DE10151085C1 - Schiff, Boot und Unterseeboot - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schiff, Boot oder Unterseeboot mit einer Rumpfkonstruktion, die aus einem tragenden Gerüst und einer die Wasserdichtigkeit darstellenden Hüllkonstruktion aufgebaut ist und bei der das tragende Gerüst des Schiffrumpfes zu einem in sich vollständigen Tragwerk in Skelettbauweise ausgebildet ist, das aus einer Rahmenkonstruktion mit Rahmenträgern in Längsrichtung und Rahmenträgern in Querrichtung und/oder aus einer Fachwerkkonstruktion mit Fachwerkträgern in Längsrichtung und Fachwerkträgern in Querrichtung besteht, wobei die Hüllkonstruktion das Tragwerk ganz oder teilweise umschließt und von der globalen Tragfunktion befreit ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schiff, Boot oder Unterseeboot nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiges Schiff ist z. B. aus der Druckschrift EP 0 619 221 A2 bekannt.

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 ab­ geschottete Tanks untergliedert. Das Tragwerk des Tankschiffes kann als eine doppelwandige Schalenkonstruktion bezeichnet wer­ den. 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 bie­ gesteif verbunden und bilden den primär tragenden C- bzw. U- förmigen Querschnitt. Kennzeichnend für diese Bauweise ist die Vereinigung unterschiedlicher Funktionen des Schiffsrumpfes in einer bzw. in zwei tragenden Schalen. So bildet die äußere Scha­ le 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 verbun­ den ist.

In der DE 298 12 853 U1 wird ein Schiffsrumpf vorgeschlagen, bei dem ein vom Bug bis zum Heck sich erstreckendes Gerüst vorgese­ hen ist, in das eine elementierte Hüllkonstruktion eingesetzt wird. Das Gerüst dient hier als Lastrahmen zur Aufnahme punkt­ förmiger Lasten aus der Takelage eines Segelbootes. Die Tragwir­ kung des Rumpfes wird erst über eine Verbundwirkung der Scha­ lenelemente 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 Trag­ funktion 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 Ge­ schosse werden im Stahlskelettbau mit biegesteifen Rahmen er­ reicht. 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 Dimen­ sionierung des Tragwerks. In den sechziger Jahren des vergange­ nen Jahrhunderts wurden in Chicago Bauweisen entwickelt, mit de­ nen im Hochhausbau extreme Höhen erreicht werden können. In ver­ gleichenden Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass Rahmen­ röhren aus Stahl oder Beton und Fachwerkröhren aus Stahl oder Beton die leistungsfähigsten Strukturformen für Hochhaustragwer­ ke sind. Bei beiden Bauweisen wird eine möglichst große Steifig­ keit in den Bereich der Außenwände gelegt, sodass für die Ablei­ tung der Windlasten ein maximaler innerer Hebelarm zur Verfügung steht und jeweils die gesamte Tiefe des Gebäudes an der Ablei­ tung der Windlasten beteiligt ist. Dabei sind z. B. die vier Außenwände eines Hochhauses zu einem röhrenförmigen Tragwerk zu­ sammengefasst. Noch leistungsfähiger sind Tragstrukturen, bei denen eine innere Rohrkonstruktion mit einer äußeren Rohrkon­ struktion schubsteif verbunden wird (tube-in-tube-structure) oder bei denen mehrere Röhrentragwerke zu einem Verbundquer­ schnitt 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 Außen­ wand zu verteilen. Die genannten Strukturformen für Hoch­ haustragwerke 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.

Bei Frachtschiffen und Tankschiffen kommen immer wieder Havarien vor, bei denen der Schiffsrumpf meistens in der Mitte auseinan­ derbricht. Diese Schiffe haben nur eine begrenzte Lebensdauer von ca. 25 Jahren und zeigen bereits während ihrer Laufzeit Er­ müdungsrisse in der tragenden Außenwandkonstruktion. Neben dem Verlust an Menschenleben und materiellem Schaden sind vor allem bei Tankerunglücken die katastrophalen Auswirkungen auf die Um­ welt ein unerträglicher Zustand.

Bei Passagierschiffen wird die Stahlhülle des Unterwasserschif­ fes oberhalb der Wasserlinie weitergeführt. Lediglich Bullaugen und in den oberen Decks auch mehr oder weniger große Fensteröff­ nungen ermöglichen den Zutritt von Licht und Luft zu den Passa­ gierräumen. In einer Struktur, die aus tragenden Flächen- Decks, Längs- und Querwände, Unterwasserschiff- und Außenbord­ wände - 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 Rumpfkonstruk­ tion beteiligt. Bei einem großen Passagierschiff sind regelmäßig decksübergreifende Öffnungen vorhanden - Längs- und Querwände liegen selten ausschließlich in einer Ebene. Der Kraftfluss in­ nerhalb der Tragstruktur ist nicht eindeutig. Regelmäßige Kraftumlenkungen bewirken sekundäre Biegemomente und Nebenspan­ nungen, 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 flä­ chenförmigen Konstruktionsteile untereinander ist sehr aufwendig und zeitintensiv. Die Außenhaut einer herkömmlichen Schiffskon­ struktion ist mehrfach beansprucht und erfüllt mehrere, teilwei­ se 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 Trag­ funktion auch Sicherheitsfunktionen und dient dem Anprallschutz. Oberhalb der Wasserlinie stellen die an die Außenhülle angren­ zenden Passagierräume vollkommen andere Anforderungen an die stählerne Außenhaut. Stahlbleche sind bisher der einzige Werk­ stoff zur Herstellung dieser vielfach beanspruchten Außenhülle. Eine einstückige, aus Stahlblechen zusammengeschweißte Rumpfkon­ struktion 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. Be­ reits kleine Änderungen - wie das örtliche Verschieben von Wän­ den oder Decks - beeinflussen die Tragstruktur und erfordern ei­ nen hohen Konstruktions- und Arbeitsaufwand.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, eine Schiffs­ konstruktion anzugeben, die eine Aufnahme von größeren Kräften bei kleinerem Materialaufwand und eine größere Freiheit in der Gestaltung ermöglicht.

