DE3610632C2 - Eisbrechendes Schiff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein eisbrechendes Schiff nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und 2.

Ein beträchtlicher Teil der Hemmwirkung auf die Vorwärtsbewegung eines eisbrechenden Schiffes, das in vereisten Gewässern im Einsatz ist, wird durch die Reibungsarbeit zwischen den gebrochenen Eisklumpen und den äußeren Oberflächen des Schiffskörpers verursacht. Wenn man zumindest einen großen Teil der Eisklumpen vom Fahrwasser unter die Ränder des festen Eises leitet, muß diese Reibung abnehmen. Gleichzeitig wird der Vorteil erreicht, daß die Schiffspropeller vor gebrochenem Eis geschützt werden und daß die Vorwärtsbewegung von Schiffen, die dem Eisbrecher im Fahrwasser folgen, erleichtert wird.

Ein gattungsgemäßes eisbrechendes Schiff ist aus der britischen Patentschrift 1 244 821 bekannt.

Das hieraus bekannte eisbrechende Schiff weist eine in Richtung Bug zusammenlaufende Keilkonstruktion auf seiner im wesentlichen horizontalen Bodenfläche auf zum seitlichen Ableiten von Eisschollen, die von einer vor dem Bug angebrachten Eis-Schneidekonstruktion und dem zum Eisbrechen geeigneten Bug erzeugt werden. Die Keilkonstruktion weist in Vertiefungen dieser Bodenfläche aufgenommene flächenförmige Elemente auf, die zwischen einer erste Lage, in der die Elemente im wesentlichen bündig mit der Bodenfläche abschließen, und einer zweiten Lage schwenkbar sind, in der die Elemente im wesentlichen vertikal nach unten abstehen.

Die Keilkonstruktion gemäß dieser Patentschrift besitzt einen fest installierten, nicht schwenkbaren Mittelteil, der zwar bei diesem Schiff wenig stört, da sowieso ein nach unten vorstehender Kiel vorhanden ist. Bei einem Unterwasserschiff ohne einen solchen Kiel würde ein solches fest installiertes Mittelteil bei der Fahrt im freien Wasser stören, einerseits wegen der damit verursachten Turbulenzen und andererseits wegen des erhöhten Tiefgangs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, bei einem eisbrechenden Schiff ohne vorstehenden Kiel die Keilkonstruktion zum seitlichen Ableiten der Eisschollen so auszubilden, daß eine gute Seetüchtigkeit und Manövrierfähigkeit bei geringem Fahrwiderstand in offenem Wasser gewährleistet ist, wobei auch der Schiffstiefgang bei der Bewegung in seichtem Wasser vermindert werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einem gattungsgemäßen eisbrechenden Schiff durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 2.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Im Unterwasserbereich des Schiffes sind in Vertiefungen bewegliche flächenförmige Elemente angebracht, die in ihrer ersten Lage einen stufenlosen Teil der im wesentlichen horizontalen Bodenfläche des Unterwasserschiffs bilden. Die Elemente sind mit Hilfe von Antrieben um eine Schwenkachse in eine zweite Lage drehbar, so daß unterhalb des Unterwasserschiffs ein im wesentlichen vertikaler, keilförmiger Eispflug gebildet wird, der vom Heck des Schiffskörpers zum Bug zusammenläuft. Dieser Pflug ist in der Lage, die gebrochenen Eisklumpen wirkungsvoll aus dem Fahrwasser und von unterhalb des Schiffes weg in laterale Richtung abzulenken. Bei der Bewegung in offenem Wasser befinden sich die flächenförmigen Elemente in eingezogener Lage, wodurch der Fahrwiderstand des Schiffes geringer ist und seine Seetüchtigkeit und Manövrierfähigkeit beträchtlich besser ist als auf einem Schiff mit einer festen Keilkonstruktion. Die schwenkbaren Elemente bringen auch den Vorteil, daß, wenn ein Flußeisbrecher durch seichtes Wasser läuft, der Schiffstiefgang in einfacher Weise augenblicklich verringert werden kann, indem man die Pflugelemente einwärts dreht.

Die Wirksamkeit der Keilkonstruktion hängt in hohem Ausmaß von der Wasserströmung ab, die er in der Umgebung verursacht. Eine Keilkonstruktion mit häufelpflugartigen Kanten (plow with listlike edges), die in einem Punkt enden, verursacht starke Wasserströmungen unter seinen Kanten, die geeignet sind, Eisklumpen zur Rückseite des Keiles zu befördern. Das Auftreten solcher Strömungen wird durch die Bildung einer kleinen Öffnung am Vorderende der Keilkonstruktion oder alternativ dadurch vermindert, daß man die unteren Oberflächen der Keilkonstruktion schräg ausbildet.

