Rumpf-Formen

[harold]

Immer wieder mal taucht die Frage auf, warum denn manche Schiffe recht schlank im Vorschiff gewesen seien und ihre größte Breite erst knapp nach der Mitte erreichten (Yamato, Iowas etc),
während andere eine eher symmetrisch-"ellipsoide" Form hatten, mit der größten Breite mittschiffs (deutsche Entwürfe, aber auch "Vanguard", "KG5").


Hier der Versuch, ein paar dieser Fragen zu beantworten:

1) Aufgabe eines Schiffs-Design ist es u.a., Gewichtsverteilung und Auftriebskörper (=Verdrängungsquerschnitt) so balanciert wie möglich zu halten.
Beim Entwurf wird ein Schiff längs in "Salamischeiben" geschnitten, für jede derselben wird Auftrieb und Gewicht gegengerechnet.  Nach Vermögen: wenn das Äquivalent "schief" ist, in Längsrichtung zur nächsten "Scheibe" verschieben, und Gewichte, die dort nicht unbedingt sein müssen, zur nächsten (usw.).

2) Da jede Dockmöglichkeit von einem (weitgehend) ebenen Tiefgang ausgeht, kann man beim Querschnitt (bei fixierten Gewichten) notfalls nur in die Breite ausweichen. Eine WICHTIGE Ausnahme dabei: Heck- und Bugkonstruktion.

3) Faustregel: wo die schwersten Gewichte sitzen (Maschine, Türme, ...) kann kaum mehr Anderes "dazugetan" werden. Mit ein Grund für die Flügelturmkonstruktionen vor 1914. Auf gleichem Spant: zu viel Gewicht (Dreadnought! -lausiges Seeverhalten). Daraus würde resultieren: Spannungen in Längsrichtung.

4) Natürlich gehört zu jedem Rumpf eine "Schutzbreite" (Expansions-/ Detonationszone). Aber auch diese kann nicht willkürlich (je nach Auftriebsbedarf) von Sektion zu Sektion anders aussehen.
Die einfachen Gegenflutmöglichkeiten in LÄNGSRICHTUNG, die das sonst vielbespottete Pugliese-System der italienischen Neu- und Umbauten der Dreißigerjahre hatte, setzen übrigens an diesem Punkt an.

5)  Hydrodynamische Form:
Deine Aufgabe als Schiffsdesigner lautet:
a)  bring eine reine Transversalwelle (zwischen Medium Atmosphäre und Wasser)( hier ROT gezeichnet)dazu, erst möglichst spät am Schiffskörper (in diesem Fall: Wasserlinie) zu entstehen (kurze Angriffsfläche! aber auch: kurzer Hebelarm der "Sog"kräfte zu Antrieb/Steuerung = Wendigkeit)), und Du landest bei der "Kanpon-Linie", die die Japaner bevorzugten.

b)  bring eine reine Longitudinalwelle (ausschließlich im Medium Wasser)(hier BLAU) dazu, möglichst früh abseits vom Schiffkörper (an dem sie mit steigender speed durch Pseudo-Kavitationen [Sauerstoff-Freisetzung] "Oberflächenmaximierung" betreibt) zu wirken, und Du landest bei der Tropfenform (siehe U-Boote oder Forellen, wobei Forellen noch zusätzlich über die Kiemen CO2-angereichertes wärmeres Wasser abströmen und somit eine abreißfreudige Grenzschicht schaffen).


5a und b unkonventionell kombiniert, hast Du das Vorschiff der Yamato mit Bugwulst.

Aber traditionsverhaftet andersrum: Du veränderst im Bug und Heckbereich den TIEFGANG mit gleichbleibender Überwassergeometrie so, dass Du im Unterwasserschiff zu einer Tropfenform kommst.
Gehst Du diesen Weg, so landest Du bei:

6)  dem (lt Breyer) "weggeschnittenen Totholz" am Bug der deutschen Großkampfschiffe(-sentwürfe) vor 1918.
Hier das unterwasserschiff von "Derfflinger":

Auch der "Löffelbug" der Japaner, oder das sehr weit vorn schon recht völlige Unterwasserschiff von "Spee" oder den "K-Kreuzern" folgt dieser Logik.

