DE4106930C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung einer Eisdecke, insbesondere für Modellversuche mit Schiffen oder Meeresbauwerken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Eisdecke auf der Oberfläche eines Wasserkörpers, insbe­ sondere in einem gekühlten Wasserbehälter für Modellver­ suche mit Schiffen oder Meeresbauwerken mit Hilfe von Wärmeentzug an der Oberfläche der Eisdecke, wobei sich bei ungestörtem Eiswachstum ein säulenförmiges Eiswachs­ tum ausbildet, und Vorrichtungen zur Durchführung der Verfahren.

Um im Projektstadium Aussagen über das Eisbrechverhalten von eisbrechenden Schiffen oder über Eislasten auf Mee­ resbauwerke machen zu können, werden Modelle dieser Schif­ fe bzw. Meeresbauwerke im Eistank untersucht. Ein Eistank ist ein kühlbarer Schleppkanal für hydraulische Modellver­ suche 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 Eigenschaften des Modellei­ ses, insbesondere die mechanischen Eigenschaften, müssen dem Modellmaßstab entsprechend skaliert werden.

Natürliches Eis ist, allein schon wegen seiner zu hohen Festigkeit, für die Zwecke von Modellversuchen im Eis­ tank in der Regel nicht geeignet. Es sind deswegen ver­ schiedene Verfahren zur Herstellung von Modelleis ent­ wickelt worden. So ist es bekannt, Wasser, aus dem Modell­ eis gefroren wird, mit taupunktabsenkenden Chemikalien zu versetzen, z. B. Kochsalz, Harnstoff oder Glycol oder dem Gefrierwasser andere, eigenschaftsverändernde Zusätze beizugeben, z. B. Zucker oder Detergentien. Aus dotiertem Wasser in herkömmlicher Weise durch Wärmeentzug an der Oberfläche gefrorene Eisdecken werden, sobald sie die ge­ wünschte Dicke annähernd erreicht haben, einem Temperpro­ zeß unterzogen. Der Temperprozeß dient dazu, die modell­ maßstäblich erforderlichen mechanischen Eigenschaften ein­ zustellen. Es ist weiterhin bekannt, die Dichte des in herkömmlicher Weise gefrorenen Modelleises dadurch zu be­ einflussen, daß während des Gefrierprozesses kontinuier­ lich oder periodisch mittels eines fein perforierten Schlauches kleine Gasblasen in den Wasserkörper geblasen werden. Die Gasblasen steigen auf, lagern sich an der mo­ mentanen Eisunterseite an und werden mit fortschreitendem Eiswachstum vom Eis eingeschlossen (Spencer D.S. und G.W. Timco, Proc. IAHR - ICE Symposium, Espoo, 1990, Vol. 11, 745-755).

Die US-Zeitschrift Sciene "The Oregonian" January 23, 1986, Seite D2, beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung einer Eisdecke auf einer Wasseroberfläche. Bei diesem Verfahren werden durch Versprühen eines Wassernebels feine Eiskristalle im Luftkörper über der Wasseroberflä­ che erzeugt, die anschließend auf die Oberfläche des kalten Wasserkörpers in einem Wasserbehälter niedersinken und dort das Gefrieren der Wasseroberfläche einleiten. Bei weiterem Wärmeentzug an der so erzeugten Eisoberfläche bilden sich, ausgehend von der feinkörnigen Initialen Eisoberfläche, zwangsläufig säulenförmige Kristalle aus. Danach wird in die Luft oberhalb der Wasseroberfläche ein Dunst von Wassertröpfchen gesprüht, wobei sich ein dichter Nebel feiner Eiskristalle bildet, die sich in dem Wasserbehälter absetzen und dabei bewirken, daß die Wasseroberfläche gefriert. Dadurch, daß feine Eispartikel bei diesem Verfahren als Kerne für die Eiskristalle ver­ wendet werden, die sich auf der Wasseroberfläche bilden, soll eine Eisschicht mit einer bedeutend feineren Struk­ tur als die bei dem üblichen, vollständig kompakten Eis erhalten werden. Bei diesem Verfahren ist es jedoch nicht möglich, das Eiswachstum der säulenförmigen Kri­ stalle in irgendeiner Weise zu stören und so über die gesamte Eisdicke oder in einer oder mehreren, tiefer liegenden Schichten der Eisdecke ein feinkörniges Eis zu erhalten (texturkontrolliertes Eis). Die feinkörnige initiale Eisschicht, die den Ausgangspunkt des säulen­ förmigen Eiswachstums bildet, ist hier nicht erhältlich.

Auch ist es bekannt, kleine Kunststoffpartikel, die nahezu die Dichte des Gefrierwassers aufweisen, in den Wasserkör­ per einzubringen. Die Kunststoffpartikel werden vom sich bildenden Eis eingeschlossen. Sie bilden im Eis Störstellen und lassen dadurch das damit durchsetzte Modelleis spröder erscheinen.

Auch ist das Erzeugen einer Modelleisdecke mittels eines Sprühvorganges bekannt. In der DE 33 45 648 C2 ist ein Verfahren zur Erzeugung einer Eisdecke, insbesondere für Schiffsmodellversuche, auf einer Wasseroberfläche mittels eines Sprühvorganges beschrieben. 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 so lange fortgesetzt wird, bis die ganze oder zumindest die wesentlich ganze Eisdeckenstärke er­ reicht wird. Das Aufsprühen erfolgt hierbei bei kalter Raumatmosphäre, so daß die Eisdecke nach oben hin aufge­ baut wird.

Die durch herkömmliches Gefrieren mittels Wärmeentzug an der Oberfläche hergestellten Modelleisdecken weisen im wesentlichen eine säulenförmige Kornstruktur auf (Fig. 2). Der Gefrierprozeß von derartigen Modelleisdecken wird üblicherweise dadurch eingeleitet, daß in die kalte Luft über dem von jeglichem Eis befreiten, gefrierbereiten Wasser des Eistanks ein feiner Wassernebel gesprüht wird. Die Nebeltröpfchen gefrieren noch in der Luft und sinken als feine Eiskristalle auf die Wasseroberfläche, wo sie spontan eine hauchdünne Eishaut bilden. Die c-Achsen der Eiskristalle dieser Eishaut sind regellos orientiert. Die c-Achse ist die Hauptanisotropieachse der hexagonalen Kristallgitterstruktur von Eis. Da die Wachstumsgeschwin­ digkeit von Eiskristallen senkrecht zur c-Achse maximal ist, wachsen diejenigen Kristalle der spontan gebildeten Eishaut, deren c-Achse annähernd horizontal liegt, schneller als andere, ungünstiger orientierte Kristalle, weil ihre Richtung maximaler Wachstumsgeschwindigkeit parallel zur Richtung des Wärmeflusses liegt. Die Folge ist, daß die günstiger orientierten Kristallkörner schneller säulen­ förmig in den Wasserkörper hineinwachsen und mit zunehmen­ der Länge benachbarte, ungünstiger orientierte Kristall­ körner verdrängen. Dadurch nimmt auch die Anzahl der Kri­ stallkörner in einem horizontalen Schnitt mit zunehmender Tiefe ab und entsprechend der Durchmesser dieser Kristall­ körner zu.