Die flächenförmigen Elemente sind mit Versteifungen versehen. Der Keilwinkel der Keilkonstruktion beträgt 30° bis 90°. Bei Eisverhältnissen werden die flächenförmigen Elemente mit Antrieben um etwa 90° um die Schwenkachse gedreht, so daß die Unterteile der flächenförmigen Elemente die seitlichen Oberflächen eines Eispflugs nach Art eines Häufelpflugs bilden. Die Eisklumpen, die, nachdem sie vom Bug des Schiffes gebrochen sind, unter das Schiff gepreßt werden, gleiten während der Vorwärtsbewegung des Schiffes an diesen seitlichen Oberflächen der Keilkonstruktion entlang in eine heckwärtige Richtung und nach außen.

Die flächenförmigen Elemente können rechtwinklig ausgebildet sein, wobei die an die Längssymmetrieebene des Schiffes angrenzenden Ecken der Elemente abgeschnitten sind und die Elemente symmetrisch auf jeder Seite zur Längssymmetrieebene des Schiffes angeordnet sind. Es können jedoch auch zwei rechtwinklige Elemente in verschiedenen Längsbereichen des Unterwasserschiffs angebracht werden. In beiden Fällen wird, wenn die Elemente gedreht werden, eine enge Öffnung zwischen den Seitenflächen der Keilkonstruktion an der Vorderkante gebildet. Diese Öffnung gestattet einen nichtturbulenten Wasserfluß zur Innenseite der Keilkonstruktion. Infolge dieses Flusses kann ein Wasserstrom und ein Gleiten von Eisklumpen unter die Keilkanten zum Unterwasserschiff hin zum größten Teil vermieden werden.

Die flächenartigen Elemente können jedoch auch eine vordere, zum Bug hin gerichtete Wand und eine untere, in eingeklapptem Zustand mit der Bodenfäche bündige untere Wand aufweisen, wobei die untere Wand vom Bereich der Schwenkachse zur Unterkante der vorderen Wand verläuft und im ausgeschwenkten Zustand des Elementes die vordere Wand vertikal hervorsteht und die untere Wand von der Schwenkachse zu der Unterkante der vorderen Wand schräg abfällt.

Wenn die Elemente um etwa 20 bis 50° um die Schwenkachse gedreht werden, die im Bereich der Rückkante der Keilkonstruktion angeordnet ist, bilden diese vorderen Wände die seitlichen Oberflächen der Keilkonstruktion. In dieser Ausführungsform hat die Vorderseite der Keilkonstruktion eine scharfe Form. Jedoch verursacht der Fluß unter die Keilkanten immer noch keine bemerkbaren Nachteile aufgrund von Turbulenz, weil die Unterseite der Keilkonstruktion eine geneigte Oberfläche hat.

Es ist vorteilhaft, die flächenförmigen Elemente konstruktiv aus zwei oder einer größeren Anzahl von Segmenten auszubilden, die hintereinander angeordnet sind, so daß jedes Segment seinen eigenen Antrieb hat. Dies ist in konstruktiver Hinsicht und ebenso unter Wartungsgesichtspunkten eine vorteilhafte Lösung, außerdem kann man damit die Belastungen vermeiden, die die Bewegung des Schiffskörpers in sich auf die Elemente richten.

In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die flächenförmigen Elemente Wände auf, die einen geschlossenen Raum bilden, innerhalb dessen die Versteifungen angeordnet sind. Der geschlossene Raum kann mit einem geschäumten Polymer oder einem entsprechenden Material mit geringer Fähigkeit zur Wasseraufnahme ausgefüllt werden. Damit kann der vermindernde Einfluß der drehbaren Elemente auf die Verdrängung im wesentlichen ausgeschaltet werden.

Der Keilwinkel der Keilkonstruktion beträgt vorteilhaft 30 bis 90°. Die Keilkonstruktion erstreckt sich bevorzugt über die gesamte Breite der horizontalen Bodenfläche des Unterwasserschiffes. Die vertikale Höhe der Keilkonstruktion in der ausgeschwenkten zweiten Lage beträgt bevorzugt 50 bis 120% der Grenzdicke des Eisbrechvermögens des Schiffes. Dies bedeutet die dickste Eisschicht, die ein Schiff bei fortwährender Vorwärtsbewegung brechen kann und dieses Merkmal ist im wesentlichen die Grundlage bei der Planung eines neuen eisbrechenden Schiffes.

