DE4102616A1 - Verfahren zur erzeugung einer eisdecke, insbesondere fuer schiffsmodellversuche - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Eis­ decke, insbesondere für Schiffsmodellversuche, auf einer Was­ seroberfläche.

Um im Projektstadium Aussagen über das Eisbrechverhalten von eisbrechenden Schiffen und über Eislasten auf Meeres­ bauwerke machen zu können, werden Modelle dieser Schiffe bzw. Meeresbauwerke im Eistank untersucht. Ein Eistank ist ein kühlbarer Schleppkanal für hydraulische Modell­ versuche bei Vorhandensein von Eis auf dem Wasser. Das Eis im Eistank, als Modelleis bezeichnet, fungiert dabei als physikalisches Modell des natürlichen Eises auf dem Meer oder auf Binnengewässern. Die mechanischen Eigenschaf­ ten des Modelleises müssen dem Modellmaßstab entsprechend skaliert werden. Natürliches Eis ist daher, allein schon wegen seiner zu hohen Festigkeit, für die Zwecke von Mo­ dellversuchen im Eistank in der Regel nicht geeignet. Es sind deswegen verschiedene Verfahren zur Herstellung von Modelleis entwickelt worden. So ist es bekannt, Wasser, aus dem Modelleis gefroren wird, mit taupunktabsenkenden Chemikalien zu versetzen, z. B. Kochsalz, Harnstoff oder Glycol oder dem Gefrierwasser andere eigenschaftsverän­ dernde Zusätze beizugeben, z. B. Zucker oder Detergenzien. Aus dotiertem Wasser in herkömmlicher Weise durch Wärme­ entzug an der Oberfläche gefrorene Modelleisdecken werden, sobald sie die gewünschte Dicke annähernd erreicht haben, einem Temperprozeß unterzogen, der dazu dient, die modell­ maßstäblich erforderlichen mechanischen Eigenschaften ein­ zustellen. Die Herstellung derartiger Modelleisdecken dauert, je nach Eisdicke und verfügbarer Kühlleistung, ein bis zwei Tage. Auch das Erzeugen einer Modelleisdecke mittels eines Sprühvorganges ist bekannt.

Nach der DE-OS 33 45 648 ist ein Verfahren zur Erzeugung einer Eisdecke, insbesondere für Schiffsmodellversuche, auf einer Wasseroberfläche mittels eines Sprühvorganges bekannt. Nach diesem Verfahren wird die Eisdecke erzeugt, indem in der Luft gefrierende Wassertröpfchen auf die Wasseroberfläche bzw. auf eine durch herkömmliches Gefrieren auf der Wasseroberfläche erzeugte, äußerst dünne Eisdecke gesprüht werden, wobei dieser Vorgang solange fortgesetzt wird, bis die ganze oder zumindest die wesentlich ganze erforderliche Eisdeckenstärke erreicht wird. Das Aufsprühen von Wasser erfolgt hierbei bei kalter Raumatmosphäre, so daß die Wassertröpfchen bereits in der Luft gefrieren, so daß ein Aufbau der Eisdecke von oben her erfolgt. Der Aufsprühvorgang für das Wasser dauert mehrere Stunden.

Bei sämtlichen bekannten Verfahren zur Herstellung von Eisdecken für Modellversuche mit Schiffen od. dgl. wird das Eis dadurch erhalten, daß flüssiges Wasser bzw. eine dünne wäßrige Lösung durch Entzug der Schmelzwärme in festes Eis überführt wird. In der Regel geschieht dies durch Kühlen der Raumatmosphäre. Aus der DE-AS-22 26 136 ist auch ein Verfahren bekannt, bei dem der Wärmeentzug durch Kontaktkühlung mittels eines niedrigsiedenden, ver­ flüssigten Kühlgases bewirkt wird. Wegen des zu bewirken­ den Phasenüberganges von flüssig nach fest sind sämtliche bekannten Verfahren zur Herstellung von Modelleisdecken mit hohem Energieaufwand verbunden.

