DE3508787C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schiffsrumpf zum Einsatz in Eisgewässern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Wenn sich ein Schiff durch ein Eisfeld bewegt, werden vor dem Schiff schwimmende Eisschollen durch die Vorwärtsbewe­ gung des Schiffs unter die Wasseroberfläche gedrückt. Solche Eisschollen gleiten dann längs der Außenfläche des unter Wasser liegenden Teils des Rumpfes. Manche Eisschollen ge­ langen zur Bodenfläche des Rumpfes und geraten dadurch leicht in Berührung mit der Schiffsschraube, wodurch deren Wirkungsgrad herabgesetzt wird.

Der Energieverbrauch eines Eisbrechers hängt stark von der Gestalt seines Bugs ab. Ein breiter Bugteil, der stark nach unten und hinten geneigt ist, hat die Eigenschaft, das Eis durch Abwärtsbiegen zu brechen. Das hat sich als wirksa­ mer erwiesen, als das Eis mit einem herkömmlichen V-förmigen Bug aufzubrechen. Aber flache Bugteile nach Art von Lan­ dungsschiffen haben eine ziemlich schlechte Seetüchtigkeit.

Der Literaturstelle GB-Z. "The Motor Ship", Oktober 1981, Seite 42, Artikel "Spoon bow for Dome's icebraking supply ship", ist ein Schiffsrumpf der eingangs genannten Art zu entnehmen, der einen sogenannten "Löffelbug" besitzt. Dieser Begriff "Löf­ felbug" ist seit Ende des 19. Jahrhunderts bekannt. Henrik Ramsay sagt in seinem Buch "I kamp med östersjöns isar" (Im Kampf gegen das Eis der Ostsee) Holger Schildts Förlag auf Seiten 130, 133 folgendes mit Bezug auf den Eisbrecher "Murtaja": "Am 24. Mai 1989 wurde ein Vertrag über den Eis­ brecherbau gemacht . . . Der Typ war selbstverständlich der 'Europäische' und die löffelförmige Bugkonstruktion von Steinhaus wurde zu ihren äußersten Konsequenzen entwickelt." Auch in dem Buch "Through Ice and Snow" von Seppo Laurell und Erkki Riimala (ISBN 951-99 663-5-8) wird auf Seite 21 von demselben Schiff "Murtaja" gesagt: "Der Bug war geformt wie ein Löffel entsprechend der Lehre von Steinhaus . . ."

Der Begriff "Löffelbug" bedeutet aber nicht, daß der Bug auch in horizontalen Ebenen unterhalb der Wasserlinie rund ausgeformt ist, sondern die Löffelbug-Schiffe haben meistens einen ganz scharfen Steven und immer ein V-förmiges Vor­ schiff. Das den genannten Literaturstellen beigefügte Bild des Eisbrechers "Murtaja" mit seinem "zu den äußersten Kon­ sequenzen" entwickelten Löffelbug zeigt dies deutlich.

Aus alldem ist zu folgern, daß der Bug bei dem Schiff nach der Literaturstelle GB-Z. "The Motor Ship" im Grunde genommen ein herkömmlicher vorn etwas abgerundeter V-Bug ist, der das Eis im wesentlichen durch Zerschneiden und Zerquetschen bricht. In der genannten Literaturstelle sind zwei horizon­ tale Schnittprofile des Bugbereichs gezeigt, die jedoch beide oberhalb der Wasserlinie liegen. Ein Vergleich der zwei horizontalen Schnittprofile zeigt, daß der Krümmungs­ radius des mittleren Bugbereichs in Richtung konstruktive Wasserlinie kleiner wird. Da bereits oberhalb der konstruk­ tiven Wasserlinie, zum Beispiel in der Ebene Below Deck (etwa 2 m oberhalb der konstruktiven Wasserlinie), der Krümmungsradius des mittleren Bugbereichs klein ist (etwa 0,21 mal Breite des Schiffsrumpfes) muß unterhalb der konstruktiven Wasser­ linie von noch kleineren Krümmungsradien im mittleren Bug­ bereich ausgegangen werden.

