-
-
Die Erfindung betrifft ein Schiff mit einem Vorschiff.
-
Um den Leistungsbedarf für den Vortrieb von Schiffen zu verringern
und um Treibstoff einzusparen, sind versch-iedene technische Lösungen vorgeschlagen
worden. So ist es z.B. nach der DE-PS 12 07 820 bekannt, die Zuströmung zum Propeller
und somit den Vortriebswirkungsgrad durch eine unsymmetrische Gestaltung des Hinterschiffes
zu verbessern.
-
Bekannt ist ferner ein Schiff mit eisbrechenden Eigenschaften, dessen
Schiffskörper mit einem oberhalb der Wasserlinie liegenden, pontonförmig ausgebildeten
Vorschiffsteil mit einer sich über die gesamte Schiffsbreite erstreckenden und in
ihrem unteren Teil eben und stark nach vorn oben geneigt ausgebildeten Stirnfläche
und mit etwa parallel an den Unterkanten der Seitenwände befindlichen Schnittflächen
versehen ist, wobei der an den pontonförmigen Vorschiffsteil anschließende Teil
des Unterwasservorschiffes V-förmig ausgebildet ist und mit seitlich nach oben und
nach vorn oben geneigten, an einen nach vorn geneigten Vorsteven aneinanderstoßenden
Ubergangsflächen in den pontonförmigen Vorschiffsteil übergeht (DE-PS 23 43 719).
-
Fährt ein derart ausgebildetes Schiff durch eine Eisdecke , so hat
es sich gezeigt, daß in die Eisdecke eine Rinne mit glatten, geraden Rändern der
die Fahrrinne seitlich begrenzenden Eisdecke gebrochen wird, wobei diese Rinne in
ihrer Breite der Breite des Eisbrechers entspricht. Während des Vorganges des Eisbrechens
können jedoch unerwünschte und sich nachteilig auswirkende Erscheinungen auftreten.
Zum einen wird bei einem Schiff gemäß der DE-PS 23 43 719 durch die parallelen Vorschiffsseiten
oberhalb der Schneidkanten noch eine Reibungskraft von der geschnittenen Eisfläche
an der Schiffsaußenhaut ausgeübt, die einen nicht unerheblichen Teil des Schiffswiderstandes
im Eis verursacht. Zum anderen kann bei Krängungen des Schiffskörpers diese Reibungskraft
dadurch vergrößert werden, daß sich die Wasserlinienbreite des gekrängten Schiffes
gegenüber der geschnittenen
Rinne im Eis vergrößert und dadurch
einen-klemmenden Effekt verursacht Schließlich tritt dieser klemmende Effekt in
verstärktem Maße auf, wenn die Eisdecke unter Horizontalspannungen quer zur Fahrtrichtung
steht und damit die Eispressung auf die Seitenwände erhöht. Hierbei ergibt sich
ein Kräftespiel nach Fig. 2, in der die Druckrichtung mit X, die Steuerbordseite
des im Querschnitt schematisch angedeuteten Schiffskörpers mit SB, die Backbordseite
mit BB, die Eisdecke mit horizontaler Druckspannung mit El und die Eisdecke ohne
Druckspannung mit E bezeichnet sind, das in dem System Eisdecke/Eisbrecher/Eisdecke,
betrachtet in der Wirkungslinie quer zur Fahrtrichtung, zu einem Knickvorgang führt.
Dieser bewirkt backbord eine Hebung von Eisdecke und Eisbrecher, steuerbord dagegen
eine Senkung.
-
Wie bei jedem Knickvorgang, können sich die Hebungen und Senkungen
auch vertauschen. Je größer diese Pressungen sind, umso größer sind Krängung und
Reibung.
-
Nach der DE-PS 25 30 103 ist ein eisbrechendes Schiff mit einem oberhalb
der Wasserlinie liegenden, pontonförmig ausgebildeten Vorschiffsteil derart weiter
ausgestaltet, daß der pontonförmige Vorschiffsteil an den Unterkanten seiner beiden
Seitenwände parallel zueinander und sich bis zu dem V-förmig ausgebildeten Teil
des Unterwasser-Vorschiffs erstreckende stabartige Gleit- und Brechprofile hat,
deren einander gegenüberliegende Wandflächen schräg nach oben -verlaufend ausgebildet
sind und die die Schneidkanten aufweisen.
-
Ein derartiger Eisbrecher mit ebener, schräg nach oben geneigter Stirnfläche
seines pontonförmigen Vorschiffs gleitet auf das zu brechende Eis auf, ohne daß
der mittlere Teil des pontonförmigen Vorschiffs mit dem Eis in Berührung kommt.
Unter der Wirkung der von den beiden Schneidkanten auf das Eis ausgeübten Kräfte
wird eine einteilige Eisscholle gebrochen, die im wesentlichen die Breite des Vorschiffs
besitzt. Diese einteilige Eisscholle gelangt
schließlich an dem
stark nach oben gerichteten Unterwasser-Vorsteven, der praktisch einen verlängerten
Kiel im Bereich des V-förmigen Unterwasser-Vorschiffs bildet, infolge ihres Auftriebs
in eine labile Gleichgewichtslage, aus der die Scholle nach einer der beiden Seiten
abkippt und seitlich unter die feste Eisdecke abschwimmt, wobei eine eisfreie Fahrrinne
entstehen soll.