Bei dotiertem Gefrierwasser bildet sich unter der aus dem gefrorenen Nebel gebildeten Eishaut meist zunächst eine dünne Eisoberschicht aus, die aus relativ kleinen, nicht oder kaum säulenförmigen Eiskristallkörnern besteht (Fig. 3). Die Dicke dieser feinkristallinen Oberschicht beträgt je nach Wasserzusatz und Gefriergeschwindigkeit bis zu etwa 1 cm, sie kann aber auch ganz fehlen. Die oben beschriebenen säulenförmigen Kristallkörner beginnen an der Unterseite dieser Oberschicht - so sie existiert - und reichen, soweit sie nicht von günstiger orientierten Nachbarkristallkörner verdrängt werden, bis zur Unter­ seite der gesamten Eisdecke. Die mechanischen Eigenschaf­ ten von säulenförmig gewachsenem Modelleis sind planisotrop. Werden säulenförmig gewachsene Modelleisdecken auf Biegung belastet, eine beim Eisbrechen mit Schiffen typische Be­ lastungsart, dann bilden sich Risse bevorzugt entlang der Korngrenzen der säulenförmigen Kristallkörner (Fig. 4), d. h. in vertikalen Schnitten durch die Eisdecke quer zum Riß verlaufen diese Risse annähernd lotrecht und geradlinig durch die gesamte Eisdicke. Unter Druckbelastung, wenn das Eis zerquetscht wird, eine typische Verhaltensform des Eises bei Interaktion mit Meeresbauwerken, treten auch transgranu­ lare Risse auf. Da aber das einzelne Eiskristallkorn im Modelleis aus natürlichem Eis besteht, also auch die Festig­ keit natürlichen Eises aufweist, sind die Kräfte, die zur Erzeugung transgranularer Risse in Modelleis erforderlich sind, unmaßstäblich hoch.

Die Eiskristallkörner in Modelleisdecken, die durch Sprüh­ verfahren aufgebaut werden (Fig. 5), sind durchweg fein­ körnig und regellos orientiert. Die Textur derartigen Eises wird als "granular" bezeichnet. Die mechanischen Eigen­ schaften von granularem Eis sind annähernd isotrop. Unter Belastung sich bildende Risse folgen auch hier bevorzugt den Korngrenzen. Da die Kristallkörner aber annähernd kugel­ förmig sind und dicht aneinander gepackt liegen, weisen Risse, wie sie bei Biegebelastung entstehen, eine unebene Oberfläche auf. In vertikalen Schnitten durch die Eisdecke quer zum Riß erscheinen sie als im wesentlichen lotrecht orientierte Zickzacklinie. Um feinkörnig granulares Modell­ eis unter Druckbelastung zu zerquetschen, ist es, bedingt durch das Vorhandensein vieler kleiner Kristallkörner und somit vieler Korngrenzen, nicht erforderlich, transgranulare Risse zu erzeugen. Die zum Zerquetschen des Eises erfor­ derlichen Kräfte können daher bei Modelleis, das durch Sprühverfahren hergestellt wurde, annähernd richtig skaliert werden.

Das Wachstum von Eisdecken auf dem Meer oder auf ruhigeren Binnengewässern (Fig. 6) verläuft meist in etwa so, wie oben für auf herkömmliche Weise gefrorenes, säulenförmiges Mo­ delleis beschrieben. Auch hier bildet sich in der Regel der Kristallgitterstruktur von Eis entsprechend eine säulen­ förmige Textur aus. Auch findet sich häufig, insbesondere bei Meereis, eine etwa 5 bis 30 cm starke Oberschicht gra­ nularen Eises. Diese verdankt aber ihre Entstehung im wesentlichen entweder dem Zusammenfrieren von durchnäßtem Schnee auf der Eisoberfläche oder Störungen des säulen­ förmigen Eiswachstums zu Beginn des Wachstums der Eis­ decke. Ursachen hierfür sind z. B. Wind, Wellen oder Strö­ mung. Bedingt durch verschiedene äußere Störungen erstrecken sich aber auch die langgestreckten Kristallkörner im säu­ lenförmig texturierten, unteren Bereich der natürlichen Eisdecken in der Regel nicht von der Eisoberfläche (bzw. der Unterseite der granularen Oberschicht) bis zur Eis­ unterseite. Die größte Länge dieser Kristallkörner beträgt selten mehr als 20 bis 30 cm. Häufig, insbesondere bei mehr jährigem Eis auf polaren Gewässern, finden sich auch mehr oder minder dicke Schichten granularen Eises, die in das säulenförmige Eis eingelagert sind. Die Planisotropie des Eises, die durch die säulenförmige Textur bedingt ist, wird durch all dies abgeschwächt. Die bevorzugt vertikale Orientierung der Korngrenzen bewirkt aber, daß durch Biegebelastung hervorgerufene Risse im Eis in der Natur meist annähernd gerade die gesamte Eisdicke durchlaufen. Unter Druckbelastung wird natürliches Eis häufig zu einem mehr oder minder feinkörnigen Granulat zerquetscht. Natür­ liche Eisdecken zeigen in der Regel ein äußerst sprödes Versagensverhalten.

Modelleisdecken, die nach den bekannten Verfahren herge­ stellt sind, erfüllen die Aufgabe, ein physikalisches, korrekt skaliertes Modell von Eisdecken, wie sie in der Natur zu finden sind, zu liefern, nur unvollkommen. Je nach Herstellungsverfahren werden einzelne Teilbereiche gut, andere dagegen unzureichend abgebildet. So bilden die durch herkömmliches Gefrieren erzeugten, säulenförmig texturier­ ten Modelleisdecken die Anisotropie des natürlichen Eises und die glatten Risse unter Biegebelastung recht gut ab. Schlecht dargestellt wird das Zerquetschen des Eises unter Druckbelastung, weil bei dieser Art des Versagens auch transgranulare Risse durch die säulenförmigen Kristall­ körner erzeugt werden müssen. Die einzelnen Kristallkörner besitzen aber - auch nach einem Temperprozeß - annähernd die Festigkeit von Eiskristallen in der Natur, d. h., ihre Festigkeit kann nicht modellgerecht skaliert werden. Wei­ terhin sind die säulenförmigen Kristallkörner derartigen Modelleises viel zu groß. Das Versagenverhalten von säu­ lenförmig texturierten Modelleisdecken, die auf herkömm­ liche Weise gefroren und zur Erlangung einer modellge­ rechten Festigkeit getempert wurden, ist zu duktil.

