DE69618445T2

DE69618445T2 - Rahmenspantelement

Info

Publication number: DE69618445T2
Application number: DE69618445T
Authority: DE
Inventors: Oerjan Bjoeru; Rune Jandinger; Gunnar Oevringmo
Original assignee: Fundia Profiler AS
Current assignee: Fundia Profiler AS
Priority date: 1995-02-16
Filing date: 1996-02-13
Publication date: 2002-11-07
Anticipated expiration: 2016-02-14
Also published as: CN1070795C; PL321665A1; CN1175927A; AU4851596A; JPH11501881A; PL180003B1; ES2170221T3; US6073420A; EP0808269B1; WO1996025323A1; DE69618445D1; KR19980702222A; KR100306246B1; EP0808269A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Rahmenspant in der Form einer Platte mit einem Flansch, der an einen Längsrand der Platte angeschweißt ist. Die Erfindung betrifft auch einen Profilkörper zum Anschweißen an eine einen Steg bildende Platte derart, daß der Profilkörper einen Flansch bildet.
Die Erfindung wurde in Verbindung mit der Konstruktion und dem Bau von großen Schiffen entwickelt, der neue erfindungsgemäße Rahmenspant und der Profilkörper können jedoch natürlich auch vorteilhaft bei anderen Anordnungen verwendet werden, bei denen Rahmen oder rahmenartige Streben erforderlich sind.
Mit der Zunahme der Größe der Schiffe wurden in der schiffbauenden Industrie Rahmen einschließlich Längsrahmen, Querrahmen und andere, ähnliche Streben aus gewalzten und geschweißten Profilen entwickelt. Letztere werden in der Form von Platten angeliefert und verwendet, an deren einen Längsrand Flansche angeschweißt sind, wie es von den typischen T-Profilen oder -Trägern bekannt ist.
Das Flanschende des Rahmenspants ist hinsichtlich des Erhaltens der gewünschten Festigkeit des Rahmenspants und der Struktur allgemein, bei der der Rahmenspant verwendet wird, wichtig. Außer dem Erfordernis der ausreichenden Festigkeit ist ein Hauptfaktor auch, daß große, starke Flansche das Gewicht der Anordnung erhöhen und auch einen überraschenden, beträchtlichen Einfluß auf die Oberfläche des Stahls haben. Die Oberfläche einer Anordnung, vor allem eines Schiffes, ist hinsichtlich der Kosten von großer Bedeutung, da es Oberflächen sind, die zum Schutz gegen Korrosion behandelt werden müssen. Unter dem Gesichtspunkt der Oberflächenbehandlung weisen die heute üblichen geschweißten Rahmenspante kein besonders gutes strukturelles Design auf, vor allem da die Rahmenspante ziemlich unzugängliche innere 90º-Ecken und auch scharfe äußere Kanten besitzen.
Die WO-A-9422632 beschreibt einen Rahmenspant in der Form einer Platte mit einem entlang einem Seitenrand der Platte angeschweißten Flansch, wobei der Flansch die Form eines wulstigen Körpers besitzt, der relativ zur Mittelebene der Platte an einer Seite davon vorsteht und im Querschnitt eine geneigte Seite aufweist, die von der Platte unter einem stumpfen Winkel wegsteht, wobei die geneigte Fläche über einen ersten Seitenrand mit runden Kanten, der parallel zu der Platte verläuft, in eine Seitenfläche übergeht, die sich unter einem rechten Winkel zu der Ebene der Platte erstreckt, und wobei der Flansch eine ebene Schweißfläche besitzt, die parallel zur Seitenfläche verläuft.
Gemäß der WO-A-9422632 steht der Wulst nur an einer Seite der Platte vor, wodurch der Rahmenspant eine L-Form erhält. Diese Form ist nicht besonders günstig. Sie unterliegt sehr stark der Materialermüdung. Der Spannungskonzentrationsfaktor (K) ist für ein L-Profil dieser Art etwa gleich 2,5. Um dies auszugleichen, müssen die Abmessungen und damit das Gewicht erhöht werden. Bei dem herkömmlichen T-förmigen Rahmenspant, bei dem sowohl der Steg als auch der Flansch aus einem flachen Stahlstab bestehen, ist K etwa gleich 1,5.
