-
Ruder mit einer Flosse fUr Wasserfahrzeuge
-
Die Erfindung betrifft ein Ruder mit einer mittels einer Antriebseinrichtung
verstellbaren Flosse filr Wasserfahrzeuge.
-
Ruder werden als drehbare Platten oder Verdrängungskörper am interschiff
von Wasserfahrzeugen angeordnet und liefern bei Betätigung, also bei Anstellung
derselben unter einem vorgegebenen Ruderwinkel, eine hydrodynamische Querkraft,
die am Ruder und demzufolge am Schiffsende angreift, wodurch ein zum Steuern. des
Schiffes erforderliches Steuermoment wirksam wird. Die hydrodynamische Ruderquerkraft
bewirkt bezüglich der Ruderdrehachse ein Ruderdrehmoment, welches von der Rudermaschine
aufzubringen ist.
-
Zur Erzeugung hoher Ruderquerkräfte sind zwei- oder mehrteilige Ruder
der Luftfahrt und dem Schiffbau bekannt. nerartige Ruder wurden bereits in der Mitte
des letzten Jahrhunderts von LUMLEY vorgeschlagen (s.WHITE: "Handbuch für Schiffbau",
1879, S. 653 ff.). Die ausfahrbaren Landeklappen der Flugzeuge ("flaps") (s.z.B.
ABBOTT & DOENIIOFF: 'tTheory of wing sections"), das sogen. BECKER-Ruder und
das "flapped rudder" (s. "Principles of Naval Architecture" -MANDEL: ship manoeuvrlng
and control") und die neueren Arbeiten von ENGLISH, ROWE, BAIN: "Some manoeuvring
devices for use at zero and low ship speed", die den derzeitigen Stand der modernen
Ruderforschung vermitteln, nutzen den Hochauftriebseffekt, der bei mehrgeteilten
TraqflUgeln bzw.
-
Rudern auftritt, wenn das hintere Ruderteil stärker als das vordere
Ruderteil gegen die Strömungsrichtung angestellt wird.
-
Derartige Konstruktionen sind als "Hochleistungsruder" bekannt und
der Entwicklung von Sonderrudern mit derartigen Eigenschaften wird in jüngerer Zeit
international intensiv nachgegangen.
-
Bekannt ist auch das FLETTNER-Ruder, bei dem eine aktlv gesteuerte
Flosse des Ruders ohne Rudermaschine gegensinnig zum Hauptruder angestellt wird,
um das Drehmomentgleichgewicht bezüglich der Hauptruderachse herzustellen.
-
Darüberhinaus ist als mehrteiliges Verdrängungsruder ein Gelenkruder
bekannt geworden, bei dem, wie auch bei allen bekannten
mehrteiligen
Verdrängungsrudern, ausgenommen dem FLETTNER-Ruder, die verschiedenen Ruderteile
ihre Antriebe aus extern angebrachten, mechanischen Stellantrieben (DT-PS 18 366),
z.B. aus einer fest eingebauten, drehbaren Schiebehülse mit verschieblichem, fest
an die Schwanzflosse angeschlossenem Zapfen,beziehen.Die hohe Wirksamkeit dieser
Puder wird auf die starke Strömungsumlenkung auf der Ruderdruckseite zurückgeführt,
während eine Saugseitenbeeinflussung durch angetriebene Rotoren oder Strahlklappen
hewirkt werden kann. Bei abnehmender Schiffsgeschwindigkeit nimmt die Wirksamkeit
der konventionellen Ruder und der Ruder mit Druckseitenbeeinflussung bekannterweise
quadratisch mit der Geschwindigkeit des Schiffes ab, während die Steuerfähigkeit
dabei - je nach Schiffs typ - bei etwa 6 Knoten bis 3 Knoten Fahrt praktisch verloren
geht.
-
Mit zunehmender SchiffsqrÖße und Schiffsgeschwindigkeit ist eine erhebliche
Zunahme der Rudermaschinengröße zu verzeichnen. Die Momente der Rudermaschinen erreichen
heute bereits Größenordnungen von 1200 mMp ... l5oo mMp (zum Vergleich NS. "OTTO
HAHN" 30 mMp). Bei mehrteiligen Ijochauftriebsrudern bisheriger Konstruktion ist
das Ruderdrehmoment noch größer als bei einem Einfachverdrängungsruder gleicher
Ruderlateralfläche.