Für Tank-, Fracht- und Passagierschiffe wird eine leistungsfähi­ ge 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 druck­ beansprucht - beim Fachwerk - oder biegezug- und biegedruckbean­ sprucht - beim Rahmen - sind. Die einzelnen Tragelemente defi­ nieren freie Räume und freie Felder, sodass für eine sekundäre Ausbaustruktur und für die Ausbildung und Ausgestaltung der Hüllkonstruktion größtmögliche Freiheit besteht. Dieser Megafra­ me verbessert vor Allem die Längssteifigkeit einer Rumpfkon­ struktion. Als biegesteifes Rückgrat aktiviert dieses primäre Skelett die gesamte Höhe der Rumpfkonstruktion zur Aufnahme der Lasten. Als vom Tragwerk unabhängige Systemkonstruktion kann die Hüllkonstruktion ein- und mehrschalig ausgebildet werden und ih­ re jeweilige Funktion optimal erfüllen. An dynamisch besonders beanspruchten Stellen im Bereich des Bugs, an Teilen des Unter­ wasserschiffs 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, unter­ schiedlichen Funktionsschichten aufgebaut.

Im Bereich des Unterwasserschiffes wird z. B. eine zweischalige Hülle vorgeschlagen, bei der eine Innenhülle als echtes Membran­ tragwerk aus ein- bzw. zweiachsig gekrümmten Flächen in ein Zwi­ schentragwerk, das die Lasten an das Primärtragwerk leitet, ein­ gehängt wird. Nach strömungstechnischen Gesichtspunkten ist da­ gegen die Außenhülle geformt. Druckluftbefüllte Kammern im Be­ reich des Unterwasserschiffes und im Bereich der Seitenbordwände geben den Wasserdruck an das Membrantragwerk der Innenhülle wei­ ter. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Außenhülle im Bereich des Unterwasser­ schiffes zu perforieren, sodass der Wasserdruck unmittelbar an den Membranflächen der Innenhülle anliegt. In diesem Fall kann die Außenhaut ausschließlich nach hydrodynamischen Gesichtspunk­ ten ausgebildet werden. Durch abschnittsweise in Fahrtrichtung vorhandene Wassereinströmöffnungen und Wasserausströmöffnungen kann an der unmittelbaren Grenzschicht zwischen dem Wasser und der Außenkante des Rumpfes die Entstehung von Wirbeln und Turbu­ lenzen verhindert werden, sodass auch die strömungstechnischen Eigenschaften der Rumpfkonstruktion wesentlich verbessert werden können. Dabei kann sich eine perforierte Außenhülle auch auf ei­ nem Seilnetz, das zwischen die Tragglieder des Primärtragwerks gespannt wird, abstützen. Zur Aufnahme von Anpralllasten bei Grundberührung und bei Havarien zeigt eine bei Lastangriff nach­ gebende, elastische Außenhülle ein günstiges Verhalten. Zusammen mit dem umgebenden Primärtragwerk in Skelettbauweise schützt sie die empfindlichen, innen liegenden Membranflächen der Innenhül­ le. Eine Außenhülle, deren Funktion auf die Herstellung einer Strömungsgrenzfläche beschränkt ist, kann z. B. auch aus Kunst­ stoffpaneelen aufgebaut werden. Die gewölbten Membranflächen der Innenhülle können in einzelne Kissen, z. B. mit 3 × 3 m Kantenlän­ ge, oder aber auch als größere Einzelflächen ausgebildet werden. Als Raumbegrenzung eines Tanks für flüssige oder gasförmige Me­ dien sind sie sehr gut geeignet. Im Bereich von Längs- und Quer­ wänden 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 be­ sonderes Problem bei Erzfrachtern sind extreme, dynamische Bela­ stungen beim Beladen der Frachträume. Im Rahmen der Erfindung wird für diesen Fall vorgeschlagen, einzelne gegenüber dem Trag­ werk beweglich und energieabsorbierend gelagerte Behälter auszu­ bilden, die als nicht an der Tragfunktion des Schiffsrumpfes be­ teiligte Elemente federnd mit dem Primärtragwerk in Skelettbau­ weise verbunden sind. Der gesamte Frachtraum kann so der stoßar­ tig einwirkenden Last beim Beladen ausweichen. Dabei kann der Federweg 2-3 m betragen.

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.

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 größtmög­ liche Freiheit. Da die Hülle von der globalen Tragwirkung be­ freit ist, können z. B. bei einem großen Passagierschiff im Be­ reich der Außenhülle großflächige Kohlefaserverbundpaneele ein­ gesetzt werden.

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 entspre­ chend der an ihn gestellten Anforderungen entwickelt. Im Bereich des Schiffsbodens und im Bereich der Bordwände ist die Hüllkon­ struktion 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 unterein­ ander verbunden werden. Für eine schubsteife Verbindung zwischen Außen- und Innenhülle eignet sich auch ein Schaumkern aus Kunst­ stoff. Bei dieser Ausführungsvariante kann die Außenhülle dünn­ wandig ausgebildet werden. Ein Loch in der Außenhülle führt in diesem Fall nicht zum Eindringen von Wasser. Neben einem ausge­ schäumten Zwischenraum werden aber auch aufblasbare Pneus, die zwischen Außen- und Innenwand angeordnet sind, sowie eine Fül­ lung mit leichten Kunststoffformkörpern als Sicherheitskonzept vorgeschlagen. In einer weiteren Ausführungsvariante wird vorge­ schlagen, eine robuste Außenhülle aus dickwandigen, wasserfest verleimten Sperrholztafeln herzustellen. Bei Beschädigungen kön­ nen Teile der Hüllkonstruktion oder auch die gesamte Hüllkon­ struktion erneuert werden, ohne dass dadurch das Tragwerk beein­ trächtigt 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.

Durch die im Rahmen der Erfindung vorgeschlagenen Maßnahmen wird also nicht nur die größtmöglichste Stabilität eines Schiffsrump­ fes erzielt, sondern es wird auch die Sicherheit erhöht, und schließlich kann eine im Schiffbau bisher nicht gekannte Behag­ lichkeit im Bereich der Wohn- und Aufenthaltsräume erreicht wer­ den. 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 Unter­ seebootes vorgeschlagenen Maßnahmen führen zu wirtschaftlichen Konstruktionen, die vorteilhafte Auswirkungen auf die Planung, den Bau und den Betrieb eines Schiffes haben.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfin­ dung angegeben.

Die Erfindung wird anhand von verschiedenen in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Frachtschiff mit einem Tragwerk in Skelettbauweise und einer davon unabhängigen Hüll­ konstruktion als perspektivische Abwicklung.

