden gerichte verplaatsingen van zuigerstangen (22A) van de hydraulische cilinders (22) verbonden met zowel de bovenzijde van de vakwerkconstructie (23C) behorende tot de buitenste holle doosconstructie (23A) alsmede de doosconstructie (8C) van de graafinstallaties (16 of 17).

Stap 4 - Laagste stand ontgravingsmiddelen. Vertikaal omlaag gerichte verplaatsingen van achtereenvolgens de zuigerstangen (24A) van de hydraulische cilinders (24) op de ondersteuningsconstructie (20), in combinatie met de vertikale naar beneden gerichte verplaatsingen van zuigerstangen (22A) van de hydraulische cilinders (22) en de zuigerstangen van de hydraulische cilinders (9A) gepositioneerd op de doosconstructie (8C) van de graafinstallatie (16 of 17).

Realisering van naar boven gerichte verplaatsingen van de ontgravingsmiddelen vindt plaats middels de omgekeerde stappenvolgorde (van stap 4 naar stap 1).

In figuur 46 is voor stap 4 het krachtenspel weergegeven dat vanuit de grondreactie krachten werkend op de ontgravingsmiddelen, waaronder drumcutters (17) of graafwielen (16), worden doorgevoerd in de telescopische constructie.

In figuur 46 zijn de resulterende krachten Fx-g en Fz-g weergegeven die werken op de graafinstallatie en telescopische installatie. De horizontale grondreactiekrachten Fx-g worden deels via de zijwanden van de doosconstructies (8D) en (23) via verende geleidingswielen of verende cilindrische geleidingsrollen (19A) en (19C) doorgeleid naar de ondersteuningsconstructie (20) en deels via de hydraulische cilinders (22) aan de bovenzijde via de bovenzijde van de vakwerkconstructie (23C) doorgeleid naar de hierop aangesloten hoofdcilinders (24), die aan de bovenzijde middels vertikale veren (24B) op de ondersteunings-constructie (20) zijn gepositioneerd. Eventueel kunnen voor opvang van de horizontale grondreactiekrachten Fx-g de hydraulische cilinders (24) aan de onderzijde kinematische vrijheidsgraden inclusief veerstijfheden in het horizontale xy-vlak ter plaatse van de ondersteuningsconstructie (20) worden toegekend. De vertikale grondreactiekrachten Fz-g worden via de achtereenvolgende hydraulische cilinders (9A), (22A en 24A) opgevangen en middels veerconstructies (22H) eveneens via de bovenzijde van de vakwerkconstructie (23C) doorgeleid naar de hierop aangesloten hoofdcilinders (24). Het moment ten gevolge van de horizontale grondreactiekrachten Fx-gr wordt opgevangen door de vertikale reactiekrachten Fz-hc werkend op de veerconstructie (24B) van de hoofdcilinders (24).

Lierinstallatie in Telescopische constructie

Een mogelijke constructieve uitvoering om de buigspanning in de kolommen (9B) van de graafinstallaties (16 of 17) alsmede in de buitenste holle doosconstructie (23) ten gevolge van de op de graafwielen (16) of drumcutters (17) werkende resulterende horizontale grondreactiekrachten Fx-g te verlichten of volledig weg te nemen is door de in de figuren 45 en 46 voorgestelde kabelinstallatie (21). In figuur 45 is af te lezen dat de kabels (21 F) vanuit de vakwerkconstructie (9C) middels draaibare schijven (21D) om vaste assen (21E) van de buitenste doosconstructie (23) en draaibare schijven (21B) om vaste assen (21C) van de ondersteuningsconstructie (20) worden geleid naar lieren (21A) die zijn opgesteld op de ondersteuningsconstructie (20). Teneinde een stijvere telescopische constructie te realiseren en tegelijkertijd de vertikale aandrukkracht op de ontgravingsmiddelen (16 of 17) niet te belemmeren worden de kabels (21 F) met een minimaal benodigde voorspanning aangetrokken door de lieren (21A).

Zuiginstallatie in Telescopische constructie

In analogie met de in figuur 7A en 8 weergegeven vertikaal verplaatsbare zuiginstallatie (10) is in de figuren 45 en 46 een gunstige configuratie van de zuiginstallatie weergegeven toegepast op de telescopische installatie. Onderscheidend van de in de figuren 7 en 8 weergegeven zuiginstallatie is dat in de telescopische installatie op iedere zuigbuis 10G separaat een pomp (25A) is aangesloten die is aangesloten op een flexibele persleiding (25B) waarna het grond/water mengsel verder kan worden afgevoerd naar een grondopslag-reservoir (zie ook figuur 48).

Werkwijze Baggerwerktuig

Naar gelang de waterdiepte kunnen verschillende configuraties aan baggersystemen worden toegepast waarop de baggerunit in combinatie met het framewerk al dan niet met de telescopische installatie op gunstige wijze kunnen worden ingezet

In de relatief kleinere voor het baggerproces meer gangbare waterdiepten kunnen de volgende gunstige configuraties worden toegepast.

Werkwijze autonoom baggerwerktuig (baggerunit en framewerk) onder water

In figuur 2 is de baggerunit ondersteund door een framewerk weergegeven, die behoudens de energievoorziening als autonoom werktuig zonder verdere hulpmiddelen volledig gemechaniseerd en geautomatiseerd operationeel kan worden ingezet.

Zoals gebruikelijk zal een electrisch systeem als primaire energiebron worden gebruikt voor de energievoorziening naar alle in de baggerunit en het framewerk aanwezige werktuigen. Vanuit het electriciteitsnetwerk worden de werktuigen direct via electromotoren of indirect via een electrisch aangedreven hydraulisch aandrijfsysteem, bestaande uit hydrauliekpompen en hieraan gekoppelde hydrauliekmotoren, aangedreven.

De geometriën van de met gas of water gevulde compartimenten van achtereenvolgens in figuur 52 weergegeven framebalk elementen (1A en 1B), ondersteuningsconstructie (8A) en doosconstructie (8C) kunnen willekeurig worden gekozen onder voorwaarde dat de volumen en aangrijpingspunten voor opwaartse krachten en gewichtskrachten van de compartimenten met elkaar overeenkomen.

Dit impliceert onder andere dat een cirkelvormige doorsnede als vormgeving van de balkelementen (1A en 1B) eveneens kan worden toegepast (zie ook figuur 37). Uiteraard dienen de stijfheid en sterkte van de compartimenten eveneens toereikend te zijn.

Een gunstige methode om de vulling van compartimenten met een gas, waaronder lucht, te realiseren vindt plaats onder gebruikmaking van een reeds op pagina’s 42 en 43 toegelichte water- en/of gasvullings procedure ( zie ook figuur 50).

De in de operationele uitvoering van het baggerwerktuig te onderscheiden fasen kunnen als volgt worden toegelicht.

Het spreekt voor zich dat baggerwerktuigen met enigszins afwijkende geometriën en indeling van compartimenten volgens eenzelfde principe als in onderstaande weergegeven fasen zullen opereren.

Fase 1 Drijvend en/of varend baggerwerktuig (zie figuur 52)

In figuur 52 is het drijvende of varende baggerwerktuig, bestaande uit een baggerunit met framewerk weergegeven. Een gunstige gas/water vullingsgraad van compartimenten om voldoende drijfvermogen te realiseren voor de baggerunit en framewerk in drijvende toestand is door alle compartimenten van achtereenvolgens de ankerpontons (2A en 2B), frame elementen (1A en 1B) van het framewerk (zie figuur 19) alsmede de in figuur 1 weergegeven ondersteuningsconstructies (8A) en de doosconstructie (8C) volledig met gas te vullen (zie figuur 52).

De ankerpontons zijn hierbij opgedeeld in boven- (2B) en onder (2A) compartimenten (zie ook Detail in figuur 55). Door de gewichtskracht G ter plaatse van het zwaartepunt van de complete baggerunit en framewerk onder het gemeenschappelijke aangrijppunt van de opwaartse kracht B, bestaande uit de aangrijpingspunten van de opdrijvende kracht B1 en B2, te houden is de stabiliteit van de baggerunit en framewerk gewaarborgd. De opwaartse kracht B1 wordt hierbij gevormd door de met gas gevulde framebalken (1A-1, 1A-2, 1B-1 en 1B-2). De framebalken 1Aen 1B zijn hierbij opgebouwd uit twee buizen (1A-2 en 1B-2) aan de bovenzijde en één buis (1A-1 en 1B-1) aan de onderzijde. De opwaartse krachten B2 worden gevormd door de met gas gevulde ankerpontons (2A en 2B).

Ondersteuning van de stabiliteit kan worden bewerkstelligd door gebruikmaking van de thrusters (6A) (zie figuren 19 en 39) met vertikaal gerichte stuwkracht Fz-t (zie ook figuur 52). De horizontale stuwkracht voor de horizontale verplaatsing van het drijvende baggerwerktuig wordt gerealiseerd door de thrusters (6B) op het ankerponton (2) met stuwkracht Fx-t (zie figuren 19 en 39).

Fase 2. Afzinken baggerwerktuig (zie figuur 53A)

Vanuit de drijvende fase wordt het baggerwerktuig, bestaande uit een framewerk en baggerunit, afgezonken bijvoorbeeld door de compartimenten van de ankerpontons (2A en 2B) alsmede de onderste buiselementen (1A-1 en 1B-1) van het framewerk te vullen met water volgens de in het voorgaande omschreven water vulmethode (zie ook figuur 50). In figuur 53A is een gunstige gas/water vullingsgraad van compartimenten van de baggerunit en framewerk weergegeven om het afzinkproces met voldoende stabiliteit onder water te realiseren. Hierbij zijn achtereenvolgens het onderste gedeelte van de compartimenten van de ankerpontons (2A) en de onderste compartimenten van het framewerk (1A-1 en 1B-1) gevuld met water op zodanige wijze dat de resulterende naar beneden gerichte onderwater gewichtskracht G van de baggerunit en framewerk gelijk is aan de resulterende opdrijvende kracht B plus de waterweerstand Fw = Cd * 1/2 pv2 * A. Hierbij zijn Cd de weerstandscoefficiënt, p de dichtheid van water, v de vertikale snelheid en A het geprojecteerde oppervlakte loodrecht op de snelheid v voorstellen (zie ook figuur 53A).

Door de onderwater gewichtskracht G ter plaatse van het zwaartepunt van de complete baggerunit en framewerk onder het gemeenschappelijke aangrijppunt van de opwaartse kracht B, bestaande uit de aangrijpingspunten van de opdrijvende kracht B1 en B2, te houden is de stabiliteit van de baggerunit en framewerk gewaarborgd. De opwaartse kracht B1 wordt hierbij gevormd door de met gas gevulde framebalken (1A-2 en 1B-2), ondersteuningsconstructies (8A) en doosconstructie (8C). De opwaartse kracht B2 wordt gevormd door het met gas gevulde bovenste ankerponton compartiment (2B). Ondersteuning van de stabiliteit kan worden bewerkstelligd door gebruikmaking van de thrusters (6A) met vertikaal gerichte stuwkracht Fz-t. De opwaartse kracht, gevormd door de met lucht/gas gevulde hoge luchtdruk accumulatoren, wordt hierbij verwaarloosd.

Indien gewenst voor vergroting van de noodzakelijke vertikale onderwater gewichtskracht G kunnen naast vulling met water van de onderste compartimenten van de framebalken (1 A-1 en 1B-1), eveneens de bovenste compartimenten (1A-2 en 1B-2) van de framebalken middels de voorheen omschreven watervulling-procedure (zie figuur 50) geheel of gedeeltelijk worden voorzien van water (zie ook figuur 53B).

Fase 3. Landing en positionering baggerwerktuig (zie figuur 53A)

Bij de landing van het baggerwerktuig, bestaande uit een framewerk met de hierop gepositioneerde baggerunit, wordt de kinetische energie van het framewerk en de baggerunit opgevangen door de van veren (4G) voorziene ondersteunings-constructies (4) (zie ook figuur 39). In het geval het bodemtalud niet in het horizontale vlak is gelegen maar relatief grote hoogteverschillen vertoont ter plaatse van de sleden (4A) zal het framewerk roteren om de in figuur 37 weergegeven momentane diagonale draaiings-as (l-l) of de hier tegenover liggende diagonale draaiings-as van het framewerk. Hierdoor kantelt het framewerk om één van de draaiings-assen, bijvoorbeeld (I -1), en belandt het framewerk op 3 sleden (4A), wielstellen of rupsbanden (zie ook figuur 37). Door de in de figuren 37 en 39 weergegeven cilinderstang van de hydraulische cilinder (4F) behorende tot de niet steunende slede (4A), (wielstel of rupsband) te verlengen totdat de slede (4A) (wielstel of rupsband) het bodemtalud raakt staat het in figuur 19 weergegeven onvervormde framewerk (1A en 1B) in een hellend vlak om de x- en y-assen op het bodemtalud.

Fase 4. Verankering baggerwerktuig (zie ook figuur 54)

Hierop volgend kunnen door middel van de verankeringsprocedures, zoals in het voorgaande omschreven voor schroefankers en zuigankers, onder gebruikmaking van de in figuur 39 weergegeven schroefankers (5G) of de in de figuren 40 en 41 weergegeven zuigankers (38A) kan het framewerk worden verankerd in het bodemtalud. Kenmerkend bij het verankeringsproces is dat de compartimenten (2A en 2B) van de anker-pontons (2) gevuld worden met water teneinde de benodigde naar beneden gerichte vertikale aandrukkracht te realiseren om de naar boven gerichte grondreactiekrachten Rz-g1 gedurende het schroefanker-boren op te vangen (zie ook figuur 54). Indien de aandrukkrachten ontoereikend zijn om de schroefankers in de grond te penetreren bestaat de mogelijkheid om de grondreactiekrachten op te vangen door naast de in figuur 54 weergegeven compartimenten (2A en 2B) eveneens de ondersteunings-constructies (8A), doosconstructie (8C) en/οί de bovenste buizen (1A-2 en 1B-2) te voorzien van water (zie ook figuur 57).

Fase 5 Periodieke heen- en weergaande beweging baggerunit tijdens ontgravingsproces (zie ook figuur 56)

Na verankering van het in figuur 19 weergegeven framewerk in de bodem ontstaat een verstijfd framewerk dat middels de framebalken (1A) als geleiding dient voor de horizontale verplaatsing van de baggerunit in x-richting door toepassing van een combinatie van trekkende- en vierende lieren (3A). De trekkende lieren leveren een trekkracht Fk. (zie figuur 56). Hierbij zijn de op beide dwarsbalken(1 B) en ankerpontons (2) gepositioneerde hydraulisch of electrisch gedreven lieren (3A) via staaldraden (3B) verbonden met de verplaatsingsconstructie (7) (zie figuren 1 en 2). Om te voorkomen dat de staalkabels slap komen te hangen en voor realisering van een vormvast framewerk worden de vierende lieren (3A) voorzien van een bepaalde voorspanning Fkv.

