DE69028318T2 - Schiffskörper - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Rumpf für Schiffe und ähnliche Schiffsbauten in der Art wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben.
Stand der Technik
• Bei einem traditionell konstruierten Schiffsrumpf ist das Beplattungs- und Verstrebungssystem derart angeordnet, daß der Außendruck in erster Linie durch Biegebelastungen in der Rumpfbeplattung aufgenommen wird. Lasten werden von der Beplattung zu den Hauptstreben (normalerweise Längsstreben), dann zu den Nebenstreben (normalerweise Rahmenquerspante) und schließlich zu den Schiffswänden/- längszwischenwänden geleitet, um entlang der Schiffsbreite verteilt zu werden. Bei kleineren Wasserfahrzeugen wird die Beplattung oft mit einer Doppel- bzw. räumlichen Krümmung versehen. Bei einer räumlich gekrümmten Platte wird der Außendruck hauptsächlich durch Druckbelastungen in der Ebene (Wandbelastungen) aufgenommen.
• Wenn ein Schiffsrumpf traditionell konstruiert wird, kann er hinsichtlich Gewichts- und Produktionskosten optimiert werden. Eine gewichtsoptimierte Anordung ist gekennzeichnet durch relativ dünne Rumpfplatten und ein dichtes Netzwerk aus Haupt- und Nebenstreben. Daraus resultiert eine komplizierte Anordung mit hohen Produktionskosten. Der komplizierte Aufbau führt zu verschiedene Problemen. Er führt zu einer Reihe von komplizierten Verbindungen zwischen den verschiedenen Verstrebungskomponenten in Stahl- und Aluminiumrümpfen ebenso wie in Glasfaserrümpfen (GRP). Dies kann aufgrund von Ermüdung oder Delaminierung in Glasfaserrümpfen leicht zu Brüchen führen.
• Alle Rumpfkomponenten sind normalerweise derart konstruiert, daß der Belastungspegel unterhalb eines akzeptierten elastischen Belastungspegels liegt. Wenn Bereiche der Beplattung auf Überlast ausgelegt werden, werden an den Verbindungsstellen zu den Verstrebungen lokale Deformationen in die Platten eingebracht und die Belastungen in den Platten werden allmählich von Biegebelastung zu Dehnungsbelastung (Membranbelastung) wechseln. Daraus folgen dauerhafte Deformationen in Metallrümpfen und lokale Brüche in Glasfaserrümpfen (GRP-Rümpfe).
Aufgabe
• Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Rumpf für Schiffe, Kähne und andere Schiffsbauten zu schaffen, der Gewichts- und Kostenreduktionen bei der Produktion von Rümpfen aus Stahl, Aluminium oder Verbundstoffen gestattet.
• Die Erfindung hat auch das Ziel, die Anzahl von baulichen Einzelheiten zu verringern, die insbesondere der Zerstörung ausgesezt sind. Es ist ferner ein Ziel der Erfindung, die Verbindungen zwischen der Beplattung und den Streben zu vereinfachen.
• Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es neue Methoden zur Herstellung von Rümpfen zu finden, die bei der Kosteneinsparung helfen.
Erfindung
• Die Erfindung wird in Anspruch 1 definiert, und andere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen
• Die Erfindung basiert auf der Verwendung von etwas, das als Membrandehnung bekannt ist, zum Beispiel ein konkaver Bereich der Beplattung, der Außendrücke durch Dehnungsmenbranbelastung abstützt. Die konkaven Platten werden zwischen Längsstreben, die von Rahmenquerspanten, die grundsätzlich nicht mit den äußeren Rumpfplatten des Schiffes verbunden sind, angeordnet und an diesen befestigt. In Fällen, in denen die Rumpfbeplattung mit anderen Gliedern als den Längsgliedern verbunden wird, zum Beispiel einer Querwand, wird dies ohne wirklich Kräfte, die direkt von der Rumpfbeplattung zu den Quergliedern übertragen werden, erreicht. Die Verwendung von Membranbereichen kann mit Teilen eines Rumpfes kombiniert werden, bei dem ein herkömmliches Verstrebunsystem verwendet wird.
• Der neu vorgestellte Aufbau kann in der bekannten Weise produziert werden.