Fig. 2a einen erfindungsgemäßen Schiffsrumpf mit einer zwei­ schaligen Außenhülle der als nach oben offenes Hohlpro­ fil mit dreieckigem Querschnitt ausgebildet ist im schematischen Querschnitt.

Fig. 2b einen erfindungsgemäßen Schiffsrumpf mit einer zwei­ schaligen Außenhülle, der als nach oben offenes Hohl­ profil mit U-förmigem Querschnitt ausgebildet ist im schematischen Querschnitt.

Fig. 2c einen erfindungsgemäßen Schiffsrumpf mit einer zwei­ schaligen Außenhülle, der als nach oben offenes Hohl­ profil mit kreissegmentförmigem Querschnitt ausgebildet ist im schematischen Querschnitt.

Fig. 3a ein erfindungsgemäßes Röhrentragwerk mit dreieckigem Querschnitt im schematischen Querschnitt.

Fig. 3b ein erfindungsgemäßes Röhrentragwerk mit kreisrundem Querschnitt im schematischen Querschnitt.

Fig. 3c ein erfindungsgemäßes Röhrentragwerk mit rechteckigem Querschnitt und einer gegenüber der Tragwerksebene ver­ setzten Außenhülle im schematischen Querschnitt.

Fig. 4a ein erfindungsgemäßes, gebündeltes Röhrentragwerk, bei dem zwei quadratische Röhrentragwerke zu einem Rechteck zusammengesetzt sind im schematischen Querschnitt.

Fig. 4b ein erfindungsgemäßes, gebündeltes Röhrentragwerk bei dem fünf rechteckige Röhrentragwerke zu einem T- förmigen Querschnitt zusammengesetzt sind im schemati­ schen Querschnitt.

Fig. 4c ein erfindungsgemäßes, gebündeltes Röhrentragwerk bei dem sechs quadratische Röhrentragwerke zu einem U-förmigen Querschnitt zusammengesetzt sind im schema­ tischen Querschnitt.

Fig. 4d ein erfindungsgemäßes zweilagiges Röhrentragwerk bei dem ein inneres und ein äußeres Fachwerkrohr ein Ver­ bundtragwerk bilden im schematischen Querschnitt.

Fig. 5a die Integration eines erfindungsgemäßen Röhrentragwer­ kes mit der Hüllkonstruktion eines Passagierschiffes mit runden Decksaufbauten im schematischen Aufriss von der Seite.

Fig. 5b die Integration eines erfindungsgemäßen Röhrentragwer­ kes mit der Hüllkonstruktion eines Passagierschiffes mit runden Decksaufbauten im schematischen Grundriss.

Fig. 5c die Integration eines erfindungsgemäßen Röhrentragwer­ kes mit der Hüllkonstruktion eines Passagierschiffes mit eckigen Decksaufbauten im schematischen Grundriss.

Fig. 5d die Integration eines erfindungsgemäßen Röhrentragwer­ kes mit der Hüllkonstruktion eines Passagierschiffes mit eckigen Decksaufbauten im schematischen Aufriss von der Seite.

Fig. 5e die Integration eines erfindungsgemäßen Röhrentragwer­ kes mit der Hüllkonstruktion eines Passagierschiffes mit eckigen Decksaufbauten im schematischen Aufriss von vorne.

Fig. 5f die Integration eines erfindungsgemäßen, gebündelten Röhrentragwerkes mit der Hüllkonstruktion eines Tank­ schiffes im schematischen Aufriss von der Seite.

Fig. 5g die Integration eines erfindungsgemäßen, gebündelten Röhrentragwerkes mit der Hüllkonstruktion eines Tank­ schiffes im schematischen Aufriss von vorne.

Fig. 6a das Tragskelett eines erfindungsgemäßen Frachtschiffes in isometrischer Darstellung.

Fig. 6b die Integration von Tragwerk und Hüllkonstruktion eines erfindungsgemäßen Frachtschiffes mit einem Tragskelett nach Fig. 6a in isometrischer Abwicklung.

Fig. 7a ein erfindungsgemäßes Röhrentragwerk mit rechteckigem Querschnitt eines Passagierschiffes in isometrischer Darstellung.

Fig. 7b die Integration eines erfindungsgemäßen Röhrentragwerks mit rechteckigem Querschnitt mit der Hüllkonstruktion und eckigen Decksaufbauten eines Passagierschiffes in isometrischer Darstellung.

Fig. 8 die Integration eines erfindungsgemäßen Röhrentragwer­ kes mit rechteckigem Querschnitt mit der Hüllkonstruk­ tion und eckigen Decksaufbauten eines Passagierschiffes in perspektivischer Darstellung.

Fig. 9 die Integration eines erfindungsgemäßen, gebündelten Röhrentragwerkes mit T-förmigem Querschnitt mit der Hüllkonstruktion und runden Decksaufbauten eines Passa­ gierschiffes in perspektivischer Darstellung.

Fig. 10a die Integration eines erfindungsgemäßen, gebündelten Röhrentragwerkes aus Stahlprofilen in Rahmenbauweise mit der Hüllkonstruktion eines Tankschiffes in isome­ trischer Darstellung.

Fig. 10b die Integration eines erfindungsgemäßen, gebündelten Röhrentragwerkes aus Stahlhohlprofilen in Fachwerkbau­ weise der Hüllkonstruktion eines Tankschiffes in isome­ trischer Darstellung.

Fig. 10c die Integration eines erfindungsgemäßen, gebündelten Röhrentragwerkes aus Spannbeton in Rahmenbauweise mit der Hüllkonstruktion eines Tankschiffes in isometri­ scher Darstellung.

Fig. 11a die Integration eines erfindungsgemäßen, gebündelten Röhrentragwerkes aus Spannbeton mit der Hüllkonstrukti­ on eines Tankschiffes im schematischen Querschnitt.

Fig. 11b die Integration eines erfindungsgemäßen, gebündelten Röhrentragwerkes aus Spannbeton mit der Hüllkonstrukti­ on eines Tankschiffes in perspektivischer Darstellung.

Fig. 12 die Integration eines erfindungsgemäßen Röhrentragwer­ kes aus Stahl mit einer zweischaligen Hüllkonstruktion eines Unterseebootes im schematischen Querschnitt.