-
Es hat sich nun in der Praxis gezeigt, daß bei einem derartigen eisbrechenden
Schiff die sichere Führung des Schiffes beim Aufgleiten auf feste Eisdecken und
das nachfolgenaue Scherbruchverhalten bei stark zerklüfteter Eisoberfläche - wie
auf PreBeisrücken aus übereinandergeschobenen, zusammengefrorenen Schollen (Ridges)
- und bei unterschiedlichen, gegebenenfalls wechselnden Eisbedingungen, wie Festigkeit,
Dicke u.dlg. noch verbesserungsbedürftig sind. Insbesondere hat ein Schiff nach
den DE-PS 23 43 719 und 25 30 103 den Nachteil, daß die gebrochenen Eisschollen
von voller Schiffsbreite unkontrolliert nach irgendeiner Schiffsseite abschwimmen
, aber oftmals nicht vollständig unter der ungebrochenen Eisdecke verschwinden oder
durch unkontrollierbare Zerkleinerungsbrüche in mehr oder weniger viele Teilstücke
zerbrechen, die ebenfalls nicht seitlich unter die feste Eisdecke abzuleiten sind.
Bei Fahrt in eisfreiem Seegang hat das Schiff erhebliche,abträgliche Seegangsstöße
zu ertragen.
-
Aus der DE-OS 21 12 334 ist ein Schiff mit Eisbrecherbug bekannt,
dessen Rumpf in ein Unterwasser-Vorschiff mit zwei keilförmig ausgebildeten Eisbrechersteven
übergeht, die zwischen sich eine Rinne einschließen. Am hinteren Ende der Rinne
ist eine schneepflugartige Leitvorrichtung unter dem Schiff sboden angeordnet. Die
dabei entstehenden vielen kleinen Eis schollen sind nicht unter die seitliche feste
Eisdecke schiebbar, sondern sie schwimmen in den Zwischenraum zwischen dem Schiffskörper
und der seitlichen festen Eisdecke auf und verursachen an der Schiffsaußenhaut eine
erhöhte Reibung bzw. sie
sammeln sich in der Rinne und gleiten
mittschiffs unter dem Schiff bis in den Propellerbereich. Daher hat ein solches
Schiff einen erhöhten Leistungsbedarf und die Propeller sind der schädigenden Einwirkung
von Eisschollen ausgesetzt.
-
Außerdem ist es bekannt, daß Schiffe, insbesondere eisbrechende Schiffe
mit flachbödig ausgebildetem Vorschiffsteil bei Fahrt in eisfreien, offenen Gewässern
starken Stößeln durch die auf den Bug auftreffenden Wellen ausgesetzt sind, wodurch
starke Erschütterungen am Schiffskörper auftreten.
-
Die Erfindung löst die Aufgabe, ein Schiff mit einem geringen Leistungsbedarf
für den Vortrieb ohne großen technischen, konstruktiven Aufwand und insbesondere
mit eisbrechenden Eigenschaften zu schaffen, wobei die bei den bekannten Eisbrechern
gezeigten Nachteile vermieden werden und insbesondere die Bedingungen für den Scherbruch
einer einteiligen Scholle aus der festen Eisdecke noch günstiger gestaltet und die
Führung der Scholle unter das Wasser bei verminderter Gefahr der Schollenzerkleinerung
zu zu vielen Bruchstücken verbessert werden, so daß das seitliche Verbringen der
Scholle unter die feste Eisdecke noch zuverlässiger erzielt wird. Außerdem soll
bei eisgehenden Schiffen mit einem flachbödig ausgebildeten Vorschiff mit einfachen
technischen Mitteln eine Dämpfung der durch Seegang hervorgerufenen Bodenstöße erzielt
werden, um derartige Schiffe auch in offenen Gewässern bei Seegang unter Erzielung
einer Leistungsersparnis einsetzen zu können.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung ein Schiff mit einem
Vorschiff vor, das in der Weise ausgebildet ist,
daß das Vorschiff
des Schiffes eine über einen wesentlichen Teil der Schiffsbreite sich erstreckende,
nach vorn oben geneigte Stirnfläche aufweist, die an ihren äußeren seitlichen Rändern
durch zwei in Längsrichtung teilweise gekrümmte Seitenkanten begrenzt ist, wobei
die Seitenkanten gegenüber dem darüberliegenden Schiffskörper seitlich hervortretende
und die Stirn fläche von vorn nach hinten zunehmend querschiffs nach unten durchgewölbt
oder durchgeknickt ausgebildet ist.
-
Es hat sich überraschend gezeigt, daß ein Schiff mit einer derartigen
Vorschiffsausbildung mit einem geringen Leistungsbedarf für den Vortrieb auskommt,
wodurch sich eine Uberlegenheit gegenüber konventionellen Schiffen ergibt, die bei
gleicher Geschwindigkeit einen höheren Leistungsbedarf haben. Hinzu kommt, daß der
erzielte geringere Leistungsbedarf für den Vortrieb erreicht wird mit einer einfachen
wirtschaftlichen, konstruktiven Ausge-' staltung, so daß auch ein Nachrüsten bestehender
Schiffskörper unter wirtschaftlichen Aspekten möglich ist.
