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Die Erfindung betrifft ein Schwimmkörperhubstelzensegment, insbesondere zum Heben von Schiffen oder Plattformen mit einem Mittel zum Druckaufnehmen in einer Druckrichtung, einem zu der Druckrichtung entgegengesetzt wirkenden Mittel zum Zugaufnehmen und einer Segmentkopplungsaufnahme und einer dieser gegenüberwiegenden Konter-Segment-Kopplungsaufnahme über die jeweils weitere Schwimmkörperhubstelzensegmente anflanschbar sind, sowie ein Schwimmkörper, insbesondere Schiff oder Plattform, mit wenigstens einer Hubstelze zum Heben des Schwimmkörpers oberhalb einer Wasseroberfläche.
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In der Off-Shore-Windenergieindustrie haben sich Errichterschiffe etabliert. Damit diese Errichterschiffe von einem festen Punkt aus arbeiten können, werden die Errichterschiffe über Hubstelzen soweit angehoben, dass sie oberhalb einer Wasseroberfläche verortet sind.
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Dies führt dazu, dass Errichterschiffe, auch Jack-up Schiffe oder Installationsschiffe genannt, nach dem Stand der Technik (siehe 1) aus dem Schiff ragende Hubstelzen aufweisen. Diese dauerhaft herausragenden Hubstelzen führen beim Fahren des Schiffes auf dem Wasser zu unangenehmen Effekten. Zum einen erhöht sich der Energiebedarf der Schiffe, da die Hubstelzen aerodynamisch gesehen unvorteilhaft sind. Zum anderen ist das Schiff wesentlich anfälliger für seitliche Störungen aufgrund von Wellen oder Winden. Errichterschiffe mit herausragenden Jack-up-Beinen sind instabil.
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Weiterhin sind die Hubstelzen und somit die Hubhöhe des Schiffes begrenzt. Dies führt dazu, dass derartige Errichterschiffe eine maximale Hubhöhe aufweisen. Dies begrenzt die Einsatztiefen, da die maximale Wassertiefe vorgegeben ist. Ein späteres Anpassen kann nicht mehr erfolgen.
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Zudem kann ein Schiffskran, wie er insbesondere beim Heben von Turmteilen einer Windenergieanlage verwendet wird, in seinem Einsatzbereich eingeschränkt sein, da die Hubstelzen teilweise „im Weg stehen“.
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Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.
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Gelöst wird die Aufgabe, durch ein Schwimmkörperhubstelzensegment, insbesondere zum Heben von Schiffen oder Plattformen, mit einem Mittel zum Druckaufnehmen in einer Druckrichtung, einem zu der Druckrichtung entgegengesetzt wirkenden Mittel zur Zugaufnahme und einer Segmentkopplungsaufnahme und einer dieser gegenüberliegenden Konter-Segmentkopplungsaufnahme über die jeweils weitere Schwimmkörperhubstelzensegmente anflanschbar sind, wobei das Schwimmkörperhubstelzensegment derart ausgestaltet ist, dass ein zu hebender oder zu tragender Schwimmkörper eine Masse von mehr als 100 Tonnen, insbesondere mehr als 1.000 Tonnen, vorzugsweise mehr als 5.000 Tonnen, ganz besonders bevorzugt von mehr als 10.000 Tonnen, aufweist.
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Das besonders vorteilhafte an dem vorgeschlagenen Schwimmkörperhubstelzensegment ist, dass Schwimmkörperhubstelzen für Schwimmkörper mit variabler Arbeitshöhe bereitstellbar sind. Zudem sind die Schwimmkörperhubstelzensegmente durch ihre begrenzten Ausdehnungen verlade- und verstaubar. Zudem können sämtliche oben angeführten Nachteile behoben werden.
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Weiterhin sind die Hubstelzen und somit die Hubhöhe des Schiffes nicht mehr höhenbegrenzt. Dies führt dazu, dass ein Errichterschiff bereitgestellt werden kann, dessen Hubhöhe variabel ist. Die Einsatztiefen sind nicht mehr begrenzt, da die Hubstelzen der Wassertiefe anpassbar sind. Ein späteres Anpassen kann somit jederzeit erfolgen.