-
Mehrteilige Hochleistungsruder sind jedoch nicht abschaltbar, wie
z.B. das Rotor-Puder oder das Strahlklappenruder und stellen ihre hydrodynamischen
Verbesserungen bzw. Eigenschaften
nicllt nur dann zur Verfügung,
wenn sie gebraucht werden, sondern auch bei normaler Dienstgesciindigkeit.. Der
Einsatz des liochleistungsruders als solches ist äußerst selten, gemessen an der
Einsatzzeit des Ruders iilerhaupt und beträgt bei Containerschiffen etwa 6 Stunden
auf einer Rei se von lo 0 Tagen, ineist noch weniger.
-
Die Eigenschaften eines Hochleistungsruders, welches nicht abschaltbar
ist, erfordern nach den Vorschriften der Klassifikationsgesellschaften entsprechend
stärkere Anschlußteile, wie Ruderschaft, Ruderschaftlager, Rudermaschine, schiffbauliche
Anschlußkonstruktionen im llinterschiff u.dgl.. Bei dem von LUMLEY vorgeschlagenen
Klappenruder treten außer den vorangehend aufgeführten Nachteilen große Belastungen
des Flossenantriebes auf. Infolge von Schweißspannungen und Bauteildeformationen
werden bei der Bordmontage Schwierigkeiten bezüglich der Lagerpassungen angetroffen.
Im Schadensfalle ist wegen der großen Überbalance derartiger Flossenruder keine
Umwandlung in ein Einkörper-Ruder möglich, da ein solches selbsttätig in die Ruderhartlage
drehen würde.
-
Zur Verbesserung der Kursstetigkeitseigenschaften eines Schiffes -
die vom ökonomischen Gesichtspunkt des Schiffsbetriebes eine dominierende Rolle
spielen - trägt ein iiochleistungsruder nichts bei, da die oben genannten Eigenschaften
definiert sind für das Verhalten eines Schiffes mit unbetätigtem Ruder.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Ruder mit einer Flosse
fjjr Wasserfahrzeuge zu schaffen, das die Abschaltbar
keit der Ruderflosse
ermöglicht, das die somit bei Hochleistungsrudern erforderliche große Dimensionierung
des genannten Ruders einschließlich der Anschlußteile ausschließt, das in ein Einkörper-Ruder
jederzeit umwandelbar ist und das eine nachträgliche Umrüstung von Normalleistungsruder
in Hochleistungsruder ohne großen technischen Aufwand und ohne hohe Kosten ermöglicht.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Ruder gemäß der eingangs beschriebenen
Art vorgeschlagen, das erfindungsgemäß in der Weise ausgebildet ist, dass die Antriebs-
und Verstelleinrichtung für die Flosse in dem Ruderblatt oder in der Flosse angeordnet
ist.
-
Ferner sieht die Erfindung ein Ruder vor, bei dem in dem Ruderblatt
oder in der Flosse mindestens eine die Flosse in einer parallel zum Ruderblatt einnehmenden
Stellung verriegelbare Einrichtung angeordnet ist.
-
Des weiteren betrifft die Erfindung ein Ruder, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß die Antriebs- und Verstelleinrichtung für die Flosse und mindestens eine
die Flosse in einer parallel zum Ruderblatt einnehmenden Stellung verriegelbare
Einrichtung in dem Ruderblatt oder in der Flosse angeordnet sind.
-
Die Integration der Antriebs- und Verstelleinrichtung in das Ruderblatt
oder in die Ruderflosse erbringt den Vorteil, daß Normal-Ruder jederzeit in ein
Hochleistungs-Ruder mit Ruderflosse
umgewandelt werden können,
ohne dass neue und stärker dimensionierte Ruderkonstruktionen erforderlich werden,
dass Fahtwiderstandserhöhungen durch extern liegende Teile vermieden werden und
dass eine Korrosionsanfälligkeit nicht mehr gegeben ist. Antriebs- und Verstelleinrichtungen
für die Ruderflosse sind nicht mehr schiff sseitig erforderlich und brauchen auch
nicht am Schiffskörper angebracht zu werden, da die an das Ruderblatt anzubringende
Flosse bereits die Antriebs- und Verstelleinrichtung aufweist, die direkt oder über
entsprechend ausgebildete Getriebe mit der Flossenschwenkachse verbunden ist.
