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Technischer Bereich
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Festmachanordnung zum Anlegen
eines Seeschiffes an einer Struktur. Die Erfindung betrifft auch
Seeschiffe und Strukturen, die mit einer derartigen Festmachanordnung
ausgerüstet
sind.
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Hintergrund
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Das
Anlegen kleiner Schiffe und Boote an kleinen Strukturen am Meer
schafft besondere Probleme, weil kein Schutz gegen heftigen Seegang
und Wind vorgesehen ist. Die Strukturen können im Grund verankert oder
schwimmend sein, wie etwa auf dem Meer befindliche Windkraftwerke,
Leuchttürme
oder Aufbauten zum Fördern
und Verladen von Öl.
Aufgrund der Tatsache, daß Wellen
und Wind dazu neigen, Strukturen auf dem Meer herumzureißen, müssen derartige
Strukturen eine beträchtliche horizontale
Ausdehnung haben, wenn sie nicht als klein betrachtet werden sollen.
Abgesehen von einer nur kurzen Zeit des Jahres ist der Transport
von Personal und Waren schwierig und kann zu unannehmbaren Gefahren
führen.
Im Baltischen Meer kurz vor der Küste von Gotland zum Beispiel übersteigt
die maximale Wellenhöhe
in 80% der Stunden pro Jahr einen Meter. Dies ist auch die ungefähre Grenze
für die
Wellenhöhe,
bei der ein kleineres Boot an einem Kai oder einer Hafenanlage angelegt
liegen kann. Der Unterschied im Wasserpegel vergrößert die Schwierigkeiten
bei der Verwendung fester Vorrichtungen weiter. Dies gilt insbesondere,
wo die Gezeiten erheblich sind.
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In
der Regel sind Schiffe am Meer nicht aneinander festgemacht, weil
geeignete Festmachvorrichtungen, welche nicht nur unter sehr günstigen
Bedingungen funktionieren, nicht verfügbar sind. Daher springen Lotsen
normalerweise ohne feste Verbindung und trotz relativen Bewegungen,
die erheblich sein können,
vom Lotsenboot und dem gelotsten Schiff. Auf diese Weise passieren
gefährliche
Situationen und Unfälle.
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Die
heute erhältlichen
Festmachvorrichtungen bestehen in der Regel aus einer Art Rampe,
die entweder von dem Schiff oder von dem Aufbau, an dem das Schiff
angelegt werden soll, herabgelassen werden kann. US-A-4 133 283
beschreibt zum Beispiel eine Hydraulikkraftanordnung, um Anlegekräften zwischen
einem Schiff und einer festen Struktur entgegenzuwirken, wenn das
Schiff angelegt wird. Diese Erfindung zielt darauf, wie den Anlegekräften entgegenzuwirken
ist, nachdem ein Schiff angelegt ist. Wie die Festmachvorrichtung
aufgebaut sein soll, um das Anlegen zu ermöglichen, wenn heftiger Seegang
ist, wird jedoch nicht offenbart.
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US-A-4
083 072 offenbart eine Festmachanordnung, die eine Festmachanordnung,
eine Drehverbindung und eine Arretiervorrichtung aufweist. Beim
Anlegen muß eine
Person auf dem Schiffsdeck eine Leine ergreifen, die von der Befestigungsanordnung
herunter hängt.
Die Leine wird dann durch eine Schlinge geführt, um von einer auf dem Schiff
angeordneten Seilwinde hereingezogen zu werden. Dieses Verfahren
beim Anlegen eines Schiffes kann insbesondere bei schwerem Seegang
gefährlich
sein, weil beim Anlegen eine Person auf dem Deck laufen muß.
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US-A-4
011 615 betrifft eine Landungsbrücke,
um Personal zwischen einem Schiff und einer festen Struktur zu überführen. Selbst
diese Akte zielt darauf ab, wie den Anlegekräften entgegengewirkt werden
kann, nachdem ein Schiff angelegt hat, d. h. wie die tatsächliche
Festmachanordnung aufgebaut sein soll, um ein sicheres Anlegen durchzuführen, ist nicht
beschrieben.