Auch ist die für das Auftriebsverhalten von gebrochenen Eisschollen maßgebliche Dichte des Modelleises erheblich zu hoch. Der durch Einblasen eines Gases in den Wasser­ körper mittels perforierter Schläuche bewirkte Einschluß von Gasblasen (Fig. 7) in den Eiskörper ermöglicht das Einstellen einer naturähnlichen Dichte bei herkömmlich ge­ frorenem, säulenförmigem Modelleis. Daneben vermindert das im Eiskörper eingeschlossene Gas auch dessen tragenden Quer­ schnitt, wodurch eine Schwächung des Modelleises erreicht wird, die sonst durch einen Teil des Temperprozesses er­ zielt wird. Eine reduzierte Temperung führt zu einem spröderen Versagensverhalten des Eises. Die durch Einbla­ sen von Gas in den Wasserkörper mittels perforierter Schläuche erzeugten, gasgefüllten Poren sind aber mit etwa 1 mm Durchmesser zu groß, um als wirksame Spannungskonzen­ tratoren dienen zu können.

Die Textur des Modelleises wird durch den Einschluß von Gasblasen nicht wesentlich beeinflußt. Entsprechendes gilt für das Einfrieren von Kunststoffpartikeln in den Eiskör­ per. Die Dicke der feinkörnigen Oberschicht von säulen­ förmigem Modelleis, das herkömmlich durch Wärmeentzug an der Eisoberfläche gefroren wurde, ist, soweit vorhanden, durch die Wahl des bzw. der Dopens und die Gegebenheiten des jeweiligen Eistanks festgelegt. Sie ist praktisch nicht zu beeinflussen.

Die durch einen Sprühvorgang erzeugten Modelleisdecken wiederum bilden das Zerquetschen des Eises unter Druckbe­ lastung gut ab. Sie versagen naturähnlich spröde. Bedingt durch den Sprühvorgang werden mehr oder minder viele kleine Gasporen im Eiskörper eingeschlossen. Das Auftriebsver­ halten von gebrochenen Schollen aus derartigem Modelleis ist dadurch naturähnlicher als das von herkömmlichem, säu­ lenförmigem Modelleis ohne Gaseinschlüsse. Die Dichte kann aber nicht kontrolliert werden. Die Kristallkörner in Modelleis, das durch einen Sprühvorgang erzeugt wurde, sind wünschenswert klein. Da sie aber regelos orientiert sind, sind mechanischen Eigenschaften von derartigem Modell­ eis isotrop. Die typische Anisotropie von Eisdecken in der Natur wird nicht dargestellt. Durch Biegebelastung er­ zeugte Risse weisen eine naturähnliche gezackte, unebene Oberfläche auf.

Bei keinem der bekannten Verfahren zur Herstellung von Modelleisdecken ist es möglich, eine hinreichend feinkör­ nige und gleichzeitig die Anisotropie und die Textur des Eises in der Natur angemessen darstellende Textur zu er­ zeugen. Das Einstellen der Dichte durch kontrollierten Gas­ eintrag ist bisher nur bei säulenförmig texturierten Modelleisdecken möglich, die durch herkömmliches Gefrieren mittels Wärmeentzug an der Oberfläche erzeugt werden. Diese aber weisen unmaßstäblich große Kristallkörner auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Eisdecken zu er­ zeugen, insbesondere für Modellversuche mit Schiffen und Meeresbauwerken, die eine Textur aufweisen, die zumindest annähernd der von Eisdecken in der Natur entspricht und deren Verformungs- und Versagensverhalten ein weitgehend maßstabgerechtes Abbild dessen liefern, was an Eisdecken in der Natur beobachtet wird. Letzteres gilt auch für die Gestalt von Rißoberflächen und Bruchformen, wie sie unter verschiedenartiger Belastung erzeugt werden; es soll un­ ter Eingriff in das natürliche Eiswachstum das Wachstum von säulenförmigen Kristallen gestört werden, um gegenüber den natürlich gewachsenen säulenförmigen Kristallen deut­ lich kleinere Eiskristalle zu erhalten.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 und 2 angegebenen Verfahrensmaßnahmen gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht nach Anspruch 1 darin, daß eine Eisdecke auf einer Wasseroberfläche er­ zeugt wird, insbesondere für Modellversuche mit Schiffen und Meeresbauwerken, wobei das säulenförmige Eiswachs­ tum dadurch gestört wird, daß feine Eiswachstumskeime oder feines Eisgranulat in den Wasserkörper unter der Eisdecke eingetragen und dabei so verteilt werden, daß sie sich über die Fläche der gesamten Eisdecke oder über Teilflächen in einer oder mehreren Schichten davon an­ nähernd gleichmäßig an der Eisunterseite anlagern. Das säulenförmige Wachstum des Eises wird somit durch geziel­ ten Eintrag von feinkörnigen Eiswachstumskeimen in den Wasserkörper unter dem Eis so gestört, daß diese Eis­ decke eine weitgehend beliebig gewünschte, bevorzugter­ weise der von Eisdecken in der Natur ähnliche Textur aufweist.

Bei dem Verfahren nach Anspruch 2 wird das säulenförmige Eiswachstum dadurch gestört, daß die Unterseite der Eis­ decke derart bearbeitet wird, daß aus der Eisdecke feine Eispartikel herausgelöst oder abgebrochen werden, die sich anschließend als neue Eiswachstumskeime an der Eisunter­ seite anlagern. Hiernach wird die Eisdecke erzeugt, indem das säulenförmige Wachstum der Eisdecke durch mechanische Behandlung der Eisunterseite gestört wird, und zwar durch Erzeugung von feinkörnigen Eiswachstumskeimen an der die Wachstumsfront bildenden Eisunterseite, so daß diese Eisdecke eine weitgehend be­ liebig gewünschte, bevorzugterweise der von Eisdecken in der Natur ähnliche Textur aufweist.

Nach beiden erfindungsgemäßen Verfahren wird ein textur­ kontrolliertes Eis erzeugt. Es wird ein Eis erhalten, des­ sen Textur der von Eisdecken in der Natur entspricht oder sich dieser annähert. Insbesondere können nach dem Ver­ fahren auch natürliche Eisdecken unterschiedlicher Textur gezielt naturähnlich nachgebildet werden. Auch können nach dem Verfahren Länge und Durchmesser der säulenförmigen Eiskristalle, so sie überhaupt gewünscht sind, begrenzt werden. Insgesamt ist es möglich, zwischen dem einen Extrem "streng säulenförmige Textur mit langen, annähernd über die gesamte Eisdecke reichenden Eiskristallen" (Fig. 2 und 3) - erzeugt durch ungestörtes, herkömmliches Wachstum - und dem anderen Extrem "über annähernd die gesamte Eisdicke reichende granulare Textur mit feinen, annähernd kugel­ förmigen, weitgehend regellos orientierten Eiskristallen" (ähnlich Fig. 5) - erzeugt durch kontinuierliche oder kurzzeitig periodische Störung des säulenförmigen Wachs­ tums - weitgehend jede beliebige gewünschte Textur zu erzeugen. So können sich Schichten granularen Eises und säulenförmigen Eises in gleicher oder unterschiedlicher Dicke abwechseln und die Größe der säulenförmigen Kri­ stallkörner innerhalb einer säulenförmig texturierten Schicht kann durch Einlagern einer oder mehrerer sehr dünner Schichten von Eiswachstumskeimen begrenzt werden. Die nach den Verfahren erzeugten Eisdecken bilden die Textur von Eisdecken in der Natur besser nach.