Middels de trekkende lieren (3A) in combinatie met de vierende lieren (3A), onder een bepaalde voorspanning, wordt de baggerunit (zie figuur 1) in longitudinale positieve x-richting een verplaatsing opgelegd. Hierbij wordt de grond bij een bepaalde vertikale aanzet Z-g (zie figuur 56) onder invloed van de vertikale naar beneden gerichte kracht Rz-g2 van de hydraulische cilinders (vergelijk 9A in figuur 1) ontgraven over de volledige breedte B (zie figuur 5) onder een bepaalde snelheid V in x-richting (zie figuur 56). Nadat de baggerunit de heengaande slag in positieve x-richting over een slaglengte L in negatieve x-richting heeft afgelegd wordt de vakwerkconstructie (9C), met daarin opgenomen de ontgravingsmiddelen - waaronder graafwiel(16), drumcutter (17) of sleepkop (18) - een standaard vertikale aanzet Z-g ofwel neerwaartse verplaatsing in z-richting opgelegd door toedoen van de vertikale naar beneden gerichte kracht van de hydraulische cilinders (vergelijk 9A in figuur 1). Hierna wordt de baggerunit door omkering van de trekkende- (3A) en onder voorspanning staande vierende lieren (3A) een verplaatsing in de positieve x-richting opgelegd. De periodieke heen- en weergaande verplaatsingen van de baggerunit over slaglengte L vindt repeterend plaats totdat de ontgravingsmiddelen over de volledige ontgravingsdiepte Z-totaal zijn verplaatst. In figuur 46 is weergegeven dat de volledige ontgravingsdiepte Z-totaal bij toepassing van de telescopische constructie in de baggerunit is bereikt nadat de hydraulische cilinders (24, 22 en 9) de maximale vertikale verplaatsing in neerwaartse of negatieve z-richting hebben ingenomen. Tijdens het ontgravingsproces worden de vertikale grondreactiekrachten Rz-g2 opgevangen door hetzij het onderwatergewicht G van framewerk en baggerunit dan wel door de vertikale weerstandskrachten van de schroef- of zuigankers Fza.

Voor vergroting van de vertikale aandrukkrachten kunnen eventueel als extra de bovenste compartimenten van de framebalken (1A-2 en 1B-2) gedeeltelijk worden gevuld met water (vergelijk compartimenten vulling conform figuur 53B). Indien gewenst kunnen voor een nog verdere vergroting van de noodzakelijke vertikale aandrukkrachten alle compartimenten van de ankerpontons (2A en 2B), framebalken (1A en 1B) en doosconstructies (8A en 8C) middels de voorheen omschreven watervulling-procedure (zie figuur 50) geheel worden voorzien van water (vergelijk compartimenten vulling conform figuur 57).

De horizontale grondreactiekrachten Rx-g2 worden via de lierkrachten Fk en Fkv opgevangen door de schroef- of zuigankers (zie ook figuur 56).

Teneinde gedurende elke periodieke beweging van het baggerwerktuig te bewerkstelligen dat het bodemtalud aan weerszijden van het baggerwerktuig voldoende stabiliteit heeft om niet te bezwijken is het noodzakelijk dat met name in losgepakte en cohesieloze grondsoorten de in figuur 6 weergegeven in dwarsrichting opererende eventueel van tanden (35F) voorziene ontgravingsmiddelen (35A) de steilheid van het bodemtalud moet worden gecontroleerd en worden ontgraven. Het, na elke periodieke beweging van de baggerunit, in dwarsrichting over een bepaalde standaard afstand te verplaatsen ontgravingsmiddel wordt gerealiseerd door een aan de bovenzijde van het vakwerk (9C) gefixeerde horizontale hydraulische cilinders (35B en 35C) in dwarsrichting (zie ook detail A in figuur 6). Om stijfheidsredenen zijn de cilinderstangen (35B) omhult door cilindrische van gaten voorziene poreuze holle cilinders (35D), die zijn aangesloten op de binnenste stilstaande lagerringen (35E). De ontgravingsmiddelen (35A) worden bij voorkeur aangedreven door een om de cilinders (35D) gefixeerde hoogkoppel en laag toerental motor (35H in detail B van figuur 6). Teneinde de torsiemomenten van de motor (35H) op te vangen kunnen de cilindermantels (35C) en de hieromheen in longitudinale richting verplaatsbare holle cilinders (35D) over de volle lengte worden voorzien van achtereenvolgens uitwendige- en inwendige vertandingen (zie detail C in figuur 6).

Fase 6: Omhoog trekken ankers en graaf/zuiginstallaties baggerunit alsmede horizontale verplaatsing framewerk over een slaglengte L (zie ook figuur 55).

Nadat de gewenste ontgravingsdiepte is bereikt worden de ontgravingsmiddelen, waaronder graafwiel (16), drumcutter (17) of sleepkop (18) in vertikale z-richting omhoog verplaatst over een zodanige afstand dat de ontgravingsmiddelen (16-18) zich boven de bodem van de watermassa bevinden. In figuur 1 is weergegeven dat realisering van de vertikale verplaatsing van ontgravingsmiddelen (16-18) in combinatie met de zuiginstallatie plaatsvindt door een vertikale verplaatsing van de vakwerkconstructie (9C), dat wordt bewerkstelligd door een vertikale verplaatsing van de kolommen (9B) die zijn verbonden met de hydraulische cilinderstangen (9A). Hierop volgend worden de in de grond verankerde schroefankers (5G) verwijderd uit de grond door vertikale verplaatsing van de hydraulische cilinderstangen van de hydraulische cilinders (5C) (zie ook figuur 39 en 55) in combinatie met het omhoog schroeven of draaien van de schroefankers (5G) middels de aan de schroefankers gekoppelde hoog koppel en laag toerental motoren (5E) (zie ook figuur 44). Bij de naar boven gerichte vertikale verplaatsing van de hydraulische cilinders (5C) worden de vertikaal naar beneden gerichte krachten van de hydraulische cilinders (5C) op het ankerponton (2) opgevangen door de ondersteunings-constructie (4) (zie ook figuur 39 en 55), die via de slede (4A), wielstel of rupsband worden opgevangen door de grondreactiekrachten Rz-g1 (zie figuur 55). Waarbij moet worden opgemerkt dat de grootte van Rz-g1 in deze fase 6 wezenlijk kan verschillen met de grootte van Rz-g1 in fase 4.

De noodzakelijke vertikale krachten om de schroefankers (5G) uit de grond te trekken kunnen eveneens worden gerealiseerd door de vertikale stuwkrachten van de thrusters (6A) (zie figuren 39 en 55) of door de opwaartse kracht B2 vanuit de met gas gevulde ankerponton compartimenten (2A en 2B) (zie figuur 55).

Indien van zuigankers voorzien (zie figuur 42) kunnen deze uit de grond worden verwijderd door het wegnemen van de onderdruk in de cilinderruimte middels vulling van de cilinder met omgevingswater door opening van klep (38R) (zie figuur 42), waarna de hydraulische cilinders (5C) de zuigankers omhoog verplaatsen (zie figuren 40 en 41).

Nadat de schroef- en zuigankers eveneens tot boven het bodemoppervlak zijn verplaatst bestaat de mogelijkheid om het framewerk horizontaal te verplaatsen over de slaglengte L (zie figuur 56) door de voortstuwingssystemen van de met de ankerpontons verbonden thrusters (6B).Hierna herhaalt de cyclus zich vanaf stap 4, waarin plaatsing van het framewerk op het bodem oppervlak plaatsvindt.

Fase 7: Ontgravingsproces middels continue horizontale verplaatsbaar framewerk (zie ook figuur 57).

Horizontale verplaatsing in x-richting van de baggerunit en het framewerk in combinatie met het operationele baggerproces met optredende horizontale grondreactiekrachten Rx-g2 kan eveneens worden gerealiseerd gebruikmakend van de horizontale stuwkracht Fxt in horizontale X-richting van de thrusters (6B). De vertikale grondreactiekracht Rz-g2 worden opgevangen door het onderwatergewicht G van het framewerk en de baggerunit. Hierbij kunnen indien gewenst voor vergroting van de noodzakelijke vertikale aandrukkrachten alle compartimenten van de ankerpontons (2A en 2B), framebalken (1A en 1B) en doosconstructies (8A en 8C) middels de voorheen omschreven watervulling-procedure (zie figuur 50) worden voorzien van water.

Fase 8: Opstijgen van het baggerwerktuig

Onder voorwaarde dat de schroef- (5G) of zuigankers (38A) uit de grond zijn verwijderd door toedoen van de hydraulische cilinders (5C) kan worden aangevangen met de voorbereidingen voor het opstijgen van het baggerwerktuig, bestaande uit een framewerk en baggerunit. Uitgaande van de figuren 54 en 56 kan het opstijgen van het baggerwerktuig worden gerealiseerd door het wegpersen van water uit de compartimenten van de ankerpontons (2A en 2B) alsmede uit de onderste buiselementen (1A-1 en 1B-1) van het framewerk middels de voorheen omschreven water uitdrijfprocedure (zie figuur 50). Door de gewichtskracht G ter plaatse van het zwaartepunt van de complete baggerunit en framewerk onder het gemeenschappelijke aangrijppunt B, bestaande uit de aangrijpingspunten van de opdrijvende kracht B1 en B2, te houden is de stabiliteit van de baggerunit en framewerk gewaarborgd. Eventueel kunnen stabiliteitsproblemen worden ondervangen door toedoen van de vertikale stuwkracht van de thrusters (6A).

In feite is de gasvulling situatie van het baggerwerktuig in deze opstijg-fase identiek aan de gasvulling situatie zoals weergegeven in de drijvende fase 1. De naar boven gerichte snelheid van het baggerwerktuig kan eventueel worden afgeremd door bijvoorbeeld de compartimenten van de onderste compartimenten (1 A-1 en 1B-1) of de onderste compartimenten (2A) van de ankerpontons geheel of gedeeltelijk te vullen met water.

Werkwijze baggerwerktuig boven waterniveau

Een gunstige uitvoeringsvorm van de baggerunit in combinatie met framewerk en mogelijk telescopische constructie die boven waterniveau kan worden ingezet is schematisch weergegeven in figuur 58. De verplaatsing van het framewerk in longitudinale x-richting en zijdelinkse y-richting vindt plaats door de in de figuren 58 en 43 weergegeven zelf aangedreven wielen (4A-3 en 4A-4) of vergelijkbare verplaatsingsmechanismen waaronder aangedreven rupsbanden. Indien het grondtransport plaatsvindt in de vorm van een water/grond mengsel middels pompen in combinatie met pijpleidingsystemen dienen de ontgravingsmiddelen onder water te zijn gepositioneerd.

De ontgravingsprocessen kunnen worden uitgevoerd op basis van heen- en weergande ontgravings-cycli, met de schroef- en zuigankers verankerd in de bodem (vergelijk fase 5 - bladzijde 56).

De krachten die hierbij optreden en werken op het baggerwerktuig zijn als volgt te omschrijven.

Rx-g2 = Reactiekrachten grond op ontgravingsmiddelen in x-richting

Rz-g2 = Reactiekrachten grond op ontgravingsmiddelen in vertikale z-richting

Rx-a1 = Reactiekrachten vanuit de grond werkend op de schroefankers in x-richting

Rz-g1 = Reactiekrachten vanuit de grond werkend op de schroefankers in z-richting F-d = Aandrijfkracht op wielstellen F-k = Halende lierkracht F-vk = Voorspankracht lier G = Gewichtskracht ontgravingsinstallatie werkend op de grond.

Uiteraard kan het baggerwerktuig boven water eveneens in één richting bagger-werkzaamheden uitvoeren, waarbij de horizontale grondreactiekrachten worden opgevangen door de aandrijfkrachten F-d op de wielstellen.

Baggerwerktuig middels hydraulische cilinders gekoppeld aan een drijvend vaartuig.

Een gunstige uitvoeringsvorm van de baggerunit in combinatie met framewerk en telescopische constructie die wordt ingezet op een drijvend vaartuig (27) in relatief geringe waterdiepten is weergegeven in figuren 59 en 60. In de figuren 59 en 60 is weergegeven dat de koppeling tussen het drijvend vaartuig (27) en het framewerk wordt gerealiseerd door hydraulische cilinders (22). De hydraulische cilinders (22A) zijn aan de bovenzijde middels platen (22G), waartussen veren (22H) zijn ingeklemd, vertikaal verend ondersteund op het drijvend vaartuig (27) (zie figuren 59 en 60). Langs een met het drijvend vaartuig (27) verbonden geleidingscilinder of radiaal glijlager (22J) kan de omhullende buis (22B) in vertikale riching worden verplaatst (zie ook de figuren 59, 60 en 62). In de figuren 59, 60 en 62 is af te lezen dat de omhullende buis (22B) langs de aan de buitenzijde van de cilindermantel (22A) opgenomen ronde geleidingsringen (221) in vertikale richting kan worden geleid. In figuur 62 is weergegeven dat zowel de zuigerstang (22A) als de omhullende buis (22B) aan de onderzijde zijn gefixeerd aan de vaste assen (22D), waarmee tevens een vaste verbinding tussen de omhullende buis en de zuigerstang (22A) is gecreëerd.

Tussen de ringvormige platen (22E) zijn veren (22F) opgenomen, waardoor de zuigerstangen (22A) tezamen met de hiermee verbonden omhullende buizen (22B) zowel in X-richting als in Y-richting kunnen worden verplaatst. In figuur 62 is weergegeven dat de kruisvormige assen (22D) in axiale X- of Y-richting kunnen schuiven, waarbij de verplaatsingen van de assen (22D) worden gelimiteerd door de in de box (22C) opgenomen sleuven. In de figuren 60, 61 en 65 is weergegeven dat de boxen (22C) zijn gefixeerd op de ankerpontons (2).

Een significant voordeel van deze opzet is dat de benodigde vertikale aanzetkracht op de ontgravingsmiddelen (16-18) wordt bewerkstelligd door de gewichtskracht van het drijvend vaartuig (27). In feite wordt de naar beneden gerichte kracht op de ontgravingsmiddelen (16-18) gerealiseerd doordat het drijvend vaartuig (27) door de hydraulische cilinders (22) uit het water omhoog wordt getild. Als gevolg hiervan behoeven de compartimenten van de framebalken (1A en 1B) niet van water te worden voorzien voor de noodzakelijke vertikale aandrukkracht.

Een ander voordeel is dat de ontgravingsmiddelen met behoud van de benodigde aandrukkracht bij scheepsbewegingen en onregelmatig bodemtalud door gebruikmaking van de veren (11G) van de ontgravingsmiddelen de graafwerkzaamheden kunnen continueren (zie ook figuur 65), waarbij via de hydraulische cilinders (9A) en kolommen (9B) van de baggerunit een constante aandrukkracht op de vakwerkconstructie (9C) en daarmee op de ontgravingsmiddelen (16,17,18) wordt uitgeoefend.