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Folgendes Begriffliche sei erläutert:
Ein „Schwimmkörper“ umfasst insbesondere Errichterschiffe, wie sie für das Errichten und Warten von Windenergieanlagen eingesetzt werden. Weiterhin sind sämtliche Arbeitsplattformen oder sonstige Schiffe auf See mit umfasst.
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Die „Mittel zum Druckaufnehmen“ sind derart ausgestaltet, dass der Druck aufgrund der Gewichtskraft eines zu hebenden Körpers ableitbar ist, so dass nach einer Druckbeaufschlagung eine Formtreue des Schwimmkörperhubstelzensegments gewährleistet wird. Einfach ausgedrückt bedeutet dies, dass die Schwimmkörperhubstelzensegmente mehrfach verwendbar sind, ohne dass eine Materialermüdung erfolgt.
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Die „Druckrichtung“ ist die Richtung, in der die Gewichtskraft des zu hebenden Objekts beispielsweise in den Boden abgeleitet werden soll. Regelmäßig entspricht die Druckrichtung einer Gewichtskraftrichtung.
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Die „Mittel zum Zugaufnehmen“ sind derart ausgestaltet, dass ein Anheben von Schwimmkörperhubstelzen mit aneinander gekoppelten Schwimmkörperhubstelzensegmenten erfolgen kann, so dass weder Schwimmkörperhubstelzensegmente verloren gehen noch Beschädigungen an den Schwimmkörperhubstelzensegmenten erfolgen.
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Die „Segmentkopplungsaufnahme“ und die „Konter-Segmentkopplungsaufnahme“ ermöglichen das Koppeln zweier Schwimmkörperhubstelzensegmente. Sie sind insbesondere zueinander derart angeordnet, dass nach einem Schlüssel-Schloss-Prinzip ein Koppeln realisierbar ist.
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Dies kann im einfachsten Fall dadurch erfolgen, dass ein Schwimmkörperhubstelzensegment oder beide Schwimmkörperhubstelzensegmente je ein Loch aufweisen, welche übereinandergebracht durch einen Bolzen verbindbar sind. Auch Nut- und Federmechanismen oder andere Kopplungsmechanismen wie mittels Elektromagneten sind umsetzbar.
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Unter „anflanschbar“ ist ein Koppeln zweier Schwimmkörperhubstelzensegmente zu verstehen, welche reversibel lösbar sind. An dieser Stelle sei auf das obige Beispiel mit dem Bolzen verwiesen.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das Schwimmkörperhubstelzensegment eine Segmentlänge mit einer Minimallänge von 1,5 m, 3,5 m oder 5 m und einer Maximallänge von 5,5 m, 8,0 m, 11,0 m, 15,0 m oder 20,0 m und eine Segmentbreite mit einer Minimalbreite von 0,6 m, 0,8 m, 1,0 m oder 1,2 m und einer Maximalbreite von 2,0 m, 3,5 m oder 6 m auf.
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Somit können Schwimmkörperhubstelzensegmente bereitgestellt werden, welche Schwimmkörper wie Errichterschiffe über eine Wasseroberfläche heben können. Weiterhin ist mit diesen Dimensionen gewährleistet, das Schwimmkörperhubstelzensegment in einem Errichterschiff gut verstaubar sind, ohne dass sehr negative Eigenschaften auf die Fahrdynamik oder dem Treibstoffverbrauch gegeben sind.
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Die „Segmentlänge“ umfasst insbesondere die vertikal gemessene Länge eines Schwimmkörperhubstelzensegments, wobei vertikal insbesondere parallel der Gewichtskraftrichtung bedeutet. Zu den angegebenen Minimallängen und Maximallängen sind sämtliche Kombinationen umfasst, so dass sich unterschiedliche Definitionsbereiche ergeben.
