DE3735023A1 - Kollisionsweicher schiffsbug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schiffsbug, der durch seine konstruktive Gestaltung geeignet ist, die bei der Kollision zweier Schiffe auftretende Kollisionsenergie durch seine Kollisionsverformung weitgehend aufzunehmen.

Bei der Kollision zweier Schiffe verursacht das rammende Schiff mit seinem festen Bug in der Regel den Großteil des Kollisionsschadens in der Seite des gerammten Schiffes. Verstärkt wurde diese Gefährdung des gerammten Schiffes durch die Einführung des Wulstbugs in der Schiffahrt, der das gerammte Schiff unter seiner Schwimmwasserlinie trifft in der für konzentrierte Stoßkräfte relativ weichen Außen­ haut, sie durchschlägt und aufreißt, zu Wassereinbruch führt und damit den Totalschaden des gerammten Schiffes herbeiführen kann.

Eine Möglichkeit der Minderung der Kollisionsschäden, wie sie durch den Wulstbug insbesondere hervorgerufen werden, wäre durch die Einführung von Doppelhüllenschiffen entsprechender Außenhautsteifigkeit in der Schiffahrt technisch denkbar; sie scheidet aber aus Kostengründen aus. Die andere Möglichkeit der Minderung der Kollisionsschäden liegt in der konstrukti­ ven Umgestaltung des Schiffsbugs in der Weise, daß im Kolli­ sionsfall die auftretende Kollisionsenergie weitgehend durch die Kollisionsverformung (Knautschung) des Bugs des rammen­ den Schiffes aufgezehrt wird, vom gerammten Schiff nur ein geringer Kollisionsenergieanteil aufgenommen werden muß, der bei großflächigem Einwirken des rammenden Bugs nicht mehr ausreicht, die Außenhaut des gerammten Schiffes zu durch­ stoßen und aufzureißen.

Die für die Verformung (Faltung) einer Stahlplatte aufzu­ bringende Energie ist von der Dicke der Platte abhängig. Je dicker die Platte, umso mehr Energie ist für ihre Faltung erforderlich, d.h. umso mehr Energie verzehrt die Platte bei der Kollisionsverformung (Dissipationsenergie). Die konstruktive Umgestaltung des Schiffsbugs zur Aufnahme eines möglichst großen Energieanteils der Kollision muß also nicht in der Einführung dünner Platten im Vorschiff des Schiffes gesucht werden; im Gegenteil. Der Bug darf nicht "weich" sein im Sinne einer Leichtbaukonstruktion aus dünnen Platten, sondern er muß "kollisionsweich" sein, d.h. er muß aus eher dickeren Platten aufgebaut werden, die aber derart versteift sind, daß sie frühzeitig, d.h. vor dem Aufreißen der Außenhaut des gerammten Schiffes zu falten beginnen.

Aufgabe der Erfindung ist die Vergrößerung der Verformungs­ energie (Dissipationsenergie) der Vorschiffskonstruktion von Schiffen, bestehend aus den Elementen Deck, Boden, Außenhaut, Steven, Wulstbug, bei kleinem Kollisionsdruck, d.h. bei im Kollisionsfall konstruktiv bedingtem, frühzei­ tigen Verformungsbeginn (Faltung) der Platten.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Vorschiffskon­ struktion vor dem Kollisionsschott eines Schiffes aus normaldicken oder dickeren Platten aufgebaut wird, die ausschließlich querversteift sind (Querspantenbauweise) und wo der Abstand a der Querspanten untereinander im Verhältnis zur Plattendicke t den Wert 60 nicht unterschrei­ tet (a/t<60).

Dieses Seiten-Dicken-Verhältnis der Vorschiffsplatten sichert ein Ausbeulen (Faltungsbeginn) der Platten bei kleinem Kollisionsdruck, so daß die Verformung des Vorschiffs des rammenden Schiffes bereits eintritt, bevor sich der für ein Durchschlagen und Aufreißen der Außenhaut des gerammten Schiffes erforderliche Kollisionsdruck aufbauen kann.