In figuur 65 is schematisch het dynamische model weergegeven waarmee de baggerunit en het framewerk externe krachten vanuit het onregelmatige bodemtalud dan wel uit de scheepsbewegingen kunnen opvangen. Behoudens de voorheen reeds in de baggerunit en framewerk omschreven veerconstructies van achtereenvolgens de sledeondersteuning (4C), de ontgravingsmiddelen (11G), de hydraulische cilinders (9F) en de wielstellen in de verplaatsingsconstructie (9L) zijn als extra veren (22F in figuur 62) opgenomen in de box (22C) en veren (22H) aan de bovenzijde van de hydraulische cilinders (22H). In figuur 65 is aangegeven welke dynamische verplaatsingen de veerconstructies van achtereenvolgens de ontgravingsmiddelen (11G) en de sledeondersteuning (4C) ondervinden ten gevolge van een slingerbeweging van het drijvend vaartuig over een hoek φ in een onregelmatig bodemtalud. Een bijkomend voordeel van deze configuratie is dat zowel het drijvend vaartuig (27) alsmede het baggerwerktuig kunnen worden voorzien van een voortstuwingssysteem.

Het grond/watermengsel wordt middels de in figuur 47 weergegeven pomp (25A) en een hierop aangesloten persleidingstelsel afgevoerd naar grondopslag reservoirs. In de figuren 59 en 60 is als voorbeeld weergegeven hoe het grond/water-mengsel via het persleidingstelsel (25B) en via sproeikoppen (25C) wordt afgevoerd in drijvende zelf varende bakken (28), die aan weerzijden van het drijvende vaartuig (27) kunnen worden gepositioneerd. Een andere gunstige mogelijkheid wordt gerealiseerd door het grond/water-mengsel via een al dan niet drijvende persleidingstelsel (25) af te voeren naar een stortplaats.

Baggerwerktuig middels bolscharnierende hydraulische cilinders gekoppeld aan een drijvend vaartuig.

Een identieke gunstige configuratie van baggerunit en framewerk zoals hierboven omschreven en geïllustreerd in de figuren 59, 60 en 65, met als significant verschil dat de hydraulische cilinders (22) zijn voorzien van bolscharnieren (26A en 26B) die een flexibele verbinding vormen tussen het drijvend vaartuig (27) en de met het framewerk verbonden vier ankerpontons (2), is weergegeven in de figuren 61 en 64.

Het grote voordeel van deze configuratie is dat er een volledige ontkoppeling heeft plaatsgevonden tussen de bewegingen van het drijvend vaartuig (27) en het framewerk waarop de baggerunit en een mogelijke telescopische installatie zijn gepositioneerd met behoud van de noodzakelijke vertikale aandrukkracht op de ontgravingsmiddelen. Hierdoor zullen de ontgravingsmiddelen onafhankelijk van de scheepsbewegingen met behoud van de benodigde aandrukkracht de graafwerkzaamheden kunnen uitvoeren. In figuur 64 is schematisch het dynamische model weergegeven waarmee de baggerunit en het framewerk externe krachten vanuit het onregelmatige bodemtalud dan wel uit de scheepsbewegingen kunnen opvangen.

Evenzo zijn in figuur 64 aangegeven welke dynamische verplaatsingen de veerconstructies van achtereenvolgens de ontgravingsmiddelen (11G) en de verende box (22C) - met de hierin opgenomen assen (22D) gekoppeld aan de zuigerstangen (22A) - (zie ook de figuur 62) ondervinden ten gevolge van een onregelmatig bodemtalud in combinatie met achtereenvolgens een slingerbeweging (roll) over een hoek φ, stampbeweging (heave) over een afstand z en zijdelinkse beweging (sway) over een afstand y van het drijvend vaartuig. Zoals af te lezen in figuur 64 zal het framewerk inclusief baggerunit geen verplaatsingen ondervinden ten gevolge van de bewegingen van het drijvend vaartuig en het onregelmatige bodemtalud. Verstoringen in het bewegingspatroon door toedoen van scheepsbewegingen en/of het onregelmatige bodemtalud kunnen worden opgevangen door de veren (22H) en (11G) (zie ook figuur 64).

In analogie met de in de figuren 59 en 60 omschreven methode voor de benodigde vertikale aandrukkracht op de ontgravingsmiddelen wordt ook bij deze constructie de vertikale aandrukkracht gerealiseerd door toedoen van de gewichtskracht van de uit het water gelichte vaartuig (27) dan wel ten gevolge van de met water gevulde compartimenten van de framebalken (1A en 1B).

Baggerinstallatie en Grondopslag installatie

Geschikte uitvoeringsvormen voor baggerinstallaties die inzetbaar zijn voor grond ontgraving, grondopslag en vertikaal transport tot op zeer grote waterdiepten onderscheiden zich in deze vinding door de wijze waarop het vertikaal transport van grond plaatsvindt.

Gerelateerd aan de gebruikte technologie zijn de navolgende uitvoeringsvormen hierbij toepasbaar. 1. Het grond/water mengsel van de ontgravingsmiddelen wordt middels pompinstallaties en hierop aangesloten persleidingen naar het boven waterniveau gepositioneerde drijvende of niet-drijvende grond-opslagreservoir gepompt. 2. Uit het grond/water mengsel van de ontgravingsmiddelen wordt de grond opgeslagen in grond-opslagcontainers, die op een in de waterbodem gefixeerd framewerk zijn gepositioneerd, waarbij het vertikale transport van de grond-opslagcontainers plaatsvindt door de opwaartse kracht van in het bovenste compartiment van de grond-opslagcontainer opgeslagen gas. 3. Uit het grond/water mengsel van de ontgravingsmiddelen wordt de grond opgeslagen in grond-opslagcontainers, die op een in de waterbodem gefixeerd framewerk zijn gepositioneerd, waarbij het vertikale transport van de grond-opslagcontainers plaatsvindt door de trekkrachten van de hieraan gekoppelde staalkabels, die zijn verbonden met op het drijvend vaartuig gepositioneerde lieren.

Alternatieve mogelijkheden zijn gebaseerd op een combinatie van uitvoeringsvormen 1 en 2 en 1 en 3, waarbij het grond/water mengsel, bestaande uit de in de grond-opslagcontainer opgeslagen grond gemengd met een waterstroom, door een pomp en hierop aangesloten persleidingen naar het boven waterniveau gepositioneerde drijvende of niet-drijvende grond-opslagreservoirs wordt gepompt.

Het grootste nadeel van uitvoeringsvorm 1 zijn de verstoppingen in de persleidingen als gevolg van gronddeeltjes met verschillende diameters die in dezelfde persleiding vertikaal worden getransporteerd. Doordat uitvoeringsvormen 2 en 3 geen gebruik maken van een persleiding wordt voornoemd probleem van uitvoeringsvorm 1 opgeheven.

Uit oogpunt van energie is uitvoeringsvorm 3 het meest gunstig aangezien het totale rendement hoger is dan van de uitvoeringsvormen 1 en 2 (zie ook figuur 91).

Hierbij wordt verondersteld dat het rendement van de lieraandrijving η-Ι (Uitvoering 3) hoger is dan het pomprendement η-ρ (Uitvoering 1) en ook hoger is dan de rendementen voor polytrope gascompressie η-c en gasexpansie η-e (Uitvoering 2).

Uitvoeringsvorm 1 - Bagger- en Grondopslag installaties

Uitgaande van de baggerinstallatie (figuur 2) kan het grond/water mengsel direct vanuit een op de baggerinstallatie gepositioneerde pomp (10R) (zie ook figuur 8) dan wel indirect via op de grondopslag installatie (zie figuur 77) gepositioneerde pompen (10R) middels persleidingen naar het wateroppervlak worden getransporteerd.

Vooruitlopend op de nog nader te specificeren grondopslag installatie in uitvoering 2 wordt het grond/water mengsel, aangeleverd vanuit de in longitudinaal verplaatsbare ontgravingsmiddelen en zuiginstallatie via het in figuur 80 weergegeven zuigleidingstelsel (10B ... 10H) en via de achtereenvolgens op de op de stilstaande grondopslag installatie (zie ook figuren77 en 81) achtereenvolgens gepositioneerde zuigleidingen (101), flexibel om de caroussel (32) gewikkeld leidingwerk (10J) en leidingen (10K en 10L) direct aangezogen door de pompen (10R) om vervolgens via persleidingen naar het wateroppervlak te worden getransporteerd.

Uitvoeringsvorm 2 - Bagger-en Grondopslag installaties

In de figuren 66 en 67 is uitvoeringsvorm 2 van de baggerinstallatie weergegeven.

Een mogelijke uitvoering van de baggerinstallatie is hierbij opgebouwd uit achtereenvolgens : 1. Baggerunit-framewerk installatie (zie ook figuur 2) 2. Grondopslag-installaties (zie figuren 72 en 73) aan weerszijden van de baggerunit-framewerk installatie (zie ook figuren 66 en 67). 3. Drijvend vaartuig (29) (zie figuren 66 en 67) waarmee de baggerunit-framewerk installatie en de grondopslag-installaties middels staalkabels (30B) van de lier aandrijvingen (30A) zijn verbonden en die tevens dienen voor opslag van de grondopslagcontainers en als grondoverslag installatie van de grondopslag-containers (33A en 33B) naar bijvoorbeeld zelfvarende bakken (28). 1. Baggerunit-framewerk installatie (zie figuur 2)

Afhankelijk van de gewenste ontgravingsdiepte kan de baggerunit al dan niet zijn uitgevoerd met een telescoopconstructie (zie figuren 45 tot en met 48). De baggerunit en het framewerk met of zonder telescoopconstructie zijn zowel qua uitvoering als werkwijze identiek aan de in het voorgaande omschreven baggerunit- en framewerk. Voor geleiding van de flexibele zuigleiding (101) zijn in de figuren 2 en 74 geleidingsconstructies (32J) ofwel ‘fairleads’ gepositioneerd waarin rondom het vierkante gat aan de binnenzijde bijvoorbeeld geleidingsrollen zijn opgenomen. 2. Grondopslag-installaties (zie figuren 72 en 73)

Een mogelijke gunstige uitvoeringsvorm van de grondopslag-installatie is opgebouwd uit achtereenvolgens het flexibele framewerk (zie figuur 19 en figuur 37) met bijbehorende ankerpontons (2), schroef- (5) of zuigankers (38 in figuur 40) en ondersteunings-mechanismen (4) voorzien van onder andere de in figuur 39 weergegeven sleden (4A), wielen of rupsbanden en hydraulische cilinders (4F). Het framewerk is verstijfd door bijvoorbeeld opname van het in figuur 73 weergegeven buisvormige balkelement (1E) in diagonale richting. Voor geleiding en bevestiging van de grondopslag-containers (33) in een vakwerkconstructie-ondersteuning (33I) zijn de grondopslag-containers (33) bijvoorbeeld middels puntvormige cilindrische geleidingspinnen (33C) aan de onderzijde gepositioneerd in een vang (33H) die is opgenomen in bijvoorbeeld een vakwerkconstructie ondersteuning (33I) die op haar beurt is gefixeerd op bijvoorbeeld ondersteunings-platforms (30) (zie figuren 73). De ondersteunings-platforms (30) worden gefixeerd op de framebalken (1A). De geleidingspinnen (33C) aan de onderzijde zijn middels staalkabels verbonden met op de ondersteunings-platform (30) gepositioneerde lieren (33J) en aan de bovenzijde middels geleidingspinnen (33C) via staalkabels (33D) verbonden met de in figuur 67 weergegeven lieren (31A). Middels deze constructieve opzet worden de grondopslag-containers (33) in staat gesteld om onder een bepaalde voorspanning in de kabels (33D) aan weerszijden van de containers door de opwaartse kracht van de luchtcompartimenten (33A) vertikaal te worden getransporteerd naar het drijvend vaartuig (29), zonder dat de stroming of golfbewegingen de vertikale koers kunnen beïnvloeden (zie ook figuur 67). Omgekeerd kan de grondopslag-container (33) met compartimenten volledig voorzien van water onder een bepaalde voorspanning in de kabels (33D) in volledig vertikale richting worden afgezonken en worden gepositioneerd op het grondopslag-framewerk. Eventueel kan een gedeelte van het bovenste gas-compartiment (33A) van de container (33) worden gebruikt voor de opwaartse kracht ter compensatie van het onderwater gewicht van de container.

De ontgraven grond vanuit de Baggerunit wordt als grond/water-mengsel uiteindelijk via zuigleidingen (101) (zie ook figuur 74 en 77) naar de Grondopslag-installatie getransporteerd. Doordat de Baggerunit/framewerk-installatie tijdens het baggerproces een horizontale verplaatsing in x-richting wordt opgelegd zal er voldoende zuigleidinglengte beschikbaar moeten zijn om de afstand met de stilstaande Grondopslag-installatie te kunnen overbruggen (zie ook figuur 66). Teneinde extra zuigleidinglengte te creëren is in het midden van het framewerk een caroussei (32) opgenomen (zie ook de figuren 72, 73,74 en 75), bestaande uit een ondersteuningsconstructie (32A) voorzien van lagerconstructies (32D) aan de bovenzijde (zie figuur 74) en onderzijde (zie figuur 75) waaromheen een rotor (32B) kan roteren (zie ook de figuren 74 en 75). Een mogeiijke uitvoering van de lagerconstructie (32D) is weergegeven in figuur 76, waarin de om de centerlijn draaibare flexibele leiding (10J) via lagers (32D1) in het lagerhuis, voorzien van afdichtingen (32D3) kan roteren en uitmond in de vaststaande met het lagerhuis (32D2) verbonden leiding (32J).

Om de rotor (32B) zijn flexibele leidingen (10J) gewikkeld, die zijn aangesloten op leidingen (101) die aan de bovenzijde via een geleidingsmechanisme (32F) middels geleidingsrollen opgesloten rondom het vierkante gat (ook wel ‘fairleads’ genoemd), een verplaatsing in dwarsrichting kan worden opgelegd (zie ook figuur 74). Tevens zorgt het geleidingsmechanisme (32F) voor geleiding van de vertikaal verplaatsbare af te rollen leidingen (10J) door toepassing van hierin opgenomen veren (32H) (zie figuur 74). De geleiding van het verend ondersteunde geleidingsmechanisme (32F) tijdens de vertikale verplaatsing vindt plaats rond gefixeerde assen (32I) (zie ook figuur 74). De flexibele leiding (101) wordt verder via een op de doosconstructie (8C) gepositioneerd geledingsmechanisme (32J) (ook wel ‘fairleads’ genoemd), eveneens voorzien van rollergeleiders, doorgeleid naar de overkoepelende buis (10H).