-
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung nach den Anspüchen2
oder 3 ist bei einem eisbrechende Eigenschaften aufweisenden Schiff eine Ausgestaltung
vorgesehen, nach der die Schneidkanten den breitesten Teil des mit Eis in Berührung
kommenden Schiffskörpers bilden.
-
Mit einem derartigen,sich in Fahrt befindenden eisbrechenden Schiff
ist die Ausbildung eines Spaltes zwischen dem Schiffskörper und dem Eis möglich,
der eine horizontale Kraftübertragung, wie diese in Fig. 2 dargestellt ist, verhindert.
Der Spalt nimmt dabei nach oben hin zu. Er kann jedoch auch nach hinten zunehmend
sein. Die besondere Vorschiffsausgestaltung ist besonders vorteilhaft, da im Betrieb
des Eisbrechers erreicht wird, daß sofort, wenn die Unterkanten der Seitenwände
des Vorschiffs in das Eis ein-
geschnitten haben1 mit der Fortbewegung
des Eisbrechers ein Spalt zwischen diesem und der festen Eisdecke ausgebildet ist.
Dadurchkonnen keine Reibungskräfte mehr zwischen der Eisdecke und der Seitenwand
des Eisbrechers entstehen.
-
Da ein Krängungsvorgang entfällt, können Reibungskräfte in diesem
Bereich nicht mehr auftreten.
-
Des weiteren sieht die Erfindung eine Ausgestaltung nach den Ansprüchen
2 und 4 vor, nach der bei einem Schiff mit eisbrechenden Eigenschaften die Schneidkanten
und die nach vorn oben geneigte Stirnfläche in Längsrichtung gekrümmt ausgebildet
sind, die Stirnfläche im mittleren Bereich ihrer Längserstreckung nahe, insbesondere
unterhalb der Konstruktionswasserlinie annähernd horizontal querschiffs verlaufende
untere Begrenzungen der Spanten besitzt, die mindestens annähernd eine Ebene bilden,
und am Unterwasservorschiff in Mittschiffslängsebene eine Küfe mit einem eiskerbenden
Profil angeordnet ist.
-
Durch diese Ausbildung wird erreicht, daß das Schneiden der Eisfläche
auch bei den erörterten unterschiedlichen Eisverhältnissen sehr wirkungsvoll erfolgt,
weil für den seitlichen Scherbruch der Scholle und den Biegebruch in Querrichtung
der Scholle optimale Bedingungen geschaffen sind.
-
l Die gebrochene einteilige Eisscholle wird am hinteren Ende der
nach vorn oben geneigten Stirnfläche nicht - wie es bei den bekannten Eisbrechern
der Fall ist - auf einen steilen Unterwasser-Vorsteven geleitet, der die Eisscholle
nach unten drückt und in eine labile Gleichgewichtslage führt. Es hat sich nämlich
gezeigt, daß ein nach Art eines Räumkeiles wirkender Vorsteven im V-Spantenbereich
einen Zerkleinerungsbruch der von vorn ankommenden
einteiligen
Eisscholle verursachen kann, so daß die zahlreichen Bruckstücke in die Fahrrinne
aufschwimmen. Aus der festen Eisdecke ausgebrochene einteilige Eisschollen mit häufig
hoher Sprödigkeit und/oder Anrissen, sind dahingehend gefährdet, daß sie bei plötzlich
auftretender unkontrollierter Belastung, beispielsweise in labiler Gewichtslage
am Unterwasser-Vorsteven durch die beidseitigen Auftriebskräfte an den beiden SchollenrAndern,
durch einen Stoß des Vorstevens oder infolge Anschlagens an der Schiffswand energieverzehrend
in-kleine Stücke brechen.
-
Von der in der Mittschiffslängsebene angeordneten Mittelkufe wird
die Eisscholle mittig angeritzt bzw. gekerbt und eine Sollbruchlinie geschaffen,
so daß die einteilige Scholle sich infolge der Auftriebskräfte in zwei etwa gleichgroße
Stücke teilt, die dann seitlich nach beiden Seiten unter die Eisdecke geleitet aufschwimmen.
Durch die Formgebung der Mittelkufe hinsichtlich Querschnitt, Längserstreckung und
Längsform sind an den verschieden geneigten Flächen:und Kanten des Unterwasser-Vorschiffs
allmähliche, fließende Ubergänge leicht zu verifizieren. Die Kerbwirkung kann allmählich
ansteigend ausgebildet werden, so daß die erstrebte mittige Zweiteilung bruchgefährdeter
Eisschollen in hohem Maße gesichert ist.