• Es gibt zahlreiche Unterschiede zwischen einem herkömmlichen Aufbau und dem neuen Aufbau. Die Verwendung eines Membranbereichs soll eine erhebliche Gewichtsreduktion bewirken. Zusätzlich wird es günstiger sein, einen Rumpf gemäß der Erfindung herzustellen. Bei einem Metallrumpf wird die Anzahl der Schweißungen verringert und es werden hauptsächlich einfache durchgehende Schweißungen sein. Es ist lediglich in unbedeutendem Umfang notwendig, gekrümmte oder gerollte Querspante zu verwenden.
• Die Erfindung ist insbesondere dort günstig, wo Gewichtsersparnisse absolut erforderlich sind, wie zum Beispiel bei Hochgeschwindigkeits-Wasserfahrzeugen.
• Wenn ein Membranbereich verwendet wird, ist es die maximal erlaubte Dehnungsbelastung in einem Material, die die Lasttragfähigkeit bestimmt. Dies bedeutet, daß Stahl, Aluminium und Glasfaser bei etwa dem gleichen Belastungspegel belastet werden können. Auf diese Weise führt die Erfindung zu erheblicher Gewichtseinsparung, wenn Glasfaser oder Aluminium verwendet wird.
• Bei eimem Glasfaseraufbau werden die Probleme bezüglich der Verbindung von inneren Verstrebungen mit dem Rumpf reduziert. Des weiteren werden die Probleme in bezug auf Bruch und Umverteilung von Belastungen weitgehend vermieden, wenn ein Rumpfbereich überlastet ist.
• Die Erfindung kann für alle Typen von Schiffsrümpfen, Rümpfe für Kähne und andere Schiffsbauten verwendet werden. Die einzige Vorraussetzung ist, daß der Rumpf im allgemeinen nur seitlichen Außendrücken ausgesetzt ist. Dies ist insbesondere bei Hochgeschwindigkeits-Wasserfahrzeugen der Fall, entweder Katamaranen oder Schiffen mit einfachem Rumpf und Marine-Wasserfahrzeugen, zum Beispiel.
Ausführungsbeispiel:
• Die Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher beschrieben werden, wobei
• Fig. 1 einen schematischen Querschnitt eines kleinen Wasserfahrzeuges,
• Fig. 2 eine Einzelheit eines Katamaran-Querschnittes mit einer laminierten Außenwand, (Sandwich-Konstruktion),
• Fig. 3-5 Einzelheiten des Rumpfes nach Fig. 2 mit dem Boden, der Seite und dem Übergang des Decks beziehungsweise der Seite, in verschiedenen Ausführungen von Materialien und Gestaltungseinzelheiten, und
• Fig. 6 einen Querschnitt eines Rumpfes eines größeren Wasserfahrzeuges
• zeigen.
• Fig. 1 zeigt einen Aufbau, wobei die vorliegende Erfindung bei einem Einzelrumpf eines kleinen Hochgeschwindigkeits-Wasserfahrzeuges wie Wachboot verwendet wird. Die Figur zeigt einen Mittelspant in dem Rumpf. Der Rumpfaufbau besteht aus einem mit einem Deckbalken 12 verbundenen Rahmenquerspant 11 und einer inneren Strebe 13, die falls notwendig als Unterstützung eines inneren Decks verwendet werden kann. Die Rahmenquerspante 11 sind mit den Längsspanten 14 verbunden. Das Beispiel zeigt zwei Längsstreben 14a und 14b auf jeder Seite und einen V-förmigen Kiel 16. Der Kiel 16 ist weiterhin an jedem Querspant durch Querplatten 17 unterstützt.
• Der Membranbereich 18, welcher der Bereich mit der konkaven Beplattung ist, ist mit den Längsspanten 14B verbunden, so daß diese sich von dem Bug bis zum Reck erstrecken. Die Membranbereiche sind mit den Längsspanten 14A und 14B und dem Kiel 16 mittels durchgehender Längsschweißungen verschweißt. Die Rumpfplatten bilden konkave Bereiche zwischen den Längsspanten. Die Platten haben einen Biegeradius, der geeignet ist, reine Dehnungsbelastung zu gewährleisten.
• Die Rahmenlängsspante 14A und 14B sind derart angeordnet, daß sie den Linien des Rumpfes folgen. Die Querverstrebungen 11 können lediglich mit den Längsspanten 14A und 14B verschweißt werden. Auf diese Art wird die Querspante 11 nur Druckkräften unter normalen Lastbedingungen ausgesetzt. In diesem Ausführungsbeispiel werden Metallplatten als Membranbereiche 18 verwendet.