Aan de onderzijde van de rotor wordt de leiding (10J) middels het lager (32D) en een vaststaande holle cilindrische buis (32J) gekoppeld aan een in dwarsrichting gepositioneerde leiding (10K), die is aangesloten op zuigleidingen die leiden naar de verschillende grondopslag-containers (zie ook figuur 75).

Aan de bovenzijde van de ondersteuningsconstructie van de caroussei (32A) bestaat de mogelijkheid om de hoge druk gas-accumulatoren (34A) op te nemen, van waaruit de bovenste compartimenten (33A) van de grondopslag-containers van gas kunnen worden voorzien (zie figuren 72 en 73).

De werkwijze van de baggerunit/framewerk- en grondopslag-installaties kunnen onderverdeeld in fasen als volgt worden omschreven.

Fase 1: Vaarfase/Drijvende fase

De drijvende baggerunit/framewerk-installatie en de aan weerzijden hiermee verbonden drijvende grondopslag-installaties in de drijvende en/of varende fase kunnen middels bijvoorbeeld staalkabels (30B) van lieraandrijvingen (30A) in vertikale z-richting worden verbonden met een drijvend vaartuig (29) (zie ook figuur 67). De water- of gasvulling van de compartimenten in de baggerunit/framewerk-installatie is identiek aan de in figuur 52 weergegeven drijvende en/of varende fase 1 van de opzichzelfstaande autonome baggerunit/framewerk-installatie. Een mogelijk gunstige water- of gasvulling in de grondopslag-installaties van de achtereenvolgende compartimenten van framebalk-elementen (1A en 1B), ankerpontons (2A en 2B), grond-opslagcontainers (33A en 33B), gasaccumulatoren (34) alsmede de leidingen (10J) in de caroussel (32) tijdens de vaarfase, met voldoende stabiliteit is zoals weergegeven in Fase 1 van figuur 79. Teneinde tijdens de vaar- en drijvende fase van de grondopslag-installatie voldoende stabiliteit te realiseren bestaat de mogelijkheid om het gemeenschappelijke zwaartepunt naar beneden te verschuiven door zowel de accumulatoren (34) alsmede de grondopslagcontainers (33) in eerste instantie niet op de grondopslag-installatie te positioneren, maar in tweede instantie in een verdere fase hierop te bevestigen. De leidingen (1OJ) in de caroussel zullen in deze fase met lucht zijn gevuld.

De methode van water- of gasvulling van de compartimenten is identiek zoals omschreven in figuur 50.

Fixatie van de baggerunit/framewerk-installatie en de grondopslag-installatie tijdens de drijf- en vaarfase in het horizontale xy-vlak vindt plaats door tijdelijke connectie van de onderlinge ankerpontons (2) (zie ook figuur 67).

Onderhoud- en reparatie werkzaamheden aan de ontgravingsmiddelen (16 en 17) kunnen boven het waterniveau worden uitgevoerd door achtereenvolgens de baggerunit en framewerk-installatie middels de lieren (30A) tot de maximale positie te hijsen (zie ook figuur 67) alsmede de hydraulische cilinders (8B) en de doosconstructie (8C) in de hoogste vertikale stand te positioneren (zie ook figuur 1). De voortstuwing voor de horizontale verplaatsing van het drijvend vaartuig (29) en de hiermee verbonden baggerunit/framewerk-installatie en grondopslag-installatie kan plaatsvinden middels de in de drijvende baggerunit/framewerk- en grondopslag-installaties opgenomen thrusters (6B) (zie figuren 2 en 39) al dan niet in combinatie met thrusters opgenomen in het drijvend vaartuig (29).

Fase 2 : Afzinken, positioneren en verankeren baggerunit/framewerk-installatie en aan weerszijden hiermee verbonden grondopslag-installatie (zie figuren 67 en 79).

Vanuit de drijvende fase worden de baggerunit/framewerk-installatie en grondopslag-installaties afgezonken.

De afzinkprocedure kan op twee manieren worden uitgevoerd.

Bij de eerste wijze van afzinken wordt eerst de baggerunit/framewerk-installatie afgezonken onder begeleiding van de vierende lieren (30A). Het afzinkproces is identiek met het afzinkproces (fase 2) van het autonome baggerunit- en framewerk, waarbij de lucht/water-vullingsgraad van compartimenten in de baggerunit en het framewerk zijn weergegeven in figuur 53A. De flexibele pijpleidingen (10J) om de caroussel (32) worden hierbij afgewikkeld totdat de installatie op de waterbodem is gepositioneerd.

De procedures voor landing, positionering en verankering van het baggerunit- en framewerk zijn identiek als de in fase 3 en 4 omschreven procedures voor het autonome baggerunit- en framewerk.

Nadat de baggerunit in combinatie met het framewerk zijn verankerd in de waterbodem worden de symmetrisch gelegen grondopslag-installaties afgezonken door realisering van een gunstige gas/water vullingsgraad van de compartimenten volgens fase 4 in figuur 79 in combinatie met het vieren van de op het drijvend vaartuig (29) gepositioneerde lieren (30A), die via staalkabels (30B) zijn verbonden met de grondopslag-installaties (zie figuur 67).

Een gunstige gas/water vullingsgraad van compartimenten van de grondopslag-installatie om het afzinkproces met voldoende stabiliteit onder water te realiseren is door achtereenvolgens het onderste compartiment van de ankerpontons (2A), het framewerk (1A en 1B) en het onderste compartiment van de grondopslag-containers (33B) volledig te vullen met water en het bovenste compartiment van de grondopslag-containers (33A) en ankerpontons (2B) alsmede de gas-accumulatoren (34) te vullen met gas (zie ook figuur 67 en fase 4 in figuur 79). Afhankelijk van de stabiliteitssituatie kan het zuigleidingnetwerk (10) volledig met water dan wel gas worden gevuld. De resulterende naar beneden gerichte gewichtskracht G2 is hierbij gelijk aan de resulterende opwaartse kracht B2 van achtereenvolgens de gas-compartimenten van de grond-opslagcontainers, bovenste compartimenten ankerpontons (2B) en de hogedruk accumulatoren (34) alsmede de naar boven gerichte waterweerstand Fw2 = Cd * V2 pv2 * A. Hierbij zijn Cd de weerstandscoefficient, p de dichtheid van water, v de vertikale snelheid en A het geprojecteerde oppervlakte loodrecht op de snelheid v (zie ook figuren 67 en 79). Eventueel kan de stabiliteit worden gecorrigeerd door de naar boven gerichte stuwkracht van de thrusters (6A).

Ter correctie is uiteraard de positie van de schroefankers, in tegenstelling tot weergegeven in de figuren 67 en 79, boven de sleden (4A) gelegen.

Na landing op de waterbodem, waarbij de kinetische energie van de grondopslag-installatie wordt opgevangen door de reeds omschreven verende slede-ondersteuningsconstructie (4), worden de grondopslag-installaties verankerd in de waterbodem. De opvang van de vertikale omhooggerichte grondreactiekrachten

Rz-g2 op de schroefankers (5) (zie fase 3 in figuur 79) wordt gerealiseerd door het volpompen met water van het bovenste ankerponton-compartiment (2B) dan wel gebruikmakend van de vertikale naar beneden gerichte stuwkracht van de thrusters (6A).

Het voordeel van opeenvolgende afzinkprocessen van achtereenvolgens de baggerunit/framewerk-installatie en opeenvolgend de beide grondopslag-installaties is dat nadat verankering van de baggerunit/framewerk-installatie heeft plaatsgevonden dit framewerk letterlijk als een anker fungeert voor de daarna af te zinken grondopslag-installaties. De uitgerolde flexibele pijpleidingen (10J) van de caroussel die als ‘geleidingsdraden1 opereren dienen wel voldoende sterkte te bezitten. Door tijdens het afzinken van de grondopslag-installaties de flexibele pijpleidingen (10J) om de caroussel onder een bepaalde spanning strak te houden, door het opwinden van de pijpleidingen om de caroussel, kan het afzinken van de grondopslag-installaties op gecontroleerde wijze plaatsvinden en sluiten de grondopslag-installaties op de bodem aan weerszijden goed aan op de baggerunit/framewerk-installatie.

Een methode waardoor de aansluiting van de baggerunit/framewerk-installatie en de aan weerszijden hiermee verbonden grondopslag-installaties nog beter kan worden gegarandeerd is om gelijktijdig alle installaties synchroon op basis van gesynchroniseerde vierende lieren (30A) te laten afzinken (zie ook figuur 67). Doordat het systeem van installaties symmetrisch is en de resulterende opwaartse krachten B1 en B2 van alle installaties boven de resulterende onderwater gewichtskrachten G1, G2 zijn gelegen is de stabiliteit van het gehele systeem aan installaties gewaarborgd.

Fase 3: Ontgraving grond en vulling grondopslag-containers met grond.

Nadat de baggerunit/framewerk-installatie en de grondopslag-installaties allen zijn verankerd in de waterbodem kunnen de ontgravingsprocessen van de grond worden uitgevoerd zoals reeds uiteengezet voor de autonome baggerunit en framewerk combinatie in Fase 5 (blz 56) volgens een periodieke heen- en weergaande beweging van de baggerunit (zie figuur 56) of zoals uiteengezet in fase 7 volgens een horizontaal verplaatsbaar framewerk (zie figuur 57).

In de figuren 80 en 81 is schematisch een gunstige opzet weergegeven van de zuiginstallatie opgenomen in achtereenvolgens de baggerunit/framewerk-installatie en de hieraan gekoppelde grondopslag-installaties.

Uitgaande van de figuren 80 en 81 kan worden afgelezen dat vanuit de ontgravingsmiddelen (16,17 of 18) (punt 10.1) het grond/water mengsel via omhulsel (10B) en convergerend omhulsel (10C) (punt 10.2) naar de zuigleiding (10D) wordt gevoerd, die in de vertikaal verplaatsbare vakwerkconstructie (9C) (zie ook figuur 1) opgenomen zuigleiding (10E) vertikaal verend in- en uitschuifbaar is. Uit de figuren 80, 7 of 8 is weergegeven dat de zuigleidingen (10E) afkomstig van in dit geval vijf opeenvolgende ontgravings-middelen overgaan in één overkoepelende zuigbuis (1 OF) (punt 10.3), die vertikaal in- en uitschuifbaar is in een zuigbuis (10G) die is opgenomen in een doosvormige constructie (8C) (zie figuren 1 en 7B).

Uit de figuren 80 en 74 kan worden afgelezen dat vier op de doosvormige constructie (8C) gepositioneerde overkoepelende zuigleidingen (10G) (punt 10.4) via een overkoepelende buis (10H) naar de aanvoer-zuigleidingen (101) (punt 10.5) van beide grondopslag-installaties wordt toegevoerd (zie ook figuren 77 en 81). De flexibele aanvoer-zuigleidingen (10J) zijn voorzien van op afstand bestuurbare kleppen K1 (zie ook figuur 81) die indien geopend het grond/water-mengsel naar betreffende grondopslag-installatie zal geleiden. In figuur 74 is af te lezen dat de aanvoer zuigleidingen (101) in dit geval zijn ondersteund door een roller-geleiding (32J), ook wel ‘fairlead’ genoemd, en een in vertikale richting beweegbare en middels veren ondersteund geleidingsmechanisme (fairlead) (32F) waardoor flexibele leidingen (10J) worden geleid, die om de cilindervormige caroussel rotor (32B) zijn gewikkeld. Aansluitend op de uitgang (punt 10.6) van de caroussel (32) wordt het grond/water-mengsel via achtereenvolgens de gemeenschappelijke leidingen (10K) (punt 10.7) (zie ook figuur 75), met daarin opgenomen de op afstand bedienbare kleppen K2 en K3, de gemeenschappelijke horizontale leidingen (10L) (punt 10.8) en vertikale leidingen (1 OM), voorzien van op afstand bediende kleppen K4 tot en met K11, doorgeleid naar de diffusors (10N) van de grond-opslagcontainers (33) (punt 10.9) alwaar het bezinkings- ofwel sedimentatieproces van gronddeeltjes plaatsvindt. Aan de uitgang van de grond-opslagcontainer (33) wordt via een convergerende uitlaatstuk (10O) het water via de uitgaande vertikale leiding (1 OP), waarin opgenomen de op afstand bedienbare kleppen K12 tot en met K15, het water via de gezamenlijke leiding (10Q) (punt 10.10) afgevoerd naar één of meerdere centrifugaalpompen (10R). Door parallelschakeling van de pompen middels op afstand bedienbare kleppen of afsluiters K16 tot en met K21 kan het debiet naar de centrifugaalpompen worden opgevoerd. Door het wegpersen van water door de centrifugaalpompen (10R) wordt een onderdruk in de grondopslag-containers gerealiseerd waardoor de zuiging van het grond/water mengsel vanuit de zuigleiding (10B) ter plaatse van de ontgravingsmiddelen (16,17,18) naar de grond-opslagcontainers (33) wordt geïnitieerd.

In de figuren 77 en 78 zijn gunstige uitvoeringsvormen van het zuigleidingsysteem weergegeven vanaf de uitgaande zuigleiding (101) van de baggerunit/framewerk-installatie tot aan de centrifugaalpompen (10R). De configuraties van de in de figuren 77 en 78 weergegeven zuigleidingsystemen onderscheiden zich doordat in figuur 77 een vertikaal verplaatsbare zuigleiding (10F) in een omhullende zuigleiding (10G) is opgenomen en in figuur 78 een flexibele zuigleiding (10Z) is opgenomen die middels het U-vormige flexibele leidingprofiel extra lengte beschikbaar heeft voor vertikale verplaatsingen van de ontgravingsmiddelen (16,17,18).

Fase 4 Vullingsprocedure containers

Opslag van de gronddeeltjes vindt plaats in de opslagcontainer (33) (zie ook de figuren 73 en 82 tot en met 86). Voor een beschrijving van het bezinkings- of sedimentatieproces van de gronddeeltjes zijn voor longitudinale vertikale doorsneden A-A vanuit het bovenaanzicht van de opslagcontainer (zie figuur 87) verschillende gunstige uitvoeringen van de opslagcontainer weergegeven. Hierbij is in figuur 87 de bovenplaat van het bovencompartiment (33A) weggelaten. Voor de eenvoud is de vorm van de opslagcontainer in de figuren 82 tot en met 86 en 87 voorgesteld als een rechthoekvormige doos, echter het spreekt voor zich dat bij grotere waterdiepten een cilindervormige opslagcontainer met half bolvormige uiteinden dan wel een complete bolvormige opslagcontainer zowel qua sterkte als voor de waterweerstand bij hijs- en bezinkoperaties gunstiger eigenschappen bezitten.

