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Die Erfindung betrifft einen Schiffskörper aus zusammensetzbaren Elementen aus einem Aluminiumwerkstoff, wobei plankenartige, zumindest Teile der Außenform des Schiffsrumpfes bildende und entsprechend ihres vorgesehenen Umrisses zugeschnittene Elemente an ihren einander benachbart verlaufenden Kanten in Schiffslängsrichtung miteinander verschweißt sind.
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Im Gegensatz zu den serienmäßig aus glasfaserverstärkten Kunststoffen hergestellten Schiffskörpern mit einer Länge zwischen etwa 8 und 20 Metern werden aus Aluminiumwerkstoffen hergestellte Rümpfe für Schiffe dieser Größenordnung in der Regel handwerklich gefertigt, was insbesondere wegen des bei den Schweißarbeiten etwaig auftretenden Schweißverzuges und vorübergehend angeschweißter Hilfsmittel relativ viel Nacharbeit erfordert. Eine glatte und strakende Oberfläche eines Schiffsrumpfes aus einem Aluminiumwerkstoff ist daher oft nur durch einen erheblichen Aufwand in Form von Spachteln und Schleifen erreichbar, wobei die Dicke der aufgetragenen Kunststoff-Spachtelmasse bisweilen die Blechstärke übersteigen kann. Abgesehen vom zusätzlichen Gewicht der Spachtelmasse und der aufwändigen Arbeit werden dadurch die ansonsten vorzüglichen Recycling-Eigenschaften des Aluminiums stark eingeschränkt.
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Aus der
FR-PS 2 408 508 ist ein Schiffskörper der eingangs genannten Art mit einen aus mehreren Planken aus einer Aluminiumlegierung bestehenden zusammengeschweißten Rumpf bekannt geworden. Die Stärke der zur Erstellung des Rumpfes verwendeten Aluminiumbleche ist dabei mit wenigstens 12 Millimetern bei einer Schiffslänge von ca. 10 bis 12 Metern so gewählt, dass der Rumpf ohne jegliche Spantelemente formstabil ist und in dieser Form verwendet werden kann. Allerdings resultiert aus der bei dieser Bauweise erforderlichen Wandstärke ein erheblicher Gewichtsnachteil. Ferner sind Schweißvorrichtungen und Formen erforderlich, um die Planken in einer Schweißposition zu halten und zu heften.
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Daneben ist aus der
EP 0 049 871 A2 ein aus plankenartigen Aluminium-Profilen zusammengesetzter Schiffsrumpf bekannt geworden, bei dem die Planken der gewünschten Rumpfform entsprechend vorgebogen und miteinander verbunden werden. Die einzelnen Planken sind bei diesem bekannten Schiffskörper mit schenkelartigen, in Schiffslängsrichtung verlaufenden seitlichen Ansätzen versehen und werden über diese Ansätze miteinander verschraubt.
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Weiterhin ist aus der
US 4 917 037 A ein Schiffskörper aus Metall, insbesondere aus Aluminium, bekannt geworden, in den ein Innenkörper aus einer Fiberglas-Konstruktion eingesetzt und an einem umlaufenden oberen Randbereich mit dem metallenen Schiffskörper verbunden ist. Der Schiffskörper weist dabei die typische Form eines sogenannten Knickspanters mit einem Chine-artigen Zwischenbereich zwischen einem Seitenbereich und dem Schiffsboden auf und ist mit in regelmäßigen Abständen angeordneten Spanten sowie einer Reihe von Längsversteifungen ausgestattet.
