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Vorrichtung zur Beruhigung und Abhaltung von Wasserwellen Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zur Beruhigung und Abhaltung von Wasserwellen, mit der
bezweckt wird, die üblichen Bauwerke zu ersetzen, welche an der See zum Wellenschutz
errichtet werden, z. B. Wellenbrecher, Molen usw. Da der Wellendämpfer gemäß der
Erfindung von der Wassertiefe und dem Zustand des Untergrundes unabhängig ist, ermöglicht
er auf dem Gebiete des Seewasserbaues und der Schiffahrt die Durchführung neuartiger
Aufgaben. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Wellendämpfers nach der
Erfindung dargestellt.
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Die Abb. i, 2, 3, 4. sind Querschnitte eines Wellendämpfers. Abb.
i zeigt die Verankerung eines Wellendämpfers, Abb. 2 die Diagramme, welche die Leistung
eines Wellendämpfers zur Beruhigung der Wellen veranschaulichen. Die Abb. 3 und
4 sind die Querschnitte A-B und C-D zu dem in der Abb. 5 im Grundriß E-F
und in der Abb. 6 im Längsschnitt G-H dargestellten Wellendämpfer. Abb. 7 stellt
zwei hintereinandergeschaltete Wellendämpfer dar. Abb. 8 zeigt die Änderung des
Ankerzuges bei gleichmäßig steigendem Wasser, Abb. 9 das . Verhalten der Verankerung,
wenn sich ein Wellendämpfer auf dem Rücken einer Welle befindet. Abb. io zeigt Maßnahmen
zur Verringerung der Schwankungen der Wellendämpfer durch Anordnung von Blechen
und Schwertern unter den Wellendämpfern. Abb. i i ist der Querschnitt I-K zu der
in Abb. i2 dargestellten Draufsicht. Demnach können die Über- und Unterdruckverhältnisse
mehrerer zusammengefaßter Kammern durch ein Druck- und Saugventil gemeinsam reguliert
werden. Von den Lageplanskizzen Abb. 13 und 14 zeigt Abb. 13 die Anordnung von Wellendämpfern
für einen Hafen vor einer ungegliederten Küste oder vor einem Fjord, Abb. 14 den
Ausbau eines Hafens zwischen einer Insel und dem Festland; die Insel wird durch
eine schwimmende Brücke aus Wellendämpfern erschlossen. Abb. i7istderQuerschnittT-U
durch
eine schwimmende Brücke. Die Abb. 15 und 16 veranschaulichen eine provisorische
Landungsanlage, Abb. 15 die Draufsicht, Abb. 16 den Längsschnitt L-M. Die Abb. 18,
i9 und 2o zeigen einen Wellendämpfer als Landeponton für Wasserflugzeuge; Abb.i8
ist der iQuerschnittP-O,Abb, 19
der Horizontalschnitt N-O und Abb. 2o die
Draufsicht. Abb. 2r ist eine _ Draufsicht, Abb. 22 ein Längsschnitt V-W einer schwimmenden
Brücke mit Durchfahrten für Seeschiffe an den Küsten. Die Abb. 23 und 24 deuten
an, wie mit Wellendämpfern eine Hafenanlage im freien Meer geplant werden kann;
Abb.23 ist eine Übersichtsskizze, Abb.24 der Querschnitt R-S hiervon.
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Abb. i zeigt den Querschnitt eines Wellendämpfers. Drei Reihen Schwimmbehälter
k bilden ein Floß, welches durch den Dämpfungskörper d über-.wölbt ist. Versteift
werden die Wellendämpfer durch die Querwände q und Längswände 1. DieVerankerung
a1 soll in erster Linie die Höhenlage des Wellendämpfers, die Verankerung a2 die
horizontalen Verschiebungen begrenzen. Die Ventile v in der Decke des Dämpfungskörpers
d regulieren die Luftzirkulation.
