Aufprall der Monsterwelle: HBM-Messtechnik sorgt für sichere Ergebnisse

In einem spektakulären Versuch haben Forscher der TU Hamburg-Harburg den Aufprall einer Monsterwelle auf das Fenster eines Kreuzfahrtschiffes simuliert. Für zuverlässige Daten während des Experiments sorgte das System Genesis HighSpeed von HBM.

Transparenz, Leichtigkeit, Licht – auf den großen Kreuzfahrt-Linern werden zunehmend großzügige, ausladende Fensterflächen eingebaut. Ein architektonischer Gewinn, der jedoch auch viele Fragen an die Schiffskonstruktion stellt. Insbesondere das Thema Wellenschlag ist kritisch: Wie müssen Fenster auf Schiffen konstruiert sein, damit sie dem Aufprall großer Wassermassen widerstehen können? Wären die gegenwärtig eingesetzten Fenster dafür geeignet, auch dem Ansturm einer sogenannten „Monsterwelle“ zu widerstehen?

Die Kollision mit Monsterwellen ist – obwohl äußerst selten – ein denkbares Szenario. Immer wieder wurde in den vergangenen Jahrzehnten von Schiffsunfällen und –kollisionen mit vereinzelt auftretenden, riesigen „Monsterwellen“ berichtet: Wirklichkeit oder Seemannsgarn? Erst seit dem 11. September 1995, als auf den Kreuzfahrtliner Queen Elizabeth 2 eine Monsterwelle prallte, gilt dieses Phänomen als wissenschaftlich gesichert und bewiesen.

Entsprechend jung ist auch die Forschung zum Thema – auch beim Thema Schiffskonstruktion. Wie müssen Schiffsteile, wie zum Beispiel Fenster, konstruiert sein, um der enormen Kraft einer aufprallenden Monsterwelle zu widerstehen? Kann ein Fenster überhaupt einer Monsterwelle widerstehen? Diese Frage wird insgesamt dringlicher, da in modernen Schiffen immer größere Fensterflächen eingebaut werden.

In einem Forschungsprojekt unter Führung von Professor Wolfgang Fricke untersucht das Institut für Konstruktion und Festigkeit von Schiffen der Technischen Universität Hamburg-Harburg die Fragestellungen, die sich aus dem Einsatz der größeren Fensterflächen auf Schiffen ergeben – auch im Hinblick auf den Wellenschlag, bis hin zur Kollision mit riesigen Monsterwellen.

Spektakulärer Fallversuch

Installation der Druck-Messstreifen PMS40 von HBM auf der Verbundglasscheibe

Fragen, die auch experimentell untersucht werden – zum Beispiel im Rahmen eines auch in der ZDF-Fernsehsendung Terra XPress gezeigten Versuchs, in dem der Aufprall einer Welle auf ein Fenster nachgestellt wird.

Die Forscher wollten nicht nur wissen, ob das Fenster zerstört wird – sondern auch, was genau im Moment des Aufpralls passiert. Dazu wurden zwei Fallversuche durchgeführt: Beim ersten Fallversuch wurden die Höhe und die Wassermenge so gewählt, dass das Glas intakt blieb. Beim zweiten Fallversuch, bei dem 1500 Liter Wasser in einem Sack aus 38 m Höhe abgeworfen wurden, sollte die Scheibe – anders als im Fernsehbericht beschrieben – durch die Wasserbombe auf jeden Fall durchschlagen werden. Um dieses sicherzustellen wurden zuvor numerische Berechnungen durchgeführt.

Welcher Wellenhöhe die Wucht dieses Aufpralls entspricht, ist letztendlich nicht klar zu sagen. Dennoch ist es ein Vorzug dieses Versuchs, dass die Last klar definiert ist und mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode simuliert und mit hydrodynamischen Rechnungen korreliert werden kann.

Messdatenerfassungssystem Genesis HighSpeed

Ein zerstörtes Fenster und viele offene Fragen: Das Versuchsobjekt nach dem Aufprall der Wasserbombe.

Als Messdatenerfassungssystem entschied sich die TU Hamburg-Harburg für einen mobilen Datenrekorder GEN2i aus der Serie „Genesis HighSpeed“ von HBM. Und dies aus gutem Grund: Kommt es im Moment des Aufpralls der Monsterwelle hier doch zu einer extrem hohen Zahl von Messdaten, die allesamt in einer hohen Auflösung ausgelesen werden müssen, um genauen Einblick in das Sekundengeschehen zu erhalten. Der GEN2i wurde dazu mit einer Brückenverstärker-Eingangskarte mit einer Abtastrate von 1 MegaSamples/s ausgerüstet, um auch schnellste Druckspitzen noch erkennen zu können.

Eine Extremleistung für die Messtechnik – müssen die Millionen an Daten pro Sekunde doch sicher gespeichert und schnell visualisiert werden. Für Genesis HighSpeed sind diese hohen Standards der Datenverarbeitung jedoch Standard: Dank der patentierten StatStream-Technologie werden binnen Sekunden die Live-Daten in der Software Perception auf dem Bildschirm gezeigt. Der Nutzer hat Zugriff auf Rohdaten, nicht auf modellierte Informationen. Die Sicherheit der Daten hat zudem höchste Priorität – lassen sich doch Versuche wie dieser nur schwer oder mit hohem Aufwand wiederholen.

Exzellente Datensicherheit, größtmögliche Auflösung, schnelle Verarbeitung: Die zuverlässige Messtechnik macht Extremversuche erst auswertbar und sorgt für verständliche Ergebnisse – letztendlich für mehr Sicherheit auf hoher See.

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