DE625715C - Schiffsform fuer Fracht- und Passagierschiffe mit parallelem Mittelschiff - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Fracht- und Passagierschiffe mit parallelem Mittelschiff von mindestens 30% der Schiffslänge und normalem Oberwasserschiff, bei dem die Breite des Mittelschiffes in einem Abstand von Vs des Konstruktionstiefganges über der Konstruktionswasserlinie mindestens 9o°/₀ der größten, in der CWL liegenden Schiffsbreite beträgt. Bei solchen Schiffen findet

to erfindungsgemäß eine bogenförmige, unter Vermeidung scharfer Krümmungen in den Boden einlaufende Hauptspantkontur Anwendung in Verbindung niit einer Vergrößerung der Schiffsbreite um S bis i5°/o gegenüber der Breite eines unter Wasser flächengleichen normalen Rechteckhauptspantes gleicher Tiefe und einer Breite des flach ausgebildeten Bodens von nicht weniger als ¹Zs der größten Schiffsbreite.

ao Bekanntlich hat bei dem Bau von Fracht- und Passagierschiffen mit ausgeprägtem parallelem Mittschiffskörper Jahrzehnte hindurch das Bestreben bestanden, eine möglichst große Völligkeit des Hauptspantes im

as parallelen Mittelschiff dadurch zu erzielen, daß dieAufkimmung des Bodens immer mehr reduziert und die Kimm immer völliger gehalten wurde, so daß ihre Form also durch einen Kreisbogen von sehr kleinem Radius bestimmt war. Infolge dieser Entwicklung besitzt die normale Schiffsform für Handelsschiffe im parallelen Mittelschiffskörper einen ganz flachen oder nur wenig aufgekimmten Boden, senkrechte Seitenwände und eine sehr ' völlige Kimm. Das Hauptspant liegt innerhalb der sogenannten Hauptabmessungen des Schiffes, d. h. innerhalb der Breite B, der Tiefladelinie und der Bodenlinie, von denen die letztere eine wechselnde, in den meisten Fällen aber ganz geringe Aufkimmung besitzt. Die Normalform ist so entworfen, daß sie unter diesen Bedingungen die höchstmögliche Verdrängung ergibt. Entsprechend diesem Streben nach einer möglichst hohen Völligkeit müßte es auch abwegig erscheinen, auf Schiffsformen solcher Schiffstypen eine bogenförmige Hauptspantkontur anzuwenden. Solche Hauptspantkonturen sind vielmehr für verschiedene Schiffstypen nur dann in Anwendung gebracht worden, wenn die damit verbundene Verminderung der Verdrängung auf Grund besonderer Erwägungen, insbesondere wegen des Strebens nach höherer Geschwindigkeit, in Kauf genommen werden konnte und die Nutztragfähigkeit keine ausschlaggebende Rolle spielte. Die Erkenntnis, daß eine solche Spantform bei entsprechender Durchbildung des übrigen Schiffskörpers

gleichwohl auch auf. Schiffsformen der im Anspruch bezeichneten Art unter Erzielung vielseitiger Vorteile Anwendung finden kann, bildet das Verdienstvolle der Erfindung, deren Brauchbarkeit und Fortschrittlichkeit durch mehrere gebaute Schiffe einwandfrei unter Beweis gestellt ist. Es wird nicht nur die benetzte Oberfläche der neuen Schiffsform unter Erzielung eines bestmöglichen Wirkungsgrades bedeutend verkleinert, sondern es werden gleichzeitig alle anderen Eigenschaften in günstiger Richtung beeinflußt. Insbesondere ist das Verhalten der. neuen Schiffsform auch bei bewegtem Wasser ein ausgesprochen überlegenes. Der durch das schärfere Hauptspant nötig werdende Verdrängungsausgleich ..durch, völligere Schiffsenden sowie die dadurch bedingten weichen Übergänge vom Mittelschiff zu den Enden ao bedingen eine beträchtliche Verminderung der Stampfbewegungen und damit eine günstigere Ausnutzung der gegebenen Antriebskraft im Seegang. Der Rauminhalt wird an Stellen, die für die Ladung wichtig sind, vergrößert. Der für das Schiff erforderliche Wasserballast ist wegen der vergleichsweise gesteigerten Formstiabilität verringert, die Stabilität auch bei gleichförmiger Beladung verbessert, da der Verdrängungsschwerpunkt höher' rückt und das Trägheitsmoment der Ladewasserlinie vergrößert ist. Alle diese Verbesserungen bedingen keine höheren Bau-■ Kosten als das schmalere Ausgangsschiff mit" völliger Kimm.

