DE2246173C3

DE2246173C3 - Eisbrecher

Info

Publication number: DE2246173C3
Application number: DE2246173A
Authority: DE
Inventors: Edward Olen Hourston Tex. Anders (V.St.A.)
Original assignee: Global Marine Inc
Current assignee: Global Marine Inc
Priority date: 1971-09-24
Filing date: 1972-09-20
Publication date: 1978-09-28
Also published as: SE402743B; CA950278A; FI55633B; US3850125A; NO137961C; NO137961B; FI55633C; DE2246173A1; DE2246173B2; SE402567B; SE7413886L

Description

Die Erfindung betrifft einen Eisbrecher, dessen Bug zum Brechen von Eis ausgebildet ist und der mindestens im Vorschiff unterhalb der Wasserlinie einen mit Umgebungswasser füll- und entleerbaren Tank aufweist.

Traditionelle Eisbrecher wurden so betrieben, daß sie das Eis mit der aus ihrer Masse und Geschwindigkeit entstandenen kinetischen Energie brachen. Je nach Dicke der zu brechenden Eisschicht und unter Berücksichtigung der Konstruktion des Rumpfes sowie der Antriebsleistung des Eisbrechers konnte dabei kontinuierlich oder stoßweise gearbeitet werden.

Wenn das Brechen des Eises durch Auflaufen des Buges auf das Eis unterstützt wird, besteht die Gefahr, daß der Eisbrecher zu weit auf die noch unbeschädigte Eisdecke aufläuft und -rutscht und gelegentlich Schwierigkeiten hat, sich von der Eisdecke wieder zu lösen. Dieser Gefahr versuchte man einerseits durch eine Begrenzung der Antriebsleistung zu begegnen; zum anderen ist es in diesem Zusammenhang bekannt, den Rumpf im gefährdeten Bereich besonders rund auszuführen, um den Eisbrecher mit Hilfe von seitlichen Trimmtanks um seine Längsachse zu trimmen sowie durch Roliöewegungen wieder von der Eisdecke freizubekommen. Für Eisbrecher mit einer aktiven Rollstabilisierung ist es aus der US-PS 3192 888 beispielsweise bekannt, das beim Eisbrechen erwünschte Umtrimmen mit Hilfe der Roll-Stabilisierungseinrichtung vorzunehmen.

Das Stabilisieren von Schiffsbewegungen ist außerdem in der GB-PS 4 58 616 beschrieben. Dort ist eine Einrichtung gezeigt, die im Vor- und Hinterschiff mit dem Umgebungswasser füll- und entleerbare Tanks aufweist. Das Ziel ist hier, die Roll- und Stampfbewegungen zu dämpfen.

Die US-PS 3130 701 beschreibt ein eisbrechendes Vorsatzgerät für Schiffe, das an deren Bug gelenkig befestigt und mit Trimmtanks versehen ist, so daß das Vorsatzgerät unter die Eisdecke geschoben werden kann und durch Ausblasen der Tanks einen solchen Auftrieb bekommt, daß es Eisdecken bis zu einer bestimmten Dicke von unten her aufzubrechen vermag.

Schließlich ist der US-PS 8 57 766 die Lehre zu entnehmen, beim Aufbrechen des Eises von unten her unter Verwendung von im Bugbereich befindlichen Trimmtanks einen zusätzlichen Auftrieb zu erzeugen, der die primär zum Eisbrechen benutzte kinetische Energie ebenso unterstützt wie das Gewicht des vorderen Schiffsteils beim Auffahren auf die Eisdecke und beim Brechen nach unten.

Aufgabe der Erfindung ist es, die das Eisbrechen unterstützenden und mit Umgebungswasser füll- und entleerbaren Tanks wirkungsvoller und ökonomischer zum Eisbrechen einzusetzen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Eisbrecher der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß der Tank als Stampfkammer ausgebildet und zur periodischen Verlagerung des Auftriebsschwerpunktes in Schiffslängsrichtung nach vorn und achtern mit einer Schwingungsdauer von einigen Sekunden flut- und ausblasbar ist.

Vorzugsweise ist die Stampfkammer durch eine Ausnehmung im Boden des Schiffsrumpfes gebildet. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann die Ausnehmung durch eine verschiebbare Blende abschließbar sein, welche im wesentlichen eine Fortsetzung der Rumpfoberfläche in der Nähe der Ausnehmung bildet. Abweichend hiervon kann aber auch vorgesehen sein, daß die Ausnehmung durch eine flexible undurchlässige Membran abgedeckt ist, welche an ihrem Umfang mit dem Schiffsrumpf verbunden ist.

Bevorzugt wird eine zweite Stampfkammer im Achterschiff und eine Steuerung zum gegenphasigen Fluten und Ausblasen beider Stampfkammern.

Um die Reibung zwischen Rumpf und gebrochenem Eis zu verringern und die erreichte Wirtschaftlichkeit weiter zu verbessern, ist in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Einrichtung zum Ableiten von luftverdrängtem Wasser aus der Stampfkammer am Schiffsrumpf entlang nach achtern und/oder in eine etwa senkrecht zur Schiffslängsachse verlaufende Richtung vorgesehen.

Weitere vorteilhafte Ausbildungsformen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf e^;ne Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:

F i g. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des Eisbrechers;
ίο F i g. 2 eine schematische Darstellung einer Abwandlungsform des Eisbrechers gemäß Fig. 1;

Fi g. 3—6 je ein weiteres Beispiel für Abwandlungen des Eisbrechers gemäß F i g. 1;

F i g. 7 in vereinfachter Darstellung einen Horizon talschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des Eisbrechers mit einer abweichenden Anordnung der Stampfkammer und ihrer Auslässe;

F i g. 8 einen Vertikalschnitt entlang der Linie 8-8 von Fig.7;

F i g. 9 einen Schnitt im Verlauf der Wasserlinie durch ein anderes Ausführungsbeispiel;

Fig. 10 einen Vertikalschnitt entlang der Linie 10-10 in Fig.9;

F i g. 11 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt ;>5 entlang der Linie 11 -11 in F i g. 10;

F i g. 12 und 13 je eine teilweise geschnittene Ansicht des Vorschiffs des Eisbrechers;

Fig. 14 und 15 je eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer anderen Vorschiffs-Ausführung;
Fig. 16 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des Eisbrechers;

Fig. 17 einen Teilschnitt entlang der Linie 17-17 in Fig. 16;

Fig. 18 einen Teilschnitt entlang der Linie 18-18 in Fig. 16;

Fig. 19 und 20 in schematischer Darstellung zwei weitere Ausführungsformen des Eisbrechers mit einem integrierten Heiz- und Stampfsystem;

Der in F i g. 1 dargestellte Eisbrecher 10 besitzt einen im wesentlichen konventionell gestalteten Schiffsrumpf 11 mit einem besonders ausgebildeten Vorschiff 12, welches nachfolgend eingehend beschrieben wird. Ferner gehören zum Schiffsrumpf 11 ein Achterschiff 13 und ein vom Hauptdeck 15 bis zum Kiel 16 reichender Zentralschacht, der etwa mitschiffs gelegen ist. Der Zentralschacht befindet sich vorzugsweise in der Mittellinie des Rumpfes unterhalb eines Bohrturmes 17, der auf dem Eisbrecher 10 montiert ist. Zum Bohrturm 17 gehört ein Gerüst 18 mit konventioneller Bohrplattform 19 und einem Bohrgerüst 20. Auf der Bohrplattform 19 befindet sich oberhalb des Zentralschachtes 14 ein konventioneller Drehtisch 21.

Durch das Vorhandensein dieses Zentralschachtes 14 mit Bohrturm 17 eignet sich dieser Eisbrecher 10 ^r>5 besonders als schwimmendes Bohrschifi in arktischen Gewässern für küstenferne Bohroperationen. Selbstverständlich gehören Zentralschacht 14 und Bohrturm 17 nicht zu einem normalen Eisbrecher, sind aber in F i g. 1 dargestellt, um zu verdeutlichen, daß die Eisbrech-Vorw) richtung auch auf solchen Schiffen anwendbar ist, die nicht nur zum Eisbrechen dienen. Für Sonderaufgaben besitzt der Schiffsrumpf 11 umkehrbare seitliche Antriebsaggregate 23 und 24 am Vor- und Achterschiff, welche durch Umkehrbarkeit der Schubrichtung die (Vi Manövrierfähigkeit des Schiffes über einem vorgesehenen Bohrgebiet, aber auch beim Betrieb als Eisbrecher verbessern.