Fig. 13 die Integration eines erfindungsgemäßen, gebündelten Röhrentragwerkes aus Stahl mit einer zweischaligen Hüllkonstruktion eines Tankschiffes im schematischen Querschnitt.

Fig. 14 die Integration eines erfindungsgemäßen, gebündelten Röhrentragwerkes als Verbundkonstruktion aus Stahl und Beton mit einer zweischaligen Hüllkonstruktion eines Tankschiffes im schematischen Querschnitt.

Fig. 15a den Aufbau der Hüllkonstruktion eines Tankschiffes als vertikalen Detailschnitt durch die Außenbordwand mit einem stabilisierenden Fachwerk zwischen Außen- und In­ nenhülle.

Fig. 15b den Aufbau der Hüllkonstruktion eines Tankschiffes als vertikalen Detailschnitt durch die Außenbordwand mit einer Ausschäumung zwischen Innen- und Außenhülle.

Fig. 15c den Aufbau der Hüllkonstruktion eines Tankschiffes als vertikalen Detailschnitt durch die Außenbordwand mit mit Wasser oder Druckluft gefüllten Schläuchen zwischen Außen- und Innenhülle.

Fig. 16 die Integration eines erfindungsgemäßen, gebündelten Röhrentragwerks, das aus geschweißten Kastenprofilen aufgebaut ist mit einer zweischaligen Hüllkonstruktion.

Fig. 17a eine zweischalige Hüllkonstruktion mit einer Innenhülle als einachsig gekrümmtes Membrantragwerk und einer durch regelmäßig angeordnete Schlitze perforierten Außenhülle in der isometrischen Übersicht.

Fig. 17b eine zweischalige Hüllkonstruktion mit einer Innenhülle als zweiachsig gekrümmtes Membrantragwerk und einer durch punktförmig angeordnete Öffnungen perforierten Außenhülle in der isometrischen Übersicht.

Fig. 17c eine zweischalige Hüllkonstruktion mit einer Innenhülle als dreiecksförmiges Membrantragwerk und einer durch punktförmig angeordnete Öffnungen perforierten Außen­ hülle in der isometrischen Übersicht.

Fig. 18 punkt- und linienförmige Öffnungen in der Außenhülle zur Beeinflussung des Strömungswiderstands.

Fig. 18a eine sogbewirkende, punktförmige Öffnung in der Außen­ hülle im schematischen Querschnitt.

Fig. 18b eine sogbewirkende, punktförmige Öffnung in der Außen­ hülle in isometrischer Darstellung.

Fig. 18c eine staudruckbewirkende, punktförmige Öffnung in der Außenhülle im schematischen Querschnitt.

Fig. 18d eine staudruckbewirkende, punktförmige Öffnung in der Außenhülle in isometrischer Darstellung.

Fig. 18e eine sogbewirkende, linienförmige Öffnung in der Außen­ hülle im schematischen Querschnitt.

Fig. 18f eine sogbewirkende, linienförmige Öffnung in der Außen­ hülle in isometrischer Darstellung.

Fig. 18g eine staudruckbewirkende, linienförmige Öffnung in der Außenhülle im schematischen Querschnitt.

Fig. 18h eine staudruckbewirkende, linienförmige Öffnung in der Außenhülle in isometrischer Darstellung.

In den Figuren sind unterschiedliche Ausgestaltungen von Schif­ fen, Booten und Unterseebooten mit einer Rumpfkonstruktion, de­ ren tragendes Gerüst als ein in sich vollständiges Tragwerk in Skelettbauweise, das in Längs- und Querrichtung aus Rahmenträ­ gern und/oder Fachwerkträgern besteht, ausgebildet ist, wobei die Hüllkonstruktion das Tragwerk ganz oder teilweise umschließt und von der globalen Tragfunktion befreit ist.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Übersicht eines erfindungsge­ mäßen, leichten Frachtschiffes. Das Tragwerk ist als Skelettkon­ struktion (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 Fach­ werkkonstruktion (11) des Rumpftragwerkes (1) ist aus Rechteck­ hohlprofilen aus Stahl (152) aufgebaut. An den Knotenpunkten der Fachwerkträger (110, 111) werden die Hohlprofile untereinander verschraubt oder verschweißt. Weitgehend alle Stäbe der Fach­ werkkonstruktion (11) sind gleich lang und schneiden sich unter gleichen Winkeln, sodass die einzelnen Tragglieder der Skelett­ konstruktion (1) seriell vorgefertigt werden können. Die Hüll­ konstruktion (2) ist mehrschalig ausgebildet und besteht aus ei­ ner 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 Formkör­ pern aus geschäumtem Kunststoff (214). Die Edelstahlhaut (200) ist mit den Formkörpern (214) verklebt. Der Schiffsrumpf (3) be­ sitzt mehrere hintereinander liegende, nach oben offene Fracht­ räume (302) und ein Ruderhaus (330). Die erfindungsgemäße Bau­ weise 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 Skelettkonstrukti­ on. 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 Außen­ hülle (20), die als dünne Edelstahlhaut (200) ausgebildet ist und durch Füllelemente aus Kunststoffschaum (214) stabilisiert wird. Der mehrschalige Aufbau der Hüllkonstruktion (2) verhin­ dert 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 Si­ cherheit des Schiffes. Zusätzliche Maßnahmen, wie örtliche Ver­ stärkungen an Bug und Heck, sowie eine umlaufende Scheuerleiste, die zeichnerisch nicht dargestellt sind, verhindern die Beschä­ digungen der vorgeschlagenen, dünnwandigen Edelstahlhaut (200).

Fig. 2 zeigt unterschiedliche Formen nach oben offener Schiffs­ rümpfe (3) mit einer zweischaligen Hüllkonstruktion (2) im sche­ matischen Querschnitt. Die Strukturform eines offenen Hohlpro­ fils eignet sich für eine Vielzahl von Boots- und Schiffskon­ struktionen, bei denen kein durchgehendes Deck vorhanden ist. Die Verbindung der beiden Bordwände erfolgt durch einzelne Kop­ pelstäbe - bei einem Ruderboot z. B. durch ein Sitzbrett.