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US-A-3
426 719 betrifft ebenfalls eine Rampe zum Überführen von Personal zwischen
einem Schiff und einer festen Struktur. Genau wie in der vorhergehenden
Akte ist die Rampe zuerst und in erster Linie so aufgebaut, daß sie Anlegekräften entgegenwirkt,
während
das Schiff tatsächlich
angelegt wird. Die Rampe ist auch in diesem Fall, wie in US-A- 4 083 072 mit einer
Leine versehen, und das tatsächliche Anlegen
funktioniert in einer entsprechenden Weise.
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Alle
weiter oben erwähnten
Festmachanordnungen sind somit zuerst und in erster Linie so aufgebaut,
daß sie
Anlegekräften
entgegenwirken, wenn das Schiff befestigt wird.
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Somit
besteht ein Bedarf an einer Festmachanordnung, die selbst bei hohem
Seegang ein einfaches und sicheres Anlegen ermöglicht und die danach eine
zuverlässige
feste Verbindung zum Überführen von
Personal und Waren zwischen einem Schiff und einem kleineren Aufbau
im Meer oder zwischen zwei Schiffen ermöglicht.
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Beschreibung der Erfindung
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Der
Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, eine sichere, zuverlässige und
preisgünstige
Festmachanordnung zu erzielen, welche die weiter oben beschriebenen
Probleme beseitigt oder verringert.
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Dieser
Aspekt wird durch eine Anordnung mit den in Anspruch 1 offenbarten
Merkmalen erreicht.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
2 bis 10 offenbart.
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Die
Erfindung kann in erster Linie auf das Anlegen kleinerer Schiffe
an im Grund verankerten oder schwimmenden Strukturen im Meer, zum
Beispiel auf dem Meer befindlichen Windkraftwerken, Leuchttürmen oder
Aufbauten zum Fördern
und Verladen von Öl,
angewendet werden. Sie kann auch zum Anlegen von zwei Schiffen aneinander,
zum Beispiel einem Lotsenboot, von dem bei schwerem Seegang Personal
auf ein größeres Schiff überführt werden
soll, verwendet werden.
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Beschreibung der Zeichnungen
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Verschiedene
Ausführungsformen
der Erfindung werden nun weiter unten unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
näher beschrieben;
es zeigen:
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1 ein Koordinatensystem
für ein
Schiff,
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2 eine Festmachanordnung
beim Anlegen an einer Struktur,
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3 eine Festmachanordnung,
wenn das Schiff an der Struktur angelegt wird,
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5 eine Darstellung der Zentrierung
der Landungsbrücke
zur Struktur.
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Bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung
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In
der Beschreibung wird Bezug auf das in 1 definierte Koordinatensystem genommen.
Die x-Achse stellt die Längsrichtung
des Schiffs dar, die y-Achse seine Querrichtung, während die
z-Achse vertikal verläuft.
Die Bewegungen des Schiffs haben insgesamt sechs Freiheitsgrade
(Verschiebung in die x-, y- und z-Richtung und Drehung um die x-,
y- und z-Achse). Wenn das Schiff in Ruhe ist und von keinen äußeren Kräften beeinflußt wird,
nimmt es in jedem der unterschiedlichen Freiheitsgrade eine neutrale Position
ein.
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Nun
werden verschiedene Ausführungsformen
in Verbindung mit 2 und 3 beschrieben, welche eine
schematische Darstellung der an einem kleineren Boot 1 montierten
Festmachanordnung jeweils während
eines Anlegemanövers
und an einer Struktur 2 angelegt zeigen. Die Struktur kann
eine im Grund verankerte Struktur oder eine schwimmende Struktur
aufweisen, auf dem vorliegenden Gebiet hauptsächlich mit vertikal einschränkenden
Bereichen. Am Bug des Schiffes gibt es bei 3 eine drehbar montierte
Verbindungseinrichtung 4, die einen lasttragenden Balken
aufweist, der auch als eine Landungsbrücke zum Überführen von Personal und Waren
verwendet werden kann. Mit Hilfe eines Manövrierelements 5 auf
dem Schiff wird die Verbindungseinrichtung 4 in einem ausgewählten Winkel
plaziert und wahlweise in eine Ruheposition abgesenkt oder hochgezogen.