Die Vorschiffsplatten beulen bei dem Seiten-Dicken-Verhältnis in einer Halbwelle zwischen den Querspanten, bilden bei fortschreitender Verformung ein Fließgelenk in Plattenmitte und falten um dieses Fließgelenk, bis zwei benachbarte Spante aufeinanderliegen. Zu diesem Zeitpunkt der Kolli­ sion ist das Vorschiff bis zum Kollisionsschott des Schiffes zusammengestaucht und hat das Maximum an Dissipationsenergie erreicht.

Das frühzeitige Eintreten der Kollisionsverformung im Vor­ schiff bei kleinen Kollisionsdrücken kann auch bei Unter­ schreitung des Seiten-Dicken-Verhältnisses von 60 in den Vorschiffsplatten und/oder bei Längsspantenbauweise sicher­ gestellt werden, indem querschiffs in den Elementen Deck, Boden, Außenhaut eine oder mehrere Stauchfalten definierter Stauchsteifigkeit angeordnet werden, die eine Stauchung des Vorschiffs im Kollisionsfall um ein bestimmtes Maß, nämlich die Summe der Stauchfaltenöffnungen herbeiführen. Bei dieser "geführten" Kollisionsstauchung des Vorschiffs kann auf die Stauchsteifigkeit der Stauchfalten verzichtet werden, wenn die Stauchfaltenöffnungen durch Abdeckbleche geschlossen werden, deren Längen-Dicken-Verhältnis l/t<60 ist und/ oder die einseitig über eine Sollbruchstelle an die Stauch­ faltenöffnung angeschlossen sind.

Ist der Steven scharfkantig ausgeführt oder hat er einen starken Ausfall, so werden zur Vermeidung konzentrierter, lokaler Kollisionsdruckspitzen in der Außenhaut des geramm­ ten Schiffes eine oder mehrere Stauchfalten mit oder ohne Sollbruchstellen in deren Abdeckblechen in den ersten Spant­ feldern des Vorschiffs hinter dem Steven in der Weise vor­ gesehen, daß im Kollisionsfall eine Bugeinwirkfläche mit einer Breite größer als 1 m auf die Außenhaut des gerammten Schiffes schon bei kleinen Kollisionsdrücken entsteht.

Für das Vorschiffselement Bugwulst gelten die obigen Erläu­ terungen sinngemäß. Zur Erzielung einer möglichst großen Dissipationsenergie des Bugwulstes bei frühzeitigem Verfor­ mungsbeginn, d. h. bei noch kleinen Kollisionsdrücken, darf der Querspantabstand a im Verhältnis zur Dicke der gekrümm­ ten Platten (Schalen) des Bugwulstes t den Wert 60 nicht unterschreiten. Der Spantabstand a muß darüber hinaus der Bedingung genügen, daß das Quadrat des Spantabstandes a kleiner ist als 1,45 · D · t, mit D dem Durchmesser des Bug­ wulsts, damit die Schale in einer Halbwelle zwischen den Querspanten symmetrisch zur Längsachse des Bugwulsts beult, auf halber Länge ein Fließgelenk bildet, um das die Schale bei fortschreitender Kollision faltet, bis zwei benachbarte Spante aufeinanderliegen.

