DE1781100C3 - Bugwulst für Schiffe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Bugwulst für Schiffe, dei als Schwimmkörper ausgebildet ist, sich teilweise übei der Wasseroberfläche befindet und relativ zurr Schiffskörper höhenverstellbar ist.

Eine große Anzahl von Schiffen ist in den letzten Jahren mit einem Wulstbug ausgerüstet worden, der unter Wasser vor das vordere Lot vorspringt. Die optimale Wulstwirkung tritt in den meisten Fällen bei solchen Schwimmlagen ein, bei denen der Wulst knapp unterhalb der Wasseroberfläche liegt: es ist auch schon bekannt (DT-AS 12 02 165), einen Teil des Wulstes in der Ruhelage ausgetaucht zu lassen. Die optimale Widerstandsverringerung wird jedoch in allen Fällen nur in einem engen Bereich von Schwimmlagen erreicht, da die Wülste fest in das Schiff eingebaut sind.

Um die optimale Wulstwirkung bei mehreren Tiefgängen zu sichern, wurde der Bugwulst bereits in der Höhe verstellbar angeordnet (GB-PS 9 80 437), wobei die Höhenlage durch eine vertikale Spindel festgelegt wird. Bei einem weiteren bekannten Schiff (DT-AS 12 69 521) ist der höhenverstellbare Bugwulst als Schwimmkörper ausgebildet, so daß er durch einfache Handhabung von dem Bug abgenommen und ggf. auch an dem Bug angebracht werden kann.

Bei diesen bekannten verstellbaren Anordnungen kann man den ganzen Wulst bzw. den Vorderteil des Wulstes einem bestimmten Schwimmzustand des Schiffes anpassen. Demnach muß ein solcher Bugwulst bei jeder Schwimmzustandsänderung, d. h. auch bei Trimmänderung infolge Brennstoffverbrauchs bei längeren Reisen, mechanisch nachgestellt werden. Im Seegang, insbesondere bei Stampfen des Schiffes, ändert sich überdies die Tiefenlage des Wulstes relativ zur Wasseroberfläche ständig, so daß die optimale Einstellung stets nur vorübergehend gewährleistet ist.

Um die günstigste Tiefenlage des Wulstes auch im Seegang und bei stampfendem Schiff, zumindest bei mittleren und größeren Wellenlängen in jedem Augenblick zu erhalten, schlägt die Erfindung bei einem Bugwulst der eingangs genannten Gattung vor, daß der Schwimmkörper in schwimmender Lage relativ zum Schiffskörper mit einer wesentlichen vertikalen Komponente auf wenigstens einer bestimmten Strecke frei beweglich mit dem Schiffskörper verbunden ist.

Auf diese Weise kann sich der Sichwimmkörper der optimalen Höhe entsprechend seinem Auftrieb und den von der Fahrtströrnung hervorgerufenen hydrodynamischen Kräften frei einstellen. Hierdurch wird die optimale Wulstwirkung in jedem Augenblick sicherge-

»ICH I.

Nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß nur ein Punkt des Schwimmkörpers auf einer Bahn mit wesentlicher Vertikalkomponente geführt ist und der Schwimmkörper um eine quer durch

Jiesen Punkt gehende Achse frei drehbar ist. Hierdurch hat eier Schwimmkörper eine optimale Selbsteinstellmöglichkeit.

Zum Erreichen einer besseren Schv. irnmstabilität des vor dem Schiff hergeschobenen Schwimmkörpers ist nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, daß der Achterteil des Schwimmkörpers zwischen Schiff und Schwimmkörper mit einer Aussparung versehen ist, die der Bugform des Schiffes angepaßt ist.

Um in jeder Höhenlage des Schwimmkörpers die Schub- und Zugkräfte in der Längsrichtung des Schiffes zwischen Schiff ur.d Schwimmkörper optimal übertragen zu können, ist eine weitere Ausführungsform so ausgebildet, daß aus der Schiffsaußenhaut beiderseits eine vertikal oder annähernd vertikal verlaufende Mulde ausgespart ist, die als Schienen für Rollen dient, deren Achsen querschiffs gerichtc und am Schwimmkörper befestigt sind.