Der Eisbrecher 10 besitzt einen ungefähr mitschiffs

gelegenen Massenschwerpunkt 26 oberhalb eines Auftriebsschwerpunktes 27, wenn das Schiff ohne Krängung auf ebenem Kiel schwimmt. Mittels der nachfolgend beschriebenen, zumindest teilweise pneumatisch arbeitenden Einrichtungen läßt sich der ϊ Auftriebsschwerpunkt 27 mit wählbarer Frequenz voraus und achteraus verschieben. Diese pneumatisch betätigbare Einrichtung bewirkt die Verschiebung des Auftriebsschwerpunktes 27 ohne wesentliche Veränderung der Wasserverdrängung bzw. des Gesamtgewichtes des Eisbrechers 10 bzw. ohne wesentliche Verschiebung des Massenschwerpunktes 26. Die wählbare Frequenz, mit dem diese Einrichtung arbeitet, ist der optimalen gemeinsamen Eisbrech- und Eisbewegungs-Charakteristik (Energie-Übertragungsfunktion) zwisrhen Hem Rumpf und seiner unmittelbaren Umgebung während der Eisbrechoperation angepaßt. Das bedeutet, daß die optimale zusammengesetzte Energie-Übertragungsfunktion auf die natürliche dynamische Stampf-Charakteristik des Schiffsrumpfes als solchen, auf die Eigenschaften und Auswirkungen einer dem Schiffsrumpf benachbarten und die natürliche dynamische Stampf-Charakteristik des Rumpfes verändernde Eisschicht sowie auf ähnliche verändernde Eigenschaften und Auswirkungen von gebrochenem Eis Rücksicht r, nimmt, welches sich zwischen Rumpf 11 und einer Eisdecke 30 befindet.

Zur pneumatisch betätigten Einrichtung im Eisbre eher 10 gehören je eine vordere Stampfkammer 28 und eine achtere Stampfkammer 29, welche beide im Rumpf 11 untergebracht und im Kielbereich gegenüber dem umgebenden Wasser 31 offen sind. Beide Stampfkammern sind vorzugsweise soweit wie möglich vom Auftriebsschwerpunkt 27 entfernt und haben das größtmögliche Volumen, welches unter schiffbaulichen Gesichtspunkten untergebracht werden kann. Vorzugsweise haben beide Stampfkammern gleiche Volumina, und ihre Volumenschwerpunkte sind gleich weit vom Auftriebsschwerpunkt bei ebener Kiellage entfernt. Bei unterschiedlichen Abständen vom Auftriebsschwerpunkt bei ebenem Kiel oder bei unterschiedlicher Voiurncnaüsbüdüng ist es erwünscht, das Kraftmorncnt (Produkt aus Abstand vom Auftriebsschwerpunkt χ Volumen) der einen Stampfkammer gleich dem Kraftmoment der anderen Stampfkammer auszubilden.

Auf die pneumatisch betätigbare Einrichtung wirkt ein selektiver Steuermechanismus ein, um den Wasserstand in den Stampfkammern zu beeinflussen. Ist gemäß F 1 g. 1 eine vordere und eine achtere Stampfkammer 28 und 29 \orhanden. so arbeiten die entsprechenden Steuermechanismen mit entgegengesetzter Phase. Es ist jedoch möglich, ein Schiff mit einer einzigen Stampfkammer auszurüsten, welche sich vorzugsweise im Schiff befindet, um am besten auf die Eisdecke 30 einwirken zu können. Normalerweise hat man im Vorschiff eines Schiffes mehr Platz für eine Stampfkammer als im Achterschiff, wo sich die Maschine, Ruderanlage und ein Propeller 34 befindet.

Zur vorderen Stampfkammer 28 gemäß F i g. 1 gehört eine Druckluftquelle 35, beispielsweise in Form eines wi Kompressors, der über einen in Deckshöhe liegenden Lufteinlaß 36 Außenluft ansaugt und über einen Luftkanal 37 in das Oberteil der Stampfkammer 28 einbläst. Ein durch ein Ventil 39 absperrbarer Auslaßkanal 38 verbindet zusätzlich den oberen Bereich der Stampfkammer 28 mit dem Oberdeck. Die achtere Stampfkammer 29 besitzt eine ähnliche Druckluftquelle 40 mit Lufteinlaß 41 und Luftkanal 42; ferner ist ein selektiv mittels eines Ventils 44 absperrbarer Auslaßka nal 43 vorhanden.

Die oberen Enden der beiden Stampfkammern 28 unc 29 (bzw. der einzigen Stampfkammer eines nur mit einei solchen ausgerüsteten Schiffes) liegen unterhalb einei Wasserlinie 46 (Fig. 2 und 3) bei auf ebenem Kie schwimmendem Eisbrecher 10. Bei der in Fig.; dargestellten und von F i g. 1 abweichenden Ausführung eines Stampfsystems 45 sind die Ventile 39 und 44 für die Stampfkammern und vorzugsweise die Druckluftqucl len für diese Stampfkammern an eine Steuerung 4/ angeschlossen, welche bewirkt, daß beim Einlaß vor Luft in die vordere Stampfkammer 28 das Ventil 3' geschlossen ist, so daß in der Stampfkammer 2J stehendes Wasser durch die Druckluft verdrängt wird Zur "!eichen Zeit ist das Ventil 44 der achtcrct Stampfkammer 29 offen, so daß diese sich unter den Einfluß des hydrostatischen Außenwasserdruckes mi Wasser füllt. Die Steuerung 47 hat außerdem einet zweiten Steuerzustand, in dem die Stellungen de Ventile 39 und 44 jeweils umgekehrt sind, so daß jetz Druckluft das Wasser aus der Stampfkammer 2* entfernt, während das Wasser in die vordere Stampf kammer 28 eindringt.

Durch dieses entgegengesetzt gerichtete Zusammen w irken der beiden Stampfkammern 28 und 29 unter den Einfluß der Steuerung 47 wird der Auftriebsschwer punkt 27 abwechselnd gegenüber dem Massenschwer punkt 26 voraus- und achteraus verlagert. Bei de jeweils mit Luft gefüllten Stampfkammer 28 oder 2< liegt die momentane Wasseroberfläche etwa in de Ebene der umgebenden Rumpfoberfläche des Schiffes In diesem Zustand ist der Druck der in der Kamme befindlichen Luft gleich dem hydrostatischen Wasser druck am Kiel des Schiffes. Der Effekt ist der gleiche wi< jener der durch erhöhten Sog am Schiffsrumpf in de Nähe der Kammer erzeugt wird, wie durch Abschließei des Schiffsrumpfes über dem Boden der Kammer, s( daß ein Wechsel in der Verteilung der Auftriebskraft« am Schiffsrumpf entsteht. Diese Veränderung de Auftriebsverhältnissc wird ohne Veränderung de: Schiffs-Nettogewichtes erreicht. Der Massenschwer punkt des Schiffes bleibt also stationär, während sich de Auftriebsschwerpunkt bei luftgefüllter Stampfkamme: 28 nach vorn, und bei luftgefüllter achterer Stampfkam mer 29 nach achtern verschiebt. Bei dem in Fig. dargestellten Ausführungsbeispiel müssen die beidet Stampfkammern 28 und 29 mit einer Phasenverschie bung von 180^c betrieben werden um das maximall Stampfmoment zu erzielen.

Bei der Aufnahme des Stampfbetriebes kann e: vorteilhaft sein, das Stampfsystem zunächst von Ham mit einer Frequenz in Betrieb zu setzen, welche de natürlichen Stampffrequenz des Schiffsrumpfes nahe kommt- Sobald der Schiffsrumpf seine cyklischei Stampfbewegungen aufgenommen hat kann die auto matische Steuerung 47 eingeschaltet werden. Hierzt kann eine Tasteinrichtung vorhanden sein, welche dii Ruhepunkte am oberen und unteren Stampfhub-Um kehrpunkt abtastet und einen Steuerbefehl für dii Umschaltung der Ventile in den Luftkanälen de Stampfkammern abgibt

Diese Stampfbewegungen des Schiffsrumpfes über tragen sich auf das umgebende Wasser und insbesonde re auf das Wasser innerhalb des aus der Eisdecke 31 herausgebrochenen Kanals. Abgebrochene Eisstücki werden dadurch auf oder unter die seitlichen Eisrände geschoben. Daher muß der Eisbrecher diese abgebro

chenen Lisstückc nicht mehr mühsam vor sich her schieben, wie das bei herkömmlichen Eisbrechern üblich ist. Diese Erscheinung trägt wesentlich zur Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades bei. Der einzige Energieverlust in Höhe von etwa 5% tritt als Wellen- und Reibungswiderstand des sich durch das Wasser bewegenden Schiffsrumpfes auf. Dieser Leistungsverlust ist bei niedrigen Schiffsgeschwindigkeiten relativ niedrig und konstant.

Das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 besitzt zwei Zentrifugalgebläse 48 und 49 als Druckluftqucllen. welche als zweistufige Gebläse hintereinandergeschaliet sind. Hinter der zweiten Stufe 49 sitzt ein Auslaßkanal 50, welcher über ein Ventil 51 abwechselnd auf den Luftkanal 37 und den Luftkanal 42 umschaltbar ist, so daß abwechselnd die vordere und die hintere Stampfkammer 28 bzw. 29 mit Luft versorgt werden. Das Ventil 51 wird durch die Steuerung 47 betätigt. Die den Auslaßkanälen 38 und 43 für die Stampfkammern 28 und 29 zugeordneten Ventile 39 und 44 können als Dämpferventile ausgebildet sein und ebenfalls durch die Steuerung 47 angesteuert werden. Wenn der Auslaßkanal 50 mit dem Luftkanal 42 der vorderen Stampfkammer 28 verbunden ist, so ist gleichzeitig das Auslaßventil der vorderen Stampfkammer offen, und wenn der Auslaßkanal 50 das Gebläse 48,49 an den Luftkanal 37 angeschlossen ist, so ist gleichzeitig Ventil 44 für den Auslaßkanal 43 der achteren Stampfkammer 29 offen.

