WO2003033339A1 - Vessel with framework-type supporting truss-frame - Google Patents
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- WO2003033339A1 WO2003033339A1 PCT/EP2002/011593 EP0211593W WO03033339A1 WO 2003033339 A1 WO2003033339 A1 WO 2003033339A1 EP 0211593 W EP0211593 W EP 0211593W WO 03033339 A1 WO03033339 A1 WO 03033339A1
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Definitions
- the invention relates to a watercraft according to the preamble of claim 1.
- a ship is e.g. known from EP 0 619 221 A2.
- the ship's hull consists of an outer hull and an inner hull and is divided into several individual tanks that are sealed off from each other.
- the structure of the tanker can be described as a double-walled shell construction.
- the hull forms an upward open C or U-shaped profile with load-bearing side walls and a load-bearing ship floor.
- the side walls and the ship's bottom are rigidly connected to each other and form the primary load-bearing C- or U-shaped cross-section. Characteristic of this design is the combination of different functions of the ship's hull in one or two load-bearing shells.
- the outer shell not only forms a waterproof shell, but also a load-bearing outer wall, while the inner shell delimits the tank space and is connected to the outer shell by stiffening cross-connections.
- skeleton construction in multi-storey construction has led to a significant increase in the number of possible storeys, which has a design-related upper limit when building with load-bearing walls with approx. 15 storeys.
- skeleton structures for high-rise buildings reach 40, 60, 80 and also more than 100 storeys.
- 40 storeys are achieved in steel frame construction with rigid frames.
- a combination of frame and truss has proven to be an economical construction for up to 60 floors. From around 40 storeys, the vertical loads are no longer the decisive influencing factor for the dimensioning of the structure.
- building methods were developed in Chicago with which extreme heights can be reached in high-rise construction.
- Ship construction is claimed several times and fulfills several, sometimes contradicting functions. It absorbs the hydrodynamic, local loads and is also involved in the global supporting function of the fuselage construction. As a robust shell in the area of the underwater ship, it fulfills not only the carrying function but also safety functions and serves to protect against impact. Above the waterline, the passenger compartments adjacent to the outer shell make completely different demands on the steel outer skin. So far, sheet steel has been the only material for the production of this frequently used outer shell. A one-piece hull construction welded together from sheet steel is not very flexible when converting and modernizing a passenger ship. The lack of flexibility is already evident during the construction phase when the client wants to change the layout inside the ship or the equipment of the rooms. Even small changes - such as moving walls or decks locally - influence the supporting structure and require a lot of construction and work.
- the invention is therefore based on the object of specifying a ship construction which enables greater forces to be absorbed with less material expenditure and greater freedom in design.
- a powerful support structure which consists of rod-shaped support members is constructed and in which in the corner areas of the ship's hull are arranged massive or hollow-shaped belt bars which are connected to one another by solid or hollow-profile shaped bars to form a coherent tubular structure.
- This structure defines a supporting structure in which the load-bearing members consist of rod-shaped elements and are subjected to tensile and compressive stress - in the framework - or in the tensile and bending compressive stress - in the frame.
- the individual supporting elements define free spaces and free fields, so that there is the greatest possible freedom for a secondary expansion structure and for the design and configuration of the envelope structure.
- This mega frame improves the longitudinal rigidity of a fuselage construction. As a rigid backbone, this primary skeleton activates the entire height of the trunk structure to absorb the loads.
- Truss structures are constructions made of a large number of bars (compression and tension bars) which are connected to each other at the so-called nodes in such a way that triangles are preferably immovable. Due to their design, the rods can be connected to each other in an articulated and rigid manner, and a three-dimensional truss structure creates a torsion-resistant tube.
- the individual bars of the framework construction are divided into outer belt bars and inner fill bars.
- the outer chord rods form the outline of the truss structure and are divided into top chord rods, which run on the top of the truss, and bottom chord rods, which run on the underside of the truss.
- the inner cross bars run between the top chord bars and the bottom chord bars.
- bars are inclined, they are called diagonals or struts, if the bars run vertically between the upper and lower chord, they are called stands or posts.
- a bending stress is at of a truss structure is principally resolved into compressive and tensile stress in the straps, which leads to an optimized material consumption.
- the filler rods take on the function of the web of a monolithic cross section.
- the shell construction can be designed with one or more layers and optimally fulfill its respective function.
- the shell At areas subject to particularly high stress in the area of the bow, on parts of the underwater ship and at the stern in the area of the screws, the shell consists of a rigid shell structure. Wherever dynamic loads permit, the shell is built up from individual, different functional layers.
- a double-skin shell in which an inner shell is hung as a real membrane structure made of one- or two-axis curved surfaces in an intermediate structure that directs the loads to the primary structure.
- the outer shell on the other hand, is shaped from a fluidic point of view. Compressed air-filled chambers in the area of the underwater hull and in the area of the side walls transmit the water pressure to the membrane structure of the inner shell.
- the outer skin can only be designed according to hydrodynamic considerations.
- Water inlet openings and water outlet openings can prevent the formation of eddies and turbulence at the immediate boundary layer between the water and the outer edge of the fuselage, so that the fluidic properties of the Hull construction can be improved significantly.
- a perforated outer shell can also be supported on a cable network that is stretched between the supporting elements of the primary structure.
- An elastic outer shell which yields when a load is applied, shows favorable behavior for absorbing impact loads in the event of ground contact and accidents. Together with the surrounding primary structure in skeleton construction, it protects the sensitive inner membrane surfaces of the inner shell.
- An outer shell the function of which is limited to the production of a flow interface, can also be constructed, for example, from plastic panels.
- the curved membrane surfaces of the inner shell can be formed into individual pillows, for example with an edge length of 3x3 m, or else as larger individual surfaces. They are very well suited to limit the space of a tank for liquid or gaseous media. In the area of the longitudinal and transverse walls of the ship's hull, the membrane surfaces are stabilized either by overpressure or, in the case of surfaces curved in opposite directions, by negative pressure. They are less suitable as a cargo hold limit. A general cargo ship according to the invention therefore requires additional cargo space lining. A particular problem with ore freighters are extreme, dynamic loads when loading the cargo hold.
- prefabricated profile sections made of rolled steel, round and rectangular hollow profiles, welded box profiles, but also precast reinforced concrete parts that are welded together, screwed or potted, allows the structure to be assembled in a skeleton construction in a short time.
- the superstructures can be divided transversely to the direction of travel into sections exposed to daylight.
- a passenger ship according to the invention therefore has a large number of large, day-lit apartments. These apartments can be oriented towards a large, shared, glazed conservatory and have balconies and loggias, with only the glass level of the conservatory lying in the area of the usual side wall.
- Each part of the envelope construction is developed according to the requirements placed on it.
- the shell construction is constructed with two or more layers and consists, for example, of a robust steel outer shell, which is welded to a steel inner shell using a large number of longitudinal and transverse web plates.
- the outer and inner shell can also be connected to each other by a light truss structure with longitudinal and cross members or in the form of a semi-octahedral tetrahedral structure.
- a foam core is also suitable for a shear-resistant connection between the outer and inner shell Plastic.
- the outer shell can be made thin-walled. In this case, a hole in the outer shell does not allow water to penetrate.
- inflatable tires which are arranged between the outer and inner walls, and a filling with lightweight plastic moldings are also proposed as a safety concept.
- the measures proposed in the context of the invention thus not only achieve the greatest possible stability of a ship's hull, but also increase safety, and finally a level of comfort in the area of living and recreational spaces previously unknown in shipbuilding can be achieved.
- the double and multi-layered shell construction is therefore not only an advance over conventional solutions for reasons of safety. It offers physical comfort in recreation rooms, which is characterized, among other things, by increased heat and sound insulation. The transmission of vibrations and vibrations is prevented by a consequent system separation between structure, shell and expansion.
- the measures proposed for the hull construction of a ship, boat or submarine lead to economical designs which have advantageous effects on the planning, construction and operation of a ship.
- FIG. 1 is a perspective development of a cargo ship according to the invention with a skeleton structure and an independent hull structure
- FIG. 2 shows a schematic cross section through a ship's hull according to the invention with a double-shell outer hull, which ship's hull is designed as an upwardly open hollow profile with a triangular cross section,
- FIG. 3 shows a schematic cross section through a ship's hull according to the invention with a double-shell outer hull, which ship's hull is designed as an upwardly open hollow profile with a U-shaped cross section,
- FIG. 4 shows a schematic cross section through a ship's hull according to the invention with a double-shell outer hull, which ship's hull is designed as an upwardly open hollow profile with a circular segment-shaped cross section
- 5 shows a schematic cross section through an inventive tubular structure with a triangular cross section
- FIG. 6 shows a schematic cross section through a tubular structure according to the invention with a circular cross section
- FIG. 7 shows a schematic cross section through a tubular structure according to the invention with a rectangular cross section and an outer shell offset with respect to the structure level
- FIG. 8 shows a schematic cross section through a bundled tubular structure according to the invention, in which two square tubular structures are assembled to form a rectangle,
- FIG. 9 shows a schematic cross section through a bundled tubular structure according to the invention, in which five rectangular tubular structures are assembled to form a T-shaped cross section,
- FIG. 10 shows a schematic cross section through a bundled tube structure according to the invention in which six square tube structures are assembled into a U-shaped cross section,
- FIG. 11 shows a schematic cross section through an inventive two-layer tubular structure in which an inner and an outer truss form a composite structure
- Fig. 12 is a schematic elevation from the side of a
- FIG. 13 shows a schematic plan view of an integration of a tubular support structure according to the invention with the hull construction of a passenger ship with round deck structures
- FIG. 14 shows a schematic plan view of an integration of a tubular supporting structure according to the invention with the shell construction of a passenger ship with angular deck structures
- Fig. 15 is a schematic elevation from the side of a
- FIG. 16 shows a schematic front elevation of an integration of a tubular support structure according to the invention with the shell construction of a passenger ship with angular deck structures
- FIG. 17 shows a schematic elevation from the side of an integration of a bundled tubular support structure according to the invention with the hull construction of a tanker,
- 18 shows a schematic front elevation of an integration of a bundled tubular support structure according to the invention with the shell construction of a tanker
- 19 is an isometric illustration of a supporting skeleton of a cargo ship according to the invention
- Fig. 21 is an isometric view of an inventive
- FIG. 22 is an isometric representation of an integration of a tubular structure according to the invention with a rectangular cross-section with the envelope construction and angular deck structures of a passenger ship,
- FIG. 23 is a perspective view of an integration of a tubular structure according to the invention with a rectangular cross-section with the envelope structure and angular deck structures of a passenger ship,
- FIG. 24 is a perspective view of an integration of a bundled tubular support structure according to the invention with a T-shaped cross section with the envelope structure and round deck structures of a passenger ship,
- 25 is an isometric representation of an integration of a bundled tubular structure according to the invention made of steel profiles in a frame construction with the shell construction of a tanker
- 26 is an isometric representation of an integration of a bundled tubular structure made of hollow steel profiles according to the invention in a half-timbered construction of the shell structure of a tanker
- 27 is an isometric representation of an integration of a bundled tubular structure made of prestressed concrete according to the invention in a frame construction with the shell construction of a tanker,
- 29 is a perspective view of an integration of a bundled tubular structure made of prestressed concrete according to the invention with the shell construction of a tanker,
- FIG. 30 shows a schematic cross section through an integration of a tubular support structure according to the invention made of steel with a double-shell casing construction of a submarine,
- FIG. 31 shows a schematic cross section through an integration of a bundled tubular support structure made of steel according to the invention with a double-shell casing structure of a tanker,
- 32 shows a schematic cross section through an integration of a bundled tubular support structure according to the invention as a composite construction made of steel and concrete with a double-shell casing construction of a tanker
- 33 shows a vertical detail section through the outer side wall of a superstructure of a hull construction of a tanker ship with a stabilizing framework between the outer and inner hull
- 35 shows a vertical detail section through the outer side wall of a structure of the hull construction of a tanker ship with hoses filled with water or compressed air between the outer and inner hull
- FIG. 36 shows an integration of a bundled tubular support structure according to the invention, which is constructed from welded box profiles, with a double-shell envelope structure,
- FIG. 37 is an isometric overview of a double-shell envelope construction with an inner envelope as a uniaxially curved membrane structure and an outer envelope perforated by regularly arranged slots,
- 39 is an isometric overview of a double-shell envelope construction with an inner envelope as a triangular membrane structure and one through punctiform openings perforated outer shell,
- FIG. 40 shows a schematic cross section through a so-called, punctiform opening in the outer shell for influencing the flow resistance
- 41 is an isometric illustration of a so-called punctiform opening in the outer shell for influencing the flow resistance
- 43 is an isometric illustration of a punctiform opening in the outer shell which has the effect of dynamic pressure, in order to influence the flow resistance
- FIG. 46 shows a schematic cross section through a line-shaped opening in the outer shell, which effects dynamic pressure, in order to influence the flow resistance
- 47 shows an isometric illustration of a line-shaped opening in the outer shell that effects back pressure, in order to influence the flow resistance.
- the load-bearing scaffold of which is designed as a completely self-supporting structure in a skeleton construction, which consists of frame girders and / or truss girders in the longitudinal and transverse directions, the shell structure being that Completely or partially encloses the structure and is essentially freed from the global support function.
- Fig. 1 shows a perspective overview of a light cargo ship according to the invention.
- the structure is designed as a skeleton structure 1. It consists of truss girders, which are arranged in the longitudinal direction 110 and define the side walls and the ship's bottom. Truss girders in the transverse direction 111 stiffen the hull 3, which is open at the top.
- the truss structure 11 of the hull support structure 1 is constructed from rectangular hollow sections made of steel 152. The hollow sections are screwed or welded to one another at the nodes of the truss girders 110, 111.
- the envelope structure 2 is of multi-shell construction and consists of an outer envelope 20, which is provided as a stainless steel skin 200, and an inner envelope 22, which surrounds the cargo hold 302 as a welded steel structure.
- the intermediate structure 21 between the outer shell 20 and the inner shell 22 consists of molded bodies made of foamed plastic 214.
- the stainless steel skin 200 is glued to the molded bodies 214.
- the hull 3 has a plurality of cargo compartments 302 and 1, one behind the other, which are open at the top Wheelhouse 330.
- the multi-shell envelope structure 2 can be optimally adapted to different requirements. It consists of an inner shell 22 which lines the cargo hold 302 as a robust steel shell 220 and of a maintenance-free outer shell 20 which is designed as a thin stainless steel skin 200 and is stabilized by filling elements made of plastic foam 214.
- the multi-layer structure of the hull construction 2 prevents the hull 3 from leaking if, for example, the stainless steel skin 200 is damaged. A leak in the outer skin can be easily repaired and does not affect the safety of the ship. Additional measures, such as local reinforcements at the bow and stern, and a circumferential rubbing strip, which are not shown in the drawing, prevent damage to the proposed thin-walled stainless steel skin 200.
- FIGS. 2 to 4 show different shapes of ship hulls 3 open at the top with a double-shell hull construction 2 in a schematic cross section.
- the structural shape of an open hollow profile is suitable for a large number of boat and ship constructions in which there is no continuous deck.
- the two side walls are connected by individual coupling rods - e.g. in a rowing boat through a seat board.
- FIGS. 2 to 4 show different forms of closed tubular structures 12 for ship hulls, each in a schematic cross section.
- 5 shows a tubular structure with a triangular cross section 120
- FIG. 6 shows a tubular structure with a round cross section 122
- FIG. 7 shows a tubular structure with a square cross section Cross section 121.
- the closed tubular support structure 12 is substantially stiffer than the hollow profile cross sections shown in FIGS. 2 to 4 which are open at the top.
- all sides are connected to one another by truss girders 110 arranged in the longitudinal direction or truss girders in the transverse direction 111.
- the structural mass is concentrated on the longitudinal belt profiles of the polygonal tubular structure 121.
- FIG. 8 to 11 show different bundled tube structures 13 and a tube-in-tube structure 14 in FIG. 11.
- the schematic cross section in FIG. 8 is a very powerful structural form for cargo and tank ships.
- 9, on the other hand, shows the T-shaped cross section of a hull construction for a passenger ship.
- Three tubes form a pontoon-shaped lower hull section with a wide deck.
- the structure of the deck structures consists of two further tube cross sections, which form a T-shaped composite cross section 13 with the lower hull section.
- the possibility of arranging stems 31 in the area of the deck structures is shown schematically.
