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Gegenstand
der Erfindung ist ein eisbrechendes Schiff nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Eine
der Schwierigkeiten im Schiffbau ist, dass die Rumpfform des Schiffes
meist eine Kompromisslösung
der erforderlichen Charakteristiken darstellt. Wird die Form des
Schiffsrumpfes nur für
einen bestimmten Anwendungsbereich entworfen, können sich dadurch unter Umständen andere
Charakteristiken verschlechtern. Eines dieser Charakteristiken ist die
Breite des Schiffsrumpfes. Es gibt Einsatzbereiche, die einen relativ
breiten Rumpf erfordern. Dies jedoch resultiert in einer Verschlechterung
der Hochseetüchtigkeit
derartiger Schiffe.
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Die
oben angeführten
Schwierigkeiten treten speziell bei modernen Eisbrechern auf. Heutzutage werden
die Hauptcharakteristiken eines Eisbrechers vor allem durch die
Breite der im Eis zu formenden Fahrrinne bestimmt. Deshalb ist man
bestrebt, den Schiffsrumpf von Eisbrechern breit zu bauen, um damit
eine ausreichende Breite der Fahrrinne im Eis zu erzielen. Es gibt
auch Fälle,
in denen die Notwendigkeit zur Änderung
der Schiffsrumpfbreite genau gegenteilig ist. In bestimmten Situationen
bietet ein breiter Rumpf anstatt eines schmalen mehr Stabilitätsvorteile.
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Eventuelle
Tiefgangsbegrenzungen sowie die Wasserverdrängung haben Einfluss auf die Rumpfform
eines modernen Eisbrechers. Des Weiteren werden zur Verbesserung
der Eisbrechfähigkeit und
der Manövrierbarkeit
des Schiffes die Seiten eines Eisbrechers schräg und das Längen/Breitenverhältnis des
Schiffes so klein wie möglich
ausgeführt. Daraus
resultiert, dass ein Eisbrecher immer relativ breit ist.
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Aufgrund
des oben angeführten
entwickelten sich moderne Eisbrecher zu leistungsstarken Spezialschiffen,
deren beste Charakteristiken sich besonders bei der Eisbrechertätigkeit
im Winter zeigen. Andererseits führt
diese Spezialisierung auf einen einzigen Anwendungsbereich auch
zu Nachteilen. So ist der Rumpf moderner Eisbrecher viel zu breit
für Operationen
in offenem Gewässer
und verschlechtert die Seetüchtigkeit
erheblich.
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Die
schlechten Verhaltensmuster von Eisbrechern in offenem Gewässer sind
vorwiegend durch die zu hohe Anfangsstabilität eines breiten Rumpfes bedingt.
Die Konsequenz ist eine gesteigerte Tendenz zu Rollbewegungen und
die Tatsache, dass die Rollbewegungen in Querseen eine sehr starke
Beschleunigung verursachen. Des Weiteren dämpft die Rumpfform eines Eisbrechers
die Rollbewegungen nur schlecht, weil ein Eisbrecher am Kiel eine
flache, seitlich abgerundete Rumpfform aufweist.
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Schlingerkiele
können
die Seetüchtigkeitseigenschaften
normaler, seegehender Schiffe verbessern, sind jedoch bei Eisbrechern
nicht anwendbar. Das Eis verursacht am Rumpf eines Eisbrechers derart
starke Belastungen, die Schlingerkiele nicht aushalten würden. Ohne
Schlingerkiel jedoch rollt ein Schiff in rauer See schwer, deshalb
ist die Rollbeschleunigung eines solchen Schiffs in Querseen um eine
Größenordnung
größer als
bei einem für
Hochseefahrten konstruierten Schiff. Aus diesem Grund ist es schwierig,
oft sogar unmöglich,
einen Eisbrecher in schwerer See zu manövrieren, und der Einsatz eines
Eisbrechers in offener See ist dadurch erheblich begrenzt.
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Andererseits
ist die Einsatzzeit für
Eisbrecher im Winter so kurz, dass es möglich sein sollte, das Schiff
auch im Sommer in offener See einsetzen zu können. Geeignete Aufgaben wären z.B.
Schlepp- und Versorgungseinsätze.