Durch Verwendung von mehrstufigen Zentrifugalgebläsen ist es möglich, große Luftmengen mit einem Druck von etwa 3,5 bar zu erzeugen, wie man sie benötigt, um das Wasser aus den Stampfkammern in der erforderlichen Zeit verdrängen zu können.

Ein anderes Stampfsystem 53 gemäß F i g. 3 eignet sich ebenfalls für eine vordere und eine achtere Stampfkammer in einem Eisbrecher bzw. auch für eine einzelne Stampfkammer im Schiff. Eine Druckluftquelle 54 in Form eines Zentrifugalgebläses oder einer anderen Druckquelle ist über eine Ausgangsleitung 55 an eine Abzweigleitung 56 und ferner an eine Bypass-Leitung 57 angeschlossen. Die Verteilung des Luftstromes aus der Ausgangsleitung 55 auf die Abzweigleitung 56 oder die Bypass-Leitung 57 wird durch ein Ventil 58 gesteuert, welches von der Steuerung 47 betätigt wird. Die Abzweigleitung 56 mündet gemeinsam mit einer Auslaßleitung 60 in eine gemeinsame Auslaßleitung 59 ein. Mittels eines Ventils 61 ist entweder die Abzweigleitung 56 oder die Auslaßleitung 60 auf die gemeinsam weiterführende Auslaßleitung 59 aufschaltbar. Dieses Ventil 61 wird ebenfalls durch die Steuerung 47 betätigt. Die gemeinsame Auslaßleitung 59 mündet in die Oberseite einer Stampfkammer 62 ein, die sich in bereits beschriebener Weise im unteren Bereich des Rumpfes 11 befindet und nach unten gegenüber dem umgebenden Wasser offen ist Ohne zwischengeschaltetes Ventil ist die Auslaßleitung 60 mit der Bypass-Leitung 57 verbunden, und diese Verbindungsstelle führt durch den Rumpf 11 nach außen hindurch bis in die Höhe des Hauptdecks. Die Verbindungsstelle zwischen Bypass-Leitung 57 und Auslaßleitung 60 ist so ausgebildet daß die durch die Bypass-Leitung 57 strömende Luft mittels des Ventury-Effektes eine Saugwirkung auf die Luft in der Auslaßleitung 60 ausübt Es sei bemerkt daß die Druckluftquelle 54 während der verschiedenen Füll- und Entleercyklen der Stampfkammer 62 ununterbrochen in Betrieb bleibt.

Die Steuerung 47 hat zwei Betriebszustände. In dem einen Betriebszustand sind die Ventile 58 und 61 so geschaltet, daß eine Verbindung von der Druckluftquel-Ic 54 über die Leitungen 55, 56 und 59 zur Stampfkammer 62 besteht. Im anderen Betriebszustand sind die Ventile 58 und 61 so gestellt, daß die Luft aus der Stampfkammer 62 über die Leitungen 59, 60 und 63 ausströmt, während die Druckluft aus der Druckluftquelle 54 über die Bypass-Leitung 57 in die nach oben führende Auslaßleitung 63 einströmt. Im ersten Betriebszustand der Steuerung 47 wird also das Wasser

ίο aus der Stampfkammer 62 verdrängt, und der Auftriebsschwerpunkt des Rumpfes verschiebt sich in die eine Richtung. Im anderen Betriebszustand füllt sich die Slampfkammer 62 wieder mit Wasser, und der Auftriebsschwerpunkt verschiebt sich in die andere

is Richtung. In dem zweiten Betriebszustand strömt die Druckluft aus der Druckluftquelle 54 an der Verbindungsstelle der Leitungen 57, 60 und 63 vorbei und unterstützt durch Absaugwirkung das Ausströmen der Luft aus der Stampfkammer 62, so daß diese beschleunigt geflutet wird.

In Fig. 3 sind ferner auf der Unterseite des Schiffsrumpfes 11 zwei Blenden 65 und 66 dargestellt, welche sich zwischen einer mit durchgehenden Linien dargestellten geöffneten Stellung und einer mit unterbrochenen Linien angedeuteten Schließstellung verschieben lassen. In ihrer Schließstellung schließen diese Blenden 65 und 66 die Stampfkammer 62 etwa in Höhe ihres unteren Randes 67 gegenüber der Umgebung des Schiffes vollständig ab. Lagerung und Antrieb der Blenden kann natürlich auf verschiedene Arten erfolgen. Gemäß Fi g. 3 ist jeder Blende 65 bzw, 66 je eine Kolbenanordnung 68 zugeordnet, welche mittels Kolbenstange 69 und über eine Dichtung 70 an die zugehörige Blende angeschlossen ist, welche in einer Ausnehmung 71 so geführt ist, daß bei offener Blende die untere öffnung der Stampfkammer 62 nach außen hin nicht eingeengt wird. Der Hauptzweck dieser Blenden 65 und 66 besteht darin, den Strömungswiderstand des Schiffsrumpfes 11 im offenen Wasser zu reduzieren.

Selbstverständlich können auch die in den F i g. 1.2, A und 5 dargestellten Ausführungsbeispiele mit derartiger Blenden zum zeitweiligen Verschließen der Stampfkammern ausgerüstet sein.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein pneumatisch betätigbares Stampfsystem 72 in Verbindung mit derr Rumpf 11 ist in Fig.4 dargestellt; es enthält die bereit« beschriebene kontinuierlich laufende Druckluftquelle 54 mit Ausgangsleitung 55, welche im vorliegenden Fall ir

so eine nach unten führende Luftleitung 73 und eine nach oben führende Bypass-Leitung 74 verzweigt ist. Die Luftleitung 73 führt, wie bei den bereits zuvoi beschriebenen Ausführungsbeispielen, von oben her ir eine Slampfkammer 75, welche die einzige oder eine von zwei Stampfkammern dieses Schiffsrumpfes 11 seir kann. Die Bypass-Leitung 74 mündet beim Hauptded 15 in die freie Atmosphäre. Mittels eines Ventils 76 laß sich der Luftstrom aus der Ausgangsleitung 55 dei Druckluftquelle 54 abhängig vom Steuerbefehl dei Steuerung 47 entweder in die Luftleitung 73 oder in die Bypass-Leitung 74 leiten. Entweder verbindet also dai Ventil 76 die Ausgangsleitung 55 mit der Luftleitung 73 so daß die Bypass-Leitung 74 geschlossen ist odei umgekehrt.

Eine weitere Auslaßleitung 77 verbindet die Obersei te der Stampfkammer 75 mit dem Oberdeck 15 de Schiffsrumpfes 11. In der Auslaßleitung liegt en beispielsweise aus mehreren Platten bestehende:

Ventilmechanismus 78, der in der Weise von der Steuerung 47 angesteuert wird, daß er geöffnet ist, wenn Ventil 76 die Ausgangsleitung 55 mit der Bypass-Leitung 74 verbindet. Die Auslaßleitung 77 besitzt einen relativ großen Querschnitt, damit die austretende Luft beim Fluten der Stampfkammer 75 relativ ungehindert abziehen kann.

Wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen steuert die Steuerung 47 auch beim Stampfsystem 72 das Ventil 76 zwischen seinen zwei Betriebszuständen hin und her sowie den Ventilmechanismus 78 abwechselnd auf und zu, und zwar in Zeitabständen, welche der natürlichen Stampfperiode des Rumpfes 11 beim Eisbrechen entspricht. Hierbei führt der Schiffsrumpf Stampfbewegungen mit großer Amplitude bei niedriger Frequenz aus, welche der optimalen Energie-Übertragungsfunktion zwischen Schiffsrumpf und seiner unmittelbaren Umgebung entsprechen.

Das Stampfsystem 80 gemäß F i g. 5 läßt sich ebenfalls in einen Eisbrecher 10 oder in ein anderes Schiff einbauen. Hierbei dient als Druckluftquelle 54 der Verdichter 8t einer Gasturbine 82. Die Gasturbine 82 dient hier außerdem zur elektrischen Stromversorgung des Eisbrechers 10, und ihr Rotor 83 ist demgemäß über ein Getriebe 84 mit einem Stromgenerator 85 verbunden. Beispielsweise in der zweiten Stufe des Verdichters 81 wird Druckluft mit beispielsweise 3,5 bar abgenommen und über eine Leitung 86 in eine Stampfkammer 87 eingeblasen, welche den zuvor beschriebenen anderen Stampfkammern nach Ausbildung und Anordnung entspricht. Sie kann auch mit Blenden gemäß F i g. 3 ausgestattet sein.