" Es hat zwar nicht an Versuchen gefehlt, durch Anwendung einer bogenförmigen Hauptspantkontur unter Wasser Geschwindigkeitsvorteile für Fahrgast- und Frachtschiffe zu erzielen. Den bekannten Schiffsformen dieser. Art fehlt jedoch die Erkenntnis, wie der Schiffskörper, abgesehen von der gekrümmten Hauptspantkontur unter Wasser, ■ im .übrigen ausgebildet werden muß, um die erzielbaren Vorteile nicht durch neu hinzutretende Nachteile anderer Art zunichte zu machen. Die bekanntgewordenen Schiffsförmen dieser Art empfehlen einen im wesentlichen elliptischen bzw. kreisförmigen Schiffsquerschnitt des ganzen Hauptspants, also ein vom Normalschiff völlig abweichendes Oberwasserschiff. Diese mit den in der Weltschiffahrt aufgegebenen Turmdeckern^: vergleichbaren Schiffsformen besaßen eine vergleichsweise sehr geringe Stabilität bei endliehen Neigungen und haben sieh aus diesem Grunde nicht als sicher bewährt.

Der Ausdruck »paralleles Mittelschiff« be-

- deutet-im Sinne der Erfindung denjenigen Teil des Schiffes, in welchem dessen Querschnitte im wesentlichen dieselben Formen wie der Hauptspant besitzen. Es kann jedoch gegenüber diesem eine Flächeninhaltsverringerung bis 8 °/₀ vom Flächeninhalt des Hauptspantes nach den Enden des Mittelschiffs vorgenommen werden. Die Länge dieses Mittelschiffes erstreckt sich nach jeder Seite von Mitte Schiff aus bei Schiffen mit feinerer Linienführung auf ungefähr 15% der Schiffslänge, bei völligeren Schiffen dagegen bis zu ungefähr 40% der Länge.

Unter dem Ausdruck »flacher Boden« ist derjenige Teil des Bodens zu verstehen, welcher sich bis zum unteren Ansatz der Kimmkrümmung erstreckt.

Die gekrümmt verlaufende Seite der Spanten im Mittschiffsbereich ist nach der Erfindung zweckmäßig ein Kreisbogen oder eine ähnliche Kurve. Dieser Bogen braucht nicht notwendig tangential in die Bodenlinie oder Kimmlinie des Bodens zu verlaufen, sondern die Enden des Kreisbogens (wo ein solcher Anwendung findet) können durch eine strakende Kurve in die Bodenlinie übergeführt werden.

Bei einem Schiff nach der Erfindung ist der Schnittpunkt der Spantlinie mit der Kimmsente niemals weniger als 14% vom Eckendpunkt der Kimmsente entfernt.

Die durchschnittliche Vergrößerung der Schiffsbreite an der Konstruktionswasserlinie beträgt etwa 10 % gegenüber der Breite des flächengleichen normalen Rechteckspantes. Die Wirksamkeit der Schiffsform wird : noch vergrößert bei einer Breiterierhöhüng bis zu 15%, doch hängt dies ab von der schließlich sich ergebenden Endbreite und ihrem Einfluß auf einen wirtschaftlich zulässigen Wasserlinienwinkel an der Spitze und auf den Verlauf der Linien am Heck.