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Die „Segmentbreite“ entspricht insbesondere dem Abstandswert einer horizontalen Außendehnung, wobei die Minimalbreite und die Maximalbreite derart kombinierbar sind, dass sämtliche durch Kombination definierbare Bereiche umfasst sind.
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Um eine möglichst einfache Umsetzung der Mittel zum Druckaufnehmen und Aneinanderkoppeln einzelner Schwimmkörperhubstelzensegmente zu gewährleisten, kann das Schwimmkörperhubstelzensegment eine längsseitige Verjüngung aufweisen, so dass ein Zapfen gebildet ist.
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Dabei kann der Zapfen insbesondere derart ausgestaltet sein, dass eine entsprechende Aufnahme eines zu koppelnden Schwimmkörperhubstelzensegments diesen Zapfen vollständig aufnimmt.
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In einer weiteren Ausführungsform beträgt eine Zapfenlänge 20 %, 30 %, 45 % oder 49,9 % der Segmentlänge. Somit kann gewährleistet werden, dass die gesamte Zapfenlänge durch ein vorliegendes Schwimmkörperhubstelzensegment aufnehmbar ist.
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„Zapfenlänge“ entspricht einer Vertikalbeabstandung, welche von der Verjüngung aus gemessen bis zum Ende des Zapfens reicht.
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Um eine einfache Fertigkeitsform zu realisieren, kann das Schwimmkörperhubstelzensegment eine Grundfläche mit einer Kreisform und/oder einer Rechteckform aufweisen. Somit ist insbesondere umfasst, dass beispielsweise der Zapfen eine Kreisform und der einen Zapfen aufnehmende obere Teil eines Schwimmkörperhubstelzensegments rechteckförmig ausgestaltet sind, wobei der obere Teil eine kreisrunde Aufnahme für den Zapfen aufweist.
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Bei der Rechteckform ist auch ein Quadrat mit umfasst. Vorliegend wird unter einer Kreisform auch eine elliptische Form verstanden, so dass ovale Grundflächen ebenfalls mit umfasst sind.
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Um Material, und somit Gewicht, für das Schwimmkörperhubstelzensegment einzusparen und um einen Zapfen vollständig aufnehmen zu können, kann das Schwimmkörperhubstelzensegment als Hohlkörper ausgestaltet sein, so dass das Schwimmkörperhubstelzensegment eine Wandstärke aufweist.
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Weiterhin kann durch die Hohlkörperausgestaltung eine Durchführung für Kabel und Rohre durch eine Schwimmkörperhubstelze realisiert werden.
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Als „Hohlkörper“ sind sämtliche Formen umfasst, bei denen ein Hohlraum durch Material begrenzt wird. Dabei kann das Material vollflächig oder gitterförmig den Hohlraum umgreifen.
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Als „Wandstärke“ wird insbesondere der horizontale Abstand zwischen einer (innenliegenden) Hohlraumgrenze und einer Schwimmkörperhubstelzensegmentgrenze betrachtet, welcher mit dem Material ausgestaltet ist.
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Um die Kräfte beim Heben eines Schiffes oder einer Plattform aufnehmen zu können, kann die Wandstärke einen Minimalwert von 3 cm, 12 cm, 36 cm, 0,5 m oder 1,0 m aufweisen.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das Schwimmkörperhubstelzensegment eine Transporteinrichtung auf, mittels derer das Schwimmkörperhubstelzensegment insbesondere vertikal verfahrbar ist.
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Über einen Kopplungsmechanismus kann somit über die Transporteinrichtung eine aus Segmenten hergestellte Schwimmkörperhubstelze verfahren werden, so dass am Ende ein Heben über einen Wasserspiegel erfolgen kann.
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Die „Transporteinrichtung“ ist derart ausgestaltet, dass ein gezieltes Heben und Senken einer Schwimmkörperhubstelze realisierbar ist. So können Klammern, welche das Hubstelzensegment „umgreifen“, versetzt werden, so dass ein (vertikaler) Transport eines Jack-Up-Beins oder einer Hubstelze oder eines Hubstelzensegments realisierbar ist.