In figuur 82-Uitvoering A wordt het grond/water-mengsel toegevoerd via twee aan de bovenzijde aan weerszijden van de container opgenomen invoer-openingen van een diffusor (10N). Aan twee in het midden van de container gepositioneerde convergerende uitvoer-openingen (100) wordt het water via de vertikale leiding (10P) toegezogen naar de gezamenlijke afvoerleidingen (10Q) aangesloten op de zuigleidingen van de centrifugaalpompen (10R). Een gunstige uitvoering, die voorkomt dat er gronddeeltjes vanuit de grondopslag container boven een bepaalde korrelgrootte via de afvoerleidingen (10P) worden afgevoerd, bestaat uit een filter of zeef (33D) met gaten in grootte overeenkomend met de maximale toelaatbare korrelgrootte van de gronddeeltjes. De filters of zeven (33D) kunnen hierbij middels een zelfreinigende sproeier (10T) worden schoongespoten.

Andere gunstige uitvoeringsvormen van de grond-opslagcontainer zijn in de figuren 83 tot en met 86 schematisch weergegeven in de achtereenvolgende Uitvoeringen B tot en met E, die zich onderscheiden door het aantal en de posities van in- (1 ON) en uitgaande (100) openingen in combinatie met horizontale bezinkplaten (1 OS) aan de bovenzijde van de opslagcontainer.

Uitvoering B: 2 ingangen (1 ON) aan de bovenzijde en 2 uitgangen (100) aan de bovenzijde inclusief bezinkplaten (1 OS) aan de bovenzijde met een relatief korte lengte (zie figuur 83).

Uitvoering C: 2 ingangen (10N) aan de bovenzijde en 2 uitgangen (100) aan de bovenzijde inclusief bezinkplaten (1 OS) aan de bovenzijde met een relatief grotere lengte (zie figuur 84).

Uitvoering D: 2 ingangen (10N) aan de bovenzijde en 2 uitgangen (100) aan de onderzijde inclusief bezinkplaten (1 OS) aan de bovenzijde met een relatief korte lengte (zie figuur 85).

Uitvoering E: 2 ingangen (10N) aan de bovenzijde en 2 uitgangen (100) aan de onderzijde inclusief bezinkplaten (10S) aan de bovenzijde met een relatief grotere lengte (zie figuur 86).

Teneinde het bezinkproces van de gronddeeltjes te bevorderen is in de uitvoeringen A tot en met E een diffusor (10N) opgenomen aan de intrede of ingang van de opslagcontainer. De diameter-verhouding tussen het oppervlak (loodrecht op de stroming) van de ingangsdoorsnede en het oppervlak (loodrecht op de stroming) van de uitgangsdoorsnede van de difussor (10N) is zodanig dat de snelheid van de gronddeeltjes voldoende laag is om effectief te kunnen bezinken. Het principe van bezinken is hierbij gebaseerd op de mechanismen die van toepassing zijn op de bezinkings- of sedimentatie processen , zoals die plaatsvinden in het beun van een hopperzuiger en die als zodanig zijn omschreven in de vaklitteratuur.

In de Uitvoeringen A tot en met E zijn de stroomlijnen van de twee-fasen grond/water vloeistofstromen weergegeven tezamen met de snelheden V en zwaartekracht-versnelling g werkend op de gronddeeltjes.

Andere mogelijke gunstige uitvoeringsvormen zijn onder andere :

Configuratie 1: 2 ingangen aan de onderzijde en 2 uitgangen aan de bovenzijde inclusief of exclusief bezinkplaten (met variabele lengte) aan de bovenzijde. De bezinkplaten en uitgangen zijn hierbij conform de geometrie zoals weergegeven in de figuren 83 en 84.

Configuratie 2: 2 ingangen aan de onderzijde en 2 uitgangen aan de onderzijde inclusief bezinkplaten (met variabele lengte) aan de bovenzijde. De bezinkplaten en uitgangen zijn hierbij conform de geometrie zoals weergegeven in de figuren 85 en 86.

Configuratie 3:1 ingang aan de bovenzijde en 1 uitgang aan de bovenzijde inclusief of -exclusief bezinkplaten (met variabele lengte) aan de bovenzijde (langere bezinkingsweg of -route). De bezinkplaten en uitgangen zijn hierbij conform de geometrie zoals weergegeven in de figuren 83 en 84.

Configuratie 4 :1 ingang aan de bovenzijde en 1 uitgang aan de onderzijde inclusief bezinkplaten (met variabele lengte) aan de bovenzijde (langere bezinkingsweg/route). De bezinkplaten en uitgangen zijn hierbij conform de geometrie zoals weergegeven in de figuren 85 en 86.

Configuratie 5:1 ingang aan de beneden zijde en 1 uitgang aan de bovenzijde.

Teneinde de gronddeeltjes boven een bepaalde korrelgrootte binnen het onderste grondopslag-compartiment te houden van de grondopslag- container worden in de uitgangen (100) grondfilters of zeven opgenomen van een door de maximale korrelgrootte bepaalde gat- of zeefgrootte (zie ook figuur 82).

Fase 5 Vertikaal transport containers

De op blz 4 van deze vinding omschreven nadelen van de huidige gangbare methoden van vertikaal grondtransport onder gebruikmaking van centrifugaal-pompen kunnen worden ondervangen door het vertikale transport onder water van de - in het onderste compartiment (33B) van de grondopslag-containers (33) opgeslagen - gronddeeltjes plaats te laten vinden door de opwaartse kracht van lucht of vergelijkbare gassen, opgeslagen in het bovenste compartiment (33A) van de opslagcontainer (33) (zie ook figuur 73).

Vergelijking van de benodigde energie voor vertikaal transport tussen de huidige gangbare methoden van centrifugaalpompen en de van gas voorziene containers kan met behulp van figuur 91 worden toegelicht.

In de figuren 89 en 90 is de cyclus afgebeeld van de verschillende periodieke procesfasen die worden doorlopen tijdens de vullingsprocedures van grond in de onderste compartimenten (33B) van de grondopslag-containers (33) en het vertikale grondtransport.

Gelet op de nadelen van de huidige gangbare methoden van vertikaal grondtransport onder water met als inzet centrifugaalpompen (zie uitvoering 1) kan, onder gebruikmaking van de opwaartse kracht van een gas met een soortelijke massa kleiner dan van water (onder een bepaalde omgevingstemperatuur), de grond opgeslagen in het onderste compartiment van de grond-opslagcontainer vertikaal naar boven worden getransporteerd.

Procesfase 1:

In procesfase 1 zijn beide compartimenten (33A en 33B) van de opslagcontainer gevuld met water met omgevingsdruk PO. Het water in het bovenste compartiment (33A) heeft een volume (V1-V2). De aan de opslagcontainer gekoppelde accumulator (34A) heeft een druk P2 en volume V2. Alle vulsystemen inclusief de compressoraandrijving staan op non-actief.

Procesfase 2:

Het afzinken van de opslagcontainer (33) inclusief de accumulator (34A) vindt plaats onder een constante snelheid V onder een vertikaal krachtenevenwicht bestaande uit de gewichtskracht (onder water) van de container enerzijds en de opwaartse kracht van de accumulator Fo vermeerderd met de waterweerstand Fw, ofwel

Fg = Fo +Fw. - Totale opwaartse kracht Fo = Fv2 - Opwaartse kracht door accumulator Fv2 = p-w*V2*g - Soortelijke massa water p-w - Volume accumulator V2 - Acceleration gravity g - Waterweerstand opslagcontainer Fw = Cd*1/2*p-w*V2

- Zinksnelheid opslagcontainer V - Waterweerstands coëfficiënt container Cd - Totale gewichtskracht (onder water) Fg = Fc-ow - Onderwater gewicht container Fc-ow N.B. Eventueel kan een bepaald gedeelte van het bovenste gascompartiment (33A) van de grondopslagcontainer worden ingezet ter compensatie van het onderwater gewicht van de grondopslagcontainer.

Procesfase 3

Eenmaal opgenomen in de opslagcontainer-installatie op de waterbodem wordt aangevangen met het uitdrijven van het water uit het bovenste compartiment (33A) tegen de omgevingsdruk P1 in via de geopende klep K5, door lucht vanuit de accumulator (34A) volgens polytrope expansie te laten toestromen via achtereenvolgens de geopende klep K1, de drukregelklep K6 die wordt geopend indien de druk groter is dan P1 en de volumestroom control klep K7 (ingesteld op een volumestroom Qv-g1). De volumestroom Qv-g1 komt overeen met de grond-toevoerstroom in het onderste compartiment (33B), in die zin dat de opwaartse kracht ten gevolge van het gas in het bovenste compartiment (33A) gelijk is aan het onderwatergewicht van de grond in het onderste compartiment (33B).

Procesfasen 4-5

Continuering van de toevoerstroom Qv-g1 vanuit de accumulator (34A) volgens polytrope expansie via achtereenvolgens klep K1, drukregelklep K6 en volumestroom control klep K7 vindt plaats naar het bovenste compartiment (33A), resulterend in een volumevergroting V van gas in het bovenste compartiment (33A) (zie 4). Continuering van de volumestroom vindt plaats tot in procesfase 5 de totale hoeveelheid water uit het bovenste compartiment (33A) is uitgedreven tegen de omgevingsdruk P1 en het gas in het compartiment met volume (V1-V2) een druk P1 heeft. In evenredigheid hiermee is de hoeveelheid grond in het onderste compartiment (33B) toegenomen tot een waarde waarbij tijdens het opstijgen (procesfase 6) een krachtenevenwicht ontstaat tussen de totale opwaartse kracht Fo en de totale neerwaartse kracht Fg.

De totale theoretische energie E-e (zonder energieverliezen) die uit de polytrope expansie van een gas met druk P2 naar P1 vrijkomt is tenminste gelijk aan de arbeid A om het water tegen de omgevingsdruk P1 uit het bovenste compartiment (33A) met Volume V1-V2 uit te drijven. De polytrope vrijkomende expansie energie E-e is gelijk aan het in figuur 92 weergegeven oppervlak 1234 in het P-V diagram.

De theoretische arbeid voor uitdrijving van het water is gelijk aan A = p1*(V2-V1).

De vrijgekomen energie is gelijk aan E-e = (n/n-1)*P1*V1*[(P2/P1)(rM/n) - 1), waarbij n de polytrope exponent voorstelt.

Procesfase 6

Het opstijgen van de opslagcontainer (33) inclusief de accumulator (34A) vindt plaats onder een constante snelheid V onder een vertikaal krachtenevenwicht bestaande uit de totale opwaartse kracht Fo die gelijk is aan de som van de totale gewichtskracht (onder water) van de container en grond (Fg) en de waterweerstand Fw, ofwel Fo = Fg +Fw. - Totale opwaartse kracht Fo = Fv1 - Opwaartse kracht door accumulator en Fv1 = p-w*V1 *g compartiment - Volume (accumulator + compartiment) V1 - Gravitatie versnelling g

- Waterweerstand opslagcontainer Fw = Cd*1/2*p-w*V2 * A

- Oppervlak opslagcontainer A (loodrecht op snelheid V) - Waterweerstands coëfficiënt container Cd

- Zinksnelheid opslagcontainer V - Totale gewichtskracht (onder water) Fg = Fc-ow + Fs_ow - Onderwater gewicht container Fc-ow - Onderwater gewicht grond Fs-ow = (p-s - p-w)*Vg*g - Grondvolume Vg - Soortelijke massa grond p-s - Soortelijke massa water p-w

Procesfase 7 Legen/verwijderen grond uit containers in drijvende bakken.

Eenmaal boven water aangekomen wordt de grond uit de container (33) gestort bijvoorbeeld in drijvende zelfvarende bakken (28) (zie ook figuur 66 en 67) bijvoorbeeld door het openen van in de container opgenomen bodemkleppen (33X) middels gebruikmaking bijvoorbeeld van hydraulische cilinders (zie figuur 90). Een andere mogelijkheid van horizontaal grondtransport vindt bijvoorbeeld plaats door het grond/water mengsel via een drijvende pijpleiding te storten op “het stort”.

Procesfase 7-8 Vullen accumulator middels een compressor met lucht tot een druk P2.

Het vullen van de accumulator (34A) met lucht tot een druk P2 via de geopende klep K2 vindt plaats onder gebruikmaking van een hieraan gekoppelde compressor C, die wordt aangedreven door een motor M1. De volumestroom aan gas wordt vanuit het bovenste compartiment (33A) met aanvangsvolume V1-V2 en aanvangsdruk P1 middels polytrope compressie via de terugslagklep K8 opgeslagen in de accumulator (34A) met Volume V2 en eind druk P2. Gedurende het vullen van de accumulator (34A) neemt de druk in het bovenste compartiment (33A) van de grondopslag-container uiteindelijk af tot PO (fase 8) en neemt de druk in de accumulator (34A) uiteindelijk toe tot P2. De terugslagklep K8 zal pas openen indien de druk vanuit de compressor C groter of gelijk is aan de druk P2’ in de accumulator (34A), waarbij P1<P2’<P2 . De voor de compressie benodigde theoretische energie (zonder energieverliezen) E-c is gelijk aan het in figuur 92 weergegeven oppervlak 1234 in het P-V diagram ter waarde E-c = (n/n-1)*P1*V1*[(P2/P1)(n'1/n) - 1), waarbij n de polytrope exponent voorstelt.

Na het vullen van de accumulator (34A) met volume V2 tot een eind druk P2 is de luchtdruk binnen het bovenste compartiment (33A) gedaald tot de omgevingsdruk PO.

Procesfase 1

Na opening van de klep K3 wordt door de hierop aangesloten en middels motor M2 aangedreven waterpomp P met een druk juist boven de omgevingsdruk PO het gas in het onderste compartiment (33B) uitgedreven via de geopende ontluchtingsklep of ontgassingsklep K4. Hierna start de periodieke cyclus weer.

Door in plaats van een accumulator (34A) met volume V2 en druk P2 te verbinden met het compartiment (33A) kan als gunstig alternatief worden gekozen voor een hoge gasdruk accumulator die is opgebouwd uit meerdere compartimenten elk met een volume V2 en druk P2.

Uit figuur 90 kan worden afgelezen dat de periodieke cyclus van de containers vanaf fase 1 tot en met 8 in principe identiek is aan hetgeen hieraan voorafgaande is omschreven.

In de fasen 3 en 4 wordt na opening van één van de kleppen K10 via de geopende klep K1 en drukregelklep 6 (die opent als druk > omgevingsdruk P1) het water onder een constante volumestroom Qv-g1 via een instelbare volumestroom klep K7 uitgedreven uit het bovenste compartiment (33A).

In de fasen 7 en 8 worden de afzonderlijke compartimenten van de hoge druk accumulator (34A) met volume V2 en druk P1 door opening van één van de kleppen K10 in combinatie met de geopende klep K2 en via de terugslagklep K8 gevoed met gecomprimeerde lucht uit de compressor C . Het gecomprimeerde gas is hierbij afkomstig van het in het bovenste compartiment (33A) opgeslagen gas met aanvangsdruk P1.

