DE1909117A1

DE1909117A1 - Verankerungsvorrichtung fuer Schwimmbojen

Info

Publication number: DE1909117A1
Application number: DE19691909117
Authority: DE
Inventors: Verhagen Cornelis Marinus
Original assignee: Datawell BV
Current assignee: Datawell BV
Priority date: 1968-03-01
Filing date: 1969-02-24
Publication date: 1970-04-23
Also published as: US3590408A; GB1208457A; DE1909117C3; DE1909117B2; NL6803005A; FR2003080A1

Description

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Paiksiwat -it» - ltiefon -/33-13 1909117

P 2103 ■

Fa« Datawell N₀Vo Haarlem/Holland

Verankerungsvorrichtung für Schwimm-Bojen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verankerungsvorrichtung für Schwimmt)οjen, die in seichtem^strömenden Wasser verankert werden. Die Erfindung bezieht sich ebenso auf eine Schwimmboje, die durch eine solche Vorrichtung verankert wird.

Bei der Verankerung von Schwimmbojen treten im seichten, strömenden Wasser dadurch Schwierigkeiten auf, daß., wenn die Boje von der Strömung mitgenommen wird, das Verankerungskabel straff gespannt ist. In dieser Lage wird eine Welle mit nicht zu geringer Höhe zuerst das Kabel entspannen und sodann wieder spannen, wodurch in dem Augenblick, in dem das Kabel gestreckt ist, auf dieses ein Stoß ausgeübt wird_e Ist das Kabel straff gespannt, so besteht die Gefahr, daß die hohen Wellen die Boje überfluten, so daß diese unter die Wasseroberfläche gelangte Dies ist für Beleuchtungszwecke zulässig, jedoch nicht wünschenswert; es ist jedoch in anderen Fällen, z«,B° bei Meßbojen nicht zulässige In erster Linie stört der auf die Boje ausgeübte Stoß die in der Boje untergebrachten Instrumente, deren Arbeiten auf Beschleunigungskräfte beruht, wobei in zweiter Linie, bei Meßbojen mit Übertragungsgeräten, die Übertragung unterbrochen wird, wenn die Boje untertaucht« Der letzte und bedeutendste Nachteil besteht bei Bojen, die die'Wellenhöhe messen, dapür den Fall, daß die Boje untertaucht; die Beziehung zu der Wasseroberfläche verlorengegangen ist und falsche Werte gemessen werden.

Ein weiterer Nachteil des Stoßes besteht darin, daß er eine starke Beanspruchung für das Kabel und den Anker darstellt, so daß diese sehr kräftig ausgeführt werden müssen«

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Für eine kleine Boje ist die Gefahr, daß sie untertaucht, beträchtlich größer als für eine große, da die Schwimmfähigkeit der Boje proportional zu ihrem Volumen ist und die von dem Wasser auf die Boje· ausgeübten Schleppkräfte im wesentlichen proportional mit dem Querschnitt der Boje zunehmen« Verglichen mit Beleuchtungsbojen "benötigen die meisten Meßbojen nur ein kleines Volumen. Infolgedessen ist es von großer Bedeutung, eine Verankerung zu haben, die wirksam einem Überfluten von relativ kleinen Bojen entgegenwirkt, da in diesem Fall es für den genannten Zweck auch zulässig ist, kleine Bojen zu verwenden.

Für ankernde Schiffe wurde die Verwendung von elastischen Ankerkabeln bereits vorgeschlagen. Gemäß einem anderen Vorschlag wurde bei ankernden Schiffen auch von einer Kombination von einem etwas elastischen und einem nicht elastischen Kabel Gebrauch gemacht» Mit diesen Vorschlägen hat das Problem, bei einer Boje, die an einem Punkt unterhalb der Wasseroberfläche verankert ist,zu vermeiden, daß sie überflutet wird, nichts zu tun_o Bei Bojen ist es jedoch von Wichtigkeit, daß die Verankerung fähig ist, langandauernden Zugkräften zu wiederstehen, durch die das Verankerungskabel beansprucht wird, ohne daß ein Bruch des Kabels eintritt. Diese auch bei der Verankerung von Schiffen vorliegenden Probleme spielen hier nur eine untergeordnete Rolle.