Fig. 3 zeigt unterschiedliche Formen geschlossener Röhrentrag­ werke (12) für Schiffsrümpfe, jeweils im schematischen Quer­ schnitt. Fig. 3a zeigt ein Röhrentragwerk mit dreieckigem Quer­ schnitt (120), Fig. 3b zeigt ein Röhrentragwerk mit rundem Quer­ schnitt (122) und Fig. 3c ein Röhrentragwerk mit viereckigem Querschnitt (121). Das geschlossene Röhrentragwerk (12) ist we­ sentlich steifer als die in Fig. 2 gezeigten, nach oben offenen Hohlprofilquerschnitte. Bei einem polygonen Röhrentragwerk (121) sind alle Seiten durch in Längsrichtung angeordnete Fachwerkträ­ ger (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.

Fig. 4 zeigt unterschiedliche gebündelte Röhrentragwerke (13) und ein Rohr im Rohrtragwerk in Fig. 4d (14). Der schematische Querschnitt in Fig. 4a ist eine sehr leistungsfähige Struktur­ form für Fracht- und Tankschiffe. Fig. 4b zeigt dagegen den T- förmigen Querschnitt einer Rumpfkonstruktion für ein Passagier­ schiff. Drei Röhren bilden einen pontonförmigen unteren Rumpfab­ schnitt mit einem breiten Deck. Das Tragwerk der Decksaufbauten besteht aus zwei weiteren Röhrenquerschnitten, die mit dem unte­ ren Rumpfabschnitt einen T-förmigen Verbundquerschnitt (13) bil­ den. Die Möglichkeit der Anordnung von Vorbauten (31) im Bereich der Decksaufbauten ist schematisch dargestellt. In dem in Fig. 4c gezeigten Schiffsrumpf sind sechs in sich biege-, schub- und torsionssteife, quadratische Einzelröhren zu einem katama­ ranförmigen Verbundquerschnitt (13) gebündelt. Fig. 4d schließ­ lich zeigt eine sehr steife Rohr-im-Rohr-Konstruktion (14), bei der eine Vielzahl dreiecksförmiger Fachwerke zu einem zweilagi­ gen Verbundquerschnitt zusammengefasst sind.

Fig. 5 zeigt die Integration erfindungsgemäßer Röhrentragwerke (12, 13) mit unterschiedlichen zwei- oder mehrschaligen Hüllkon­ struktionen (2) am Beispiel unterschiedlicher Schiffe. Fig. 5a zeigt ein Passagierschiff mit runden Decksaufbauten (33) im schematischen Seitenriss. Fig. 5b zeigt das Passagierschiff nach Fig. 5a im schematischen Grundriss. Das Röhrentragwerk (12) be­ steht aus einem viergurtigen Fachwerkträger, der die Tragstruk­ tur 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. 5c, 5d und 5e zeigen die In­ tegration eines Röhrentragwerkes (12) mit einem erfindungsge­ mäßen Passagierschiff mit eckigen Decksaufbauten (33) im schema­ tischen Grundriss, Seitenriss und Aufriss von vorne. Das Röhren­ tragwerk (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 be­ freit und stellen jeweils sekundäre Systemkonstruktionen dar.

Fig. 5f und 5g zeigen die Integration eines gebündelten Röhren­ tragwerkes (13) mit einer zwei- oder mehrschaligen Hüllkonstruk­ tion (2) am Beispiel eines erfindungsgemäßen Tankschiffes. Die Biegesteifigkeit des Schiffsrumpfes (3) wird durch drei paralle­ le, in Längsrichtung verlaufende Fachwerkträger (110) herge­ stellt. Fachwerkträger in Querrichtung (111) stellen die Tor­ sionssteifigkeit sicher und dienen der Lastverteilung.

Fig. 6 zeigt ein erfindungsgemäßes Frachtschiff mit einem Trag­ werk in Skelettbauweise (1), das aus Fachwerkträgern in Längs- und Querrichtung (110, 111) aufgebaut ist und zusammen mit einer mehrschaligen Hüllkonstruktion (2) den Schiffsrumpf bildet. Fig. 6a zeigt das Tragwerk in Skelettbauweise (1) in isometri­ scher Übersicht, während Fig. 6b die Integration des Tragwerkes (1) mit der mehrschaligen Hüllkonstruktion (2) in isometrischer Abwicklung darstellt. Die Gurt- und Diagonalstäbe der Fachwerk­ konstruktion (11) bestehen aus schichtverleimtem Holz (18) und werden mittels standardisierter Knotenkörper aus Stahl unterein­ ander 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 In­ nenhülle (22) und Außenhülle (20) befindet sich ein Zwischen­ tragwerk (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) zu­ sätzlich eine wasserdichte Folie aus Kunststoff oder Metall ein­ zubauen.

Fig. 7 zeigt die Integration eines erfindungsgemäßen Röhrentrag­ werkes (12) mit der mehrschalig aufgebauten und räumlich diffe­ renzierten Hüllkonstruktion (2) eines Kreuzfahrtschiffes. Fig. 7a 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 definie­ ren. Das Röhrentragwerk (12) bildet eine primäre Tragkonstrukti­ on 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 Tragkonstruk­ tion für sich betrachtet nur einen Bruchteil herkömmlicher Scha­ lentragwerke für den Rumpf wiegt. Das röhrenförmige Stahltrag­ werk (15) ist aus hohlkastenförmigen, geschweißten Stahlträgern (152) zusammengesetzt. Fig. 7b zeigt die Integration des Trag­ werks (1) nach Fig. 7a mit einer ein- und mehrschaligen Hüllkon­ struktion (2). Über einem Zwischendeck erhebt sich ein siebenge­ schossiger 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 Winter­ gärten (321) oder als isolierverglaste Atrien (320) ausgebildet werden. Das primäre Tragwerk in Skelettbauweise (1) bietet zu­ sammen mit einer davon unabhängigen mehrschaligen Hüllkonstruk­ tion (2) Freiheitsgrade für die Anordnung und Ausbildung der Wohnräume (300), die bisher bei Kreuzfahrtschiffen aus konstruk­ tiven 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 Sicher­ heitsschotts geteilt - die Hülle (2) ist in diesem Bereich ein oder zweilagig ausgebildet.

Fig. 8 zeigt das Kreuzfahrtschiff nach Fig. 7 in einer perspek­ tivischen Abwicklung. Die Integration des Röhrentragwerkes (12) mit den räumlich gegliederten Wohnaufbauten (300) wird hier be­ sonders deutlich.