Im einfachsten Fall besteht das Manövrierelement aus einem festen
Halter. Bevorzugt gibt es an dem vorderen Ende der Verbindungseinrichtung
ein Teil einer Arretiervorrichtung 6 und eine Steuerungseinrichtung 8,
die mit dem Scharnier 7 ineinandergreift, das elastische
oder dämpfende
Eigenschaften haben kann. Die Steuerungseinrichtung 8 kann
ein oder mehrere Räder,
Rollen oder ähnliches
aufweisen. Die Steuerungseinrichtung kann auch realisiert werden,
indem dem Ende der Verbindungseinrichtung ein geeignetes Design
verliehen wird. Der andere Teil 9 der Arretiervorrichtung
weist eine Befestigungsvorrichtung auf, die in diesem speziellen
Fall auf der Struktur 2 vorgesehen ist. Wie in 3 und 4 dargestellt, kann die Arretiervorrichtung 6 zum
Beispiel die Form einer Kupplung 11 haben, die eine runde
Stange greift. Die Stange läuft
um die Struktur 2 herum und ist in einem vorbestimmten
Abstand von ihr konzentrisch befestigt und bildet den entsprechenden
Teil der Arretiervorrichtung 9. Mittels des beschriebenen
Prinzips kann das Anlegen aus jeder gewählten Richtung stattfinden.
Außerdem
folgt das Schiff passiv, wenn der Wind und die Wellen die Richtung ändern. Die
dargestellte Arretiervorrichtung wird nach Berührung zwischen den zwei Teilen
bevorzugt automatisch arretiert. Unabsichtliches Arretieren wird
zum Beispiel dadurch verhindert, daß die Kupplung 11 mit
einer (nicht gezeigten) Feder versehen ist. Ein Auskuppeln kann
von einem wahlfreien Ort ausgelöst
werden, zum Beispiel indem ein (nicht gezeigter) Hydraulikzylinder
betätigt
wird. Danach kann das Schiff den Ort sofort verlassen.
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In
einer anderen Ausführungsform
wird die runde Stange der Arretiervorrichtung 9 durch ein Stahlseil
ersetzt, das zwischen Haltern montiert ist, die in ähnlicher
Weise wie die runde Stange an dem Mast befestigt sind. Da das Stahlseil
flexibel ist, liefert dies normalerweise eine vorteilhafte Lastbedingung, was
zu einer Verringerung von Material und Kosten führen kann.
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Alternativ
kann die Arretiervorrichtung in Verbindung mit der Befestigungseinrichtung 3 vorgesehen
werden, wobei die Landungsbrücke 7 eine
dauerhafte Verbindung zwischen der Verbindungseinrichtung 4 und
der Struktur 2 bereitstellt. Die restlichen Teile sollten
dann an diese Ausführungsform angepaßt werden.
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Die
Befestigungseinrichtungen, die normalerweise eine gewisse Drehung
in drei Freiheitsgraden erlauben, können ebenfalls so angeordnet
sein, daß sie
eine begrenzte Verschiebung in bis zu drei Freiheitsgraden bewerkstelligen.
Die Befestigungseinrichtungen können
außerdem
mit Dämpfern und Federn
versehen sein, um Bewegungen sogar weiter zu beschränken und
eine Rückkehrbewegung
zu erzeugen. Zum Beispiel besteht das Manövrierelement 5, dessen
Funktion in erster Linie ist, die Verbindungseinrichtung 4 in
einem ausgewählten
Winkel zu plazieren, aus einem Hydraulikzylinder, der wenn er mit
Begrenzungen kombiniert wird, eine dämpfende Funktion hat, und wenn
er mit Hydraulikakkumulatoren kombiniert wird, eine Federwirkung
hat. Auf diese Weise werden Kräfte
erzielt, die derart arbeiten, daß sie in dieser Befestigungseinrichtung
dem Impuls um die y-Achse entgegenwirken. Eine entsprechende Wirkung
wird für
beide Befestigungseinrichtungen in den anderen Freiheitsgraden erzielt.
Die Bewegung in der Befestigungseinrichtung und die Dämpfungs- und Federfunktion
können
vollständig
oder teilweise dadurch ersetzt werden, daß die Verbindungseinrichtung 4 nicht
starr angeordnet wird.
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Auf
der Struktur ist geeigneterweise auch eine Plattform 10,
die eine Form und Position hat, die an den Tragbalken 4 angepaßt ist.
