DE29812853U1

DE29812853U1 - Vorrichtung zur optimierten Gestaltung und Fertigung von Boots- und Schiffsrümpfen

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Publication number: DE29812853U1
Application number: DE29812853U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-07-20
Filing date: 1998-07-20
Publication date: 1998-10-15
Anticipated expiration: 2008-07-21

Description

Diplt ing. »Günter Waldmann Koldestr. 8c 91052 ERLANGEN Tel.:09131-301313 Fax: 09131 - 301313

Vorrichtung

zur
optimierten Gestaltung und Fertigung

von
Boots- und Schiffsrümpfen

- Gebrauchsmusteranmeldung -

&igr; -

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optimierten Gestaltung und zum rationellen Bau von Boots- und Schiffsrümpfen jeglicher Art, insbesondere von Segelyachten.

Unter dem Begriff "Segelyachten" sind hier zu verstehen: Jollen, Jollenkreuzer, Kielboote, Kiel-/Schwert-Boote, Katamarane.

Die Vorrichtung ordnet die Funktionen Lastaufnahme und Strömungsverlauf jeweils einem eigenen Bootssegment zu, ohne daß beide Funktionsmerkinale konstruktiv interferieren.

Bei Segelyachten wirken folgende Lasten auf den Rumpf: Zugkräfte durch Wanten, Stagen und ggfls. Fallen. Druckkraft in der Mastauflagerung. Zug- und Scherkräfte durch Kiel und/oder Schwert. Zug- und Scherkräfte durch die Schoten an Winschen, Stoppern und Klampen. Scherkräfte durch das Ruder. Ggfls. Druck-, Zug- und Scherkräfte, sowie Schwingungen durch den Motor. All diese genannten Kräfte sind vorwiegend Punktlasten.

Äußere, nicht unmittelbar konstruktionsbedingte, Kräfte ergeben sich durch Reibungswiderstand bei Fahrt durchs Wasser, Druck auf die Bootshaut durch Eigengewicht sowie Wellenschlag. Diese Kräfte sind Flächenlasten.

Die Vorrichtung ermöglicht statisch und konstruktiv die Trennung dieser Lasten und jeweilige Zuordnung zu einem in sich geschlossenen Rumpfsegment .

Ein Lastrahmen nimmt als Segment die Punkt- und Schehrkräfte auf, während auf das andere Segment, die Bootshaut bzw. Rumpfschale, nur die Flächenlasten wirken.

Gegenüber dem Stand der Technik ermöglicht die Vorrichtung eine differenzierte Dimensionierung für die jeweilige Lastgruppe.

Erfindungsgemäß ausgeführte Vorrichtungen zeichnen sich aus durch vergleichsweise geringeres Gewicht, kürzere Bauzeiten und variablere Gestaltung des Bootsrumpfes. Die Vorteile der Erfindung gelten für Einzelbauten ebenso wie für die Serienfertigung.

Stand der Technik

Nach dem bisherigen Stand der Technik werden beim Bau von Bootsrümpfen im Wesentlichen zwei Methoden angewandt:

* Klassische Kiellegung

* Formbauweise

Daneben werden Mischbauweisen praktiziert, bei denen Elemente beider Methoden Anwendung finden.

Alle diese Bauweisen haben quasi einen "selbsttragenden" Rumpf zum Ergebnis. Der Rumpf ist so dimensioniert, daß er als Corpus alle Kräfte aufnimmt. Besonders belastete Partien werden meist flächig verstärkt. Dies erfordert hohen personellen Arbeitsaufwand oder komplizierte und damit teure Formen.

Zur klassischen Kiellegung:

Bei Holzbauweise wird ein Skelett aus Spanten und Stringern, ggfls. auch Schotts beplankt. Entweder werden Längsplanken verwendet, oder Furnierstreifen diagonal verleimt. Spanten dienen der Formgebung und Querversteifung, Stringer der Längsund Formversteifung. Das Deck wird als Platte oder als Stabdeck aufgelegt. Um eine ausreichende Steifigkeit zu erreichen, ist in der Regel eine große Anzahl von Spanten erforderlich, von denen jeder anders geformt ist.

Bei Verwendung anderer Werkstoffe, beispielsweise Aluminium oder Stahl, werden über dem Spanten-/Stringergerippe Platten vernietet oder verschweißt.

Die Bodengruppe von Kielbooten muß durch ein sogenanntes "Kielschwein" besonders verstärkt werden, um die Zug- und Scherkräfte des Kiels aufzunehmen.

In der Regel handelt es sich bei der klassischen Kiellegung um handwerkliche Einzelbauten mit hohem Arbeitszeitaufwand. Der Bau ist entsprechend kostenintensiv.