Zur Herabsetzung der Reibung können zwischen der Aussparung des Schwimmkörpers und der Außenhaut des Schiffes Rollen angeordnet sein, die an der Schiffsaußenhaut abrollen und deren Achsen im Schwimmkörper befestigt sind.

Eine besonders zweckmäßige praktische Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schubverbin- 2^ dung zwischen Schiffskörper und Schwimmkörper durch einen oder mehrere Lenker hergestellt ist, deren eines Ende am Bug des Schiffes und deren anderes Ende im Schwimmkörper drehbar gelagert ist.

Eine sehr einfach zu realisierende Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmkörper in seinem achteren Teil mittels querschiffs gerichteter, im Schiffskörper befestigter Zapfen frei drehbar mit diesem verbunden ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn zum Ballasten des Schwimmkörpers dieser durch Querschotten in mehrere wasserdichte Abteilungen unterteilt ist. Da der Schwimmkörper nämlich weitgehend frei schwimmt, kommt es darauf an, ihn durch Einfüllen bzw. Herausnehmen von Ballast richtig zu trimmen.

Zur besseren Stabilisierung der Schwimmlage des Schwimmkörpers können an diesem seitlich achtern horizontale Stabilisierungsflossen angeordnet werden. Diese sind zweckmäßig um eine horizontale Achse drehbar angeordnet, wobei sie nach entsprechender Einstellung entweder endgültig festgelegt werden können oder ab die Einstellung durch Fernbetätigung vom fahrenden Schiff aus nach Bedarf vorgenommen werden kann.

Zweckmäßigerweise sind die Stabilisierungsflossen achtern von dem Befestigungspunkt des Schwimmkörpers angebracht.

Der Schwimmkörper ist vorzugsweise in seinem Verdrängungsschwerpunkt gelagert, damit bei Vorwärtsfahrt keine wesentlichen Momente um diesen Punkt auftreten können.

Eine optimale freie Beweglichkeit des Schwimmkörpers relativ zum Schiffskörper wird dadurch erzielt, daß der Schwimmkörper nur durch ein Seil od. dgl. mit dem Schiffskörper verbunden ist.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Fig. 1 die Seitenansicht eines Schiffsbugs mit einer ersten Ausführungsform des Bugwulstes gemäß der Erfindung,

Fig.2 die Seitenansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fie.3 einen Horizontalschnitt entlang der L'nie Ill-Ill in Fig. 2,

F i g. 4 die Seitenansicht einer weiteren bevorzugten Au'führungsform mit vertikal verschiebbarem unlösbarem Schwimmkörper,

F i g. 5 einen Horizontalschnitt entlang der Linie V-V in F i g. 4,

F i g. 6 die Seitenansicht einer wekeren Ausführungsform mit schwenkbarem Schwimmkörper,

F i g. 7 die Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform mit am Schwimmkörper angeordneten Stabilisierungsflossen,

Fig. 8 einen Schnitt entlang der Linie VIIl-VIIl in F i g. 7.

Eine rein prinzipielle Anordnung zeigt Fig. 1, wobei ein frei schwimmender Schwimmkörper 1 teilweise aus der Schwimmwasserlinie 2 in der Ruhelage austaucht und mit dem Schiff so verbunden ist, daß er der Höhenlage nach frei beweglich bleibt, in der Fahrtrichtung jedoch vom Schiff geschoben wird. Nach F i g. 1 wird die Schubkraft durch einen Lenker 3 vom Schiff auf den Schwimmkörper 1 übertragen. Die Enden des Lenkers sind mittels Bolzen 4, am Vorsteven 6 bzw. am Schwimmkörper 1 mit querschiffs stehender Achse drehbar gelagert.

Die Anordnung nach F i g. 1 macht das Prinzip der Wirkungsweise der Erfindung besonders deutlich; diese Anordnung gewährleistet jedoch nur eine geringe Steifigkeit der Einrichtung in der Querrichtung.

Um eine bessere Verbindung zwischen Schiff und Schwimmkörper und gleichzeitig auch eine bessere hydrodynamische Gesamtwirkung zwischen Schiff und Schwimmkörper zu erreichen, wird der Schwimmkörper gegenüber der in F i g. 1 gegebenen Darstellung nach achtern verlängert und aus dem Schwimmkörper eine Mulde ausgespart, die so weit wie möglich dem Vorschiffskörper angepaßt ist Eine derartige Ausführung ist in den F i g. 2 und 3 veranschaulicht.