-
Weitere,zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand
der Unteransprüche. Das sicher geführte Auflaufen des Schiffes und Schneiden von
Schollen aus Eisdecken mit zerklüfteten, höhenvariablen Oberflächen, kann noch dadurch
weiter verbessert werden, daß die Schneidkanten nach vorn oben in zwei katamaranähnliche
Vorsteven übergehen, denen gegenüber die Schiffsform im Bereich der Mittschiffslängsebene
zurücktritt und steiler als die beiden Vorsteven nach oben ansteigt. Da die Schiffsunterseite
infolge der katamaranähnlichen Ausbildung des Vorschiffs nach innen hin hochgewölbt
ausgebildet ist, bewirken die beiden seitlichen Schneidkanten eine ungestörte,
den
erstrebten Scherbruch fördernde Z.weipunkt- bzw. Zweilinienauflage des Vorschiffs
auch bei unregelmäßigen widerstandsfähigen Eisformationen, wie Ridges, so daß die
senkrecht eisbrechende Schwerkraftwirkung stets voll auf die beiden seitlichen Schneidkanten
einwirkt. Eine Berührung des Eises mit der Schiffswand zwischen den beiden Schneidkanten
wird auch bei zerklüfteten Eisoberflächen weitgehend vermieden. Eine Mehrfach-Berührung
bzw. Auflage der nach vorn oben geneigten Stirnfläche auf dem Eis würde Schräg-
bzw. Querkraftkomponenten verursachen, die den erforderlichen Scherbruch der Eisdecke
ungünstig beeinflussen oder verhindern würden. Diese Uberwasser-Vorschiffsform ergibt
außerdem ein besonders stoßarmes, kontinuierliches Einsetzen des Schiffes in den
Seegang, ohne die Eisbrecheigenschaften zu beeinträchtigen.
-
Zweckmäßig werden die Schneidkanten vorzugsweise an stabartigen Profilen
nach vorn über die Stirnfläche hinaus in den Bereich der katamaranähnlichen beiden
Vorsteven oberhalb der Starkeis-Wasserlinie geführt, um auch bei sehr dickem Eis
günstige Voraussetzungen für das Schneiden der Schollen zu schaffen.
-
Vorzugsweise ist die Mittelkufe schon im hinteren Unterwasserbereich
der Stirnfläche angeordnet. Dabei kann die Profilhöhe der Mittelkufe nach hinten
hin geringfügig zunehmend so ausgebildet sein, so daß die Kufenunterkante gegenüber
der Horizontalen nur um kleine Winkel stärker geneigt ist als die seitlichen Schneidkanten.
Dadurch erfolgt das anfängliche mittige Ankerben der Eisscholle sehr schonend. Je
nach den zu erwartenden Eisverhältnissen kann die Mittelkufe auch lediglich in dem
Unterwasser-Vorschiffsteil mit V-förmigen Spanten angeordnet sein. Vorteilhaft ist
jedoch meist eine solche Anordnung der Mitelkufe, daß diese im hinteren Unterwasserbereich
der
geneigten Stirnfläche beginnt und bis zum Schiffsboden hin
nach hinten sich erstreckt. Dabei kann die Mittelkufe gekrümmt, insbesondere geschwungen
ausgebildet sein, für ein optimales Zusammenwirken mit den beiden seitlichen Schneidkanten
und zur Anpassung an die beim Einsatz des Schiffes erwarteten Eisverhältnisse. Die
Mittelkufe kann auch mindestens teilweise aus einem Zahnprofil bestehen.
-
Die vorzugsweise an stabartigen Profilen befindlichen seitlichen Schneidkanten
werden in der Regel nach hinten bis in den unten V-förmig ausgebildeten Teil des
Unterwasser-Vorschiffs fortgeführt, bei zu erwartenden widerstandsfähigen Eisformationen
auch noch weiter nach hinten.
-
Dabei ist es für die schonende Erzeugung der mittigen Sollbruchlinie
in der Eisscholle förderlich, wenn die Mittelkufe gegenüber der geneigten Stirnfläche
des Vorschiffs bzw. der von den beiden seitlichen Schneidkanten an den stabartigen
Profilen aufgespannten Fläche in ihrem vorderen Kufenbereich zunächst nur geringfügig
nach unten vorspringt, nach hinten hin allmählich zunehmend und dann wieder abnehmend
vorspringt. Die beiden Seitenkufen aus stabartigen Profilen mit scharfen Schneidkanten
laufen zweckmäßig an ihrem hinteren Ende in wulstartige seitliche Verdickungen des
Schiffsrumpfes aus, so daß die beiden mittels der erzeugten Sollbruchlinie erhaltenen
Hälften der ursprünglich einteilig geschnittenen Eisscholle an den Schrägflächen
des Schiffs seitlich nach außen gleiten können und ohne Bruchgefahr am Schiffsrand
flach unter die Eisdecke gelenkt werden.
-
Ein derart ausgebildetes Schiff mit eisbrechenden Eigenschaften kann
gegenüber der normalen eisbrechenden Konstruktionswasserlinie durch stärkere Beladung,
beispielsweise mit Ballastwasser, tiefer abtauchen, um Schichteis mit größeren Dicken
leichter zu brechen. Beim Absenken bis zu einer Starkeis-Wasserlinie bleiben die
wesentlichen
Eigenschaften des Schiffes unverändert erhalten mit
dem zusätzlichen Vorteil, daß ein höheres Biegemoment für das Abbrechen der rechteckigen
Eisschollen im Biegebruch nach dem Abscheren der Seitenkanten aus dem Eis feld zur
Verfügung steht.