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Ferner findet sich auf der Website ”http://www.kastenmarine.com/frames_first.htm” eine Diskussion unterschiedlicher Verfahren zum Bau von Schiffsrümpfen aus Aluminium. Unter der Bezeichnung ”plate-first”-Methode ist dort ein Verfahren beschrieben, bei dem mit Hilfe eines 3D-CAD-Modells die Platten, die einzelnen Plankenelemente bilden, entsprechend ihres jeweils gewünschten Umrisses zugeschnitten und so angeordnet werden, dass sie verankert, eine nach der anderen auf Vorrichtungen in Position gebracht, geheftet und schließlich miteinander verschweißt werden. Dies kann entsprechend des in dieser Literaturstelle beschriebenen Verfahrens zunächst ohne das Vorhandensein eines Spantgerüstes geschehen, das im Fall dieses bekannten Schiffskörpers erst anschließend in den fertiggestellten Rumpf eingefügt und eingeschweißt wird. Ein wesentlicher Vorteil dieser Vorgehensweise wird darin gesehen, dass sich dadurch die bereits erwähnten unschönen Verformungen der Außenhaut des Rumpfes, wie sie beim Verschweißen der Plankenelemente mit den zugeordneten Spanten auftreten können, weitgehend vermeiden lassen.
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Schließlich wird auf der Website ”http://www.kastenmarine.com/frames_first.htm” im Zusammenhang mit sogenannten ”single-Chine”-Schiffsrümpfen der Vorteil erwähnt, dass die beim Bau derartiger Schiffsrümpfe als Plankenelemente verwendeten Beplankungsbleche nicht vor dem Zusammenbau gewalzt oder auf andere Weise umgeformt werden müssen. Zugleich wird in dieser Veröffentlichung die Möglichkeit diskutiert, die Spantelemente bereits vor der Montage der Plankenelemente auf diese aufzuschweißen.
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All hier aufgezeigte bekannte Fertigungsmethoden benötigen Hilfskonstruktionen und Vorrichtungen innen und/oder aussen, um ein sorgfältiges Heften der Beblankungsbleche zu ermöglichen.
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Ausgehend von diesen bekannten Schiffskörpern ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schiffskörper der eingangs genannten Art so auszubilden, dass er auf einfache und zuverlässige Weise aus vorgefertigten Elementen als Baukastensystem erstellbar ist.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe, indem sie vorsieht, daß der Schiffskörper aus dem Rumpf und einem als separate Einheit gefertigten und mittels identischer Flanschbleche an diesem befestigten Aufbau besteht. Die in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung parallel zur Wasseroberfläche umlaufende Verbindung der beiden Flanschbleche ist vorzugsweise in optimaler Höhe oberhalb der Wasserlinie des Schiffskörpers angeordnet und dient zugleich als Träger für seitliche Fenderprofile. Die Erfindung ermöglicht es auf diese Weise, ohne großen Änderungsbedarf Schiffskörper für verschiedene Verwendungen herzustellen, indem der aus einem Aluminiumwerkstoff bestehende Rumpf mit in Form und Material unterschiedlichen Aufbauten kombiniert wird, wobei die unterschiedlichen Aufbauten jeweils auf identischen Flanschblechen als Basis angeordnet sind.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Schiffskörpers sind in den weiteren Ansprüchen angegeben. So ist in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die als Seitenbleche ausgebildeten und mit Spantelementen versehenen oberen Plankenelemente des Schiffsrumpfes an dem die obere Begrenzung des Rumpfes bildenden formgebenden Flansch fixiert sind, dass weiterhin die Seitenbleche mit als Bodenbleche ausgebildeten und mit Spantelementen versehenen unteren Plankenelementen verbunden sind, dass die in Bezug auf die Rumpflängsachse einander jeweils gegenüberliegenden Spantelemente über zugeordnete Knotenbleche und als Bodenwrangen ausgebildete Querträger miteinander verbunden sind und dass die Plankenelemente entlang ihrer einander benachbart liegenden Längskanten miteinander verschweißt und die Spantelemente, die Knotenbleche und die Bodenwrangen miteinander verschraubt sind.