Gutes Verhalten in offener See wäre
auch im normalen Einsatz eines Eisbrechers erforderlich, wenn dieser
während
der Überführung an
seinen Einsatzort weite Strecken in offener See zurücklegen
muss. Solche Überführungsfahrten
sind jedoch auf modernen Eisbrechern sehr unangenehm. Die Beschleunigungen
an Bord können
so intensiv sein, dass sie die menschliche Belastbarkeit übersteigen.
So kann schwerer Seegang das Überführen eines
Eisbrechers unter Umständen verhindern.
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Die
Zeitschrift: Seewirtschaft, Mai 1987, Seiten 242, 243 beschreibt
den Umbau des Eisbrechers „Mudjug" und offenbart die
ursprüngliche
Form der Mudjug, die einem herkömmlichen
Eisbrecher mit herkömmlichem
Kiel entspricht, und die umgestaltete Form des Schiffrumpfes, der
nach dem Umbau ein ausgesprochen breiten flachen Bug aufweist, der
die größte Schiffsbreite
festlegt. Anstelle eines herkömmlichen
Vorderstevens weist der Bugbereich eine im Wesentlichen flache Unterseite
auf, mit der sich die Mudjug auf das zu brechende Eis aufschieben
kann. Von diesem breiten flachen Bug ausgehend verjüngt sich
der Rumpf im Wasserlinienbereich, um ein Abfließen des gebrochenen Eises zu
ermöglichen.
Die weitere Gestaltung des Eisbrechers entspricht der beschriebenen
herkömmlichen
Gestaltung.
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Die
Gestalt dieses Schiffsrumpfes wird noch detaillierter in der Zeitschrift:
Schiff und Hafen, H.2, Februar 1989, Seiten 18–24 beschrieben. Diesem Dokument
ist weiterhin zu entnehmen, dass der Schiffsrumpf der umgebauten
Mudjug über
die gesamte Schiffslänge
vom Bug bis zum Achterschiff eine Einschnürung aufweist, die im Bereich
des Mitt- und Achterschiffs im Bereich der Wasserschwimmlinie liegt.
Die durch die Einschnürung
gebildete untere Auskragung des Rumpfes soll es dem durch den breiten
Bug gebrochenen Eis leichter ermöglichen, am
Schiffsrumpf abzufließen
und unter die feste Eisdecke neben der gebrochenen Fahrrinne zu
gelangen. Von diesen Einschnürungen
abgesehen entspricht das Design des Schiffrumpfs aber dem bei Eisbrechern üblichen
Design mit den beschriebenen Nachteilen.
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Auch
aus der
DE 32 40 299
A1 ist ein eisbrechendes Schiff mit einem pontonförmigen Vorschiff und
einem Mittelschiff bekannt, das zu beiden Seiten des Rumpfs in der
Umgebung der Schwimmwasserlinie eine Einschnürung aufweist.
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Aus
der DE-OS 22 31 733 ist ein Frachtschiff bzw. ein Tanker bekannt
mit einem zum Eisbrechen ausgebildeten Rumpf, der einerseits eisgängig ist, zum
anderen aufgrund seiner Wasserverdrängung hinreichend Fracht aufnehmen
kann. Dieses Schiff weist einen weitgehend konventionellen Schiffsrumpf auf,
der über
einen herkömmlichen
Bug sowie ein für Frachtschiffe üblichen
bauchigen Rumpf verfügt.
Im Bereich der Wasserlinie hinter dem Bugbereich ist der Rumpf schmaler
als im Vorschiffsbereich, verbreitert sich aber unterhalb der Wasserlinie
wieder. Auf diese Weise soll ein Abfließen des gebrochenen Eises im
Bereich. der Schwimmwasserlinie ermöglicht werden, die Manövrierfähigkeit
erhalten und andererseits durch die bauchige Rumpfform unterhalb der
Wasserlinie eine relativ große
Fracht befördert werden
können.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem eisbrechenden Schiff
das Seegangsverhalten in freiem Wasser zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Als
wichtiger Vorteil der Erfindung kann die Tatsache angesehen werden,
dass die Rumpfform des Schiffes beste Voraussetzungen sowohl für den Eisbrechereinsatz
als auch für
Hochseefahren bietet und dadurch bspw. einen rentablen Einsatz eines Eisbrechers
als Versorgungsschiff ermöglicht.