Die nach den bekannten Verfahren hergestellten Modelleis­ arten erfüllen die von den Modellgesetzen her geforderten Eigenschaften (Festigkeit, Elastizitätsmodul, Bruchzähig­ keit, Dichte, etc.) günstigstenfalls annähernd.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Modelleis zu schaffen, nach dem ein Recycling-Eis mit feinkörniger Eisstruktur mit wesentlich geringerem Energieaufwand und in kürzerer Zeit erhalten wird. Des weiteren soll das im Recycling-Verfahren herge­ stellte Modelleis verbesserte mechanische Eigenschaften besitzen und über eine große Fläche gleichförmige Eigen­ schaften aufweisen.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Verfahrensmaßnahmen gelöst.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Modelleis geschaffen, welches feinkörnig ist, über die gesamte Fläche der Modelleisdecke gesehen gleichförmige Eigenschaften aufweist und das unter reduziertem Energieeinsatz erhalten wird, da zur Herstellung bereits vorhandenes Eis verwen­ det wird. Das vorhandene Eis wird lediglich zerkleinert und anschließend zu einer neuen Eisdecke zusammengefroren, wobei das zerkleinerte Eis in Form eines Eisgranulats eingesetzt wird, wodurch ein flächenmäßig ebenes Eis ohne Störstellen erhalten wird, das gleichförmige Eisbedingun­ gen besitzt. Die für Modellversuche erforderliche Eis­ decke wird somit aus vorhandenem Eis hergestellt, welches durch mechanisches Zerkleinern mittels eines Mahl- oder Schlagwerkes, durch Zerspanung oder durch Schleifen in ein Eisgranulat überführt wird. Das zu zerkleinernde oder in ein Eisgranulat überführbare Eis stammt aus einer in an sich bekannter Weise hergestellten Eisdecke. Auch das Eis einer durch Modellversuche gebrochenen Eisdecke kann zerkleinert und in zerkleinerter Form oder als Eisgranu­ lat zur Herstellung einer neuen Eisdecke verwendet werden. Außerdem ist das Eis einer durch Zusammenfrieren von zer­ kleinertem Eis erhaltenen Eisdecke verwendbar. In allen Fällen wird das erhaltene zerkleinerte Eis bzw. Eisgranu­ lat dann zu einer neuen Eisdecke zusammengefroren.

Vorzugsweise wird ein feinkörniges Eisgranulat in einer Größenordnung von unter 2 mm Korndurchmesser verwendet.

Zur Herstellung einer Eisdecke wird das zerkleinerte Eis bzw. das Eisgranulat auf eine in an sich bekannter Weise hergestellte dünne Eisdecke als Tragschicht aufgebracht und mit dieser zusammengefroren. Nach einer weiteren Ver­ fahrensweise wird das zerkleinerte Eis bzw. das Eisgranu­ lat von unten her gegen eine in an sich bekannter Weise hergestellte dünne Eisdecke als Deckschicht gebracht und mit dieser zusammengefroren. Es besteht auch die Möglichkeit, das zerkleinerte Eis bzw. das Eisgranulat direkt auf eine Wasseroberfläche aufzubringen. Das zerkleinerte Eis bzw. das Eisgranulat wird dann bei kalter Raum­ atmosphäre zusammengefroren. In allen Fällen muß bei der Herstellung einer neuen Eisdecke Schmelzwärme nur in dem Maße abgeführt werden, in dem zum Zwecke der Konsoli­ dierung und des Zusammenfrierens des Eisgranulats das den einzelnen Eisgranulatpartikeln anhaftende flüssige Wasser in festes Eis überführt werden muß. Eine Temperung des zusammengefrorenen Eisgranulats kann, falls erforder­ lich, in bekannter Weise angeschlossen werden.

Zur Herstellung einer Eisdecke kann auch gebrochenes Eis bzw. Eisgranulat verwendet werden, welches aus einer Eis­ decke gebrochen worden ist, die durch Zusammenfrieren von zerkleinertem Eis oder Eisgranulat erhalten worden ist. Es ist daher nicht erforderlich, als Ausgangseis für die Herstellung eines zerkleinerten Eises oder von Eisgranulat von in an sich bekannter Weise hergestellten Eisdecken auszugehen oder von durch Modellversuch ge­ brochenem Eis. Es kann somit auch Eis verwendet werden, welches von einer Eisdecke stammt, die aus zerkleinertem Eis bzw. Eisgranulat besteht, welches anschließend zu dieser Eisdecke zusammengefroren worden ist.