- six square single tubes which are rigid in themselves against bending, shear and torsion are bundled to form a catamaran-shaped composite cross section 13.
- 11 shows a very rigid tube-in-tube construction 14 in which a large number of triangular trusses are combined to form a two-layer composite cross section.
- FIGS. 12 to 18 show the integration of tube structures 12, 13 according to the invention with different double or multi-shell envelope structures 2 using the example of different ships.
- 12 shows a passenger ship with round deck structures 33 in a schematic side view.
- FIG. 13 shows the passenger ship according to FIG. 12 in a schematic plan view.
- the Tube structure 12 consists of a four-belt truss, which forms the support structure for the ship's hull 3 with round structures 33.
- the bow which is shaped from a hydrodynamic point of view, and the stern are attached to the primary structure in skeleton construction 1 as shell-shaped components.
- FIGS. 15 and 16 show the integration of a tubular structure 12 with a passenger ship according to the invention with angular deck structures 33 in a schematic plan view, side view and front elevation.
- the tubular structure 12 is constructed from longitudinally arranged truss girders 110 and transversely arranged truss girders 111, which form six rigid cells in the direction of travel.
- the hull construction and the entire expansion are freed from the global supporting function and each represent secondary system constructions.
- FIGS. 17 and 18 show the integration of a bundled tubular structure 13 with a double or multi-shell hull construction 2 using the example of a tanker according to the invention.
- the bending stiffness of the ship's hull 3 is produced by three parallel truss girders 110 running in the longitudinal direction. Truss girders in the transverse direction 111 ensure torsional rigidity and serve to distribute the load.
- 19 and 20 show a cargo ship according to the invention with a supporting structure in skeleton construction 1, which is constructed from truss girders in the longitudinal and transverse directions 110, 111 and forms the ship's hull together with a multi-shell hull construction 2.
- FIG. 19 shows the structure in skeleton construction 1 in an isometric overview
- FIG. 20 shows the integration of the structure 1 with the multi-shell envelope structure 2 in an isometric development.
- the belt and diagonal bars of the truss structure 11 consist of layer-glued wood 18 and are connected to one another by means of standardized steel knot bodies.
- the multi-shell casing structure 2 consists of an outer casing 20 made of glass fiber reinforced plastic 203, while the inner shell 22 is formed by robust wooden walls 222 and a robust wooden floor 222.
- Between the inner shell 22 and outer shell 20 is an intermediate structure 21, which is formed by panels made of wood or plastic 215. Since a wooden ship is never completely sealed, it is proposed to additionally install a waterproof film made of plastic or metal between the inner and outer hulls 20, 22.
- 21 and 22 show the integration of a tubular support structure 12 according to the invention with the multi-layered and spatially differentiated envelope structure 2 of a cruise ship.
- the 21 shows a four-belt tubular structure 12, which consists of longitudinally arranged truss girders 110 and transversely arranged truss girders 111.
- the longitudinally arranged, vertical truss girders 110 are arranged approximately in the plane of the outer side wall, while the truss girders arranged horizontally define the ship's floor and the upper deck in the longitudinal direction 110.
- the tubular support structure 12 forms a primary support structure for the ship's hull, in which the structural mass is concentrated on the belt rods arranged in the four corners. This design of the skeleton structure 1 combines the greatest possible rigidity of the structure with minimal use of materials.
- FIG. 22 shows the integration of the supporting structure 1 according to FIG. 21 with a single-layer and multi-layer shell structure 2.
- a seven-story residential wing 300 rises above an intermediate deck.
- Six recesses 32 are provided on the starboard and port side, which are transverse to the direction of travel in the Ship hull 3 are cut. These cutouts 32 can be designed as continuous transverse openings 323, as open atriums 322, as single-glazed winter gardens 321 or as insulated-glazed atriums 320.
- the primary structure in skeleton construction 1, together with an independent, multi-layered shell structure, offers 2 degrees of freedom for the arrangement and design of the living spaces 300, which were previously used
- FIG. 23 shows the cruise ship according to FIGS. 21 and 22 in a perspective development.
- the integration of the tubular structure 12 with the spatially structured residential structures 300 is particularly clear here.
- the framework in skeleton construction 1 has a T-shaped cross section and is composed of a total of five truss tubes bundled in the direction of travel.
- the diagonal associations are not shown for reasons of clarity.
- the entire height of the hull 3 is also used to absorb the bending moments.
- the primary structure in skeleton construction 1, which assumes the load-bearing function, opens up a great deal of design freedom, which is used here for the formation of deck structures 33 with round stems 31, projections 311 and construction icons 310 which enable a panoramic view of the surrounding sea from every floor.
- the pontoon-shaped lower fuselage section is clearly recognizable.
- 25 to 27 show the integration of different bundled tubular structures 13 according to the invention with a double-shell casing structure 2 of a tanker.
- 25 shows a bundled tubular support structure 13 which is constructed from two frame tubes.
- Belt profiles and posts of this frame structure 10 consist of welded box profiles 152.
- the rigidity of the fuselage is ensured by three frame beams 100 arranged in the direction of travel.
- Frame beams in the transverse direction 101 provide the necessary torsional rigidity and serve to distribute the load.
- the nodes of the intersecting frame beams are haunched to absorb bending tensile and compressive forces.
- Fig. 26 shows a steel structure 15, which is constructed from round hollow profiles 152 and has truss girders in the longitudinal and transverse directions 110, 111.
- Fig. 27 shows a bundled tubular structure 13, which is composed of hollow box-shaped support members made of prestressed concrete.
- the bundled tube structure 13 consists of two coupled tubes with a rectangular cross section.
- the support members of the frame tube are constructed as a composite structure made of steel and concrete 16.
- Compressed air-filled pressure chambers 218 pass the water pressure on to an internal, predominantly tensile membrane structure.
- the outer shell 20 consists in all three examples of tensioning bands made of steel 202, which are tensioned in the transverse direction over the primary structure in skeleton construction 1 and welded to one another. 28 shows the tanker according to FIG.
- the bundled tubular structure 13 is made of hollow box-shaped support members 171 made of prestressed concrete 170.
- the hollow box-shaped support members 171 are connected to a bundled frame tube 13 by means of rigid corner connections.
- the ship's hull has five port-side and starboard-side tank compartments 303, which are sealed off from one another by a double-shell longitudinal wall 24 and six double-shell transverse walls 25.
- the hollow box-shaped support members 171 are accessible and serve to guide the installation.
- Compressed air-filled chambers 218 are provided between the outer shell 20 and the inner shell 21, which transfer the water pressure from an outer shell 20 shaped according to hydrodynamic considerations to a membrane-like inner shell 22 which is predominantly subjected to tensile stress.
- the structure in skeleton construction 1 is designed as a tubular structure 12 with longitudinal and transverse truss girders 110, 111.
- the diagonally running truss bars are provided as rolled sections 150.
- the double-shell casing structure 2 consists of an outer casing 20, which is designed as a welded steel casing 201, and an inner casing 22, which likewise consists of a welded steel casing 220.
- the intermediate structure 21 consists of longitudinally and transversely arranged web plates which are welded to the outer shell 20 and the inner shell 22 and form a cell structure 210.
- the schematic section shows a versatile interior 30.
- Fig. 31 shows the integration of a bundled tubular structure 13 according to the invention made of steel 15 with a two-shell casing structure 2 of a tanker in a schematic cross section.
- a starboard-side and a port-side tank 303 are each surrounded on all sides by a double-shell casing structure.
- the envelope structure comprises the ship's floor, the left and the right side wall, the deck and double-shell longitudinal walls 24 and double-shell transverse walls 25, each of which consists of an outer shell 20, an inner shell 22 and an intermediate structure 21.
- the outer shell made of steel 201 is connected to the inner shell made of steel 220 by means of longitudinal and transverse perforated web plates which form a cell structure 210.
- the cells 210 can be filled with compressed air and form pressure chambers 218 which transmit the water pressure from the ship's bottom and the side walls to the inner shell 22.
- the pressure chambers 218 are sealed off from one another in sections, so that only one chamber is affected in the event of an accident.
- the design of the outer shell 20 and the inner shell 22 as predominantly tensile membranes enables lightweight construction that was previously not possible with tankers.
- the safety concept through many independent pressure chambers 218 is redundant.
- Fig. 32 shows the integration of a bundled tubular structure 13 according to the invention, which is designed as a composite structure made of steel and concrete 16 with a double-shell envelope structure 2.
- the envelope structure consists of a prestressed outer shell made of tensioning bands made of steel 202, which is stretched in the transverse direction around the structure 1 are welded together.
- the inner shell 22 also consists of prestressed steel strips 221 which form the tank wall.
- the bundled tubular support structure 13 is located in the intermediate space 21 between the outer cover 20 and the inner cover 22.
- a light truss structure 211 serves as Intermediate support structure 21 and connects the tensioning straps 202 of the outer shell 20 to the tensioning straps 221 of the inner shell 22.
- 33 to 35 show vertical detail sections through the outer wall of a tanker according to the invention with different wall structures.
- 33 shows a double-shell outer shell 2 with a prestressed outer shell made of steel 202 and a prestressed inner shell made of steel 221.
- the outer and inner shells are supported against one another by a lightweight truss construction 221.
- a truss structure 11 which belongs to a bundled tubular structure 13 and is designed as a composite structure made of steel and concrete 16.
- Two rings with round steel reinforcement 162 are arranged around a core of cross-shaped rolled sections 163.
- a round hollow profile made of steel serves as the outer, load-bearing, lost formwork 160.
- the cavity between the steel core 163 and the outer steel jacket 160 is filled with filler concrete 161.
- the tensioning straps of the outer cover rest on a saddle surface 230, which is supported on the belt profiles. About halfway up the tank room there is an inspection aisle with media guide 217.
- the structure of the bundled tubular support structure 13 in FIG. 34 corresponds to the composite structure made of steel and concrete described in FIG. 33.
- the double-shell casing construction here likewise consists of an outer casing 20, which is formed by tensioning bands made of steel 202, and of a prestressed inner casing 22, which is also made of pre-tensioned straps made of steel 221 and is biased in a longitudinal and transverse direction against the primary structure in skeleton construction 1 via a suspension structure 231.
- Both shells are connected to one another in a shear-resistant manner by a foam core 213.
- a revision and maintenance passage 217 with a circular cross section is embedded in the foam body 213.
- This variant of the tanker is unsinkable in the event of an accident. Even if the outer hull 20 is damaged by cracks or holes, water does not enter the inside of the ship.
- the supporting structure shown in FIG. 35 shows the section of a bundled tubular supporting structure 13, which is designed as a composite construction made of steel and concrete 16.
- the multi-shell casing structure 2 consists of a prestressed outer casing 20 and a prestressed inner casing 22, each made of steel.
- the intermediate structure 21 is formed by compressed air-filled tires 212 in a modular arrangement.
- the tires 212 are part of a safety concept in which, after the outer casing 20 has been damaged, no water can penetrate into the intermediate space. In the event of an accident, the compressed air-filled tires 212 serve as buoyancy bodies. When empty, they can be filled with water and serve as ballast tanks. In the detail section shown, a modular space, which is provided for accommodating the tires 212, is used as a maintenance and inspection aisle 217.
- Truss girder in the longitudinal direction 110 and truss girder in the transverse direction 111 form a rigid, shear and torsion-resistant primary structure in skeleton construction 1.
- the outer shell 20 consists of an elastic steel sheet 202, which is tensioned around the primary structure 1.
- the inner shell 22 is designed as a tensile membrane structure and consists of pillow-shaped steel membranes 224, which are connected to the primary structure 1 via an intermediate structure 21.
- This intermediate structure 21, the outer shell 20 and the inner shell 22 form a plurality of mutually independent pressure chambers 218 which are filled with compressed air.
- the compressed air filling of the pressure chambers 218 ensures that the water pressure applied to the outer shell 20 is passed on to the tensile steel membrane 224.
- the inner shell 22 is also the delimitation of the modularly arranged tank spaces 303. It can be ensured by valves and pumps that the pressure chambers 218 can be adapted to the water pressure given by the respective loading situation. Since many mutually independent pressure chambers 218 are provided, this construction of a double-shell envelope structure also meets safety requirements, especially since the thin-walled membrane structure of the inner shell 22 is protected by the surrounding support members of the primary structure 1.
- the hydrodynamic shape of the hull 3 was not shown in this schematic cross section.
- 37 to 39 show different shapes of a ship's bottom with a perforated outer shell.
- 37 shows the detail of a ship's floor with the inner casing 224 subjected to tensile stress and the perforated outer casing 206.
- the cylindrical, uniaxially curved membrane surfaces of the inner casing 224 are supported on an intermediate structure 21, which establishes the connection to the primary structure in skeleton construction 1.
- the water filling 219 between the outer shell 20 and the inner shell 22 ensures that the water pressure is applied directly to the membrane structure 224 of the inner shell 22.
- the outer casing 206 perforated by line-shaped openings 207 is constructed from tensioning strips made of steel 202, which give the ship's hull an aerodynamically favorable outer contour.
- FIG. 38 shows the detail of a ship's floor with the inner casing 224 subjected to tensile stress and the perforated outer casing 206.
- the pillow-shaped, biaxially curved membrane surfaces 224 of the inner shell 22 are supported on a longitudinally and transversely arranged intermediate structure 21, which forms a cell structure 210.
- Fine, punctiform openings 207 in the outer hull 20 break through the outer skin of the ship's hull, which is shaped from a fluidic point of view, and convey the water pressure to the membrane structure 224 of the inner hull 22 through the water filling 219 provided between the outer hull 20 and the inner hull 22.
- FIG. 39 also shows the detail of a ship's bottom tensile inner shell 224 and perforated outer shell 206.
- the cushion-shaped, biaxially curved membrane surfaces 224 of the inner shell 22 are based on triangular fields of a framework structure 11 of the primary structure in skeleton construction 1.
- the perforated outer casing 206 is designed as a flat, thin-walled perforated plate.
- 40 to 47 show inflow openings 207 and outflow openings 208 within a perforated outer casing 206.
- a corresponding shaping of the punctiform and linear inflow and outflow openings 207, 208 brings about locally effective flow effects by which the flow resistance of the ship's hull can be positively influenced.
- 40, 42, 44 and 46 illustrate the suction effect at outflow openings 208 and the accumulation effect at inflow openings 207.
- FIGS. 40-43 show punctiform inflow and outflow openings 207, 208, while FIGS. 47 show linear inlet and outlet openings 207, 208.
- a corresponding arrangement of these openings influencing the flow in the area of the underwater ship can, under certain circumstances, ensure that a laminar flow pattern is maintained over at least part of the entire length of the ship's hull and that vortex formation and turbulence, which significantly increase the drag, are avoided.
- the reference symbols used are listed below:
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Ocean & Marine Engineering (AREA)
- Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)
Abstract
Description
WASSERFAHRZEUG MIT TRAGWERK IN SKELETTBAUWEISE WATER VEHICLE WITH STRUCTURE IN SKELETON DESIGN
Die Erfindung betrifft ein Wasserfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiges Schiff ist z.B. aus der EP 0 619 221 A2 bekannt.The invention relates to a watercraft according to the preamble of claim 1. Such a ship is e.g. known from EP 0 619 221 A2.
In dieser Druckschrift wird ein Tankschiff mit doppelter Hülle beschrieben. Der Schiffsrumpf besteht aus einer Außenhülle und einer Innenhülle und ist in mehrere einzelne, gegeneinander abgeschottete Tanks untergliedert. Das Tragwerk des Tankschiffes kann als eine doppelwandige Schalenkonstruktion bezeichnet werden. Dabei bildet der Schiffsrumpf ein nach oben offenes C- bzw. U- förmiges Profil mit tragenden Seitenwänden und einem tragenden Schiffsboden. Seitenwände und Schiffsboden sind miteinander biegesteif verbunden und bilden den primär tragenden C- bzw. ü- förmigen Querschnitt. Kennzeichnend für diese Bauweise ist die Vereinigung unterschiedlicher Funktionen des Schiffsrumpfes in einer bzw. in zwei tragenden Schalen. So bildet die äußere Schale nicht nur eine wasserdichte Hülle, sondern auch eine tragende Außenwand, während die innere Hülle den Tankraum begrenzt und über aussteifende Querverbindungen mit der äußeren Hülle verbunden ist.This document describes a tanker with a double hull. The ship's hull consists of an outer hull and an inner hull and is divided into several individual tanks that are sealed off from each other. The structure of the tanker can be described as a double-walled shell construction. The hull forms an upward open C or U-shaped profile with load-bearing side walls and a load-bearing ship floor. The side walls and the ship's bottom are rigidly connected to each other and form the primary load-bearing C- or U-shaped cross-section. Characteristic of this design is the combination of different functions of the ship's hull in one or two load-bearing shells. The outer shell not only forms a waterproof shell, but also a load-bearing outer wall, while the inner shell delimits the tank space and is connected to the outer shell by stiffening cross-connections.