Auch die Sicherheit der Besatzung verbessert sich bei Einsätzen in
offener See.
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Unterhalb
der Schwimmwasserlinie werden im Kielbereich des Schiffrumpfes Rollbewegungen dämpfende
Auskragungen herausgebildet, die als Schlingerkiele des Schiffes
arbeiten und so die Rollbewegungen des Schiffes dämpfen. Die
Schlingerkiele reduzieren auch Stampf- und Tauchschwingungen des
Schiffes. Des weiteren lässt
bei eingeschnürtem
Rumpf dieser Aufbau den Erhalt eines breiten Arbeitsdecks zu, obwohl
das Schiff hinsichtlich seiner Stabilität dem eines Fahrzeugs mit schlanker
gebautem Rumpf entspricht.
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Im
Bereich der Einschnürungen
hat das Hauptdeck einen Überhang,
und dadurch bleibt die volle Ladedeckbreite des Schiffes erhalten.
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Decküberhang
und Auskragungen bilden doppelbordige Fender. Dadurch ergibt sich
aus dem Decküberhang
und den Schlingerkielen ein Schutzaufbau an den Schiffseiten, der
den an Versorgungsschiffen erforderlichen breiten, doppelwandigen
Schutzaufbau ersetzt.
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Gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsart
sind bei einem Rumpf mit Einschnürungen die
oberhalb der Schlingerkiele liegenden Auskragungen des Rumpfes als
Räumer
ausgebildet. Hierbei fällt
im Querschnitt des Rumpfes gesehen eine untere Fläche des
Räumers
leicht schräg
zur Mitte des Rumpfes hin ab. Dies bedeutet, dass die Vertiefung
vorzugsweise zwischen dem Schlingerkiel und dem Räumer herausgeformt
einen Übergang
zwischen dem Schlingerkiel und dem Räumer bildet, der sich in Richtung
auf das Achterschiff erweitert und in den schmalen Rumpfteil am
Achterschiff übergeht. Dieser
Aufbau macht das Schiff sowohl für
den eisbrechenden Betrieb als auch für den Einsatz in offenen Gewässern geeignet.
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Die
Erfindung wird anhand nachstehender Beispiele unter Hinweis auf
die beigefügten
Zeichnungen erläutert:
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1 zeigt
die Seitenansicht der Rumpfform eines Schiffes gemäß einer
Ausführung.
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2 zeigt
die Draufsicht der Rumpfform des Schiffes gemäß 1.
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3 zeigt
einen Schnitt entlang der Linie III-III gemäß 1.
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4 zeigt
einen Schnitt entlang der Linie IV-IV gemäß 1.
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5 entspricht 1 und
zeigt die Seitenansicht einer Rumpfform eines Schiffes entsprechend
der zweiten Ausführungsart.
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6 zeigt
die Draufsicht der Rumpfform des Schiffes gemäß 5.
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7 zeigt
einen Schnitt entlang der Linie VII-VII gemäß 5.
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8 entspricht 1 und
zeigt die Seitenansicht der Rumpfform eines Schiffes gemäß der dritten
Ausführungsart.
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9 zeigt
die Draufsicht der Rumpfform des Schiffes gemäß 8.
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10 zeigt
einen Schnitt entlang der Linie X-X gemäß 8.
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11 entspricht
der 1 und zeigt die Seitenansicht der Rumpfform eines
Schiffes gemäß der vierten
Ausführungsart.
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12 zeigt
einen Schnitt entlang der Linie XII-XII gemäß 11.
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13 zeigt
einen Schnitt entlang der Linie XIII-XIII gemäß 11.
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1 zeigt
die Seitenansicht eines Schiffes 20, bei dem die Breite
des Vorschiffs 65 des Rumpfes 21 den normal breiteren
Eisbrechern entspricht, während
das Mittelschiff und Achterschiff 64 deutlich schmäler als
das Vorschiff 65 ausgebildet sind. Eine Einschnürung 60 am
Rumpf 21 ist so realisiert, dass mittschiffs an beiden
Seiten des Rumpfes in der Umgebung der Schwimmwasserlinie 22 die
Einschnürungen 60 herausgeformt
sind über
und unter diesen Einschnürungen
verläuft
der Rumpf 21 eine bestimmte Strecke in breiter Form zum
Achterschiff hin. Die Einschnürung 60 formt
sich dabei zwischen den Flächen 63, 66 und 71.