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Die Spantelemente sind dabei bereits vor ihrer Montage jeweils derart zu einem individuell geformten Hutprofil abgekantet, dass ihre Seitenflächen nach erfolgtem Zusammenbau überall senkrecht zur Lateralfläche des Schiffsrumpfes liegen und dass sie, durch Indexierbohrungen vorgegeben, überdies in einem gleichmäßigen Spantabstand positioniert sind, so dass für das anschließende Verschrauben die zugehörigen Knotenbleche und Bodenwrangen jeweils auf der gleichen Querschnittsebene liegen.
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Die verschraubten Knotenbleche und Bodenwrangen als Querverbindung vermitteln dabei der Konstruktion die erforderliche Standfestigkeit und erlauben das Hinzufügen weiterer Elemente derart, dass sich auf Grund der zeichnungsgemäßen Abmessungen und Formen der einzelnen Elemente zwingend die konstruktionsgemäß vorgegebene Rumpfform ergibt. Die Schraubverbindungen erübrigen ansonsten erforderlich werdende Schweiß-Heftstellen und erlauben dadurch ein genaues Justieren insbesondere der Schweißnahtspalte. Da für das Erstellen des Schiffsrumpfes nach der Erfindung weder außen noch innen zusätzliche Spannmittel benötigt werden, können die Außenschweißnähte in einem Zug ohne Behinderung oder Verzug in vorteilhafter Weise von Schweißrobotern mit vorprogrammierten Schweißbahnen ausgeführt werden.
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Nach dem kompletten Zusammenbau aller Elemente und dem Abschluss aller Schweißarbeiten erfolgt in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ein zusätzliches Verkleben, wodurch das Spantgerüst kraftschlüssig in einem definierten Abstand zur fertig verschweißten Außenhaut hergestellt wird. Durch diesen zusätzlichen Klebeprozess wird die Außenhaut unter Vermeidung zusätzlicher Spannungen und sichtbarer Veränderungen an der Oberfläche des Rumpfes großflächig mit dem Spantgerüst verbunden.
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Die Verklebung wirkt dabei zugleich geräuschdämmend und als thermische Trennung, sie verhindert das Auftreten von Spaltkorrosion, erhöht die Wechselbiegefestigkeit der gesamten Konstruktion und macht den Rumpf zu einer selbsttragenden Sektion.
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Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:
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1 einen vertikalen Schnitt durch einen Schiffskörper,
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2 einen Schiffsrumpf in perspektivischer Darstellung,
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3 eine in Längsrichtung vertikal geschnittene Darstellung des Schiffsrumpfes gemäß 2 in perspektivischer Darstellung,
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4 ein Spantelement in perspektivischer Darstellung,
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5 einen Teil eines Plankenbleches des Schiffsrumpfes gemäß 3 mit aufgesetzten Spantelementen in perspektivischer Darstellung,
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6 die Anordnung gemäß 5 in Draufsicht,
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7 einen vergrößerten Ausschnitt der Anordnung gemäß 3,
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8 eine Ansicht der Spantkonstruktion der Anordnung gemäß den 3 bis 7,
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9 eine perspektivische Darstellung der Anordnung gemäß 8.
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10 eine Detaildarstellung zum Verkleben der Spantelemente im Querschnitt,
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11 eine Draufsicht auf einen Schweißtisch mit einem darauf angeordneten Flanschblech,
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12 einen vertikalen Schnitt durch einen Schweißtisch mit einem darauf angeordneten Schiffsrumpf und
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13 einen vertikalen Schnitt durch einen Schweißtisch mit einem darauf angeordneten Schiffsaufbau.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die Darstellung gemäß 1 zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen Schiffskörper, der aus einem Rumpf 1 und einem als separate Einheit gefertigten Aufbau 5 besteht. Der Rumpf 1 und der Aufbau 5 sind über eine umlaufende Flanschverbindung miteinander verbunden, die von zwei identischen Flanschblechen 10 und 50 gebildet wird. Die beiden Flanschbleche 10 und 50 bilden dabei nicht nur jeweils ein formgebendes Element für den Rumpf 1 bzw. für den Aufbau 5, sondern sie stellen nach ihrem Zusammenfügen zugleich eine verstärkte Aufnahme für ein umlaufendes Fenderprofil 2 dar. In der Figur ist außerdem ein Teil der Spantkonstruktion 51 für den Aufbau 5 erkennbar.