Ein Rahmenspant dieser Art aus flachen Stahlstäben weist jedoch hinsichtlich der Korrosionsfestigkeit und der Zugänglichkeit zur Oberflächenbehandlung wie erwähnt schlechte Eigenschaften auf.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Rahmenspant und einen Profilkörper zu schaffen, der bezüglich des Verhältnisses von Gewicht zur Festigkeit und insbesondere auch bezüglich des Verhältnisses von Farbfläche zur Festigkeit Vorteile besitzt. Die Bezeichnung Farbe wird hier für jede Art von Oberflächenbehandlung verwendet, die einen Schutz gegen Korrosion zum Ziele hat.
Die vorliegende Erfindung schafft einen Rahmenspant in der Form einer Platte mit einem entlang einem Seitenrand der Platte angeschweißten Flansch, wobei der Flansch die Form eines wulstigen Körpers hat, der bezüglich der Mittelebene der Platte auf deren beiden Seiten symmetrisch oder asymmetrisch vorsteht; wobei der wulstige Körper im Querschnitt jeweils zwei von der Platte unter einem stumpfen Winkel von 100º bis 120º vorstehende geneigte Seitenflächen aufweist; wobei die geneigten Seitenflächen jeweils über einen entsprechenden Seitenrand mit gerundeten Kanten, der parallel zur Platte ist, in eine gemeinsame Seitenfläche übergehen, die rechtwinklig zur Plattenebene verläuft; und wobei auf dem Flansch zwischen den geneigten Seitenflächen parallel zur gemeinsamen Seitenfläche eine ebene Schweißfläche mit einer Breite von 20 bis 30 mm, vorzugsweise etwa 25 mm, vorgesehen ist, wobei die Platte eine Dicke hat, die kleiner oder gleich der Breite der Schweißfläche ist.
Vorzugsweise beträgt der stumpfe Winkel 110º.
Vorteilhaft hat der wulstige Körper eine Breite von 125 bis 200 mm und eine Dicke von 40 bis 50 mm.
Das Verhältnis von Breite zur Dicke des wulstigen Körpers liegt zwischen 2,5 und 4, 5.
Die vorliegende Erfindung schafft auch einen Profilkörper zum Anschweißen im rechten Winkel auf eine einen Steg bildende Platte als Flansch, der symmetrisch oder asymmetrisch auf beiden Seiten der Platte vorsteht, wobei der Profilkörper im Querschnitt eine wulstige Form hat, deren eine Seite eine mittlere ebene Fläche zum Anschweißen an die Platte aufweist, wobei von der mittleren Schweißfläche zwei geneigte Seitenflächen wegstehen, die jeweils über Seitenränder mit gerundeten Kanten, die parallel zueinander verlaufen und sich im rechten Winkel zur Schweißfläche erstrecken, in eine parallel zur Schweißfläche verlaufende und dieser gegenüberliegende Seitenfläche übergehen, wobei die Seitenabschnitte unter einem Winkel von 10º bis 30º gegen die Schweißfläche geneigt sind; und wobei die Schweißfläche eine Breite von 20 bis 30 mm, vorzugsweise etwa 25 mm aufweist und breiter oder gleich breit wie die Dicke der Platte ist, auf die sie aufgeschweißt werden soll.
Der Winkel beträgt vorzugsweise 20º.
Vorzugsweise hat der Profilkörper eine Breite von 125 bis 200 mm und eine Dicke von 40 bis 50 mm.
Das Verhältnis der Breite zur Dicke kann zwischen 2,5 und 4, 5 liegen. Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen zwei Ausführungsformen davon beispielhaft erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Rahmenspants;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Rahmenspants der Fig. 1, gesehen von der Schweißseite des Rahmenspants;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Profilkörpers;