Für die Abmessungen der Bugwülste in der Schiffahrt werden die oben angeführten Schalenwerte nur in Ausnahmefällen er­ zielbar sein. In der Regel liegt wegen der erforderlichen lokalen Festigkeit des Bugwulstes gegen Seeschlag die Beul­ spannung der Bugwulstschale oberhalb der Fließspannung des Werkstoffs, d.h. daß bei kleinen Kollisionsdrücken ein Aus­ beulen und Faltungsbeginn der Schale nicht erzielbar ist. Hier wird daher zur Erreichung eines frühzeitigen Faltungs­ beginns von querschiffs angeordneten Stauchfalten zwischen den Querspanten auszugehen sein, deren Abdeckbleche, die allein schon für eine ungehinderte Umströmung des Bugwulsts erforderlich sind, ein Längen-Dicken-Verhältnis l/t größer als 60 aufweisen müssen. Derartige Abdeckbleche beulen bei kleinen Kollisionsdrücken in einer Halbwelle über der Stauchfaltenöffnung, leiten die Stauchung des Bugwulstes ein bis bei fortschreitender Kollision die Stauchfaltenöffnungen geschlossen sind und der vollständig gestauchte Bugwulst sei­ ne Endlänge erlangt hat.

Zur Einleitung dieser "geführten" Kollisionsverformung des Bugwulsts können die Abdeckbleche bei beliebigem Längen-Dicken- Verhältnis l/t einseitig an die Stauchfaltenöffnung über ei­ ne Sollbruchstelle angeschlossen sein.

Bei Vorschiffskonstruktionen, deren vollständig gestauchter Bugwulst in seiner Endlänge über den Steven des Schiffes in der Schwimmwasserlinie herausragt, wird zur Vermeidung, daß der gestauchte Bugwulst große lokale Kollisionsdrücke auf die Außenhaut des gerammten Schiffes aufbaut, der Bugwulst über eine Sollbruchstelle an den Steven angeschlossen derart, daß er im Kollisionsfall in einem hinter dem Bugwulst im Vorschiff vorgesehenen wasserdichten Rezeß gedrückt wird und der Steven zur Einwirkung an der Außenhaut des gerammten Schiffes kommt. Die Sollbruchstelle am Steven darf dabei nur auf horizontale, in Schiffslängsrichtung angreifende Kolli­ sionskräfte wirken, sie darf den Querkraft- und Biege­ momentenanschluß des Bugwulstes an den Steven nicht schwä­ chen. Ein Ausführungsbeispiel wäre, daß der Bugwulst mittels Klemmverbindung in zwei Lagerschalen im Rezeß gelagert wird, über die er Biegemoment und Querkraft in das Vorschiff ein­ leitet und gegen horizontalen Kollisionsdruck eine Sollbruch­ stelle erhält, bzw. daß die Breite der Klemmschalen der Lager­ schalen so bemessen ist, daß die erzielte Haftreibung der Sollbruchspannung der Sollbruchstelle entspricht. Anstelle der Sollbruchstelle des Bugwulstes am Steven kann dort auch eine Absprengeinrichtung vorgesehen werden, die im Kollisionsfall durch einen entsprechenden Mechanismus gezün­ det wird und den Sollbruch herbeiführt.

In Fortführung dieses Konstruktionsprinzips kann eine kolli­ sionsweiche Bugwulstausführung auch derart vorgesehen werden, daß der Bugwulst als Ganzes, also ungestaucht, über die Soll­ bruchstelle in den wasserdichten Rezeß entsprechender Länge gedrückt wird, wobei die Sollbruchstelle hydraulisch über Zug-Druckzylinder aufgebaut sein kann, die im Kollisionsfall über ein Überdruckventil passiv geregelt oder von der Brücke aktiv gesteuert werden, bzw. daß der Bugwulst als Ganzes über eine wasserdichte schräge Anschlußfläche im Vorschiff durch Sollbruchstellen bzw. Absprengeinrichtungen im Kollisionsfall nach unten abgeworfen wird.