7) Willst Du die "kaiserliche Marine vor 1918 / japanische"- Unterwasser-Tropfenform bewahren, so baust Du ein recht schmal zulaufendes (auch im Tiefgang = Auftriebsverlust!) Heck.
Natürlich ist dies dann sehr verletzlich (bei strukturbeschädigenden Treffern null Auftriebsunterstützung). Lützow, Prinz Eugen, ... schwant Dir was? Die japanischen Schlachtkreuzer-Umbauten der 30er-Jahre gingen einen ähnlichen Weg mit "Verlängerung übers Heck".

8 ) Um Strukturschwächen zu begrenzen, eine andere Möglichkeit: Heck sehr breit, aber sehr flach auslaufen lassen. Vorteile: jede Art von Dünung, die aufgenommen wird, findet (aufgrund des fast rechteckigen Querschnitts) GLEICHMÄSSIGE Auftriebsannahme (ein stark aufgekimmter Spantenausfall hingegen eine in geometrischer Progression steigende = ziemliche Dauerbelastung).

9) Nachteil dabei: die eiförmige Hecklinie. Gegenmassnahme
a) Heck möglichst spitz zulaufen lassen (KG5) oder
b) flach abschneiden (Vanguard)(und auch einige H-Entwürfe, K-Kreuzer). Also das Wasser austricksen, indem durch statische Verwirbelung hinter dem Schiffskörper ein schlankerer Heckverlauf in der Wasserlinie fingiert wird.

10) Schlussfolgerungen:

a)  Manche sehr schlanken Bauformen wären in der Atlantikdünung wesentlich trockener gewesen, hätte man die Bugform von vor 1918 beibehalten (siehe auch Entwürfe ab H 41!!)
Das Bild zeigt übrigens sehr schön den Unterschied zwischen Transversalwellen (rote Linien) und Longitudinalwellen (blaue Linien).

b) anderer Weg: a la Yamato und New-Jersey-class extrem lange Vorschiffe mit genügend Auftrieb durch Bugwulst, (GU-Umbau? Vorschiffdetails??).


c) bei Bugformen wie auf deutschen Großkampfschiffen: flache, aber breite Heckformen wie in 9b). UNVERSTÄNDLICH dabei: die Erfahrungen der entsprechenden Bugform (Tropfensteven) bezog sich ja auf das revolutionäre Design von Bremen/Europa - OHNE deren Heckkonstruktion näher zu betrachten...

d) Entweder geht man den einen Weg (Nelson-KG5-Vanguard) oder den anderen (N.Carolina-S.Dakota-N.Jersey). Ein Kompromiss (GU,SH, Hipper-Klasse) bekommt nicht gut. Bei BM/TP wurde ja entsprechend geändert, die H-Klassen ab 41 liegen auf der "englischen" Linie.

Yamato ist insofern ein paralleler Sonderfall zur "amerikanischen" Linie, als hier GENAU DAS, was die Dampfer das Blaue Band gewinnen ließ, ohne an Maschinenleistung nennenswert zuzulegen, UMGESETZT wurde.

e) Interessant wäre es, nicht-verwirklichte Parallelentwürfe zu Bremen/Europa mal auf Voriges durchzuchecken.

Ich habe leider nur ausgesprochen sporadisches Material dazu (siehe oben) aus sowjetischer "science fiction" der Dreißigerjahre.

Sollte ich mich unverständlich oder zu wenig detailfreudig geäußert haben, bitte ich um Fragen, Anregungen oder Rügen!
MfG
Harold

[harold]

Nachtrag, resp. Frage zu dem obigen post von mir:

da mich die Formentwicklung von Rümpfen interessiert, komme ich fast zwangsläufig auch auf die Frage:

Warum werden Schiffe über Heck vom Stapel gelassen, und nicht über Bug?