Nadat alle afzonderlijke compartimenten (33A) van de hoge druk accumulator (34A) met Volume V2 zijn gevuld onder druk P2 wordt de hoge druk accumulator (34A) afgezonken. Hierbij dient het onderwatergewicht van de in figuur 73 weergegeven hoge druk accumulator (34A) en de fundatie (34B) voor het noodzakelijke krachtenevenwicht tijdens het afzinken gelijk te zijn aan de opwaartse kracht van het gas in de gascompartimenten van de accumulator (34A) en de water weerstandskracht Fw.

Omgekeerd zal de hoge druk accumulator (34A) inclusief fundatie (34B) opstijgen nadat alle compartimenten (34A) in fase 4-5 met volumen V2 de omgevingsdruk P1 hebben gekregen. Tijdens het opstijgen van de hoge drukcilinder (34A) en fundatie (34B) zal er eveneens een krachtenevenwicht moeten zijn tussen enerzijds de totale onderwater gewichtskracht Fg van de hoge druk cilinder (34A) en fundatie (34B) alsmede de water weerstandskracht Fw en anderzijds de totale opwaartse kracht Fo ten gevolge van de totale hoeveelheid gas in de compartimenten.

Fase 6: Opstijgen Baggerunit/framewerk installatie en Grondopslag-installaties

In figuur 71 zijn de gas/water vullingen van de compartimenten behorende tot de graafinstallatie en grondopslag-installaties voor het opstijgen weergegeven. De graaf- en grondopslag installaties kunnen zowel afzonderlijk dan wel synchroon gezamenlijk als één geheel opstijgen. De stabiliteit van alle installaties is gewaarborgd, aangezien de aangrijpunten van de opwaartse krachten B1 en B2 boven de zwaartepunten van de gewichtskrachten G1 en G2 zijn gelegen. Bij de grondopslag-installaties is gekozen voor een opzet waarbij de grondopslag-containers en de accumulatoren in een eerder stadium afzonderlijk zijn opgestegen. De extra liftcapaciteit voor de grondopslag-installaties wordt bewerkstelligd door de flexibele leidingen (1OJ) van de caroussel (32) van gas te voorzien.

In figuur 79 is bij de grondopslag-installatie voor een andere opzet gekozen, waarbij zowel de accumulatoren alsmede de grondopslag-containers zijn opgenomen in de installatie. De liftcapaciteit wordt hierbij voornamelijk ontleend aan de bovenste gascompartimenten (33A) van de grondoplsag-containers. Ook in deze opzet is de stabiliteit gewaarborgd, aangezien het zwaartepunt van de grondopslag-installatie boven het gewichtszwaartepunt is gelegen. Het vullen met gas van alle compartimenten vindt plaats conform de procedure weergegeven in figuur 50.

Uitvoeringsvorm 3 - Baggerunit/framewerk- en Grondopslag installaties

In de figuren 70, 68 en 71 is de baggerunit/framewerk-installatie conform Uitvoeringsvorm 3 weergegeven voor de achtereenvolgende fasen van het afzinken van de baggerunit/framewerk-installatie gekoppeld aan de grondopslag-installatie, het baggerproces op de waterbodem en het omhoog liften van de baggerunit/framewerk-installatie gekoppeld aan de grondopslag-installatie.

De baggerunit/framewerk-installatie en de grondopslag-installatie in de Uitvoeringsvorm 3 zijn identiek aan beide installaties in Uitvoeringsvorm 2, behoudens de volgende verschillen: - Behoudens de voor de vulling van compartimenten benodigde relatief kleine gas-accumulatoren zijn geen gasaccumulatoren (34) aan de bovenzijde van de caroussel benodigd voor de gasvulling van de bovenste compartimenten (33A) van de grondopslag-containers (zie figuren 68, 70, 71) - Configuratie van de grondopslag-container verschilt met de container in Uitvoering 2 doordat de verhouding tussen de opslagruimte van het onderste grondcompartiment (33B) ten opzichte van het bovenste gascompartiment groter is (vergelijk bijvoorbeeld de figuren 82 en 88). Hierbij is de opwaartse kracht van het bovenste gascompartiment (33A) bij een grondopslag-container gelijk aan het onderwatergewicht van de grondopslag-container (zie figuur 88). - De op het drijvend vaartuig (29) gepositioneerde lieren (31A) (zie ook de figuren 68 en 69) die middels staalkabels (31B) aan de bovenzijde van de grondopslag-containers (33) zijn verbonden hebben, door de afwezigheid de relatief grote gascompartimenten (33A) en de hieraan gerelateerde opwaartse kracht, een hogere trekkracht nodig voor het omhoog lichten van de grond-opslagcontainers (33) en bij een bepaalde hijssnelheid een evenredig hiermee toenemend vermogen en dienovereenkomstig grotere afmetingen.

De operationele fasen voor Uitvoeringsvorm 3 van de baggerunit/framewerk - en grond-opslaginstallaties zijn identiek aan de operationele fasen voor Uitvoeringsvorm 2 behoudens de volgende verschillen.

Fase 2 : Afzinken, positioneren en verankeren baggerunit/framewerk-installatie en de aan weerszijden hiermee verbonden grondopslag-installatie (zie figuren 68, 70 en 71)

Het afzinken van de baggerunit/framewerk-installatie met de aan weerzijden hiermee verbonden grondopslag-installaties vindt plaats door een gunstige gas/water vullingsgraad van compartimenten van de baggerunit/framewerk-installatie en de grondopslag-installatie om het afzinkproces met voldoende stabiliteit onder water te realiseren. De gas/water vullingsgraad van de compartimenten van de baggerunit/framewerk-installatie is identiek aan Uitvoeringsvorm 2. Voor de grondopslag-installatie wordt een gunstige gas/water vullingsgraad gerealiseerd door achtereenvolgens het onderste compartiment van de ankerpontons (2A), het framewerk (1A en 1B) volledig te vullen met water en het bovenste compartiment van de ankerpontons (2B) alsmede de om de caroussel gewikkelde flexibele leidingen (10J) te vullen met gas (zie ook figuur 70). De resulterende naar beneden gerichte gewichtskracht G2 is hierbij gelijk aan de resulterende opwaartse kracht B2 van de flexibele leidingen (10J) en de bovenste compartimenten van de ankerpontons (2B) alsmede de naar boven gerichte waterweerstand Fw2 = Cd * Vz pv2 * A. Hierbij zijn Cd de weerstandscoefficiënt, p de dichtheid van water, v de vertikale snelheid en A het geprojecteerde oppervlakte loodrecht op de snelheid v (zie ook figuur 70). Eventueel kan de stabiliteit worden gecorrigeerd door de naar boven gerichte stuwkracht van de thrusters (6A).

Ter correctie is uiteraard de positie van de schroefankers, in tegenstelling tot weergegeven in de figuur 70, boven de sleden (4A) gelegen.

Fase 5: Vertikaal transport grondopslag-containers

In de figuur 69 is weergegeven dat het vertikaal transport van de grondopslag-containers, voorzien van grond, plaatsvindt door de op de bovenzijde van de grondopslag-containers bevestigde staalkabels (31B) via de trekkrachten van de op het drijvend vaartuig (29) gepositioneerde lieren (31A). In figuur 69 zijn voor de overzichtelijkheid de caroussels weggelaten.

In vergelijking met Uitvoeringsvormen 1 en 2 is het totale rendement voor het vertikale grondtransport in Uitvoeringsvorm 3 gunstiger (zie ook figuur 91). Uitgangspunt is dat het rendement van de lieraandrijvingen η-L hoger is dan het rendement van de pompen η-ρ in Uitvoeringsvorm 1 en hoger dan de rendementen ten behoeve van de polytrope compressie η-c en expansie η-e van gas in Uitvoeringsvorm 2.

In figuur 68 is het afzinken van de grondopslag-container weergegeven, waarbij het onderwater gewicht van de grondopslag container (Fg__ow) wordt gecompenseerd door de opwaartse kracht onder water (F_o) van het bovenste compartiment (33A) van de grondopslag-container (zie ook figuur 88).

Fase 6: Opstijgen Baggerinstallatie en Grond-opslaginstallaties (zie figuur 71)

Uitgaande van de grond-opsiaginstallatie op de waterbodem (figuur 68) vindt het opstijgen van zowel de baggerinstallatie als de grond-opslaginstallaties plaats door vulling van de bovenste (2B) en onderste (2A) compartimenten van de ankerpontons met gas en wordt het water uit de om de caroussel gewikkelde flexibele leidingen (10L) weggepompt. Het wegpompen van het water uit de flexibele leidingen (10L) vindt plaats door opening van de kleppen K2, K3 en K23 - K26 en één of meerdere pompkleppen K18 - K21 (zie ook figuur 81). Op deze wijze kan de waterweerstandskracht en het onderwatergewicht van de installaties worden overwonnen.

Vergelijking Uitvoeringen 1,2 en 3 met betrekking tot energierendement en beschikbaarheid.

Vergelijking van de drie uitvoeringen met betrekking tot de benodigde energie voor het vertikale transport van een bepaalde hoeveelheid grond per tijdseenheid levert het volgende beeld. Als primaire energiebron wordt in dit verband een electrische energiebron beschouwd, die kan zijn samengesteld uit een combinatie van een brandstofmotor en generator dan wel brandstofcellen die worden gevoed door waterstof en een zuurstof houdend medium.

Uitvoering 1

In de conventionele methode van vertikaal transport van een bepaalde hoeveelheid grond in een bepaalde tijdseenheid wordt de electrische energie van de primaire energiebron gebruikt voor de aandrijving van electromotoren, die de pompen, veelal centrifugaalpompen, aandrijven met rendement η-cp die wordt gebruikt voor het overwinnen van de leidingweerstand in de persleiding en het verhogen van de potentiële energie van het onderwater gewicht van de grond van de waterbodem naar het vloeistof oppervlak.

Uitvoering 2

Bij het vertikale transport van dezelfde hoeveelheid grond in dezelfde tijdseenheid wordt de electrische energie van de primaire energiebron gebruikt voor de aandrijving van electromotoren, die compressoren aandrijven met rendement n-c. De compressoren worden gebruikt voor compressie van gas, die onder een druk (hoger dan de omgevingsdruk) wordt opgeslagen in een accumulator met een bepaald volume. De potentiële energie van het gas in de accumulator wordt op de waterbodem gebruikt voor uitdrijving van het water uit het bovenste compartiment (33A) tegen de omgevingsdruk in middels de vrijgekomen energie door expansie van het gas met een rendement η-e. Het volume van het gascompartiment (33A) is hierbij in de regel groter dan het volume van de accumulator. Door de opwaartse kracht van het gascompartiment van de grondopslag-container over de waterdiepte vindt verhoging van de potentiële energie plaats, die gebruikt wordt voor de vertikale verplaatsing van het onderwater gewicht van de grond en de grondopslag-container van de waterbodem naar het vloeistof oppervlak en overwinning van de waterweerstand van de grondopslag-container.

Uitvoering 3

Bij het vertikale transport van dezelfde hoeveelheid grond in dezelfde tijdseenheid wordt de electrische energie van de primaire energiebron gebruikt voor de aandrijving van electromotoren, die de lieren op het drijvend vaartuig aandrijven met een rendement n-L De energie van de lieren wordt gebruikt voor verhoging van de potentiële energie van het onderwater gewicht van de grond van de waterbodem en de grondopslagcontainer naar het vloeistof oppervlak en overwinning van de waterweerstand van de grondopslag-container.

In formulevorm kunnen de in figuur 91 weergegeven energievormen als volgt worden weergegeven:

Energie waterweerstand container E-wwc = K1*1/2*p-w*V2*A*h Energie uitdrijven water uit container compartiment E-lc = P1 *(V1 -V2) = p-w*g*h*(V1 -V2) Energie voor leiding weerstand E-lw = K2*1/2*p-m*Vm2*Ap*h

Energie verhogen potentiële energie onderwater gewicht grond E-pg = (p-s-p-w)*Vg*g*h Waterdiepte h

Waterweerstands coëfficiënt container K1 Leidingweerstands-coefficiënt K2

Geprojecteerd oppervlak container A loodrecht op snelheid

Oppervlakte doorsnede persbuis Ap

Stijgsnelheid container V

Mengselsnelheid Vm

Volume grond in container Vg

Soortelijke massa water p-w

Soortelijke massa grond p-s

Soortelijke massa mengsel p-m

Energievergelijking Uitvoeringen 1,2 en 3

Met als uitgangspunt dat het onderwatergewicht van de grondopslag-container verwaarloosbaar is ten opzicht van het onderwatergewicht van de grond kan een energievergelijking worden gemaakt van de verschillende Uitvoeringsvormen 1,2 en 3.

Aangezien de energie voor het omhoog brengen van het onderwatergewicht van de grond E-pg practische gelijk is aan de energie voor het uitdrijven van het water uit het compartiment E-lc wordt het verschil in energie tussen het vertikale grondtransport middels centrifugaalpompen en lucht-compartimenten met name veroorzaakt door - de rendementsverschillen van de centrifugaalpomp η-cp (uitvoering 1) enerzijds en het product van het gascompressie rendement η-c en het gasexpansie rendement η-e (uitvoering 2) anderzijds - alsmede door het energieverlies als gevolg van de leidingweerstand (uitvoering 1) enerzijds en de waterweerstand van de container anderzijds (uitvoering 2).

Het totale energierendement van uitvoering 1 is gunstiger dan van uitvoering 2.

Het totale energierendement van uitvoering 3 is gunstiger dan de energie rendementen van uitvoeringen 1 en 2 doordat het rendement η-Ι van de hijslieren naar verwachting hoger is dan het rendement η-cp van de pomp (uitvoering 1) en hoger is dan het product van het gascompressie rendement η-c en het gasexpansie rendement η-e (uitvoering 2).

Met als toetsingscriteria de bruikbaarheid of inzetbaarheid van de transportinstallatie en het energierendement gaat de voorkeur uit naar uitvoering 3.

Bij de inzetbaarheid wordt rekening gehouden met de verstoppingen in de persleiding die zich in Uitvoering 1 als gevolg van verschil in gronddeeltjes grootten voordoen.

Kenmerken componenten die toepasbaar zijn in deze uitvinding

Algemeen zijn in deze vinding hoofdcomponenten, componenten en sub-componenten met de bijbehorende geometriën, dimensies, werkmethoden en -procedures toepasbaar en met succes inzetbaar, indien deze voldoen aan de volgende gunstige kenmerken. - Framewerk

Een framewerk met als kenmerken dat de geometrie en dimensies van alle hiertoe behorende componenten voldoende sterkte en stijfheid omvatten om de hierop werkende reeds omschreven belastingen te kunnen opvangen en die tezamen voldoende stabiliteit bieden om het framewerk en de hierin opgenomen baggerunit te laten afzinken of te laten opstijgen. De procedures voor achtereenvolgens het afzinken en opstijgen onder voldoende stabiliteit worden gerealiseerd door het vullen van de compartimenten van de tot het framewerk behorende componenten, waaronder de framebalken en de ankerpontons.