Der Schiffsrumpf nach der genannten Literaturstelle GB-Z. "The Motor Ship" zeigt am Übergang vom Bug in den Bodenbereich eine Keilkonstruktion zum Ableiten gebrochener Eisschollen. Die gezeigte Keilkonstruktion hat eine Gesamtbreite, die etwa die Hälfte der Breite des Schiffsrumpfes ausmacht. Über diese Gesamtbreite hat die Keilkonstruktion höchstens über etwa zwei Drittel, das heißt über nur etwa 30 bis 35 Prozent der Breite des Schiffes, eine solche Höhe, daß die Keilkonstruktion auf die Ableitung von Eisschollen eine tatsächliche Wirkung ausüben kann.

Bei dem Eisbrecher gemäß der US-PS 42 76 845 ist eben­ falls eine Keilkonstruktion zur Ableitung von Eisschollen vorgesehen. Diese Keilkonstruktion erstreckt sich im wesent­ lichen über die gesamte Rumpfbreite, ihre Höhe nimmt jedoch zur Seite soweit ab, daß Eisschollen leicht unter den Rumpf­ boden gleiten und dann mit dem Schiffspropeller kollidieren können.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Schiffsrumpf im Bugbereich so zu verbessern, daß der Wirkungsgrad beim Eisbrechen im Vergleich zum Energiever­ brauch günstig ist, wobei gleichzeitig mit dieser Bugform die gute Seetüchtigkeit und Manövrierfähigkeit des Schiffes erhalten bleiben soll. Auch sollen die gebrochenen Eisschollen so gelenkt werden, daß sie die geringstmöglichen nachtei­ ligen Auswirkungen auf die Vorwärtsbewegung des Schiffes haben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem gattungsgemäßen Schiffsrumpf durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Der Eisbrechvorgang läuft bei dem erfindungsgemäßen Schiffs­ rumpf wie folgt ab: Durch den flachen, jedoch gerundeten Bug wird die Eisdecke nach Auffahren durch das Rumpfgewicht ausschließlich durch Biegen abgebrochen, wobei beim Unter­ tauchen die abgebrochene Eisscholle durch die Bugrundung normalerweise noch mittig geteilt wird. Die mittig geteilten Eisschollen treffen dann auf die Keilkonstruktion am Über­ gang vom Bug in den Bodenbereich, welche aufgrund ihrer Höhe und ihrer Erstreckung über im wesentlichen die ganze Breite des horizontalen Bodenbereichs des Schiffs die Eis­ schollen sicher zur Seite ableitet.

Der Schiffsrumpf nach Erfindung wirkt also grundsätzlich anders als ein Schiffsrumpf mit V-Bug, wo das Eisbrechen zumindest im wesentlichen Ausmaß durch Zer­ schneiden und Zerquetschen der Eisdecke erfolgt. Der Schiffsrumpf nach der Erfindung arbeitet aber auch anders wie ein Flachbug nach Art eines Landungsschiffes. Der Flach­ bug zerschneidet mit seinen Kanten das Eis. Dieses Schneiden unter Schubbeanspruchung ist zwar an sich energiegünstig, es findet aber kontinuierlich statt. Biegebrechen wie beim vorliegenden Schiffsrumpf ist an sich weniger energiegün­ stig, es erfolgt aber nur stoßartig. Nach einem Biegebruch fährt das Schiff eine Strecke bis wieder ein Eisstück gebro­ chen wird. Diese Zwischenstrecken verlangen sehr wenig Ener­ gie, weshalb Biegebrechen insgesamt energiegünstiger ist.

Der abgerundete Bugbereich gibt dem Rumpf auch ein günstiges Fassungsvermögen, mit anderen Worten das Innenvolumen des Schiffs ist groß im Verhältnis zu den Gesamtabmessungen des Schiffs.