Mittels eines Ventils 88 in der Leitung 86 läßt sich die Stampfkammer 87 für die Betriebsphase, in der Wasser in die Stampfkammer eindringt, vom Verdichter 81 abtrennen. Das Ventil 88 sitzt an der Abzweigung zu einer Bypass-Leitung 89. Wie beschrieben, steuert die Steuerung 47 auch dieses Ventil 88 abwechselnd in eine Betriebsstellung, in welcher die Bypass-Leitung 89 geschlossen und die Leitung 86 durchgehend geöffnet ist, und danach in die andere Betriebsstellung, in der die Leitung 86 gegenüber der Stampfkammer verschlossen ist und in die Bypass-Leitung 89 einmündet.

Das Ende der Bypass-Leitung 89 ist ais Düse 90 ausgebildet und befindet sich innerhalb eines als Ventury-Rohr ausgebildeten Abschnittes 91 einer Auslaßleitung 92, welche die Stampfkammer 87 nach oben hin mit der freien Atmosphäre verbindet. Ein in der Auslaßleitung 92 angeordnetes Ventil schließt bzw. öffnet diese Auslaßleitung in Abhängigkeit von der Steuerung 47. Das Ventil 93 ist offen, wenn das Ventil 88 die Druckluft aus dem oberen Teil der Leitung 86 in die Bypass-Leitung 89 umlenkt, so daß der Druckluftstrom aus der Düse 90 eine zusätzliche Saugwirkung auf die aus der Stampfkammer 87 austretende Luft ausübt, wenn diese beim Fluten der Stampfkammer herausgedrückt wird. Wie bereits zuvor beschrieben, steuert die Steuerung 47 diese Ventile ebenfalls in einem Rhythmus, welcher der natürlichen Stampfperiode des Eisbrechers beim Eisbrechen entspricht

Ein weiteres, in Fig.6 dargestelltes pneumatisches Stampfsystem 95 besitzt eine kontinuierlich arbeitende Druckluftquelle 54, deren Druckluftstrom über eine Ausgangsleitung 55 in einen Akkumulator 96 gedruckt wird. Dieser ist über eine Leitung 97 mit Ventil 98 an eine in entgegengesetzten Strömungsrichtungen benutzte Verbindungsleitung 99 angeschlossen, welche in eine Stampfkammer 100 einmündet, die sich im unteren Abschnitt des Rumpfes 11 befindet und zum Kiel 16 hin offen ist. Angesteuert durch die Steuerung 47 verbindet das Ventil 98 in seiner einen Betriebsstellung die Leitung 97 mit der Verbindungsleitung 99, so daß jetzt Druckluft in die Stampfkammer 100 eintritt und darin befindliche Wasser verdrängt. Befindet sich das Ventil 98 in seiner anderen Betriebsstellung, so ist die Leitung 97 abgesperrt und die Verbindungsleitung 99 an eine Entlüftungsleitung 101 angeschlossen, und das Wasser

ίο tritt von unten her in die Stampfkammer 100 ein.

Nach zuvor bereits beschriebenen Gesichtspunkten liegt natürlich auch diese Stampfkammer 100 soweit wie möglich vorn im Vorderschiff des Eisbrechers 100. Wie F i g. 6 erkennen läßt, bildet die Stampfkammer 100 eine wannenförmige konkave Vertiefung im Rumpf 11, welche an ihrem umlaufenden Rand 103 gegenüber der Umgebung abgedichtet ist. Ist die Stampfkammer !00 gemäß in Fig.6 mit Luft gefüllt, so wird die Membran 102 linsenartig nach unten aus dem Schiffsrumpf herausgewölbt, so daß die Stampfkammer 100 etwa die doppelte Luftmenge gegenüber einer nach vorbeschriebener Art unten offenen Stampfkammer aufnehmen kann. Wenn dagegen die Verbindungsleitung 99 mit der Entlüftungsleitung 101 verbunden ist, liegt die Membran 102, wie in F i g. 6 mit unterbrochenen Linien dargestellt ist, an der oberen gewölbten Wandung der Stampfkammer 100 flach an. Es leuchtet ein, daß eine mit einer Membran abgeschlossene Stampfkammer gemäß Fig.6 die gleiche Stampfwirkung ergibt, wie eine doppelt so große Stampfkammer der Stampfsysteme 45, 53,72 und 80.

Die Verwendung eines Akkumulators % im Stampfsystem 95 als Druckluftquelle gestattet es, einen kleineren Kompressor bzw. ein kleineres Gebläse mit geringerer Leistung zu installieren als zuvor bei den anderen bereits beschriebenen Stampfsystemen. Dieser Effekt wird dadurch ermöglicht, daß während der Halbperiode, in der die Stampfkammer entlüftet wird und die Membran sich unter dem Wasserdruck an die Wandung der Stampfkammer anlegt, die vom Gebläse abgegebene Luft im Akkumulator % gespeichert wird. Bis zur Umschaltung des Ventils 98 zur Füllung der Stampfkammer 100 hat sich genügend Druckluft im Akkumulator 96 angesammelt, um die gesamte Stampfkammer füllen zu können.

Selbstverständlich läßt sich ein Akkumulator dieser Art auch bei den zuvor beschriebenen Stampfsystemen 45,53,72 und 80 verwenden.

Wie bereits erwähnt, arbeiten sämtliche bisher beschriebenen Stampfsysteme 45,53,73,80 und 45 nach zyklischen Steuerbefehlen der Steuerung 47. Hierbei wird zyklisch die Auftriebsverteilung am Schiffskörper verändert ohne das effektive Gewicht des Schiffsrumpfes zu verändern. An dieser Stelle sei erwähnt, daß die Stampfsysteme 45, 53, 72, 80 und 95 als masselose Stampfsysteme zu bezeichnen sind.

In F i g. 7 ist ein vereinfachter Teilschnitt durch das Vorschiff eines Eisbrechers 110 im Verlaufe seiner Wasserlinie unter Belastung dargestellt Der Rumpf 112 des Eisbrechers 110 hat eine etwa mit einer Pfeilspitze vergleichbare Bugpartie 111, deren Außenkonturen von einem Steven 113 ausgehend sich zunächst bei Abschnitt 114 stark erweitern, um anschließend bei Abschnitt 115 wieder zusammenzulaufen. Hinter dem Abschnitt 115 verlaufen die Rumpf-Außenkonturen wieder flach nach außen, um mittschiffs etwa eine dem Abschnitt 114 entsprechende, oder eine etwas größere Breite zu erreichen. Zwischen den Abschnitten 114 und 115

befindet sich auf jeder Schiffsseite eine nach achtern verlaufende öffnung im Rumpf 112. Die Rumpfgestaltung gemäß Fig. 7 erstreckt sich von der Wasserlinie aus ein gewisses Stück nach oben und nach unten, falls gewünscht. Ί

Ein zum Eisbrecher 110 gehöriges Stampfsystem 117 besitzt eine Stampfkammer 118 in Form eines Behälters 119, der vor dem Abschnitt 115, vorzugsweise im Bereich des erweiterten Abschnittes 114 innerhalb des Rumpfes 112 untergebracht ist. Gemäß Fig. 8 ist eine nicht dargestellte Druckluftquelle über eine Lufteinlaßleitung 120 und ein Ventil 121 mit dem Behälter 119 verbunden. Auf jeder Schiffsseite ist eine Auslaßleitung 122 an den Behälter 119 angeschlossen, welche bei jeweils einer Auslaßöffnung 123 ins Freie mündet. In r> jeder Auslaßleitung 122 befindet sich ein durch die Steuerung 47 ansteuerbares Ventil 124.

Vorzugsweise am vorderen unteren Ende des Behälters 119 ist ein durch den Rumpf 112 führender Wassereinlaß 125 angeschlossen, in dessen Verlauf sich ein Ventil 126 befindet, welches im vollständig geöffneten Zustand dem in den Behälter einströmenden Wasser einen möglichst geringen Widerstand entgegensetzt. Auch dieses Ventil 126 wird durch die Steuerung 47 geöffnet und geschlossen. Je ein Steuerbord- und ein Backbord-Wasserauslaß 127 führen von entgegengesetzten unteren Hinterenden des Behälters 119 durch den Rumpf hindurch nach außen. Wie in Fig. 8 angedeutet, führt jede der beiden Wasserauslaßleitungen 127 zur jeweiligen Auslaßöffnung 123 für die w Luftleitung. Jede Wasserauslaßleitung besitzt ein Ventil 128, welches ähnlich dem Ventil 126 ausgebildet ist. Beide Ventile 128 sind an die Steuerung 47 angeschlossen.

Die Ventile 121,124,126 und 128 werden auf folgende 1 > Weise durch die Steuerung 47 gesteuert: Sind die Ventile 121 und 128 offen, so dringt Druckluft in den Behälter 119 ein und verdrängt das darin befindliche Wasser in Richtung auf die Auslaßöffnungen 123. Während dieser Phase des Betriebszyklus des Stampfsystems 117 sind die Ventile 124 und 126 geschlossen. In der anderen Betriebsphase des Stampfsystems 117 bewirkt der Steuermechanismus 47, daß die Ventile 124 und 126 geöffnet, und die Ventile 121 und 128 geschlossen sind, so daß dit im Behälter 119 befindliche Luft über die Auslaßöffnungen 123 ins Freie gelangt, während Wasser über den Wassereinlaß 125 in den Behälter 119 nachströmt.