Die Störung des säulenförmigen Eiswachstums wird nach der einen Verfahrensweise dadurch bewirkt, daß feine Eiswachs­ tumskeime, z. B. feines Eisgranulat, in den Wasser­ körper unter der Eisdecke gefördert und dabei so verteilt werden, daß sie sich über die Fläche der gesamten Eisdecke oder Teilflächen davon annähernd gleichmäßig an der Eisun­ terseite anlagern. Bevorzugterweise werden die Eiswachs­ tumskeime mittels Wasser, das mit diesen befrachtet ist, in den Wasserkörper unter dem Eis gefördert. Die Wachstums­ keime können dabei entweder von außerhalb des Wasserkör­ pers zugeführt oder mittels geeigneter Vorrichtungen, z. B. Kühlvorrichtungen mit mechanischer Zerkleinerung des dort erzeugten Eises od. dgl., innerhalb des Wasserkörpers er­ zeugt werden.

Bei der anderen Verfahrensweise wird die Störung des säulenförmigen Wachstums dadurch bewirkt, daß die Unter­ seite der Eisdecke durch geeignete Maßnahmen derart be­ handelt wird, daß dabei aus dem Material der Eisdecke feine Eispartikel herausgelöst oder abgebrochen werden, die sich anschließend als neue Eiswachstumskeime an der Eisunterseite anlagern. Bevorzugterweise wird die Behand­ lung der Eisunterseite in Form von mechanischer Bearbei­ tung, z. B. durch spanabhebende Maßnahmen unter Verwendung geeigneter Werkzeuge, wie Bürsten oder Schaber durchgeführt.

Für den mechanischen Abrieb von Eiskristallen von der Eisunterseite werden bevorzugterweise ein oder mehrere Schaber eingesetzt, insbesondere Schaber mit einem sägeblattähnlichen Profil an der am Eis anliegenden Kante. Ergänzend oder alternativ können auch eine oder mehrere Bürsten eingesetzt werden, die parallel zur Eisunterseite bewegt und/oder rotierend angetrieben werden. Die Andruck­ kraft, mit der die Bearbeitungswerkzeuge gegen die Eisunter­ seite gedrückt werden, wird durch geeignete Vorrichtungen so eingestellt bzw. begrenzt, daß eine Schädigung der Eis­ decke als Ganzes vermieden wird. Bevorzugterweise werden die Bearbeitungswerkzeuge auf einem Schwimmkörper montiert, der im getauchten Zustand durch hydrostatischen Auftrieb eine gleichmäßig verteilte und konstante Anpreßkraft lie­ fert. Die Anpreßkraft kann durch Beballasten des Schwimm­ körpers eingestellt werden. Die Bearbeitungswerkzeuge kön­ nen außerdem auf dem Schwimmkörper federnd angelenkt werden. Der Schwimmkörper kann durch geeignete Vorrichtungen, wie Seilzüge, unter der Eisdecke bewegt werden. Er kann auch von einem unter der Eisdecke fahrenden Unterwasser­ wagen bewegt und/oder von diesem geführt werden. Es ist auch möglich, die Bearbeitungswerkzeuge über einen Federmecha­ nismus auf einem Unterwasserwagen zu montieren. Anstelle des Federmechanismus oder in Verbindung damit kann auch eine kraftgeregelte Anpreßvorrichtung eingesetzt werden. Die Erzeugung der Anpreßkraft kann auch mittels hydrodynamischen Auftriebs erfolgen.

Bei beiden Verfahren kann die Dichte des Eises und die Gasporosität des Eises dadurch beeinflußt werden, daß in prinzipiell bekannter Weise feine Gasblasen in den Wasser­ körper unter dem Eis eingebracht werden, die aufsteigen, sich an der Eisunterseite anlagern und mit zunehmendem Eis­ wachstum in den Eiskörper einfrieren. Dies kann in bekann­ ter Weise durch Einblasen von Luft mittels fein perforier­ ter Schläuche erfolgen. Bevorzugterweise werden die Gas­ blasen aber erfindungsgemäß dadurch erzeugt, daß Wasser, das in an sich bekannter Weise unter Druck gasübersättigt wurde, in den Wasserkörper unter das Eis gepumpt wird. Beim Entspannen gast das druckübersättigte Wasser aus und bildet dabei äußerst feine Gasblasen. Die so erzeugten Gasblasen sind so klein, daß sie, wenn sie im Eiskörper eingeschlossen sind, auch als wirksame Spannungskonzen­ tratoren dienen können und so ein in wünschenswerter Weise spröderes Versagen des damit durchsetzten Modelleises bewirken. Es ist aber auch möglich, zum Zwecke des Gaseintrages gasbildende Chemikalien, wie z. B. Ammoniumbi­ carbonat, in den Wasserkörper einzubringen.

Bei beiden Verfahren ist es außerdem auch möglich, in bekannter Weise im Wasser annähernd schwebende oder schwimmfähige Feststoffpartikel, die nicht als Eiswachs­ tumskeime wirken, z. B. feines Kunststoffgranulat in den Wasserkörper einzuspülen, damit diese Partikel sich als Störstellen im Eis einlagern und so die mechanischen Eigenschaften des Eises günstig beeinflussen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungs­ beispiele wird das erfindungsgemäße Verfahren erläutert. Es zeigen in schematischen Darstellungen

Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch eine nach dem Ver­ fahren hergestellte Eisschicht mit eingeschlossenen, gas­ gefüllten Poren und mit im wesentlichen glatt durchlau­ fendem Biegeriß,

Fig. 2 bis 7 Darstellungen zur Erläuterung zum nach bekannten Verfahren hergestellten Eis und zum nachzu­ bildenden Eis in der Natur, wobei Fig. 2 einen vertikalen Schnitt durch eine durch her­ kömmliches Gefrieren hergestellte, säulenförmig textu­ tierte Eisschicht,

Fig. 3 einen vertikalen Schnitt durch eine aus dotiertem Wasser durch herkömmliches Gefrieren hergestellte, säulen­ förmig texturierte Eisschicht mit einer feinkörnigen Ober­ schicht,

Fig. 4 einen vertikalen Schnitt durch eine säulenförmig texturierte Eisschicht mit einem glatt durchlaufenden Bie­ geriß,

Fig. 5 einen vertikalen Schnitt durch eine durch ein Sprühverfahren hergestellte, granular texturierte Eis­ schicht mit einem unebenen Biegeriß,

Fig. 6 einen vertikalen Schnitt durch eine typische Eis­ decke in der Natur mit feinkörniger Oberschicht, mit säu­ lenförmig texturierten Kristallkörnern begrenzter Länge, mit eingelagerten Schichten feinkörnigen, granularen Eises und mit einem glatt durchlaufenden Biegeriß,