Fig. 4 den Profilkörper der Fig. 3, gesehen von der nach außen zeigenden Seite, d. h. von der freien oder nicht zum Anschweißen vorgesehenen Seite des Profilkörpers;
Fig. 5 ein Beispiel für die Anwendung des Rahmenspants an Bord eines Schiffes; und
Fig. 6-10 die gleichen Ansichten wie die Fig. 1-5 für einen Rahmenspant und einen Profilkörper mit asymmetrischen Querschnitt.
Wie in den Fig. 1 und 6 zu sehen, ist der Rahmenspant aus einer Platte 1 und einem wulstförmigen oder wulstigen Profilkörper 2 aufgebaut. Der wulstförmige Profilkörper 2 bildet am Rahmenspant einen Flansch, wobei die Platte 1 im Rahmenspant die Stegplatte darstellt. Diese beiden Elemente sind bei 3 zusammengeschweißt. Wie es in den Fig. 1, 2 und 3, 4 gezeigt ist, ist der Profilkörper 2 so ausgebildet, daß er eine mittlere Schweißfläche 4 besitzt, von der sich an beiden Seiten fallende Seitenabschnitte oder Seitenflächen 5, 6 weg neigen, die über Seitenflächen 9, 10 mit gerundeten Kanten 7, 8 in eine gemeinsame Seitenfläche 11 übergehen, die der Schweißfläche 4 gegenüberliegt.
Eine oder beide der beiden geneigten Seitenflächen 5, 6 neigen sich (Fig. 1 und 6) unter einem Winkel α = 110º von der Plattenfläche weg. Mit anderen Worten bilden die geneigten Seitenflächen oder Flächen 5, 6 zur Senkrechten auf der Plattenebene einen Winkel von 20º.
Wie in den Fig. 2 und 7 gezeigt, weist der Rahmenspant eine Rahmenbreite h auf, die um ein Mehrfaches größer ist als die Dicke t des Wulstkörpers 2, vorzugsweise wenigstens um eine Größe größer. Zum Beispiel kann h im Falle eines typischen Rahmenspants gleich 650 mm sein, während die Dicke t des wulstförmigen Körpers 2 zwischen 40 und 50 mm liegen kann. Die entsprechende Dicke s der tatsächlichen Platte 1 ist zum Beispiel gleich 12 mm. Die Breite b des Flansches kann zwischen 125 bis 200 mm liegen. Die Breite der Schweißfläche 4 kann zwischen 20 und 30 mm betragen, vorzugsweise beträgt sie 25 mm, d. h. sie ist größer als die Dicke s der Platte, so daß ein und derselbe Profilkörper auch dazu verwendet werden kann, bis zu s S 18 einen dickeren Rahmenspant aufzubauen. Es ist mit dieser Anordnung möglich, herkömmliche Schweißlinien zu verwenden.
Die Fig. 5 und 10 zeigen die Ausführungsformen bei der Verwendung an Bord eines Schiffes, in diesem Fall eines Tankers mit einem Längsrahmen. Insbesondere ist ersichtlich, daß der wulstförmige Flansch stark gerundet ist, so daß schwer zugängliche Ecken (Innenecken) vermieden werden, was hinsichtlich der Anti-Korrosions-Behandlungen, die bei Anordnungen dieser Art erforderlich sind, von großem Vorteil ist. Wie erwähnt ist es ein besonderer Vorteil dieser Ausführungsformen, daß die Bereiche auf der Rückseite der Flansche eine gerundete Form haben, wozu die geneigten Rückseitenflächen 5, 6 und die gerundeten Kanten der Seitenflächen 9, 10 beitragen.
Die Bezeichnung Wulstkörper oder wulstiger Körper bezeichnet hier einen verdickten, gerundeten Profilkörper, der sich von den gewöhnlichen flachen Flanschen mit geraden Kanten unterscheidet, wobei der tatsächliche Flansch in der Wirklichkeit ein Plattenelement ist, das im rechten Winkel auf die Platte geschweißt wird, um einen Rahmenspant zu bilden. Es ist damit möglich, einen Spannungskonzentrationsfaktor zu erhalten, der bei nur 1,5 bis 1,9 liegt, und zugleich die erwähnten vorteilhaften Bedingungen hinsichtlich der Korrosionsfestigkeit und der Oberflächenbehandlung zu erhalten.