Die Tragschicht, auf die das gebrochene Eis bzw. das Eis­ granulat aufgebracht wird, kann aus einer in an sich be­ kannter Weise hergestellten dünnen Eisdecke bestehen. Das auf diese Tragschicht aufgebrachte, zerkleinerte Eis bzw. das Eisgranulat wird dann mit dieser zusammengefroren. Auch die Deckschicht kann aus einer in an sich bekannter Weise hergestellten Eisdecke bestehen; sie kann auch durch Zusammenfrieren von zerkleinertem Eis bzw. Eisgranulat erhalten sein. Sowohl die Tragschicht als auch die Deck­ schicht bestehen vorzugsweise aus einer sehr dünnen Eis­ decke.

Das Aufbringen von zerkleinertem Eis bzw. von Eisgranulat auf die Tragschicht oder auf eine Wasseroberfläche er­ folgt durch Verrieseln, Verschleudern oder Extrudieren vermittels in an sich bekannter Weise ausgebildeter Vor­ richtungen. Das Einbringen von zerkleinertem Eis bzw. von Eisgranulat unter die Deckschicht erfolgt vorzugs­ weise über Düsenaggregate oder andersartig ausgebildete Zubringe- und Verteilvorrichtungen, die sich für die Zu­ führung des zerkleinerten Eises bzw. des Eisgranulats eignen.

Das Ablegen von zerkleinertem Eis bzw. von Eisgranulat auf der Tragschicht erfolgt dabei in einer oder mehreren Lagen. Auch der Aufbau einer Eisschicht an einer vorhan­ denben Deckschicht kann dabei in mehreren Lagen erfolgen.

Dabei wird in der Weise vorgegangen, daß nach dem Zusammen­ frieren des zerkleinerten Eises bzw. des Eisgranulats auf der Wasseroberfläche zu einer Eisdecke auf diese oder von unten her gegen diese weiteres zerkleinertes Eis oder Eisgranulat gebracht wird, das anschließend zusammenge­ froren wird. Auch besteht die Möglichkeit, auf eine vorhandene Eisdecke oder von unten her gegen die Eisdecke mehrere Lagen aus zerkleinertem Eis oder Eisgranulat nach­ einander aufzubringen, wobei vor dem Aufbringen jeder weiteren Lage das Eis der vorangegangenen Lage zusammen­ gefroren wird.

Das zerkleinerte Eis bzw. das Eisgranulat wird vor dem Zusammenfrieren auf eine feste Unterlage, eine Wasser­ oberfläche, auf und/oder unter eine schwimmende Eisdecke abgelegt. Das zerkleinerte Eis bzw. das Eisgranulat kann vor, während oder nach dem Aufbringen vermittels Wasser oder einer wässrigen Lösung einer oder mehrerer Chemikalien, insbesondere taupunktsabsenkende Chemika­ lien wie Kochsalz, Glycerin od. dgl., benetzt werden. Ist das Eisgranulat zu trocken, dann ist es erforderlich, daß vor dem Aufbringen das Eisgranulat mit Wasser oder wässrigen Lösungen benetzt wird. Dem zerkleinerten Eis bzw. dem Eisgranulat können vor, während und/oder nach dem Aufbringen Festkörperpartikelchen, z. B. in Form von Kunst­ stoffgranulat oder Trockeneisgranulat, beigemengt werden. Auch eine Beimengung von gasförmigen Medien ist möglich.

Das Zusammenfrieren des zerkleinerten Eises oder des Eis­ granulats zu einer Eisdecke erfolgt durch Wärmeübertragung an eine kalte Umgebung, vorzugsweise kalte Luft oder durch Beimengen oder Aufbringen von Trockeneis od. dgl. Dadurch ist es möglich, das Eis auf bestimmte mechanische Eigenschaf­ ten einzustellen. Durch Trockeneiszugabe werden die mecha­ nischen Eigenschaften des Eises beeinflußt und verbessert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Anhand des in der Zeichnung dargestellten Flußdiagramms wird nachstehend das erfindungsgemäße Verfahren erläutert.