Fig. 7 einen vertikalen Schnitt durch eine durch herkömm­ liches Gefrieren hergestellte, säulenförmig texturierte Eisschicht mit eingeschlossenen Gasblasen, die durch direktes Einblasen von Gas in den Wasserkörper unter dem Eis erzeugt wurden, zeigen,

Fig. 8 eine Verteilvorrichtung zum Einbringen von Eis­ wachstumskeimen in den Wasserkörper unter dem Eis zur Her­ stellung einer Eisdecke, die aus einer herkömmlich gewach­ senen Eisschicht und einer texturkontrollierten Eisschicht auf die Oberfläche eines Wasserkörpers in einem Behälter erhalten wird,

Fig. 9 in einer Seitenansicht eine Vorrichtung zur Er­ zeugung einer Eisschicht, wobei die Unterseite der Eis­ schicht mit Hilfe eines Schabewerkzeuges mechanisch be­ arbeitet wird, wobei die Anpreßkraft mittels eines hydrosta­ tischen Antriebes erzeugt wird,

Fig. 10 die Vorrichtung gemäß Fig. 9 in einer Vorderan­ sicht,

Fig. 11 in einer Seitenansicht eine Vorrichtung und ein Regelungsblockschaltbild zur Erzeugung einer Eisschicht, wobei die Unterseite der Eisschicht mit Hilfe einer ro­ tierenden Bürste mechanisch bearbeitet wird, wobei die Anpreßkraft kraftgeregelt konstant gehalten wird,

Fig. 12 in einer Seitenansicht eine Vorrichtung zur Er­ zeugung einer Eisschicht, wobei die Eiswachstumskeime an die Unterseite der Eisschicht geführt oder dort erzeugt werden und wobei zwecks Erzeugung von gasgefüllten Poren im Eis mittels unter Druck gasübersättigtem Wasser feine Gasblasen in den Wasserkörper unter das Eis gebracht werden, und

Fig. 13 in einer Seitenansicht eine Vorrichtung zur Erzeu­ gung einer Eisschicht, wobei die Eiswachstumskeime in dem Wasserkörper unter dem Eis erzeugt werden.

In den Fig. 2 bis 7 sind Erläuterungen zum Stand der Technik und zum nachzubildenden Eis in der Natur darge­ stellt, wobei in Fig. 2 mit 110 eine hauchdünne Eishaut, mit 130 orientierte Kristallkörner, in Fig. 3 mit 210 eine Eishaut, mit 220 eine dünne Eisoberschicht, mit 230 säu­ lenförmige Kristallkörner, in Fig. 4 mit 330 säulenförmige Kristallkörner, mit 340 Risse in der Eisdecke, in Fig. 5 mit 410 Eiskristallkörner, mit 440 ein in Zickzacklinie verlaufender Riß, in Fig. 6 mit 520 eine Oberschicht aus granularem Eis, mit 530 eine säulenförmige Textur, mit 540 Risse und mit 560 eine Schicht aus granularem Eis be­ zeichnet sind. W ist in allen Figuren der Wasserkörper.

Zur Erzeugung einer Eisdecke,insbesondere für Modellver­ suche mit Schiffen oder Meeresbauwerken, auf der Wasser­ oberfläche des bei W in den Fig. 1, 8 bis 13 dargestellten Wasserkörpers wird zunächst durch herkömmliches Gefrieren eine Eisschicht 734, 834, 934, 1034, 1134, 1234, 1334 gefroren Bevorzugterweise wird das Eiswachstum in bekannter Weise dadurch eingeleitet, daß feiner Wassernebel 733, 833, 933, 1033, 1133, 1233, 1333 in die kalte Luft L über dem von jeg­ lichem Eis befreiten, gefrierbereiten Wasser gesprüht wird. Die Nebeltröpfchen gefrieren noch in der Luft, sinken auf die eisfreie Wasseroberfläche und bilden dort spontan eine hauchdünne, feinkristalline Eishaut 1210. Un­ ter dieser Eishaut bildet sich bei dotiertem Gefrierwasser eine feinkristalline, kaum säulenförmig texturierte Eisober­ schicht 1220 aus, deren Dicke von der Art der Dotierung und den Gefrierbedingungen des betreffenden Eistanks ab­ hängt und meist zwischen 0 und 5 mm liegt. An der Unter­ seite 1221 der feinkristallinen Oberschicht 1220 bzw. falls diese nicht vorhanden ist, an der Unterseite 1211 der Eishaut 1210, beginnt bei fortgesetzter Kühlung der Eisoberfläche das Wachstum säulenförmiger Eiskristalle 1232.

Das Wachstum dieser säulenförmigen Eiskristalle 1232 wird durch Eiswachstumskeime 1202, z. B. feinkörniges Eisgranu­ lat, die an die Eisunterseite geführt werden, ge­ stört. Das Heranführen von Eiswachstumskeimen umfaßt hier auch das Erzeugen dieser Keime aus dem Material der be­ reits vorhandenen Eisschicht. Es bildet sich aus diesen Eiswachstumskeimen 1202 eine dünne Schicht feinkörnigen Eises 1260 mit granularer Textur, aus der erneut säulen­ förmige Kristallkörner 1230 zu wachsen beginnen. Die Länge dieser säulenförmigen Kristallkörner 1230 kann durch er­ neutes Heranführen von Eiswachstumskeimen 1202 an die Eis­ unterseite, die ja die Wachstumsfront bildet, begrenzt werden. Wird das Heranführen der Eiswachstumskeime 1202 kontinuierlich oder kurzfristig periodisch fortgesetzt, kann auch eine Schicht feinkörnigen, granularen Eises 1262 in beliebig gewünschter Dicke erhalten werden. Sobald das Heranführen der Eiswachstumskeime 1202 unterbrochen wird, beginnt bei fortgesetzter Kühlung der Eisoberfläche wieder das Wachstum säulenförmiger Eiskristalle 1231. Das Heranführen der Eiswachstumskeime 1202 an die momentane Eisunterseite kann beliebig lange fortgesetzt und beliebig lange unterbrochen werden, so daß praktisch über die gesamte Eisdicke eine Eisschicht gewünschter Textur, sog. textur­ kontrolliertes Eis 735, 835, 935, 1035, 1135, 1235, 1335 erhalten werden kann. Risse 1240, wie sie in einer solcherart er­ zeugten Eisschicht durch Biegebelastung entstehen, laufen annähernd glatt durch die gesamte Eisdicke. In dickeren Bereichen granularen Eises 1261 können diese Risse 1240a aber auch uneben sein.

Die Dichte des texturkontrollierten Eises 1235 einschließ­ lich der des ungestört gewachsenen Eises an der Oberfläche der Eisschicht 1234 kann in prinzipiell bekannter Weise durch Eintrag von Gasblasen 741, 841, 941, 1041, 1141, 1241, 1341 während des Eiswachstums in den Wasserkörper W unter dem Eis eingestellt werden. Die Gasblasen werden als gasgefüllte Poren 1270 auf beliebigen Horizonten der Eisschicht im Eis eingeschlossen. Wenn die gashaltigen Poren 1270 deutlich kleiner sind als etwa 1 mm im Durchmesser, können sie, neben der ohnehin bewirkten Schwächung des tragenden Querschnitts, auch als wirksame Spannungskonzentratoren dienen, die zu einem wünschenswert spröderen Versagen des gasporendurch­ setzten Eises führen.