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Die gefürchtete, zerstörende Wirkung der Meereswellen wird durch das
Schleudern hoher Wellen durch starken Wind gegen lotrechte oder wenig geneigte Wände
verursacht. Die Stärke des Wellenschlages ergibt sich aus dem Produkt der Wassermasse
des Wellenberges mit der Geschwindigkeit dieser Masse in der Potenz. Überschlägt
die Welle das Bauwerk, so kann eine Luftblase zwischen der Wellenbrust und -der
lotrechten Wand des Bauwerks eingeschlossen werden. Die gestauten Wassermassen pressen
die Luftblase, bis sie explosionsartig entweicht; die nun gegen die Wand stürzenden
Wassermassen verursachen den Wasserschlag. Die schrägen Anlaufflächen der Wellendämpfer
gemäß der Erfindung verhindern die Verkapselung einer Luftblase, und durch die vor
den Wellendämpfern flacheren Wellenrücken als vor Bauwerken wird die Windkomponente
in der Stoßrichtung ermäßigt.
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Durch das Auflaufen der Wellen auf die Wellendämpfer und durch die
elastische Nachgiebigkeit der Wellendämpfer kommt die lebendige Energie der Wellen.
überhaupt nicht voll zur Entwicklung. Die Wellendämpfer reichen bis zu einer Tiefe,
in welcher die Bewegungen des Wassers nur noch sehr gering sind. Die vor einem Hafen
liegendenWellendämpfer wirken als Windfang. Die Streichweite zwischen den Wellendämpfern
und den Hafenanlagen reicht zum Entstehen höherer Wellen im Hafen nicht mehr aus.
Die lotrechte Komponente der Welle wird durch den Luftdruck auf das steigende Wasser
und durchAnsaugen des fallenden Wassers geschwächt. Die Wirkung der Wellendämpfer
erstreckt sich nach beiden Seiten über einen- gewissen Bereich, so daß die bei den
Wellendämpfern ankommenden Wellen bereits geschwächt sind. Kommen Wellenberge an
die Wellendämpfer heran, steigt also der Wasserspiegel unter den Wellendämpfern,
so lassen die Ventile die Luft aus den Kammern nicht -so rasch ausströmen, daß sich
der Wasserspiegel in den Kammern mit den Wellenkämmen im Freien ausspiegeln kann.
Die Luft in den Kammern wird komprimiert; der Gegendruck der Luft hebt einen Teil
der lotrechten Kräfte der Wasserwellen auf; der Wasserspiegel wird in den Kammern
also langsamer und weniger hoch ansteigen. Diese Wirkung wird durch mehrere hintereinandergeschaltete
Kammern oder Wellendämpfer verstärkt. Entstehen neben und unter den Wellendämpfern
Wellentäler, so lassen die Ventile die Luft in die Kammern nicht so rasch einströmen,
wie es der ungehemmten Senkung des Wasserspiegels entspricht. Die Luft in den Kammern
wird verdünnt, und der äußere größere Luftdruck bremst das Sinken des Wassers innerhalb
des Wellendämpfers ab. Auch diese Wirkung wird durch mehrere hintereinandergeschaltete
Kammern oder Wellendämpfer verstärkt. Abb. 2 zeigt die stufenweise Aufhebung der
Kräfte der lotrechten Schwingungen der Wellen. Die Flächen D und S veranschaulichen
die Leistungen, welche von den Wellendämpfern zur Schwächung der lotrechten Komponenten
aufgewendet werden. Das Diagramm D entspricht der Größe des Druckes auf das steigende
Wasser und das Diagramm S dem Sog auf das fallende Wasser.
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Damit die Schwingungen des steigenden und fallenden Wassers möglichst
zweckmäßig abgefangen werden, d. h. damit die Störungen des Rhythmus der Wellen
möglichst wirksam werden, dürfen die Ventile v weder zu groß noch zu klein sein.
Sind die Ventile zu groß, so passieren die Wellen die Wellendämpfer ohne genügende
Schwächung; sind sie zu klein, dann werden die Wellendämpfer, vor allem die Verankerung,
zu ungünstig beansprucht. Bei einfachen Verhältnissen können Öffnungen v in der
Decke d für das Ein-und Ausströmen der Luft, deren zweckmäßige Größe durch Versuche
ermittelt werden muß, ausreichen. Genügen einfache Öffnungen zur Regulierung der
Luftzirkulation nicht, so können für das Ein- und Ausströmen der Luft besondere
Ventile angeordnet werden; es erhält jede Kammer ein Druck- und Saugventil. Es können
auch, wie aus den Abb. ii und 1.2 ersehen werden kann, mehrere gleichartig beanspruchte
Kammern durch Öffnungen z in den Querwänden zu Gruppen zusammengefaßt werden. Jede
Gruppe wird durch ein Druckventil va und ein Saugventil v, an die Außenluft angeschlossen.