• Eine ähnliche Ausführungsform kann für Rümpfe mit Glasfaser-Rumpfplatten verwendet werden. Die Beplattung der Membranbereiche 18 muß hierbei durchgehend über die Längsspante 14A Lind 14B gelegt werden. Die Fasern einer solchen Glasfasermembran sind in der Richtung auszurichten, die eine optimale Ausnutzung der Dehnungsfestigkeit des Materials gewährleistet.
• Bei einem Rumpf, der Membranbereiche gemäß der Erfindung aufweist, wirken die von der Beplattung zu den Streben übertragenen Kräfte hauptsächlich senkrecht auf die Rumpfoberfläche. Auf diese Weise sind die Festigkeitsanforderungen an die Verbindung zwischen der Rumpfbeplattung (Membranbereiche) und den Längsstreben nicht hoch.
• Fig. 2 zeigt einen Katamaranrumpf mit einer lamellierten äußeren Rumpfbeplattung (Sandwichplatten). Der Rumpf besteht aus einem Querspant 20, der als Träger für einen Deckbalken 21, äußere Rahmenquerspante 24 und innere Rahmenquerspante 25, die sich nach unten in Richtung des Kielbereichs erstrecken, dient.
• In der Seitenwand des Schiffs sind die Deckbalken 21 mit einem Längsspant 26 verbunden.
• Ähnliche Längsspante 27A, 27B und 28A, 28B sind untereinander entlang jeder Seitenwand des Schiffes angeordnet. In dem Übergang zu dem Kielbereich sind Längsspante 29A und 29B auf jeder Seite. Das Deck 30 ist in herkömmlicher Weise aufgebaut. Von dem Deck nahe dem Rahmen 26 Lind hinunter in Richtung des Kielbereichs (Längsspante 29A und 29B) sind die Rumpfplatten als Membranbereiche 31 verlegt. Für den Kiel 33 werden herkömmliche Konstruktionsmittel verwendet und die Längsrahmenspante sind mit einem örtlichen Gewirk 33 im Kielbereich verbunden. Von dem Längsspant 29B nahe dem Kiel-Membranbereich 32 schließt der Rumpf ab bis zu der Mittellinie 22. Längsstreben 27B und 28B sind wie in Fig. 2 gezeigt angeordnet. In dem Mittelteil des Rumpfes (Naßdeck) sind die Rumpfplatten an dem Querspant 20 befestigt.
• Fig. 3 zeigt die Einzelheiten des nahe der Kielgegend liegenden Bereichs. Die Querstrebe 24 hat in diesem Beispiel einen quadratischen Querschnitt und kann zum Beispiel aus Glasfaser hergestellt werden. Die Rumpfplatte 31 hat einen Schichtaufbau mit Abdeckungsschichten aus glasfaserverstärktem Kunststoff und mit Schaum als Kernmaterial.
• Fig. 4 zeigt die gleichen Einzelheiten wie Fig. 3 zur Befestigung der Rumpfplatten 31 an dem Übergang zum Deck. Hierbei sind die Rahmenquerspante ebenfalls aus Glasfaserprofilen 24 hergestellt, mit Längsspanten 26 und 27A, die in den Rahmenquerspant-Aufbau eingebaut sind.
• Fig. 5 zeigt die Anordnung eines Längsspantes 27A, der in einer modifizierten Hybrid- Konstuktion eingesetzt wird, bei der eine Querstrebe 25 aus Aluminium verwendet wird. Hierbei ist die Längsstrebe 28 an zwei Aluminiumauskragungen 49 befestigt, die an dem Rahmenquerspant 24 angeschweißt sind. In diesem Beispiel werden geschichtete Einfach- Rumpfplatten 31 verwendet. Diese können aus Glasfaser hergestellt sein.
• In beiden Beispielen weisen die Rumpfplatten reine Dehnungsspannungen auf, abgesehen in dem Bereich, wo die Rumpfplatten gegen die Querstreben anliegen. Aus den Dehnungsspannungen resultieren seitliche Kräfte, die von den Längsspanten 26, 27A, 27B und 28A, 28B und 29A und 29B abgeführt werden.
• Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäß konstruiertes Tankschiff. Der Rumpf hat eine Querverstrebung 34F, der in Bereiche mit zwischenliegenden Längsverstrebungen 35A- 35J unterteilt ist. Die Querverstrebungs-Bereiche 34A-E tragen die Bodenplatten 36, die die innere Grundfläche des Tankers 37 bilden. Die Längsverstrebungen 35A-F, die die konkaven Außenhautplatten 38 tragen, sind mit den Querverstrebungen verschweißt.
