DE4139544A1 - Einrichtung an eisbrechenden schiffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung an eisbrechenden Schif­ fen mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkma­ len.

Mit den Einrichtungen dieser Art, wie sie z. B. durch die US-PS 12 99 023 bekanntgeworden sind, wird gegenüber eisbrechenden Schiffen ohne zusätzlichen Vorschub durch angetriebene Räder der genannten Art ein höherer Propulsionswirkungsgrad erreicht; denn während im freien Wasser z. B. bei etwa 16 kn Fahrt ein Propulsionswirkungsgrad der Schraube von ca. 60% erreicht wird, sinkt er auf ca. 15% ab, wenn bei unveränderter Wellen­ leistung durch starkes Eis die Geschwindigkeit auf etwa 2 kn verringert wird. Dies ist neben Verlusten durch Wirbelbildung im wesentlichen darauf zurückzuführen, daß bei einem Schrau­ benantrieb die Schubkraft durch Beschleunigung des Wassers er­ zeugt wird, d. h. letztendlich durch die Differenzgeschwindig­ keit Schiff/Wasserstrom hinter der Schraube.

Damit muß bei einem Schraubenantrieb für große Schubkraft eine hohe Geschwindigkeit des Wasserstroms erreicht werden, so daß eine sehr hohe Antriebsleistung (Leistung=Kraft×Geschwin­ digkeit) erforderlich ist, selbst wenn die Geschwindigkeit des Eisbrechers im Eis gering bleibt.

Bei dem bekannten Antrieb, der am festen Eis angreift, kann da­ gegen die gleiche Schubkraft wegen der kleinen Differenzge­ schwindigkeit Schiff/Eis mit weniger Antriebsleistung erzeugt werden bzw. ist bei vorgegebener Antriebsleistung gerade im starken Eis eine höhere Schubkraft erreichbar.

Trotz dieses grundsätzlichen Vorzugs haften der bekannten Ein­ richtung einige Mängel an:.

Das Vorschiff-Ponton ist dort nämlich nicht mit eisbrechenden Mitteln bestückt, sondern mit mehreren Kreissägemessern ausgestattet, die in Fahrtrichtung vor den Rädern nebeneinander angeordnet sind und die Eisfläche in mehrere Streifen aufsägen, die sodann von den nachfolgenden Rädern, die mit ihren Schau­ feln unter die Wasserlinie reichen, zertrümmert und zerkleinert werden.

Abgesehen davon, daß die angetriebenen Kreismesser einen er­ heblichen Bau-, Betriebs- und Unterhaltungsaufwand erfordern, kommt der Gewinn an Vortriebsleistung nicht voll zum Tragen, weil das Brechen und Zerkleinern der Eisstreifen mittels der rotierenden Schaufeln naturgemäß einen Teil der Antriebsenergie für die Räder aufzehrt, abgesehen davon, daß der Vortriebsef­ fekt durch die Schaufeln dadurch gemindert wird, daß die bre­ chenden Schollen unter den Schaufeln wegtauchen.

Ferner vermögen die Räder, da die sie tragenden Ausleger starr mit dem Schiffskörper verbunden sind, bei größeren Unebenheiten der Eisoberfläche - diese können bis zu 2 m Höhe erreichen - nicht nach oben auszuweichen, so daß zum Brechen und Zerklei­ nern dieser verdickten Eismassen zumindest zeitweise eine ent­ sprechende größere Antriebsenergie aufgebracht werden muß.

Außerdem sind die Räder, da sie vor dem Vorschiff-Ponton ange­ ordnet und synchron angetrieben sind, nicht zur Unterstützung von Drehmanövern des Schiffs heranziehbar, sondern wirken eher als Drehhinderer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Mängel der bekannten Einrichtungen zu überwinden und demgemäß eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiter­ zuentwickeln, daß ohne besonderen apparativen Aufwand für ro­ tierende angetriebene Eisbrechmittel das Brechen des Eises be­ werkstelligt und zugleich praktisch die volle in die Räder ein­ gebrachte Antriebsleistung in den Vortrieb des Schiffs bei verschiedenen Oberflächenformen des Eisrandes umgesetzt werden kann und die Einrichtung auch als Hilfseinrichtung beim Drehen des Schiffs im Eis einsetzbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale erzielt, wobei die einzelnen mit a) und b) bezeichneten Merkmale zu dem erstrebten Gesamt­ erfolg funktionell zusammenwirken.