-
Die Anordnung von Ruderflossenverriegelungs- bzw. -feststelleinrichtungen
im Ruderblatt erbringt den Vorteil, dass Flossenruder zu jedem gewünschten Zeitpunkt
in Einkörper-Ruder umgewandelt werden können. Die hydrodynamischen Eigenschaften
können somit dem jeweiligen Fahrtzustand angepasst werden, wodurch eine besondere
Ruderanschlussteildimensionierung vermeidbar ist. Bei Ausfall der Verriegelungseinrichtung
für die Ruderflosse wird diese selbsttatig, z.B. durch Federdruck, derart arretiert,
daß ein Einkörper-Ruder geschaffen wird, so daß ein in Fahrt befindliches Schiff
nicht manövrierunfähig werden kann. Passungsschwierigkeiten, die bei der Bordmontage
von mehrfach extern gelagerten Rudern erfahrungsgemäss häufig durch Schweißspannungen
und anderweitig verursachte Deformationen der Anschlußteile auftreten, werden vermieden.
Hierdurch
erfolgt auch eine nachträgliche Umrüstung des konventionellen
Einkörper-Ruders in ein Flossen-Ruder zeitsparend und weniger aufwendig.
-
Ferner betrifft die Erfindung eine Ausgestaltung, nach der die Ruderflosse
aus mindestens zwei Abschnitten mit einer etwa in halber Ruderblatthöhe liegenden
Trennfuge besteht, von denen jeder Flossenabschnitt zur Einstellung ungleicher Anstellwinkel
in Anpassung des Ruders an die Drallströmung des Propellers und als Stopphilfe mit
einer Antriebs- und Verstelleinrichtung in Wirkverbindung steht.
-
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt,
und zwar zeigen Fig. 1 ein Ruder in einem Längsschnitt und Fig. 2 eine weitere Ausführungsform
eines zwei Flossenabschnitte aufweisenden Ruders in einem Längsschnitt.
-
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäss
ausgebildeten Ruders ist mit lo ein Schiffskörper, mit 11 ein Ruderkoker und mit
20 ein Ruderblatt bezeichnet, das über einen Ruder schaft 21 mit einer bei 22 angedeuteten
Rudermaschine in Verbindung steht.
-
Das Ruderblatt 20 trägt eine Flosse 30, die bei 32,33 schwenk bar
an das Ruderblatt 20 angeschlossen und um die bei 31 angedeutete Schwenkachse verstellbar
ist.
-
In der Ruderflosse 30 ist eine Antriebs- und Verstelleinrichtung 40
für das Verstellen der Ruderflosse vorgesehen. Diese Antriebs- und Verstelleinrichtung
40 besteht aus mindestens einem hydraulisch oder elektrisch betriebenem Motor oder
aus einem Hydraulikzylinder mit oder ohne nachgeschaltetem Getriebe 45; sie kann
jedoch auch als Drehflügelanlage ausgebildet sein. Die Antriebs- und Verstelleinrichtung
40 steht mit in der Zeichnung nicht dargestellten und im Schiffskörper angeordneten
Steuereinrichtungen in Verbindung.
-
Ferner weist die Ruderflosse 30 eine Verriegelungseinrichtung 50 bzw.
5oa auf, die es ermöglicht, die Ruderflosse 30 so festzustellen , dass die Flosse
eine parallel zum Ruderblatt 20 liegende Stellung einnimmt. Durch die Verriegelungsmöglichkeiten
ist die Schaffung eines Einkörper-Ruders möglich.
-
Die Verriegelungseinrichtung kann jedoch auch extern vorgesehen sein.
-
Jede Ruderflossenverriegelungseinrichtung So bzw. 50a besteht aus
vorzugsweise hydraulisch betriebenen Verriegelungsbolzen, Sperrklinken, Band- oder
Kettenbremsen od.dgl. 51. Der hierfür vorgesehene Hydraulikzylinder steht über eine
Leitung 53 mit
einem entsprechend ausgebildeten Antriebs- und Steuerorgan
54 in Verbindung. Der Verriegelungsbolzen 51 der Verriegelungseinrichtung 50 bzw.
50a ist in eine entsprechend ausgebildete Bohrung 55 in dem Ruderblatt 20 einfahrbar,
wenn die Ruderflosse 30 festgestellt werden soll. Für den Fall, dass die Hydraulik
für die Verriegelungsbolzen 51 ausfällt, ist eine selbsttätige Verriegelung der
Ruderflosse 30 mit dem Ruderblatt 20 möglich. Hierfür ist für den Verriegelungsbolzen
51 eine Vorspannung mittels einer Druckfeder 52 vorgesehen, die bei Ausfall der
Hydraulik zur Betätigung des Verriegelungsbolzens 51 diesen in die Verriegelungsstellung
überführt. Die Gesamtanordnung und Ausbildung der Verriegelungsvorrichtung 50 bzw.