In der DE 298 12 853 Ul wird ein Schiffsrumpf vorgeschlagen, bei dem ein vom Bug bis zum Heck sich erstreckendes Gerüst vorgesehen ist, in das eine elementierte Hüllkonstruktion eingesetzt wird. Das Gerüst dient hier als Lastrahmen zur Aufnahme punktförmiger Lasten aus der Takelage eines Segelbootes. Die Tragwirkung des Rumpfes wird erst über eine Verbundwirkung der Schalenelemente mit dem Lastrahmen erreicht. Das Gerüst ist hier nicht zu einem in sich vollständigen Tragwerk ausgebildet. Die Elemente der Hüllkonstruktion sind nicht von der globalen Tragfunktion befreit. Bauweisen, bei denen das Tragwerk und die Hülle als voneinander unabhängige Systemkonstruktionen ausgebildet sind, sind aus dem Bereich des Hochbaus bekannt. Die Einführung der Skelettbauweise im Geschossbau hat zu einer deutlichen Erhöhung der Anzahl der möglichen Geschosse geführt, die beim Bauen mit tragenden Wänden bei ca. 15 Geschossen eine konstruktionsbedingte Obergrenze hat. Je nach struktureller Ordnung erreichen Skelettbauweisen für Hochhäuser 40, 60, 80 und auch mehr als 100 Geschosse. 40 Geschosse werden im Stahlskelettbau mit biegesteifen Rahmen erreicht. Eine Kombination von Rahmen und Fachwerk hat sich als wirtschaftliche Bauweise bis zu 60 Geschossen erwiesen. Ab etwa 40 Geschossen sind nicht mehr die vertikalen Lasten, sondern die horizontalen Lasten die maßgebliche Einflussgröße für die Dimensionierung des Tragwerks. In den sechziger Jahren des vergangenen Jahrhunderts wurden in Chicago Bauweisen entwickelt, mit denen im Hochhausbau extreme Höhen erreicht werden können. In vergleichenden Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass Rahmenröhren aus Stahl oder Beton und Fachwerkröhren aus Stahl oder Beton die leistungsfähigsten Strukturformen für Hochhaustragwerke sind. Bei beiden Bauweisen wird eine möglichst große Steifigkeit in den Bereich der Außenwände gelegt, sodass für die Ableitung der Windlasten ein maximaler innerer Hebelarm zur Verfügung steht und jeweils die gesamte Tiefe des Gebäudes an der Ableitung der Windlasten beteiligt ist. Dabei sind z.B. die vier Außenwände eines Hochhauses zu einem röhrenförmigen Tragwerk zusammengefasst . Noch leistungsfähiger sind Tragstrukturen, bei denen eine innere Rohrkonstruktion mit einer äußeren Rohrkonstruktion schubsteif verbunden wird (tube-in-tube- structure) oder bei denen mehrere Röhrentragwerke zu einem Verbundquerschnitt gekoppelt werden (bundeled-tube-structure) . Aktuelle Entwicklungen für extrem hohe Turmbauwerke oder Hochhäuser sehen vor, möglichst viel konstruktive Masse nicht in die Seitenwände, sondern in den Eckbereichen eines polygonen Querschnittes zu konzentrieren oder bei einem runden oder ovalen Querschnitt die konstruktive Masse möglichst gleichmäßig im Bereich der Außenwand zu verteilen. Die genannten Strukturformen für Hochhaustragwerke zeichnen sich durch eine maximale Steifigkeit bei gleichzeitig möglichst geringem Materialeinsatz aus und schufen die Voraussetzung dafür, dass Hochhäuser heute eine Höhe von 500 m erreichen und dass über 1000 m hohe Gebäude denkbar sind.DE 298 12 853 U1 proposes a ship's hull in which a scaffold extending from the bow to the stern is provided, into which an elementary shell structure is inserted. The scaffold is used here as a load frame to take punctiform loads from the rigging of a sailboat. The load-bearing effect of the fuselage is only achieved through a composite effect of the shell elements with the load frame. The scaffold is not designed to be a complete structure. The elements of the envelope construction are not exempt from the global supporting function. Structures in which the structure and the shell are designed as independent system constructions are known from the field of building construction. The introduction of skeleton construction in multi-storey construction has led to a significant increase in the number of possible storeys, which has a design-related upper limit when building with load-bearing walls with approx. 15 storeys. Depending on the structural order, skeleton structures for high-rise buildings reach 40, 60, 80 and also more than 100 storeys. 40 storeys are achieved in steel frame construction with rigid frames. A combination of frame and truss has proven to be an economical construction for up to 60 floors. From around 40 storeys, the vertical loads are no longer the decisive influencing factor for the dimensioning of the structure. In the 1960s, building methods were developed in Chicago with which extreme heights can be reached in high-rise construction. Comparative studies have shown that frame tubes made of steel or concrete and truss tubes made of steel or concrete are the most efficient structural shapes for high-rise structures. In both types of construction, the greatest possible rigidity is placed in the area of the outer walls, so that a maximum inner lever arm is available for the discharge of the wind loads and the entire depth of the building is involved in the discharge of the wind loads. For example, the four outer walls of a high-rise building are combined into a tubular structure. Support structures in which an inner tube structure is connected with an outer tube structure with shear resistance (tube-in-tube structure) or in which several tube structures are coupled to form a composite cross-section (bundeled-tube structure) are even more powerful. Current developments for extremely tall tower structures or skyscrapers provide for as much structural mass as possible not in the side walls but in the corner areas of a polygon Concentrate cross-section or, with a round or oval cross-section, distribute the structural mass as evenly as possible in the area of the outer wall. The structural shapes mentioned for high-rise structures are characterized by maximum rigidity while using as little material as possible and created the conditions for high-rise buildings to reach a height of 500 m today and for buildings over 1,000 m high to be conceivable.
Bei Frachtschiffen und Tankschiffen kommen immer wieder Havarien vor, bei denen der Schiffsrumpf meistens in der Mitte auseinanderbricht. Diese Schiffe haben nur eine begrenzte Lebensdauer von ca. 25 Jahren und zeigen bereits während ihrer Laufzeit Ermüdungsrisse in der tragenden Außenwandkonstruktion. Neben dem Verlust an Menschenleben und materiellem Schaden sind vor allem bei Tankerunglücken die katastrophalen Auswirkungen auf die Umwelt ein unerträglicher Zustand.In the case of cargo ships and tankers, there are frequent accidents in which the hull mostly breaks apart in the middle. These ships have a limited lifespan of approx. 25 years and already show fatigue cracks in the load-bearing outer wall construction during their lifespan. In addition to the loss of life and material damage, the catastrophic effects on the environment are unbearable, especially in the event of tanker gaps.
Bei Passagierschiffen wird die Stahlhülle des Unterwasserschiffes oberhalb der Wasserlinie weitergeführt. Lediglich Bullaugen und in den oberen Decks auch mehr oder weniger große Fensteröffnungen ermöglichen den Zutritt von Licht und Luft zu den Passagierräumen. In einer Struktur, die aus tragenden Flächen - Decks, Längs- und Querwände, Unterwasserschiff- und Außenbordwände - zusammengesetzt ist, wirkt sich jede Öffnung, jeder Durchbruch, als Störung des Systems aus. In einer Struktur, bei der alle Flächen untereinander kraftschlüssig verbunden sind, sind alle Flächen an der globalen Tragwirkung der Rumpfkonstruktion beteiligt. Bei einem großen Passagierschiff sind regelmäßig decksübergreifende Öffnungen vorhanden - Längs- und Querwände liegen selten ausschließlich in einer Ebene. Der Kraftfluss innerhalb der Tragstruktur ist nicht eindeutig. Regelmäßige Kraftumlenkungen bewirken sekundäre Biegemomente und Nebenspannungen, die von dem Rumpftragwerk aufgenommen werden müssen und erfordern einen erhöhten Materialaufwand. Ein optimal wirksames, biege-, schub- und torsionssteifes Tragwerk kann deshalb nicht ausgebildet werden. Die kraftschlüssige Verbindung aller flächenförmigen Konstruktionsteile untereinander ist sehr aufwendig und zeitintensiv. Die Außenhaut einer herkömmlichenIn the case of passenger ships, the steel shell of the underwater ship is continued above the water line. Only portholes and more or less large window openings on the upper decks allow light and air to enter the passenger compartments. In a structure made up of load-bearing surfaces - decks, longitudinal and transverse walls, underwater hull and outboard walls - every opening, every breakthrough has the effect of disrupting the system. In a structure in which all surfaces are non-positively connected, all surfaces are involved in the global load-bearing capacity of the fuselage construction. A large passenger ship regularly has openings across the deck - longitudinal and transverse walls are rarely in one level. The flow of forces within the supporting structure is not clear. Regular force deflections cause secondary bending moments and secondary stresses from the fuselage structure must be included and require an increased cost of materials. An optimally effective, bending, shear and torsion resistant structure can therefore not be designed. The non-positive connection of all sheet-like construction parts to one another is very complex and time-consuming. The outer skin of a conventional one
Schiffskonstruktion ist mehrfach beansprucht und erfüllt mehrere, teilweise widersprüchliche Funktionen. Sie nimmt die hydrodynamischen, lokalen Belastungen auf und ist gleichzeitig an der globalen Tragfunktion der Rumpfkonstruktion beteiligt. Als robuste Hülle im Bereich des Unterwasserschiffes erfüllt sie neben der Tragfunktion auch Sicherheitsfunktionen und dient dem Anprallschutz. Oberhalb der Wasserlinie stellen die an die Außenhülle angrenzenden Passagierräume vollkommen andere Anforderungen an die stählerne Außenhaut. Stahlbleche sind bisher der einzige Werkstoff zur Herstellung dieser vielfach beanspruchten Außenhülle. Eine einstückige, aus Stahlblechen zusammengeschweißte Rumpfkonstruktion ist wenig flexibel bei Umbau und Modernisierung eines Passagierschiffes. Der Mangel an Flexibilität zeigt sich bereits während der Bauphase, wenn der Auftraggeber die Aufteilung im Schiffsinneren oder die Ausstattung der Räume ändern will. Bereits kleine Änderungen - wie das örtliche Verschieben von Wänden oder Decks - beeinflussen die Tragstruktur und erfordern einen hohen Konstruktions- und Arbeitsaufwand.Ship construction is claimed several times and fulfills several, sometimes contradicting functions. It absorbs the hydrodynamic, local loads and is also involved in the global supporting function of the fuselage construction. As a robust shell in the area of the underwater ship, it fulfills not only the carrying function but also safety functions and serves to protect against impact. Above the waterline, the passenger compartments adjacent to the outer shell make completely different demands on the steel outer skin. So far, sheet steel has been the only material for the production of this frequently used outer shell. A one-piece hull construction welded together from sheet steel is not very flexible when converting and modernizing a passenger ship. The lack of flexibility is already evident during the construction phase when the client wants to change the layout inside the ship or the equipment of the rooms. Even small changes - such as moving walls or decks locally - influence the supporting structure and require a lot of construction and work.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, eine Schiffskonstruktion anzugeben, die eine Aufnahme von größeren Kräften bei kleinerem Materialaufwand und eine größere Freiheit in der Gestaltung ermöglicht.The invention is therefore based on the object of specifying a ship construction which enables greater forces to be absorbed with less material expenditure and greater freedom in design.
Für Tank-, Fracht- und Passagierschiffe wird eine leistungsfähige Tragstruktur vorgeschlagen, die aus stabförmigen Traggliedern aufgebaut ist und bei der in den Eckbereichen des Schiffsrumpfes massive oder hohlprofilförmige Gurtstäbe angeordnet werden, die untereinander durch massive oder hohlprofilförmige Füllstäbe zu einem zusammenhängenden Röhrentragwerk verbunden werden. Dieses Tragwerk definiert eine Tragstruktur, bei der die Last tragenden Glieder aus stabförmigen Elementen bestehen und zug- und druckbeansprucht - beim Fachwerk - oder biegezug- und biegedruckbeansprucht - beim Rahmen - sind. Die einzelnen Tragelemente definieren freie Räume und freie Felder, sodass für eine sekundäre Ausbaustruktur und für die Ausbildung und Ausgestaltung der Hüllkonstruktion allem größtmögliche Freiheit besteht. Dieser Megaframe verbessert vor die Längssteifigkeit einer Rumpfkonstruktion. Als biegesteifes Rückgrat aktiviert dieses primäre Skelett die gesamte Höhe der Rumpfkonstruktion zur Aufnahme der Lasten.For tanker, cargo and passenger ships, a powerful support structure is proposed, which consists of rod-shaped support members is constructed and in which in the corner areas of the ship's hull are arranged massive or hollow-shaped belt bars which are connected to one another by solid or hollow-profile shaped bars to form a coherent tubular structure. This structure defines a supporting structure in which the load-bearing members consist of rod-shaped elements and are subjected to tensile and compressive stress - in the framework - or in the tensile and bending compressive stress - in the frame. The individual supporting elements define free spaces and free fields, so that there is the greatest possible freedom for a secondary expansion structure and for the design and configuration of the envelope structure. This mega frame improves the longitudinal rigidity of a fuselage construction. As a rigid backbone, this primary skeleton activates the entire height of the trunk structure to absorb the loads.
Als Fachwerkkonstruktionen bezeichnet man Konstruktionen aus einer Vielzahl von Stäben (Druck- und Zugstäbe) , die an den sogenannten Knoten derart miteinander verbunden sind, dass bevorzugt unverschiebliche Dreiecke entstehen. Die Stäbe können konstruktionsbedingt sowohl gelenkig als auch biegesteif miteinander verbunden sein, und bei einer dreidimensionalen Fachwerkkonstruktion entsteht eine torsionssteife Röhre. Die einzelnen Stäbe der Fachwerkkonstruktion werden in äußere Gurtstäbe und innere Füllstäbe unterteilt. Die äußeren Gurtstäbe bilden den Umriss der Fachwerkkonstruktion und werden in Obergurtstäbe, welche an der Fachwerkoberseite verlaufen, und Untergurtstäbe, welche an der Fachwerkunterseite verlaufen, unterteilt. Die inneren Füllstäbe verlaufen zwischen den Obergurtstäben und den Untergurtstäben. Handelt es sich um geneigte Füllstäbe, so nennt man sie Diagonalen oder Streben, verlaufen die Füllstäbe lotrecht zwischen Ober- und Untergurt, so heißen sie Ständer oder Pfosten. Eine Biegebeanspruchung wird bei einer Fachwerkkonstruktion prinzipiell in eine Druck- und Zugbeanspruchung in den Gurten aufgelöst, was zu einem optimierten Materialverbrauch führt. Die Füllstäbe übernehmen die Funktion des Steges eines monolithischen Querschnitts.Truss structures are constructions made of a large number of bars (compression and tension bars) which are connected to each other at the so-called nodes in such a way that triangles are preferably immovable. Due to their design, the rods can be connected to each other in an articulated and rigid manner, and a three-dimensional truss structure creates a torsion-resistant tube. The individual bars of the framework construction are divided into outer belt bars and inner fill bars. The outer chord rods form the outline of the truss structure and are divided into top chord rods, which run on the top of the truss, and bottom chord rods, which run on the underside of the truss. The inner cross bars run between the top chord bars and the bottom chord bars. If the bars are inclined, they are called diagonals or struts, if the bars run vertically between the upper and lower chord, they are called stands or posts. A bending stress is at of a truss structure is principally resolved into compressive and tensile stress in the straps, which leads to an optimized material consumption. The filler rods take on the function of the web of a monolithic cross section.
Als vom Tragwerk unabhängige Systemkonstruktion kann die Hüllkonstruktion ein- und mehrschalig ausgebildet werden und ihre jeweilige Funktion optimal erfüllen. An dynamisch besonders beanspruchten Stellen im Bereich des Bugs, an Teilen des Unterwasserschiffs und am Heck im Bereich der Schrauben besteht die Hülle aus einem starren Schalentragwerk. Dort, wo die dynamische Beanspruchung es zulässt, wird die Hülle aus einzelnen, unterschiedlichen Funktionsschichten aufgebaut.As a system construction that is independent of the structure, the shell construction can be designed with one or more layers and optimally fulfill its respective function. At areas subject to particularly high stress in the area of the bow, on parts of the underwater ship and at the stern in the area of the screws, the shell consists of a rigid shell structure. Wherever dynamic loads permit, the shell is built up from individual, different functional layers.