Bei einem Schiff zum Einsatz in äußerst schwie­ rigen Eisbedingungen kann der untere Teil jeder Seitenfläche des Rumpfes geneigt sein. Ferner ist der Bug­ bereich des Schiffsrumpfes vorzugsweise etwas breiter als der an­ schließende Rumpfbereich, wodurch zwischen dem Bugbereich und dem anschließenden Rumpfbereich eine Schulter gebildet ist. Bei einem Schiffsrumpf gemäß der Erfindung ist es sehr vorteilhaft, das Luft­ blasensystem gemäß US-PS 35 80 204 anzuwenden. Dabei ist eine Vielzahl von Luftaustrittsöffnungen vorzugsweise in den im wesentlichen vertikalen Seiten der Keilkonstruktion angeordnet. Das Schiff kann außerdem Wasseraustrittsöffnun­ gen im hinteren Teil der Seitenflächen der Keilkonstruktion und/oder unmittelbar hinter diesem Bereich haben. Ferner liegt vorzugsweise der Boden der Keilkonstruktion in einer Ebene mit dem Bodenbereich des Schiffsrumpfes, an den er als eine vordere Verlängerung kontinuierlich anschließt.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaf­ ten Einzelheiten anhand schematisch dargestellter Aus­ führungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht des Bugbereichs eines Aus­ führungsbeispiels eines Schiffsrumpfes;

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Schiffsrumpf gemäß Fig. 1 von unten;

Fig. 3 eine Schrägansicht des linken Bugbereichs des Schiffsrumpfes gemäß Fig. 1 aufgrund von hori­ zontalen und vertikalen Schnittlinien betrach­ tet;

Fig. 4 eine Schnittansicht auf Wasserlinienniveau ei­ nes Bugbereichs eines zweiten Ausführungsbei­ spiels eines Schiffsrumpfes;

Fig. 5 eine Seitenansicht des Bugbereichs des in Fig. 4 gezeigten Schiffsrumpfes.

Wie aus den Zeichnungen hervorgeht, hat der Schiffsrumpf Seitenflächen 1, ein horizontales Schnittprofil 2 auf der Höhe der konstruktiven Wasserlinie, einen obe­ ren Teil 3 der Vorderstevenlinie 3, 4, der die Eis brechende Zone an und unterhalb der Wasserlinie aufweist, einen unteren Teil 4 der Vorderstevenlinie sowie weitere hori­ zontale Schnittprofile 2a auf verschiedenem Niveau (Fig. 3).

Die Seitenflächen 1 sind in Längsrichtung insgesamt parallel, und ihre Neigung nach außen und oben zu einer senkrechten Ebene beträgt vorzugsweise 0° bis 15°. Die horizontalen Schnittprofile 2, 2a des Bugbereichs sind stetig ge­ krümmte Bögen von einer Seite des Schiffs zur gegenüberlie­ genden Seite mit einem Krümmungsradius von 0,4 bis 2,5, vorzugsweise 0,5 bis 1,5 mal Breite des Rumpfes in der glei­ chen horizontalen Schnittebene. Der Neigungswinkel f des oberen Teils 2 der unter der konstruktiven Wasserlinie liegenden Vorderstevenlinie beträgt höchstens 40°, vorzugsweise nicht mehr als 18°. Je geneigter die Vorderste­ venlinie verläuft, umso wirksamer ist das Eisbrechen durch Biegen des Eises. Um aber eine zu große Erstreckung des Bugbereichs zu vermeiden, sollte der Winkel nicht zu klein sein. Der obere Teil 3 der Vorderstevenlinie ist durch einen Übergang 5 mit dem unteren Teil derselben verbunden. Der Neigungswin­ kel c des unteren Teiles 4 der Vorderstevenlinie zur Ebene der Wasserlinie beträgt höchstens 15°, vorzugsweise 5° bis 10°. Diese Änderung der Neigung vom oberen Teil 3 zum unteren Teil 4 der Vorderstevenlinie verlangsamt die Abwärtsgeschwindigkeit von Eisschollen ehe sie mit den Sei­ tenflächen 9a eines keilförmig gestalteten Bereichs bzw. einer Keilkonstruktion 7 in Berührung gelangen. Der Übergang 5 kann scharfkantig sein oder eine Abrun­ dung aufweisen. Die Abrundung kann so weit gestaltet sein, daß die Vorderstevenlinie insgesamt mit dem oberen Teil 3 und dem unteren Teil 4 einen kontinuier­ lich gekrümmten Bogen bildet. Technisch ist es jedoch insgesamt vorteilhaft, den Bugbereich so zu konstruieren, daß die Abrundung des Überganges 5 nur einen begrenzten Bereich aufweist. Die Länge des unteren Teils 4 der Vor­ derstevenlinie beträgt mindestens 30% der Länge der ge­ samten Vorderstevenlinie vom horizontalen Schnitt­ profil 2 auf Wasserlinienniveau zum oberen Ende 6 der Vorderkante der Keilkonstruktion 7. Allerdings soll­ te die Länge des unteren Teils 4 mindestens 3 Meter be­ tragen.