Die Breite des Hauptspants eines Schiffes nach der Erfindung —^- im· nachfolgenden als »neuer Hauptspant« bezeichnet — übertrifft die Breite eines Rechtecks, dessen Fläche gleich der Größe der erforderlichen Hauptspantfläche ist, wie oben genau angegeben, unterhalb der Tief ladelinie in einer Höhe, die von der Größe und Art des Schiffes abhängig ist. Im allgemeinen wird dieser Bereich ¹J₂ bis % der ganzen Schiffshöhe ausmachen. An der unteren Grenze dieses Bereichs ist die 110' Breite des neuen Hauptspants dieselbe wie die Breite des oben bestimmten Rechtecks, und unterhalb dieser Grenze ist die Breite des neuen Hauptspants geringer als die des Rechtecks. Die Krümmung des neuen Haupt-Spants ist weich und allmählich zunehmend; die übliche völlige Kimm mit geringem Krümmungsradius ist beseitigt.

Die Kimmkurve des neuen Hauptspants wird sich mit der Bodenlinie oder der Aufkimmungslinie an einem Punkt vereinigen, der der Mittelachse des Schiffes näher liegt

als beim Normalschiff. Die Breite des Bodens darf jedoch dabei nicht weniger als V₃ der größten Schiffsbreite betragen, um eine leichte und sichere Aufstellung und Standsicherheit des Schiffes im Dock zu erzielen.

Die Folge der beschriebenen Konstruktion ist, daß bei gleicher Verdrängung und kleinerer benetzter Oberfläche gegenüber einer Normalform die Eintritts- und Austrittswinkel der Tiefladelinie gleich oder ähnlich wie bei der Normalform sein können, während die Eintritts- und Austrittswinkel der unteren Wasserlinien etwas geringer als- bei der Normalform sein werden, wodurch eine feinere Linienführung im Bereich des Bodenteiles des Schiffes ohne irgendeine Verkleinerung der Verdrängung entsteht. Durch Versuche, die im National Physical Laboratory, Teddington, ausgeführt wurden, ist festgestellt worden, daß die Vorschiffswasserlinien völliger als bei der Normalform gemacht werden können, wodurch die Verdrängung und das Tragvermögen des neuen Schiffes gegenüber einem Nomialschiff ohne Wirkungsgradverlust vergrößert werden kann. Der verkleinerte Endwinkel derUnterwasserlinie sorgt für leichteren Wasserabfluß vom Boden des Schiffes her und fördert besonders den Zufluß des Wassers zu der oder zu den Schrauben.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht.

Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen Querschnitte durch einen mittleren Schiffsteil von drei verschiedenen Schiffskörpern.

Die Fig. 4 und 5 sind horizontale Längsschnitte durch ein Schiff an der Tiefladelinie and einer unteren Wasserlinie in der Nähe der Kimm.

Die Fig. 6 und 7 sind Querschnitte, welche die Anwendung einer Formel zur Errechnung der Form der Kons trukti ons Spanten im Mittelschiffsteil veranschaulichen.

Fig. 8 endlich zeigt auf der Kimmdiagonale die Lage des Schnittpunktes dieser Diagonale mit der äußeren Begrenzungslinie des Schiffes. In jeder der Fig. 1, 2 und 3 ist in gestrichelten Linien 1 ein Rechteck gezeigt, welches angenähert mit Ausnahme der kleinen Krümmung an der Kimm die Querschnittsform des parallelen Mittschiffskörpers bei einer normalen Schiffsform wiedergibt. Unter dem Ausdruck »Normalschiff« ist hierbei ein Schiff zu verstehen, welches in Übereinstimmung mit den heute geltenden Richtlinien gebaut ist. Der Flächeninhalt dieses Rechteckes ist unter Wasser gleich der Hauptspantfläche eines nach der Erfindung gebauten Schiffes, dessen Umrißlinie durch die voll ausgezogene Linie 2 veranschaulicht ist. Die Tiefladelinie, die in derselben Höhe über der Grundlinie verläuft, wie die obere horizontale Begrenzungslinie des flächen--. gleichen Rechtecks, ist mit 3-3 bezeichnet, während 4-4 die Mittellinie des Schiffskörpers darstellt.