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Nach den Abb. 3 und 4 befinden sich die Beruhigungskammern b zwischen
der Decke des Dämpfungskörpers d und dem Wasserspiegel unter den Wellendämpfern
sowie über den Schwimmkästen k und den Stabilisierungskammern s. Schwimmkästen und
Stabilisierungskammern sind geschlossene Räume. Die Schwimmkästen müssen die Schwimmfähigkeit
der Wellendämpfer garantieren. Sie müssen so groß bemessen werden, daß sie das Gewicht
der Wellendämpfer und den Luftdruck aufnehmen können, welcher bei fallendem Wasser
auf die Wellendämpfer ausgeübt wird (Abb. 8 und 9).
Schwimmkästen
und Stabilisierungskammern werden gleich gebaut. Sie können also entweder als Schwimmkästen
oder als Stabilisierungskammern eingesetzt werden und erfordern verschließbare Öffnungen
zum Füllen und Entleeren.
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Der Wellendämpfer schwimmt ohne Verankerung frei wie ein Floß. Damit
die Wellendämpfer für ihren Einsatz die richtige Höhe und die Verankerungen die
gewünschte Spannung erhalten, werden die Stabilisierungskammern so weit mit Wasser
gefüllt, daß die Wellendämpfer eine etwas tiefere Lage einnehmen als die, die sie
für den Betrieb erhalten sollen. In dieser Lage wird die Verankerung befestigt,
und dann werden die Stabilisierungskammern wieder so weit entleert, bis die Spannungen
der Verankerungen und die Lage des Wellendämpfers befriedigen. Die Lage der Ventile
wird so angeordnet, daß ein Absacken des Wellendämpfers unmöglich ist; entweder
dürfen die Ventile nicht an den höchsten Stellen angesetzt werden, oder sie erhalten
abwärts gerichtete Rohrstutzen.
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Die Stärke der Dämpfung der Wellen und die statische Beanspruchung
der Wellendämpfer, vor allem der Verankerung, sind voneinander abhängig. Die Durchlässigkeit
der Ventile ist hierbei von wesentlicher Bedeutung. Damit der Auftrieb unabhängig
von den Schwankungen des Wassers wird, muß die Oberkante der Schwimmkästen und der
Stabilisierungskammern tiefer als die untere Grenze des Wellenbereiches liegen.
In den Längswänden sind über den Schwimmkästen und Stabilisierungskammern Schlitze
t vorgesehen, durch welche Luft und Wasser ein- und ausströmen können (Abb. 1, 3,
q., 6). Auch bei ruhiger See wird die Verankerung auf Zug beansprucht. Hierzu muß
noch gegebenenfalls die Spannung addiert werden, welche durch die Erhöhung des Auftriebes
infolge inneren. Luftdruckes bei steigendem Wasser verursacht wird. Für Wellendämpfung
und statische Beanspruchung. ist es zweckmäßig, die Spannung der Verankerung so
zu bemessen, daß Hebungen und Senkungen des Wellendämpfers in gewissen Grenzen möglich
sind. Werden die Ventile so groß angeordnet, daß die Luft ungehemmt ein- und ausströmen
kann, so wird die Verankerung unabhängig vom inneren Luftdruck infolge lotrechter
Bewegungen des Wassers. Die Verankerung wird in lotrechter Richtung nur vom Auftrieb
des Schwimmkörpers wie bei ruhendem Wasser beansprucht. Auf der Landsexte des Wellendämpfers
wird sich dann das Wasser bleichmäßig heben und senken; es verbleibt nur der Vorteil
der Aufhebung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Wellen. Bereits dadurch wird
die Fahrt der Schifte in und aus dem Hafen und die Lage der Schiffe im Hafen wesentlich
verbessert. Überdies können auch die lotrechten Bewegungen des Wassers gedämpft
werden, ohne daß die durch den Auftrieb bei ruhendem Wasser als zulässig erkannte
Beanspruchung der Verankerungen überschritten zu werden braucht, wenn bei steigendem
Wasser der aus dem Wellendämpfer ausströmenden Luft kein Widerstand entgegengesetzt
wird, bei fallendem Wasser die einströmende Luft gedrosselt wird. Der Auftrieb bremst
das fallende Wasser durch Sog ab. Hierzu ist die Anordnung von Druck- und Saugventilen
entsprechend den Abb. i i und 12, z. B. durch Anbringen von Klappen an den Öffnungen
mit Druck-bzw. Saugwirkung, -erforderlich. Ventile müssen dann auch dieEntstehung
eines unzulässigenUnterdruckes in den Wellendämpfern verhindern.