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Um eine einfache Realisierung der Transporteinrichtung zu gewährleisten, kann die Transporteinrichtung gleichmäßig beabstandete Aussparungen aufweisen. Somit kann über ein Zahnrad, welches in die einzelnen Aussparungen eingreift, drehenderweise eine aus Segmenten hergestellte Schwimmkörperhubstelze vertikal verfahren werden.
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In seiner einfachsten Ausführung sind die Aussparungen Löcher oder Senken, welche mittels Bohren dem Schwimmkörperhubstelzensegment aufgeprägt wurden.
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Die Transporteinrichtung kann invers zu den Aussparungen als hervorstehende Zapfen oder dgl. ausgestaltet sein. Dies ändert an der Funktionsweise nichts Wesentliches.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das Schwimmkörperhubstelzensegment eine Bodenplatte oder eine Deckplatte auf.
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Durch das Verwenden einer Bodenplatte kann ein „stabiler Stand“ gewährleistet werden, so dass der gehobene Schwimmkörper stabil ist.
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Weiterhin kann in der Bodenplatte eine Kamera eingebracht sein, mit welcher der Meeresboden vor dem Beaufschlagen mit der Bodenplatte beobachtbar ist.
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Durch die Deckplatte kann insbesondere verhindert werden, dass Regen oder Vogelkot in die Hohlräume einer Schwimmkörperhubstelze gelangen kann.
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Um die auftretenden Kräfte kompensieren zu können, kann das Schwimmkörperhubstelzensegment aus einem Metall oder aus einer Metalllegierung bestehen, wobei insbesondere das Metall oder die Metalllegierung korrosionsbeständig gegenüber Salzwasser ist.
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Vorliegend besteht ein Schwimmkörperhubstelzensegment schon dann aus „Metall“, wenn der Metallanteil des Herstellungsmaterials wenigstens 20 Gew.-% beträgt. Mit dem Begriff Metall sind insbesondere Stähle und Edelstähle umfasst.
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„Metalllegierungen“ sind bereits dann gegeben, wenn zwei Metalle mit jeweils wenigstens 2,0 Gew.-% vorliegen.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst, durch einen Schwimmkörper, insbesondere Schiff oder Plattform, mit wenigstens einer Hubstelze zum Heben des Schwimmkörpers oberhalb einer Wasseroberfläche, wobei die Hubstelze wenigstens zwei oder mehr Segmente aufweist.
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Somit kann ein Schwimmkörper bereitgestellt werden, welcher flexibel auf eine Einsatztiefe anpassbar ist.
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Weiterhin kann die Schiffsstabilität oder die Schwimmkörperstabilität dadurch erhöht werden, dass die hohen Aufbauten aufgrund von Hubstelzen nach dem Stand der Technik wegfallen.
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Zudem ist der Schwimmkörper auch für variable Arbeiten gut einsetzbar. Da beispielsweise für einen Bordkran das Arbeitsgebiet nicht durch Hubstelzen beschränkt ist.
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Folgendes Begriffliche sei erläutert:
Eine „Hubstelze“, auch Jack-up genannt, wird durch ein vertikales Verfahren auf den Boden gesetzt und kann nach einem Bodenkontakt den Schwimmkörper anheben. Insbesondere kann ein Schwimmkörper drei oder vier Hubstelzen aufweisen.
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Durch das Anheben oberhalb einer Wasseroberfläche kann eine stabile Arbeitsplattform bereitgestellt werden.
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Die „Segmente“ können jeweils einzelne der beschriebenen Eigenschaften der oben definierten Schwimmkörperhubstelzensegmente aufweisen. Grundsätzlich gilt jedoch, dass bereits zwei Unterteilungen der Hubstelzen die voneinander trennbar sind, als Segmente zu bezeichnen sind. Bevorzugt kann eine Hubstelze 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder noch mehr Segmente aufweisen.
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Um besonders effektive Hubstelzen zur Verfügung stellen zu können, kann eines der Segmente einem zuvor beschriebenen Schwimmkörperhubstelzensegment entsprechen.