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Die 2 und 3 zeigen jeweils in perspektivischer Darstellung den Rumpf 1 des Schiffskörpers, dessen Außenhaut aus Seitenblechen 11 und 12 – letzteres in der Darstellung nicht sichtbar – aus Bodenblechen 13 und 14, aus zwischen diesen angeordneten Chineblechen 15 und 16 sowie einem Kielblech 17 und einem rückwärtigen Abschlusselement 7 besteht. Wie insbesondere aus der Darstellung in 3 zu ersehen ist, sind die Seitenbleche 11 und 12 sowie das rückwärtige Abschlusselement 7 und ein vorderes Abschlusselement 8 in ihrem jeweils oberen Randbereich mit dem formgebenden, umlaufenden Flansch 10 verbunden, wobei die Verbindung im Fall des hier beschriebenen Ausführungsbeispiels durch eine umlaufende Schweißnaht realisiert ist.
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Weiterhin zeigt die Darstellung gemäß 3, dass im Inneren des Schiffsrumpfes 1 ein Gerüst aus Spantelementen angeordnet ist. Hierzu gehören erste Spantelemente 21 und 22, die auf den Seitenblechen 11 und 12 angeordnet sind, sowie zweite Spantelemente 23 und 24, die mit den Bodenblechen 13 und 14 verbunden sind. Die Spantelemente 21 bis 24 weisen im Querschnitt jeweils ein individuell abgekantetes Hutprofil auf, wie dies insbesondere aus den 3 bis 6 ersichtlich ist.
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Die Detaildarstellung eines exemplarisch gezeigten Spantelementes 21 in 4 illustriert ferner, dass die Endbereiche der Spantelemente 21 und 22 jeweils abgeschrägt ausgebildet sind und dass die Seitenflächen 26, die an die dem Schiffsinneren zugewandte Lateralfläche 25 angrenzen, jeweils in einen Anlageflansch 27 übergehen. In diesen Anlageflanschen 27 sind in regelmäßigen Abständen einseitig offene Langlochbohrungen 28 angeordnet, die der Verschweißung mit den Plankenelementen 11, auf denen das Spantelement 21 jeweils angeordnet ist, dienen. Zusätzlich sind die Anlageflansche 27 mit einer Reihe von Einspritzbohrungen 29 versehen, über die zu einem späteren Zeitpunkt die in 10 im Detail dargestellte kraftschlüssige Verklebung des komplettierten Spantgerüstes in einem definierten Abstand zur fertig verschweißten Außenhaut erfolgt. Schließlich ist jedes Spantelement 21 in seiner Lateralfläche 25 mit einer Reihe von Indexierbohrungen 30 versehen, durch die die Position jedes einzelnen Spantelementes 21 auf dem zugehörigen, zunächst noch im abgewickelten, d. h. planen Zustand befindlichen Plankenelement 11 eindeutig festgelegt ist.
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Die Wichtigkeit dieser eindeutigen Festlegung der Position jedes Spantelementes 21 auf dem zugehörigen, zunächst noch abgewickelten Plankenelement 11 wird anhand der 5 und 6 verdeutlicht. Danach sind bei jedem Spantelement 21 die Winkel, unter denen die Seitenflächen 26 an der jeweiligen Lateralfläche 25 angeordnet sind, individuell so gewählt, dass die Seitenflächen 26 nach dem Ausrichten und Fixieren des entsprechenden Plankenelementes 11 am Flanschblech 10, wie in 6 erkennbar, senkrecht zur Längsachse des Schiffsrumpfes 1 liegen. Erst in diesem Zustand sind die Abstände zweier Spantelemente 21 voneinander, die, wie in 5 erkennbar, bei ihrer Fixierung auf dem noch abgewickelten Plankenelement 11 zunächst unterschiedlich sein können, gleichmäßig, wie dies in 6 erkennbar ist. Anzumerken ist, dass die Spantelemente 22 bis 24 einen analogen Aufbau aufweisen und auch in analoger Weise den Plankenelementen 12 bis 14 zugeordnet sind.