Die Entfernung von der Vorderkante der Keilkonstruktion bis zum tiefsten Punkt der Vorstevenlinie des Schiffes ist mindestens 3mal so groß wie die Grenzdicke des Eisbrechvermögens des Schiffes. Durch Wahl einer geeigneten Entfernung vom Bug bis zur Keilkonstruktion ergibt sich der weitere Vorteil, daß man dadurch in der Lage ist, das Schiff vor dem Auflaufen auf eine tragende Schicht von festem Eis zu bewahren.

Es können auch bekannte Ausblasöffnungen für Druckluft verwendet werden, um den Fahrwiderstand zu vermindern und um das Loslösen vom Eis zu erleichtern.

Die Erfindung wird im folgenden durch Beispiele unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Teils des Schiffsrumpfes eines eisbrechenden Schiffes.

Fig. 2 eine Ansicht von unten auf den Schiffsrumpf, bei der sich die flächenförmigen Elemente in nach oben gedrehter Lage befinden;

Fig. 3 eine Ansicht von unten auf einen Schiffsrumpf, bei der sich die flächenförmigen Elemente in nach oben gedrehter Lage befinden;

Fig. 4 eine Schnittzeichnung in der Ebene A-A der Fig. 2, bei der sich die Elemente in nach unten gedrehter Lage befinden,

Fig. 5 eine Schnittzeichnung in der Ebene B-B nach Fig. 2;

Fig. 6 eine Konstruktion nach Fig. 2 vom Bug des Schiffes her gesehen, bei der sich die Elemente in nach unten gedrehter Lage befinden;

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform einer Keilkonstruktion aus der Sicht von unten; und

Fig. 8 eine Schnittzeichnung in der Ebene C-C nach Fig. 7.

In der Zeichnung betrifft das Bezugszeichen 1 die vertikalen oder nach unten/außen geneigten Seitenflächen des Schiffes. Die Seitenflächen 1 sind bevorzugt mit Bögen mit der im wesentlichen horizontalen Bodenfläche des Unterwasserschiffs verbunden. Die Bodenfläche 3 des Unterwasserschiffs kann auch aus zwei symmetrischen Abschnitten bestehen, so daß die linken und rechten Hälften der Bodenfläche des Unterwasserschiffs zueinander einen kleinen Winkel entlang der Längssymmetrieebene Z bilden. Das Bezugszeichen 2 betrifft die Konstruktionswasserlinie des Schiffes.

In den Fig. 2 bis 6 sind in die Bodenfläche 3 des Unterwasserschiffs Vertiefungen eingearbeitet, in denen im wesentlichen rechtwinklige flächenförmige Elemente 4 angeordnet sind, die um Schwenkachsen 6 drehbar sind. Die Schwenkachsen 6 sind in Lagereinheiten 10 gelagert. Die Elemente 4 sind in Segmente 5 unterteilt, von denen jedes mit einem Antrieb 11, bevorzugt einem hydraulischen Zylinder, ausgerüstet ist. Mit Hilfe der Antriebe 11 können die Segmente 5 in Richtung R um etwa 90° um ihre Schwenkachse 6 gedreht werden, so daß die seitlichen Oberflächen der flächenartigen Elemente in ihrer nach unten gedrehten Lage 8 (Fig. 5) einen im wesentlichen 90°-Winkel b zur Bodenfläche des Unterwasserschiffes bilden. Das Bezugszeichen 9 betrifft den Doppelboden. Das Drehen der Elemente wird mit Hilfe des Antriebs 11 bewerkstelligt, dessen Kraftübertragungselement in Richtung S schiebbar und in Richtung P bewegbar ist. Das Kraftübertragungselement ist an seinem unteren Ende über die Verbindung 7 mit dem Segment 5 gelenkartig verbunden. Das Segment 5 ist in Längs- und/oder Querrichtung mit Versteifungen 13 ausgerüstet. Die Entfernung 1 von der Vorderkante der Keilkonstruktion bis zum Endpunkt der Vorstevenlinie ist mindestens 3mal so groß wie die Grenzdicke des Eisbrechvermögens des Schiffes. Die Höhe k der Keilkonstruktion beträgt, wenn diese nach unten gedreht ist, 50 bis 120% der Grenzdicke. Die Höhe der Keilkonstruktion kann natürlich entlang ihrer Kanten etwas variieren, bevorzugt so, daß die Höhe nach achtern hin zunimmt. Die seitlichen Oberflächen der Elemente 4 bilden zueinander einen Keilwinkel a, der bevorzugt 30° bis 90° beträgt. In der Zeichnung betrifft das Bezugszeichen 15 Ausblasöffnungen eines Luftblasensystems.