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Somit können die Vorteile der Schwimmkörperhubstelzensegmente und der damit herstellbaren Hubstelzen vorteilhafterweise für den Schwimmkörper ausgenutzt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der Schwimmkörper 2, 3 oder 4 Hubstelzen auf. Es sind durchaus stabile Schwimmkörper mit einem Dreibein (drei Hubstelzen) denkbar, da ein Dreibein das stabilste System darstellt.
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Aufgrund etwaiger unterschiedlicher Segmente für die einzelnen Beine und dem ggf. schwierigen Austarieren und mechanischem Anordnen direkt im Kiel eines Schiffes sind insbesondere vier Jack-up-Beine (vier Hubstelzen) bevorzugt, welche seitlich an den Schiffswänden vertikal hinabreichen können.
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Um den Schwimmkörper multifunktional einsetzen zu können, weist der Schwimmkörper einen Lastkran auf.
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Dabei kann der Lastkran so ausgestaltet sein, dass ein Errichten von Off-Shore-Windkraftanlagen realisierbar ist oder dass die Wartung von Windenergieanlagen erleichtert oder ermöglicht wird.
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In einer weiteren Ausführungsform weist ein Rumpf des Schwimmkörpers eine Führungsaufnahme für die Hubstelzen oder die Hubstelzensegmente auf.
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Somit können die Segmente definiert geführt werden.
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Um das Schiff effektiv anzuheben oder die Plattform effektiv anzuheben, kann der Schwimmkörper eine Hebevorrichtung aufweisen, welche insbesondere in eine Transportaufnahme der Segmente eingreift, so dass durch Vortreiben der Hubstelzen der Schwimmkörper anhebbar ist.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der Schwimmkörper einen Lagerbereich für die Segmente auf.
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Somit können die Segmente effektiv auf dem Schiff verstaut werden, ohne negative aerodynamische Auswirkungen auf das Schiff zu haben. Zudem kann dadurch die Stabilität des Schiffs erhöht werden, da die Masse des Schwimmkörpers im Wesentlichen unterhalb einer Wasseroberfläche angeordnet ist.
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Um einen angehobenen Schwimmkörper mit Material oder mit Personen zu versorgen, kann ein Schwimmkörper eine Hubschrauberplattform aufweisen.
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Dies ist ein besonderer Vorteil gegenüber bekannten Errichterschiffen, da Hubstelzen im nicht ausgefahrenen Zustand das Landen eines Hubschraubers auf einem Schiff unmöglich machen oder zumindest äußerst erschweren, da die Hubstelzen „im Weg stehen“.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Errichterschiffs des Standes der Technik in einer Seitenansicht,
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2 eine schematische Schnitt-Darstellung eines Hubstelzensegments,
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3 eine schematische Darstellung eines Schnittes zweier Hubstelzensegmente vor einem Zusammenfügen zu einer Hubstelze und
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4 eine schematische Darstellung eines Errichterschiffs in einer Aufsicht von oben.
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Das Errichterschiff in 1 stellt ein Errichterschiff des Standes der Technik dar.
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Das Schiff 101 schwimmt auf der Wasseroberfläche 107. Das Schiff 101 weist einen Steuerturm 109 auf, von welchem aus das Schiff gesteuert wird. Zusätzlich weist das Schiff 101 vier Jack-up-Beine 103 auf. Aufgrund der seitlichen Ansicht der Darstellung in 1 sind nur zwei Jack-up-Beine 103 dargestellt.
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Durch die verschließbaren Förderluken 105 werden die Jack-up-Beine 103 in Richtung Meeresboden bewegt. Nach einem Auftreffen auf dem Meeresboden wird durch die Gegenkraft dann das Schiff 101 soweit angehoben, dass es oberhalb der Wasseroberfläche 107 verortet ist.
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Das hier dargestellte Schiff 101 ist tendenziell instabil, da das Gewicht der Jack-up-Beine 103 oberhalb der Wasserlinie 107 liegt. Zudem sind die aerodynamischen Eigenschaften des Schiffes 101 nicht vorteilhaft, da die Jack-up-Beine 103 einen negativen Einfluss auf einen cw-Wert haben.