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Verursachen die Gezeiten größere Höhenunterschiede des Wasserstandes,
so müssen die Wellendämpfer diese Schwankungen mitmachen können, dagegen den durch
Wellenbewegungen verursachten Wasserspiegelschwankungen Widerstand entgegensetzen.
Dies ist durch die Anordnung von zwischen den Verankerungen a1 aufgehängten Blechen
oder durch an den Ankerketten befestigte Kugelhauben y in größerer Tiefe entsprechend
Abb. io möglich. Den durch die Gezeiten verursachten langsamen Hebungen und Senkungen
des Wellendämpfers setzen diese Bleche bzw. Kugelhauben keinen Widerstand entgegen;
rasche Hebungen des Wellendämpfers durch die Wellen verhindert das Gewicht der Wassersäulen
über den Blechen bzw. Kugelhauben. Ruckartige Beanspruchungen der Ankerketten werden
also ermäßigt und die Anker entlastet. Die in Abb. io angedeuteten Schwerter in
unter dem Wellendämpfer verringern die seitlichen Verschiebungen der Wellendämpfer.
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Es können auch zwei oder mehrere Wellendämpfer an Stellen mit sehr
starkem Wellengang hintereinander angeordnet werden (Abb. 7). Die seeseitigen Wellendämpfer,
welche in erster Linie die horizontalen Komponenten der Wellen abzuhalten haben,
sind stärkerer Beanspruchung ausgesetzt als die landseitigen Wellendämpfer. Die
Ventile der seeseitigen Wellendämpfer werden weiter geöffnet und die zulässigen
Bewegungen weiter bemessen, also die Verankerung lockerer gehalten. Da die landseitigen
Wellendämpfer mehr die lotrechten Wasserbewegungen in größerer Tiefe dämpfen sollen,
werden sie tiefer verankert.
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Von besonderer Bedeutung sind d-ie Wellend'äinpfer für die Bauvorhaben
des Seewasserbaues, bei denen :die bisher üblichen: Bauweisen wegen zu geringer
Standsicherheit oder zu un!gün:stigerWirtschaftlichkeit versagen. Mit den üblichenBau,weisen
können nur .dort Häfen angelt werden, wo eine Reihe natürlicher Bedingungen erfüllt
werden. Von diesen Häfen aus muß sich dann ,das. binnenseitige Verkehrsnetz entwickeln.
Ungünstige Uferverhältnisse erschweren. so die Erschließung -weiter Gebdete und
verursachen hohe Beförderungskosten auf dem Landwege. Bereits ab io, m Wassertiefe
wird auch .bei gutem Untergrund die Herstellung von Molen oder Wellenbrechern aus
stählernen Spundbohlen oder Eiservbetonsenkkästen in bezu,g auf Standsicherheit
bedenklich. Bein felsigem Untergrund steigen die Kosten der Wellenbrecher und Molen
aus Steinen und Blöcken in der Potenz mit der Wassertiefe. Bei schlammigem Untergrund
versagen sämtliche bekannte Bauweisen. (Einer weiteren
Vergrößerung
des Tiefgangs von Schiffen sind Grenzen durch die, Schwierigkeiten .gesetzt, welche
der Bau von; FIafenanlagen mit großen Wassertiefen und die Freihaltung von. Schiffahrtswegen
durch Baggerungen, verursachen. Bei großer Wassertiefe erfüllen die Wellendämpfer
gemäß der Erfindung als Mole ihren Zweck ebenso gut oder besser, wenn berücksichtigt
wird, .daß bereits die Einfahrten durch von der Wassertiefe unabhängige Wellenbrecher
verbessert werden können. Die Wellendämpfer nach der Erfindung können überall angewendet
werden und kosten, nur einen Bruchteil der festen Dämme.