Haben bis in die 1890-er wegknickende Absteifungen eine eventuelle Kollisionsgefahr für Wellen / Wellenböcke dargestellt? (éine mögliche Theorie)
... aber schon ca. von vor 1858 kenn ich  ein Foto, auf dem die  Schiffe heckwärts zum Wasser auf Stapel sind) (Thompson & Sons, River Wear; Sunderland) -siehe attachment.

MfG
Harold

[Scheer]

Im Beug auf die "modernen" Stahlschiffe würde ich auf die Schnelle mal folgenden Gedanken einbringen:

Wie sieht es aus mit der Auftriebsfähigkeit von Bug und Heck?
Würde ein Schiff, über den Bug vom Stapel laufend, nicht eher zum nterschneiden neigen als ein Schiff welches über Heck in´s Wasser gleitet?

Mögliche Beschädigungen von Schrauben und Rudern sind auch eine Möglichkeit.

Und als letzte Idee:
Ist nicht die Bremswirkung (sollte man in den meist schmalen Wefthäfen nicht ausser acht lassen!) bei einem Stapellauf über Heck grösser?

Sind mal Anregungen zum Weiterspinnen !

[Peter K.]

... nur eine kurze Anmerkung:

Also, wenn ich mein 6 m langes Kajütsegelboot (mit Spiegelheck) slipe, mache ich das auf jeden Fall übers Heck- weil es einfach früher aufschwimmt, sprich ich habe im Heck- mehr Auftrieb als im Bugbereich!

Grüße aus Österreich
Peter K.

PS:
@ HAROLD - Kompliment zu deinem großartigen Beitrag!!!

[harold]

@ Scheer :
-eben wegen der Auftriebsverhältnisse kam ich ja ins Nachdenken...  bei älteren Schiffen (Holz- oder Compound-Bauten des 19. Jhdts) war der Belauf im Heckbereich ja recht fein bis hohl; der Bugbereich jedoch ziemlich völlig...

-könnte es sein, dass grad andersrum zu argumentieren wäre:
den Bereich mit dem geringsten Auftrieb zuerst ins Wasser, um die Biegebeanspruchung durchs Aufschwimmen, während ein Teil noch auf der Ablaufbahn aufliegt, möglichst klein zu halten?

Natürlich gehe ich dabei von "alten" Formen aus, nicht von heutigen.
Aber "vermuten" ist was anderes als "wissen"...

@ Peter,
Danke fürs Kompliment; ich hoffe, bei nächster Gelegenheit einen ähnlichen Beitrag leicht überarbeitet noch nachliefern zu können, über Auftriebsverhältnisse und Rumpfdesign - darum hier auch meine Frage.

MfG
Harold

[Scheer]

Hallo Harold

leuchtet irgendwie ein. Kommen wir dann aber doch mal auf die Holzschffe zurück:
Wenn ich die Bilder der Ruder alter Segler noch richtig im Kopf habe, so gingen diese bis zum Kiel runter. Bei einem Ablauf über den Bug ist die Gefahr, daß diese an der Ablaufbahn beschädigt werden ungleich höher als bei einem Ablauf übers Heck. Gerade auch dadurch beding, das bei diesen Schiffen (durch die von dir erwähnte Völligkeit des Bugs) ein starker Auftrieb am Bug entsteht. Der Bug taucht also nur wenig ein, dadurch müsste das Heck in noch größere Gefahr geraten.

Traditionsbewusst, wie es die Marine nun mal ist, wurde dieses Verfahren dann beibehalten  

[schiffbauer]

Hallo Harold,

Ich denke, daß der Ablauf über das Heck aus folgenden Gründen sich eingebürgert hat (bis auf wenige Ausnahmen):
1. Das Heck infolge seiner Form (Auftrieb) schwimmt eher auf als der Bug.
Das verkürzt den unterwasser liegende Teil der Stapellaufbah(en).
2. Infolge der Schiffsform (höherer Widerstand des Hecks) kommt das Schiff nach einer kürzeren Strecke zum Stillstand.
3 Es ist einfacher, am Vorschiff eine Wiege anzuordnen, die nach dem Aufdrehen die verbleibenden Druckkräfte aufnehmen kann, als am Heck (gilt besonders bei Mehrschraubern oder bei Schiffen, die mit bereits eingebautem Ruderblatt von Stapel laufen).
4. "Ham wir immer schon so gemacht!"