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Die Darstellung gemäß den 7 und 9 zeigt, daß das Spantgerüst ferner Bodenwrangen 31 sowie Knotenbleche 32, 33 und 34 umfasst. Dabei sind die unteren Enden der Spantelemente 21 und 22 über die Knotenbleche 32 und 33 mit den oberen Enden der Spantelemente 23 und 24 sowie mit den Bodenwrangen 31 verbunden, während die unteren Enden der Spantelemente 23 und 24 über die unteren Knotenbleche 34 unmittelbar miteinander verbunden sind. Alle Verbindungen sind im Fall des hier beschriebenen Ausführungsbeispiels durch Verschraubungen realisiert.
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Wie ferner insbesondere die Darstellung gemäß 9 zeigt, sind auch die Knotenbleche 32 und 33 analog zu den Spantelementen 21 bis 24 mit Anlageflanschen versehen, in denen sich einseitig offene Langlochbohrungen 35 für ein punktuelles Verschweißen dieser Knotenbleche 32 und 33 mit den zugehörigen Chineblechen 15 und 16 befinden.
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Die Herstellung des Rumpfes 1 erfolgt, wie in den 11 und 12 dargestellt ist, in einer sogenannten ”Kiel oben”-Stellung auf einem Schweißtisch 60 und beginnt mit der Positionierung des Flanschbleches 10 als formgebender Basis für die anschließend aufzustellenden ersten Außenhautelemente, d. h. die Plankenelemente 11 und 12 mit den entsprechenden Spantelelementen 21, 22. Die angeschraubten Knotenbleche und Bodenwrangen 32 bis 34 vermitteln dabei der Konstruktion als Querverbindung die erforderliche Standfestigkeit und erlauben das Hinzufügen weiterer Plankenelemente derart, dass sich aufgrund der zeichnungsgemäßen Abmessungen und Formen der einzelnen Elemente zwingend die vorgesehene Rumpfform ergibt. Die Schraubverbindungen erübrigen die ansonsten erforderlichen Schweiß-Heftstellen und ermöglichen ein genaues Justieren insbesondere der Schweißnahtspalte. Da auf diese Weise weder außen noch innen Spannmittel benötigt werden, können die Außenschweißnähte in einem Zug ohne Behinderung oder Verzug mit vorprogrammierten Schweißbahnen von Schweißrobotern durchgeführt werden. Das Flanschblech 10 wird bei diesem Vorgang außen und innen mit den Plankenelementen 11 und 12 durchlaufend verschweißt.
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Wie in 7 dargestellt ist, werden dabei
- – die abgeschrägten Enden der Spantelemente 21 und 22 über ein Verbindungsblech 40 mit dem Flanschblech 10 bereichsweise verschweißt;
- – die weiteren Innen-Längsschweißnähte werden ebenfalls durchlaufend geschweißt, wobei dieses allerdings schrittweise erfolgt, da hierfür der vorherige Ausbau und anschließende Wiedereinbau der betreffenden Knotenbleche erforderlich ist, was infolge der Verwendung von Schraubverbindungen problemlos möglich ist.