Nach den F i g. 2 und 3 werden die Schubkräfte vom Schiff zum Schwimmkörper durch Rollen 7, die entlang des Vorstevens frei rollen können und auf Speichen 8 einer gemeinsamen Nabe 9 sitzen, übertragen. Die Nabe 9 sitzt auf einem im Schwimmkörper 1 mit querschiffs liegender Achse eingebauten Bolzen. Der Schwimmkörper 1 kann somit schräg am Vorsteven auf- und abfahren und ist um die Nabe 9 schwenkbar. Um den Schwimmkörper gegen seitlichen Druck vom Schiff frei zu halten, wird eine Anzahl Rollen 10 zwischen Schiffskörper und Schwimmkörper eingeschaltet, deren Drehachsen im Schwimmkörper befestigt sind. Eine solche Anordnung ist bei Vorwärtsfahrt des Schiffes, bei der der Eigenwiderstand des Schwimmkörpers den stabilen Schubverband sichert, bereits befriedigend. Bei Stillstand oder insbesondere bei Rückwärtsfahrt könnte aber bei dieser Anordnung der Schwimmkörper vom Schiff wegschwimmen, falls er nicht durch geeignete Mittel z. B. durch ein Seil od. dgl. bei Stillstand oder Rückwärtsfahrt festgehalten wird. Es kann auch ein Seil jd. dgl. vorgesehen werden, welches zwar die ungehinderte Auf- und Abbewegung des Schwimmkörpers zuläßt, ein vollständiges Freikommen vom Schiffskörper jedoch verhindert. Auch F i g. 1 zeigt eine praktikable Möglichkeit, den Schwimmkörper in allen Fahrtzuständen am Schiffskörper zu halten.

Es gibt aber auch verschiedene andere bevorzugte Ausführungsformen, bei denen ein Wegschwimmen des Schwimmkörpers bei allen Fahrtzuständen ausgeschlossen ist. Nach den F i g. 4 und 5 erhält der Schiffskörper auf beiden Seiten eine vertikale Mulde 11 für die

Aufnahme von Rollen 12 mit querstehenden, im Schwimmkörper befestigten Drehachsen. Diese Rollen können sowohl den Schub bei Vorwärtsfahrt, als auch den Zug bei Rückwärtsfahrt übertragen und sichern den Schwimmkörper auch noch gegen seitliches Abkippen. Das Abstandhalten zwischen Schiffskörper und Schwimmkörper bei seitlichen Druckkräften kann auch in diesem Fall durch ähnliche Rollen wie die Rollen 10 nach F i g. 2 und 3 erreicht werden. Durch diese Konstruktion kann man alle Kräfte aufnehmen, die bei to Vorwärtsfahrt und beim Manövrieren des Schiffes entstehen. Selbstverständlich handelt es sich hier nur um ein Beispiel, und die Schubkraft könnte auch noch auf anderem Wege übertragen werden, beispielsweise durch den Lenker 3 nach Fig. 1, wobei jedoch der Schwimmkörper ähnlich wie bei den F i g. 2 und 3 nach achtern verlängert und zwischen den Berührungsflächen die Rollen eingeführt werden könnten.

Wenn man eine gewisse Beschränkung der Beweglichkeit des Schwimmkörpers zulassen will, so kann man te nach Fig.6 den achteren Teil des Schwimmkörpers in querschiffs stehenden, am Schiffskörper befestigten Zapfen 13 drehbar lagern. In diesem Fall kann sich der Schwimmkörper nicht translatorisch verschieben, sondern nur um die Drehachse schwenken. Seine Zusatzveränderung würde aber auch in diesem Fall dafür sorgen, daß sein Vorderteil jeweils an der Wasseroberfläche schwimmt. Auf irgendeinen mechanischen Verstellmechanismus wird aber auch hier bewußt verzichtet. Anstelle des Verstellmechanismus bewirkt der Auftrieb des Schwimmkörpers die Verstellung automatisch. Aus hydrodynamischen Gründen sind aber die vorher genannten Lösungen zu bevorzugen, da diese eine freie Einstellung des Schwimmkörpers sowohl der Höhe nach, als auch für die Eigenvertrimmung erlauben, so daß die Anströmung des Wassers an den Schwimmkörper bei jeder Schwimmlage des Schiffes gleich bleibt, während sich bei der Lösung nach F i g. 6 die Anströmrichtung je nach Eintauchen der Drehachse des Zapfens 13 ändert. Dies wiederum verlangt gewisse Beschränkungen in der Ausbildung des Eintrittsteiles des Schwimmkörpers. Die Ausführung nach F i g. 6 zeichnet sich jedoch durch besonders einfachen Aufbau aus.