Im folgenden werden in der Zeichnung dargestellte Ausführungs­ beispiele der Erfindung erläutert; es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung das Vorschiff eines Schif­ fes im vertikalen Mittellängsschnitt,

Fig. 2 einen horizontalen Wasserlinienschnitt des Gegenstandes nach Fig. 1,

Fig. 3 in schematischer Darstellung ein querversteiftes Plattenfeld,

Fig. 4 den Faltungsbeginn des Gegenstandes nach Fig. 3,

Fig. 5 in schematischer Darstellung das mit Stauchfalten querversteifte Plattenfeld,

Fig. 6 den Faltungsbeginn (gestauchte Form) des Gegenstan­ des nach Fig. 5,

Fig. 7a in schematischer Darstellung eine Stauchfalte mit Abdeckblech,

Fig. 7b den Faltungsbeginn (gestauchte Form) des Gegenstan­ des nach Fig. 7a,

Fig. 8a in schematischer Form eine Stauchfalte mit Abdeck­ blech und Sollbruchstelle,

Fig. 8b den Faltungsbeginn (gestauchte Form) des Gegenstan­ des nach Fig. 8a,

Fig. 9 in schematischer Darstellung einen Wulstbug mit Rezeß,

Fig. 10 in schematischer Darstellung einen Wulstbug mit Rezeß und Doppellager und hydraulischer Sollbruchstelle,

Fig. 11 in schematischer Darstellung einen Wulstbug mit Anschlußplatte und Sollbruchstelle.

Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vorschiff eines Schiffes besteht aus dem Kollisionsschott 1, dem (den) Deck(s) 2, der Außenhaut 3, dem Boden 4, dem Steven 5 und dem Wulstbug 6. In den Fig. 1 und 2 sind schematisch die Querspanten 7, die Anordnung von Stauchfalten 8, ohne und mit Abdeckblech 9, eingetragen, wie sie für den Stauchprozeß des Vorschiffs in entsprechender Anzahl vorzusehen sind.

Bei den in den Fig. 3-8 dargestellten Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile. Fig. 3 zeigt ein querversteiftes Plattenfeld mit den Querspanten 7, dem Spantabstand "a" und der Plattendicke "t", während Fig. 4 den gleichen Gegenstand in gestauchter Form darstellt, wenn der Faltungsbeginn der Platten eingeleitet ist, sich Fließge­ lenke in Plattenmitte gebildet haben, um die die Platten falten.

Fig. 5 stellt das gleiche Plattenfeld der Plattendicke "t" mit dem Querspantenabstand "a" dar, bei dem die Querspanten durch Stauchfalten 8 ausgebildet sind und die Fig. 6 den Faltungsbeginn dieses Plattenfeldes entsprechend den Erläu­ terungen zu Fig. 4 wiedergibt.

Die Fig. 7a und 7b zeigen eine Stauchfalte 8 mit Abdeck­ blech 9 der Länge "l" und der Blechdicke "t" vor und nach dem Faltungsbeginn, während die Fig. 8a und 8b den glei­ chen Gegenstand, aber jetzt mit Sollbruchstelle 10 vor und nach dem Faltungsbeginn darstellen.

Bei den Ausführungsformen der Erfindung nach den Fig. 9 - 11 bezeichnen gleiche Bezugszeichen wiederum gleiche Teile.

In Fig. 9 ist der Wulstbug 6 mit seiner am Steven 5 vorge­ sehenen Sollbruchstelle 11, die einen Absprengmechanismus enthalten kann, mit dem wasserdichten Rezeß (Nische) 12 dargestellt, in den der gestauchte Wulstbug im Kollisions­ fall hineingedrückt wird.