Durch die US-PS 48 31 951 ist es zwar bei Eisbrechern bekannt, das Vorschiff-Ponton an seinen beiden Seitenflanken im Bereich der Wasserlinie mit eisbrechenden Mitteln auszustatten, die ei­ ne Eisrinne mit sauberen Eiskanten rechts und links des Schiffs brechen, jedoch sind bei diesen Eisbrechern keinerlei den Vor­ schub des Schiffs unterstützende Räder der erfindungsgemäßen Art vorhanden; vielmehr erfolgt dort der Vortrieb ausschließ­ lich durch den Schiffspropeller.

In den Unteransprüchen sind mehrere vorteilhafte Ausführungs­ formen des Gegenstandes des Anspruchs 1 gekennzeichnet: Mit der Maßnahme nach dem Anspruch 2 wird erreicht, daß ein eisbrechendes Schiff der vorliegenden Art bei großen Eisdicken bzw. bei Eisflächen mit eisfreien Abschnitten eine hinreichende bzw. kontinuierliche Propulsionsleistung erfährt.

Gemäß den Ansprüchen 3 bis 5 wird eine Lösung vorgeschlagen, mit der die Räder in die benötigten Betriebsstellungen oder die Ruhestellungen verbringbar sind.

Die Ansprüche 6 und 7 betreffen die Verwendung eines auf einem anderen Fachgebiet bewährten Antriebsaggregats für den Antrieb der Räder.

Der Anspruch 8 gibt bevorzugte Richtwerte für die Betriebsdaten der Räder an.

In dem Anspruch 9 wird eine wirkungsvolle Maßnahmen zur weit­ gehend selbsttätigen Steuerung der gesamten erfindungsgemäßen Einrichtung angegeben.

Mit dem Anspruch 10 wird eine Verwendungsmöglichkeit der er­ findungsgemäßen Einrichtung als Hilfseinrichtung bei Drehma­ növern des Schiffs vorgeschlagen.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsformen der Erfindung anhand von 8 Figuren schematisch dargestellt. Es zeigen die

Fig. 1a und 1b einen mit der Einrichtung nach der Erfindung ausgerüsteten Eisbrecher in Gesamtansicht und im Querschnitt,

Fig. 2a bis 2c eine erste Ausführungsart der Einrichtung nach der Erfindung mit ihren charakterischen Stel­ lungen,

Fig. 3a und 3b eine zweite Ausführungsart in der normalen Be­ triebsstellung und in der Ruhestellung,

Fig. 4a und 4b den Einsatz der Einrichtung nach der Erfindung als Hilfseinrichtung beim Drehen des Eisbrechers.

In den Fig. 1a und 1b ist mit 1 ein Eisbrecher mit pontonarti­ gem Vorschiff 2 dargestellt, bei dem nur die Umrisse skizzen­ haft angedeutet sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind längs jeder Schiffsflanke fünf Einrichtungen nach der Erfindung R₁ bis R ₅ - im folgenden mit "Radreamer" bezeichnet - im glei­ chen Abstand hintereinander angeordnet und in Bezug auf die Schiffslänge so positioniert, daß sie sich von dem Bereich vor der Schiffsmitte bis zum Bereich vor dem Schiffsheck erstrecken.

In der Fig. 1a sind die Radreamer R₁ bis R₅ in Betriebsstellung und in der Fig. 1b in Ruhestellung dargestellt, wobei im letz­ teren Fall erkennbar ist, daß die Radreamer R₁ bis R₅ nicht über die seitlichen Umrisse des Schiffskörpers hinausragen.

In den Fig. 2a bis 2c ist einer der Radreamer R in detaillier­ terer Form dargestellt, wobei das eigentlich mit am Umfang an­ geordneten Schaufeln, Rippen oder Zähnen versehene Rad mit 3, ein dieses tragender Lenker, der aus zwei gelenkig miteinander verbundenen Teillenkern 4a, 4b besteht, mit 4 und eine Lagerung für den Teillenker 4a mit 5 bezeichnet sind.

An dem Teillenker 4a greifen die Kolbenstangen von zwei Kolben- Zylinder-Einheiten 6a, 6b an, und zwar versetzt zueinander, um einen Schwenkwinkel des Teillenkers 4a von mindestens 90° zu gewährleisten, der für die nachfolgend beschriebenen Extrem­ stellungen erforderlich ist.