Bei dem in Fig. 8 dargestellten Verfahren wird eine Eis­ decke, bestehend aus einer herkömmlich gewachsenen Eis­ schicht 734 und einer texturkontrollierten Eisschicht 735 auf der Oberfläche eines Wasserkörpers W in einem Be­ hälter 701 dadurch erhalten, daß im Verlauf des Wachstums des texturkontrollierten Eises 735 Eiswachstumskeime 702 mittels einer geeigneten Verteilvorrichtung 703 in den Wasserkörper W unter dem Eis eingebracht werden. Die Verteilvorrichtung 703 kann unter dem Eis bewegt werden, so daß über die gesamte Fläche der Eisdecke oder Teile davon eine gleichmäßige oder annähernd gleichmäßige Ver­ teilung der Eiswachstumskeime 702 bewirkt wird. Die Eis­ wachstumskeime werden, nach Art einer partikelbehafteten Strömung in Wasser suspendiert, mittels einer Pumpe 704 aus einem Vorratsbehälter 706 zur Verteilvorrichtung 703 gefördert. In den Vorratsbehälter 706 kann auch eine Vor­ richtung zur Erzeugung der Eiswachstumskeime integriert sein. Das Wasser, mit dem die Eiswachstumskeime zur Ver­ teilvorrichtung 703 gefördert werden, wird mittels einer Pumpe 705 aus dem Wasserkörper W im Behälter 701 entnommen und zum Vorratsbehälter 706 gepumpt. Bei diesem Verfahren kann auch auf die anfängliche Erzeugung einer herkömmlichen Eissicht 734 mittels gefrorenem Nebel 733 verzichtet werden und statt dessen das Eiswachstum dadurch eingeleitet werden, daß in den Wasserkörper W, der an der Oberfläche von Eis befreit wurde, Eiswachstumskeime 702 eingebracht werden, die zur Oberfläche aufsteigen und dort eine feingranulare Eisschicht nach Art der in Fig. 1 mit 1260 und 1261 be­ zeichneten Eisschicht bilden. In diesem Falle besteht die erzeugte Eisdecke über ihre gesamte Dicke aus texturkon­ trolliertem Eis 735.

Bei dem in den Fig. 9 und 10 dargestellten Verfahren wird eine Eisdecke, bestehend aus einer herkömmlich gewachsenen Eisschicht 834, 934 und einer Schicht texturkontrollierten Eises 835, 935 auf der Oberfläche eines Wasserkörpers W dadurch erhalten, daß im Verlauf des Wachstums des textur­ kontrollierten Eises 835, 935 mittels Schabewerkzeugen 811, 911 feine Eiskristalle aus der Unterseite der Eisdecke gelöst werden, die sich als Eiswachstumskeime 802 an der Eisunterseite anlagern. Um Unebenheiten der Eisunterseite beim Bearbeitungsprozeß ausgleichen zu können und so eine über die bearbeitete Fläche weitgehend gleichmäßige Erzeugung der Eiswachstumskeime 802 zu er­ reichen, ist es vorteilhaft, die Schabewerkzeuge 811, 911 in kürzere Abschnitte zu unterteilen und nachgebend an­ zulenken. Vorteilhaft ist es dabei, die Abschnitte der Schabewerkzeuge 811, 911 auf drehbar gelagerten Hebelmecha­ nismen 812, 912 zu montieren, wobei die Nachgiebigkeit mittels Federn 813, 913 bewirkt wird. Weiterhin vorteil­ haft ist es, die am Eis anliegende Kante 811a, 911a des Schabewerkzeuges 811, 911 nach Art eines Zahnspachtels oder dgl. sägezahnförmig auszubilden. Es ist weiterhin vorteilhaft, die für die Bearbeitung der Eisunterseite erforderliche Anpreßkraft mittels eines Auftriebskörpers 814, 914 aufzubringen. Dadurch wird eine weitgehend konstante und gleichmäßig verteilte Anpreßkraft erhalten. Durch Beballasten des Auftriebskörpers 814, 914 mittels Gewichten 915 oder anderer geeigneter Maßnahmen kann die Anpreßkraft bis auf Null reduziert und so an die Erfordernisse ange­ paßt werden. Mittels einer dem Auftrieb entgegenwirkenden Kraft P können die Schabewerkzeuge 811, 911 von der Eisdecke abgehoben werden. Um das vom Schabeprozeß erzeugte, auf den Auftriebskörper wirkende Kippmoment abzufangen, ist es zweckmäßig, den Auftriebskörper mittels einer die Tauch­ bewegung nicht behindernden Lagerung, z. B. einem Scheren­ mechanismus 816, 916, an einen Unterwasserwagen 817, 917 anzulenken, der z. B. auf seitlich angeordneten Schienen 818, 918 läuft. Am Unterwasserwagen 817 kann dann auch die Kraft F angreifen, die zur Bewegung der Vor­ richtung unter der Eisdecke her in der einen oder anderen Richtung erforderlich ist. Diese Kraft kann z. B. durch einen Seilzugmechanismus oder durch einen eigenen Antrieb des Unterwasserwagens erzeugt werden.

Bei dem in den Fig. 11 dargestellten Verfahren wird eine Eisdecke, bestehend aus einer herkömmlich gewachsenen Eis­ schicht 1034 und einer Schicht tekturkontrollierten Eises 1035 auf der Oberfläche eines Wasserkörpers W dadurch er­ halten, daß im Verlauf des Wachstums des texturkontrollier­ ten Eises 1035 mittels bürstenartiger Werkzeuge feine Eiskristalle aus der Unterseite der Eisdecke gelöst werden, die sich als Eiswachstumskeime 1002 an der Eisunterseite an­ lagern. Vorteilhaft ist es, als Werkzeug hierfür rotierend angetriebene Bürsten 1003 zu verwenden, die auf einem Anpreß­ mechanismus 1010 angeordnet sind, der für die Anpreßkraft sorgt, die für das Herauslösen der Eiskristalle erforderlich ist. Als Alternative zu der in den Fig. 9 und 10 dargestell­ ten Anpreßkrafterzeugung mittels hydrostatischen Auftriebs wird in Fig. 11 ein Hebelmechanismus beispielsweise gezeigt, bei dem die Anpreßkraft kraftgeregelt konstant gehalten wird. Eine rotierende Bürste 1003 - es können auch mehrere sein - ist an dem einen Ende eines Hebels 1005 gelagert, der sich drehbar an einem Lager 1006 abstützt. Am freien Ende 1005a des Hebels 1005 greift über eine Feder 1008 ein regelbarer Krafterzeuger 1007, der die Reaktionskraft zur gewünschten An­ preßkraft liefert. Die Anpreßkraft, mit der die Bürste 1003 gegen die Eisunterseite drückt, wird mittels eines Kraftmeßgliedes 1004 gemessen, das hier als in den Hebel 1005 integriert dargestellt ist. Die Lagerung 1006 und der Krafterzeuger 1007 stützen sich auf einem Unterwasserwagen 1017 ab, der z. B. auf seitlich angeordneten Schienen 1018 läuft. Am Unterwasserwagen 1017 kann dann auch die Kraft F angreifen, die zur Bewegung der Vorrichtung unter der Eisdecke her in der einen oder anderen Richtung erforderlich ist. Diese Kraft kann z. B. durch einen Seilzugmechanismus oder durch einen eigenen Antrieb des Unterwasserwagens erzeugt werden. Die am Kraftmeßglied 1004 gemessene momentane Anpreßkraft wird als Kraft-Istwert einem Regler 1022 zugeführt, der diesen Wert mit dem von einem Sollwertführer 1021 einge­ speisten Sollwert vergleicht und je nach Differenz das Regelsignal an ein Leistungsteil 1023 gibt. Beim Leistungs­ teil 1023 kann es sich z. B. um eine Servohydraulikanlage handeln. Das Leistungsteil bewirkt die Aktionen des Krafterzeugers 1007, d. h. im Beispielsfalle einer servohy­ draulischen Anlage die Verschiebungen des Hydraulikkolbens. In einer einfacheren Ausführung wird auf den Kraftregler­ kreis aus Kraftmeßglied 1004, Sollwertführer 1021, Regler 1022, Leistungsteil 1023 und Krafterzeuger 1007 verzichtet und die Anpreßkraft nur durch die Geometrie der Anordnung, die Federcharakteristik der Feder 1008 und deren momentane Auslenkung bestimmt.