Fig. 9 zeigt die Integration eines gebündelten Röhrentragwerkes (13) mit runden Decksaufbauten (33). Das Tragwerk in Skelettbau­ weise (1) hat einen T-förmigen Querschnitt und setzt sich insge­ samt aus fünf in Fahrtrichtung gebündelten Fachwerkröhren zusam­ men. Die Diagonalverbände sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Bei diesem Beispiel wird ebenfalls die gesam­ te Höhe des Schiffsrumpfes (3) für die Aufnahme der Biegemomente herangezogen. Das die Tragfunktion übernehmende primäre Tragwerk in Skelettbauweise (1) eröffnet einen großen Gestaltungsspiel­ raum, der hier für die Ausbildung von Decksaufbauten (33) mit runden Vorbauten (31), Auskragungen (311) und Balkonen (310) ge­ nutzt wird, die eine Rundumaussicht auf das umgebende Meer von jedem Wohngeschoss aus ermöglichen. Deutlich erkennbar ist der pontonförmige untere Rumpfabschnitt.

Fig. 10 zeigt die Integration unterschiedlicher erfindungsge­ mäßer gebündelter Röhrentragwerke (13) mit einer zweischaligen Hüllkonstruktion (2) eines Tankschiffes. Fig. 10a zeigt ein ge­ bündeltes Röhrentragwerk (13), das aus zwei Rahmenröhren aufge­ baut ist. Gurtprofile und Pfosten dieses Rahmentragwerkes (10) bestehen aus geschweißten Kastenprofilen (152). Die Steifigkeit des Rumpfes wird über drei in Fahrtrichtung angeordnete Rahmen­ träger (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. 10b 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. 15a dargestellten Tragwerk handelt es sich hier um eine extrem steife Fachwerkkonstruktion (11), deren einzelne Trag­ glieder in erster Linie durch Normalkraft beansprucht werden. Fig. 10c zeigt ein gebündeltes Röhrentragwerk (13), das aus hohlkastenförmigen Traggliedern aus Spannbeton zusammengesetzt ist. Das gebündelte Röhrentragwerk (13) besteht aus zwei gekop­ pelten 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 Quer­ richtung über das primäre Tragwerk in Skelettbauweise (1) ge­ spannt und untereinander verschweißt werden.

Fig. 11a zeigt das Tankschiff nach Fig. 10c im schematischen Querschnitt und Fig. 11b in der perspektivischen Abwicklung. Das gebündelte Röhrentragwerk (13) wird aus hohlkastenförmigen Trag­ gliedern (171) aus Spannbeton (170) hergestellt. Die hohlkasten­ förmigen Tragglieder (171) sind mittels biegesteifer Eckverbin­ dungen zu einer gebündelten Rahmenröhre (13) verbunden. Der Schiffsrumpf verfügt über jeweils fünf backbordseitige und steu­ erbordseitige Tankräume (303), die durch eine zweischalige Längswand (24) und sechs zweischalige Querwände (25) gegeneinan­ der 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 hy­ drodynamischen Gesichtspunkten geformten Außenhülle (20) an eine vorwiegend zugbeanspruchte, membranartige Innenhülle (22) wei­ terleiten.

Fig. 12 zeigt den Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes U-Boot. Das Tragwerk in Skelettbauweise (1) ist als Röhrentrag­ werk (12) mit längs und quer verlaufenden Fachwerkträgern (110, 111) ausgebildet. In den Ecken des quadratischen Rohrquer­ schnitts befinden sich die Gurte des Stahltragwerkes (15), die als kreuzförmige, zusammengesetzte Querschnitte (151) ausgebil­ det sind. Die diagonal verlaufenden Fachwerkstäbe sind als Walz­ profile (150) vorgesehen. Die zweischalige Hüllkonstruktion (2) besteht aus einer Außenhülle (20), die als geschweißte Stahlhül­ le (201) ausgebildet ist und einer Innenhülle (22), die eben­ falls aus einer geschweißten Stahlhülle (220) besteht. Das Zwi­ schentragwerk (21) besteht aus längs und quer angeordneten Steg­ blechen, 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. 13 zeigt die Integration eines erfindungsgemäßen gebündel­ ten Röhrentragwerkes (13) aus Stahl (15) mit einer zweischaligen Hüllkonstruktion (2) eines Tankschiffes im schematischen Quer­ schnitt. Ein steuerbordseitiger und ein backbordseitiger Tank (303) sind jeweils allseitig von einer zweischaligen Hüllkon­ struktion umgeben. Die Hüllkonstruktion umfasst den Schiffsbo­ den, 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 Wasser­ druck vom Schiffsboden und den Seitenbordwänden an die Innenhül­ le (22) weiterleiten. Die Druckkammern (218) sind abschnittswei­ se gegeneinander abgeschottet, sodass bei einer Havarie immer nur eine Kammer betroffen ist. Die Ausbildung der Außenhülle (20) und der Innenhülle (22) als vorwiegend zugbeanspruchte Mem­ branen ermöglicht einen Leichtbau, der bisher bei Tankschiffen nicht möglich war. Das Sicherheitskonzept durch viele voneinan­ der unabhängige Druckkammern (218) ist redundant.