Die Seitenflächen 9a der Keilkonstruktion 7 schließen miteinander einen Winkel b ein, der 30° bis 90° beträgt. Mit "Z" ist die vertikale Längssymmetrieebene bezeich­ net. Die Seitenflächen 9a der Keilkonstruktion 7 können im waagerechten Schnitt leicht gekrümmt sein. Wenn die Seitenflächen 9a nach innen gekrümmt sind, ist die Be­ schleunigung der Eisbrocken in Querrichtung zum Schiff gleichbleibender, wodurch die Gefahr verringert wird, daß Eisbrocken den Bodenbereich 9 des Schiffs erreichen. Wenn andererseits die Seitenflächen 9a nach außen gekrümmt sind, wird dadurch die Verdrängung des Schiffs erhöht. Wenn die Seitenflächen der Keilkonstruktion gekrümmt sind, wird der genannte Winkel, den die Seitenflächen zwischen einander einschließen, von der Vorderkante der Keilkonstruktion bis zu den am weitesten achtern liegenden Punkten der Seitenflächen gerechnet.

Die Seitenflächen 9a der Keilkonstruktion 7 sind im wesentlichen senkrecht, und die senkrechte Höhe h der Keilkonstruktion beträgt 50% bis 120%, vorzugsweise mindestens 80% der dicksten Eisschicht, zu deren Aufbre­ chen das Schiff ausgelegt ist. Das Schiff ist normalerweise so ausgelegt, dickste Eisschichten von mindestens 0,5 m aufzubrechen. Der Bugbereich des Schiffs hat einen Unterteil 8, der im wesentlichen auf einer Höhe liegt mit der Oberkante der Keilkonstruktion 7 und mit den Seitenflächen 1 des Schiffs sowie mit der sich nach oben erstreckenden Oberfläche des Bugbereichs, vor­ zugsweise über eine Rundung verbunden ist. Die Keilkon­ struktion 7 ist mit einem im wesentlichen ebenen Bodenbereich 9 ausgestattet, der folglich eine durchgehende Verlängerung des Bodenbereichs 9 des Schiffsrumpfes nach vorn bildet.

Um nachteilige Auswirkungen des Eises beim Betrieb des Schiffs auf ein Minimum einzuschränken, sind die Seiten­ flächen 9a der Keilkonstruktion 7 mit Luftaustrittsöff­ nungen 11 zur Bildung von Luftblasen versehen. Im hinte­ ren Teil der Konstruktion 7 und/oder dicht dahinter sind ferner Wasseraustrittsöffnungen 12 vorgesehen, die das Entfernen von Eisbrocken aus der im Eis gebildeten Rinne wirksamer machen, insbesondere unter schwierigen Bedingungen und bei langsamer Vorwärtsbewegung.

In Fig. 4 und 5 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem der Bugbereich mit dem Mittschiffsteil des Rumpfes über eine Schulter 10 verbunden ist. Durch diese Anordnung kann der Bugbereich eine breitere Rinne in das Eisfeld brechen, so daß sich die Reibung zwischen dem Mittschiffsteil des Rumpfes und dem Eisfeld ver­ ringert und das Steuern des Schiffs leichter wird.