Fig. 10 zeigt die Ausführungsform für einen Wulstbug 6 beliebiger Konstruktion (in Fig. 10 in Querspantenbauweise schematisiert), der im Rezeß 12 an zwei Lagerstellen 13 zur Einleitung der Biegemomente und Querkräfte des Wulstbugs in das Schiff gelagert ist. Die für den Kollisionsstoß vorzusehende Sollbruchstelle 11 ist nicht näher dargestellt. Auch zeigen die Lager 13 keine konstruktiven Einzelheiten, die z.B. bei zylindrischen Wulstbügen aus Lagerschalen 13 oben und unten bestehen können, die über starke Federn zusammengezogen werden und so die stets feste Lagerung des Wulstbugs sichern, wobei die Breite der Lagerschalen derart zu bestimmen ist, daß ihre Haftreibung der Sollbruchspannung der Sollbruchstelle 11 entspricht. In Fig. 10 ist als Sollbruchstelle eine hydraulische Ausführungsform schematisch dargestellt, bestehend aus Zug-Druckzylindern 15, die im Betriebszustand eingefahren sind und im Kollisionsfall über ein Überdruckventil passiv gesteuert ausfahren und den Wulstbug in den Rezeß 12 einfahren lassen. Dieser Einfahr­ prozeß kann auch von der Brücke in aktiver Steuerung der Zylinder 15 jetzt als Druckzylinder vor der Kollision her­ beigeführt werden.

Fig. 11 stellt schematisch einen Wulstbug 6 beliebigen konstruktiven Aufbaus dar, der über Sollbruchstellen 11 an eine wasserdichte Buganschlußplatte 14 angeschlossen ist, wobei die Sollbruchstellen 11 einen Absprengmechanismus enthalten können.

Claims (10)

1. Kollisionsweicher Schiffsbug vor dem Kollisionsschott (1) eines Schiffes, bestehend aus den Elementen Deck (2), Außenhaut (3), Boden (4), Steven (5) und Wulstbug (6), dadurch gekennzeichnet, daß die Platten von Deck, Außenhaut und Boden sowie die Schale des Wulstbugs querversteift sind in einem Spantabstand "a", der im Verhältnis zu den Dicken von Platten und Schale "t" den Wert 60 nicht unterschreitet (a/t<60).

2. Kollisionsweicher Schiffsbug nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß für den Wulstbug (6) der Spantabstand "a" nicht nur die Bedingung a/t<60 erfüllt, sondern auch die Bedingung a²< 1,45 D · t, mit "D" dem Durchmesser des Wulstbugs.

3. Kollisionsweicher Schiffsbug nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß quer­ schiffs zwischen den Querspanten (7) Stauchfalten (8) angeordnet sind.

4. Kollisionsweicher Schiffsbug nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß anstelle von Querspan­ ten (7) Stauchfalten (8) vorgesehen sind.

5. Kollisionsweicher Schiffsbug nach Anspruch 3 und 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Stauchfalten (8) durch Abdeckbleche (9) geschlossen sind, deren Seitenlänge "l" im Verhältnis zur Blechdicke "t" den Wert 60 nicht unterschreitet (l/t<60).

6. Kollisionsweicher Schiffsbug nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckbleche (9) einseitig über eine Sollbruchstelle (10) an die Stauch­ faltenöffnung (8) angeschlossen sind.

7. Kollisionsweicher Schiffsbug nach einem der Ansprüche 1-6 dadurch gekennzeichnet, daß der Bugwulst (6) über eine Sollbruchstelle (11) am Steven (5) angeschlossen ist und das Vorschiff einen wasserdich­ ten Rezeß (Nische) (12) hinter dem Bugwulst aufweist.

8. Kollisionsweicher Schiffsbug nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß die Sollbruchstelle (11) einen Absprengmechanismus enthält.

9. Kollisionsweicher Schiffsbug nach einem der Ansprüche 7 oder 8 dadurch gekennzeichnet, daß der Wulstbug (6) in den Rezeß (12) hineinragt, dort in mindestens zwei Lagern (13) mit Sollbruchstellen (11) gelagert ist, wobei die Sollbruchstellen mechanisch oder hydraulisch (15) aufgebaut sein können.

10. Kollisionsweicher Schiffsbug nach einem der Ansprüche 1-6 dadurch gekennzeichnet, daß der Bugwulst (6) über eine schräge wasserdichte Anschluß­ platte (14) an das Vorschiff über Sollbruchstellen (11) mit oder ohne Absprengmechanismus angeschlossen ist.