-
Eine zusätzliche Dämpfung der Wellenstöße auf Schiffe mit einem flachbödigen
Vorschiff wird dadurch erreicht, daß das flachbödige Vorschiffsteil des Schiffes
eine Reihe sich von der backbordseitigen Schiffskörperwand zu der steuerbordseitigen
Schiffskörperwand etwa im Bereich der Konstruktionswasserlinie erstreckenden Düsen
aufweist, durch die während der Fahrt Wasser, Luft oder ein Gemisch aus Wasser und
Luft nach außen tritt.
-
Durch im Bereich der Konstruktionswasserlinie im Vorschiffsteil eines
Schiffes mit einem flachbödig bzw.
-
pontonförmig ausgebildeten Vorschiff angeordnete Düsen, durch die
während der Fahrt Wasser, Luft oder ein Gemisch aus Wasser und Luft nach außen tritt,
ist es möglich, eine Dämpfung der Slammingstöße zu erreichen. Es hat sich gezeigt,
daß ein Schiff mit einem flachbödig ausgebildeten Vorschiffsteil und mit in dessen
Bereich angeordneten Düsen für einen Wasser- oder einen Luftaustritt wesentliche
Vorteile gegenüber eben solchen Schiffen erbracht hat, bei denen kein Düsensystem
im Vorschiffsteilbereich vorgesehen ist und die aus diesem Grunde starken Stößen
durch die auf den Bug auftreffenden Wellen ausgesetzt sind. Besonders vorteilhaft
hat sich hierbei eine Düsenanordnung unterhalb der Konstruktionswasserlinie im Bereich
der Stirnflächen des flachbödigen Vorschiffs gezeigt, die auch darüber hinaus den
Wirkungsgrad beim Eisbrechen, insbesondere von schwierigen Eisformationen, wie Ridges,
erhöht.
-
Im folgenden wird der Gegenstand der Erfindung in den Zeichnungen
näher erläutert.
-
Es zeigt Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht von unten einen
Schiffskörper mit einem pontonförmig ausgebildeten-Vorschiff, Fig. 2 in einer schematischen
Ansicht die Wirkungsweise eines eisbrechenden Schiffes mit einem-in an sich bekannter
Weise ausgebildeten Vorschiff in Verbindung mit dem dabei auftretenden Kräftespiel,
Fig. 3 in-einer schaubildlichen Ansicht von unten das Vorschiff eines Schiffes mit
eisbrechenden Eigenschaften, Fig. 4 die Wirkungsweise eines Schiffes nach Fig.3
in einem Querschnitt in der Ebene IV-IV. in Fig. 3 Fig. 5 eine Ansicht von oben
auf das Vorschiff, Fig. 6 eine weitere Ausführungsform des Vorschiffes in einem
Querschnitt in der Ebene IV-IV in Fig. 3, Fig. 7 in einer perspektivischen Ansicht
von unten der vorderen Schiffsteil, Fig. 8 einen Spantenriß des Schiffes nach Fig.
7, Fig. 9 bis- Fig. 11 in drei verschiedenen Querebenen des.Schiffes das Verhalten
der Eisscholle, und Fig.12 in einer schaubildlichen Ansicht von unten das pontonförmige
Vorschiff eines Schiffes mit im Vorschiff angeordneten Düsen.
-
Das Schiff nach Fig. 1 weist im Vorschiff eine über einen wesentlichen
Teil der Schiffsbreite sich erstreckende, nach vorn oben geneigte Stirnfläche 1
auf. Diese Stirnfläche 1 ist an ihren äußeren seitlichen Rändern durch zwei in Längsrichtung
teilweise gekrümmte Seitenkanten 5 begrenzt, die gegenüber dem darüberliegenden
Schiffskörper seitlich hervortreten. Die Stirnfläche 1 ist von vorn nach hinten
zunehmend querschniffs nach unten durchgewölbt oder durchgeknickt.
-
Wie die Zeichnung erkennen läßt, ist die Unterseite der Spanten 4
zwischen den beiden Seitenkanten 5 von dem Punkt der Schiffslänge an, an dem die
Stirnfläche 1 in der Mittschiffsebene 6 den Schiffsboden 8 erreicht, bis mindestens
zur Hauptspantebene 3 nach hinten zu wieder abnehmend querschiffs nach unten durchgewölbt
oder durchgeknickt.
-
Die Seitenkanten 5 setzen sich über einen größeren Teil der Schiffslänge
als wulstartige Verdickungen 7 nach hinten fort. Diese wulstartigen Verdickungen
7 münden nach hinten in seitliche Begrenzungen von Propellertunneln, die bei 9 angedeutet
sind.
-
Die Seitenkanten 5 sind im Querschnitt abgerundet ausgeführt; sie
können jedoch auch scharfkantig ausgebildet sein.
-
Die nach vorn oben geneigte Stirnfläche 1 kann nach hinten in einen
Unterwasser-Vorschiffsteil mit unten V-förmig schrägen Spanten übergehen. In ihrem
Endbereich ist dann die Stirnfläche mittig leicht geknickt ausgebildet und schafft
so einen allmählichen und nicht zu steilen über gang zum eigentlichen Unterwasserschiffsteil
mit unten V-förmig schrägen Spanten. Weiter hinten haben dann die Spanten Trapezform,
deren Konturen von Bodenlinien bzw. vom
Schiffsboden 8 und anschließenden
schrägen Seitenlinien ausgebildet wird, die steiler als die vorhergehenden V-Spanten
dann geneigt sind.