Bei dem in Fig. 13 dargestellten Verfahren wird eine Eis­ decke, bestehend aus einer herkömmlich gewachsenen Eis­ schicht 1334 und einer Schicht texturkontrollierten Eises 1335 auf der Oberfläche eines Wasserkörpers W dadurch er­ halten, daß im Verlauf des Wachstums des texturkontrollier­ ten Eises 1335 im Wasserkörper W unter dem Eis Eiswachs­ tumskeime 1302 erzeugt werden. Dazu wird ein Kälteerzeuger 1303, z. B. ein mit einem Kühlmittel gefüllter Wärmetauscher in den Wasserkörper W eingebracht. An der Ober­ fläche des Kälteerzeugers 1303 bildet sich Eis 1304, aus dem mittels mechanischer Behandlung mit einer geeigneten Vorrichtung 1305, z. B. durch Abschaben oder Abbürsten mit einer rotierenden Bürste oder durch Vibration, feine Eiskristalle herausgelöst werden, die als Eiswachs­ tumskeime 1302 dienen. Vorteilhaft ist es, den Kälteerzeuger 1303 und die Vorrichtung 1305 zum Herauslösen der Eiskristal­ le aus dem gebildeten Eis 1303 auf einem gemeinsamen Unter­ wasserwagen 1317 zu montieren, der auf Schienen 1318 läuft und unter der Eisdecke hin und her bewegt werden kann. Auch bei diesem Verfahren kann auf die anfängliche Erzeugung einer herkömmlichen Eisschicht 1334 mittels gefrorenem Nebel 1333 verzichtet und statt dessen das Eiswachstum dadurch ein­ geleitet werden, daß in den Wasserkörper W, der an der Oberfläche von Eis befreit wurde, Eiswachstumskeime 1302 eingebracht werden, die zur Oberfläche aufsteigen und dort eine feingranulare Eisschicht nach Art der in Fig. 1 mit 1260 und 1261 bezeichneten Eisschicht bilden. In diesem Fall besteht die erzeugte Eisdecke ebenfalls über ihre gesamte Dicke aus texturkontrolliertem Eis 1335.

In den Fig. 8 bis 13 sind bei 741, 841, 941, 1041, 1141, 1241 bzw. 1341 im Wasserkörper aufsteigende Gasblasen ange­ deutet, die, wenn sie im Eiskörper eingefroren sind, zur Einstellung der Eisdichte und gegebenen falls zur Schwächung des Eises dienen. Im Interesse möglichst kleiner Blasen ist es vorteilhaft, diese auf dem Wege des Ausgasens von unter Druck gasübersättigtem Wasser zu erzeugen. Es ist dabei vorteilhaft, die Vorrichtung zum Eintrag der Gas­ blasen in den Wasserkörper mit der Vorrichtung zur Her­ stellung des texturkontrollierten Eises zu verbinden. Fig. 12 zeigt beispielhaft eine derartige Anordnung. Im Wasserkörper W unter der Eisdecke, bestehend aus ggf. einer herkömmlich gefrorenen Eisschicht 1134 und einer Schicht texturkon­ trollierten Eises 1135, ist auf einem Unterwasserwagen 1117, der ggf. auf Schienen 1118 läuft, eine Vorrichtung 1103 zur Erzeugung der Eiswachstumskeime nach einem der Ver­ fahren angeordnet. Auf demselben Unterwasserwagen 1117 ist eine Austrittsvorrichtung für das gasübersättigte Wasser 1142, z. B. ein perforiertes Rohr, montiert. Das gasübersättigte Wasser stammt aus einer Vorrichtung 1143, in der Wasser, das mittels einer Pumpe 1145 aus dem Wasserkörper W entnommen wurde, unter Druck mit Gas übersättigt wird. Das Druckgas wird von einem Druckgas­ erzeuger 1144, z. B. einem Luftkompressor, einer Druckgas­ flasche, entnommen und in eine Übersättigungsvorrich­ tung 1143 gedrückt. Die Einrichtungen zur Erzeugung des gas­ übersättigten Wassers können ganz oder teilweise auch auf dem Unterwasserwagen 1117 angeordnet sein.

Die Erfindung ist dabei nicht beschränkt auf die vorstehend beschriebenen und nachstehend beanspruchten Ausführungsfor­ men. Eine andere Art der Kombination der beschriebenen Ver­ fahrensmaßnahmen oder Vorrichtungen liegt ebenso im Rahmen der Erfindung wie die Verwendung jeweils äquivalenter Mittel und Maßnahmen, wie z. B. der Einsatz eines hydrodynamischen Auf­ triebs zum Zwecke der Erzeugung der Anpreßkraft, die Ver­ wendung anderer als spanabhebender Bearbeitungsverfahren zum Herauslösen von Eiskristallen aus der Eisunterseite, wie z. B. mittels in Bewegung versetzten Wassers oder mittels Schwingungen oder mittels thermisch erzeugter Spannungs­ risse, oder, zur Erzeugung das Gasblasen im Wasser, z. B. die Verwendung von gasbildenden Chemikalien oder der Einsatz von Schwingungen, die im Wasser gelöstes Gas zum Ausperlen bringen.

Mit den vorangehend beschriebenen Verfahren und den hierzu ausgebildeten Vorrichtungen wird ein texturkontrolliertes Eis mit einer vorgegebenen Kristallstruktur für Modellver­ suche erhalten, das der Struktur des natürlichen Eises entspricht, was auch für die Gestaltung von Rißoberflächen und Bruchformen gilt.