Das in Fig. 1 veranschaulichte Schiff besitzt keine Aufkimmung des Bodens. In Fig. 2 ist ein Schiff veranschaulicht, dessen Boden eine normale mittlere Aufkimmung besitzt, und die Schiffsform in Fig. 3 endlich besitzt eine stärkere Aufkimmung.

5-5 stellt eine untere Wasserlinie an der Kimm dar. Die seitliche Vergrößerung der Konstruktionsspantenfläche, welche gemäß ^7S der Erfindung erzielt wird und mit 6 bezeichnet ist^ ist gleich oder ungefähr gleich dem Flächeninhalt der schraffiert gezeichneten Fläche/, weiche bei einem Normalschiff vorhanden ist und bei der neuen Schiffsform fortfällt.

In den Fig. 4 und 5 ist ebenfalls wieder die gestrichelte Wasserlinie eines Normalschiffes mit ι bezeichnet, während die Wasserlinie des neuen Schiffes durch die voll ausgezogene Linie 2 angedeutet ist. 9-9 stellt das normale umschriebene Rechteck dar. 10-10 und 11-11 sind Linien, die tangential zu der Wasserlinie gezogen sind und so den Eintritts- bzw. den Austrittswinkel an der Tiefladelinie und der Unterwasserlinie veranschaulichen.

Bei gleicher Verdrängung ist der Umfang des Mittschiffsspants bei der neuen Form geringer als bei der alten Form. Hieraus ergibt sich eine Verringerung der benetzten Oberfläche und demgemäß des Reibungswiderstandes.

Die Verringerung des Spantumfanges und die Verringerung der Breite des Doppelbodens zusammen mit der Höherlegung der neutralen Faser der Konstruktion bewirken alle zusammen eine Ersparnis an Stahlgewicht und eine entsprechende Erhöhung der Tragfähigkeit. Beispielsweise können bei einem Schiff von 400 Fuß Länge, dessen Breite an der Tiefladelinie um 10 % gegenüber der Normalform vergrößert ist, schätzungsweise 70 bis 120 t Stahl, je nach der Konstruktionsart, an Gewicht erspart werden. Die Vergrößerung der Reserveverdrängung, welche dargestellt wird durch die schraffierte Fläche 8 in den Fig. 1, 2 und 3, gestattet es, die Schiffe tiefer zu laden, als es bei einem Vergleichsschiff von Normal- n₅ form zulässig wäre, und dadurch weiterhin die Tragfähigkeit schätzungsweise um eine Gesamtsumme von 220 bis 270 t zu erhöhen. Selbstverständlich wird ein tieferes Eintauchen nicht erzielt werden können bei Schiffen mit einem feineren Blockkoeffizienten der Verdrängung als 0,68 im Hinblick

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auf die gesetzlichen Beschränkungen der internationalen" Fjeibordvorschriften.

Da die Breite des unteren -Teiles (in der Nähe der Kimm} des neuen Schiffes geringer ist als die des Normalschiffes, so ist die Tauchtiefe bei leichter Belastung größer, demzufolge auch die Tauchtiefe mit Ballast bei Verwendung desselben oder sogar eines geringeren Ballastgewichtes als bei einem ίο Normalschiff. Dies stellt bekanntlich einen besonderen Vorteil dar.

Von der Tiefladelinie aufwärts zum Deck kann die Seitenwandung des Schiffskörpers dieselbe Krümmung beibehalten, wie es durch die voll ausgezogenen Linien in Fig. 1, 2 und 3 veranschaulicht ist, wobei lediglich darauf zu achten ist, daß dieBreite des Mittelschiffes in einem Abstand von Vs des Konstruktionstiefganges über der Konstruktionswasserlinie noch mindestens Qo°/o der größten Schiffsbreite beträgt, da diese Voraussetzung für die Erzielung einer ausreichenden Stabilität bei endlichen Neigungen im Gegensatz,zu bekanntgewordenen Schiffsformen von im ganzen ovalem oder elliptischem Querschnitt von maßgebender Bedeutung ist. Natürlich kann die Seitenwandung auch von der Wasserlinie aus senkrecht aufsteigen, wie es durch die gestrichelten Linien in den Fig. 1, 2 und 3 beispielsweise gezeigt ist. Hierdurch können der Rauminhalt des Schiffskörpers, das zusätzliche Tragvermögen und die Deckfläche vergrößert werden.