-
Die Seitenkanten 5 sind im Vorschiffsbereich mindestens ein Stück
unterhalb der Konstruktionswasserlinie 2 in zwei parallel zur Mittschiffsebene 6
liegenden seitlichen Begrenzungsebenen so angeordnet, daß sie die breiteste Stelle
der Unterwasserschiffsform insgesamt beschreiben.
-
Die nach vorn oben geneigte Stirnfläche 1 weist im mittleren Bereich
ihrer Längserstreckung, nahe, insbesondere unterhalb der Konstruktionswasserlinie
2, annähernd horizontal querschiffs verlaufende, untere Begrenzungen der Spanten
auf, wodurch in diesem Bereich die Stirnfläche 1 zumindest annähernd eine.Eb«t bildet.
-
Die Seitenkanten 5 sind nach vorn über die Stirnfläche 1 hinaus nach
oberhalb der Konstruktionswasserlinie 2 weitergeführt und gehen in zwei katamaranartige
Vorsteven 11 über, denen gegenüber die Schiffsform im Bereich der Mittschiffsebene
6 zurücktritt und steiler als die beiden Vorsteven 11 nach oben ansteigt.
-
Des weiteren wird die Schiffsform mindestens oberhalb der Längserstreckung
der Seitenkanten 5 durch nach außen hohle bzw. konkave Spanten gebildet Das Vorschiff
110 des Schiffsrumpfes eines eisbrechenden Schiffes weist gemäß Fig. 3 einen pontonförmigen.Vorschiffsteil
llOa auf, an den sich ein V-förmig ausgebildeter Teil des Unterwasservorschiffsanschließt.
Der pontonförmige Vorschiffsteil 110a besteht in seiner Frontpartie aus einer nach
vorn geneigten Fläche mit den Eckpunkten 111,112 ,113,114, die annähernd eben und
an den Seiten scharfkantig ist. Die Wasserlinie ist bei 135 angedeutet.
-
Die nach vorn geneigte Fläche des Vorschiffes geht ein Stück unterhalb
der Wasserlinie allmählich in den V-förmig ausgebildeten Teil des Unterwasservorschiffs
über. Die Breite des Vorschiffsteils llOa ist von vorn bis zu den Punkten 117 und
118 größer als die des übrigen, mit Eis in Berührung kommenden Bereiches des Schiffes.
-
Der an den pontonförmigen Vorschiffsteil llOa anschließende und V-förmig
ausgebildete Teil des Unterwasserschiffes geht mit seitlich nach oben und nach vorn
geneigten, an einen nach vorn geneigten Vorsteven 115 aneinanderstoßenden Übergangsflächen
115a,llSb in den pontonförmigen Vorschiffsteil 110a über.
-
Die Seitenwände 211,212 des Vorschiffsteils llOa werden begrenzt durch
die Eckpunkte lll,llla,117,117a und 112, 112a,118,118a.
-
Die Seitenwände 211,212 mit ihren Eckpunkten lll,llla, 117,ll7a und
112,112a,118,118a des pontonförmigen Vorschiffsteils 110a sind von den Schneidkanten
111X17 und 112,118 bis hinauf zur Wasserlinie 135 nach innen und oben so stark geneigt
ausgebildet, daß die Schneidkanten seitlich über die unter Wasser vorhandene Schiffsbreite
hinausragen. Die Schneidkanten bilden den breitesten Teil des mit Eis in Berührung
kommenden Bereiches des Schiffskörpers.
-
Die Arbeitsweise des eisbrechenden Schiffes nach Fig. 3 und auch die
Wirkung sind wie folgt: Die von der Lotrechten 104 nach innen geneigte Seitenwand
211 bzw. 212 des Vorschiffsteils llOa läßt einen Spalt 240 zwischen der Seitenwand
und der festen Eisdecke 200 entstehen (Fig.4), der horizontale Kraftübertragungen,
wie diese in Fig. 2 dargestellt sind, verhindert. Der
Spalt 240
nimmt nach oben hin zu, Er kann auch nach hinten zunehmend sein, wie dies aus Fig.
5 ersichtlich ist. Hier ist der Vorschiffsteil von oben gesehen dargestellt. Es
kann dabei insbesondere bei starker Eispressung von Vorteil sein, daß der Spalt
sowohl von unten nach oben als auch von vorn nach hinten zunimmt. Hierbei verschwindet
dann umso schneller die Reibung zwischen der festen Eisdecke und dem Vorschiff Bei
der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform nehmen die Unterkanten 111,117 und 112,118
des Vorschiffsteils llOa die in Fig. 4 gezeigte Stellung ein. Die Spanten fallen
jedoch gleich oberhalb der Kanten zurück. Die Wirkung, die hierbei erzielt wird,
ist die gleiche, wie diese bei der Ausführungsform nach Fig. 4 erhalten wird. Es
ergeben sich jedoch hierbei fabrikatorische Vorteile. Außerdem weist die Ausführungsform
gemäß Fig. 6 eine Ausgestaltung auf, nach der die beiden Seitenwände 211,212 an
ihren Unterkanten nach außen ragende Schneidprofile 215.bzw. 216 aufweisen, die
seitlich über die sonst vorhandene Schiffsbreite hinausragen.
