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Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Luftkissen-Katamaran-Schiff mit einer Dämpfungsanordnung zur Unterdrückung von niederfrequenten Resonanzeffekten bei Fahrten über kurzwellig strukturierte Wasseroberflächen mit parallel angeordneten, in das Wasser eintauchenden Schwimmkörpern und mit einer die Schwimmkörper verbinden Plattform, die mit Umfangswänden und Bodenflächen eines Decks den Bereich eines Trageluftkissens begrenzt, wobei die Plattform zwischen einer oberen und unteren Fläche sowie den senkrechten Seitenwänden des Decks einen Druckluftspeicher bildet, der von mehreren Kompressoren beaufschlagt über Leitungen und Regeleinrichtungen an ein Luftkissen angeschlossen ist, das das Luftkissen Katamaran-Schiff trägt. Die aus den Seitenflächen der Schwimmkörper und der unteren Bodenfläche der Plattform zusammengesetzte Abstützung bildet eine im Querschnitt U- Form aufweisende tunnelartige Halbschale für das Luftkissen mit einer Länge L, die an ihren beiden Enden im Bug- und Heckbereich durch je eine flexible Schürze abgeschlossen ist, die dazu dienen, möglichst wenig Luft am Kissen entweichen zu lassen. Der Halbschalenkörper, die Schürzen und die Wasseroberfläche schliefen einen Resonanzraum der Länge L ein, die einer Resonanzwellenlängen λR = 2L bzw. einer Resonanzfrequenz fR des Hohlraumresonators entspricht.

Das der Erfindung zugrundeliegende Problem besteht darin, Lärmquellen und kontinuierlich anfallende Störgeräusche im luftkissennahen Bereich eines Luftkissen-Katamaran-Schiffes, die bei Fahrten über kurzwellig strukturierte Wasserflächen bei leichter Windsee und sonst ruhigem Wasser zwangsläufig auftreten, als kopfsteinpflaster-typisches Erschütterungsgeräusch im Wasserfahrzeug wahrgenommen werden und die Arbeitsbedingungen einer Schiffsbesatzung und den Passagier-Komfort empfindlich stören, zu eliminieren.

Die US-Patentschrift 41 96 686 zeigt ein Luftkissen-Wasserfahrzeug in einer Katamaran-Anordnung mit starren, inneren Schwimmkörper-Seitenwänden und einer zwischen dem Tragdeck und den Seitenwänden der Schwimmkörper eingeschlossenen Kaiser für ein Luftkissen, das das Katamaran-Schiff trägt. Die Versorgung des Luftkissens mit Druckluft erfolgt über vertikale Leitungen in den Seitenwänden der Schwimmkörper und über Ventilausgänge mit horizontaler Druckluft- Abstrahlrichtung. Der Luftkissenraum im Bug- und Heckbereich ist jeweils durch flexible Wände abgeschlossen.

Der Darstellung in der Druckschrift "Schiffstechnik Bd. 40 (1993), Seiten 71 bis 91/Ship Technology Research, Vol. 40 (1993)" zur Erforschung vertikaler akustischer Resonanzen im Luftkissen eines SES-Schiffes (Surface-Effect-Ships) gemäß Fig. 1 liegt ein Schiffsmodell mit einer flexiblen Abschlußwand im Bugteil und einer starren Abschlußwand im Heckteil des Schiffes zugrunde.

Die deutsche Patentschrift 18 11 944 betrifft ein Schiff mit parallelen Schwimmkörpern, die miteinander durch ein Deck verbunden sind, wobei zwischen den Schwimmkörpern ein in das Wasser mit dem Bug- und Heckteil eintauchender Verdrängungskörper angeordnet ist, der mit dem Bugteil bis in den Bereich vor den Bugabschnitten der Schwimmkörper sowie mit dem Heckteil bis in den Bereich der Heckabschnitte der Schwimmkörper hineinreicht, um von vorn oder von hinten ankommende Wellenfronten abzufangen und eine Schadensentwicklung am Schwimmkörperaufbau durch die Wucht aufprallender Wellenfronten zu vermeiden.

Die deutsche Patentschrift 24 07 498 zeigt ein Katamaran-Schiff für den Übersee-Transport mit asymmetrisch zur Schiffslängsachse ausgebildeten zwei Schwimmkörpern, um die Strömungsverhältnisse im Bereich zwischen den Schwimmkörpern strömungsgünstig zu beeinflussen und Druckschwankungen im außenhautnahen Bereich der Schwimmkörperoberfläche abzubauen.