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Nach den Abb. 13 und 14 können; die seeseitigen Begrenzungen
der Hafenanlagen mit Hilfe der Wellendämpfer weiter hinausgeschoben werden. Der
hieraus sich ergebende große Außenhafern begünstigt das Ein- und Ausfahren der Schiffe
und verringert die Unterhaltungskosten für Baggerunge:n sowie die Ausgaben für Erdbewe
ggung und Gelämd@°rwerb. Die Erschließung,dierHafenanlagen durch binnenseitige Verkehrswege,
kann zügiger gestaltet werden. Abb. 13 zeigt eire Hafenanlage vor einer ungegliederten
Küste oder vor einem Fjord. Nach Abb. 1q. wird eine dem Festland vorgelagerte Insel
durch eine schwimmende Brücke aus Wellendämpfern entsprechend Abb. 17 erschlossen.
und Innenhafen sowie Außenhafen. aus Wellenbrechern gebildet.
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Bei bestehenden Anlagen. kann durch nachträgliche Anordnung von Wellendämpfern
als Wellen-Brecher -vor den Einfahrten: oder durch Verlängerung der Molen mit Wellendämpfern.
die Ein- und Ausfahrt, verbessert und die Versandung verringert werden. Durch nachträgliche
Anordnung von Wellendämpfern vor bestehenden Landungsbrücken wird: die Leistungsfähigkeit
erhöht.
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San:dbewegungen in mehreren Metern Tiefe sind meistens darauf zurückzuführen,
daß der durch die
aufwärts gerichtete Komponente einer Welle aufgelockerte
Sand durch die zeitlich folgende horizontale Komponente stückweise weiterbewegt
wird. Die Wanderung wird .durch Küstenströmungen wesentlich verstärkt. Gelangt der
Sand in die Nähe von Wellendämpfern, so wird die Auflockerung des Sandes durch die
Beruhigung der Wellen vermindert; der Sand wird sich also in der Nähe der Wellendämpfer
ablagern. Dieser Vorgang kann für Buhnen aus Wellendämpfern, von Vorteil sein. Die
Ablagerungen können im Laufe der Zeit so, .stark ,#ve@rden,, daß ihre Vervollständigung
zu Dämmen durch Kippen oder Spülen von Material in Betracht kommen kann, wobei die
Wellendämpfer das Kippkleis oder die Spülrohre tragen. Auf diese Weise kann auch,die
Entstehung von Dämmen im Wasser für Hafenanlagen, Verkehrswege usw. begünstigt werden.
Wellendämpfer vor den Küsten mit Ebbe und Flut schützen nicht nur das Land vor weiterer
Zerstörung, durch die Ablagerung von Geschiebe und Sinkstoffen leiten sie auch die
Landgewinnung ein.
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Soll die Versandung der Einfahrt in eine Flußmündung verringert werden,
so werden Wellendämpfer in, Verlängerung der beiden Flußufer als Leitdämme his zur
erforderlichen Seetiefe angeordnet. Zwischen: den parallelen Wellendämpfern wird
das Hochwasser dies Flusses zusammengehalten, das Gefälle wird weiter ins Meer hinaus
erhalten bleiben, und ,die- Schiffahrtsrinne wird von Geschiebe frei gespült. Ein
Teil des Hochwassers wird seitlich unter den Wellendämpfern abfließen und dabei
Geschiebe hinter den Wellendämpfern liegenlassen. Diese Ablagerungen können im Laufe
der Zeit zu festen Leitdämmen vervollständigt werden.
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Im allgemeinen, dienen die Wellendämpifer zur Erleichterung von Arbeiten
an der See und zur Verbessierun,g derS.chiffahrtslverhältnisse an Durchfahrten,
Passagen und Seekanälen, welche stark dem Seegang ausgesetzt sind.