Die moderat asymmetrische Form der Ausführungsform, die in den Fig. 6 bis 10 gezeigt ist, ergibt im Vergleich zu einem symmetrischen Profil eine bessere Biegefestigkeit und ziemlich gute Anti-Ermüdungs-Eigenschaften. Das asymmetrische Design ist besonders für Rahmenspante mit kleineren Abmessungen geeignet, da bei diesen sonst leicht eine Torsionsbiegung auftreten kann. Die Asymmetrie ist jedoch so gering, daß sich der K-Faktor nicht wesentlich erhöht.
Der bevorzugte Winkel zwischen der Platte und der geneigten Seitenfläche beträgt 110º. Bei einem asymmetrischen Profil weist der Winkel des kleineren vorstehenden Wulstteils vorteilhaft den gleichen Wert auf.
Verglichen mit den bekannten Konstruktionen ergibt der beschriebene symmetrische oder asymmetrische Wulstkörper hinsichtlich des Gewichts und der Farbfläche erhebliche Einsparungen.
Aus dieser Beschreibung ist somit ersichtlich, daß die Ausführungsformen ein verbessertes Gewichts/Festigkeits-Verhältnis und ein günstigeres Farbfläche/Festigkeits- Verhältnis als frühere Konstruktionen aufweisen. Es wurden erhebliche Anstrengungen unternommen, um rundere Profilformen zu erzeugen (wobei der Kreiszylinder und die Kugel hinsichtlich der Oberfläche natürlich optimal wären). Mit den beschriebenen Ausführungsformen werden bessere physikalische Bedingungen erhalten. Der erhaltene Rahmenspant besitzt besser gerundete Kanten und keine scharfen Außenkanten, d. h. es gibt keine Bereiche, die schwer zugänglich sind oder die schwierig zu behandeln und mit einer geeigneten Schutzschicht zu beschichten sind. -
Mit den beschriebenen Ausführungsformen hat der Konstrukteur auch die Möglichkeit für vorteilhafte technische Lösungen auf der Basis einer kleinen Anzahl von standardisierten Elementen an der Hand, wobei der Konstrukteur den Rahmenspanten und insbesondere den Hauptflanschen je nach Erfordernis die nötigen Abmessungen geben kann. Es wird auch ein Profilkörper vorgeschlagen, der dafür vorgesehen ist, unter einem rechten Winkel als symmetrischer oder asymmetrischer Flansch an die den Steg bildende Platte angeschweißt zu werden, wobei der Profilkörper dadurch gekennzeichnet ist, daß er im Querschnitt wulstförmig ist und eine Seite mit einer mittleren Fläche zum Anschweißen an die Platte aufweist, wobei sich von dieser mittleren Schweißfläche jeweils ein fallender Seitenabschnitt wegneigt, der jeweils über parallele Seitenränder mit gerundeten Kanten in eine der Schweißfläche gegenüberliegende Seitenfläche übergeht, die sich im rechten Winkel zur Plattenebene erstreckt.
Es wird somit ein Profilkörper geschaffen, der zum Anschweißen an Platten unterschiedlicher Dicke verwendet werden kann, um Rahmenspante mit gewünschten Abmessungen (Rahmenbreiten) zu erhalten. Die Profilkörper können vorteilhaft so bemessen und geformt werden, daß ein Konstrukteur mit einer kleinen Anzahl von solchen Profilkörpern auskommt, unter denen er wählen kann und von denen er einen bestimmten Profilkörper zum Anschweißen an eine Platte mit den gewünschten Abmessungen aussuchen kann.
Der größere der genannten Seitenabschnitte oder wahlweise beide neigen sich vorteilhaft unter einem Winkel von 20º zur Senkrechten auf der Plattenebene.
Der symmetrische oder asymmetrische Wulstkörper hat in der Rahmenebene eine erhebliche größere Abmessung als die tatsächliche Dicke der Rahmenebene und die Dicke der allgemein bekannten plattenförmigen Flansche. Wie bei den bekannten Rahmenspanten ist der Rahmen im allgemeinen wenigstens eine Größenordnung größer als die Dicke des Flansches.