Im Bereich des Unterwasserschiffes wird z.B. eine zweischalige Hülle vorgeschlagen, bei der eine Innenhülle als echtes Membrantragwerk aus ein- bzw. zweiachsig gekrümmten Flächen in ein Zwischentragwerk, das die Lasten an das Primärtragwerk leitet, eingehängt wird. Nach strömungstechnischen Gesichtspunkten ist dagegen die Außenhülle geformt. Druckluftbefüllte Kammern im Bereich des Unterwasserschiffes und im Bereich der Seitenbordwände geben den Wasserdruck an das Membrantragwerk der Innenhülle weiter. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Außenhülle im Bereich des Unterwasserschiffes zu perforieren, sodass der Wasserdruck unmittelbar an den Membranflächen der Innenhülle anliegt. In diesem Fall kann die Außenhaut ausschließlich nach hydrodynamischen Gesichtspunkten ausgebildet werden. Durch abschnittsweise in Fahrtrichtung vorhandeneIn the area of the underwater ship, e.g. proposed a double-skin shell in which an inner shell is hung as a real membrane structure made of one- or two-axis curved surfaces in an intermediate structure that directs the loads to the primary structure. The outer shell, on the other hand, is shaped from a fluidic point of view. Compressed air-filled chambers in the area of the underwater hull and in the area of the side walls transmit the water pressure to the membrane structure of the inner shell. In a further advantageous embodiment of the invention, it is proposed to perforate the outer shell in the area of the underwater ship, so that the water pressure is directly applied to the membrane surfaces of the inner shell. In this case, the outer skin can only be designed according to hydrodynamic considerations. By existing in sections in the direction of travel
Wassereinströmöffnungen und Wasserausströmöffnungen kann an der unmittelbaren Grenzschicht zwischen dem Wasser und der Außenkante des Rumpfes die Entstehung von Wirbeln und Turbulenzen verhindert werden, sodass auch die strömungstechnischen Eigenschaften der Rumpfkonstruktion wesentlich verbessert werden können. Dabei kann sich eine perforierte Außenhülle auch auf einem Seilnetz, das zwischen die Tragglieder des Primärtragwerks gespannt wird, abstützen. Zur Aufnahme von Anpralllasten bei Grundberührung und bei Havarien zeigt eine bei Lastangriff nachgebende, elastische Außenhülle ein günstiges Verhalten. Zusammen mit dem umgebenden Primärtragwerk in Skelettbauweise schützt sie die empfindlichen, innen liegenden Membranflächen der Innenhülle. Eine Außenhülle, deren Funktion auf die Herstellung einer Strömungsgrenzfläche beschränkt ist, kann z.B. auch aus Kunststoffpaneelen aufgebaut werden. Die gewölbten Membranflächen der Innenhülle können in einzelne Kissen, z.B. mit 3x3 m Kantenlänge, oder aber auch als größere Einzelflächen ausgebildet werden. Als Raumbegrenzung eines Tanks für flüssige oder gasförmige Medien sind sie sehr gut geeignet. Im Bereich von Längs- und Querwänden des Schiffsrumpfes werden die Membranflächen entweder durch Überdruck oder im Falle gegensinnig gekrümmter Flächen durch Unterdruck stabilisiert. Als Frachtraumbegrenzung sind sie weniger gut geeignet. Ein erfindungsgemäßes Stückgutfrachtschiff benötigt deshalb eine zusätzliche Frachtraumauskleidung. Ein besonderes Problem bei Erzfrachtern sind extreme, dynamische Belastungen beim Beladen der Frachträume. Im Rahmen der Erfindung wird für diesen Fall vorgeschlagen, einzelne gegenüber dem Tragwerk beweglich und energieabsorbierend gelagerte Behälter auszubilden, die als nicht an der Tragfunktion des Schiffsrumpfes beteiligte Elemente federnd mit dem Primärtragwerk in Skelettbauweise verbunden sind. Der gesamte Frachtraum kann so der stoßartig einwirkenden Last beim Beladen ausweichen. Dabei kann der Federweg 2-3 m betragen.Water inlet openings and water outlet openings can prevent the formation of eddies and turbulence at the immediate boundary layer between the water and the outer edge of the fuselage, so that the fluidic properties of the Hull construction can be improved significantly. A perforated outer shell can also be supported on a cable network that is stretched between the supporting elements of the primary structure. An elastic outer shell, which yields when a load is applied, shows favorable behavior for absorbing impact loads in the event of ground contact and accidents. Together with the surrounding primary structure in skeleton construction, it protects the sensitive inner membrane surfaces of the inner shell. An outer shell, the function of which is limited to the production of a flow interface, can also be constructed, for example, from plastic panels. The curved membrane surfaces of the inner shell can be formed into individual pillows, for example with an edge length of 3x3 m, or else as larger individual surfaces. They are very well suited to limit the space of a tank for liquid or gaseous media. In the area of the longitudinal and transverse walls of the ship's hull, the membrane surfaces are stabilized either by overpressure or, in the case of surfaces curved in opposite directions, by negative pressure. They are less suitable as a cargo hold limit. A general cargo ship according to the invention therefore requires additional cargo space lining. A particular problem with ore freighters are extreme, dynamic loads when loading the cargo hold. Within the scope of the invention, it is proposed for this case to design individual containers which are movably mounted and absorb energy in relation to the supporting structure and which, as elements not involved in the supporting function of the ship's hull, are resiliently connected to the primary supporting structure in a skeleton construction. The entire cargo hold can thus avoid the impact load during loading. The travel can be 2-3 m.
Die Verwendung vorgefertigter Profilabschnitte aus Walzstahl, Rund- und Rechteckhohlprofilen, geschweißten Kastenprofilen, aber auch Stahlbetonfertigteilen, die untereinander verschweißt, verschraubt oder vergossen werden, erlaubt es, das Tragwerk in Skelettbauweise in kurzer Zeit zusammenzufügen.The use of prefabricated profile sections made of rolled steel, round and rectangular hollow profiles, welded box profiles, but also precast reinforced concrete parts that are welded together, screwed or potted, allows the structure to be assembled in a skeleton construction in a short time.
Die Ausbildung einer zwei- und mehrschaligen Hüllkonstruktion ermöglicht es, die an die Schiffshülle gestellten Anforderungen besser zu erfüllen. Hier gilt ebenso, dass mit vergleichsweise geringem Materialaufwand ein höherer Nutzen erzielt werden kann. Eine Hüllkonstruktion, die unabhängig vom Tragwerk ist, kann grundsätzlich vor, zwischen oder hinter der Ebene des Tragwerks angeordnet werden. Bezüglich der Materialwahl besteht größtmögliche Freiheit. Da die Hülle von der globalen Tragwirkung befreit ist, können z.B. bei einem großen Passagierschiff im Bereich der Außenhülle großflächige Kohlefaserverbundpaneele eingesetzt werden.The formation of a double and multi-shell hull construction makes it possible to better meet the requirements placed on the hull. It also applies here that a higher benefit can be achieved with a comparatively low cost of materials. An envelope structure that is independent of the structure can in principle be arranged in front of, between or behind the level of the structure. There is maximum freedom in the choice of materials. Since the shell is freed from the global load-bearing effect, e.g. Large-area carbon fiber composite panels are used in the area of the outer hull of a large passenger ship.
Bei einem Passagierschiff z.B. können die Aufbauten quer zur Fahrtrichtung in tagesbelichtete Abschnitte unterteilt werden. Ein erfindungsgemäßes Passagierschiff verfügt deshalb über eine Vielzahl großer, tagesbelichteter Wohnungen. Diese Wohnungen können zu einem großen, gemeinsamen, verglasten Wintergarten hin orientiert sein und über Balkone und Loggien verfügen, wobei nur die Glasebene des Wintergartens im Bereich der sonst üblichen Bordwand liegt. Jeder Teil der Hüllkonstruktion wird entsprechend der an ihn gestellten Anforderungen entwickelt. Im Bereich des Schiffsbodens und im Bereich der Bordwände ist die Hüllkonstruktion zwei- und mehrschalig aufgebaut und besteht z.B. aus einer robusten Außenhülle aus Stahl, die über eine Vielzahl von längs und quer angeordneten Stegblechen mit einer Innenhülle aus Stahl verschweißt wird. Außen- und Innenhülle können aber auch durch eine leichte Fachwerkstruktur mit Längs- und Querträgern oder in der Form einer Halboktaeder-Tetraederstruktur untereinander verbunden werden. Für eine schubsteife Verbindung zwischen Außen- und Innenhülle eignet sich auch ein Schaumkern aus Kunststoff. Bei dieser Ausführungsvariante kann die Außenhülle dünnwandig ausgebildet werden. Ein Loch in der Außenhülle führt in diesem Fall nicht zum Eindringen von Wasser. Neben einem ausgeschäumten Zwischenraum werden aber auch aufblasbare Pneus, die zwischen Außen- und Innenwand angeordnet sind, sowie eine Füllung mit leichten Kunststoffformkörpern als Sicherheitskonzept vorgeschlagen .In the case of a passenger ship, for example, the superstructures can be divided transversely to the direction of travel into sections exposed to daylight. A passenger ship according to the invention therefore has a large number of large, day-lit apartments. These apartments can be oriented towards a large, shared, glazed conservatory and have balconies and loggias, with only the glass level of the conservatory lying in the area of the usual side wall. Each part of the envelope construction is developed according to the requirements placed on it. In the area of the ship's floor and in the area of the drop sides, the shell construction is constructed with two or more layers and consists, for example, of a robust steel outer shell, which is welded to a steel inner shell using a large number of longitudinal and transverse web plates. The outer and inner shell can also be connected to each other by a light truss structure with longitudinal and cross members or in the form of a semi-octahedral tetrahedral structure. A foam core is also suitable for a shear-resistant connection between the outer and inner shell Plastic. In this embodiment variant, the outer shell can be made thin-walled. In this case, a hole in the outer shell does not allow water to penetrate. In addition to a foamed-in space, inflatable tires, which are arranged between the outer and inner walls, and a filling with lightweight plastic moldings are also proposed as a safety concept.
In einer weiteren Ausführungsvariante wird vorgeschlagen, eine robuste Außenhülle aus dickwandigen, wasserfest verleimten Sperrholztafeln herzustellen. Bei Beschädigungen können Teile der Hüllkonstruktion oder auch die gesamte Hüllkonstruktion erneuert werden, ohne dass dadurch das Tragwerk beeinträchtigt wäre. Besonders vorteilhaft erscheint die Ausbildung einer zugbeanspruchten Hüllkonstruktion. Dabei besteht sowohl die Außenhülle als auch die Innenhülle aus Spannbändern aus Stahl, die in Längs- und Querrichtung gegen das Primärtragwerk in Skelettbauweise gespannt werden.In a further embodiment variant, it is proposed to produce a robust outer shell from thick-walled, waterproof glued plywood panels. In the event of damage, parts of the shell structure or the entire shell structure can be replaced without the structure being impaired. The design of a tensile envelope structure appears to be particularly advantageous. Both the outer shell and the inner shell consist of steel straps that are stretched longitudinally and transversely against the primary structure in a skeleton construction.
Durch die im Rahmen der Erfindung vorgeschlagenen Maßnahmen wird also nicht nur die größtmöglichste Stabilität eines Schiffsrumpfes erzielt, sondern es wird auch die Sicherheit erhöht, und schließlich kann eine im Schiffbau bisher nicht gekannte Behaglichkeit im Bereich der Wohn- und Aufenthaltsräume erreicht werden. Die zwei- und mehrschalige Hüllkonstruktion ist deshalb nicht nur aus Gründen der Sicherheit ein Fortschritt gegenüber herkömmlichen Lösungen. Sie bietet in Aufenthaltsräumen einen bauphysikalischen Komfort, der sich unter anderem durch einen erhöhten Wärme- und Schallschutz auszeichnet. Die Übertragung von Vibrationen und Schwingungen wird durch eine konsequente Systemtrennung zwischen Tragwerk, Hülle und Ausbau unterbunden. Die für die Rumpfkonstruktion eines Schiffes, Bootes oder Unterseebootes vorgeschlagenen Maßnahmen führen zu wirtschaftlichen Konstruktionen, die vorteilhafte Auswirkungen auf die Planung, den Bau und den Betrieb eines Schiffes haben.The measures proposed in the context of the invention thus not only achieve the greatest possible stability of a ship's hull, but also increase safety, and finally a level of comfort in the area of living and recreational spaces previously unknown in shipbuilding can be achieved. The double and multi-layered shell construction is therefore not only an advance over conventional solutions for reasons of safety. It offers physical comfort in recreation rooms, which is characterized, among other things, by increased heat and sound insulation. The transmission of vibrations and vibrations is prevented by a consequent system separation between structure, shell and expansion. The measures proposed for the hull construction of a ship, boat or submarine lead to economical designs which have advantageous effects on the planning, construction and operation of a ship.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.The object is achieved with the features of claim 1. Advantageous refinements of the invention are specified in the subclaims.