Vorzugsweise liegt die Mündung des Wassereinlasses 125 im Verlauf einer Mittellinie 129 des Eisbrechers 110 tief unter Wasser. Damit wird erreicht, daß mit dem einströmenden Wasser keine während des Eisbrechens abgetrennten Eisblöcke den Wassereinlaß 125 blockieren können.

Außerdem ist die zuvor beschriebene Baupartie 111 zusätzlich so geformt, daß sie die Eisbrechwirkung unterstützt Außer den im Zusammenhang mit F i g. 7 beschriebenen Konturen kann diese Bugpartie 111 des Eisbrechers 110 entweder wie bei einem konventionel len Eisbrecher, oder beispielsweise gemäß Fi g. 12 oder 14 ausgestaltet sein.

Das Stampfsystem 117 des Eisbrechers 110 kann entweder von Hand oder durch die Steuerung 47 gesteuert werden, um den Eisbrecher 110 in zuvor beschriebener Weise in möglichst große Stampfbewegungen zu versetzen.

Die pfeilartige Bugpartie 111 des Eisbrechers 110 verleiht dem Schiff weit vor seinem Mittschiffsbereich und nahe seinem Vorsteven eine erhebliche Breite. Dadurch läßt sich eine Stampfkammer mit erheblichem Volumen und sehr weit voraus unterbringen, was bei einer konventionellen Rumpfform selbstverständlich nicht möglich wäre. Ein weiterer Vorteil ist, daß die abwechselnd aus der Stampfkammer 118 austretenden Luft- und Wasserströme auf den verengten Abschnitt 115 gerichtet sind und mit erheblicher Gewalt und Geschwindigkeit am Rumpf vorbeistreichen. Dadurch werden vorbeitreibende Eisstücke mitgerissen und am Schiffskörper entlang achteraus geschoben. Während der Rumpf 112 Stampfbewegungen im Rhythmus des Stampfsystems 117 ausführt, wird das abgebrochene Eis durch die aufgebrochene Fahrrinne hinter dem Schiff abtransportiert. Das in Fig. 7 und 8 dargestellte Stampfsystem trägt erheblich zur Reduzierung von Leistungsverlusten bei. Ein umso größerer Anteil der Schiffsleistung verbleibt für die Durchführung der Stampfbewegungen des Schiffes, und das Aufbrechen des Eises kann mit einem wesentlich höheren Wirkungsgrad als bei konventionellen Eisbrechern erfolgen.

Ein anderes Ausführungsbeispiel für einen Eisbrecher 130 ist in Fig.9 dargestellt. Dieser Eisbrecher 130 besitzt in seinem Rumpf 131 an Steuerbord und Backbord in gleichmäßigen Abständen von seiner Mittellinie 134 Ausleger-Stampfkammern 132 und 133. Diese Ausleger-Stampfkammern 132 und 133 verlaufen beiderseits etwa parallel zur Bordwand des Rumpfes 131, ausgehend vom Kiel bis oberhalb der Wasserlinie, begrenzt durch eine Innenwand 135, welche im wesentlichen dem Verlauf der normalen Bordwand des Rumpfes 131 entspricht, und einer nach außen herausgewölbten Außenwand 136. Am hinteren Ende jeder Stampfkammer 132 bzw. 133 ist die Außenwand 136 unier einem relativ stumpfen Winkel an die Innenwand 135 herangeführt.

Oberhalb der Wasserlinie ist jede der beiden Ausleger-Stampfkammern 132 und 133 durch eine Deckplatte 137 abgeschlossen, welche oberhalb der Wasserlinie verläuft. Unterhalb dieser Deckplatte 137 ist durch eine Trennwand 138 eine Luftverteilkammer 139 von der darunterliegenden Stampf kammer abgetrennt. Dieser Luftverteilkammer 139 wird Druckluft von einem als Druckluftquelle dienenden mehrstufigen Kompressor 141 über eine Einlaßleitung 140 zugeführt.

Die Luftverteilkammer 139 ist mit ihrer darunterliegenden Ausleger-Stampfkammer über eine Anzahl von öffnungen 142 zum Einlassen von Druckluft verbunden. Außerdem befinden sich in der Deckplatte 137 mehrere öffnungen 143 zum Auslassen der Luft aus der nachgeordneten Stampfkammer, wenn diese bei der Stampfoperation des Eisbrechers 130 geflutet wird. Die öffnungen 142 und 143 sind in Längsrichtung über die Stampfkammern 132 und 133 verteilt, und die öffnungen 143 befinden sich an den oberen Enden der zugehörigen Auslaßkanäle 144, welche durch die Trennwand 138 hindurch in die jeweilige Stampfkammer einmünden. Die Auslaßkanäle schließen die Luftverteilkammer 139 nicht ab, so daß über die gesamte Länge der Stampfkammern 132 und 133 hinweg eine Verbindung mit der Luftverteilkammer 139 besteht

Durch Ventile 145 und 146 werden die öffnungen 142 und 143 selektiv abgeschlossen, um intermittierend die Stampfkammern mit Luft zu füllen und wieder zu leeren. Die Ventile 145 und 146 sind jeweils an einer Kolbenstange 147 bzw. 148 einer Kolben-Zylinderanordnung 149 bzw. 150 befestigt, deren Kolben 151 bzw.

152 sich mit ihren zugehörigen Zylindern in der Luftverteilkammer 139 bzw. in den Auslaßkanälen 144 befinden. Ein Steuerventil 155 ist über eine Leitung 153 unterhalb des Kolbens an die Kolben-Zylinderanordnung 149 und über eine Leitung 154 oberhalb des s Kolbens an die Kolben-Zylinderanordnung 150 angeschlossen und wird gemäß Fig. 10 durch die Steuerung 47 angesteuert. Abhängig vom empfangenen Steuersignal erhält eine oder beide der Leitungen 153 und 154 über das Steuerventil 155 Steueriuft aus einer Steuerleitung 156. Die auf der Steuerleitung 156 stehende Luft hat vorzugsweise einen höheren Druck als der auf der Einlaßleitung 140 für die Luftverteilkammer 139 stehende Druck. Beispielsweise kann die Steuerleitung 156 an eine höhere Druckstufe des Kompressors 141 angeschlossen sein, wie in Fig. 10 dargestellt ist.

Nach Fig. 11 liegen die Ventile 145 für die öffnungen 142 unterhalb der Trennwand 138. und die Ventile 146 für die öffnungen 143 oberhalb der Deckplatte 137. >ci Damit sind sämtliche Ventile durch die in der Luftverteilkammer 139 stehende Luft in ihrer Öffnungsrichtung vorgespannt, wenn sie durch ihre jeweils zugehörige Kolben-Zylinderanordnung 149 bzw. 150 geschlossengehalten werden. Logischerweise muß im :s geschlossenen Ventilzustand der Kolben eine höhere Kraft aufbringen als der auf dem Ventil lastende Luftdruck. Soll die Druckluft aus der Luftverteilkammer 139 in die darunterliegenden Stampfkammern 132 bzw. 133 abgegeben werden, so trennt das Steuerventil 155 die Leitung 153 gegenüber der Steuerleitung 156, und das Ventil 145 öffnet sich unter dem Einfluß des auf ihm lastenden Luftdruckes. Wird durch Abtrennung der Leitung 154 von der Steuerleitung 156 über Steuerventil 155 die Ko!benzylinderanordnung 150 außer Betrieb ss gesetzt, so drückt der im Auslaßkanal 144 stehende Luftdruck das Ventil 146 nach oben hin auf.

Bei offenen öffnungen 142 verdrängt die in die Stampfkammern eintretende Druckluft das darin enthaltene Wasser, während gleichzeitig die Entlüf- ίο tungsöffnungen 143 geschlossen sind. Sind umgekehrt die öffnungen 143 auf und die öffnungen 142 zu, so kann die in den Stampfkammern stehende Luft abziehen und das Wasser nachdrängen. Sind die öffnungen 142 geschlossen, so wirkt die Luftverteilkammer 139 als Akkumulator für die vom Kompressor 141 abgegebene Druckluft.

Als Wassereinlaß und Auslaß der Stampfkammer 132 und 133 dienen Flutöffnungen 163 in der Außenwand 136 nahe der Mittellinie 134 des Schiffes. Jede so Flutöffnung 163 ist mittels eines als Rückschlagventil wirkenden Verschlußelementes 164 in der Weise abgeschlossen, daß Wasser nur von außen her in die Stampfkammer einströmen kann, jedoch nicht in umgekehrter Richtung, wenn Druckluft in die Stampfkammer eingelassen wird. Das Verschlußolement 164 besitzt gemäß Fig. 10 einen Drehpunkt 165 an der Außenwand 136 und einen Schließmechanismus 166, um das Verschlußelement 164 in seine Schließstellung zu drücken. Dieser Schließmechanismus 166 ist so abge- wi stimmt, daß sich das Verschlußelement 164 öffnet, sobald der Druck innerhalb der Stampfkammer 132 bzw. 1 33 kleiner wird, als der Wasserdruck außerhalb des Schiffes.