Claims

1. Rahmenspant in Form einer Platte mit einem entlang einem Seitenrand der Platte angeschweißten Flansch, wobei

der Flansch die Form eines wulstigen Körpers (2) hat, der bezüglich der Mittelebene der Platte (1) auf deren beiden Seiten symmetrisch oder asymmetrisch vorsteht;

wobei der wulstige Körper (2) im Querschnitt jeweils zwei von der Platte (1) unter einem stumpfen Winkel von 100º bis 120º wegstehende geneigte Seitenflächen (5, 6) aufweist;

wobei die geneigten Seitenflächen (5, 6) jeweils über einen entsprechenden Seitenrand (9, 10) mit gerundeten Kanten (7, 8), der parallel zur Platte ist, in eine gemeinsame Seitenfläche (11) übergehen, die rechtwinklig zur Plattenebene verläuft; und wobei auf dem Flansch zwischen den geneigten Seitenflächen (5, 6) parallel zur gemeinsamen Seitenfläche (11) eine ebene Schweißfläche (4) mit einer Breite von 20 bis 30 mm, vorzugsweise etwa 25 mm, vorgesehen ist, wobei die Platte eine Dicke hat, die kleiner oder gleich der Breite der Schweißfläche ist.

2. Rahmenspant nach Anspruch 1, wobei der stumpfe Winkel 110º beträgt.

3. Rahmenspant nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der wulstige Körper eine Breite (b) von 125 bis 200 mm und eine Dicke (t) von 40 bis 50 mm hat.

4. Rahmenspant nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verhältnis von Breite (b) zu Dicke (t) des wulstigen Körpers zwischen 2, 5 und 4, 5 beträgt.

5. Profilkörper zum Anschweißen im rechten Winkel auf eine einen Steg bildende Platte als Flansch, der symmetrisch oder asymmetrisch auf beiden Seiten der Platte vorsteht, wobei der Profilkörper im Querschnitt eine wulstige Form hat, deren eine Seite eine mittlere ebene Fläche (4) zum Anschweißen an die Platte (1) aufweist, wobei von der mittleren Schweißfläche (4) zwei geneigte Seitenflächen (5, 6) wegstehen, die jeweils über Seitenränder (9, 10) mit gerundeten Kanten (7, 8), die parallel zueinander verlaufen und sich im rechten Winkel zur Schweißfläche (4) erstrecken, in eine parallel zur Schweißfläche (4) verlaufende und dieser gegenüberliegende Seitenfläche (11) übergehen, wobei die Seitenabschnitte (5, 6) unter einem Winkel von 10º bis 30º gegen die Schweißfläche geneigt sind; und wobei die Schweißfläche eine Breite von 20 bis 30 mm, vorzugsweise etwa 25 mm aufweist und breiter oder gleich breit wie die Dicke der Platte (1) ist, auf die sie aufgeschweißt werden soll.

6. Profilkörper nach Anspruch 5, wobei der genannte Winkel 20º beträgt.

7. Profilkörper nach Anspruch 5 oder 6, mit einer Breite (b) von 125 bis 200 mm und einer Dicke (t) von 40 bis 50 mm.

8. Profilkörper nach Anspruch 5, 6 oder 7, mit einem Verhältnis der Breite (b) zur Dicke (t) zwischen 2, 5 und 4, 5.