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Die Wellendämpfer ermöglichen die Lösung neuartiger Aufgaben auf dem
Gebiete des Seewasserbanes. Als Beispiele werden provisorische Landungsanlagen,
schwimmende Landiepontons, schwimmende Brücken und Häfen im freien Meer angeführt.
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Eine provisorische Landungsanlage mit Hilfe von Wellendämpfern zeigen
die Abb. 15 (Grundriß) und 16 (Längsschnitt). Zwischen zwei Wellendämpfern, als
Landungsbrücken wird die Verladung ausgeführt; die Einfahrt zwischen den Wellendämpfern
wird durch einen. Wellendämpfer als Wellenbrecher erleichtert.
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Der in den Abb. 1ä, z9 und 2o dargestellte schwimmende Landep-onton
für Wasserflugzeuge ist für Se@ehMen gedacht; bei entsprechender Größe können derartige
Pontons als Stützpunkte im freien Meer verankert werden. Ihre Vervollständigung
zu Leuchttürmen; und Bojen .ist möglich. Abb. 23 deutet die Übersichtsskizze eines
Hafens im freien Meer für Schiffe und Flugzeuge aus Wellendämp-° fern an; Abb. 24
zeitigt einen Querschnitt hierzu. Die Wellendämpfer bilden demnach drei konzentrische
Ringe, welche mit Hilfe verankerter, kreisförmiger Röhren q, -an welchen die Wellendämpfer
befestigt werden und: die von Schiffen und Flugzeugen überfahren werden können,
zusammengehalten werden.
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Die Abb. 14, 17, 21 und 22' zeigen eine schwimmende Brücke, die mit
Wellendämpfern gemäß der Erfindung ausge#b,ildet ist. Die Schwankungen der Brücke
sind um so geringer, je größer die Dimensionen der Wellendämpfer sind. Die für Tunnels
und Brücken erforderlichen Anlagekosten rechtfertigen wirtschaftlich derart großeWellendämpfer,
daß die Schwankungen der Brücke in erträglichen Grenzen gehalten werden. Die wirtschaftliche
Überlegenheit wird um so größer, je größer die Zahl der Fahrbahnen ist.
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Die Anordnung von im Grundriß bogenförmigen Wellendämpfern: trägt
zur ruhigen Lage bei, da den jeweils gleichzeitig nur auf eine kurze Strecke, angreifenden
Wellen die Masse ,des. ganzen: Wellendämpfers entgegengesetzt wird.
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Für die Verankerung von Wellendämpfern in großer Wassertiefe werden
schwimmende Ketten vorgeschlagen. Diese setzen; sich entweder aus
schwimmenden,
röhrenförmigen, bojenartigen Glie-, dern zusammen, welche gelenkartig verbunden
werden, oder in gewissen. Abständen werden Schwimmkörper .angeordnet,welche einen
bestimmten Teil .d-er Kette im Wasser tragen. Die Vorteile der schwimmenden Ketten
sind, daß die Wellen: dämpfer durch das Gewicht der Ketten weniger belastet werden,
d@aß die Ketten oben und unten gleichmäßiger beansprucht werden; so daß sie nach
oben nicht. stärker zu werden, brauchen, daß die Ketten weniger durchhängen, so
daß infolge der ge-streckteren Richtung die Verankerungen bereits bei geringer Lageänderung
der Wellendämpfer wirksam werden, und daß endlich die Verlegung der Verankerungen
und die Regulierung des Ankerzuges erleichtert werden. In Abb. ro wurden Schwimmkörper
f und zum Abfangen rückartiger Beanspruchungen der Ankerketten und der Anker an
den: Ketten befestigteKugelhaubeny vorgesehen. Diese Maßnahmen sind für die Verankerung
von Wellendämpfern und Schiffen, vor allem Feuerschiffen, vorteilhaft.
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Die Diagramme der Abb.2 lassen eine Kraftausnutz-uug der Meereswellen.
durch, Wellendämpfer als möglich erscheinen; die Ventile für Druck und Sog werden
an Kesseln und Maschinen "angeschlossen.