/'um Ablassen des Wassers aus der Stampfkammer ist >■ "> die Außenwand 136 rasterartig mit einer Anzahl von horizontal und vertikal verteilten Auslaßdüsen 168 versehen. |ede Auslaßdüse 168 bcsit/M einen Schwimmkörper 169, der auf die Anwesenheit von Wasser hinter der jeweiligen Auslaßdüse in der Weise anspricht, daß er beim Einlassen von Druckluft in die Stampfkammer solange geöffnet bleibt, wie seine Auslaßdüse 168 sich unter Wasser befindet. Dadurch wird erreicht, daß durch die AuslaPdüsen 168 keine Luft entweichen kann und immer nur die Düsen offen sind, welche noch unter Wasser stehen.

Durch die Auslaßdüsen 168 wird dem ausgelassenen Wasser eine beträchtliche Geschwindigkeit und damit eine Strahlenergie verliehen, so daß eine Anzahl von durch Pfeile 170 angedeuteten Wasserstrahlen 170 entsteht. Gemäß Fig.9 sind diese Wasserstrahlen so ausgerichtet, daß sie etwa rechtwinklig zur Mittellinie 134 verlaufen. Diese Wasserstrahlen 170 bewirken, daß abgebrochene Eisstücke, welche in der vom Eisbrecher 130 gebrochenen Spur treiben, vom Rumpf 131 des Schiffes abgedrückt werden. Auf diese Weise wird die zur Wasserverdrängung aus den Stampfkammern aufgewendete Energie teilweise konserviert und zum Fortschieben des Eises benutzt, die Fahrt des Schiffes wird weniger durch treibende Eisstücke behindert, und der Gesamtwirkungsgrad des Eisbrechers steigt. Die gemäß Fig. 10 an Steuerbord und Backbord angesetzten Ausleger-StampP ammern 132 und 133 können an einen bereits vorhandenen Schiffsrumpf 131 angebaut werden, welcher ursprünglich entweder als Eisbrecher oder als anderer Schiffstyp gebaut wurde. In diesem Falle ist die Innenwand 135 die ursprüngliche Außenhaut des vorhandenen Schiffes, die mit der zusätzlichen Außenwand 136 überzogen wird, wenn aus diesem Schiff ein Eisbrecher wird. Da gemäß F i g. 9 die beiden Ausleger-Stampfkammern 132 und 133 durch eine Kielverstärkung 171 voneinander getrennt sind, kann man sie als Rolltanks benutzen, wenn man auf der Steuerbordseite beispielsweise die Ventile 145, und synchron dazu auf der Backbordseite die Ventile 146 betätigt. Wenn zusätzlich im Achterschiff entsprechende Stampfkammern 132 und 133 vorhanden sind, se können selbstverständlich auch diese als Rolltanks gesteuert werden. Mit insgesamt vier solcher Tanks kann der Eisbrecher 130 Stampf-, Roll- und/odet Hubbewegungen ganz nach Wunsch und mit jedei gewünschten Frequenz ausführen. Auf diese Weise ist es fast unmöglich, daß ein derartiger Eisbrecher im Eise stecken bleibt.

Selbstverständlich lassen sich auch die Stampfkammern der zuvor in Zusammenhang mit Fig. 1—E beschriebenen Ausführungsbeispiele durch mittschiffs liegende Trennwände in zwei nebeneinanderliegende Abteilungen unterteilen, um auf diese Weise zusätzliche Rollbewegungen erzeugen zu können.

Wie bereits mehrfach gesagt, kann ein erfindungsge mäßer Eisbrecher mehr Energie auf den eigentlicher Eisbrechervorgang verwenden, hat damit einen wesent lieh höheren Gesamtwirkungsgrad als herkömmlich! Eisbrecher, und kann schneller arbeiten. Dieser Vortei wird durch Verbesserungen in der Buggestaltung dei Eisbrecher noch erhöht. Mittels einer Buggestaltun) gemäß den Fig. 12-Fig. 15 läßt sich die größen verfügbare Eisbrecher-Energie zusätzlich auch nocl besser als bisher auf das Eis übertragen.

Es werden unmittelbar vor dem Schiff direkte Kräfti auf die Eisdecke übertragen, und zwar sowohl bei de Abwärtsbewegung als auch bei der Abwärtsbewegunj des Vorschiffes. Dadurch wirkt im wesentlichen ständij Energie auf die Eisdecke ein, und der Eisbrecher kam sich somit wesentlich schneller als ein verglcichba

großer Eisbrecher bekannter Bauart durch wesentlich dickere Eisdecken hindurcharbeiten.

Der in Fig. 1. 12 und 13 dargestellte Eisbrecher 10 besitzt einen mit einem schrägen Oberhang versehenen Steven 173. Vorab sei für die Beschreibung der Fig. 12—15 festgelegt, daß man unter einem positiven Überhang eine schräg von oben vorn nach unten hinten verlaufende Neigung in der Stevenkontur versteht. Entsprechend versteht man unter einem negativen Oberhang eine von hinten oben nach vorn unten verlaufende Neigung. Demnach verläuft der Steven 173 des Eisbrechers 10 vom Oberdeck nach unten zunächst mit einem schwach positiven Überhang, geht dann bei einem Abschnitt 174 mit einem Radius in ein Stück mit stark positivem Überhang über. Etwa in Höhe der normalen Wasserlinie 46 durchläuft die Stevenkontur einen entgegengesetzt gekrümmten Halsabschnitt 176, um schließlich in einen Abschnitt 175 mit starkem negativen Überhang einzulaufen. Der unterhalb des Halsabschnittes 176 liegende negativ überhängende Abschnitt 175 bildet mit dem vorderen Kielausläufer eine Bugbirne. Vorzugsweise ist die Halsöffnung zwischen Abschnitt 174 und 175 des Vorschiffes größer ais die normalerweise anzutreffende Dicke einer Eisdecke 30, welche der Eisbrecher 10 im Stampfbetrieb aufbrechen soll.

Gemäß Fig. 12 führt der Eisbrecher 10 gerade eine Abwärtsbewegung mit seinem Vorschiff 12 durch und drückt dabei mit dem Stevenabschnitt 174 von oben her auf die Eisdecke 30, so daß nach vorn und nach unten gerichtete Kräfte auf die Eiskante übertragen werden. Wenn das Vorschiff mit entleerter Stampfkammer 28 anschließend eine aufwärts gerichtete Hubbewegung ausführt, so erfaßt der Stevenabschnitt 175 die Eisdecke 30 von unten her und hebt diese an. Auf diese Weise sägt sich der Eisbrecher 10 schnell und wirksam durch die Eisdecke 30 hindurch.

Fig. 14 und 15 zeigen ein Vorschiff 178 mit einer anderen Bugform, deren Steven 173 von einem gemäßigt positiven Abschnitt 180 mit einem Radius in einen stark positiv überhängenden Abschnitt 181 übergeht, um anschließend an einem gekrümmten Halsabschnitt 182 in einen stark negativ überhängenden Abschnitt 183 einzulaufen. Diese geht mit einem Radius in einen zweiten positiv überhängenden Abschnitt 184 über; zwei an die beiden Abschnitte 183 und 184 angelegte Tangenten würden sich vor dem Vorschiff 178 in Höhe der normalen Wasserlinie 46 schneiden. Diese beiden entgegengesetzt überhängenden Abschnitte 183 und 184 bilden eine Eisbrechnase. Diese Nase könnte auch bereits von dem schwach positiv überhängenden Abschnitt 180 des Stevens 173 ausgehen, so daß in diesem abgewandelten Falle die Eisbrechnase 185 vorn aus dem Vorschiff 178 herausragen würde. An den untersten positiven überhängenden Abschnitt 184 schließt sich ein gemäßigt positiv überhängender Abschnitt 186 an, wie er von konventionellen Eisbrechern der Wind-Klasse der US-Küstenwache bekannt ist. Mit anderen Worten: Abgesehen von der Eisbrechnase 185 entspricht die Bugform am Vorschiff 178 m> gemäß Fig. 14 und 15 konventioneller Eisbrecherbauweise beispielsweise der Wind-Klasse.

Bei angehobenem Vorschiff 178 gleitet die Eisbrechnase 185 auf die Vorderkante der Eisdecke 30 hinauf, um bei der anschließenden Absenkbewegung die Vorder- h^r> kante der Eisdecke nach unten abzulenken und dabei zu zerbrechen, jetzt ist das Vorschiff 178 so tief eingesunken, daß im Verlauf der weiteren Vorausbewegung die Vorderkante des Eises in den Halsabschnitt 182 oberhalb der Eisbrechnase 185 hineingleitet. Bei der nachfolgenden Hubbewegung des Vorschiffes 178 durchbricht die Eisbrechnase 185 die Eisdecke 30 von unten her und nimmt schließlich wieder ihre in Fig. 14 gezeigte Stellung ein.