• An dem Übergang zwischen dem Boden und der Schiffswandung weist die Querverstrebung 34F in dichtem Abstand Längsstreben 35I in bekannter Weise auf und ist von einer Erstreckung der Rumpfplatten 38 abgedeckt. Die Schiffswände weisen zwei Bereiche 34G und 34H mit einer Querstrebe und Innenwänden 39 in bekannter Weise auf. Der äußere Teil der Längsspante 35G-J ist mit den Rumpfplatten 40 verschweißt. Die Rumpfplatten sind derart geformt, daß ein konkav gebogener Membranbereich 41 in gleicher Art und Weise wie am Boden gebildet wird.
• Die Oberseite des Wasserfahrzeuges ist mit bekannten Mitteln ausgebildet, mit einer Querstrebe 42, Längsstreben 43 und mittschiffigen Platten 44. Zusätzlich sind Membranbereiche 45 und 46 an den Seiten der mittschiffigen Platten 44 und ein herkömmlicher verstrebter Platten-Bereich 47 in dem oberen Teil der Schiffswandung zwischen dem äußeren Membranbereich 46 und dem Membranbereich 41 angeordnet.
• Bei der alternativen Ausführung eines Tankers nach Fig. 6 können die Bodenplatten 36 als Membranplatten ausgebildet werden, mit oder ohne Verbindung zu den Rahmenquerspanten. Ebenfalls können die Innenwand oder Teile davon als Membranbereiche ausgebildet werden, mit oder ohne Verbindung mit den Rahmenquerspanten entlang der Schiffswände. Dies ergibt dieselben Vorteile wie wenn ein Membranbereich als aüßere Rumpfbeplattung verwendet wird.
• Die Erfindung stellt eine Grundlage für eine vereinfachte Herstellung zur Verfügung und verursacht erhebliche Kostenreduktionen.
• Wenn die Rahmen genau positioniert sind, ist es zum Beispiel möglich, die Rumpfplatten durch Abrollen von einer Plattenrolle auszulegen. Des weiteren ermöglicht die Erfindung eine rationellere Aufstellung von Maschinen, Ausrüstungen und ähnlichem, bevor die Rumpfplatten befestigt werden.
• Die Erfindung kann mit Teilen von Rlimplen kombiniert werden, die mit herkömmlichen Mitteln konstruiert sind.

Claims (4)

1. Rumpfkonstruktion für Wasserfährzeuge, wie Schiffe, Kähne und andere Wasserfahrzeuge, umfassend Längs- und Querverstrebungselemente (11, 12, 13, 14, 16), die als ein Skelett für eine Rumpfbeplattung (18) dienen, wobei die Verstrebungselemente zur Aufnahme von statischem als auch dynamischem äußeren Wasserdruck geeignet sind, wobei die Rumpfbeplattung (18) an Stützrippen oder -streben (14A, 14B, 16), die sich im wesentlichen entlang der Längsachse des Wasserfahrzeuges erstrecken, befestigt ist, und wobei die Beplattung (18) wenigstens ein wesentlicher Teil des unteren Bereichs des Rumpfes ist befestigt nur an den Längsverstrebungselementen ohne Berührung eines der Querverstrebungselemente innerhalb des gleichen Teils des unteren Bereichs, wodurch sichergestellt wird, daß die Belastungen in der Ebene der Beplattung aufgrund des Außendrucks reine Dehnungsspanungen sind und ohne jegliche tatsächlichen Kräfte, die direkt von der Rumpfbeplattung zu den Querelementen übertragen werden,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Beplattung (18) aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt ist und daß die Beplattung zwischen wenigstens einigen einzelnen Längsstreben, die nebeneinander liegen, eine konkave Krümmung aufweisen, so daß Außendruck hauptsächlich Dehnungsspannungen in der Ebene der Beplattung erzeugt.

2. Rumpfkonstruktion nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Beplattung ebenfalls mit dem Kiel des Wasserfahrzeuges verbunden ist.

3. Rumpfkonstruktion nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Beplattung des Rumpfbodens nur von Längsstreben unterstützt wird.

4. Rumpfkonstruktion nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Beplattung einen Schichtaufbau mit Abdeckschichten aus glasfaserverstärktem Kunststoff und mit Schaum als Kernmaterial aufweist.