- – die Knotenbleche 32 bis 34 werden ebenfalls zu einem widerstandsfähigen Spantgerüst verschweißt und durch das Raster der langlochförmigen Schweißpunkte wird eine innen und außen wasserdicht verschweißte Außenhaut unterstützt.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, ohne eine solche vorübergehende teilweise Demontage von Knotenblechen eine vollwertige Schweißverbindung zu erstellen, allerdings ist es aus Qualitätsgründen besonders vorteilhaft, auch im Inneren des Schiffskörpers eine durchgehende Schweißnaht zu erzeugen.
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Insgesamt verbessert sich die an sich schon gute Belastungsfähigkeit des Schiffsrumpfes weiterhin durch eine abschließende Verklebung der Spantelemente 21 bis 24 mit den Plankenelementen 11 bis 14, wobei diese Komponenten durch das Raster der Schweißpunkte 28 derart miteinander verbunden sind, dass sich die Auflageflächen der Spantelemente 21 bis 24 in ca. einem Millimeter Abstand zur Innenseite der Plankenelemente 11 bis 14 befinden. Zwischen den Langlöchern 28 der Spantelemente 21 befinden sich die gleichmäßig verteilten Bohrungen 29 zur Einbringung des Klebers, zusätzlich sind diesen gegenüberlegend kleine, in den Figuren nicht erkennbare Fließrinnen in die Innenseiten der entsprechenden Plankenelemente 11 bis 14 eingefräst
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Das Verkleben erfolgt erst nach dem kompletten Zusammenbau aller Elemente und dem Abschluss aller Schweißarbeiten für die Erstellung des Rumpfes. Das Spantgerüst ist dabei gemäß den Konstruktionsplänen des Schiffskörpers kraftschlüssig in einem definierten Abstand zur fertig verschweißten Außenhaut erstellt. Der Klebeprozess erfolgt durch das Einspritzen eines geeigneten Klebers in die Bohrungen 29 der Spantelemente 21 bis 24. Eine dosierte Menge 37 wird mittels einer geeigneten Spritze 36 in die Spalte 38 zwischen den Plankenelementen 11 und den mit diesen verschweißten Spantelementen 21 eingebracht und breitet sich in diesen Zwischenräumen und den Fließrinnen derart aus, dass der Kleber an den Rändern der Spantelemente 21 bis 24 sichtbar wird und damit eine vollwertige und selbstanpassende Klebung gewährleistet ist. Damit ist die Außenhaut unter Vermeidung zusätzlicher Spannungen und sichtbarer Veränderungen an der Oberfläche des Rumpfes großflächig mit dem Spantgerüst verbunden.
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Nachdem auf die vorangehend beschriebene Weise ein Aluminium-Schiffsrumpf 1 mit einer absolut verzugsfreien Oberfläche erstellt wurde, kann, wie abschließend in 13 dargestellt, auf der Basis eines zweiten, identischen umlaufenden und formgebenden Flanschbleches 50 in einer separaten Fertigung als zweite Sektion ein selbsttragender Aufbau 5 aus beliebigen Materialien, vorzugsweise ebenfalls aus einem Aluminium-Werkstoff, erstellt und über die Flanschbleche 10 und 50 mit dem Schiffsrumpf 1 verbunden werden.
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Die Konstruktion des Schiffskörpers erfolgt mit Hilfe eines 3D-CAD-Systems und erfasst alle Einzelelemente in ihrer jeweiligen Gebrauchsposition als Zusammenstellung sowie als Blechzuschnitte in abgewickelter Form, einschließich der Kennzeichnung der Einzelelemente und ihrer Positionierung zueinander, so dass auf diese Weise ein Baukastensystem mit hoher Präzision gebildet wird. Alle Rumpfelemente dieses Baukastensystems werden aus seewasserbeständigen Aluminium-Blechen hergestellt, die vorzugsweise aus der Aluminiumlegierung EN AW 5083 (AlMg4,5Mn, Werkstoff-Nr. 3.3547) bestehen, wobei die Plankenelemente aus Blechen dieser Legierung mit einer Stärke von 8 Millimetern zugeschnitten sind.