In der Zeichnung ist eine Anzahl von Wasser 20 enthaltende Behälter bzw. Tanks 10, 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h, 10i dargestellt, die zur Durchführung von Schiffsmodellver­ suchen dienen. Auf der Wasseroberfläche ist eine Eisdecke 30, 30a, 30b, 30c, 30d, 30′, 30a′, 30b′, 30c′, 30d′ ausgebildet, um Schiffsmodellversuche im Eis durchführen zu können. Das Verfahren geht aus von einer auf der Wasseroberfläche des Behälters 10 in an sich bekannter Weise ausgebildeten Eisdecke 30, die geschlossen ist. Der Behälter 10a weist auf seiner Wasseroberfläche eine bereits durch Modellver­ suche gebrochene Eisdecke 31 auf. Das Eis der Eisdecke 30 und das Eis der gebrochenen Eisdecke 31 werden einer mecha­ nischen Zerkleinerungsvorrichtung 40 zugeführt, vermittels der das Eis zerkleinert wird bzw. Eisgranulat 50 hergestellt wird. Zur Herstellung von Eisgranulat kann auch Fremdeis 130 verwendet werden, das ebenfalls vermittels der Zer­ kleinerungsvorrichtung 40 zu Eisgranulat 50 verarbeitet wird.

Die Behälter 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h zeigen nach ver­ schiedenen Verfahren aus dem Eisgranulat 50 hergestellte Eisdecken 30a, 30b, 30c, 30d. Auf der Wasseroberfläche des Behälters 10b befindet sich eine dünne Eisdecke als Trag­ schicht 60, auf die Eisgranulat 50 aufgebracht ist. Dieses auf die Tragschicht 60 aufgebrachte Eisgranulat 50 ist zu einer neuen Eisdecke 30a zusammengefroren.

Die Eisdecke 30b auf der Wasseroberfläche des Behälters 10c besteht aus auf die Wasseroberfläche aufgebrachtem Eis­ granulat 50, das zu der Eisdecke 30b zusammengefroren ist.

Auf der Wasseroberfläche des Behälters 10d ist eine dünne Eissicht als Deckschicht 160 angeordnet, an die von unten her Eisgranulat 50 herangeführt worden ist, welches zu einer neuen Eisdecke 30c zusammengefroren ist.

Auf der Wasseroberfläche des Behälters 10h ist eine dünne Eisdecke als kombinierte Trag- und Deckschicht 260 angeordnet, auf die das Eisgranulat 50 aufgebracht ist und an die von un­ ten her Eisgranulat 50 herangeführt worden ist. Das Eisgra­ nulat 50 und die kombinierte Trag- und Deckschicht 260 sind zu einer neuen Eisdecke 30d zusammengefroren.

Zur Herstellung der Eisdecken 30a, 30b, 30c, 30d ist Eisgranu­ lat 50 verwendet worden, welches aus den Eisdecken 30, 31 oder aus Fremdeis 130 der Stufe A hergestellt worden ist.

Die in Stufe B vermittels des Eisgranulats 50 hergestell­ ten Eisdecken 30a, 30b, 30c, 30d können wiederum zur Herstel­ lung neuer Eisdecken verwendet werden.

Hierzu wird das Eis der Eisdecken 30a, 30b, 30c, 30d, auch wenn es sich um durch bereits erfolgte Modellversuche gebroche­ nes Eis handelt, in einer mechanischen Zerkleinerungsvor­ richtung 40′ zu Eisgranulat 50′ zerkleinert. Dieses Eis­ granulat 50′, welches bereits schon durch die Herstellung der Eisdecken in Stufe B besondere mechanische Eigenschaf­ ten besitzt, wird, wie in Stufe C ausgewiesen, erneut zur Herstellung von Eisdecken verwendet, und zwar im Be­ hälter 10e wird die Eisdecke 30a′ in Verbindung mit einer Tragschicht 60 erhalten, im Behälter 10f die Eis­ decke 30b′ aus zusammengefrorenem Eisgranulat, im Behälter 10g die Eisschicht 30c′ in Verbindung mit der Deckschicht 160 und im Behälter 10i die Eisschicht 30d′ in Verbindung mit einer kombinierten Trag- und Deckschicht 260.