In den Fig. 6 und 7 sind ebenfalls wie in den .vorhergehenden Figuren die Umrißlinien eines Rechtecks, dessen Grundfläche die gleiche ist wie die Fläche des gewünschten Mittschiffsspantes des Schiffes und das im wesentlichen die Form des Mittschiffsspantes eines Normalschiffes wiedergibt, durch die gestrichelte Linie 1 veranschaulicht, während zwei verschiedene Formen des neuen Schiffes durch die voll ausgezogene Linie 2 veranschaulicht sind. Um den Radius des Kreisbogens zu bestimmen, der die Form der Seitenwand des Schiffskörpers darstellen soll, kann die im nachfolgenden erläuterte Formel Anwendung finden. Diese ermöglicht die Konstruktion eines Schiffes von irgendeiner gewünschten Vergrößerung in der Schiffsbreite oder von irgendeinem gewünschten Verhältnis der Schiffsbreite zur Tiefe. Die Wiedergabe dieser Formel erfolgt mit der ausdrücklichen Maßgabe, daß hierdurch die Erfindung nicht auf irgendeine besondere Form beschränkt werden soll, sondern daß auch die Fig. 6 und 7 nur beispielsweise das Grundsätzliche der Erfindung veranschaulichen.

i. Zugrunde gelegt wird ein Rechteck von den oben erwähnten Abmessungen, dessen Form angenähert mit der Mittschiffsspantfiäche eines Schiffes von Normalform übereinstimmt und welches bis zum Punkt A auf beiden Seiten um den gewünschten Betrag verbreitert wird.

In Fig. 6 beträgt diese Verbreiterung, welche im nachfolgenden mit χ bezeichnet werden soll, auf jeder Seite ^1O ■■'" der größten

Schiffsbreite, in Fig. 7 ■■.

Es ist schon darauf hingewiesen worden, daß die Anordnung nach Fig. 6 zweckmäßiger ist, obwohl die Größe der Verbreiterung χ wechselnd sein kann, ganz nach der gewünschten Schiffsart.

2. Auf der senkrechten Seitenlinie 1 der Normalschiffsform wird der Punkt B festgelegt, und zwar in einem Abstand von der Tief ladelinie, der gleich ¹Z₃ des Abstandes d der Tiefladelinie von der Grundlinie ist.

3. Es wird eine gerade Linie durch die Punkte AB gezogen, welche die Bodenlinie im Punkt D trifft. '

4. Es wird nunmehr Punkt E auf der Geraden ABD festgelegt, und zwar in einer senkrechten Entfernung von der Bodenlinie, die gleich V₈ der Entfernung d in Fig. 6 und gleich ¹J₁₉ der Entfernung d in Fig. 7 ist.

5. Die Gerade ABE bildet nunmehr die Sehne des Kreisbogens, dessen Bogenhöhe gleich ⁹/₁₀ χ in Fig. 6 und gleich ⁸/₁₀ x in Fig. 7 gewählt ist. ^:

6. Der Radius dieses Bogens, der die gewünschte Umrißlinie ergibt, kann mathematisch errechnet werden durch folgende Formel:

Wenn c = Länge der Sehne ABE, ν = Bogenhöhe und r = Radius des Bogens ist,

so ist

γ ^~7 .

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7. Von Punkt £ wird eine glatte Kurve nach unten gezogen, welche in die Bodenlinie übergeht.

Bei Schiffen, bei denen χ klein ist, beispielsweise -^⁵-, liegt Punkt E zweckmäßig

in einem senkrechten Abstand von der Bodenlinie, der gleich 20% von d ist, und die Bogenhöhe ist zweckmäßig x.