50a ist dergestalt, dass der Verriegelungsbolzen 51 in der eingefahrenen Stellung
die Druckfeder 52 beaufschlagt und diese zusammenpresst. Die Hydraulik hält den
Verriegelungsbolzen 51 solange in dieser Stellung wie die Ruderflosse 30 frei beweglich
ist. Bei Ausschalten der Hydraulik wird der Verriegelungsbolzen 51 mittels der sich
ausdehnenden Druckfeder 52 in die Verriegelungsstelung gefahren. Das Ein-und Ausfahren
des Verriegelungsbolzens 51 kann jedoch auch ausschliesslich mittels der hydraulischen
Antriebseinrichtung erfolgen. Auch andere technische Lösungen sind möglich. Die
Anzahl der verwendeten Verriegelungseinrichtungen richtet sich jeweils nach der
Höhe des Ruderblattes. Es wird jedoch mindestens von einer Verriegelungseinrichtung
ausgegangen werden.
-
Die Antriebs- und Verstelleinrichtung 40 für die Ruderflosse 3o braucht
nicht in der Ruderflosse selbst untergebracht zu sein. Es besteht auch die Möglichkeit,
die Antriebs- und Verstelleinrichtung 40 in dem Ruderblatt 20 anzuordnen. In gleicher
Weise wie die Antriebs- und Verstelleinrichtung 40 kann auch die Verriegelungseinrichtung
So bzw. 50a in dem Ruderblatt 20 vorgesehen sein, so dass dann die Verriegelungsbolzen
der Verriegelungseinrichtungen 50 bzw. 50a in die Ruderflosse 30 eingefahren werden.
Auch besteht darüber hinaus die Möglichkeit, die Antriebs- und Verstelleinrichtung
40 so anzuordnen, dass eine direkte Kraftübertragung auf die Schwenkachse 31 erfolgt.
-
Wie in Fig. 2 der Teil des Ruders hinter dem in Fig. 1 angedeuteten
Trennschnitt 6o aufzeigt, kann die Ruderflosse 30 auch aus zwei Abschnitten 30a,3ob
bestehen, deren Trennfuge etwa in halber Höhe des Ruderblattes liegt. Jeder Flossenabschnitt
30a,30b steht dann zur Einstellung ungleicher Anstellwinkel in Anpassung des Ruders
an die Drallströmung des Propellers mit mindestens einer Antriebs- und Verstelleinrichtung
40a,40b in Wirkverbindung. Auch ein Einzelbetrieb der Flossenabschnitte 30a,30b
ist auf diese Weise ebenso möglich wie ein gegensinniges Anstellen der Flossenabschnitte
als Stopphilfe. Darüber hinaus ist jeder Flossenabschnitt 30a,30b wie die Flosse
30 mit dem Ruderblatt 20 verriegelbar. Die Verriegelungseinrichtungen sind bei 5o,50a
in Fig. 2 angedeutet.
-
Dadurch, dass die Antriebs- und Verstelleinrichtung 40 sowie die Verriegelungseinrichtung
50 bzw. 50a in der Ruderflosse 30 untergebracht sind, ist die Möglichkeit gegeben,
jedes Ruder in ein Hochleistungsruder mit Flosse umzurüsten, ohne daß große technische
Umbauten erforderlich werden. Bilden die Flossen 30 und das Ruderblatt 20 ein einheitliches,
umzurüstendes Ruderblatt, so würde bei 60 ein Trennschnitt angelegt werden.
-
Da die Veränderung des Ruders an der Ruderhinterkante erfolgt, ist
die Anwendung nicht nur auf den in der Zeichnung dargestellten Spatenrudertyp beschränkt,
sondern ist mit gleich gutem Erfolg auch für Ruder aller Art, z.B. auch für Ruder
mit Stevenhacke 61 und für Halbschweberuder anwendbar.
-
Mit festgestellter Flosse ist das Ruder als Normalruder und mit verstellbarer
Flosse als Hochleistungsruder verwendbar. Es kann jedoch auch nur mit der Flosse
als Ruder gefahren werden, wenn das eigentliche Ruder blockiert ist.
-
Die Flossensteuerung kann nach vorgegebenen oder frei wählbaren Gesetzmässigkeiten
vorgenommen werden, wobei alle Flossenabschnitte gemeinsam oder unabhängig voneinander
gesteuert werden können, wenn das Ruder mehrere FLossenabschnitte aufweist.
-
- Patentansprüche -
L e e r s e i t e