Die Wirkung des frei schwimmenden Schwimmkörpers hängt, abgesehen von der genauen Formgebung und Größe auch von seiner dynamischen Vertrimmung und von seinem Reserveauftrieb ab. Der Reserveauftrieb ist gleich der Differenz zwischen der Verdrängung des voll untergetauchten Schwimmkörpers und seinem Eigengewicht. Diese Differenz bestimmt im wesentlichen, wie weit der Schwimmkörper bei Fahrt überspült wird. Der optimale Reserveauftrieb ebenso wie die optimale Formgebung können an Modellen in schiffbautechnischen Versuchsanstalten in jedem einzelnen Fall geprüft bzw. ermittelt werden.

Die Schwimmlage des Schwimmkörpers hängt außerdem noch von der Fahrtvertrimmung ab. Die Vertrimmung kann beeinflußt werden durch die Schwerpunktslage des Schwimmkörpers der Länge nach. Da das Eigengewicht eines Schwimmkörpers im allgemeinen weit kleiner als sein Volumen ist, wird man den Schwimmkörper meistens mit Ballast versehen müssen, um ihn auf die optimale Schwimmlage zu bringen. Die optimale Lage des Längenschwerpunktes kann durch die Stelle, an der der Gewichtsschwerpunkt des festen Ballastes angeordnet wird, erheblich beeinflußt werden.

Es besteht außerdem die Möglichkeit, eine überstarke, ungünstige Fahrtvertrimmung nach den F i g. 7 und 8 durch Anordnung von horizontalen oder etwa horizontalen, seitlich achtern am Schwimmkörper fest angebrachten Stabilisierungsflossen 14 zu verhindern. Diese Stabilisierungsflossen können tuch um eine horizontale Achse drehbar angeordnet werden, so daß die günstigste Einstellung nach Erprobung festgelegt werden kann. Eine Erweiterung dieser Möglichkeit wäre die ferngesteuerte Einstellung dieser Stabilisierungsflossen.

Um Auftriebs- und Schwerpunktskorrekturen auch noch an der Großausführung durchführen zu können, wird der Schwimmkörper vorzugsweise durch Querschotten in mehrere wasserdichte Abteilungen geteilt, die jeweils eine abschließbare Füll- und Abflußöffnung besitzen. Durch entsprechende Entleerung oder entsprechendes Füllen kann man dann den Auftrieb und die Schwerpunktslage auch noch an der Großausführung korrigieren.

Die Bewegungen des Schwimmkörpers nach oben und nach unten hin sind begrenzt. Zu diesem Zweck werden vorzugsweise Puffer an den Endberührungsstellen von Schiffskörper und Schwimmkörper angeordnet. Es ist empfehlenswert, diese Puffer, ebenso wie sämtliche Rollen, mit einem elastischen Belag, z. B. aus synthetischem Gummi oder aus einem anderen elastischen Kunststoff, zu beziehen, um eventueller Geräuschbildung und Abnutzung vorzubeugen.

Was die Formgebung des Schwimmkörpers betrifft, so kann er im Prinzip nach den bei fest angebrachten Wulsten bereits bewährten und bekannten Formen ausgebildet werden. Dies betrifft insbesondere den Eintrittsteil des Schwimmkörpers. Im allgemeinen sind kreisförmige Spanten bei Schwimmkörpern insofern zu bevorzugen, als ihr Querwiderstand bei Drehmanövern und bei seitlichen Wellenschlägen kleiner ist als bei nach oben und unten sich verjüngenden Querschnitten. Bei Schiffen, bei denen man jedoch damit rechnen muß, daG das ganze Vorschiff zusammen mit dem in Anschlag liegenden Schwimmkörper bei Stampfen im Resonanz zustand aus dem Wasser kommen kann, wird man der Unterteil des Schwimmkörpers vorzugsweise V-förmig zuschärfen.