Die Erfindung wird anhand von verschiedenen in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:The invention is explained in more detail with reference to various exemplary embodiments schematically illustrated in the drawings. It shows:
Fig. 1 eine perspektivische Abwicklung eines erfindungsgemäßen Frachtschiffes mit einem Tragwerk in Skelettbauweise und einer davon unabhängigen Hüllkonstruktion,1 is a perspective development of a cargo ship according to the invention with a skeleton structure and an independent hull structure,
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Schiffsrumpf mit einer zweischaligen Außenhülle, welcher Schiffsrumpf als nach oben offenes Hohlprofil mit dreieckigem Querschnitt ausgebildet ist,2 shows a schematic cross section through a ship's hull according to the invention with a double-shell outer hull, which ship's hull is designed as an upwardly open hollow profile with a triangular cross section,
Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Schiffsrumpf mit einer zweischaligen Außenhülle, welcher Schiffsrumpf als nach oben offenes Hohlprofil mit U-förmigem Querschnitt ausgebildet ist,3 shows a schematic cross section through a ship's hull according to the invention with a double-shell outer hull, which ship's hull is designed as an upwardly open hollow profile with a U-shaped cross section,
Fig. 4 einen schematischen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Schiffsrumpf mit einer zweischaligen Außenhülle, welcher Schiffsrumpf als nach oben offenes Hohlprofil mit kreissegmentförmigem Querschnitt ausgebildet ist, Fig. 5 einen schematischen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Röhrentragwerk mit dreieckigem Querschnitt,4 shows a schematic cross section through a ship's hull according to the invention with a double-shell outer hull, which ship's hull is designed as an upwardly open hollow profile with a circular segment-shaped cross section, 5 shows a schematic cross section through an inventive tubular structure with a triangular cross section,
Fig. 6 einen schematischen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Röhrentragwerk mit kreisrundem Querschnitt,6 shows a schematic cross section through a tubular structure according to the invention with a circular cross section,
Fig. 7 einen schematischen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Röhrentragwerk mit rechteckigem Querschnitt und einer gegenüber der Tragwerksebene versetzten Außenhülle,7 shows a schematic cross section through a tubular structure according to the invention with a rectangular cross section and an outer shell offset with respect to the structure level,
Fig. 8 einen schematischen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes, gebündeltes Röhrentragwerk, bei dem zwei quadratische Röhrentragwerke zu einem Rechteck zusammengesetzt sind,8 shows a schematic cross section through a bundled tubular structure according to the invention, in which two square tubular structures are assembled to form a rectangle,
Fig. 9 einen schematischen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes, gebündeltes Röhrentragwerk, bei dem fünf rechteckigförmige Röhrentragwerke zu einem T- förmigen Querschnitt zusammengesetzt sind,9 shows a schematic cross section through a bundled tubular structure according to the invention, in which five rectangular tubular structures are assembled to form a T-shaped cross section,
Fig. 10 einen schematischen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes, gebündeltes Röhrentragwerk bei dem sechs quadratische Röhrentragwerke zu einem U-förmigen Querschnitt zusammengesetzt sind,10 shows a schematic cross section through a bundled tube structure according to the invention in which six square tube structures are assembled into a U-shaped cross section,
Fig. 11 einen schematischen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes zweilagiges Röhrentragwerk bei dem ein inneres und ein äußeres Fachwerkrohr ein Verbundtragwerk bilden, Fig. 12 einen schematischen Aufriss von der Seite einer11 shows a schematic cross section through an inventive two-layer tubular structure in which an inner and an outer truss form a composite structure, Fig. 12 is a schematic elevation from the side of a
Integration eines erfindungsgemäßen Röhrentragwerkes mit der Hüllkonstruktion eines Passagierschiffes mit runden Decksaufbauten,Integration of a tubular structure according to the invention with the hull construction of a passenger ship with round deck structures,
Fig. 13 einen schematischen Grundriss einer Integration eines erfindungsgemäßen Röhrentragwerkes mit der Hüllkonstruktion eines Passagierschiffes mit runden Decksaufbauten,13 shows a schematic plan view of an integration of a tubular support structure according to the invention with the hull construction of a passenger ship with round deck structures,
Fig. 14 einen schematischen Grundriss einer Integration eines erfindungsgemäßen Röhrentragwerkes mit der Hüllkonstruktion eines Passagierschiffes mit eckigen Decksaufbauten,14 shows a schematic plan view of an integration of a tubular supporting structure according to the invention with the shell construction of a passenger ship with angular deck structures,
Fig. 15 einen schematischen Aufriss von der Seite einerFig. 15 is a schematic elevation from the side of a
Integration eines erfindungsgemäßen Röhrentragwerkes mit der Hüllkonstruktion eines Passagierschiffes mit eckigen Decksaufbauten,Integration of a tubular structure according to the invention with the hull construction of a passenger ship with angular deck structures,
Fig. 16 einen schematischen Aufriss von vorne einer Integration eines erfindungsgemäßen Röhrentragwerkes mit der Hüllkonstruktion eines Passagierschiffes mit eckigen Decksaufbauten,16 shows a schematic front elevation of an integration of a tubular support structure according to the invention with the shell construction of a passenger ship with angular deck structures,
Fig. 17 einen schematischen Aufriss von der Seite einer Integration eines erfindungsgemäßen, gebündelten Röhrentragwerkes mit der Hüllkonstruktion eines Tankschiffes,17 shows a schematic elevation from the side of an integration of a bundled tubular support structure according to the invention with the hull construction of a tanker,
Fig. 18 einen schematischen Aufriss von vorne einer Integration eines erfindungsgemäßen, gebündelten Röhrentragwerkes mit der Hüllkonstruktion eines Tankschiffes, Fig. 19 eine isometrische Darstellung eines Tragskeletts eines erfindungsgemäßen Frachtschiffes,18 shows a schematic front elevation of an integration of a bundled tubular support structure according to the invention with the shell construction of a tanker, 19 is an isometric illustration of a supporting skeleton of a cargo ship according to the invention,
Fig. 20 eine isometrische Abwicklung einer Integration von20 is an isometric development of an integration of
Tragwerk und Hüllkonstruktion eines erfindungsgemäßen Frachtschiffes mit einem Tragskelett nach Fig. 19,Structure and hull structure of a cargo ship according to the invention with a supporting skeleton according to FIG. 19,
Fig. 21 eine isometrische Darstellung eines erfindungsgemäßenFig. 21 is an isometric view of an inventive
Röhrentragwerks eines Passagierschiffes mit rechteckigem Querschnitt,Tubular structure of a passenger ship with a rectangular cross-section,
Fig. 22 eine isometrische Darstellung einer Integration eines erfindungsgemäßen Röhrentragwerks mit rechteckigem Querschnitt mit der Hüllkonstruktion und eckigen Decksaufbauten eines Passagierschiffes,22 is an isometric representation of an integration of a tubular structure according to the invention with a rectangular cross-section with the envelope construction and angular deck structures of a passenger ship,
Fig. 23 eine perspektivische Darstellung einer Integration eines erfindungsgemäßen Röhrentragwerkes mit rechteckigem Querschnitt mit der Hüllkonstruktion und eckigen Decksaufbauten eines Passagierschiffes,23 is a perspective view of an integration of a tubular structure according to the invention with a rectangular cross-section with the envelope structure and angular deck structures of a passenger ship,
Fig. 24 eine perspektivische Darstellung einer Integration eines erfindungsgemäßen, gebündelten Röhrentragwerkes mit T- förmigem Querschnitt mit der Hüllkonstruktion und runden Decksaufbauten eines Passagierschiffes,24 is a perspective view of an integration of a bundled tubular support structure according to the invention with a T-shaped cross section with the envelope structure and round deck structures of a passenger ship,
Fig. 25 eine isometrische Darstellung einer Integration eines erfindungsgemäßen, gebündelten Röhrentragwerkes aus Stahlprofilen in Rahmenbauweise mit der Hüllkonstruktion eines Tankschiffes, Fig. 26 eine isometrische Darstellung einer Integration eines erfindungsgemäßen, gebündelten Röhrentragwerkes aus Stahlhohlprofilen in Fachwerkbauweise der Hüllkonstruktion eines Tankschiffes,25 is an isometric representation of an integration of a bundled tubular structure according to the invention made of steel profiles in a frame construction with the shell construction of a tanker, 26 is an isometric representation of an integration of a bundled tubular structure made of hollow steel profiles according to the invention in a half-timbered construction of the shell structure of a tanker,
Fig. 27 eine isometrische Darstellung einer Integration eines erfindungsgemäßen, gebündelten Röhrentragwerkes aus Spannbeton in Rahmenbauweise mit der Hüllkonstruktion eines Tankschiffes,27 is an isometric representation of an integration of a bundled tubular structure made of prestressed concrete according to the invention in a frame construction with the shell construction of a tanker,
Fig. 28 einen schematischen Querschnitt durch eine Integration eines erfindungsgemäßen, gebündelten Röhrentragwerkes aus Spannbeton mit der Hüllkonstruktion eines Tankschiffes,28 shows a schematic cross section through an integration of a bundled tubular structure made of prestressed concrete according to the invention with the shell construction of a tanker,
Fig. 29 eine perspektivische Darstellung einer Integration eines erfindungsgemäßen, gebündelten Röhrentragwerkes aus Spannbeton mit der Hüllkonstruktion eines Tankschiffes,29 is a perspective view of an integration of a bundled tubular structure made of prestressed concrete according to the invention with the shell construction of a tanker,
Fig. 30 einen schematischen Querschnitt durch eine Integration eines erfindungsgemäßen Röhrentragwerkes aus Stahl mit einer zweischaligen Hüllkonstruktion eines Unterseebootes,30 shows a schematic cross section through an integration of a tubular support structure according to the invention made of steel with a double-shell casing construction of a submarine,
Fig. 31 einen schematischen Querschnitt durch eine Integration eines erfindungsgemäßen, gebündelten Röhrentragwerkes aus Stahl mit einer zweischaligen Hüllkonstruktion eines Tankschiffes,31 shows a schematic cross section through an integration of a bundled tubular support structure made of steel according to the invention with a double-shell casing structure of a tanker,
Fig. 32 einen schematischen Querschnitt durch eine Integration eines erfindungsgemäßen, gebündelten Röhrentragwerkes als Verbundkonstruktion aus Stahl und Beton mit einer zweischaligen Hüllkonstruktion eines Tankschiffes, Fig. 33 einen vertikalen Detailschnitt durch die Außenbordwand eines Aufbaus einer Hüllkonstruktion eines Tankschiffes mit einem stabilisierenden Fachwerk zwischen Außen- und Innenhülle,32 shows a schematic cross section through an integration of a bundled tubular support structure according to the invention as a composite construction made of steel and concrete with a double-shell casing construction of a tanker, 33 shows a vertical detail section through the outer side wall of a superstructure of a hull construction of a tanker ship with a stabilizing framework between the outer and inner hull,
Fig. 34 einen vertikalen Detailschnitt durch die Außenbordwand eines Aufbaus der Hüllkonstruktion eines Tankschiffes mit einer Ausschäumung zwischen Innen- und Außenhülle,34 shows a vertical detail section through the outer side wall of a superstructure of the hull construction of a tanker ship with a foaming between the inner and outer hull,
Fig. 35 einen vertikalen Detailschnitt durch die Außenbordwand eines Aufbaus der Hüllkonstruktion eines Tankschiffes mit mit Wasser oder Druckluft gefüllten Schläuchen zwischen Außen- und Innenhülle,35 shows a vertical detail section through the outer side wall of a structure of the hull construction of a tanker ship with hoses filled with water or compressed air between the outer and inner hull,
Fig. 36 eine Integration eines erfindungsgemäßen, gebündelten Röhrentragwerks, das aus geschweißten Kastenprofilen aufgebaut ist, mit einer zweischaligen Hüllkonstruktion,36 shows an integration of a bundled tubular support structure according to the invention, which is constructed from welded box profiles, with a double-shell envelope structure,
Fig. 37 eine isometrische Übersicht über eine zweischalige Hüllkonstruktion mit einer Innenhülle als einachsig gekrümmtes Membrantragwerk und einer durch regelmäßig angeordnete Schlitze perforierten Außenhülle,37 is an isometric overview of a double-shell envelope construction with an inner envelope as a uniaxially curved membrane structure and an outer envelope perforated by regularly arranged slots,
Fig. 38 eine isometrische Übersicht über eine zweischalige38 is an isometric overview of a two-shell
Hüllkonstruktion mit einer Innenhülle als zweiachsig gekrümmtes Membrantragwerk und einer durch punktförmig angeordnete Öffnungen perforierten Außenhülle,Shell construction with an inner shell as a biaxially curved membrane structure and an outer shell perforated through punctiform openings,
Fig. 39 eine isometrische Übersicht über eine zweischalige Hüllkonstruktion mit einer Innenhülle als dreiecksförmiges Membrantragwerk und einer durch punktförmig angeordnete Öffnungen perforierten Außenhülle,39 is an isometric overview of a double-shell envelope construction with an inner envelope as a triangular membrane structure and one through punctiform openings perforated outer shell,
Fig. 40 einen schematischen Querschnitt durch eine sogbewirkende, punktförmige Öffnung in der Außenhülle zur Beeinflussung des Strömungswiderstands,40 shows a schematic cross section through a so-called, punctiform opening in the outer shell for influencing the flow resistance,
Fig. 41 eine isometrische Darstellung einer sogbewirkenden, punktförmigen Öffnung in der Außenhülle zur Beeinflussung des Strömungswiderstands,41 is an isometric illustration of a so-called punctiform opening in the outer shell for influencing the flow resistance,
Fig. 42 einen schematischen Querschnitt durch eine staudruckbewirkende, punktförmige Öffnung in der Außenhülle zur Beeinflussung des Strömungswiderstands,42 shows a schematic cross section through a punctiform opening in the outer shell which effects dynamic pressure, in order to influence the flow resistance,
Fig. 43 eine isometrische Darstellung einer staudruckbewirkenden, punktförmigen Öffnung in der Außenhülle zur Beeinflussung des Strömungswiderstands,43 is an isometric illustration of a punctiform opening in the outer shell which has the effect of dynamic pressure, in order to influence the flow resistance,
Fig. 44 einen schematischen Querschnitt durch eine sogbewirkende, linienförmige Öffnung in der Außenhülle zur Beeinflussung des Strömungswiderstands,44 shows a schematic cross section through a so-called line-shaped opening in the outer shell for influencing the flow resistance,
Fig. 45 eine isometrische Darstellung einer sogbewirkenden, linienförmigen Öffnung in der Außenhülle zur Beeinflussung des Strömungswiderstands,45 is an isometric illustration of a so-called line-shaped opening in the outer shell for influencing the flow resistance,
Fig. 46 einen schematischen Querschnitt durch eine staudruckbewirkende, linienförmige Öffnung in der Außenhülle zur Beeinflussung des Strömungswiderstands, und Fig. 47 eine isometrische Darstellung einer staudruckbewirkenden, linienförmigen Öffnung in der Außenhülle zur Beeinflussung des Strömungswiderstands.FIG. 46 shows a schematic cross section through a line-shaped opening in the outer shell, which effects dynamic pressure, in order to influence the flow resistance, and 47 shows an isometric illustration of a line-shaped opening in the outer shell that effects back pressure, in order to influence the flow resistance.
In den Figuren sind unterschiedliche Ausgestaltungen von Schiffen, Booten und Unterseebooten mit einer Rumpfkonstruktion dargestellt, deren tragendes Gerüst als ein in sich vollständiges Tragwerk in Skelettbauweise, das in Längs- und Querrichtung aus Rahmenträgern und/ oder Fachwerkträgern besteht, ausgebildet ist, wobei die Hüllkonstruktion das Tragwerk ganz oder teilweise umschließt und von der globalen Tragfunktion im wesentlichen befreit ist.In the figures, different designs of ships, boats and submarines with a hull construction are shown, the load-bearing scaffold of which is designed as a completely self-supporting structure in a skeleton construction, which consists of frame girders and / or truss girders in the longitudinal and transverse directions, the shell structure being that Completely or partially encloses the structure and is essentially freed from the global support function.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Übersicht eines erfindungsgemäßen, leichten Frachtschiffes. Das Tragwerk ist als Skelettkonstruktion 1 ausgebildet. Es besteht aus Fachwerkträgern, die in Längsrichtung 110 angeordnet sind und die Bordwände und den Schiffsboden definieren. Fachwerkträger in Querrichtung 111 steifen den nach oben offenen Schiffsrumpf 3 aus. Die Fachwerkkonstruktion 11 des Rümpftragwerkes 1 ist aus Rechteckhohlprofilen aus Stahl 152 aufgebaut. An den Knotenpunkten der Fachwerkträger 110, 111 werden die Hohlprofile untereinander verschraubt oder verschweißt. Weitgehend alle Stäbe der Fachwerkkonstruktion 11 sind gleich lang und schneiden sich unter gleichen Winkeln, sodass die einzelnen Tragglieder der Skelettkonstruktion 1 seriell vorgefertigt werden können. Die Hüllkonstruktion 2 ist mehrschalig ausgebildet und besteht aus einer Außenhülle 20, die als Edelstahlhaut 200 vorgesehen ist und einer Innenhülle 22, die als geschweißte Stahlkonstruktion den Frachtraum 302 umgibt. Das Zwischentragwerk 21 zwischen der Außenhülle 20 und der Innenhülle 22 besteht aus Formkörpern aus geschäumtem Kunststoff 214. Die Edelstahlhaut 200 ist mit den Formkörpern 214 verklebt. Der Schiffsrumpf 3 besitzt mehrere hintereinander liegende, nach oben offene Frachträume 302 und ein Ruderhaus 330. Die erfindungsgemäße Bauweise für ein Frachtschiff nach Fig. 1 hat mehrere Vorteile. Die Verwendung industriell vorgefertigter Hohlprofile, die mit einer standardisierten Verbindungstechnik gefügt werden, ermöglicht die wirtschaftliche Herstellung der tragenden Skelettkonstruktion. Die mehrschalige Hüllkonstruktion 2 kann jeweils optimal an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden. Sie besteht aus einer Innenhülle 22, die als robuste Stahlhülle 220 den Frachtraum 302 auskleidet und aus einer wartungsfreien Außenhülle 20, die als dünne Edelstahlhaut 200 ausgebildet ist und durch Füllelemente aus Kunststoffschaum 214 stabilisiert wird. Der mehrschalige Aufbau der Hüllkonstruktion 2 verhindert ein Leckschlagen des Schiffsrumpfes 3, wenn z.B. die Edelstahlhaut 200 beschädigt wird. Ein Leck in der Außenhaut kann leicht repariert werden und beeinträchtigt nicht die Sicherheit des Schiffes. Zusätzliche Maßnahmen, wie örtliche Verstärkungen an Bug und Heck, sowie eine umlaufende Scheuerleiste, die zeichnerisch nicht dargestellt sind, verhindern die Beschädigungen der vorgeschlagenen, dünnwandigen Edelstahlhaut 200.Fig. 1 shows a perspective overview of a light cargo ship according to the invention. The structure is designed as a skeleton structure 1. It consists of truss girders, which are arranged in the longitudinal direction 110 and define the side walls and the ship's bottom. Truss girders in the transverse direction 111 stiffen the hull 3, which is open at the top. The truss structure 11 of the hull support structure 1 is constructed from rectangular hollow sections made of steel 152. The hollow sections are screwed or welded to one another at the nodes of the truss girders 110, 111. For the most part, all the bars of the truss structure 11 are of the same length and intersect at the same angles, so that the individual supporting members of the skeleton structure 1 can be prefabricated in series. The envelope structure 2 is of multi-shell construction and consists of an outer envelope 20, which is provided as a stainless steel skin 200, and an inner envelope 22, which surrounds the cargo hold 302 as a welded steel structure. The intermediate structure 21 between the outer shell 20 and the inner shell 22 consists of molded bodies made of foamed plastic 214. The stainless steel skin 200 is glued to the molded bodies 214. The hull 3 has a plurality of cargo compartments 302 and 1, one behind the other, which are open at the top Wheelhouse 330. The design according to the invention for a cargo ship according to FIG. 1 has several advantages. The use of industrially prefabricated hollow profiles, which are joined with a standardized connection technology, enables the economical production of the load-bearing skeleton construction. The multi-shell envelope structure 2 can be optimally adapted to different requirements. It consists of an inner shell 22 which lines the cargo hold 302 as a robust steel shell 220 and of a maintenance-free outer shell 20 which is designed as a thin stainless steel skin 200 and is stabilized by filling elements made of plastic foam 214. The multi-layer structure of the hull construction 2 prevents the hull 3 from leaking if, for example, the stainless steel skin 200 is damaged. A leak in the outer skin can be easily repaired and does not affect the safety of the ship. Additional measures, such as local reinforcements at the bow and stern, and a circumferential rubbing strip, which are not shown in the drawing, prevent damage to the proposed thin-walled stainless steel skin 200.