Fig. 14 zeigt die Integration eines erfindungsgemäßen gebündel­ ten Röhrentragwerkes (13), das als Verbundkonstruktion aus Stahl und Beton (16) ausgebildet ist mit einer zweischaligen Hüllkon­ struktion (2). Die Hüllkonstruktion besteht aus einer vorge­ spannten Außenhülle aus Spannbändern aus Stahl (202), die in Querrichtung um das Tragwerk (1) gespannt und untereinander ver­ schweißt werden. Die Innenhülle (22) besteht ebenfalls aus vor­ gespannten 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. 15 zeigt vertikale Detailschnitte durch die Außenwand eines erfindungsgemäßen Tankschiffes mit unterschiedlichen Wandaufbau­ ten. Fig. 15a 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 Fachwerk­ konstruktion (11), die zu einem gebündelten Röhrentragwerk (13) gehört und als Verbundkonstruktion aus Stahl und Beton (16) aus­ gebildet ist. Um einen Kern aus kreuzförmig zusammengesetzten Walzprofilen (163) sind zwei Ringe mit Rundstahlbewehrung (162) angeordnet. Ein Rundhohlprofil aus Stahl dient als äußere, mit­ tragende verlorene Schalung (160). Der Hohlraum zwischen dem Stahlkern (163) und dem äußeren Stahlmantel (160) ist mit Füll­ beton (161) ausgefüllt. Die Spannbänder der Außenhülle liegen auf einer Sattelfläche (230), die sich an den Gurtprofilen ab­ stützt, auf. Etwa auf halber Höhe des Tankraumes befindet sich ein Revisionsgang mit Medienführung (217). Das gebündelte Röh­ rentragwerk (13) in Fig. 15b entspricht in seinem Aufbau der in Fig. 15a beschriebenen Verbundkonstruktion aus Stahl und Beton. Die zweischalige Hüllkonstruktion besteht hier ebenfalls aus ei­ ner Außenhülle (20), die von Spannbändern aus Stahl (202) gebil­ det wird, und aus einer vorgespannten Innenhülle (22), die eben­ falls 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) miteinan­ der schubsteif verbunden. Etwa auf halber Höhe des Tanks (304) ist ein Revisions- und 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 Lö­ cher beschädigt wird, dringt kein Wasser ins Schiffsinnere ein. Das in Fig. 15c dargestellte Tragwerk zeigt den Ausschnitt eines gebündelten Röhrentragwerkes (13), das als Verbundkonstruktion aus Stahl und Beton (16) ausgebildet ist. Die mehrschalige Hüll­ konstruktion (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 druck­ luftbefüllten Pneus (212) dienen im Falle einer Havarie als Auf­ triebskörper. Bei der Leerfahrt können sie mit Wasser befüllt werden und dienen als Ballasttanks. In dem gezeigten Detail­ schnitt wird ein modularer Raum, der für die Aufnahme der Pneus (212) vorgesehen ist, als Wartungs- und Revisionsgang (217) ge­ nutzt.

Fig. 16 zeigt die Integration eines gebündelten Röhrentragwerks (13), das als Stahltragwerk (15) aus Hohlkastenprofilen (152) aufgebaut ist. Fachwerkträger in Längsrichtung (110) und Fach­ werkträger 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 zugbe­ anspruchten Stahlmembrane (224) weitergegeben wird. Die Innen­ hülle (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 kön­ nen. Da viele voneinander unabhängige Druckkammern (218) vorge­ sehen sind, genügt dieser Aufbau einer zweischaligen Hüllkon­ struktion auch sicherheitstechnischen Anforderungen, zumal das dünnwandige Membrantragwerk der Innenhülle (22) durch die umge­ benden Tragglieder des Primärtragwerks (1) geschützt ist. In diesem schematischen Querschnitt wurde die hydrodynamische Form­ gebung des Schiffsrumpfes (3) nicht dargestellt.

Fig. 17 zeigt unterschiedliche Ausformungen eines Schiffsbodens mit perforierter Außenhülle. Fig. 17a zeigt den Ausschnitt eines Schiffsbodens mit zugbeanspruchter Innenhülle (224) und perfo­ rierter Außenhülle (206). Die zylinderförmigen, einachsig ge­ krümmten 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. 17b 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 Öff­ nungen (207) in der Außenhülle (20) durchbrechen die nach strö­ mungstechnischen Gesichtspunkten geformte Außenhaut des Schiffs­ rumpfes und leiten durch die vorgesehene Wasserfüllung (219) zwischen Außenhülle (20) und Innenhülle (22) den Wasserdruck an das Membrantragwerk (224) der Innenhülle (22). Fig. 17c zeigt den Ausschnitt eines Schiffsbodens mit zugbeanspruchter Innen­ hülle (224) und perforierter Außenhülle (206). Die kissenförmi­ gen, zweiachsig gekrümmten Membranflächen (224) der Innenhülle (22) stützen sich auf dreiecksförmige Felder einer Fachwerkkon­ struktion (11) des Primärtragwerks in Skelettbauweise (1) ab. Die perforierte Außenhülle (206) ist als ebenes, dünnwandiges Lochblech ausgebildet.

Fig. 18 zeigt Zuströmöffnungen (207) und Abströmöffnungen (208) innerhalb einer perforierten Außenhülle (206). Eine entsprechen­ de Formgebung der punkt- und linienförmigen Zu- und Abströmöff­ nungen (207, 208) bewirkt lokal wirksame Strömungseffekte, durch die der Strömungswiderstand des Schiffsrumpfes positiv beein­ flusst werden kann. Der Fahrtrichtungspfeil in den Fig. 18a, 18c, 18e und 18g verdeutlicht die Sogwirkung an Abströmöffnungen (208) und die Stauwirkung an Zuströmöffnungen (207). In den Fig. 18a-d sind punktförmige Zu- und Abströmöffnungen (207, 208) dargestellt, während die Fig. 18e-h linienförmige Zu- und Ab­ strömöffnungen (207, 208) zeigen. Eine entsprechende Anordnung dieser die Strömung beeinflussenden Öffnungen im Bereich des Un­ terwasserschiffs kann unter Umständen sicherstellen, dass über die gesamte Länge des Schiffsrumpfes ein laminarer Strömungsver­ lauf beibehalten wird und dass Wirbelbildungen und Turbulenzen, die den Fahrtwiderstand erheblich erhöhen, vermieden werden.

Zusammenstellung der Bezugsziffern

Claims (22)

1. Schiff, Boot oder Unterseeboot mit einer Rumpfkonstruktion (3), die aus einem tragenden Gerüst (1) und einer die Wasserdichtig­ keit darstellenden Hüllkonstruktion (2), aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, dass das tragende Gerüst des Schiffsrumpfes (3) zu einem in sich vollständigen Tragwerk in Skelettbauweise (1) ausgebildet ist, das aus einer Rahmenkonstruktion (10) mit Rahmenträgern in Längsrichtung (100) und Rahmenträgern in Querrichtung (101) und/oder aus einer Fachwerkkonstruktion (11) mit Fachwerkträ­ gern in Längsrichtung (110) und Fachwerkträgern in Querrichtung (111) besteht, und dass die Hüllkonstruktion (2) das Tragwerk (1) ganz oder teilweise umschließt und von der globalen Trag­ funktion befreit ist.

2. Schiff, Boot oder Unterseeboot nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die längs und quer angeordneten Rahmenträger (100, 101) und/oder die längs angeordneten Fachwerkträger (110, 111) als parallelgurtige oder frei geformte, als ebene oder gekrümmte und als zwei- und mehrgurtige Träger ausgebildet sind.