Beim Gegenstand der Erfindung bildet das zwischen Boden, den Seitenwänden des Decks, der Wasseroberfläche und den Schürzen tunnelartig eingeschlossene Luftkissenvolumen in der Gesamtheit seiner Ausdehnung ein akustisches Hohlraumresonatorgebilde, das eine Länge L aufweist, die durch den Abstand der beiden Abschirmungen im Bug- und Heckteilgegeben ist und der Resonanzwellenlänge λR = 2L des Hohlraumresonators entspricht. Bei Einkopplungen von Vibrationen aus dem Außenbereich, die durch komplexe Wirkzusammenhänge einfallender Wellen sowie ein- und ausströmender Luft am Bug- und Heckausgang, insbesondere im Bereich der Trennstelle zwischen der Abschirmung und der Wasserfläche, charakterisiert sind und zur Auslösung von Stoßimpulsen führen, wobei die am Bug-Eingang ein- und ausströmenden Luftanteile gegensinnig gerichtet, am Heck-Ausgang hingegen gleichsinnig gerichtet sind, gerät das Luftvolumen im Luftkissenbereich in Resonanzschwingungen, welche Druckschwankungen des Luftkissens zur Folge haben. Bei Resonanz in Resonanzfrequenznähe schaukeln sich Schwingungen zu Schwingungsamplituden auf, die beträchtliche Größen annehmen können.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Resonanzerscheinungen im Luftkissenbereich zu vermeiden, Schwingungsabläufe, die zu Schwingungsresonanzen führen können, möglichst frühzeitig abzubauen und Maßnahmen zur Dämpfung von Schwingungsvorgängen in kritischen Bereichen der Schwingungsamplituden vorzusehen.

Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ist durch die Merkmale der Patentansprüche 1 bis 6 gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 den Prinzipaufbau eines Luftkissen-Katamaran-Schiffes im Querschnitt,

Fig. 2 den Prinzipaufbau im Längsschnitt,

Fig. 3 den Amplitudenverlauf von Resonanzschwingungen der Resonanzfrequenzen f&sub1;, f&sub2;, f&sub3; im Resonanzraum zwischen Bugeingang und Heckausgang,

Fig. 4 eine Seitenansicht eines Luftkissen-Katamaran- Schiffes.

Das in Fig. 1 dargestellte Luftkissen-Katamaran-Schiff besteht aus einer Plattform 4, den Seitenwänden 5, 6 und den beiden Bodenflächen 7, 8, die die beiden in die Wasserfläche 2 eintauchenden Schwimmkörper 3 verbinden und das Trageluftkissen 10 begrenzen, wobei die Plattform 4 zwischen zwei Bodenflächen 7, 8 und den senkrechten Umfangswänden 5, 6, 11 einen Druckluftspeicher 12 bildet, der über Leitungen in den Seitenwänden der Schwimmkörper 3 über Ventilauslässe 9 das Luftkissen mit Druckluft beaufschlagt.

Die Innenflächen 5, 6 und die untere Bodenfläche 7 der Plattform 4 bilden zusammen eine innere, im Querschnitt U-Form aufweisende Halbschale 13, die den Hohlraum 14 des Luftkissens 10 luftdicht abschließt, der über die Ventilöffnungen 9 mit dem Druckluftspeicher 12 über Steuer- und Regeleinrichtungen 12 verbunden ist. Die Halbschale 13 und die Wasseroberfläche 2 bilden zusammen einen Resonanzraum 14 der Breite 16 (B) und der Länge 15 (L) die der Resonanzwellenlänge λR = 2L des Hohlraumresonators entspricht.

Das in Fig. 2 im Längsschnitt dargestellte Luftkissen-Katamaran-Schiff zeigt die Anordnung von Abschirmungen 18 in vertikalen Ebenen senkrecht zur Schiffslängsachse in einer resonanzfrequenzabhängigen Unterteilung des Luftkissens längs der Schiffslängsachse durch Teilungsebenen 17, wobei zur Unterdrückung der Eigenresonanzschwingungen f&sub1;, die Abschirmungen 18 in den Teilungsebenen vorzugsweise mit den Schnittpunkten 0; 0,167; 0,25; 0,75; 0,833 und 1,0 auf der Schiffslängsachse lokalisiert sind, um die Bedämpfung bzw. Unterdrückung der Resonanzschwingungen zu optimieren.

Wie aus Fig. 2 und 3 hervorgeht, bedämpfen in den Schnittpunkten 0 und 1,0 der Schiffslängsachse angeordnete Abschirmungen die Schwingungen f&sub1;, F&sub2; und f&sub3;, Abschirmungen in den Schnittpunkten 0,25 und 0,75 die Schwingungen f&sub1; und f&sub3;, Abschirmungen in den Schnittpunkten 0,167 und 0,8333 die Schwingungen f&sub1; und f&sub2;.