In Fig. 2 sind die flächenartigen Elemente 4 symmetrisch auf beiden Seiten des Unterwasserschiffs angeordnet. Die Elemente 4 sind im wesentlichen rechtwinklig ausgebildet, wobei die an die Symmetrieebene angrenzende Ecke abgeschnitten ist, um die Elemente näher aneinander anordnen zu können. Wenn die Elemente gedreht werden, wird an der Vorderseite der Keilkonstruktion eine Öffnung gebildet (Fig. 6). Diese Öffnung erlaubt es dem Wasser, zur Rückseite der Keilkonstruktion zu fließen, was den Wasserdruck an beiden Seiten der Elemente 4 ausgleicht, so daß die Turbulenz verringert wird. In der Ausführungsform der Fig. 3 sind die Elemente 4 in verschiedenen Längsbereichen der Bodenfläche 3 des Unterwasserschiffs angeordnet. Hier können die Elemente vollständig rechtwinklig ausgebildet sein, so daß sie sich etwas über die Längssymmetrieebene der Bodenfläche des Unterwasserschiffs hinaus erstrecken. Wenn die Elemente 4 zur Bildung eines Keiles gedreht werden, wird eine Öffnung zwischen den Elementen entlang der Längssymmetrieebene Z gebildet. Dieses Öffnung dient demselben Zweck wie die Öffnung der Ausführungsform von Fig. 2.

In den Fig. 7 und 8 ist eine andere Ausführungsform dargestellt. Die Schwenkachsen 6′ der Elemente 4′ sind im Bereich der Rückkanten der Keilkonstruktion angeordnet. Das Element 4′ ist an seiner entgegengesetzten Seite mit einer vorderen Wand 14 ausgerüstet, die die seitliche Oberfläche des Keils bildet, wenn das Element 4′ um seine Schwenkachse 6′ in die Richtung R nach unten gedreht wird. Wenn sich das Element in nach unten gedrehter Lage befindet, wird das Element 4′ mit Hilfe einer Auflage 12 in seiner zweiten Lage 8′ positioniert. Die Lagereinheiten 10′, die Verbindung 7′, die Versteifungen 13′, der Antrieb 11′, die Höhe k′ und der Keilwinkel a′ und der Winkel b′ entsprechen den entsprechenden Teilen der ersten Ausführungsform. In dieser Ausführungsform endet die Keilkonstruktion in einem Punkt. Die rückwärtige Oberfläche der Keilkonstruktion ist jedoch geneigt, so daß keinerlei störende Turbulenz auftritt.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Segmente 5 geschlossen ausgebildet, so daß der so geschaffene Raum mit einem geeigneten geschäumten Polymermaterial (nicht gezeigt) ausgefüllt wird, dessen Fähigkeit zur Wasseraufnahme gering ist. Damit kann der erniedrigende Effekt der Vertiefungen mit den Elementen auf die Verdrängung des Schiffes verkleinert werden.

Claims (13)

1. Eisbrechendes Schiff mit einer durch die Spantform bedingten im wesentlichen horizontalen Bodenfläche (3) des Unterwasserschiffs, zwei Seitenflächen (1), einem Heck und einem zum Eisbrechen geeigneten Bug, mit einer in Richtung Bug zusammenlaufenden Keilkonstruktion auf dieser horizontalen Bodenfläche (3) zum seitlichen Ableiten von Eisschollen, welche Keilkonstruktion in Vertiefungen dieser Bodenfläche (3) aufgenommene flächenförmige Elemente (4) aufweist, die um Schwenkachsen (6) zwischen einer ersten Lage, in der die Elemente (4) im wesentlichen bündig mit der Bodenfläche (3) abschließen, und einer zweiten Lage (8) schwenkbar sind, in der die Elemente (4) im wesentlichen vertikal nach unten abstehen, wobei die Schwenkachsen (6), betrachtet in der ersten Lage der Elemente (4) (Fig. 2), im Bereich der Vorderkanten der Keilkonstruktion angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß
die Keilkonstruktion insgesamt aus verschwenkbaren flächenförmigen Elementen (4) aufgebaut ist, und die flächenförmigen Elemente (4)

• - entweder symmetrisch zur Längssymmetrieebene (Z) des Schiffs angeordnet und rechteckig ausgebildet sind, wobei die von den Schwenkachsen (6) entfernt liegenden und an die Längssymmetrieebene (Z) angrenzenden Ecken der Elemente (4) abgeschnitten sind (Fig. 2), und in der ausgeschwenkten zweiten Lage (8) der Elemente (4) eine Öffnung an der Spitze der Keilkonstruktion gebildet wird (Fig. 6),
• - oder auf jeder Seite der Längssymmetrieebene (Z) des Schiffs in Schiffslängsrichtung versetzt angeordnet sind (Fig. 3).