Fig. 2 bis Fig. 4 zeigen unterschiedliche Formen nach oben offener Schiffsrümpfe 3 mit einer zweischaligen Hüllkonstruktion 2 im schematischen Querschnitt. Die Strukturform eines offenen Hohlprofils eignet sich für eine Vielzahl von Boots- und Schiffskonstruktionen, bei denen kein durchgehendes Deck vorhanden ist. Die Verbindung der beiden Bordwände erfolgt durch einzelne Koppelstäbe - bei einem Ruderboot z.B. durch ein Sitzbrett.FIGS. 2 to 4 show different shapes of ship hulls 3 open at the top with a double-shell hull construction 2 in a schematic cross section. The structural shape of an open hollow profile is suitable for a large number of boat and ship constructions in which there is no continuous deck. The two side walls are connected by individual coupling rods - e.g. in a rowing boat through a seat board.
Fig. 5 bis Fig. 7 zeigen unterschiedliche Formen geschlossener Röhrentragwerke 12 für Schiffsrümpfe, jeweils im schematischen Querschnitt. Fig. 5 zeigt ein Röhrentragwerk mit dreieckigem Querschnitt 120, Fig. 6 zeigt ein Röhrentragwerk mit rundem Querschnitt 122 und Fig. 7 ein Röhrentragwerk mit viereckigem Querschnitt 121. Das geschlossene Röhrentragwerk 12 ist wesentlich steifer als die in Fig. 2 bis Fig. 4 gezeigten, nach oben offenen Hohlprofilquerschnitte. Bei einem polygonen Röhrentragwerk 121 sind alle Seiten durch in Längsrichtung angeordnete Fachwerkträger 110 oder Fachwerkträger in Querrichtung 111 miteinander verbunden. Um eine maximale Steifigkeit der Rumpfkonstruktion zu erhalten, ist die konstruktive Masse auf die in Längsrichtung verlaufenden Gurtprofile des polygonen Röhrentragwerkes 121 konzentriert.5 to 7 show different forms of closed tubular structures 12 for ship hulls, each in a schematic cross section. 5 shows a tubular structure with a triangular cross section 120, FIG. 6 shows a tubular structure with a round cross section 122 and FIG. 7 shows a tubular structure with a square cross section Cross section 121. The closed tubular support structure 12 is substantially stiffer than the hollow profile cross sections shown in FIGS. 2 to 4 which are open at the top. In the case of a polygonal tubular structure 121, all sides are connected to one another by truss girders 110 arranged in the longitudinal direction or truss girders in the transverse direction 111. In order to obtain maximum rigidity of the fuselage construction, the structural mass is concentrated on the longitudinal belt profiles of the polygonal tubular structure 121.
Fig. 8 bis Fig. 11 zeigen unterschiedliche gebündelte Röhrentragwerke 13 und ein Rohr-im-Rohr-Tragwerk 14 in Fig. 11. Der schematische Querschnitt in Fig. 8 ist eine sehr leistungsfähige Strukturform für Fracht- und Tankschiffe. Fig. 9 zeigt dagegen den T-förmigen Querschnitt einer Rumpfkonstruktion für ein Passagierschiff. Drei Röhren bilden einen pontonförmigen unteren Rumpfabschnitt mit einem breiten Deck. Das Tragwerk der Decksaufbauten besteht aus zwei weiteren Röhrenquerschnitten, die mit dem unteren Rumpfabschnitt einen T-förmigen Verbundquerschnitt 13 bilden. Die Möglichkeit der Anordnung von Vorbauten 31 im Bereich der Decksaufbauten ist schematisch dargestellt. In dem in Fig. 10 gezeigten Schiffsrumpf sind sechs in sich biege-, schub- und torsionssteife, quadratische Einzelröhren zu einem katamaranförmigen Verbundquerschnitt 13 gebündelt. Fig. 11 schließlich zeigt eine sehr steife Rohr-im-Rohr-Konstruktion 14, bei der eine Vielzahl dreiecksförmiger Fachwerke zu einem zweilagigen Verbundquerschnitt zusammengefasst sind.8 to 11 show different bundled tube structures 13 and a tube-in-tube structure 14 in FIG. 11. The schematic cross section in FIG. 8 is a very powerful structural form for cargo and tank ships. 9, on the other hand, shows the T-shaped cross section of a hull construction for a passenger ship. Three tubes form a pontoon-shaped lower hull section with a wide deck. The structure of the deck structures consists of two further tube cross sections, which form a T-shaped composite cross section 13 with the lower hull section. The possibility of arranging stems 31 in the area of the deck structures is shown schematically. In the ship's hull shown in FIG. 10, six square single tubes which are rigid in themselves against bending, shear and torsion are bundled to form a catamaran-shaped composite cross section 13. 11 shows a very rigid tube-in-tube construction 14 in which a large number of triangular trusses are combined to form a two-layer composite cross section.
Fig. 12 bis Fig. 18 zeigt die Integration erfindungsgemäßer Röhrentragwerke 12, 13 mit unterschiedlichen zwei- oder mehrschaligen Hüllkonstruktionen 2 am Beispiel unterschiedlicher Schiffe. Fig. 12 zeigt ein Passagierschiff mit runden Decksaufbauten 33 im schematischen Seitenriss. Fig. 13 zeigt das Passagierschiff nach Fig. 12 im schematischen Grundriss. Das Röhrentragwerk 12 besteht aus einem viergurtigen Fachwerkträger, der die Tragstruktur für den Schiffsrumpf 3 mit runden Aufbauten 33 bildet. Der nach hydrodynamischen Gesichtspunkten geformte Bug und das Heck sind als schalenförmige Bauteile an das primäre Tragwerk in Skelettbauweise 1 angehängt. Fig. 14, Fig. 15 und 16 zeigen die Integration eines Röhrentragwerkes 12 mit einem erfindungsgemäßen Passagierschiff mit eckigen Decksaufbauten 33 im schematischen Grundriss, Seitenriss und Aufriss von vorne. Das Röhrentragwerk 12 ist aus längs angeordneten Fachwerkträgern 110 und quer angeordneten Fachwerkträgern 111 aufgebaut, die in Fahrtrichtung sechs steife Zellen bilden. Die Hüllkonstruktion und der gesamte Ausbau sind von der globalen Tragfunktion befreit und stellen jeweils sekundäre Systemkonstruktionen dar. Fig. 17 und Fig. 18 zeigen die Integration eines gebündelten Röhrentragwerkes 13 mit einer zwei- oder mehrschaligen Hüllkonstruktion 2 am Beispiel eines erfindungsgemäßen Tankschiffes. Die Biegesteifigkeit des Schiffsrumpfes 3 wird durch drei parallele, in Längsrichtung verlaufende Fachwerkträger 110 hergestellt. Fachwerkträger in Querrichtung 111 stellen die Torsionssteifigkeit sicher und dienen der Lastverteilung.FIGS. 12 to 18 show the integration of tube structures 12, 13 according to the invention with different double or multi-shell envelope structures 2 using the example of different ships. 12 shows a passenger ship with round deck structures 33 in a schematic side view. FIG. 13 shows the passenger ship according to FIG. 12 in a schematic plan view. The Tube structure 12 consists of a four-belt truss, which forms the support structure for the ship's hull 3 with round structures 33. The bow, which is shaped from a hydrodynamic point of view, and the stern are attached to the primary structure in skeleton construction 1 as shell-shaped components. 14, FIGS. 15 and 16 show the integration of a tubular structure 12 with a passenger ship according to the invention with angular deck structures 33 in a schematic plan view, side view and front elevation. The tubular structure 12 is constructed from longitudinally arranged truss girders 110 and transversely arranged truss girders 111, which form six rigid cells in the direction of travel. The hull construction and the entire expansion are freed from the global supporting function and each represent secondary system constructions. FIGS. 17 and 18 show the integration of a bundled tubular structure 13 with a double or multi-shell hull construction 2 using the example of a tanker according to the invention. The bending stiffness of the ship's hull 3 is produced by three parallel truss girders 110 running in the longitudinal direction. Truss girders in the transverse direction 111 ensure torsional rigidity and serve to distribute the load.
Fig. 19 und Fig. 20 zeigen ein erfindungsgemäßes Frachtschiff mit einem Tragwerk in Skelettbauweise 1, das aus Fachwerkträgern in Längs- und Querrichtung 110, 111 aufgebaut ist und zusammen mit einer mehrschaligen Hüllkonstruktion 2 den Schiffsrumpf bildet.19 and 20 show a cargo ship according to the invention with a supporting structure in skeleton construction 1, which is constructed from truss girders in the longitudinal and transverse directions 110, 111 and forms the ship's hull together with a multi-shell hull construction 2.
Fig. 19 zeigt das Tragwerk in Skelettbauweise 1 in isometrischer Übersicht, während Fig. 20 die Integration des Tragwerkes 1 mit der mehrschaligen Hüllkonstruktion 2 in isometrischer Abwicklung darstellt. Die Gurt- und Diagonalstäbe der Fachwerkkonstruktion 11 bestehen aus schichtverleimtem Holz 18 und werden mittels standardisierter Knotenkörper aus Stahl untereinander verbunden. Die mehrschalige Hüllkonstruktion 2 besteht aus einer Außenhülle 20 aus glasfaserverstärktem Kunststoff 203, während die Innenhülle 22 von robusten Holzwänden 222 und einem robusten Holzboden 222 gebildet wird. Zwischen Innenhülle 22 und Außenhülle 20 befindet sich ein Zwischentragwerk 21, das von Paneelen aus Holz oder Kunststoff 215 gebildet wird. Da ein Holzschiff niemals vollkommen dicht ist, wird vorgeschlagen, zwischen Innen- und Außenhülle 20, 22 zusätzlich eine wasserdichte Folie aus Kunststoff oder Metall einzubauen.FIG. 19 shows the structure in skeleton construction 1 in an isometric overview, while FIG. 20 shows the integration of the structure 1 with the multi-shell envelope structure 2 in an isometric development. The belt and diagonal bars of the truss structure 11 consist of layer-glued wood 18 and are connected to one another by means of standardized steel knot bodies. The multi-shell casing structure 2 consists of an outer casing 20 made of glass fiber reinforced plastic 203, while the inner shell 22 is formed by robust wooden walls 222 and a robust wooden floor 222. Between the inner shell 22 and outer shell 20 is an intermediate structure 21, which is formed by panels made of wood or plastic 215. Since a wooden ship is never completely sealed, it is proposed to additionally install a waterproof film made of plastic or metal between the inner and outer hulls 20, 22.
Fig. 21 und Fig. 22 zeigen die Integration eines erfindungsgemäßen Röhrentragwerkes 12 mit der mehrschalig aufgebauten und räumlich differenzierten Hüllkonstruktion 2 eines Kreuzfahrtschiffes.21 and 22 show the integration of a tubular support structure 12 according to the invention with the multi-layered and spatially differentiated envelope structure 2 of a cruise ship.
Fig. 21 zeigt ein viergurtiges Röhrentragwerk 12, das aus längs angeordneten Fachwerkträgern 110 und quer angeordneten Fachwerkträgern 111 besteht. Die längs angeordneten, stehenden Fachwerkträger 110 sind etwa in der Ebene der Außenbordwand angeordnet, während die liegend angeordneten Fachwerkträger in Längsrichtung 110 den Schiffsboden und das Oberdeck definieren. Das Röhrentragwerk 12 bildet eine primäre Tragkonstruktion für den Schiffsrumpf, bei der die konstruktive Masse auf die in den vier Ecken angeordneten Gurtstäbe konzentriert ist. Diese Ausbildung der Skelettkonstruktion 1 vereint größtmögliche Steifigkeit des Tragwerkes mit minimalem Materialeinsatz. Das Tragwerk ist deshalb sehr wirtschaftlich, weil die Tragkonstruktion für sich betrachtet nur einen Bruchteil herkömmlicher Schalentragwerke für den Rumpf wiegt. Das röhrenförmige Stahltragwerk 15 ist aus hohlkastenförmigen, geschweißten Stahlträgern 152 zusammengesetzt. Fig. 22 zeigt die Integration des Tragwerks 1 nach Fig. 21 mit einer ein- und mehrschaligen Hüllkonstruktion 2. Über einem Zwischendeck erhebt sich ein siebengeschossiger Wohntrakt 300. Jeweils auf der Steuerbord- und Backbordseite sind sechs Aussparungen 32 vorgesehen, die quer zur Fahrtrichtung in den Schiffsrumpf 3 eingeschnitten sind. Diese Aussparungen 32 können als durchgehende Queröffnungen 323, als offene Lichthöfe 322, als einfach verglaste Wintergärten 321 oder als isolierverglaste Atrien 320 ausgebildet werden. Das primäre Tragwerk in Skelettbauweise 1 bietet zusammen mit einer davon unabhängigen mehrschaligen Hüllkonstruktion 2 Freiheitsgrade für die Anordnung und Ausbildung der Wohnräume 300, die bisher bei21 shows a four-belt tubular structure 12, which consists of longitudinally arranged truss girders 110 and transversely arranged truss girders 111. The longitudinally arranged, vertical truss girders 110 are arranged approximately in the plane of the outer side wall, while the truss girders arranged horizontally define the ship's floor and the upper deck in the longitudinal direction 110. The tubular support structure 12 forms a primary support structure for the ship's hull, in which the structural mass is concentrated on the belt rods arranged in the four corners. This design of the skeleton structure 1 combines the greatest possible rigidity of the structure with minimal use of materials. The structure is very economical because the structure alone weighs only a fraction of conventional shell structures for the fuselage. The tubular steel structure 15 is composed of hollow box-shaped, welded steel beams 152. FIG. 22 shows the integration of the supporting structure 1 according to FIG. 21 with a single-layer and multi-layer shell structure 2. A seven-story residential wing 300 rises above an intermediate deck. Six recesses 32 are provided on the starboard and port side, which are transverse to the direction of travel in the Ship hull 3 are cut. These cutouts 32 can be designed as continuous transverse openings 323, as open atriums 322, as single-glazed winter gardens 321 or as insulated-glazed atriums 320. The primary structure in skeleton construction 1, together with an independent, multi-layered shell structure, offers 2 degrees of freedom for the arrangement and design of the living spaces 300, which were previously used
Kreuzfahrtschiffen aus konstruktiven Gründen nicht möglich waren. Aus bisher üblichen Kabinen werden Wohnungen 300 mit einer Wohnfläche zwischen 30 und 60 qm mit Küche, Bad und Balkon, sodass alle Voraussetzungen für einen dauerhaften Aufenthalt auf dem Schiff gegeben sind. Der pontonartige untere Abschnitt der Rumpfkonstruktion mit dem nach hydrodynamischen Gesichtspunkten geformten Unterwasserschiff ist durch Längs- und Querwände und Zwischendecks in einzelne Sicherheitsschotts geteilt - die Hülle 2 ist in diesem Bereich ein oder zweilagig ausgebildet.Cruise ships were not possible for design reasons. Previously common cabins became apartments 300 with a living space between 30 and 60 sqm with kitchen, bathroom and balcony, so that all the requirements for a permanent stay on the ship are met. The pontoon-like lower section of the fuselage structure with the underwater hull shaped according to hydrodynamic aspects is divided into longitudinal and transverse walls and intermediate decks into individual safety bulkheads - the shell 2 is formed in one or two layers in this area.