Der Schiffsrumpf ist nicht auf die hier gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiele beschränkt sondern läßt sich beispiels­ weise so abändern, daß der hier beschriebene Schiffsrumpf da­ durch geschaffen wird, daß ein Prahm ohne eigenen An­ triebsmechanismus fest oder lösbar mit einem bereits be­ stehenden Rumpf verbunden wird.

Claims (12)

1. Schiffsrumpf zum Einsatz in Eisgewässern, der einen im wesentlichen horizontalen Bodenbereich und insgesamt senkrechte oder leicht geneigte Bordwände an bei­ den Seiten sowie vorn einen abgerundeten Bugbereich mit einer von der konstruktiven Wasserlinie nach unten erstreckenden, zur Horizontalen unter einem Winkel von weniger als 40° geneigten Vorderstevenlinie aufweist, wobei am Übergang vom Bug in den Bodenbereich eine Keilkonstruktion mit im wesentlichen senkrechten Seitenflächen ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontalen Schnittprofile (2, 2a) des Bugbereichs an und unter­ halb der konstruktiven Wasserlinie des Schiffsrumpfs einen stetig gekrümmten Bogen von einer Seite des Schiffs zur gegenüberliegenden Seite mit einem Krümmungsradius von 0,4 bis 2,5 mal Breite des Rumpfes in derselben horizontalen Schnittebene bilden, und daß die Keilkonstruktion (7) sich mit einer zum Ableiten der Eisschollen geeigneten Höhe im wesentlichen über die ganze Breite des horizontalen Bodenbe­ reichs (9) erstreckt.

2. Schiffsrumpf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungs­ radius der horizontalen Schnittprofile (2, 2a) des Bugbe­ reiches 0,5 bis 1,5 mal Breite des Rumpfes in derselben horizontalen Schnittebene beträgt.

3. Schiffsrumpf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrechte Höhe der Keilkonstruktion (7) 50-120%, vorzugsweise minde­ stens 80%, der größten Eisdicke entspricht, für die das Schiff zu brechen ausgelegt ist.

4. Schiffsrumpf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden der Keilkonstruktion (7) mit dem Bodenbereich (9) des Schiffs­ rumpfes in einer Ebene liegt und eine durchgehende Verlänge­ rung nach vorn bildet.

5. Schiffsrumpf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwi­ schen den Seiten der Keilkonstruktion (7) im Bereich von 30 bis 90° liegt.

6. Schiffsrumpf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilkonstruk­ tion (7) im horizontalen Schnitt leicht einwärts gekrümmte Seitenflächen (9a) hat.

7. Schiffsrumpf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vordersteven­ linie (3, 4) von der konstruktiven Wasserlinie nach unten unter einem Winkel von höchstens 18° zur Horizontalen geneigt ist.

8. Schiffsrumpf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im tiefsten Teil des geneigten Bugbereichs vor der Keilkonstruktion (7) der Neigungswinkel der Vorderstevenlinie (3, 4) höchstens 15°, vorzugsweise höchstens 10°, über eine Entfernung von minde­ stens 30% der Entfernung längs der Vorderstevenlinie (3, 4) von der konstruktiven Wasserlinie zum vorderen Ende (6) der Keil­ konstruktion (7) beträgt, wobei diese Entfernung mindestens 3 m lang ist.

9. Schiffsrumpf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Bugbereich des Schiffsrumpfes etwas breiter ist als der anschließende Rumpfbe­ reich, wodurch zwischen dem Bugbereich und dem anschließen­ den Rumpfbereich eine Schulter (10) gebildet ist.

10. Schiffsrumpf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Luftaustrittsöffnungen (11) in den Seitenflächen der Keilkonstruktion (7) ausgebildet ist.

11. Schiffsrumpf nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Wasseraustritts­ öffnungen (12) im hinteren Teil der Seitenflächen der Keil­ konstruktion (7) und/oder unmittelbar hinter diesem Bereich ausgebildet sind.

12. Schiffsrumpf nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß er dadurch geschaffen wird, daß ein Prahm ohne eigenen Antrieb fest oder lösbar vor einen bereits bestehen­ den Rumpf gekuppelt wird.