Gruß
Schiffbauer

[harold]

Schönen Dank aus Wien nach Hamburg!
MfG
Harold

[schiffbauer]

Harold,
übrigens, wir haben in nächster zeit mal wieder einen Stapellauf nach guter alter Väter Sitte. Das Containerschiff, dessen Anfänge Ihr bei Eurem Besuch gesehen habt (Auf der "Bismarck"-Helling), rutscht dann runter.
Ist immerhin auch ein 200 m langer Brocken. da läuft es mir wohl mal wieder wohlig-kalt den Rücken runter!
Gruß
Schiffbauer

[Scheer]

Uii, da hab ich dann mit meinen Annahmen gar nicht mal so falsch gelegen.

[t-geronimo]

@ schiffbauer:

Wann ist denn das? Vielleicht habe ich Zeit und stelle mich mal auf die Landungsbrücken...

[Wilfried]

Moin Harold,

erst einmal einen ganz herzlichen Dank für Deinen Beitrag. Vor einiger Zeit erwarb ich einen Modellbaubogen der "Hammonia"; offensichtlich sind Deine Überlegungen und Schlußfolgerungen auch in nicht unerheblichem Maße in den zivilen Schiffbau übergegangen.
Ich zitiere hier einmal folgendes:

"Der Marktführer HAPAG hatte zuletzt die Blumenthal-Klasse in Dienst gestellt. Dieser Typ hatte eine Tragfähigkeit von 11.520 tdw und erreichte bei einer Maschinenleistung von 10.800 PS eine Geschwindigkeit von 18 kn. Der Aufbau und die Maschinenanlage waren - wie damals üblich - mittschiffs. Die "Hammonia"-Klasse, die die HAPAG auf der Langstrecke nach Ostasien einsetzten wollte, folgte dem Trend nach immer schnelleren Schiffen. Für die angestrebten 21 Knoten und eine Tragfähigkeit vn 12.544 tdw brauchte man nicht nur eine auf 18.900 PS gesteigerte Maschinenanlage, sondern insbesondere ein strömungsgünstigeres Unterwasserschiff. Die Hammonia-Klasse erreicht in der KWL nur über knapp 20% ihrer Länge die volle Breite von 22 m - ein Schlankheitsgrad, wie er bisher nur bei schnellen Passagierschiffen und Kriegsschiffen Anwendung fand ..."
Ich habe dann spaßeshalber einmal die Grundplatte des Vorderschiffbereiches des Wasserlinienmodells mit der im gleichen Maßstab vorliegenden "Scharnhorst" verglichen... Ähnlichkeit in der Form nicht ausgeschlossen...
Als Beispiel habe ich mal folgendes Bild der angesprochenen "Hammonia" angehängt ...


Aber sicher kann Schiffbauer noch viel mehr dazu sagen; auf seiner Werft ist diese Schiffsklasse ja gebaut worden ...  

Mit einem lieben Gruß
der Wilfried

[schiffbauer]

@ t-geronimo,

30. 9.05 , Taufe um 15:30 Uhr.
Von den Landungsbrücken wirst Du nicht viel sehen können.
Ich habe Dir dazu eine PN geschrieben.
Gruß
Schiffbauer

[schiffbauer]

@ Wilfried,
viel kann ich dazu nicht mehr beitragen, Harold hat das ja schon schlüssig dargelegt.
Jedenfalls kann man ganz allgemein die alte Weisheit zitieren:
"Länge läuft" (Je größer das L/B bei gegebener Verdrängung,desdo höher die erzielbare Geschwindigkeit).
Gruß
Schiffbauer

[t-geronimo]

@ t-geronimo,

30. 9.05 , Taufe um 15:30 Uhr.
Von den Landungsbrücken wirst Du nicht viel sehen können.
Ich habe Dir dazu eine PN geschrieben.
Gruß
Schiffbauer

Öhm, da ist aber keine angekommen...