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Die
Fläche 63 ist
die formende und vorwiegend senkrechte Fläche der Vertiefung. Die Fläche 71 ist
die untere Fläche
einer Auskragung, ausgebildet als Räumer 70, während die
Fläche 66 unterhalb der
Fläche 71 die
obere Fläche
eines Schlingerkiels 24 bildet. Zweck der Einschnürung 60 ist
es, gemeinsam mit dem schmäleren
Achterschiff 64 des Rumpfes 21, die Seetüchtigkeit
des Schiffes zu verbessern.
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Der
Räumer 70 bricht
das Eis bei Rückwärtsfahrt
des Schiffes. Deshalb wird die geneigte untere Fläche 71 der
Auskragung im Bereich der Schwimmwasserlinie 22, d.h. am
zu brechenden Eis so angebracht, dass sich der Räumer 70 teilweise über und teilweise
unter Wasser befindet. Die geneigte untere Fläche 71 des Räumers 70 ist
sowohl in Richtung auf die Längsachse
als auch auf die Querachse des Schiffes geneigt. In der Längsrichtung
ist der Winkel φ der
geneigten unteren Fläche 71 des
Räumers
70 im Verhältnis
zur Schwimmwasserlinie 22 z.B. 15–20°, am vorteilhaftesten 15°. Der Schlingerkiel 24 bildet
mittschiffs am Schiffsrumpf 21 im Bereich der Einschnürung 60 eine
Fortsetzung des breiten Vorschiffteils. Die Neigung der oberen Fläche ist
etwa 15° im
Verhältnis
zur Horizontalebene.
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2 zeigt
die Draufsicht des Rumpfes 21 des Schiffes gemäß 1.
Die Figur zeigt, dass das Vorschiff 65 des Rumpfes 21 breit
und die Form des Mittelschiffs und des Achterschiffs 64 schmäler ist. Die
gestrichelte Linie zeigt die zwischen dem Schlingerkiel 24 und
dem Räumer 70 herausgebildete
Einschnürung 60 an
beiden Seiten von Rumpf 21. Aus der Figur geht hervor,
dass der Rumpf im Bereich des Schlingerkiels 24 nicht so
breit ist wie im Bereich des Räumers 70.
Dies ist ein aus den geneigten Flächen von Rumpf 21 resultierender
Umstand. Da in dem Fall der Rumpf 21 am unteren Teil schmäler als
am oberen ist, ergibt sich, dass der Rumpf auch im Bereich des Schlingerkiels 24 schmäler ist.
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Der
Ausschnitt in 3 zeigt, wie der Rumpf 21 auf
das Heck zu abnimmt, d.h. im Bereich des Schnittes und von da nach
achtern. Das Vorderschiff an der Querschnittfrontseite ist breiter.
Unweit der Einschnürung 60 bilden
sich an beiden Seiten vom Rumpf 21 die Vertiefungen; sie
liegen zwischen der geneigten oberen Fläche 66 des Schlingerkiels 24 unter
der Schwimmwasserlinie 22 und der geneigten unteren Fläche 71 der
Auskragung oder des Räumers 70.
Der Vorderteil der Einschnürung 60 geht
in die vorwiegend senkrechte Fläche 63 über.
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3 zeigt,
dass mittschiffs die äußeren Flächen von
Schlingerkiel 24 und Räumer 70 im
Prinzip den Außenabmessungen
des Rumpfes 21 folgen. Da es sich um ein eisbrechendes
Schiff handelt, muss der Rumpf am Vorschiff relativ breit ausgebildet
sein, damit im Eis eine ausreichend breite Fahrrinne gebildet wird,
andererseits müssen
die Bordwände
auch leicht geneigt sein. Aus diesem Grund ist die maximale Breite
des Rumpfes bei den Schlingerkielen 24 geringer als die
Maximalbreite des Räumers 70. Gleichzeitig
damit ist der Schlingerkiel 24 durch die Bordwand geschützt und
kann nicht an der Kaimauer anschlagen.