Für die Verankerung von Bojen in seichtem Wasser, auf die sich die Erfindung bezieht, ist schon vorgeschlagen worden, einen Hilfsschwimmer unterhalb der Wasseroberfläche vorzusehen. Dieser Hilfsschwimmer macht jedoch eine Bewegung, derart, daß das straffe oder nahezu straffe Strecken der Verbindung zwischen dem Verankerungspunkt, dem Hilfsschwimmer und der Schwimmboje nicht immer verhindert werden kann, so daß die Verankerung nicht verbessert ist, wobei die Gefahr, daß Stöße auf das Kabelauftreten und die Boje untertaucht nicht beseitigt ist*

Auch ist es schon vorgeschlagen worden, einen oder mehrere Hilfsschwimmer auf der Wasseroberfläche schwimmen zu lassen

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und diese einerseits mit der Boje.und andererseits mit einem festen Verankerungspunkt zu verbinden. Hierdurch wird zwar eine Verbesserung in Bezug auf die Möglichkeit, daß die Boje untertaucht, erzielt, jedoch ist ein horizontaler Teil eines Kabels in der Nähe der Wasseroberfläche meist nicht zulässig, insbesondere nicht in der Nähe von Schiffahrtswegen. In diesem Zusammenhang ist es von Bedeutung festzustellen, daß die Lage der Boje· in Bezug auf den Verankerungspunkt von der Strömungsrichtung abhängt, die sich in vielen Fällen verändert.

Die Erfindung löst die oben angegebenen Schwierigkeiten und sieht eine Verankerung für eine Schwimmboje vor, bei der auch, wenn sie in strömendem, seichtem Wasser liegt, bei hohem Wellengang keine Gefahr besteht, daß sie untertaucht. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erzielt, daß die Verankerungsmittel, mindestens für einen Teil ihrer Länge, aus einem elastischen Material mit einer relativen Verlängerung, doh. Dehnung, von mindestens 100 >& bestehen.

Bei Anwendung der Erfindung ist, entgegen der horizontalen Kraftkompenente, die auf die Boje ausgeübt wird, ständig eine Rückzugskraft vorhanden, so daß die Verbindungsmittel unter allen Umständen so elastisch bleiben, daß kein Stoß auf die Boje ausgeübt werden kann. Erfolgt nun die Bewegung der Wasserteilchen der Welle in Strömungsrichtung, sodaß die relative Bewegung der Wasserteilchen in Bezug auf den Verankerungspunkt ein Maximum wird, so werden die Verbindungsmittel gedehnt; abschließend ziehen sie sich in dem Zeitintervall der Wellenbewegung, in dem die Bewegung der Wasserteilchen entgegen der Strömungsrichtung gerichtet ist, wieder zusammen» Dadurch ist es möglich, daß die Boje bei jeder Welle soweit wieder zurückkommt, daß sie den horizontalen und vertikalen Bewegungskomponenten der auftretenden Wellen ohne Schwierigkeiten folgen kann.

Die Werkstoffe, die nach der Erfindung benutzt werden,können als gummiähnliche Stoffe mit einer Dehnung von mindestens

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100 io bezeichnet werden. Die Dehnung ist diejenige relative Längenänderung, die ohne Materialbruch stattfinden kann. Hierbei muß an die Tatsache gedacht werden, daß bei verankerten Bojen die Dehnung ständig veränderlich ist, sodaß die zulässige Dehnung diejenige ist, bei der auch kein Ermüdungsbruch eintritt. In Abhängigkeit von der Sturmhäufigkeit der Atmosphäre, in der die Boje liegt, wird in der Praxis ein Standhalten gegenüber 30 000 bis 100 000 Dehnungen beim Bestehen einer dauernden Spannung zwischen den Dehnungen genügend sein_o