Zur Formbauweise:

Formverleimte Holzrümpfe werden üblicherweise über einem sogenannten Mallengerüst gefertigt. Das Mallengerüst ist eine Positivform der späteren Rumpfschale. Nach Fertigstellung der Schale und Abheben vom Mallengerüst werden Spanten, Stringer und Schotts einzeln oder in Baugruppen eingeklebt oder einlaminiert, anschließend das Deck aufgesetzt.

Die industrielle bzw. Serienfertigung von Kunststoffrümpfen erfolgt über eine Negativform. In diesen, mit Trennwachs präparierten Negativabdruck der späteren Rumpfschale wird schichtweise Glasfasergewebe eingebracht und mit Kunstharz/Härter-Gemisch getränkt. Ab einer hinreichenden Wandstärke erfolgt das Einlaminieren von Spanten, Stringern, Schotts und anderen Verstärkungen, Puttings und Auflagern. An hochbelasteten Stellen und Flächen ist es inzwischen üblich, Kohlefasergewebe zu verwenden.

Insbesondere für hochbeanspruchte Rennyachten und bei Verwendung spezieller Sandwich-Materialien kommen zur Fertigung der Rumpfschale auch (beheizte) Pressen zum Einsatz.

Allen erwähnten und praktizierten Fertigungsmethoden ist gemeinsam, daß daraus ein Rumpfkörper entsteht, dessen Lastaufnahme-Sektionen statisch nicht hinreichend separiert und optimiert sind.

Trotz aller Bemühungen, die Fertigungsabläufe zu rationalisieren, ist der Anteil manueller Arbeit auch bei der Formbauweise nach wie vor sehr hoch. Damit sind den Bestrebungen und Möglichkeiten der Boots- und Schiffsbauer, die Produktkosten zu senken, sehr enge Grenzen gesetzt.

Funktionsweise der Erfindung

Der Boots- oder Schiffsrumpf wird gegliedert in einen Rahmen zur Aufnahme der Druck-, Zug- und Scherkräfte, sowie die eigentliche Bootshaut (einschlieBlich Deck und Aufbauten).

Der Rahmen besteht im Einzelnen aus Flach-, L-, U- oder geschlossenen Profilstäben. Als Werkstoffe sind Leichtmetalle wie Aluminium oder Kunststoffe wie Kohlefaser geeignet.

Aus diesen Profilstäben sind Querelemente gefertigt, die an ihrem Außenumfang Formsegmente aufnehmen (Fig. 1). Die Formsegmente können aus Holz, Metall oder Sandwich bestehen. Untereinander sind die Profilstäbe verschraubt, verschweißt oder verklebt, ebenso die Formsegmente am Außenumfang. Die so geschaffenen Querelemente erfüllen die bisherige Funktion von Spanten.

In Längsrichtung sind die Querelemente durch Längsträger verbunden. Damit wird ein statisch geschlossener Rahmen geschaffen (Fig. 2).

Die am Rahmen angebrachten Formsegmente bestimmen die Gesamtform des Boots- oder Schiffsrumpfes. Der Riss eines Boots- oder Schiffrumpfes wird damit in der Produktion bei gleichem Rahmen durch Veränderung der Formsegmente variabel. Da der Rahmen alle Punktlasten sowie Kräfte durch Kiel und/oder Motor aufnimmt, kann die Bootsschale zur Aufnahme der Flächenlasten insgesamt dünnwandig dimensioniert werden.

Der komplette Rahmen wird in eine vorgegebene, getrennt gefertigte Rumpfschale eingesenkt und mit ihr verklebt, laminiert oder verschweißt, anschließend das Deck aufgelegt.

An dem Rahmen kann auch die klassische Formverleimung praktiziert werden.

Aufgabe der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der leichte, stabile und hochbelastbare Boots- und Schiffsrömpfe gefertigt werden können.

Gleichzeitig ist es Aufgabe der Erfindung, mit dieser Vorrichtung, den Materialeinsatz und den Arbeitszeitaufwand bei der Fertigung von Bootsund Schiffsrümpfen zu senken. Damit wird eine Reduzierung der Fertigungskosten erreicht.

Es ist auch Aufgabe der Erfindung, Flexibilität bei der Formgebung des Boots- oder Schiffsrumpfes herzustellen. Der statisch geschlossene Rahmen ermöglicht durch Variation der Formsegmente die schnelle und einfache Änderung des Bootsrisses.

Bei gleichem Rahmen kann der Rumpf beispielsweise flacher oder bauchiger ausgelegt werden. Damit ist die Anpassung an verschiedene Revierbedingungen wie Binnengewässer oder Hochsee möglich.

Auch die Anpassung an neue Erkenntnisse zum Strömungsverlauf am Rumpf oder Veränderungen des Riggs lassen sich in der Produktion schnell umsetzen. Dies gilt insbesondere für Sport- bzw. Regattayachten.