-
Ein Schiff mit eisbrechenden Eigenschaften hat eine über die gesamte
Schiffsbreite sich erstreckende, nach vorn und oben geneigte Stirnfläche 301, die
in den Fig. 7 und 8 durch Punktierung verdeutlicht ist. Die Stirnfläche 301 erstreckt
sich etwa mit der Hälfte ihrer Längserstreckung unter die Konstruktionswasserlinie
302. An den beiden äußeren Rändern der Stirnfläche 301 befinden sich in Schiffslängsrichtung
erstreckende Schneidkanten 305, die an stabartigen, zur Mittschiffslängsebene 306
parallel verlaufenden Gleit- und Brechprofilen bzw. Schneidprofilen 303 - nachfolgend
Seitenkufen genannt - angeordnet sind und die zwei seitliche Begrenzungsebenen 313
haben, welche die größte Breite des eisbrechenden Schiffskörpers definieren. Jede
Seitenkufe ist in ihrer Begrenzungsebene 313 leicht ge-
krümmt
ausgebildet. Dieser leichten Krümmung in Langsrichtung folgt auch die nach vorn
oben geneigte Stirnfläche 301. In dem mittleren Teilbereich ihrer Längserstreckung
nahe, insbesondere unterhalb der Konstruktionswasserlinie 302 hat die Stirnfläche
301 querschiffs horizontale, praktisch geradlinige untere Begrenzungen der ihr zugeordneten
Spanten, so daß sie dort mindestens annähernd eine Ebene bildet. Weiter nach vorn
ist die Stirnfläche 301 in Querrichtung mit einer allmählichen Anpassung an das
Vorschiff hier leicht hochgewölbt ausgebildet, weil das Oberwasser-Vorschiff nach
vorn oben in zwei katamaran ähnliche Vorsteven 311 übergeht, denen gegenüber die
Vorschiffsform im Bereich der Mittschiffslängsebene 306 zurücktritt und steiler
als die Vorsteven 311 nach oben ansteigt.
-
Die nach vorn oben geneigte Stirnfläche 301 geht nach hinten in ein
Unterwasser-Vorschiffsteil mit unten V-förmig schrägen Spanten 310 über. In ihrem
Endabschnitt ist sie deshalb mittig leicht geknickt ausgebildet und schafft so einen
allmählichen und nicht zu steilen Übergang zum eigentlichen Unterwasser-Schiffsteil
mit unten V-förmig schrägen Spanten 310. Weiter hinten haben die Spanten Trapezform,
deren Konturen von Bodenlinien 308 und anschließenden schrägen Seitenlinien 309
ausgebildet wird, die steiler als die vorhergehenden V-Spanten 310 geneigt sind.
-
Wie Fig. 8 besonders deutlich zeigt, hat das Vorschiff die größte
Schiffsbreite entsprechend dem Abstand der Schnittkannten 305 an den beiden Seitenkufen
303 - seitliche Begrenzungsflächen 313 - und zwar über eine Länge, die mit der gestrichelt
angedeuteten Längserstreckung der beiden Seitenkufen 303 übereinstimmt. Die durch
Punktierung angedeuteten Querlinien zeigen nahe der Konstruktionswasserlinie 302
einen geradlinigen, parallelen Verlauf, wo die Stirnfläche 301 praktisch eine Ebene
ist. Davor ist sie zur Mitte hin leicht hochgewölbt, im hinteren Bereich mittig
schwach geknickt ausgebildet und mit der Mittelkufe 304
versehen.
Gegenüber den Kufen 303 und 304 und den beiden Vorsteven 311 tritt der übrige Vorschiffskörper
mindestens im Bereich oberhalb der festen Eisdecke bzw. der gerade ausgebrochenen
einteiligen Eisscholle zur Mittschiffsebene 306 hin deutlich zurück.
-
Die in Mittschiffslängsebene 306 angeordnete Mittelkufe 304 erstreckt
sich vom hinteren Unterwasserbereich der ebenen Stirnfläche 301 über den Unterwasser-Vorschiffsteil
mit unten V-förmigen Spanten 310 und endet am Schiffsboden 308.
-
Ihre in Fig. 7 gezeigte Längserstreckung ist in Fig. 8 gestrichelt
angedeutet. Das Profil 312 der Mittelkufe 304 hat anfangs eine annähernd dreieckförmige
und später eine trapezförmige Gestalt mit der Spitze nach unten, so daß eine entsprechende
Kerbe in der aus der festen Eisdecke geschnittenen einteiligen Eisscholle erzielbar
ist und eine Sollbruchlinie erzeugt wird. Die Unterkante der Mittelkufe 304 ist
im Bereich der Stirnfläche 301 selbst etwas stärker gegenüber der Horizontalen geneigt
als die Unterkante - Schneidkante 305 - der Seitenkufen 303. Dieser Neigungsunterschied
gegenüber der Horizontalen nimmt nach hinten hin wieder ab. Dadurch kann im Zusammenwirken
zwischen der Profilhöhe der Mittelkufe und der Höhe der V-Spanten die Kerbwirkung
der Mittelkufe optimal unter Berücksichtigung der sonstigen Konstruktionsbedingungen
des Schiffes gewählt werden- und somit die kontrollierte mittige Zweiteilung der
etwa rechteckigen großen Schollen in hohem Maße erzielt und ein Zerbrechen der Schollen
in viele Teilstücke vermieden werden. Im hinteren Bereich des V-förmigen Unterwasser-Vorschiffs
gehen die Seitenkufen 303 in wulstartige, seitliche Verdickungen 307 des Schiffskörpers
über.