Zur Winkelverstellung der Teillenker 4a und 4b gegeneinander sind hydraulisch betätigte Stellmotoren oder ähnliche Vorrich­ tungen eingesetzt, die jedoch nicht dargestellt sind. Ebenfalls nicht dargestellt sind bei dieser Ausführungsform die Kraft­ übertragungsmittel von dem am Schiffskörper angeordneten An­ triebsaggregat auf die Räder, die, wie üblich, aus Gelenkwel­ len, Ketten oder Stirnrädern bestehen.

In den Fig. 2a bis 2c sind drei charakteristische Stellungen dargestellt, und zwar in Fig. 2a die Betriebsstellung bei nor­ malen Eisverhältnissen, d. h. bei ebener, nur geringfügig über dem Wasserniveau liegender Eisoberfläche bei E₁, in der Fig. 2b die Betriebsstellung bei extrem hoch über dem Wasserniveau lie­ gender Eisoberfläche bei E₂ und in der Fig. 2c die Ruhestellung bei Fahrt in eisfreien Gewässern oder im Hafengebiet.

Wesentlich für die Betriebsstellung nach den Fig. 2a und 2b ist, daß sich das Rad 3 des Radreamers jeweils in einem hin­ reichenden Abstand von der Kante E₁, E₂ des Eisrandes E be­ findet, die von den eisbrechenden Mitteln am Vorschiff-Ponton 2 des Schiffs geschnitten worden ist.

Dieser Abstand a soll mindestens so groß sein wie der Abstand der genannten Eisränder zum Schiffskörper, um ein Wegbrechen der Eisränder unter den Rädern zu vermeiden; denn die Räder liegen zwar mit mäßiger, aber dennoch mit - damit ein rutsch­ freies Eingreifen der Räder in die Eisoberfläche beim Vorschub gewährleistet ist - der Pressung auf der Eisoberfläche auf.

In den Fig. 3a und 3b ist eine andere Ausführungsform eines Radreamers dargestellt, die sich im wesentlichen von der nach den Fig. 2a bis 2c darin unterscheidet, daß das Antriebsaggre­ gat 7 in den das Rad tragenden Teillenker 4 integriert ist, so daß bei diesem Ausführungsbeispiel die Kraftübertragung von dem Antriebsaggregat auf das Rad vereinfacht ist, derart, daß der Antrieb des Rades unter Vermeidung von Gelenkwellen oder der­ gleichen über ein Kegelradgetriebe 8 erfolgt.

Bei dieser Ausführungsform ist ferner vorgesehen, daß die bei­ den Teillenker 4a, 4b starr miteinander verbunden sind und die Verbindungsstelle auf einer Unterlage 9 montiert ist, die hö­ henverstellbar an der Bordflanke des Schiffs angeordnet ist.

In der Fig. 3a ist diese Ausführungsform in der normalen Be­ triebsstellung dargestellt, während in der Fig. 3b die Ruhe­ stellung angedeutet ist.

In den Fig. 4a und 4b ist ein Sondereinsatz für die Radreamer nach der Erfindung dargestellt, mit dem ein Drehmanöver des Eisbrechers im Eis unterstützt werden soll. Wie aus Fig. 4a her­ vorgeht, wird das Rad des hintersten Radreamers auf der dreh­ kreisäußeren Seite des Eisbrechers in eine solche Tieflage ver­ bracht, daß der Eisrand unter ihm einbricht und dadurch hinter dem Rad eine kompakteisfreie Zone schafft, in die das Heck des Schiffs bei der Drehung ohne besonderen Widerstand einfahren kann und so die Drehung erleichtert.

Bei dem in Fig. 4b dargestellten Drehmanöver nach Steuerbord S wird auf der Backbordseite B der letzte Radreamer R₅, mit der vorerwähnten erhöhten Pressung gefahren, während die übrigen Radreamer R₁-R₄ mit normaler Pressung und normalem Vorschub betrieben werden. Auf der Steuerbordseite S sind sämtliche Rad­ reamer normal belastet, jedoch ihr Vortrieb reduzierbar oder völlig aufgehoben.

Aus sämtlichen Figuren geht nicht hervor, ist aber für die Ver­ wirklichung der Erfindung von Bedeutung, daß die Steuerung für die einzelnen Radreamer von einer Zentralstelle und weitgehend selbsttätig erfolgt, wobei an jedem Radreamer Sensoren einge­ setzt werden, welche die Oberfläche des Eisrandes abtasten und danach die jeweilige Höhenlage und damit die Anpreßkraft des betreffenden Radreamers einstellen.