Behoudens de reeds omschreven meest gunstige flexibele uitvoering van het framewerk komen eveneens een volledig star uitgevoerd framewerk alsmede uitvoeringen tussen een volledig flexibel en star framewerk in aanmerking om te worden toegepast in deze vinding. - Framewerk-ondersteuning

Een framewerk-ondersteuning met als kenmerken dat de hierin opgenomen componenten voldoende sterkte en stijfheid omvatten dan wel voldoende kinematische vrijheidsgraden hebben om in staat te zijn om de vertikale kinetische energie van het baggerwerktuig, bestaande uit de baggerframe- en baggerunit combinatie, tijdens de landing op te vangen en bovendien het baggerwerktuig te kunnen geleiden over een onregelmatig bodemtalud dan wel, indien opgenomen in een vaartuig, de scheepsbewegingen te kunnen opvangen. - Verankering-installatie

Een verankerings-installatie met als kenmerk dat de hierin opgenomen componenten in staat zijn om de grondreactiekrachten te kunnen opvangen gedurende de periodieke heen- en weergaande beweging van de ontgravingsmiddelen. - Baggerunit

Een baggerunit met als kenmerk dat de hierin opgenomen componenten in staat de reeds in de vinding omschreven functionaliteiten -behorende tot achtereenvolgens de horizontale- en vertikale verplaatsingsconstructies, zuigleidingnetwerk, telescopische vertikaal verplaatsingsmechanisme en ontgravingsmiddelen met het hierin geïntegreerde en vertikaal verplaatsbare zuigleidingnetwerk - te kunnen uitvoeren. - Horizontale verplaatsingsconstructie ontgravingsmiddelen

Een horizontale verplaatsingsconstructie met als kenmerk dat de hierin opgenomen componenten in staat zijn om de - in een ondersteuningsconstructie opgenomen vertikaal verplaatsbare -ontgravingsmiddelen in horizontale richting te verplaatsen middels een geieidingsysteem met voldoende kinematische vrijheidsgraden en voldoende sterkte en stijfheid om de hierop werkende grondreactiekrachten dan wel krachten ten gevolge van een variërend bodemtalud en/of krachten ten gevolge scheepsbewegingen te kunnen weerstaan. - Geleidingsmiddelen voor het horizontale transport van de verplaatsingsconstructie

Geleidingsmiddelen met de hierin opgenomen componenten voor het horizontale transport van de verplaatsingsconstructie met als kenmerk dat de zich in de longitudinale x-richting verplaatsbare verplaatsingsconstructie met de hierop werkende grondreactiekrachten zowel in het vertikale yz-vlak dan wel hoekverdraaiingen om de z-as kan opvangen. Naast de reeds omschreven verende wielstellen en rolconstructies kan hierbij worden gedacht aan geleidingsmiddelen, waarbij de werkwijze is gebaseerd op het principe van hydrodynamische drukopbouw tussen de verplaatsingsconstructie en de framebalken. - Vertikale verplaatsingsmechanisme - en constructie van de ontgravingsmiddelen

Een vertikaal verplaatsingsconstructie en -mechanisme, met de hierin opgenomen componenten, met als kenmerk dat er voldoende aandrukkracht op de te ontgraven grond kan worden uitgeoefend en dat er voldoende kinematische vrijheidsgraden zijn om de ontgravingsmiddelen een gewenste vertikale verplaatsing te laten ondergaan. Tevens dient het verplaatsings mechanisme voldoende vering- en demping capaciteit te bezitten om de variërende vertikale grondreactiekrachten te kunnen opvangen. - Horizontaal en vertikaal verplaatsingsmechanisme framewerk

Een framewerk, met de hierin opgenomen componenten, met als kenmerk dat het framewerk zowel in vertikale als horizontale richting kan worden verplaatst middels een horizontaal- en vertikaal voortstuwingssysteem. - Zuigleiding-netwerk

Een zuigleiding-netwerk, met de hierin opgenomen componenten, met als kenmerk dat het leidingnetwerk geïntegreerd is opgenomen in de ontgravingsmiddelen en dat het zuigleidingnetwerk is gevrijwaard van de op de ontgravingsmiddelen uitgeoefende grondreactiekrachten. - Ontgravingsmiddelen

De ontgravingsmiddelen, met de hierin opgenomen componenten, hebben als kenmerk dat deze als modulaire units kunnen worden opgenomen in de Baggerunit. - Telescopische constructie - en mechanisme

Een telescopische constructie, met de hierin opgenomen componenten, met als kenmerk dat de ontgravingsmiddelen en het hierin opgenomen zuigleidingnetwerk door middel van langs elkaar in- en uitschuifbare constructies in grotere waterdiepten kunnen opereren dan wel waarbij grotere ontgravingsdiepten kunnen worden gerealiseerd. - Grondopslagcontainers

Grondopslagcontainers, met de hierin opgenomen componenten, met als kenmerken dat de geometrie, sterkte en stijfheid voldoende zijn voor het vertikale transport van grond vanuit zeer grote waterdiepten. - Electrische energievoorziening aan werktuigen op de baggerunit/framewerk- en grondopslag-installaties

Energiesystemen, met de hierin opgenomen componenten, met als kenmerk voor de electrische energievoorziening dat de energie kan worden opgewekt vanuit een brandstofmotor-generator set op een drijvend vaartuig dan wel vanuit brandstofcellen op een drijvend vaartuig of in een afgesloten ruimte onder water, waarbij de benodigde waterstof- en zuurstof reservoirs vanuit een drijvend vaartuig kunnen worden aan- en afgevoerd.

Hoofdcomponenten in baggerwerktuig

De nummering van de in deze vinding gebruikte hoofdcomponenten kunnen als volgt worden omschreven. Alle tot de hoofdcomponenten behorende componenten zijn gecodeerd naar het nummer van de hoofdcomponenten in combinatie met een alfabetisch opeenvolgende codering. De sub-componenten zijn hierbij voorzien van een opeenvolgende numerieke codering. 1 - Framewerk 2 - Ankerponton of hoekpunt 3 - Lierinstallaties (voor longitudinale verplaatsing baggerunit) 4 - Framewerk-ondersteuning 5 - Verankering-installatie 6 - Thrusters 7 - Verptaatsings-constructie 8 - Baggerunit-ondersteuning 9 - Hydraulische vertikale verplaatsingsconstructie ontgravingsmiddelen 10- Zuigleiding-netwerk 11 - Verende ondersteuningsconstructie ontgravingsmiddelen 12 - Vakwerkverbinding-constructie 13 - Vizier-installatie ontgravingsmiddelen 14 - Ondersteuningsconstructie aandrijving ontgravingsmiddelen 15 - Aandrijvingen ontgravingsmiddelen 16 - Graafwiel-constructie 17- Drumcutter-constructie 18 - Sleepkop-constructie 19 - Verende wielstel-geleidingsconstructies 20 - Ondersteuningsconstructie telescopische installatie - op vaartuig 21 - Kabelsysteem - Telescopische installatie 22 - Hydraulische cilinderconstructie - tussen doosconstructie en baggerunit 23 - Buitenste doosconstructie telescopische installatie 24 - Hydraulische cilinderconstructie - tussen doosconstructie en vaartuig 25 - Pompsysteem met flexibele persleiding - vanuit telescopische installatie 26 - Bolscharnieren - Hydraulische cilinderconstructie (22) 27 - Drijvend vaartuig 28 - Drijvende grondopslag reservoirs 29 - Drijvende en/of zelfvarende portaalconstructie 30 - Hijslierinstallatie - Baggerunit/framewerk- en Grondopslag-installaties 31 - Hijslierinstallatie - Grondopslagcontainers 32 - Caroussel constructie 33 - Grondoplag-container installatie 34 - Accumulator constructie 35 - In dwarsrichting uitschuifbare ontgravingsmiddelen 36 - Ploeg-constructie 37 - Bodemtalud-compensator 38 - Zuiganker-constructie

Samenvattend heeft deze octrooiaanvrage betrekking op: Graafinstallatie omvattende één of meerdere paren van twee ontgravingsmiddelen, waarbij het ontgravingsmiddel een roterend wiel omvat en waarbij de roterende wielen van de twee ontgravingsmiddelen van een paar tegengesteld roteren om een gezamenlijke as.

Graafinstallatie volgens hierboven, waarbij meerdere paren van twee graafinstallaties in een rij staan opgesteld waarbij de wielen van de graafinstallaties in de rij kunnen roteren om nagenoeg dezelfde ongeveer horizontale as.

Graafinstallatie volgens hierboven, waarbij tenminste twee rijen van paren van ontgravingsmiddelen achter elkaar staan opgesteld.

Een graafinstallatie volgens hierboven, waarbij de ontgravingsmiddelen in twee of drie rijen achter elkaar staan opgesteld.

Graafinstallatie volgens hierboven, waarbij de ontgravingsmiddelen van een rij versprongen staan opgesteld ten opzichte van de ontgravingsmiddelen van een andere rij.

Baggerwerktuig omvattende een rij van tenminste 3 sleepkoppen waarbij de sleepkoppen individueel en/of in een groep van sleepkoppen zijn verbonden met een stijve constructie welke stijve constructie is gepositioneerd boven de rij van sleepkoppen en waarbij de sleepkoppen middels een verende verbinding met de stijve constructie zijn verbonden zodanig dat een sleepkop en/of een groep van sleepkoppen een verticale belasting op de sleepkop en/of op de groep van sleepkoppen onafhankelijk van de overige sleepkoppen en/of groepen van sleepkoppen kan opvangen.

Een baggerwerktuig volgens hierboven, waarbij een tweede rij van sleepkoppen en een daarmee verbonden tweede stijve constructie achter een eerste rij van sleepkoppen en de daarmee verbonden stijve constructie staat opgesteld en waarbij de sleeprichting van de sleepkoppen van de eerste rij tegengesteld is aan de sleeprichting van de sleepkoppen van de tweede rij en waarbij beide rijen en de daarmee verbonden stijve constructie zich in verticale richting verplaatst kunnen worden ten opzichte van de andere rij en de daarmee verbonden stijve constructie.

Een baggerwerktuig volgens hierboven, waarbij een rij van sleepkoppen 3 tot met 30 sleepkoppen omvat.

Een baggerwerktuig volgens hierboven, waarbij de sleepkoppen draaibaar om een as in dwarsrichting en/of om een as in longitudinale richting met de stijve constructie zijn verbonden.

Sleepkop omvattende een vizier welke rond een horizontale as roteerbaar is verbonden met een zuigmondstuk waarbij vizier en zuigmondstuk samen een aanzuigopening voor een grond-water mengsel van de sleepkop vormen en waarbij het zuigmondstuk via een roterende verbinding is verbonden met een afzuigbuis zodanig dat vizier en zuigmondstuk kunnen roteren om een as die zich uitstrekt in de sleeprichting van de sleepkop en waarbij de roterende verbinding is voorzien van schokabsorberende middelen in de tangentiële richting van de roterende verbinding.

Sleepkop volgens hierboven, waarbij de roterende verbinding twee gedeeltes omvat waarbij een eerste deel is verbonden met het vizier en zuigmondstuk en een tweede deel is verbonden met de afzuigbuis en waarbij beide delen zijn voorzien van een opening voor doorvoer van het grond/water mengsel welke in gebruik door de sleepkop wordt afgezogen en waarbij het eerste deel een cirkelvormig gedeelte omvat welke voorzien is van uitsparingen en kantelen en het tweede deel een cirkelvormig gedeelte omvat welke voorzien is van uitsparingen en kantelen zodanig dat wanneer het eerste deel en het tweede deel worden samengevoegd tot de roterende verbinding de kantelen van het eerste deel passen in de uitsparingen van het tweede deel en de kantelen van het tweede deel passen in de uitsparingen van het eerste deel en waarbij in deze cirkelvormige ruimte de schokabsorberende middelen aanwezig zijn tussen kantelen van het eerste deel en de kantelen van het tweede deel.

Sleepkop volgens hierboven, waarbij de schokabsorberende middelen veren zijn.

Een rechthoekig frame omvattende twee parallel gepositioneerde framewerkbalken, twee dwarsbalken en vier hoekpunten waarbij de uiteinden van de framewerkbalken en de uiteinden van de dwarsbalken verend en met bolscharnieren zijn verbonden met een hoekpunt in elk van de vier hoeken van het rechthoekig frame.

Een rechthoekig frame volgens hierboven, waarbij de framewerkbalken, dwarsbalken en/of de hoekpunten compartimenten omvatten welke met gas en/of water gevuld kunnen worden teneinde het rechthoekig frame te kunnen laten drijven of laten afzinken tot een afgezonken toestand.

Een rechthoekig frame volgens hierboven, waarbij de compartimenten afsluitbaar zijn verbonden met een vat welke een op druk gebracht gas bevat.

Een rechthoekig frame volgens hierboven, waarbij de hoekpunten van het rechthoekig frame zijn voorzien van middelen om het rechthoekig frame te kunnen verankeren met de grond.

Een rechthoekig frame volgens hierboven, waarbij de middelen om het rechthoekig frame te kunnen verankeren met de grond omvat een anker welke zich bevindt aan de onderzijde van een koker, waarbij de koker verticaal beweegbaar is gepositioneerd in een opening in het hoekpunt en waarbij een gedeelte van de koker zich uitstrekt boven het hoekpunt en een gedeelte zich uitstrekt onder het hoekpunt en waarbij het boveneinde van het gedeelte van de koker dat zich uitstrekt boven het hoekpunt is verbonden met het hoekpunt door middel van één of meerdere actuatoren.

Een rechthoekig frame volgens hierboven, waarbij het anker een schroefanker of een zuiganker is.

Een rechthoekig frame volgens hierboven, waarbij het anker een zuiganker is welke middels een bolscharnier is verbonden met de koker.

Een rechthoekig frame volgens hierboven, waarbij aan de onderkant van het zuiganker een met tanden voorziene draaibare schijf aanwezig is.

Een rechthoekig frame volgens hierboven, waarbij het anker een schroefanker is omvattende een holle as waaromheen een helix vormig snijblad is gepositioneerd en waarbij in de wand van de holle as ter hoogte van het helix vormig snijblad uitstroomopeningen aanwezig zijn die in verbinding staan met een in de holle as aanwezige aanvoerleiding voor een gas of vloeistof.

Een rechthoekig frame volgens hierboven, waarbij de hoekpunten van het rechthoekig frame een ondersteuningsmiddel omvatten.

Een rechthoekig frame volgens hierboven, waarbij de ondersteuningsmiddelen verend zijn verbonden met de hoekpunten en waarbij de ondersteuningsmiddelen zijn verbonden met de hoekpunten middels in verticale richting instelbare lineaire actuatoren.