Fig. 23 zeigt das Kreuzfahrtschiff nach Fig. 21 und Fig. 22 in einer perspektivischen Abwicklung. Die Integration des Röhrentragwerkes 12 mit den räumlich gegliederten Wohnaufbauten 300 wird hier besonders deutlich.FIG. 23 shows the cruise ship according to FIGS. 21 and 22 in a perspective development. The integration of the tubular structure 12 with the spatially structured residential structures 300 is particularly clear here.
Fig. 24 zeigt die Integration eines gebündelten Röhrentragwerkes 13 mit runden Decksaufbauten 33. Das Tragwerk in Skelettbauweise 1 hat einen T-förmigen Querschnitt und setzt sich insgesamt aus fünf in Fahrtrichtung gebündelten Fachwerkröhren zusammen. Die Diagonalverbände sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Bei diesem Beispiel wird ebenfalls die gesamte Höhe des Schiffsrumpfes 3 für die Aufnahme der Biegemomente herangezogen. Das die Tragfunktion übernehmende primäre Tragwerk in Skelettbauweise 1 eröffnet einen großen Gestaltungsspielraum, der hier für die Ausbildung von Decksaufbauten 33 mit runden Vorbauten 31, Auskragungen 311 und Baikonen 310 genutzt wird, die eine Rundumaussicht auf das umgebende Meer von jedem Wohngeschoss aus ermöglichen. Deutlich erkennbar ist der pontonförmige untere Rumpfabschnitt .24 shows the integration of a bundled tubular structure 13 with round deck structures 33. The framework in skeleton construction 1 has a T-shaped cross section and is composed of a total of five truss tubes bundled in the direction of travel. The diagonal associations are not shown for reasons of clarity. In this example, the entire height of the hull 3 is also used to absorb the bending moments. The primary structure in skeleton construction 1, which assumes the load-bearing function, opens up a great deal of design freedom, which is used here for the formation of deck structures 33 with round stems 31, projections 311 and construction icons 310 which enable a panoramic view of the surrounding sea from every floor. The pontoon-shaped lower fuselage section is clearly recognizable.
Fig. 25 bis Fig. 27 zeigen die Integration unterschiedlicher erfindungsgemäßer gebündelter Röhrentragwerke 13 mit einer zweischaligen Hüllkonstruktion 2 eines Tankschiffes. Fig. 25 zeigt ein gebündeltes Röhrentragwerk 13, das aus zwei Rahmenröhren aufgebaut ist. Gurtprofile und Pfosten dieses Rahmentragwerkes 10 bestehen aus geschweißten Kastenprofilen 152. Die Steifigkeit des Rumpfes wird über drei in Fahrtrichtung angeordnete Rahmenträger 100 sichergestellt. Rahmenträger in Querrichtung 101 sorgen für die nötige Torsionssteifigkeit und dienen der Lastverteilung. Zur Aufnahme von Biegezug- und Biegedruckkräften sind die Knotenpunkte der sich kreuzenden Rahmenträger gevoutet ausgebildet. Fig. 26 zeigt ein Stahltragwerk 15, das aus Rundhohlprofilen 152 aufgebaut ist und Fachwerkträger in Längs- und Querrichtung 110, 111 besitzt. Im Vergleich zu dem in Fig. 33 dargestellten Tragwerk handelt es sich hier um eine extrem steife Fachwerkkonstruktion 11, deren einzelne Tragglieder in erster Linie durch Normalkraft beansprucht werden. Fig. 27 zeigt ein gebündeltes Röhrentragwerk 13, das aus hohlkastenförmigen Traggliedern aus Spannbeton zusammengesetzt ist. Das gebündelte Röhrentragwerk 13 besteht aus zwei gekoppelten Röhren mit rechteckigem Querschnitt. Die Tragglieder der Rahmenröhre sind als Verbundkonstruktion aus Stahl und Beton 16 ausgebildet. Pressluftbefüllte Druckkammern 218 geben den Wasserdruck an ein innen liegendes, vorwiegend zugbeanspruchtes Membrantragwerk weiter. Die Außenhülle 20 besteht bei allen drei Beispielen aus Spannbändern aus Stahl 202, die in Querrichtung über das primäre Tragwerk in Skelettbauweise 1 gespannt und untereinander verschweißt werden. Fig. 28 zeigt das Tankschiff nach Fig. 27 im schematischen Querschnitt und Fig. 29 in der perspektivischen Abwicklung. Das gebündelte Röhrentragwerk 13 wird aus hohlkastenförmigen Traggliedern 171 aus Spannbeton 170 hergestellt. Die hohlkastenförmigen Tragglieder 171 sind mittels biegesteifer Eckverbindungen zu einer gebündelten Rahmenröhre 13 verbunden. Der Schiffsrumpf verfügt über jeweils fünf backbordseitige und steuerbordseitige Tankräume 303, die durch eine zweischalige Längswand 24 und sechs zweischalige Querwände 25 gegeneinander abgeschottet sind. Die hohlkastenförmigen Tragglieder 171 sind begehbar und dienen der Installationsführung. Zwischen der Außenhülle 20 und der Innenhülle 21 sind pressluftbefüllte Kammern 218 vorgesehen, die den Wasserdruck von einer nach hydrodynamischen Gesichtspunkten geformten Außenhülle 20 an eine vorwiegend zugbeanspruchte, membranartige Innenhülle 22 weiterleiten.25 to 27 show the integration of different bundled tubular structures 13 according to the invention with a double-shell casing structure 2 of a tanker. 25 shows a bundled tubular support structure 13 which is constructed from two frame tubes. Belt profiles and posts of this frame structure 10 consist of welded box profiles 152. The rigidity of the fuselage is ensured by three frame beams 100 arranged in the direction of travel. Frame beams in the transverse direction 101 provide the necessary torsional rigidity and serve to distribute the load. The nodes of the intersecting frame beams are haunched to absorb bending tensile and compressive forces. Fig. 26 shows a steel structure 15, which is constructed from round hollow profiles 152 and has truss girders in the longitudinal and transverse directions 110, 111. In comparison to the supporting structure shown in FIG. 33, this is an extremely rigid truss construction 11, the individual supporting members of which are primarily stressed by normal force. Fig. 27 shows a bundled tubular structure 13, which is composed of hollow box-shaped support members made of prestressed concrete. The bundled tube structure 13 consists of two coupled tubes with a rectangular cross section. The support members of the frame tube are constructed as a composite structure made of steel and concrete 16. Compressed air-filled pressure chambers 218 pass the water pressure on to an internal, predominantly tensile membrane structure. The outer shell 20 consists in all three examples of tensioning bands made of steel 202, which are tensioned in the transverse direction over the primary structure in skeleton construction 1 and welded to one another. 28 shows the tanker according to FIG. 27 in a schematic cross section and FIG. 29 in a perspective development. The bundled tubular structure 13 is made of hollow box-shaped support members 171 made of prestressed concrete 170. The hollow box-shaped support members 171 are connected to a bundled frame tube 13 by means of rigid corner connections. The ship's hull has five port-side and starboard-side tank compartments 303, which are sealed off from one another by a double-shell longitudinal wall 24 and six double-shell transverse walls 25. The hollow box-shaped support members 171 are accessible and serve to guide the installation. Compressed air-filled chambers 218 are provided between the outer shell 20 and the inner shell 21, which transfer the water pressure from an outer shell 20 shaped according to hydrodynamic considerations to a membrane-like inner shell 22 which is predominantly subjected to tensile stress.
Fig. 30 zeigt den Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes U-Boot. Das Tragwerk in Skelettbauweise 1 ist als Röhrentragwerk 12 mit längs und quer verlaufenden Fachwerkträgern 110, 111 ausgebildet. In den Ecken des quadratischen Rohrquerschnitts befinden sich die Gurte des Stahltragwerkes 15, die als kreuzförmige, zusammengesetzte Querschnitte 151 ausgebildet sind. Die diagonal verlaufenden Fachwerkstäbe sind als Walzprofile 150 vorgesehen. Die zweischalige Hüllkonstruktion 2 besteht aus einer Außenhülle 20, die als geschweißte Stahlhülle 201 ausgebildet ist und einer Innenhülle 22, die ebenfalls aus einer geschweißten Stahlhülle 220 besteht. Das Zwischentragwerk 21 besteht aus längs und quer angeordneten Stegblechen, die mit der Außenhülle 20 und der Innenhülle 22 verschweißt werden und eine Zellenstruktur 210 bilden. Der schematische Schnitt zeigt einen vielfältig nutzbaren Innenraum 30. Fig. 31 zeigt die Integration eines erfindungsgemäßen gebündelten Röhrentragwerkes 13 aus Stahl 15 mit einer zweischaligen Hüllkonstruktion 2 eines Tankschiffes im schematischen Querschnitt. Ein steuerbordseitiger und ein backbordseitiger Tank 303 sind jeweils allseitig von einer zweischaligen Hüllkonstruktion umgeben. Die Hüllkonstruktion umfasst den Schiffsboden, die linke und die rechte Bordwand, das Deck und zweischalig ausgebildete Längswände 24 und zweischalige Querwände 25, die jeweils aus einer Außenhülle 20, einer Innenhülle 22 und einem Zwischentragwerk 21 bestehen. Die Außenhülle aus Stahl 201 ist mit der Innenhülle aus Stahl 220 mittels längs und quer verlaufender, gelochter Stegbleche, die eine Zellenstruktur 210 bilden, verbunden. Die Zellen 210 können mit Druckluft befüllt werden und bilden Druckkammern 218, die den Wasserdruck vom Schiffsboden und den Seitenbordwänden an die Innenhülle 22 weiterleiten. Die Druckkammern 218 sind abschnittsweise gegeneinander abgeschottet, sodass bei einer Havarie immer nur eine Kammer betroffen ist. Die Ausbildung der Außenhülle 20 und der Innenhülle 22 als vorwiegend zugbeanspruchte Membranen ermöglicht einen Leichtbau, der bisher bei Tankschiffen nicht möglich war. Das Sicherheitskonzept durch viele voneinander unabhängige Druckkammern 218 ist redundant.30 shows the cross section through a submarine according to the invention. The structure in skeleton construction 1 is designed as a tubular structure 12 with longitudinal and transverse truss girders 110, 111. In the corners of the square tube cross section are the straps of the steel structure 15, which are designed as cross-shaped, composite cross sections 151. The diagonally running truss bars are provided as rolled sections 150. The double-shell casing structure 2 consists of an outer casing 20, which is designed as a welded steel casing 201, and an inner casing 22, which likewise consists of a welded steel casing 220. The intermediate structure 21 consists of longitudinally and transversely arranged web plates which are welded to the outer shell 20 and the inner shell 22 and form a cell structure 210. The schematic section shows a versatile interior 30. Fig. 31 shows the integration of a bundled tubular structure 13 according to the invention made of steel 15 with a two-shell casing structure 2 of a tanker in a schematic cross section. A starboard-side and a port-side tank 303 are each surrounded on all sides by a double-shell casing structure. The envelope structure comprises the ship's floor, the left and the right side wall, the deck and double-shell longitudinal walls 24 and double-shell transverse walls 25, each of which consists of an outer shell 20, an inner shell 22 and an intermediate structure 21. The outer shell made of steel 201 is connected to the inner shell made of steel 220 by means of longitudinal and transverse perforated web plates which form a cell structure 210. The cells 210 can be filled with compressed air and form pressure chambers 218 which transmit the water pressure from the ship's bottom and the side walls to the inner shell 22. The pressure chambers 218 are sealed off from one another in sections, so that only one chamber is affected in the event of an accident. The design of the outer shell 20 and the inner shell 22 as predominantly tensile membranes enables lightweight construction that was previously not possible with tankers. The safety concept through many independent pressure chambers 218 is redundant.
Fig. 32 zeigt die Integration eines erfindungsgemäßen gebündelten Röhrentragwerkes 13, das als Verbundkonstruktion aus Stahl und Beton 16 ausgebildet ist mit einer zweischaligen Hüllkonstruktion 2. Die Hüllkonstruktion besteht aus einer vorgespannten Außenhülle aus Spannbändern aus Stahl 202, die in Querrichtung um das Tragwerk 1 gespannt und untereinander verschweißt werden. Die Innenhülle 22 besteht ebenfalls aus vorgespannten Stahlbändern 221, die die Tankwand bilden. In dem Zwischenraum 21 zwischen Außenhülle 20 und Innenhülle 22 befindet sich das gebündelte Röhrentragwerk 13. Eine leichte Fachwerkkonstruktion 211 dient als Zwischentragwerk 21 und verbindet die Spannbänder 202 der Außenhülle 20 mit den Spannbändern 221 der Innenhülle 22. Auf diese Weise wird für die Hüllkonstruktion 2 ein sehr steifes, leichtes, räumliches Verbundtragwerk, bei dem stabförmige und flächenförmige Elemente zusammenwirken, hergestellt, das die Stabilität im Bereich des Schiffsbodens, der Außenbordwände, des Deckes, der Längswände 24 und der Querwände 25 sicherstellt. Durch Wartungs- und Revisionsgänge 217, die auch der Medienversorgung dienen, ist der Zwischenraum begehbar.Fig. 32 shows the integration of a bundled tubular structure 13 according to the invention, which is designed as a composite structure made of steel and concrete 16 with a double-shell envelope structure 2. The envelope structure consists of a prestressed outer shell made of tensioning bands made of steel 202, which is stretched in the transverse direction around the structure 1 are welded together. The inner shell 22 also consists of prestressed steel strips 221 which form the tank wall. The bundled tubular support structure 13 is located in the intermediate space 21 between the outer cover 20 and the inner cover 22. A light truss structure 211 serves as Intermediate support structure 21 and connects the tensioning straps 202 of the outer shell 20 to the tensioning straps 221 of the inner shell 22. In this way, a very rigid, light, spatial composite structure, in which rod-shaped and sheet-like elements interact, is produced for the shell structure 2, which improves the stability in the area the ship floor, the outer side walls, the deck, the longitudinal walls 24 and the transverse walls 25 ensures. The space in between is accessible through maintenance and inspection passages 217, which also serve to supply the media.