Bei einem Eisbrecher gemäß beispielsweise F i g. 1 verhindert der Halsabschnitt 176 das Hinaufgleiten des Schiffes auf die Eisdecke. Bei einer Konfiguration, welche dem Vorschiff 178 in Fig. 14 und 15 entspricht, verhindern die Steven-Abschnitte 182 und 186, daß das gesamte Schiff sich auf eine Eisdecke aufschiebt, die auch im stampfenden Betrieb nicht zu brechen ist.

Fig. 16 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel eines Eisbrechers 190, der mit irgendeinem der zuvor beschriebenen Stampfsysteme gemäß F i g. 1 — 11 ausgerüstet sein kann. Der in Fig. 16 daigestellte Eisbrecher 190 hat im wesentlichen eine konventionell ausgebildete Bugpartie 191 mit einem Steven 192, der zunächst bei 193 schwach positiv überhängt und dann mit einem großen Radius in einen stark positiv überhängenden Abschnitt 194 übergeht. Unterhalb der Wasserlinie folgt schließlich ein schwach positiv überhängender Abschnitt 196, welcher in einen Kiel 195 des Schiffes übergeht.

Ferner besitzt der Eisbrecher 190 auf der Backbord- und der Steuerbordseite je eine Eisbrechflosse 198, deren vorderes Ende 199 dicht hinter dem Steven 192, und deren hinteres Ende 200 etwa mittschiffs gelegen ist, wo das Schiff seine maximale Breite besitzt. Aus den Fig. 16—18 läßt sich entnehmen, daß jede aus einer Oberseite 201 und einer Unterseite 202 zusammengesetzte Eisbrechflosse 198 zusammen mit einer Außenwand 203 des Eisbrechers 190 eine im wesentlichen dreieckige Querschnittskonfiguration aufweist. F i g. 17 zeigt einen Schnitt durch die Eisbrechflosse 198 nahe ihres hinteren Endes 200, und Fig. 18 einen ähnlichen Schnitt in der Nähe des vorderen Endes 199.

In Fig. 16 deutet eine unterbrochene Linie 217 die Grenzen einer beheizten Zone 218 an, welche sich zumindest über die vordere Hälfte des Eisbrechers 190 zu beiden Seiten erstreckt und im Verlaufe der Stampfbewegungen abwechselnd eintaucht. Gemäß Fig. 17 und 18 erstreckt sich diese beispielsweise mit elektrischen Heizelementen 219 besetzte beheizte Zone 218 über die Unterseiten 202 der Eisbrechflossen 198 bzw. die entsprechenden Bereiche der Eisbrechflossen 210, und über den darunterliegenden Bereich der Schiffswand 203. Die Heizelemente können mit einem Wasserbad oder einer zirkulierenden Heizflüssigkeit kombiniert sein, welche intensiv mit der Bordwand in Verbindung steht. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Außenwand 203 innerhalb der beheizten Zone 218 oberhalb des Gefrierpunktes des Wassers liegt, in dem der Eisbrecher schwimmt. Man beachte, daß bei einem in Süßwasser arbeitenden Eisbrecher eine andere Temperatur aufrechterhalten werden muß als bei einem in Salzwasser schwimmenden.

Beheizte Zonen 218 sind besonders sinnvoll für Eisbrecher, die an schneebedecktem Eis angesetzt werden. Man hat insbesondere beim Eisbrechereinsatz in der Beaufort-See und auf den großen Seen festgestellt, daß sich mit Schnee überzogenes Eis hartnäckiger an die nassen Seitenwände eines Eisbrechers heftet als schneeloses Eis, insbesondere bei Umgebungstemperaturen weit unter dem Gefrierpunkt. Es leuchtet ein, daß ein seitlich mit anhaftenden Eisbroeken überzogener [Eisbrecher durch zusätzliche

Reibung und Masse erheblich behindert werden kann. Außerdem kann das losgebrochene Eis schlechter an einem mit Eisbrocken überzogenen Eisbrecher innerhalb der aufgebrochenen Fahrrinne vorbeiziehen. Somit stellt also ein mit beheizten Zonen 218 versehener Eisbrecher einen bedeutenden Fortschritt dar, er kann sich seitlich nicht mit gelösten Eisbrocken überziehen and somit seine ganze Leistung zum Aufbrechen des Eises ansetzen. Vorzugsweise läßt man die beheizten Zonen 218 vom Bug bis etwa zur Mitte des Schiffes, wo dieses seine größte Breite erreicht, verlaufen.

Ferner hat sich gezeigt, daß der Reibungskoeffizient von Schnee gegenüber Stahl, insbesondere von Wind getriebenem Schnee in der Arktis bis zu viermal größer sein kann, als der Reibungskoeffzient von Eis gegenüber Stahl, sowohl statisch als auch dynamisch. Dagegen sorgen die beheizten Zonen 218 am Eisbrecher 190 dafür, daß den Schiffsrumpf berührende schneebedeckte Eisstücke schmelzen und gegenüber dem Schiffsrumpf ein Schmiermittel bilden, so daß der Reibungskoeffizient zwischen Schiff und Eis wesentlich herabgesetzt wird.

Ein in F i g. 19 dargestellter Eisbrecher 240 enthält die im Zusammenhang mit dem Eisbrecher 190 beschriebene Heizeinrichtung und außerdem ein beliebiges der zuvor im Zusammenhang mit den F i g. 1 —15 beschriebenen Stampfsysteme. In einem Rumpf 241 enthält dieser Eisbrecher eine vordere Stampfkammer 28 und eine achtere Stampfkammer 29. Über den größten Teil der Rumpflänge, und zwar von einem Bug 242 bis ein Stück hinter die Schiffsmitte erstreckt sich eine Luftumlaufkammer 243, deren Außenwände gleichzeitig die Außenwand des Schiffes bilden. Auf Steuerbord- und Backbordseite befindet sich je eine separate Luftumlaufkammer 243, deren Außenwände 244 im wesentlichen mit den Konturen der Außenwand des Rumpfes 241 zusammenfallen. Andererseits können die Luftumlaufkammern 243 aber auch innerhalb einer besonderen gürtelartigen Außenverstärkung des Rumpfes 241 untergebracht sein, wie sie etwa auf der »Manhattan« vorhanden waren, welche von der Huble Oil & Refining Co. für die Versuchsfahrten in der Nordwest-Passage 1969 und 1970 umgebaut worden war.

Der Eisbrecher 240 besitzt gemäß F i g. 19 und 20 ein turboelektrisches Antriebssystem mit einer Gasturbine 245. Es können auch mehrere Gasturbinen vorhanden sein, angezeichnet ist nur eine. An diese Gasturbinen 245 angeschlossene Elektromotoren versorgen unter anderem die Elektromotoren für die Antriebspropeller des Schiffes und je einen vorne und hinten am Schiff angebrachten Luftverdichter 246 und 247 für die vordere und hintere Stampfkammer 28 und 29. Die Abgase der dargestellten Turbine 245 werden über eine Abgasleitung 248 in die Luftumlaufkammer 243 geleitet. An den vorderen und hinteren Enden der Luftumlaufkammern 243 werden die Turbinenabgase über je eine Abzweigung 249 bzw. 250 zum Eingang der Luftverdichter 246 bzw. 247 abgeleitet. An den Eingängen der Luftverdichter werden die Turbinenabgase mit Umgebungsluft vermischt, um das zum Betrieb der Stampfkammern 28 und 29 erforderliche Luftvolumen bereitzustellen. Vermutlich reicht das Abgasvolumen der Turbinen nicht annähernd für die Versorgung des Stampfsystems für den Eisbrecher 240 aus.

Die Abgase der Turbine 245 gelangen in die Luftumlaufkammer 243 etwa mit einer Temperatur von 650⁰C, und wenn sie an den Enden dieser Kammer entnommen werden, so liegt ihre Temperatur noch weit über der Umgebungstemperatur, wenn sie mit Umgebungsluft vermischt und über die Luftverdichter 246 und 247 in die Stampfkammern 28 und 29 gelangen. Die zur Veränderung des Wasser aus den Stampfkammern 28 und 29 verwendete Luft liegt wesentlich über der Gefriertemperatur des Wassers. Dadurch wird sichergestellt daß die ständig mit Wasser in Kontakt kommenden Zonen des Stampfsystems sich nicht mit Eis überziehen oder verstopfen können. Ferner bieten die

ίο mit hohen Temperaturen durch die Luftumlaufkammern strömenden Abgase alle Vorteile, welche zuvor in bezug auf das Heizsystem des Eisbrechers 190 beschrieben wurden. Außerdem trägt diese Sekundärausnutzung der Turbinenabgase wesentlich zur Erhöhung des Gesamt-Wirkungsgrades auf diesem Eisbrecher bei.

Die Verwendung eines turboelektrischen Antriebssystems für einen derartigen Eisbrecher 240 hat ferner den großen Vorteil, daß man ganz nach Wunsch die gesamte oder nur einen Bruchteil der vorhandenen elektrischen Abtriebsleistung auf den Schiffsantrieb oder auf das Stampfsystem aufschalten kann, je nach dem, weiche Betriebsphase gerade vorliegt.