Um Ermüdungsbrüchen zu begegnen, ist es von Bedeutung, daß die spezifische Belastung des Materials klein gehalten wird. Wird von einer zulässigen Dehnung von 100 $ ausgegangen, so vergrößert sich jedoch die spezifische Belastung mit dem Elastizitätsmodul.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird vorgeschlagen, den Elastizitätsmodul des Werkstoffes kleiner als 25 kg/cm zu machen. In der Praxis sind guramiähnliche Werkstoffe mit einem Elastizitätsmodul zwischen 3 und 25 kg/cm , bei 100$ Dehnung und einer zulässigen Dehnung von mindestens 100$, ohne daß Ermüdungsbrüche auftreten, gefunden worden. Diese Werkstoffe sind natürliche und künstliche Gummiarten_o

Bei der Verankerung von Bojen spielt das Verhältnis zwischen der Länge der Verbindungsmittel und der Wellenhöhe, die auftreten kann, eine Rolle. Dabei hängt die Länge der Verankerungsmittel in hohem Maße von der Wassertiefe ab. Die maximale Wellenhöhe vergrößert sich nur sehr wenig mit der Wassertiefe auf mehr als 15 m, so daß mit zunehmender Wassertiefe das Verhältnis zwischen der Wellenhö'he und der Länge der Verbindungsmittel zunehmend günstiger wird_o Bei einer Wassertiefe von 1000 m ist die Wellenhöhe im Vergleich zu der Länge des Verankerungskabels so klein, daß eine Dehnung des Ankerkabels um etwa 0,5 $ ausreichend ist. Es sind keine gummiähnlichen Werkstoffe bekannt, welche einer solchen Dehnung

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leicht standhalten, ohne daß die Gefahr einer Ermüdung besteht, so daß in diesem Fall die Erfindung kaum einen Vorteil haben dürfte. Nimmt dagegen die Wassertiefe ab, so daß die Wellenhöhe einen größeren prozentualen Anteil an der Länge der Verbindungsmittel hat, so fallen die Vorteile der Erfindung ins Gewicht«

Wird eine Boje mit einem Volumen von 10m und einer Last ohne der Verankerung von Gofo (was bedeutet, daß ohne der Verankerung 4 m der Boje über dem Wasser vorsteht) in seichtem Wasser (17 m) mit Hilfe einer Kette als Verankerungsmittel verankert, so wird die Boje immer, sogar unter gemäßigten Umständen,ζοB. bei einer mittleren Geschwindigkeit des Wassers von 1,2 m/sec und Wellenhöhen von etwa 7 m₅ gemessen zwischen Wellengipfel und Wellental, untertauchen. Bei extremen Bedingungen, d.ho einer Strömungsgeschwindigkeit von 2 m/sec und einer Wellenhöhe von 12m, müßte eine Boje mit der gleichen relativen Last von 60$, ein Volumen von mehr als 250 m haben, um nicht unterzutauchen«

Bei Anwendung der Erfindung ist es indessen unter den gleichen Bedingungen , bei Benutzung der erfindungsgemäßen Verankerung, möglich, eine Boje mit einem Volumen von 0,16 nr und einer Last ohne Verankerung von 60$, zu benutzen, die noch bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 2 m/sec und Wellenhöhe von 14 m, nicht untertaucht.

Der verwendete guaimiähnliche Werkstoff darf in den Fällen einer möglichen niedrigen Temperatur (in der Praxis um 0° C) keine größere Neigung zu Brüchen zeigen. Eine vergrößerte Bruchneigung zeigt besonders (bei Dehnungen von 150 - 250 $) reiner Naturgummi, hauptsächlich als Folge der sogenannten Kristallisation. Reine Gumraiarten auf Polybutadien-Basis zeigen indessen keine Kiristallisation; sie haben jedoch eine geringe Zerreißfestigkeit. Durch Hinzufügen von Styrenen und Kohlenstoff zu Butadiengummi wird zwar eine hohe Zerreißfestigkeit erhalten, in diesem Falle treten jedoch relativ schnell schon bei geringen Spannungen Ermüdungsbrüche auf.