Eine Zusatzsteuerung, die unabhängig von der Gesamtsteuerung wirkt, veranlaßt die oben gemäß den Fig. 4a und 4b beschriebene Unterstützung bei einem Drehmanöver des Schiffs.

Claims (10)

1. Einrichtung an eisbrechenden Schiffen mit einem pontonarti­ gen Vorschiff, und einem Propellerantrieb, bestehend aus seit­ lich des Schiffskörpers an Auslegern angeordneten, mit Schau­ feln oder ähnlichen Greifern bestückten Rädern, wobei die Räder mit ihren Achsen im wesentlichen waagerecht und quer zur Schiffs­ achse gerichtet sind, eine Preßkraft auf die Eisfläche ausüben und von einem Antrieb, der im Sinne des Vortriebs des Schiffs wirkt, in Rotation versetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) das Vorschiff-Ponton (2) an seinen beiden Seitenflanken im Bereich der Wasserlinie mit eisbrechenden oder -schneidenden Mitteln ausgerüstet ist, die eine Eisrinne mit sauberen Eiskan­ ten (E₁, E₂) rechts und links des Schiffs (1) brechen,
• b) die Räder (3) mit ihren Auslegern in Fahrtrichtung hinter dem Vorschiff (2) angeordnet sind und auf einem seitlichen Ab­ stand (a) von den Eiskanten (E₁, E₂) gehalten sind, der minde­ stens so groß ist wie der Abstand der Eiskanten (E₁, E₂) vom Schiff (1),
• c) die Ausleger als Lenker (4) gebildet sind, die ein Auf- und Abschwenken der Räder (3) sowie ein Feststellen in die jeweilige Schwenklage mit Hilfe von Stellmitteln (6a, 6b) gestatten,
• d) die Preßkraft der Räder (3) über die Stellmittel (6a, 6b) steuerbar ist, derart, daß in Anpassung an die jeweilige Dicke und Oberflächengestalt der Eisränder (E) sowie die Trimmlage des Schiffs (1) der Vortriebseffekt durch die Räder (3) gewähr­ leistet, jedoch ein Einbrechen der Eisränder (E) vermieden ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Schiffsseite zwei oder mehr, vorzugsweise fünf, Räder (3) im Abstand hintereinander angeordnet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenker (4) jeweils aus zwei miteinander gelenkig ver­ bundenen Teillenkern (4a, 4b) bestehen, wobei der Schwenkwinkel der beiden Teillenker (4a, 4b) zueinander durch separate Stell­ mittel ein- und feststellbar ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lenker (4) so gestaltet und die Stellmittel so steuerbar sind, daß in der Ruhestellung die Lenker so weit nach oben geschwenkt sind, daß die Räder (3) sich innerhalb des Querprofils des Schiffskörpers (1) befinden.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stellmittel aus hydraulisch betätigten Kol­ ben-Zylinder-Einheiten oder Stellmotoren bestehen.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Antrieb der Räder (3) jeweils von einem se­ paraten Antriebsaggregat (7) bewerkstelligt ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsaggregat (7) mit einem im weiten Bereich regelbaren Drehstrom-Elektromotor ausgestattet ist, wie er für Elektro- Lokomotiven eingesetzt wird, die sowohl für Güter- als auch für Schnellzüge verwendbar sind.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für einen Eisbrecher üblicher (mittlerer) Größe folgende Abmessungen und Antriebswerte je Rad vorgesehen sind: Raddurchmesser etwa 2 m, Radbreite etwa 1,5 m, Höchstdrehzahl etwa 40 U/min, Leistung etwa 1,4 MWatt.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die der Stellmittel über Sensoren gesteuert sind, welche die jeweilige Beschaffenheit der Oberfläche der Eisrän­ der (E) im Bereich der Räder (3) abtasten sowie die jeweils er­ forderliche Anpreßkraft der Räder (3) ermitteln.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, gekennzeichnet durch eine auf die Stellmittel der hintersten Räder einwirkende Zusatzsteuerung, welche beim Drehen des Schiffs im Eis das je­ weils drehkreisäußere Rad so tief einstellt, daß ein Einbrechen des Eisrandes (E) unter diesem Rad eintritt.