Mit dem Schutzanspruch wird das Problem gelöst, eine Vorrichtung zur optimierten Gestaltung und Fertigung von Boots- und Schiffsrümpfen zu schaffen, welche die Rumpfschale eines Bootes oder Schiffes, inbesondere einer Segelyacht von den konstruktionsbedingten Druck-, Zug-, und Scherlasten befreit und diese Lasten definiert aufnimmt.

Die Rumpfschale kann damit sehr viel dünnwandiger und in Konsequenz gewichtssparend ausgeführt werden. Trotz der in sich "weichen" Schale schafft die Vorrichtung einen insgesamt sehr torsionssteifen Rumpf. Daneben reduziert sich die Fertigungszeit eines Boots- oder Schiffsrumpfes erheblich; daraus resultieren Kosteneinsparungen bei der Herstellung.

Dies ergibt sich aus den Schutzansprüchen 2 und 3.

Das der Erfindung zugrunde liegende Wirkungsprinzip wird aus den Figuren 1 bis 7 ersichtlich.

Es zeigen:

* Fig.l die auf den Rumpf einer Segelyacht wirkenden

konstruktionsbedingten Kräfte und Lasten, die vom Lastrahmen (6) der Vorrichtung aufgefangen werden.

* Fig.2 beispielhaft die Einzelteile (1), (3) und den

Aufbau eines Querelements (4) des Lastrahmens (6), bestehend aus den Profilstäben (1) und den Formsegmenten (3) .

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* Fig.3 beispielhaft die Querelemente (4) verschiedener RumpfSektionen. In der Reihenfolge von oben nach unten jeweils ein Querelement im Vorschiffsbereich (4a), im Kajütbereich (4b) und im Cockpitbereich (4c).

* Fig.4 beispielhaft einen kompletten Lastenrahmen (6), bestehend aus den Querelementen (4) und den Längsträgern (5).

* Fig.5 beispielhaft das Einsetzen des Lastenrahmens, einschl. Formsegmenten in eine vorgegebene Rumpfschale.

* Fig.6 beispielhaft die Aufhängung eines Kiels

(8) am Lastenrahmen. Im vorliegenden Beispiel wäre der Kiel an einer eingesetzten Bodenplatte festgebolzt.

* Fig.7 beispielhaft die Auflagerung des Mastes

(9) auf einem Querelement, sowie die Verankerung der Wantenterminals (10) an einer Traverse (11), die wiederum fest mit dem Querelement verbunden ist. Die Auflagerung, sowie die Verankerung könnte auch an Traversen erfolgen, die zwischen zwei Querelementen eingezogen sind.

Fig.8 beispielhaft einen Teil des Lastenrahmens
(6), versehen mit formunterstützenden
Längsstringern (12), an dem Furnierstreifen
(13) diagonal zu einer Bootsschale
verleimt werden.

Inhalt Seite

Beschreibung 1

Stand der Technik 3

Funktionsweise der Erfindung 6

Aufgabe der Erfindung 8

Schutzansprüche 1

Zeichnungen 1

Fig. 1 Darstellung &ldquor;Kräfte" 1

Fig. 2 Aufbau Querelement 2

Fig. 3 Beispiel div. Querelemente 3

Fig. 4 Lastenrahmen 4

Fig. 5 Lastenrahmen in Rumpfschale 5

Fig. 6 Kielaufhängung 6

Fig. 7 Mastauflagerung und Wanten 7

Fig. 8 Fertigung Rumpfschale um Rahmen 8

Claims

Schutzansprüche

1. Vorrichtung zur optimierten Gestaltung und Fertigung von Boots- und Schiffsrumpfen durch Trennung der konstruktionsbedingten Punkt- und Scherlasten von den durch das Wasser bedingten Flächenlasten, die auf einen Boots- oder Schiffsrumpf wirken,

dadurch gekennzeichnet,

daß aus Stäben und/oder Profilen (1) Querträger (2) gefertigt werden, die am Außenumfang mit Formsegmenten (3) versehen werden, wodurch Querelemente (4) gebildet werden.

daß diese Querelemente (4) durch Längsträger

(5) zu einem starren Lastenrahmen (6) verbunden werden.

2. Vorrichtung nach Schutzanspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Lastenrahmen

(6) mit einer vorgegebenen Rumpfschale (7) verbunden wird.

3. Vorrichtung nach Schutzanspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Rumpfschale um den Lastenrahmen (6) gefertigt wird, der hierzu mit formgebenden Längsstringern (12) versehen sein kann, beispielsweise durch diagonale Verleimung von Furnierstreifen (13) , durch Beplankung, durch Aufbringen von Platten oder Schalen, oder durch Kombination dieser Methoden.