Der in Fig.20 dargestellte Eisbrecher 260 ist dem zuvor beschriebenen weitgehend ähnlich, so daß teilweise gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Auch dieser Eisbrecher 260 besitzt eine Gasturbine 245, deren Abgase zu beiden Seiten des Schiffes über je eine Luftumlaufkammer 243' durch dessen Rumpf 241 hindurchgeleitet werden. Die Außenflächen dieser Luftumlaufkammer 243' fallen bei diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls mit der Schiffsaußenwand zusammen. Auch in diesem Falle wird das in die Luftumlaufkammer 243' eingeblasene Gas auf die vordere und hintere Stampfkammer 28 bzw. 29 verteilt.

J5 Der wesentliche Unterschied gegenüber dem in F i g. 19 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht darin, daß die gesamten Abgase der Turbine 45 über eine Leitung 262 zunächst durch einen Gaskompressor 261 hindurchlaufen und von dessen Auslaßende aus über eine Leitung 263 in den zentralen Einlaß der Luftumlaufkammer 243' gedrückt werden.

Vorzugsweise ist die Einlaßleilung 262 zum Gaskompressor 26) so eingerichtet, daß Außenluft mitangesaugt und mit den Abgasen vermischt wird. Das vom Gaskompressor 261 verdichtete Gasgemisch hat selbstverständlich eine erhöhte Temperatur und einen erhöhten Druck, so daß die Luftumlaufkammern 243' nicht nur beheizt werden und als Rumpfheizung im Wasserlinienbereich dienen, sondern außerdem als Akkumulator für das pneumatische Stampfsystem des Eisbrechers 260 verwendbar sind.

Vom vorderen Ende der Luftumlaufkammer 243' wird das Gasgemisch über eine Leitung 264 und ein Ventil 266 in die vordere Stampfkammer 28 abgeleitet. In ähnlicher Weise wird hinten das Gas über eine Leitung 265 mit Ventil 267 in die achtere Stampfkammer 29 abgeleitet. Die beiden Ventile 266 und 267 werden durch die Steuerung 47 so gesteuert, daß mit einer Phasenverschiebung von 180° abwechselnd der vorderen und der hinteren Stampfkammer Gas mit erhöhtem Druck zugeführt wird, so daß eine der natürlichen Stampfperiode dieses Schiffes angepaßte große Stampfamplitude erzielt wird.
Selbstverständlich können die in Fig. 3—11 mit nur einer einzigen Stampfkammer ausgestatteten Ausführungsbeispiele auch noch mit einer zweiten Stampfkammer ausgestattet sein.

Wie bereits gesagt, arbeiten die beschriebenen

Stampfsysteme im wesentlichen masselos. Das heißt, die Stampfbewegungen werden nicht durch eine Masse oder Verlagerung einer Masse im Schiffsrumpf erzeugt. Mit interner Massenübertragung arbeitende Stampfsysteme müssen zwangsläufig gegen die von ihnen erzeugte Bewegung arbeiten. Wenn man beispielsweise einen Wasserballast innerhalb des Schiffes von vorn nach hinten verlagert, so muß man notwendigerweise diesen Ballast bergauf pumpen, um die entgegengesetz-

te Trimmlage des Schiffes zu erreichen. Dies trifft zu, falls nicht der Phasen-Nacheilwinkel zwischen Ballastübertragungssystem und Rumpfbewegung 180° beträgt. Die auftriebsorientierten Stampfsysteme wirken sehr schnell auf den Schiffskörper ein und lassen sich ebenso schnell wieder abstellen. Weil das beschriebene Stampfsystem aber masselos arbeitet, unterliegt es nicht den Momenten und Vibrationen wie ein internes Masseverlagerungssystem.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Eisbrecher, dessen Bug zum Brechen von Eis ausgebildet ist und der mindestens im Vorschiff unterhalb der Wasserlinie einen mit Unigebungswasser füll- und entleerbaren Tank aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Tank als Stampfhammer (28; 29; 62; 75; 87; 100; 118; 132; 133) ausgebildet und zur periodischen Verlagerung des Auftriebsschwerpunktes (27) in Schiffslängsrichtung nach vorn und achtern mit einer Schwingungsdauer von einigen Sekunden flut- und ausblasbar ist

2. Eisbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stampfkammer durch eine Ausnehmung (28, 29; 62; 75; 87; 100) im Boden des Schiffsrumpfes (11,241...) gebildet ist

3. Eisbrecher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (ζ. Β. 62) durch eine verschiebbare Blende (65,66), welche im wesentlichen eine Fortsetzung der Rumpfoberfläche in der Nähe der Ausnehmung bildet, abschließbar ist (F ig. 3).

4. Eisbrecher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (100) durch eine flexible undurchlässige Membran (102), welche an ihrem Umfang mit dem Schiffsrumpf (11) verbunden ist, abgedeckt ist (F i g. 6).

5. Eisbrecher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine zweite Stampfkammer (29) im Achterschiff und eine Steuerung (47) zum gegenphasigen Fluten und Ausblasen der beiden Stampfkammern (F i g. 2).

6. Eisbrecher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine von der Stampfkammer (118) zu einer unterhalb der Wasserlinie liegenden J5 Stelle des Rumpfes nach außen führende Luftauslaßleitung (122) mit einer die auftretende Luft entlang des Schiffsrumpfes (112) nach hinten richtenden Anordnung(Fig. 7).

7. Eisbrecher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schiffsrumpf (112) hinter der Stampfkammer (118) schmaler als in Höhe der Stampfkammer ist, und daß die Luftauslaßleitung (122) im Bereich eines Rumpfabschnittes (115) kleinerer Rumpfbreite nach außen führt.

8. Eisbrecher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Ausblasen und gegebenenfalls Fluten dienende Druckluftquelle eine Verdichterstufe (81) einer Gasturbine (82) ist (F ig. 5).

9. Eisbrecher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (127, 123) zum Ableiten von luftverdrängtem Wasser aus der Stampfkammer (118) am Schiffsrumpf (112) entlang nach achtern (F ig. 8).

10. Eisbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stampfkammer in zwei Ausleger-Stampftanks (132, 133) unterteilt ist, deren Außenwände (136) die Außenwand des Schiffsrumpfes (131) bilden (F ig. 9).

11. Eisbrecher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet/daß als Auslaßvorrichtung für die Ausleger-Stampftanks eine Anzahl von in die Außenwand (136) einbezogenen Düsen (168) vorhanden sind (Fig. 10).

12. Eisbrecher nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch den Wasserspiegel innerhalb der Stampfkammer (132, 133) abrastende Abtasteinrichtungen (169), welche zumindest einigen der Auslaßdüsen (168) zugeordnet sind, um diese nur dann zu öffnen, wenn sie sich unterhalb der Oberfläche des in der Stampfkammer stehenden Wassers befinden (Fig. 10).

13. Eisbrecher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sein Bugbereich (12) etwa von der Wasserlinie (46) bei ebenen Kiel ausgehend eine nach oben und vorn verlaufende Schräge (174) und eine nach unten und vorn verlaufende Schräge (175) aufweist (F i g. 12 und 13).

14. Eisbrecher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Bugbereich (178) etwa von der Wasserlinie (46) bei ebenem Kiel ausgehend eine nach oben und rückwärts verlaufende Schräge (183) und eine nach unten und rückwärts verlaufende Schräge (184) aufweist (F i g. 14 und 15).

15. Eisbrecher nacb einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch seitlich an den Schiffsrumpf (II, 203...) angesetzte Vorsprünge (198, 210) als Eisabweiser, welche sich am Rumpf entlang von einem nahe dem Bugbereich (12,178,191) liegenden Punkt in Richtung auf das Achterschiff erstrecken (Fig. 16 bis 20).

16. Eisbrecher nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch eine Heizeinrichtung (219, 243) für einen bestimmten, sich vom Bug (12, 178, 191) aus nach achtern erstreckenden Seitenwandbereich (2*7,218) des Schiffsrumpfes (203) (F i g. 16).

17. Eisbrecher nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Heizeinrichtung eine Gasturbine (245), eine Luftumlaufkammer (243, 243'), welche sich auf jeder Seite und innerhalb des Schiffsrumpfes (11,203) so erstreckt, daß sie innerhalb der beheizten Fläche (218) verläuft, und ein Leitungssystem (248, 262,261,263) gehören, welches die Turbinen-Abgase in die beiderseits verlaufende Luftumlaufkammer leitet (F ig. 19).

18. Eisbrecher nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine Verbindungsleitung (264, 265) zwischen der Luftumlaufkammer (243') und jeder Stampfkammer (28,29) (F i g. 22).

19. Eisbrecher nach einem der Ansprüche 1, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausleger-Stampftanks (132,133) so an den Rumpf (131) eines vorhandenen Schiffes angesetzt sind, daß die Rumpfhaut des Schiffes als Innenwand (135) der Stampftanks dient.

20. Eisbrecher nach einem der Einsprüche 1—9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stampfkammer (132, 133) mit dem Umgebungswasser durch senkrecht zur Mittschiffsebene (134) verlaufende Auslaßdüsen (168) verbunden ist (F i g. 10).