2. Eisbrechendes Schiff mit einer durch die Spantform bedingten im wesentlichen horizontalen Bodenfläche (3) des Unterwasserschiffs, zwei Seitenflächen (1), einem Heck und einem zum Eisbrechen geeigneten Bug, mit einer in Richtung Bug zusammenlaufenden Keilkonstruktion auf dieser horizontalen Bodenfläche (3) zum seitlichen Ableiten von Eisschollen, welche Keilkonstruktion in Vertiefungen dieser Bodenfläche (3) aufgenommene flächenförmige Elemente (4′) aufweist, die um Schwenkachsen (6′) zwischen einer ersten Lage, in der die Elemente (4′) im wesentlichen bündig mit der Bodenfläche (3) abschließen, und einer zweiten Lage (8′) schwenkbar sind, in der die Elemente (4′) nach unten abstehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilkonstruktion insgesamt aus verschwenkbaren, flächenförmigen Elementen (4′) aufgebaut ist, und die Schwenkachsen (6′) im Bereich der Rückkanten der Keilkonstruktion angeordnet sind (Fig. 7) und die flächenförmigen Elemente (4′) jeweils eine vordere, zum Bug hin gerichtete Wand (14) und eine untere, in eingeklapptem Zustand mit der Bodenfläche (3) bündige Wand (16) aufweisen, wobei die untere Wand (16) vom Bereich der Schwenkachse (6′) zur Unterkante der vorderen Wand (14) verläuft und im ausgeschwenkten Zustand des Elementes (4′) die vordere Wand (14) im wesentlichen vertikal aus der Bodenfläche (3) hervorsteht und die untere Wand (16) vom Bereich der Schwenkachse (6′) zu der Unterkante der vorderen Wand (14) schräg abfällt (Fig. 8).

3. Eisbrechendes Schiff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die flächenförmigen Elemente (4′) symmetrisch zur Längssymmetrieebene (Z) des Schiffs angeordnet sind und die der Längssymmetrieebene (Z) gegenüberstehenden Enden, so ausgebildet sind, daß in der ausgeschwenkten zweiten Lage (8′) eine punktförmige Keilspitze gebildet wird.

4. Schiff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die flächenförmigen Elemente (4, 4′) mit Versteifungen (13, 15) versehen sind.

5. Schiff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die flächenförmigen Elemente (4, 4′) Wände aufweisen, die einen geschlossenen Raum bilden, innerhalb dessen die Versteifungen (13, 13′) angeordnet sind.

6. Schiff nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene Raum mit einem geschäumten Polymer oder einem entsprechenden Material mit geringer Fähigkeit zur Wasseraufnahme ausgefüllt ist.

7. Schiff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Antrieb (11, 11′) zum Verschwenken der Elemente (4, 4′) hydraulische Zylinder vorgesehen sind.

8. Schiff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Keilwinkel (a, a′) der Keilkonstruktion 30 bis 90° beträgt.

9. Schiff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilkonstruktion sich über die gesamte Breite der horizontalen Bodenfläche (3) des Unterwasserschiffes erstreckt.

10. Schiff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikale Höhe (k, k′) der Keilkonstruktion in der ausgeschwenkten zweiten Lage (8, 8′) 50 bis 120% der Grenzdicke des Eisbrechvermögens des Schiffes beträgt.

11. Schiff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung (1) von der Vorderkante der Keilkonstruktion bis zum tiefsten Punkt der Vorstevenlinie des Schiffes mindestens 3mal so groß ist wie die Grenzdicke des Eisbrechvermögens des Schiffes.

17. Schiff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung (1) von der Vorderkante der Keilkonstruktion bis zum tiefsten Punkt der Vorstevenlinie des Schiffes so gewählt wird, daß die Keilkonstruktion in der Lage ist, das Schiff vor dem Auflaufen auf eine tragende Schicht von festem Eis zu bewahren.

13. Schiff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Ausblasöffnungen (15) für Druckluft im unteren Teil des Schiffes angeordnet sind, bevorzugt im Bereich der seitlichen Oberflächen der Keilkonstruktion.