-
In den Fig. 7 und 8 ist eine Starkeis-Wasserlinie 302a gestrichelt
dargestellt, bis zu der das Schiff, z.B. mittels Ballastwasser, abgetaucht werden
kann, so daß ein höheres
Biegemoment beim Biegebrechen der annähernd
rechteckigen, an den Seitenkanten abgescherten Eisscholle aus der festen Eisdecke
zur Verfügung steht bei im übrigen unveränderten Eigenschaften des Schiffs. Dabei
liegt die nach vorn oben geneigte Stirnfläche 301 praktisch vollständig unter Wasser.
-
Fig. 9 zeigt das eisbrechende Schiff in einem Querschnitt kurz hinter
dem Vorderende der Ronstruktionswasserlinie 302 an der Stirnfläcce 301 (Fig. 7,8)
im vorderen Abschnitt der Mittelkufe 304. Aus der festen Eisdecke 314 ist unter
den Schneidkanten 305 eine Eisscholle -315 zweiseitig abgeschert und wird durch
Biegebruch an einer nicht sichtbaren Querlinie der Eisdecke einteilig ausgebrochen.
Die Mittelkufe 304-kerbt die Scholle 315 mittig (eine Einkerbung ist bei 316 angedeutet)
und schafft eine Sollbruchlinie. Im Unterwasser-Vorschiffsteil mit unten V-förmigen
Spanten (Querschnitt nach Fig. 10) bewirken die Mittelkufe 304 und der Auftrieb
am Schollenrand die Teilung der Scholle in zwei etwa gleiche Hälften 315a,315b.
Diese werden an dem weiter hinten liegenden Schiffsteil (Querschnitt nach Fig. 11)
seitlich nach außen unter die feste Eisdecke 314 geleitet.
-
Das Vorschiff 410 des Schiffskörpers 400 eines eisbrechenden Schiffes
weist gemäß Fig. 12 einen pontonförmigen Vorschiffsteil 410a auf, an den sich ein
V-förmig ausgebildeter Teil des Unterwasservorschiffs anschließt.
-
Der pontonförmige Vorschiffsteil 410a besteht in seiner Frontpartie
aus einer stark nach vorn geneigten Fläche mit den Eckpunkten 411,412,413,414, die
oberhalb der Wasserlinie annähernd eben und an den Seiten scharfkantig ist.
-
Die nach vorn geneigte Fläche des Vorschiffes geht ein Stück unterhalb
der Wasserlinie allmählich in den V-förmig ausgebildeten Teil des Unterwasservorschiffs
über.
-
Die Breite des Vorschiffsteils 410a ist von vorn bis zu den Punkten
417 und 418 etwa gleich oder sogar größer als die des übrigen Schiffes-. Nach diesen
Punkten 417,418 geht die Breite des Vorschiffsteils 410a mit einem deutlichen Absatz
417a,418a zurück.
-
Der an den pontonförmigen Vorschiffsteil 410a des Schiffskörpers 400
des eisgehenden Schiffes anschließende und V-förmig ausgebildete Teil des Unterwasserschiffs
geht mit seitlich nach oben und nach vorn geneigten, an einen nach vorn geneigten
Vorsteven 415 aneinanderstoßenden Übergangsflächen 415a,415b in den pontonförmigen
Vorschiffsteil 410a über.
-
Das pontonförmige Vorschiffsteil 410a weist eine Reihe von sich von
der backbordseitigen Schiffskörperwand zu der steuerbordseitigen Schiffskörperwand
etwa im Bereich der Konstruktionswasserlinie 435 erstreckenden Düsen 500 auf, durch
die während. der Fahrt mittels geeigneter Einrichtungen Wasser, Luft oder ein Gemisch
aus Wasser und Luft nach außen tritt. Vorzugsweise sind die Düsen 500 unterhalb
der Konstruktionswasserlinie 435 im Bereich der Stirnflächen 411,412,413,414 des
Vorschiffsteils 410a angeordnet. Die Ausrichtung dieser Düsen 500 ist derart, daß
durch das aus den Düsen austretende Wasser, die Luft oder das aus Wasser und Luft
bestehende Gemisch auf die auf den Vorschiffsteil auftreffenden Wellen gedämpft
werden.
-
Die Düsen 500 stehen mit schiffskörperseitig vorgesehenen,in an sich
bekannter Weise ausgebildeten Eisdüsenanlagen in Verbindung bzw. können Bestandteil
derartiger Eisdüsenanlagen sein, die so ausgebildet sind, daß die Ansaugtrichter
derartiger Eisdüsenanlagen eisfrei gehalten
werden können, wenn
das Schiff sich in eisbedeckten Gewässern befindet und es erforderlich sein sollte,
die im Vorschiffsteil des Schiffskörpers vorgesehenen Düsen 500 in Betrieb zu setzen.