Fig. 33 bis Fig. 35 zeigen vertikale Detailschnitte durch die Außenwand eines erfindungsgemäßen Tankschiffes mit unterschiedlichen Wandaufbauten. Fig. 33 zeigt eine zweischalige Außenhülle 2 mit einer vorgespannten Außenhülle aus Stahl 202 und einer vorgespannten Innenhülle aus Stahl 221. Außen- und Innenhülle stützen sich durch eine leichte Fachwerkkonstruktion 221 gegeneinander ab. In den Eckbereichen erkennt man die Gurtprofile einer Fachwerkkonstruktion 11, die zu einem gebündelten Röhrentragwerk 13 gehört und als Verbundkonstruktion aus Stahl und Beton 16 ausgebildet ist. Um einen Kern aus kreuzförmig zusammengesetzten Walzprofilen 163 sind zwei Ringe mit Rundstahlbewehrung 162 angeordnet. Ein Rundhohlprofil aus Stahl dient als äußere, mittragende verlorene Schalung 160. Der Hohlraum zwischen dem Stahlkern 163 und dem äußeren Stahlmantel 160 ist mit Füllbeton 161 ausgefüllt. Die Spannbänder der Außenhülle liegen auf einer Sattelfläche 230, die sich an den Gurtprofilen abstützt, auf. Etwa auf halber Höhe des Tankraumes befindet sich ein Revisionsgang mit Medienführung 217. Das gebündelte Röhrentragwerk 13 in Fig. 34 entspricht in seinem Aufbau der in Fig. 33 beschriebenen Verbundkonstruktion aus Stahl und Beton. Die zweischalige Hüllkonstruktion besteht hier ebenfalls aus einer Außenhülle 20, die von Spannbändern aus Stahl 202 gebildet wird, und aus einer vorgespannten Innenhülle 22, die ebenfalls aus vorgespannten Spannbändern aus Stahl 221 besteht und über eine Aufhängekonstruktion 231 in Längs- und Querrichtung gegen das primäre Tragwerk in Skelettbauweise 1 vorgespannt wird. Beide Schalen sind durch einen Schaumkern 213 miteinander schubsteif verbunden. Etwa auf halber Höhe des Tanks 304 ist ein Revisionsund Wartungsgang 217 mit kreisförmigem Querschnitt in den Schaumkörper 213 eingelassen. Durch diese Ausführungsvariante ist das Tankschiff im Falle einer Havarie unsinkbar. Selbst wenn die Außenhülle 20 durch Risse oder Löcher beschädigt wird, dringt kein Wasser ins Schiffsinnere ein. Das in Fig. 35 dargestellte Tragwerk zeigt den Ausschnitt eines gebündelten Röhrentragwerkes 13, das als Verbundkonstruktion aus Stahl und Beton 16 ausgebildet ist. Die mehrschalige Hüllkonstruktion 2 besteht aus einer vorgespannten Außenhülle 20 und einer vorgespannten Innenhülle 22, jeweils aus Stahl. Das Zwischentragwerk 21 wird von druckluftbefüllten Pneus 212 in modularer Anordnung gebildet. Die Pneus 212 sind Teil eines Sicherheitskonzeptes, bei dem nach Beschädigung der Außenhülle 20 kein Wasser in den Zwischenraum eindringen kann. Die druckluftbefüllten Pneus 212 dienen im Falle einer Havarie als Auftriebskörper . Bei der Leerfahrt können sie mit Wasser befüllt werden und dienen als Ballasttanks. In dem gezeigten Detailschnitt wird ein modularer Raum, der für die Aufnahme der Pneus 212 vorgesehen ist, als Wartungs- und Revisionsgang 217 genutzt.33 to 35 show vertical detail sections through the outer wall of a tanker according to the invention with different wall structures. 33 shows a double-shell outer shell 2 with a prestressed outer shell made of steel 202 and a prestressed inner shell made of steel 221. The outer and inner shells are supported against one another by a lightweight truss construction 221. In the corner areas one can see the belt profiles of a truss structure 11, which belongs to a bundled tubular structure 13 and is designed as a composite structure made of steel and concrete 16. Two rings with round steel reinforcement 162 are arranged around a core of cross-shaped rolled sections 163. A round hollow profile made of steel serves as the outer, load-bearing, lost formwork 160. The cavity between the steel core 163 and the outer steel jacket 160 is filled with filler concrete 161. The tensioning straps of the outer cover rest on a saddle surface 230, which is supported on the belt profiles. About halfway up the tank room there is an inspection aisle with media guide 217. The structure of the bundled tubular support structure 13 in FIG. 34 corresponds to the composite structure made of steel and concrete described in FIG. 33. The double-shell casing construction here likewise consists of an outer casing 20, which is formed by tensioning bands made of steel 202, and of a prestressed inner casing 22, which is also made of pre-tensioned straps made of steel 221 and is biased in a longitudinal and transverse direction against the primary structure in skeleton construction 1 via a suspension structure 231. Both shells are connected to one another in a shear-resistant manner by a foam core 213. About halfway up the tank 304, a revision and maintenance passage 217 with a circular cross section is embedded in the foam body 213. This variant of the tanker is unsinkable in the event of an accident. Even if the outer hull 20 is damaged by cracks or holes, water does not enter the inside of the ship. The supporting structure shown in FIG. 35 shows the section of a bundled tubular supporting structure 13, which is designed as a composite construction made of steel and concrete 16. The multi-shell casing structure 2 consists of a prestressed outer casing 20 and a prestressed inner casing 22, each made of steel. The intermediate structure 21 is formed by compressed air-filled tires 212 in a modular arrangement. The tires 212 are part of a safety concept in which, after the outer casing 20 has been damaged, no water can penetrate into the intermediate space. In the event of an accident, the compressed air-filled tires 212 serve as buoyancy bodies. When empty, they can be filled with water and serve as ballast tanks. In the detail section shown, a modular space, which is provided for accommodating the tires 212, is used as a maintenance and inspection aisle 217.
Fig. 36 zeigt die Integration eines gebündelten Röhrentragwerks 13, das als Stahltragwerk 15 aus Hohlkastenprofilen 152 aufgebaut ist. Fachwerkträger in Längsrichtung 110 und Fachwerkträger in Querrichtung 111 bilden ein biege-, schub- und torsionssteifes Primärtragwerk in Skelettbauweise 1. Die Außenhülle 20 besteht aus einem elastischen Stahlblech 202, das unter Vorspannung um das Primärtragwerk 1 gespannt ist. Die Innenhülle 22 ist als zugbeanspruchtes Membrantragwerk ausgebildet und besteht aus kissenförmigen Stahlmembranen 224, die über ein Zwischentragwerk 21 mit dem Primärtragwerk 1 in Verbindung stehen. Dieses Zwischentragwerk 21, die Außenhülle 20 und die Innenhülle 22 bilden eine Vielzahl voneinander unabhängiger Druckkammern 218, die mit Pressluft befüllt sind. Die Pressluftfüllung der Druckkammern 218 stellt sicher, dass der an der Außenhülle 20 anliegende Wasserdruck an die zugbeanspruchten Stahlmembrane 224 weitergegeben wird. Die Innenhülle 22 ist auch die Begrenzung der modular angeordneten Tankräume 303. Durch Ventile und Pumpen kann sichergestellt werden, dass die Druckkammern 218 an den durch die jeweilige Beladungssituation vorgegeben Wasserdruck angepasst werden können. Da viele voneinander unabhängige Druckkammern 218 vorgesehen sind, genügt dieser Aufbau einer zweischaligen Hüllkonstruktion auch sicherheitstechnischen Anforderungen, zumal das dünnwandige Membrantragwerk der Innenhülle 22 durch die umgebenden Tragglieder des Primärtragwerks 1 geschützt ist. In diesem schematischen Querschnitt wurde die hydrodynamische Formgebung des Schiffsrumpfes 3 nicht dargestellt.36 shows the integration of a bundled tubular supporting structure 13, which is constructed as a steel supporting structure 15 from hollow box profiles 152. Truss girder in the longitudinal direction 110 and truss girder in the transverse direction 111 form a rigid, shear and torsion-resistant primary structure in skeleton construction 1. The outer shell 20 consists of an elastic steel sheet 202, which is tensioned around the primary structure 1. The inner shell 22 is designed as a tensile membrane structure and consists of pillow-shaped steel membranes 224, which are connected to the primary structure 1 via an intermediate structure 21. This intermediate structure 21, the outer shell 20 and the inner shell 22 form a plurality of mutually independent pressure chambers 218 which are filled with compressed air. The compressed air filling of the pressure chambers 218 ensures that the water pressure applied to the outer shell 20 is passed on to the tensile steel membrane 224. The inner shell 22 is also the delimitation of the modularly arranged tank spaces 303. It can be ensured by valves and pumps that the pressure chambers 218 can be adapted to the water pressure given by the respective loading situation. Since many mutually independent pressure chambers 218 are provided, this construction of a double-shell envelope structure also meets safety requirements, especially since the thin-walled membrane structure of the inner shell 22 is protected by the surrounding support members of the primary structure 1. The hydrodynamic shape of the hull 3 was not shown in this schematic cross section.
Fig. 37 bis Fig. 39 zeigen unterschiedliche Ausformungen eines Schiffsbodens mit perforierter Außenhülle. Fig. 37 zeigt den Ausschnitt eines Schiffsbodens mit zugbeanspruchter Innenhülle 224 und perforierter Außenhülle 206. Die zylinderförmigen, einachsig gekrümmten Membranflächen der Innenhülle 224 stützen sich auf ein Zwischentragwerk 21, das die Verbindung zum Primärtragwerk in Skelettbauweise 1 herstellt, ab. Die Wasserfüllung 219 zwischen Außenhülle 20 und Innenhülle 22 stellt sicher, dass sich der Wasserdruck unmittelbar am Membrantragwerk 224 der Innenhülle 22 anlegt. Die durch linienförmige Öffnungen 207 perforierte Außenhülle 206 ist aus Spannbändern aus Stahl 202 aufgebaut, die dem Schiffsrumpf eine strömungstechnisch günstige Außenkontur verleihen. Fig. 38 zeigt den Ausschnitt eines Schiffsbodens mit zugbeanspruchter Innenhülle 224 und perforierter Außenhülle 206. Die kissenförmigen, zweiachsig gekrümmten Membranflächen 224 der Innenhülle 22 stützen sich auf ein längs und quer angeordnetes Zwischentragwerk 21, das eine Zellenstruktur 210 bildet, ab. Feine, punktförmige Öffnungen 207 in der Außenhülle 20 durchbrechen die nach strömungstechnischen Gesichtspunkten geformte Außenhaut des Schiffsrumpfes und leiten durch die vorgesehene Wasserfüllung 219 zwischen Außenhülle 20 und Innenhülle 22 den Wasserdruck an das Membrantragwerk 224 der Innenhülle 22. Fig. 39 zeigt den Ausschnitt eines Schiffsbodens mit zugbeanspruchter Innenhülle 224 und perforierter Außenhülle 206. Die kissenförmigen, zweiachsig gekrümmten Membranflächen 224 der Innenhülle 22 stützen sich auf dreiecksförmige Felder einer Fachwerkkonstruktion 11 des Primärtragwerks in Skelettbauweise 1 ab. Die perforierte Außenhülle 206 ist als ebenes, dünnwandiges Lochblech ausgebildet.37 to 39 show different shapes of a ship's bottom with a perforated outer shell. 37 shows the detail of a ship's floor with the inner casing 224 subjected to tensile stress and the perforated outer casing 206. The cylindrical, uniaxially curved membrane surfaces of the inner casing 224 are supported on an intermediate structure 21, which establishes the connection to the primary structure in skeleton construction 1. The water filling 219 between the outer shell 20 and the inner shell 22 ensures that the water pressure is applied directly to the membrane structure 224 of the inner shell 22. The outer casing 206 perforated by line-shaped openings 207 is constructed from tensioning strips made of steel 202, which give the ship's hull an aerodynamically favorable outer contour. 38 shows the detail of a ship's floor with the inner casing 224 subjected to tensile stress and the perforated outer casing 206. The pillow-shaped, biaxially curved membrane surfaces 224 of the inner shell 22 are supported on a longitudinally and transversely arranged intermediate structure 21, which forms a cell structure 210. Fine, punctiform openings 207 in the outer hull 20 break through the outer skin of the ship's hull, which is shaped from a fluidic point of view, and convey the water pressure to the membrane structure 224 of the inner hull 22 through the water filling 219 provided between the outer hull 20 and the inner hull 22. FIG. 39 also shows the detail of a ship's bottom tensile inner shell 224 and perforated outer shell 206. The cushion-shaped, biaxially curved membrane surfaces 224 of the inner shell 22 are based on triangular fields of a framework structure 11 of the primary structure in skeleton construction 1. The perforated outer casing 206 is designed as a flat, thin-walled perforated plate.
Fig. 40 bis Fig. 47 zeigen Zuströmöffnungen 207 und Abströmöffnungen 208 innerhalb einer perforierten Außenhülle 206. Eine entsprechende Formgebung der punkt- und linienförmigen Zu- und Abströmöffnungen 207, 208 bewirkt lokal wirksame Strömungseffekte, durch die der Strömungswiderstand des Schiffsrumpfes positiv beeinflusst werden kann. Der Fahrtrichtungspfeil in den Fig. 40, 42, 44 und 46 verdeutlicht die Sogwirkung an Abströmöffnungen 208 und die Stauwirkung an Zuströmöffnungen 207. In den Fig. 40-43 sind punktförmige Zu- und Abströmöffnungen 207, 208 dargestellt, während die Fig. 44-47 linienförmige Zu- und Abströmöffnungen 207, 208 zeigen. Eine entsprechende Anordnung dieser die Strömung beeinflussenden Öffnungen im Bereich des Unterwasserschiffs kann unter Umständen sicherstellen, dass über zumindest einen Teil der gesamten Länge des Schiffsrumpfes ein laminarer Strömungsverlauf beibehalten wird und dass Wirbelbildungen und Turbulenzen, die den Fahrtwiderstand erheblich erhöhen, vermieden werden. Im folgenden werden die verwendeten Bezugszeichen aufgelistet:40 to 47 show inflow openings 207 and outflow openings 208 within a perforated outer casing 206. A corresponding shaping of the punctiform and linear inflow and outflow openings 207, 208 brings about locally effective flow effects by which the flow resistance of the ship's hull can be positively influenced. 40, 42, 44 and 46 illustrate the suction effect at outflow openings 208 and the accumulation effect at inflow openings 207. FIGS. 40-43 show punctiform inflow and outflow openings 207, 208, while FIGS. 47 show linear inlet and outlet openings 207, 208. A corresponding arrangement of these openings influencing the flow in the area of the underwater ship can, under certain circumstances, ensure that a laminar flow pattern is maintained over at least part of the entire length of the ship's hull and that vortex formation and turbulence, which significantly increase the drag, are avoided. The reference symbols used are listed below:
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104220327A (en) * | 2012-04-11 | 2014-12-17 | 霍坎·罗森 | Marine hull and marine vessel |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AT414118B (en) * | 2003-04-07 | 2006-09-15 | Douet Bernard Ing | MODULE OF A SECURITY CELL FOR TRANSPORT AND TRANSPORT |
| AT6797U3 (en) * | 2004-01-14 | 2005-01-25 | Bernard Ing Douet | MODULE OF A SECURITY CELL FOR TRANSPORTATION BZW. TRANSPORT |
| CN101032997A (en) * | 2006-03-12 | 2007-09-12 | 严建军 | Water grid structure |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2391897A1 (en) * | 1977-05-25 | 1978-12-22 | Poulouin Armand | Boat hull supporting structure - has oblique bars joining front and rear frameworks of similar modules |
| US4138960A (en) * | 1977-04-22 | 1979-02-13 | Bergstrom Lars R | Sailboat construction |
| US5218919A (en) * | 1991-02-19 | 1993-06-15 | Special Projects Research Corp. | Method and device for the installation of double hull protection |
| GB2277291A (en) * | 1993-03-17 | 1994-10-26 | John Michael Pemberton | Building ship or floating structure using ferrocement laminations |
| DE4440058A1 (en) * | 1994-11-10 | 1996-05-15 | Joachim Dr Ing Yi | Catamaran with U=shaped hulls and V=shaped hydrofoils |
| DE19733851A1 (en) * | 1997-08-01 | 1998-04-02 | Vincent Dipl Ing Boell | Base module for construction of ships' hulls of different length and beam |
| DE29812853U1 (en) * | 1998-07-20 | 1998-10-15 | Waldmann, Günter, Dipl.-Ing., 91052 Erlangen | Device for the optimized design and manufacture of boat and ship hulls |
| EP0875447A1 (en) * | 1997-04-29 | 1998-11-04 | Van Schijndel & De Hoog v.o.f. | Method of forming a structure and structure thus formed |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06293286A (en) * | 1993-04-06 | 1994-10-21 | Hitachi Zosen Corp | Liquid-state cargo ship having double hull structure |
-
2001
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-
2002
- 2002-10-16 WO PCT/EP2002/011593 patent/WO2003033339A1/en not_active Ceased
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4138960A (en) * | 1977-04-22 | 1979-02-13 | Bergstrom Lars R | Sailboat construction |
| FR2391897A1 (en) * | 1977-05-25 | 1978-12-22 | Poulouin Armand | Boat hull supporting structure - has oblique bars joining front and rear frameworks of similar modules |
| US5218919A (en) * | 1991-02-19 | 1993-06-15 | Special Projects Research Corp. | Method and device for the installation of double hull protection |
| GB2277291A (en) * | 1993-03-17 | 1994-10-26 | John Michael Pemberton | Building ship or floating structure using ferrocement laminations |
| DE4440058A1 (en) * | 1994-11-10 | 1996-05-15 | Joachim Dr Ing Yi | Catamaran with U=shaped hulls and V=shaped hydrofoils |
| EP0875447A1 (en) * | 1997-04-29 | 1998-11-04 | Van Schijndel & De Hoog v.o.f. | Method of forming a structure and structure thus formed |
| DE19733851A1 (en) * | 1997-08-01 | 1998-04-02 | Vincent Dipl Ing Boell | Base module for construction of ships' hulls of different length and beam |
| DE29812853U1 (en) * | 1998-07-20 | 1998-10-15 | Waldmann, Günter, Dipl.-Ing., 91052 Erlangen | Device for the optimized design and manufacture of boat and ship hulls |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104220327A (en) * | 2012-04-11 | 2014-12-17 | 霍坎·罗森 | Marine hull and marine vessel |
| CN104220327B (en) * | 2012-04-11 | 2017-06-13 | 霍坎·罗森 | Marine Hulls and Marine Vessels |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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