Bei den vorgeschlagenen Konstruktionen ist es nich schwierig, den Lenker und die Leitrolle, mit denen de Schwimmkörper mit dem Schiff verbunden ist, so z> konstruieren, daß sie leicht abzumontieren sind. Die erlaubt das Lösen des Schwimmkörpers vom Schif wenn z. B. Reparaturarbeiten am Schwimmkörpc ausgeführt werden müssen oder wenn das Schiff in ei evtl. zu kurzer, Dock hineinfahren muß.

Hierzu 3 Ilhilt Zeichnung·!!

Claims (13)

1. Patentansprüche:

   !. Bugwulst für Schiffe, der als Schwimmkörper ausgebildet ist, sich teilweise über der V. roberfläche befindet und relativ zum Sei ,iskörper höhenverstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmkörper (1) in schwimmender Lage relativ zum Schiffskörper (1) mit einer wesentlichen vertikalen Komponente auf wenigstens einer bestimmten Strecke frei beweglich mit dem Schiffskörper verbunden ist.
2. 2. Bugwulst nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Punkt des Schwimmkörpers (1) auf einer Bahn mit wesentlich jr Vertikalkomponente geführi ist und der Schwimmkörper (1) um eine quer durch diesen Punkt gehende Achse frei drehbar ist.
3. 3. Bugwulst nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Achterteil des Schwimmkörpers (1) zwischen Schiff und Schwimmkörper (1) mit einer Aussparung versehen ist, die der Bugform des Schiffes angepaßt ist.
4. 4. Bugwulst nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Schiffsaußenhaut beiderseits eine vertikal oder annähernd vertikal verlaufende Mulde (11) ausgespart ist, die als Schiene für Rollen (12) dient, deren Achsen querschiffs gerichtet und am Schwimmkörper (1) befestigt sind.
5. 5. Bugwulst nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Aussparung des Schwimmkörpers und der Außenhaut des Schiffes Rollen (10) angeordnet sind, die an der Schiffsaußen ■ haut abrollen und deren Achsen im Schwimmkörper befestigt sind.
6. 6. Bugwulst nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schubverbindung zwischen Schiffskörper und Schwimmkörper durch einen oder mehrere Lenker (3) hergestellt ist, 4" deren eines Ende am Bug des Schiffes und deren anderes Ende im Schwimmkörper drehbar gelagert ist.
7. 7. Bugwulst nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmkörper (1) in seinem achteren Teil mittels querschiffs gerichteter, im Schiffskörper befestigter Zapfen (13) frei drehbar mit diesem verbunden ist.
8. 8. Bugwulst nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ballasten des Schwimmkörpers (1) dieser durch Querschotten in mehrere wasserdichte Abteilungen unterteilt ist.
9. 9. Bugwulst nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur besseren Stabilisierung der Schwimmlage des Schwimmkörpers an diesem seitlich achtern horizontale Stabilisierungsflossen (14) angeordnet werden.
10. 10. Bugwulst nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierungsflossen (14) um eine horizontale Achse drehbar angeordnet sind, wobei sie nach entsprechender Einstellung entweder endgültig festgelegt werden können oder aber die Einstellung durch Fernbetätigung vom fahrenden Schiff aus nach Bedarf vorgenommen werden kann.
11. 11. Bugwulst nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierungsflossen (14) seitlich achtern von dem Befestigungspunkt (5,9, 12 13) des Schwimmkörpers (1) angebracht sind.
12. 12. Bugwulst nach einem der Ansprüche 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmkörpe (1) in seinem Verdrängungssclhwerpunkt (22) gela gert ist.
13. 13. Bugwulst nach einem der Ansprüche 3, 5 und I bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß de Schwimmkörper (1) nur durch ein Seil mit den Schiffskörper verbunden ist.