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Ein geeigneter, nach der Erfindung verwendbarer Gummi "besteht aus Natur gummi der mit Kohlenstoff pulver gefüllt .und mit Polybutadien und/oder einem Weichmacher gemischt ist.

Der elastische Teil der Verbindungsmittel kann irgendeine Querschnittsform aufweisen. Aus Herstellungsgründen ist, allgemein gesagt,eine massive Ausführung vorzuziehen, doch kann augenscheinlich auch eine andere Querschnittsform angewendet werden, ζ,Bo die einer dickwandigen Röhre. Zum Aus« gleich der Auftriebskraft einer solchen Röhre und, um sie vor einem Zusammengequetschtwerden zu bewahren, kann sie mit einer Flüssigkeit gefüllt sein· Ist diese Flüssigkeit elektrisch leitend und sind an den äußeren Enden der Röhre Elektroden vorgesehen, die mit dieser Flüssigkeit in elektrisch leitender Verbindung sind, so hat man damit eine zuverlässige elektrische Verbindung erhalten.

Eine andere mögliche Ausführungsform der elastischen Verbindungsmittel besteht in einem Kabel aus gummiähnlichem Werkstoff, das von einer Anzahl von Schnüren gebildet wird« Der Vorteil dieser Ausführung besteht darin, daß ein möglicher Bruch durch Zerreißen, auf eine Schnur des Kabels beschränkt bleibt«

Da der elastische Teil der Verbindungsmittel nach der Erfindung eine zulässige Dehnung von mindestens¹ 100$ hat, genügt im allgemeinen eine bestimmte Länge dieses Teiles, wobei diese Länge etwa gleich dem Maximum der erwarteten Wellenhöhe ist· Da diese sich bei Vergrößerung der Wassertiefe nicht vergrößert, können die weiteren Verbindungsmittel wenig oder nicht elastisch sein und z.B. aus einem Plastikoder Stahlseil bestehen«

Die Erfindung bezieht sich aufh auf Verankerungsmittel wie sie im vorausgehenden beschrieben sind.

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Claims

Patentansprüche

1. Veraiikerungsmittel für eine Schwimmt)οje mit einem langgestreckten biegsamen Verbindungsmittel, das die Boje mit einem festen Punkt unterhalb der Wasseroberfläche verbindet, dadurch gekenneeichnet, daß die Verbindungsmittel wenigstens zu einem Teil ihrer Länge aus einem elastischen Werkstoff mit einer zulässigen Dehnung von mindestens 100 $ bestehen.

2. Verankerungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff wenigstens 50 000 Dehnungen mit einer Dehnung von 100 $ ohne Erraüdungsbrüche aushält.

3. Verankerungsmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elastizitätsmodul des Werkstoffes kleiner als 25 kg/cm² ist.

4· Verankerungsmittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff aus Naturgummi besteht, dem Polybutadien und/oder Weichmacher hinzugefügt sind und der eine geringe Kristallisation bei 0 C und einer Dehnung von 100 °/> aufweist.

5« Verankerungsmittel nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsmittel oder der elastische Teil hiervon aus einem Kabel mit einer Anzahl von Schnüren aus gummiähnlichem Werkstoff besteht.

6. Verankerungsmittel nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsmittel oder der elastische Teil hiervon aus einer Röhre aus gummiähnlichem Werkstoff besteht, die mit einer Flüssigkeit gefüllt ist.

7· Verankerungsmittel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit in der Röhre elektrisch leitend ist und in der Nähe der Enden der Röhre Elektroden vorgesehen sind, die mit diese: Flüssigkeit in elektrisch leitender Verbindung stehen. 009817/0360