Claims (17)

1. Verfahren zur Erzeugung einer Eisdecke,insbesondere für Schiffsmodellversuche, auf einer Wasseroberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisdecke erzeugt wird, indem vorhandenes Eis zerkleinert und anschließend zu einer neuen Eisdecke zusammengefroren wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zerkleinertes Eis verwendet wird, das

• a) aus dem Eis einer in an sich bekannter Weise hergestellten Eisdecke oder
• b) aus dem Eis einer durch Modellversuche gebrochenen Eisdecke oder
• c) aus dem Eis einer durch Zusammenfrieren von zer­ kleinertem Eis erhaltenen Eisdecke und
• d) aus Fremdeis, das in an sich bekannter Weise herge­ stellt oder gewonnen wurde, hergestellt ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zerkleinertes Eis in Form eines Eisgranulats verwendet wird, das durch mechanisches Zerkleinern mittels eines Mahl- oder Schlagwerkes, durch Zerspanung oder durch Schleifen erhalten wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zerkleinerte Eis bzw. das Eis­ granulat auf eine Wasseroberfläche aufgebracht und durch Wärmeentzug vor, während und/oder nach dem Aufbringen zusammengefroren wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zerkleinerte Eis bzw. das Eis­ granulat auf eine in an sich bekannter Weise hergestell­ te dünne Eisdecke als Tragschicht aufgebracht und mit dieser zusammengefroren wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zerkleinerte Eis bzw. das Eisgranulat von unten her gegen eine in an sich be­ kannter Weise hergestellte dünne Eisdecke als Deck­ schicht oder auf die Eisdecke und gleichzeitig oder nachträglich von unten gegen diese Eisdecke gebracht und mit dieser zusammengefroren wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine nach einem der vorangegangenen Verfahren hergestellte Eisdecke gebrochen, das erhaltene Eis zerkleinert und

• a) auf eine in an sich bekannter Weise hergestellte dünne Eisdecke als Tragschicht aufgebracht und mit dieser zusammengefroren wird oder
• b) von unten her gegen eine in an sich bekannter Weise hergestellte dünne Eisdecke als Deckschicht ge­ bracht und mit dieser zusammengefroren wird oder
• c) auf eine Wasseroberfläche aufgebracht und durch Wärmeentzug vor, während und/oder nach dem Auf­ bringen zusammengefroren wird oder
• d) sowohl auf als auch unter eine dünne Eisdecke als kombinierte Trag- und Deckschicht gebracht und mit dieser zusammengefroren wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragschicht und die Deck­ schicht aus zerkleinertem und zusammengefrorenem Eis erhalten wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen von zerkleinertem Eis bzw. von Eisgranulat durch Verrieseln, Verschleu­ dern oder Extrudieren erfolgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablegen von zerkleinertem Eis bzw. von Eisgranulat auf der Tragschicht, auf die Wasseroberfläche oder unter die Deckschicht in einer oder mehreren Lagen erfolgt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Zusammenfrieren des zer­ kleinerten Eises bzw. des Eisgranulats zu einer Eisdecke auf diese oder von unten her gegen diese weiteres, zerkleinertes Eis oder Eisgranulat ge­ bracht wird, das anschließend zusammengefroren wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf eine vorhandene Eisdecke oder von unten her gegen die Eisdecke mehrere Lagen aus zer­ kleinertem Eis oder Eisgranulat nacheinander gebracht werden, wobei vor dem Aufbringen jeder weiteren Lage das Eis der vorangegangenen Lage ganz oder teilweise zusammengefroren wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das zerkleinerte Eis bzw. das Eisgranulat vor dem Zusammenfrieren auf eine feste Unterlage , eine Wasseroberfläche, auf oder unter eine schwimmende Eisdecke abgelegt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das zerkleinerte Eis bzw. das Eis­ granulat vor, während und/oder nach dem Aufbringen vermittels Wasser oder wässriger Lösungen einer oder mehrerer Chemikalien, insbesondere taupunktabsenkende Chemikalien, benetzt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß dem zerkleinerten Eis bzw. dem Eisgranulat vor, während und/oder nach dem Aufbringen Festkörperpartikel, z. B. Kunststoffgranulat oder Trockeneisgranulat und/oder Gase beigemengt werden.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusammenfrieren des zerkleiner­ ten Eises oder des Eisgranulats zu einer Eisdecke unter Anwesenheit einer kalten Umgebung und/oder durch Bei­ mengen oder Aufbringen von Trockeneis od. dgl. erfolgt.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein feinkörniges Eisgranulat in einer Größenordnung von vorzugsweise unter 2 mm Korndurchmesser verwendet wird.