Tien jaar onderzoek leidt tot innovatieve snijkop, ook voor de grootste zuigers

Geïnspireerd door de natuur

Een van de patenten slaat op de kromming van de tand, inclusief die van de staart van de tand, vandaar de serienaam: Curve Tooth cutter head. “Het idee voor de gekromde tand komt van een bepaalde soort zeeslak die er zijn, stevig op rots vastgegroeid, voedsel mee loskrijgt. De credits voor deze brainwave komen Rijksuniversiteit Groningen toe, die dit ooit heeft onderzocht in opdracht van Boskalis”, lichten Hasan Bugdayci MSc, product manager excavation equipment & dredge pumps en Rick van de Wetering, research engineer van Royal IHC’s Technology afdeling toe.  

Gekromde tand is en blijft scherper

“De gekromde tand van de zeeslak is uitstekend bestand tegen de krachten die vrijkomen bij het schrapen van rots. Door de natuurlijke kromming worden de spanningen beter verdeeld dan bij een rechte tand. Hierdoor kan het snijvlak van een gekromde tand kleiner blijven, zonder in te leveren op sterkte. De gekromde tand is effectiever en scherper. Omdat dit effect over de hele slijtlengte van de tand behouden blijft, blijft een gekromde tand gedurende zijn hele levensduur scherper dan een rechte tand.”  

Efficient in meerdere bodemsoorten

“Wat je niet snijdt, kun je niet opzuigen, en daar hebben we met onze nieuwe cutter head nu een grote sprong gemaakt. Hij presteert zelfs extreem goed in plakkerige grond, hoewel de gekromde pick point daar niet eens voor ontworpen is”, aldus een trotse Bugdayci. De Curve Tooth cutter head wordt geleverd met alle typen beitels: de pick point (zoals gebruikt in het Suez Kanaal), narrow chisel en flared chisel.

Synergie tussen tand en adapter

De twee andere patenten die Royal IHC op de cutter head heeft verkregen, betreffen het ontwerp hoe de tand en de adapter in elkaar grijpen, leggen Bugdayci en Van de Wetering uit. “De pasvorm tussen tand en adapter moet heel nauwkeurig zijn om de slijtage aan de adapter te minimaliseren. Door de krachten verliest de adapter zijn vorm, het zogeheten inhameren. Speling verergert dit. Een tand gaat hoogstens 45 minuten mee, maar de adapter moet het wel tot honderd tanden volhouden.” 

Locking

Bugdayci: “Ons compleet nieuw ontworpen locking mechanisme is ‘hammerless’. Het rekent af met het traditionele, gevaarlijke systeem waarbij twee man een pin tussen tand en adapter moeten slaan. Onze vinding garandeert een constant, spelingsvrij en loeistrak contact dankzij een mechanische veer. Door dit locking systeem kan de tand sneller worden vervangen, en door één man.”

Een kop uit één stuk 

Naast de drie patenten heeft deze nieuwe cutter head nog twee belangrijke features: het nieuwe materiaal van de tanden en het gieten van de cutterbody uit één stuk. De hele kop uit één stuk gieten, hoe complex dat ook is, levert een sterkere kop op. “Dat laatste was niet eens het doel. De vormvrijheid en de kracht en grotere duurzaamheid waren dat wel. Wanneer de back ring, de zes armen en de hub allemaal aan elkaar gelast worden, zoals de concurrentie doet, ontstaan er evenzovele residual stresses na het afkoelen van de lassen. Potentiële verzwakkingen”, aldus Bugdayci. 
 

Nieuw materiaal tanden

Voor de tanden is een nieuw materiaal ontwikkeld in samenwerking met een in de droge mijnbouw gespecialiseerde partner-gieterij in Duitsland. Ook de adapters voor de nieuwe cutter head worden daar gegoten. “We zijn jarenlang met ze aan het zoeken geweest naar de beste legering, die bestand is tegen slijtage en de impact van de krachten”, vertelt product specialist cutter heads Dennis Kweldam van Dredging Equipment. Hij leidt de technische kant van het verhaal.  

Lichtere tand

De nieuwe tand is ruim 10% lichter dan die van de belangrijkste concurrent, terwijl het snij- en slijtvolume zelfs fractioneel groter is. Dit is te danken aan twee ontwerpkeuzes: de organische kromming van de tand en de manier waarop de tand ín de adapter wordt gemonteerd, in plaats van eroverheen. Het resultaat is een lichter systeem, waarbij minder massa aan tandmateriaal wordt weggegooid. Dit is niet alleen financieel interessant, maar ook gunstig voor de handling en het milieu.

Ontwikkeling gaat verder

De stand van zaken per februari 2025 volgt op een even uitputtend als uitdagend ontwikkeltraject van zo’n tien jaar aan simulaties, laboratoriumproeven, snijproeven, ontwerp, model, small scale prototype, full scale prototype, tests en experimenten, en als allerlaatste de full-size veldtests bij Suez Canal Authority. Dat de Curve Tooth cutter head er nu staat, is echter allesbehalve een eindstation. Innovatie houdt nooit op. Van de Wetering: “Dat is de kracht van de toekomst: onderzoeksresultaten vanuit de universiteit vertalen naar praktijkoplossingen. Dat is de innovatie.”

Minder morsen, beter snijden

“Wat je morst, mis je en dat kan zomaar dertig procent zijn. We gaan nu onderzoeken hoe de mors kan worden verkleind”, aldus engineer Thijs Schouten van Dredging Equipment. ‘Low Spill’ luidt de werktitel van het project waarmee Schouten de mors omlaag wil krijgen. “We gaan vooral sturen op de ontwerpvrijheid van de cutterbody, het grote voordeel van gieten uit één stuk, en we gaan simuleren hoe je dat kunt verbeteren. We willen niet gissen, maar gericht verminderen. We zullen de bolvorm van de kop bestuderen, de contour, maar ook de tanden en hun hoek, het aantal en de ideale onderlinge afstand. Daar is op het gebied van mors nog veel winst te halen.” 

Dynamisch snijproces

Van de Wetering blijft nauw bij betrokken bij het onderzoek naar ‘low spill’, mede vanwege zijn promotieproject. Hij kijkt vanaf nu specifiek naar het snijproces. “De invloed van dynamica tijdens het snijden van gesteente wordt in de literatuur vaak niet bestudeerd, terwijl dit mogelijk een grote rol speelt. Deze invloeden ga ik zowel theoretisch als experimenteel onderzoeken tijdens mijn PhD.”

Cutter head afgestemd op toepassing

Kweldam: “We hebben het gehele systeem aan vernieuwingen uitgewerkt voor één maat, namelijk 4.800 kW geïnstalleerd vermogen, en rots. De volgende stap is het bedienen van marktvragen onder en boven dat vermogen. Dat kan ook een 12.000 kW zijn die hele grote snijkopzuigers, zoals bijvoorbeeld de SPARTACUS, nodig hebben voor zand.” 

Totaalpakket voor grondsoort

“We gaan bij nieuwe opdrachten voor een Curve Tooth cutter head met een ander vermogen dan 4.800 kW de cutterkop niet zomaar schalen”, zegt Kweldam stellig. “We werken naar een totaalpakket voor de grondsoort waarvoor het bedoeld is, het wordt nooit one size fits all. Daar komt dus het modulaire systeem van pas met het switchen naar andere tanden. Ook de twee typen chisels (narrow en flared) zijn uiteraard ‘curved’. Voor zand, grind en klei moet je dus kijken naar een kopvorm passend bij die grondsoort. En dan komt het uit één stuk gieten weer van pas.”