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3 zeigt
auch, dass die geneigte untere Fläche 71 des eisbrechenden
Räumers 70 während der
Rückwärtsfahrt
sowohl über
als auch unter die Wasseroberfläche
reicht. Die geneigte Fläche 71 ist sowohl
hinsichtlich der Längsachse
des Schiffes 20, wie aus 1 ersichtlich,
als auch der Querachse des Schiffes geneigt. Der Winkel β der geneigten
Fläche 71,
in 3 quergerichtet zur Wasseroberfläche dargestellt,
liegt z.B. zwischen 0–45°, am vorteilhaftesten
sind 30°.
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Der
Winkel α der
oberen Fläche 66 des Schlingerkiels 24 ist
im Verhältnis
zur Wasseroberfläche
nicht konstant. Der Querschnitt in Figur zeigt, dass dieser Winkel
an der engsten Stelle bei 15° liegt,
aber in der Einschnürung
am hinteren Schiffskörperteil
der Schlingerkiel immer schmaler wird und sich der Bordwand des
Schiffes nähert.
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4 zeigt
einen anderen Querschnitt des Schiffes 20 zur weiteren
Darstellung der Form der Einschnürung 60 an
beiden Seiten des Schiffes 20. Aus der Figur ist ersichtlich,
dass der Rumpf 21 am Vorschiff die normale Form eines eisbrechenden Schiffes
hat, sich jedoch vom Schulterübergang
am Vorschiff ausgehend in Richtung auf das Achterschiff an beiden
Seiten diese Einschnürungen 60 ausbilden.
Die Einschnürungen 60 verlaufen
keilförmig
auf die Mittellinie des Schiffes gerichtet bis zum Achterschiff.
Die Einschnürungen 60 sind
durch die obere Fläche 66 des
Schlingerkiels 24 und die untere Fläche 71 des Räumers 70 und
die keilförmige
Fläche 63 begrenzt.
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In 5 ist
die Seitenansicht des Rumpfes 21 eines weiteren Schiffes 20 dargestellt; 6 zeigt die
entsprechende Draufsicht des Rumpfes. In dieser Ausführungsart
ist die Form des Vorschiffs 65 des Rumpfes 21 als
konventionelles Vorschiff eines Eisbrechers ausgebildet. Das breite
Vorschiff wird jedoch am Punkt 62 zum Achterschiff hin
verlaufend eingeschnürt.
Nach der keilförmigen
Fläche 63 ist
die Form des Mittelschiffes und Achterschiffs 64 des Rumpfs 21 oberhalb
der Schwimmwasserlinie 22 geradlinig und deutlich schmaler
als die Form des Vorschiffs 65.
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Die
von Punkt 62 des Rumpfs 21 am Vorschiff 65 ausgehende
Vertiefung betrifft jedoch nur den Bereich unmittelbar an der Schwimmwasserlinie 22 des
Rumpfes 21 und einen Teil des darüber liegenden Rumpfes. Unterhalb
der Schwimmwasserlinie 22 auch achterseitig der Fläche 63 hat
die Rumpfform einen breiten Bereich. Diese Form ist auf dem Querschnitt
des Rumpfes 21 in 7 deutlich
sichtbar. Auch im Bereich der Vertiefung im unteren Teil von Rumpf 21 verläuft die
bis an das breite Vorschiff 65 des Rumpfes heranreichende
Auskragung 27 und funktioniert als Schlingerkiel zur Steigerung
der Stabilität
des Schiffes 20. In dieser Ausführungsart ist die Rumpfseite
im Bereich oberhalb des Schlingerkiels vorwiegend senkrecht und
die obere Fläche 66 des Schlingerkiels
vorwiegend senkrecht und die obere Fläche 66 des Schlingerkiels
bildet mit der Horizontalebene einen Winkel von etwa 15°.
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In 5 ist
die abgerundete Form des Schlingerkiels 24 in der Seitenansicht
zu sehen. Der geschwungene Verlauf des Kiels entspricht der abgerundeten
Form des Rumpfes 21, d.h. die Form des Schlingerkiels 24 entspricht
der Richtung des am Rumpf verlaufenden Wasserflusses.
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6 zeigt,
dass der Schlingerkiel 24 in dieser Ausführungsart
in Richtung auf das Achterschiff 64 weich abnehmend verläuft und
die Kante des Schlingerkiels 24 am Achtersteven in die
vorwiegend senkrechte Seite des Rumpfes übergeht.