Die Ermittlung des Punkte E nach den gegebenen Erklärungen stützt sich auf tatsächliche Versuche, welche auf Grund der Erfindung durchgeführt sind.

Natürlich kann der Kreisbogen bis zu jeder beliebigen Breite an der Tiefladelinie über die tatsächlich erforderliche Breite hinaus erweitert werden, ebenso wie der einwärts ge-

krümmte Bogen sich so viel weiter erstrecken kann, daß ungefähr die gleiche Mittschiffsverdrängung erzielt wird.

In Fig. 8 ist in voll ausgezogenen Linien eine Schiffsform nach der Erfindung veranschaulicht, dessen größte Breitenabmessung um io°/o vergrößert ist. Das in gestrichelten Linien gezeichnete Rechteck AEBDFCA besitzt den gleichen Flächeninhalt wie die

ίο gewünschte Mittschiffsspantfläche des neuen Schiffes. Hierbei entspricht die Linie ABB der Tiefladelinie und die Linie CFD der Bodenlinie des Schiffes. Die Vergrößerung der Breite an der Tief ladelinie beträgt io°/₀ gegenüber der Breite ABB des Rechtecks. GHIJ veranschaulicht ein zweites Rechteck, welches die Hauptabmessungen nach Breite und Tiefgang der neuen Schiffsform erkennen läßt, während die Linien JB und IE die Kimmsenten darstellen. Die Spantlinie schneidet die Kimmdiagonale bei K, und die Lage des Punktes K auf der Linie JE oder IE beträgt 19% der Länge der Diagonale.

Die Erfindung kann mit besonderem Vorteil angewandt werden für Tankschiffe, welche entweder ein Mittellängsschott oder zwei, drei oder mehr Längsschotte besitzen. Die Erfindung ist jedoch auch für solche Schiffe geeignet, welche keine Längsschotte besitzen, und sie ist auch anwendbar für Schiffe mit Längsspantsystem, Ouerspantensystem oder mit kombiniertem Spantensystem.

Ein weiterer Vorteil bei der Anwendung auf Tankdampfern besteht darin, daß das Schiff leichter auf Ballastfahrt eingestellt werden kann und daß bedeutend weniger Ballast notwendig ist, um das Schiff bis zu demselben Tiefgang zu belasten wie ein normales Vergleichsschiff. Beispielsweise wird ein Schiff von etwa 10000 t Tragfähigkeit (im belade- *o nen Zustand), wenn es Ballastfahrt macht, bei Erreichung desselben Tiefganges wie ein Normalschiff einige 1001 weniger Wasserballast brauchen.

Dadurch, daß die Seitenwände des Schiffskörpers eine ganz oder annähernd kreisbogenförmige Gestalt besitzen, wird endlich der Vorteil erreicht, daß eine vorläufige Mitteilung durch das Konstruktionsbüro über den Radius des Bogens gegeben und so die Arbeiter in die Lage gebracht werden können, mit dem Biegen der Querspanten im Mittelteil des Schiffes zu beginnen, ohne daß sie auf Angaben vom Spantenplan oder Zeichenbüro zu warten brauchen.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Schiffsform für Fracht- und Passagierschiffe mit parallelem Mittelschiff von mindestens 30% der Schiffslänge und normalem Oberwasserschiff, bei dem die Breite des Mittelschiffes in einem Abstand von V₃ des Konstruktionstiefganges über der Konstruktionswasserlinie mindestens 90% der größten, in der CWL liegenden Schiffsbreite beträgt, gekennzeichnet durch die Anwendung einer bogenförmigen, unter Vermeidung scharfer Krümmung in den Boden einlaufenden Hauptspantkontur in Verbindung mit einer Vergrößerung der Schiffsbreite um 5 bis 15 % gegenüber der Breite des unter Wasser flächengleichen normalen Rechteckhauptspantes gleicher Tiefe und einer Breite des flach ausgebildeten Bodens von nicht weniger als ¹J₃ der größten Schiffsbreite.

   " Hierzu 2 Blatt Zeichnungen