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Am
Beginn des Anlegeverfahrens bewegt sich das Schiff in dem Wasser
mit einer bestimmten Geschwindigkeit vorwärts, d. h. entsprechend dem Koordinatensystem
in 1 in die x-Richtung.
Somit ist die Verbindungseinrichtung 4 normalerweise in
einem derartigen positiven Winkel plaziert, daß ihr vorderes Ende die Struktur
gut unterhalb der Arretiervorrichtung 9 trifft. Sie kann
gegen die Horizontalebene (xy-Ebene) in Winkeln zwischen 0 und 90
Grad positioniert werden; ein typischer Winkel beim Anlegen ist 45
Grad. Wenn das Ende der Verbindungseinrichtung mit der Struktur
in Berührung
kommt, bewegt sich diese als Folge der Restbewegung des Schiffes in
die x-Richtung dann in die z-Richtung nach oben. Wenn das Manövrierelement 5 eine
Dämpfungsfunktion
hat, wird die Schiffsbewegung dabei gebremst. Dieses Verfahren läuft weiter,
bis beide Teile 6 und 9 der Arretiervorrichtung
miteinander verbunden sind, wobei automatisch ein Ineinandergreifen
stattfindet. Ein manuelles Ineinandergreifen ist ebenfalls möglich. Um
das Verfahren zu erleichtern, sind auf der Steuerungseinrichtung 8 Räder oder
etwas ähnli ches angeordnet.
Jede nachfolgende Energiebewegung wird dann aufgrund der Geometrie
der beteiligten Teile in erster Linie absorbiert, weil der Bug des
Schiffes nach unten gedrückt
wird und somit die Trimmung (Drehung um die y-Achse) ändert. In 2 ist diese Trimmungsänderung
als ein Winkel α zwischen
dem ursprünglichen
durchgezogen gezeichneten Schiffsumriß und dem neuen gestrichelten Schiffsumriß markiert.
Wenn die Vorwärtsbewegung gestoppt
ist, geht die Trimmung zurück,
weil das Schiff sich ein wenig in die negative x-Richtung bewegt. Mittels dieser Änderungen
in den Bewegungsfreiheitsgraden wird Energie sukzessive durch Wellenakkumulation
und Reibung absorbiert, was zu einer Dämpfung der Bewegungen führt, ohne
daß in dem
Aufbau große
Kräfte
erzeugt werden.
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Es
ist auch möglich,
den Aufbau zu konstruieren, indem von der Annahme ausgegangen wird, daß die Verbindungseinrichtung 4 in
einem entsprechenden negativen Winkel zur Horizontalebene positioniert
ist. Dann bewegt sich das vordere Ende der Verbindungseinrichtung
während
des Anlege- und Arretierverfahrens nach unten. Die runde Stange oder
das Stahlseil der Arretiervorrichtung werden statt dessen im unteren
Bereich der Struktur 2 angeordnet.
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5 stellt dar, wie die Verbindungseinrichtung 4 beim
Anlegen durch Anordnen der Räder 8 in einem
geeigneten Winkel (β)
relativ zu der Bewegung der Verbindungseinrichtung nach außen (Nachspur) auf
die Struktur 2 zentriert werden kann, vorausgesetzt, daß die Struktur
in dem eigentlichen Bereich einen konvexen Querschnitt hat. Bei
unrichtigem Zentrieren kommt nur eines der Räder eines Räderpaars mit der Struktur in
Berührung.
Der Nachspurwinkel bedeutet, daß das
vordere Ende der Verbindungseinrichtung zu der entsprechenden Seite
der Struktur geführt
werden kann, bis auch das andere Rad des Räderpaars in Berührung kommt,
wodurch der seitliche Transport beider Räder sich gegenseitig ausgleicht
und die Verbindungseinrichtung sich weiter zur Mitte hin bewegt.
Um große
seitliche Fehlkalkulationen auszugleichen, kann es angemessen sein, mehrere
Räderpaare
anzuordnen. In einem großen Nachspurwinkel
kann die passive Windrichtung auf diese Weise entschärft werden.
Wenn die Räder
in einer elastischen Weise befestigt sind, kann es passieren, daß trotz
falschem Zentrieren beide Räder
in Berührung
mit der Struktur kommen. Da der von den zwei Rädern angelegte Druck auf die
Struktur unterschiedlich ist, funktioniert das Zentrieren auch in
diesem Fall.