Fig. 4 zeigt in der Seitenansicht eines Luftkissen-Katamaran-Schiffes einen vorn und hinten durch Gummischürzen 18 begrenzten Luftkissenraum, der im mittleren Bereich seiner Ausdehnung mit zwei Abschirmungen 18 zur Verhinderung des Cobblestone-Effects versehen ist.


Anspruch[de]
  1. 1. Luftkissen-Katamaran-Schiff mit parallel angeordneten, in das Wasser eintauchenden Schwimmkörpern (3), mit einer die Schwimmkörper verbindenden Plattform (4), die mit den Umfangswänden (5, 6) und einer der Bodenflächen (7) eines Decks (4) ein Trageluftkissen (10) begrenzt, wobei die Plattform (4) zwischen einer oberen und unteren Bodenfläche (7, 8) sowie den senkrechten Seitenwänden des Decks einen Druckluftspeicher (12) bildet, der das Luftkissen (10) mit Druckluft beaufschlagt, mit einer aus den Seitenflächen (5, 6) der Schwimmkörper (3) und der unteren Bodenfläche (7) der Plattform (4) bestehenden Abstützung, die eine im Querschnitt U-Form aufweisende Halbschale (13) der Breite (16) für ein Luftkissen bildet und mit der Wasseroberfläche (2) einen Resonanzraum (14) mit der hänge (15) einschließt, die der Resonanzwellenlänge λR = 2L des Resonanzsystems entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß
    1. a) zur Unterdrückung von Eigenresonanzschwingungen (f&sub1;, f&sub2;, f&sub3;) im Luftkissen (10) des Hohlraumresonators (14) in vertikalen Ebenen senkrecht zur Schiffslängsachse von der unteren Bodenfläche (7) des Decks (4) bis an eine Wasserlinie (19) oberhalb der Wasseroberfläche (2) herabreichende Abschirmungen (18) aus einem flexiblen, federelastischen, luftdurchlässigen Netzgeflecht und/oder engmaschigem Gitter angeordnet sind;
    2. b) die Abschirmungen (18) aus einem Netzgeflecht und/oder einem engmaschigen Gitter bestehen, in das jeweils Schalldämmstoffe mit hohem Schallschluckgrad inkorporiert sind;
    3. c) die Abschirmungen (18) in Abhängigkeit von den Wellenlängen der Resonanzfrequenzen (f&sub1;, f&sub2;, f&sub3;) in verteilt angeordneten vertikalen Ebenen (17) senkrecht zu Schiffslängsachse positioniert sind.
  2. 2. Luftkissen-Katamaran-Schiff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterdrückung von Eigenresonanzschwingungen in einem von der Halbschale (13) und der Wasseroberfläche (2) zwischen Bugeingang (BE) und Heckausgang (HA) begrenzten Luftkissenbereich Abschirmungen (18) in mehreren vertikalen Teilungsebenen (17) senkrecht zur Schiffslängsachse angeordnet sind.
  3. 3. Luftkissen-Katamaran-Schiff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterdrückung von Eigenresonanzschwingungen in einem von der Halbschale (13) und der Wasseroberfläche (2) zwischen Bugeingang (BE) und Heckausgang (HA) begrenzten Bereich des Luftkissens die Abschirmungen (18) in die Heckausgangsebene (0), die Bugeingangsebene (1,0), die Schwingungsknotenebenen (0,25; 0,75) der Resonanzfrequenz (f&sub2;) und die Schwingungsknotenebenen (0,167; 0,833) der Resonanzfrequenz (f&sub3;) gelegt sind.
  4. 4. Luftkissen-Katamaran-Schiff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterdrückung von Eigenresonanzschwingungen im Luftkissenbereich in den vertikalen Ebenen senkrecht zur Schiffslängsachse Schürzenanordnungen aus engmaschigem Gitter mit einer feuchtigkeitsabweisenden, meerwasserresistenten Oberflächenschicht zur Abschirmung eingesetzt sind.
  5. 5. Luftkissen-Katamaran-Schiff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterdrückung von Eigenresonanzschwingungen im Luftkissenbereich in den vertikalen Ebenen senkrecht zur Schiffslängsachse in der Höhe veränderbare Jalousien aus flexiblem, federelastischem Material mit einem hohen Dämmwirkungsgrad angeordnet sind.
  6. 6. Luftkissen-Katamaran-Schiff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterdrückung von Eigenresonanzschwingungen im Luftkissenbereich in den vertikalen Ebenen senkrecht zur Schiffslängsachse eine Abschirmung (18) aus hochfestem, federelastischem Netzgeflecht mit hoher Widerstands- und Reißfestigkeit gegen vertikal gerichtete Dehnungsdeformationen vorgesehen ist.






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