3. Schiff, Boot oder Unterseeboot nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Rahmenträger (101, 102) und/oder die Fachwerkträger (110, 111) in Fahrtrichtung zu einem torsions- und biegestei­ fen, allseitig geschlossenen Röhrentragwerk (12) mit dreiecki­ gem, polygonem, rundem oder ovalem Querschnitt (120-122) ver­ bunden sind.

4. Schiff, Boot oder Unterseeboot nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass mindestens zwei Röhrentragwerke zu einem gebündelten Röh­ rentragwerk (13) zusammengeschlossen sind.

5. Schiff, Boot oder Unterseeboot nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Tragwerk (1) aus einzelnen Traggliedern aus Stahl (15), Stahlbeton (17), einer Verbundkonstruktion aus Stahl und Beton (16), aus Holz (18), Aluminium oder Kohlefaserverbund­ werkstoffen aufgebaut ist, die untereinander verschraubt, ver­ schweißt, vergossen oder verklebt werden.

6. Schiff, Boot oder Unterseeboot nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Hüllkonstruktion (2) eine Außenhülle (20), eine Innen­ hülle (22) und zweischalige Längs- und Querwände (24, 25) um­ fasst, die einen Zwischenraum definieren, in dem das Tragwerk (1) mindestens teilweise angeordnet ist.

7. Schiff, Boot oder Unterseeboot nach Anspruch 1-6, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die zwei- oder mehrschalig ausgebildete Hüllkonstruktion (2) vor dem Tragwerk (1) verläuft und Vorbauten (31) mit Balko­ nen (310) und Auskragungen (311) bildet.

8. Schiff, Boot oder Unterseeboot nach Anspruch 1-6, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die zwei- oder mehrschalig ausgebildete Hüllkonstruktion (2) gegenüber dem Tragwerk (1) zurückgesetzt ist und Aussparun­ gen (32), Atrien (320), Wintergärten (321), Lichthöfe (322) und durchgängige Queröffnungen (323) bildet.

9. Schiff, Boot oder Unterseeboot nach Anspruch 1-6, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Außenhülle (20) und die Innenhülle (22) im Winkel zu­ einander angeordnet sind und dass der Zwischenraum zu einem Raum (30) erweitert ist, der z. B. als verglaster Wintergarten (321) genutzt wird.

10. Schiff, Boot oder Unterseeboot nach Anspruch 1-6, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Außenhülle (20) aus einer großflächigen Verglasung (205) mit einer Unterkonstruktion (204) besteht.

11. Schiff, Boot oder Unterseeboot nach Anspruch 1-6, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Zwischenraum ein versteifendes Tragwerk (21) beinhal­ tet, das aus längs und quer verlaufenden Stegblechen besteht, die mit einer äußeren Stahlhülle (201) und einer inneren Stahl­ hülle (220) verschweißt sind und eine Zellenstruktur (210) bil­ den.

12. Schiff, Boot oder Unterseeboot nach Anspruch 1-6, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Zwischenraum ein versteifendes Tragwerk (21) beinhal­ tet, das aus einer räumlichen Fachwerkkonstruktion (211) be­ steht, die die Außenhülle (20) mit der Innenhülle (22) verbin­ det.

13. Schiff, Boot oder Unterseeboot nach Anspruch 1-6, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Zwischenraum ein versteifendes Tragwerk (21) beinhal­ tet, das von mit Druckluft oder mit Wasser gefüllten Pneus (212) gebildet wird und die Außenhülle (20) und die Innenhülle (22) gegeneinander abstützt.

14. Schiff, Boot oder Unterseeboot nach Anspruch 1-6, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Zwischenraum ein versteifendes Tragwerk (21) beinhal­ tet, das als Schaumkörper (213) ausgebildet ist, und dass die Außenhülle (20) und die Innenhülle (22) mit dem Schaumkörper (213) verklebt sind und eine Sandwichkonstruktion bilden.

15. Schiff, Boot oder Unterseeboot nach Anspruch 1-6, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Zwischenraum ein versteifendes Tragwerk (21) beinhal­ tet, das von Füllelementen (214-216) gebildet wird, die mit der Außenhülle (20) und der Innenhülle (22) lose oder kraftschlüs­ sig verbunden sind.

16. Schiff, Boot oder Unterseeboot nach Anspruch 1-6, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Zwischenraum ein versteifendes Tragwerk (21) beinhal­ tet, das mindestens teilweise begehbar ist und Wartungsgänge (217), die für die Installationsführung genutzt wird, enthält.

17. Schiff, Boot oder Unterseeboot nach Anspruch 1-6, dadurch ge­ kennzeichnet, dass zwischen Außenhülle (20) und Innenhülle (22) eine Druck­ kammer (218) vorgesehen ist und dass die Innenhülle (22) als ein- oder zweiachsig gekrümmte Stahlmembrane (224) ausgebildet ist.

18. Schiff, Boot oder Unterseeboot nach Anspruch 1-6, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Zwischenraum eine Wasserfüllung (219) enthält und die Außenhülle (20) als perforierte Membrane (206) mit Ein­ strömöffnungen (207) und Ausströmöffnungen (208) ausgebildet ist

19. Schiff, Boot oder Unterseeboot nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Außenhülle (20) der Hüllkonstruktion (2) als zugbeanspruchte Konstruktion ausgebildet ist und aus Spannbändern (202) besteht, die in Querrichtung gespannt und untereinander verbunden werden und über Umlenksättel (230) um das Tragwerk (1) gespannt sind.

20. Schiff, Boot oder Unterseeboot nach Anspruch 1-6, dadurch ge­ kennzeichnet, dass auch die Innenhülle (22) als zugbeanspruchte Konstrukti­ on ausgebildet ist und über Aufhängungen (231) gegen das Tragwerk (1) in Längs- und Querrichtung vorgespannt wird.

21. Schiff, Boot oder Unterseeboot nach Anspruch 1-6, dadurch ge­ kennzeichnet, dass zwischen Außenhülle (20) und Innenhülle (22) ein Unter­ druck oder ein Überdruck angelegt werden kann, um die äußere Membrane (202) und die innere Membrane (224) zu stabilisie­ ren.

22. Schiff, Boot oder Unterseeboot nach Anspruch 1-21, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Außenhülle (20) die Struktur einer Haifischhaut auf­ weist und aus Stahlblech oder Kunststoff besteht.