Claims (22)

1. Verfahren zur Erzeugung einer Eisdecke auf der Oberfläche eines Wasserkörpers, insbesondere in einem gekühlten Wasserbehälter für Modellversuche mit Schiffen oder Meeresbauwerken, mit Hilfe von Wärmeentzug an der Oberfläche der Eisdecke, wobei sich bei ungestörtem Eiswachstum ein säulenförmiges Eiswachstum ausbildet, dadurch gekennzeichnet, daß das säulenförmige Eiswachstum dadurch gestört wird, daß feine Eiswachstumskeime oder feines Eis­ granulat in den Wasserkörper unter der Eisdecke eingetragen und dabei so verteilt werden, daß sie sich über die Fläche der gesamten Eisdecke oder über Teilflächen in einer oder mehreren Schichten davon annähernd gleichmäßig an der Eisunterseite anlagern.

2. Verfahren zur Erzeugung einer Eisdecke auf der Ober­ fläche eines Wasserkörpers, insbesondere in einem gekühlten Wasserbehälter für Modellversuche mit Schiffen oder Meeresbauwerken, mit Hilfe von Wär­ meentzug an der Oberfläche der Eisdecke, wobei sich bei ungestörtem Eiswachstum ein säulenförmiges Eiswachstum ausbildet, dadurch gekennzeichnet, daß das säulenförmige Eiswachstum dadurch gestört wird, daß die Unterseite der Eisdecke derart bear­ beitet wird, daß aus der Eisdecke feine Eispartikel herausgelöst oder abgebrochen werden, die sich an­ schließend als neue Eiswachstumskeime an der Eis­ unterseite anlagern.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eiswachstumskeime vermittels strömenden Wassers in den Wasserkörper eingebracht werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eiswachstumskeime, die in den Wasserkörper eingetragen werden, von Eis gewonnen werden, das mittels eines Kälteerzeugers oder mittels mehrerer Kälteerzeuger im Wasserkörper unter dem Eis gefroren wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Herauslösen feiner Eiskristalle von dem an einer Oberfläche des Kälteerzeugers gebildeten Eis durch Abschaben oder Abbürsten oder vermittels einer Vibrationseinrichtung vorgenommen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite der Eisdecke mechanisch durch spanabhebende Maßnahmen vermittels Bearbeitungs­ werkzeugen in Form von

• a) mindestens einer Bürste, die unterhalb der Eisdecke angeordnet ist, und
  rotierend angetrieben und/oder
  parallel zur Eisdecke bewegbar ist, oder
• b) mindestens einem unterhalb der Eisdecke ange­ ordneten Schaber

bearbeitet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaber verwendet wird, dessen am Eis an­ liegende Kante sägezahnartig ausgebildet ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die unterhalb der Eisdecke angeordneten Bear­ beitungswerkzeuge nachgiebig aufgehängt sind.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die unterhalb der Eisdecke angeordneten Bear­ beitungswerkzeuge quer zur Fortschrittsrichtung in mehrere Segmente unterteilt sind.

10. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite der Eisdecke mittels eines Wasserstrahles oder mittels mehrerer Wasserstrahlen oder mittels Schwingungen behandelt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft zum Anpressen der Bearbeitungswerk­ zeuge an die Unterseite der Eisdecke durch Kraft­ erzeugungseinrichtungen erfolgt, die

• a) zur Erzeugung eines hydrostatischen Auftriebes aus mindestens einem Auftriebskörper oder
• b) aus einem Hebelmechanismus oder
• c) aus einem Federmechanismus oder
• d) aus mindestens einem Hydraulik- oder Pneumatik­ zylinder oder mindestens einer Hubspindel bestehen oder
• e) als hydrodynamischer Auftriebskörper ausgebildet sind.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eisdecke, bestehend aus einer herkömmlich gewachsenen Eis­ schicht (734) und einer texturkontrollierten Eis­ schicht (735) auf der Oberfläche eines Wasserkörpers (W) in einem Behälter (701) dadurch erhalten wird, daß mittels einer Verteilvorrichtung (703) Eiswachs­ tumskeime (702) in den Wasserkörper (W) unter dem Eis eingebracht werden, wobei die Eiswachstumskeime (702) mittels einer Pumpe (704) aus einem Vorratsbehälter (706) der Verteilvorrichtung (703) zugeführt werden.

13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ab­ lösen von feinen Eiskristallen aus der Unterseite der Eisdecke eine aus Schabewerkzeugen (811, 911) bestehende Einrichtung in dem den Wasserkörper (W) aufnehmenden Behälter (701) angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schabewerkzeuge (811, 911) in kürzere Abschnitte unterteilt sind, die nachgebend an einem Tragarm mindestens eines unterhalb der Eisdecke ver­ fahrbaren Unterwasserwagens (817, 917) angelenkt sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 und 14, da­ durch gekennzeichnet, daß die Abschnitte der Schabe­ werkzeuge (811, 911) auf drehbar gelagerten Hebelme­ chanismen (812, 912) angeordnet sind, wobei die Nach­ giebigkeit mittels Federn (813, 913) bewirkt wird.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß die am Eis liegende Kante (811a, 911a) des Schabewerkzeuges (811, 911) nach Art eines Zahnspachtels sägezahnförmig ausgebildet ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer An­ preßkraft des Schabewerkzeuges (811, 911) an die Eis­ deckenunterseite an dem fahrbaren Unterwasserwagen (817, 917) mindestens ein Auftriebskörper (814, 914) vorgesehen ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Auftriebskörper (814, 914) mittels Gewichten (915) beballastet wird.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, da­ durch gekennzeichnet, daß zum Abfangen eines auf den Auftriebskörper (814, 914) wirkenden Kippmomentes während des Schabeprozesses der Auftriebskörper (814, 914) mittels einer die Tauchbewegung nicht behindern­ den Lagerung, wie einem Scherenmechanismus (816, 916), an dem fahrbaren Unterwasserwagen (817, 917) angelenkt ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterwasserwagen (817, 917) auf bodenseitig verlegten Schienen (818, 918) laufend ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere rotierende Bürsten (1003) an dem einen Ende eines zweiarmigen Hebels (1005) angeordnet sind, der sich drehbar auf einem Lager (1006) ab­ stützt, wobei am freien Ende (1005a) des Hebels (1005) eine Feder (1008) angreift, die mit einem regelbaren Krafterzeuger (1007) in Wirkverbindung steht, und daß die Anpreßkraft, mit der die Bürste (1003) gegen die Eisunterseite gedrückt wird, mittels eines Kraftmeß­ gliedes (1004) meßbar ist, das in den Hebel (1005) integriert ist, wobei die Lagerung (1006) und der Krafterzeuger (1007) sich auf mindestens einem unter­ halb der Eisdecke fahrbaren Unterwasserwagen (1017) abstützen, der auf bodenseitig angeordneten Schienen (1018) verfahrbar ist.