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Die 8 und 9 zeigen
eine dritte Ausführungsart
eines Rumpfes 21, in der der Schlingerkiel 24 nicht
bis an das Achterschiff vom Rumpf 21 heranreicht. Die Vertiefung
am Rumpf 21 beginnt wie im o.a. Beispiel am gleichen Punkt 62,
während
der Schlingerkiel 24 bereits bei Punkt 67 am beginnenden
Achterschiff in dieses übergeht.
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Dadurch
formt sich im schmalen Bereich am Achterschiff des Schiffes ein
Bereich, mit vorwiegend senkrechter Seite des Rumpfes 21,
ohne seitliche Auskragungen. Der senkrechte Bereich der Seite, ohne
seitliche Auskragungen, spielt eine wichtige Rolle beim Laden des
Schiffes.
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Die
Form des Achterschiffs des Rumpfes 21 ist auch für den vom
Schiffspropeller verursachten Wasserfluss beim Zurücksetzen
des Schiffes von Bedeutung. Für
Eisbrecher ist es von Vorteil, wenn die Propellerströmung nach
oben steigt und so die Seiten des Rumpfes 21 beim Zurücksetzen
abspült.
Dadurch verringert sich die Reibung zwischen Rumpf und Eis und die
Bewegung des Schiffes im Eis wird erleichtert. Dieser Spüleffekt
kann durch Anwendung eines bekannten, in dieser Veröffentlichung
nicht beschriebenen Luftblasensystems weiter verbessert werden.
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10 zeigt,
dass sich die obere Fläche 66 des
Schlingerkiels, die in der Nähe
des vertieften Bereichs zusammen mit der Horizontalebene einen Winkel
von etwa 15° bildet,
in Richtung auf das Achterschiff des Rumpfes in Richtung senkrechtere
Stellung dreht. Im Querschnittspunkt der 10 beträgt der Winkel
bereits etwa 60°.
Dies besagt, dass der Schlingerkiel 24 an der sich verjüngenden
Vertiefung am Achterschiff des Schiffes 20, seinen Neigungswinkel ändert und
weich in die vorwiegend senkrechte Seite am Achterschiff 64 übergeht.
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Der
sich in Richtung auf das Achterschiff des Schiffes 20 verjüngende weiche Übergang
des Schlingerkiels 24 verringert den Strömungswiderstand
des Rumpfes sowohl bei Vorwärtsfahrt
als auch beim Zurücksetzen.
Diese Formgebung verursacht beim Zurücksetzen eine weiter oben beschriebene
effiziente Wasserströmung
am Rumpf 21 des Eisbrechers. Der kürzere Schlingerkiel gemäß dieser Ausführungsart
genügt
in vielen Fällen
zur Erzielung ausreichender Stabilitätseigenschaften.
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11 und 12 zeigen
eine vierte Ausführungsart,
bei der an beiden Seiten des Rumpfes 21 die Einschnürungen 60 ausgebildet
und damit die Rumpfeinschnürung
nur im Bereich der Schwimmwasserlinie 22 herausgebildet
wird. Hier ist der Rumpf 21 sowohl am Vor- als auch am
Achterschiff breiter. Der Rumpf ist breiter sowohl unter der Schwimmwasserlinie 22,
an der ein nahezu über
die gesamte Schiffslänge
reichender Schlingerkiel 24 geformt wird, als auch über der
Schwimmwasserlinie, wo sich ein Überhang 28 des
Hauptdecks 23 befindet. Der Überhang 28 ist so
groß,
dass das Hauptdeck 23 so breit wie der Rumpf 21 am
Schlingerkiel 24 ist. 13 zeigt
die Form des Querschnittes gemäß dieser
Ausführungsart.
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Aus 13 ist
ersichtlich, dass die Form der Einschnürungen 60 der Form
des Rumpfes 21 so angepasst ist, dass ihre obere Kante 61 der
Linie des Hauptdecks 23 folgt und die untere Kante die
gewölbte
Form des Rumpfes 21 hat. Die gewölbte Form der unteren Kante
folgt unterhalb der Einschnürung 60 dem
gewölbten
Teil des Rumpfes 21 und bildet so einen nahezu über die
gesamte Länge
des Schiffes 20 reichenden gewölbten Schlingerkiel 24.