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Im Weiteren wird die Erfindung erläutert.
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2 zeigt ein erfindungsgemäßes Schwimmkörperhubstelzensegment 211. Die sich durch horizontale Schnitte ergebenen Grundflächen entsprechen jeweils einem Kreis.
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Der obere Teil 214 weist einen Kreisdurchmesser 241 und der untere Teil 215 einen Kreisdurchmesser 247 auf. Da der untere Teil 215 einen geringeren Kreisdurchmesser 247 aufweist als der Kreisdurchmesser 241 des oberen Teils 214, bildet der untere Teil ein Zapfen 215.
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Dieser Zapfen 215 ist vollständig versenkbar in den oberen Teil 214, da der Innendurchmesser 245 des oberen Teils 214 etwas größer ist als der Zapfendurchmesser 247.
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Das Schwimmkörperhubstelzensegment 211 ist als Hohlkörper ausgestaltet, welches durch Gießen und anschließender spanender Bearbeitung mit einem Innendurchmesser 245 und einem Zapfeninnendurchmesser 249 hegestellt wurde.
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Sowohl der untere Teil (Zapfen) 215 als auch der obere Teil 214 weisen eine horizontale Bohrung 221, 222 auf. Sobald ein Zapfen 215 vollständig im oberen Teil 214 versenkt ist, stehen sich die untere Bohrung 221 und die obere Bohrung 222 gegenüber. Die untere Bohrung 221 weist ein Gewinde auf, so dass sich durch einen drehbaren durch die Wanddicke ragenden Gewindebolzen der obere Teil 214 mit dem unteren Teil 215 schraubbar verbinden lässt.
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Da das Schwimmkörperhubstelzensegment 211 im Wesentlichen zum Heben von Schwimmkörpern 101 eingesetzt werden soll, wirkt eine vertikale Gewichtskraft in Richtung 231 Erdboden. Durch die Kreisringfläche 233 wird die Gewichtskraft von einem Schwimmkörperhubstelzensegment 311 auf ein anderes Schwimmkörperhubstelzensegment 313 übertragen.
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Durch die regelmäßig beabstandeten Bohrungen 251 kann über ein Zahnrad, welches in diese Bohrungen 251 eingreift, das Schwimmkörperhubstelzensegment 211 transportiert werden. Alternativ wird das Schwimmkörperhubstelzensegment 211 über verstell und verschiebbare Klammern transportiert.
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Werden nun mehrere Schwimmkörperhubstelzensegmente 311, 313, 315 zusammengefügt (siehe 3), ergibt sich ein Jack-up-Bein, welches durch Vorantreiben in Gewichtskraftrichtung 231 zum Heben des Schiffes führt.
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Ein Schiff 101 mit solchen segmentierten Jack-up-Beinen ist in 4 dargestellt. Das Schiff 101 weist ein Steuerhaus 109, einen Hubschrauberlandeplatz 461, einen Lagerbereich 463 für die Jack-up-Segmente und Führungsaufnahmen 105 für die segmentierten Jack-up-Beine auf.
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Erreicht ein Einsetzschiff 101 den Einsatzort, werden durch einen Bordkran 471 die Segmente jeweils zu den Führungsaufnahmen 105 transportiert. Nachdem an einer Führungsaufnahme 105 ein Jack-up-Bein-Segment eingebracht wurde, wird ein folgendes Jack-up-Bein-Segment oben aufgesetzt und mit dem darunterliegenden Jack-up-Bein Segment zugfest verbunden.
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Anschließend werden die beiden verbundenen Jack-up-Bein-Segmente in Richtung Meeresboden verschoben und ein weiteres Jack-up-Bein-Segment wird oben aufgesetzt, zugfest verbunden und erneut verschoben. Dieses Vorgehen erfolgt an allen Führungsaufnahmen 105 und wird solange wiederholt, bis das Einsetzschiff 101 einen ausreichend festen Stand aufweist oder oberhalb der Wasseroberfläche angehoben ist.