Een rechthoekig frame volgens hierboven, waarbij het ondersteuningsmiddel is een slede, wiel of rupsband is.

Een rechthoekig frame volgens hierboven, omvattende een of meerdere thrusters welke een verticale en/of horizontale verplaatsing van het rechthoekig frame in een afgezonken toestand mogelijk maakt.

Een rechthoekig frame volgens hierboven, waarbij het frame tevens een beweegbare brug welke brug omvat welke brug aan zijn beide uiteinden bewegend is verbonden met de twee frame werkbalken zodat een verplaatsing van de brug in de richting van beide dwarsbalken mogelijk is.

Een rechthoekig frame volgens hierboven, waarbij de beweegbare brug is verbonden met de dwarsbalken door middel van lierkabels welke lierkabels de verplaatsing van de brug mogelijk maken.

Een rechthoekig frame volgens hierboven, waarbij de beweegbare brug aan zijn beide uiteinden een geleidingskoker omvat, waarbij door de opening van elk van de kokers een van de twee parallel gepositioneerde framewerkbalken lopen zodat de beweegbare brug zich in de lengte van de framewerkbalken kan verplaatsen.

Een rechthoekig frame volgens hierboven, waarbij de geleidingskokers aan hun binnenkant zijn voorzien van verende wielstellen.

Grondtransport installatie omvattende: een afzinkbaar frame, een inlaat voor gedolven grond en/of mineralen, één of meerdere opslagcontainers geschikt voor het opslaan van gedolven grond en/of mineralen omvattende één of meerdere product inlaatopeningen welke door middel van een los te koppelen fluïdumverbinding zijn verbonden met de inlaat voor gedolven grond en/of mineralen en positioneringmiddelen welke de opslagcontainer kan positioneren op het afzinkbare frame.

Grondtransport installatie volgens hierboven, waarbij het frame is voorzien van middelen om het frame kunnen verankeren met de grond.

Grondtransport installatie volgens hierboven, waarbij het frame is voorzien van een ondersteuningsmiddel.

Grondtransport installatie volgens hierboven, omvattende een of meerdere middelen om het frame horizontaal onderwater te verplaatsen.

Grondtransport installatie volgens hierboven, waarbij het frame omvat twee framewerkbalken welke met twee dwarsbalken een vierhoekig frame werk vormen.

Grondtransport installatie volgens hierboven, waarbij de uiteinden van de framewerkbalken en de uiteinden van de dwarsbalken verend en met een bolscharnier zijn verbonden met een hoekpunt in elk van de vier hoeken van het frame.

Grondtransport installatie volgens hierboven, waarbij de hoekpunten van het frame zijn voorzien van middelen om het frame kunnen verankeren met de grond en waarbij de hoekpunten zijn voorzien van ondersteuningsmiddelen en waarbij de middelen om het frame te kunnen verankeren met de grond verend zijn verbonden met de hoekpunten en waarbij de ondersteuningsmiddelen verend zijn verbonden met de hoekpunten.

Grondtransport installatie volgens hierboven, waarbij de framewerk balken, dwarsbalken compartimenten omvatten welke met gas en/of water gevuld kunnen worden teneinde de grondtransport installatie te kunnen laten drijven of laten afzinken.

Grondtransport installatie volgens hierboven, waarbij de opslagcontainer verder voorzien is van een uitlaat en een inlaat voor een gas en een uitlaat voor water arm in gedolven grond en/of mineralen en waarbij tussen de product inlaat en de uitlaat voor water arm in gedolven grond en/of mineralen een bezink zone aanwezig is.

Grondtransport installatie volgens hierboven, waarbij de uitlaat voor water arm in gedolven grond en/of mineralen door middel van een fluïdumverbinding is verbonden met een centrifugaal pomp.

Grondtransport installatie volgens hierboven, waarbij de product inlaat van meerdere opslagcontainers door middel van een los te koppelen fluïdumverbinding is verbonden met de toevoerleiding voor gedolven grond en/of mineralen via een carrousel verdeler welke carrousel verdeler de inlaat voor gedolven grond en/of mineralen sequentieel kan verbinden met één of meerdere product inlaten van één van de opslagcontainers gekozen uit de groep van de meerdere opslagcontainers.

Grondtransport installatie volgens hierboven, waarbij de opslagcontainer is verbonden met een gas accumulator zodanig dat in gebruik gas naar de opslag container kan stromen en gas van de container naar de gas accumulator kan stromen.

Grondtransport installatie volgens hierboven, waarbij de gas accumulator meer dan één compartiment omvat met op druk gebracht gas.

Opslagcontainer omvattende een opslagruimte voor gedolven grond en/of mineralen, één of meerdere product inlaatopeningen voor gedolven grond en/of mineralen, een uitlaat en een inlaat voor een gas, een uitlaat voor water arm in gedolven grond en/of mineralen en waarbij tussen de product inlaat en de uitlaat voor water arm in gedolven grond en/of mineralen een bezink zone aanwezig is en positioneringmiddelen welke geschikt zijn om de opslagcontainer te kunnen positioneren op een het afzinkbare frame.

Grondtransport systeem omvattende de grondtransport installatie volgens hierboven, een drijvend vaartuig omvattende hijsmiddelen welke geschikt zijn om de opslagcontainer van een op de waterbodem afgezonken grondtransport installatie naar het drijvende vaartuig te hijsen en/of te begeleiden.

Grondtransport systeem volgens hierboven, tevens omvattende een afzinkbare graafinstaliatie omvattende ontgravingsmiddelen en een uitlaat voor gedolven grond en/of mineralen welke uitlaat middels een fluïdumverbinding is verbonden met de inlaat voor gedolven grond en/of mineralen van de grondtransport installatie.

Grondtransport systeem volgens hierboven, waarbij de graafinstallatie een afzinkbaar frame omvat, waarbij het frame twee framewerkbalken omvat welke met twee dwarsbalken een vierhoekig frame werk vormen.

Grondtransport systeem volgens hierboven, waarbij de uiteinden van de framewerkbalken en de uiteinden van de dwarsbalken verend en met een bolscharnier zijn verbonden met een hoekpunt in elk van de vier hoeken van het frame.

Grondtransport systeem volgens hierboven, waarbij de hoekpunten van het frame zijn voorzien van middelen om het frame kunnen verankeren met de grond en waarbij de hoekpunten zijn voorzien van ondersteuningsmiddelen en waarbij de middelen om het frame te kunnen verankeren met de grond verend zijn verbonden met de hoekpunten en waarbij de ondersteuningsmiddelen verend zijn verbonden met de hoekpunten.

Grondtransport systeem volgens hierboven, waarbij de framewerk balken, dwarsbalken compartimenten omvatten welke met gas en/of water gevuld kunnen worden teneinde de grondtransport installatie te kunnen laten drijven of laten afzinken.

Grondtransport systeem volgens hierboven, waarbij het frame van de graafinstallatie en het frame van de grondtransport installatie rechthoekig zijn zodat de graafinstallatie en de grondtransport installatie naast elkaar op de zeebodem gepositioneerd kunnen worden.

Grondtransport systeem volgens hierboven, waarbij de graafinstallatie gesandwiched is gepositioneerd tussen twee grondtransport installaties.

Grondtransport systeem volgens hierboven, waarbij de inlaat voor gedolven grond en/of mineralen van de grondtransport installatie een flexibele en in lengte variërende zuigleiding omvat welke is verbonden met een verplaatsbare uitlaat voor gedolven grond en/of mineralen van de graafinstallatie.

Werkwijze om gedolven grond en/of mineralen van een waterbodem naar het wateroppervlak te transporteren waarbij de werkwijze de volgende stappen omvat: (a) laten afzinken van een met water gevulde opslagcontainer voor grond en/of mineralen vanaf een drijvend vaartuig naar een afzinkbaar frame welke zich op de waterbodem bevind, (b) vullen van de opslagcontainer met grond en/of mineralen welke in een mengsel omvattende grond en/of mineralen en water aan de opslagcontainer worden gevoed waarbij de grond en/of mineralen bezinken in de opslagcontainer en een waterstroom arm in grond en/of mineralen wordt afgevoerd vanuit de opslagcontainer, (c) het verdrijven van een gedeelte van het water uit de opslagcontainer met een gecomprimeerd gas zodat de opwaartse kracht welke zich uitoefent op de opslagcontainer wordt vergroot, (d) het opstijgen van de opslagcontainer verkregen in stap (c) naar het drijvende vaartuig, (e) het legen van de grond en/of mineralen vanuit de opslagcontainer naar een opslagruimte welke aanwezig is op het drijvend vaartuig of op een ander drijvend vaartuig, en (f) het vullen van de opslagcontainer met water zodat de neerwaartse kracht welke zich uitoefent op de opslagcontainer wordt vergroot zodat stap (a) kan worden uitgevoerd.

Werkwijze volgens hierboven, waarbij de lucht in stap (c) gecomprimeerd gas is welke is opgeslagen in een accumulator.

Werkwijze volgens hierboven, waarbij een gebruikte accumulator wordt vervangen door een met op druk gebracht gas gevulde accumulator welke accumulator wordt afgezonken naar het afzinkbare frame.

Werkwijze volgens hierboven, waarbij de accumulator meerdere van elkaar gescheiden compartimenten omvat het op druk gebracht gas welke compartimenten onafhankelijk van elkaar kunnen worden verbonden met de opslag container in stap (c).

Werkwijze volgens hierboven, waarbij de opslagcontainer in stap (a) en (d) middels kabels en lieren wordt begeleid.

Claims

1. Graafinstallatie omvattende een rij van 3 tot met 30 ontgravingsmiddelen waarbij de ontgravingsmiddelen middels een verende verbinding zijn verbonden met een vakwerkconstructie welke vakwerkconstructie is gepositioneerd verticaal boven de ontgravingsmiddelen en waarbij de ontgravingsmiddelen zijn verbonden met een zuigbuis voor het afvoeren van het door de ontgravingsmiddelen afgegraven grond/water mengsel, waarbij de graafinstallatie in gebruik wordt verplaatst over een waterbodem in een richting die haaks ligt op de richting van de rij van ontgravingsmiddelen.

2. Graafinstallatie volgens conclusie 1, waarbij meerdere van deze rijen van ontgravingsmiddelen achter elkaar staan opgesteld en waarbij de ontgravingsmiddelen van een rij versprongen staan opgesteld ten opzichte van de ontgravingsmiddelen van een daarnaast liggende rij.

3. Een graafinstallatie volgens conclusie 2, waarbij de ontgravingsmiddelen in twee of drie rijen achter elkaar staan opgesteld.

4. Een graafinstallatie volgens een der conclusies 1 -3, waarbij de ontgravingsmiddelen graafwielen, drumcutters, sleepkoppen en/of ploegen zijn.

5. Een graafinstallatie volgens een der conclusies 1-4, waarbij een rij meerdere paren van twee ontgravingsmiddelen omvat, waarbij het ontgravingsmiddel een roterend wiel omvat en waarbij de roterende wielen van de twee ontgravingsmiddelen van een paar tegengesteld roteren om een gezamenlijke as.

6. Een graafinstallatie volgens conclusie 5, waarbij de ontgravingsmiddelen per paar zijn verbonden met de vakwerkconstructie.

7. Een graafinstallatie volgens een der conclusies 1 -6, waarbij de vakwerkconstructie verend verbonden is met een brug gepositioneerd verticaal boven de vakwerkconstructie.

8. Een graafinstallatie volgens conclusie 7, waarbij de brug middels meerdere hydraulische cilinders verend is verbonden met de daaronder gepositioneerde vakwerkconstructie waarbij de veerconstante van de een of meer veren waarmee de ontgravingsmiddelen verend zijn verbonden met de vakwerkconstructie kleiner is dan de veerconstante van de een of meerdere veren waarmee de vakwerkconstructie verend is verbonden met de brug.

9. Een graafinstallatie volgens een der conclusies 7-8, waarbij de brug een doosconstructies heeft.

10. Een graafinstallatie volgens een der conclusies 7-9, waarbij de brug verend is verbonden met een drijvend vaartuig middels meerdere hydraulische cilinders welke zich vanuit het drijvend vaartuig naar onderen en naar de brug uitstrekken.

11. Een graafinstallatie volgens een der conclusies 7-9, waarbij de brug in een horizontale en longitudinale richting kan bewegen langs twee parallel en in de lengte gepositioneerde framewerkbalken welke met twee dwarsbalken een framewerk vormen.

12. Een graafinstallatie volgens conclusie 11, waarbij de beweegbare brug is verbonden met de twee dwarsbalken door middel van lierkabels welke lierkabels een horizontale beweging van de beweegbare brug langs de twee parallel gepositioneerde framewerkbalken mogelijk maken.

13. Een graafinstallatie volgens een der conclusies 11-12, waarbij de beweegbare brug aan elk van zijn uiteinden een geleidingskoker omvat, waarbij door de opening van elk van de kokers een van de twee parallel gepositioneerde framewerkbalken lopen zodat de beweegbare brug zich in de lengte van de framewerkbalken kan verplaatsen.

14. Een graafinstallatie volgens conclusie 13, waarbij de geleidingskokers aan zijn binnenkant zijn voorzien van verende wielstellen en/of verende rollen welke in gebruik een kinematische vrijheidsgraden van de geleidingskokers in radiale richting, tangentiële richting en rotatie om de verticale as ten opzichte van de framewerkbalken mogelijk maakt.

15. Een graafinstallatie volgens een der conclusies 11-14, waarbij de hoekpunten van het framewerk zijn voorzien van middelen om het rechthoekig frame kunnen verankeren met de waterbodem.

16. Een graafinstallatie volgens conclusie 15, waarbij de hoekpunten van het rechthoekig frame zijn voorzien van een ondersteuningsmiddel.

17. Een graafinstallatie volgens een der conclusies 11-16, omvattende een of meerdere middelen om het rechthoekig frame horizontaal te verplaatsen.

18. Een graafinstallatie volgens een der conclusies 11-17, waarbij het de uiteinden van de framewerkbalken en de uiteinden van de dwarsbalken verend en middels een bolscharnier zijn verbonden met een hoekpunt in elk van de vier hoeken van het rechthoekig frame en waarbij de middelen om het rechthoekig frame te kunnen verankeren verend zijn verbonden met de hoekpunten en waarbij de optionele ondersteuningsmiddelen verend zijn verbonden met de hoekpunten zodat wanneer het rechthoekig frame is verankerd met de grond het rechthoekig frame een verende geometrie heeft met 6 kinematische vrijheidsgraden.

19. Een graafinstallatie volgens een der conclusies 11-18, waarbij deze afzinkbaar is.

20. Een graafinstallatie volgens conclusie 19, waarbij de framewerk balken, dwarsbalken, de hoekpunten en de beweegbare brug compartimenten omvatten welke met gas en/of water gevuld kunnen worden teneinde de graafinstallatie te kunnen laten drijven of laten afzinken.