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Wenn
ein Schiff anlegt, bedeutet die Bewegung des Meeres und des Winds,
daß es
sich in mehreren Freiheitsgraden bewegt. Dann werden die Vorwärtsbewegung
und die Rückwärtsbewegung
(Verschiebungsbewegung in positive und negative x-Richtung) absorbiert,
indem sich die Trimmung um die y-Achse ändert. Kippungs-/Trimmungsänderungen
werden in analoger Weise von einem Teil der Drehung um die y-Achse
in eine Verschiebung in die x-Richtung umgewandelt. Tauchschwingen
(Bewegung in die z-Richtung) wird ebenfalls in Bewegungen in die
x-Richtung umgewandelt. Bewegungen in die y-Richtung bewirken eine Verschiebung
in die x-Richtung und eine Drehung um die z-Achse. Die Beweglichkeit
des Aufbaus erlaubt auch Rollen (Drehung um die x-Achse), was die
Anlegefunktion nicht stört.
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Um
das Anlegen an einem anderen Schiff zu ermöglichen, kann darauf eine vertikale
Ebene mit einer Befestigungseinrichtung 9 quer zur Bewegungsrichtung
und in einer geeigneten Höhe
angeordnet werden. Das Anlegen findet bevorzugt statt, indem ein
kleineres Schiff aufrückt,
so daß es
parallel zu dem größeren Schiff
ist. Dies wird in analoger Weise wie bei der vorangehenden Beschreibung
des Anlegens an einer festen oder schwimmenden Struktur fortgesetzt,
bis der vordere Teil der Verbindungseinrichtung 4 mit der
vertikalen Ebene und der Befestigungseinrichtung 9 in Berührung kommt.
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Es
wird hervorgehoben, daß einer
der Vorteile, welche die Erfindung bereitstellt, ist, daß Bewegungen
in den Freiheitsgraden, die für
die Anlegefunktion nicht unkontrolliert fortgesetzt werden sollten,
in einem großen
Ausmaß in
Bewegungen in anderen Freiheitsgraden umgewandelt werden und daher
in einer gesteuerten und wohldefinierten Art und Weise gehandhabt
werden können.
Mit derartigen Mitteln ist es mög 1ich,
Anlegemanöver
auf dem Meer auch bei hohem Seegang und Wind durchzuführen. Es
wird besonders betont, daß die
Erfindung ermöglicht,
daß Kräfte durch
die Dämpfungsbewegungen anstatt
durch inelastische Rucke absorbiert werden. Da die Bewegungen wohldefiniert
sind, können
die Kräfte
ebenfalls leicht berechnet werden, was in der Entwicklung unter
anderem, wenn ein Aufbau von einer Behörde oder einer Klassifizierungsinstitution überprüft wird,
von großem
praktischem Vorteil ist.
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Die
Erfindung ermöglicht,
daß ein
anlegendes Schiff sich der Struktur nahe annähert und in einer Richtung
gegen die vorherrschende Wellen- und Windrichtung angelegt wird,
was bedeutet, daß man nicht
das Risiko hat, daß das
Schiff durch eine Sturzwelle gegen die Struktur geworfen wird. Wenn
das Anlegen stattgefunden hat, wird die Längsrichtung passiv nach der
vorherrschenden Wind- und Wellenrichtung angepaßt.
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Auf
hoher See bewegt sich das angelegte Schiff ungleichmäßig und
es ist schwierig, präzise
in eine Arretiervorrichtung zu steuern. Die vorliegende Erfindung
trägt beträchtlichen
Höhenfehlberechnungen
aufgrund von Einstellungsfehlern, Wellenbewegung und Wasserhöhe Rechnung.
Schließlich
ermöglicht
die Erfindung, daß man
auf einfache und sichere Weise ablegt und sich von dem Ort weg bewegt.
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Mit
Hilfe des bevorzugten Aufbaus kann praktisch die gesamte Einrichtung
auf dem Schiff angeordnet werden, was dann für viele Einsätze dienen kann.
Dies bedeutet, daß das
System wirtschaftlich ist. Ein anderer Vorteil ist, daß die Wartungs-
und Reparaturarbeiten unter geschützten Bedingungen in einem
Hafen stattfinden können.