<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft ein Ruder für Wasserfahrzeuge, mit einem mit einer Rudermaschine in Verbindung stehenden Ruderblatt und einer mit diesem um eine vertikale Achse verschwenkbar verbundenen Flosse, wobei zum Verschwenken der Flosse eine unabhängige Antriebs- und Verstelleinrich- tung vorgesehen ist.
Ruder werden als drehbare Platten oder Verdrängungskörper am Hinterschiff 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. Derartige Ruder wurden bereits in der Mitte des letzten Jahrhunderts von LUMLEY vorgeschlagen (W. H. White,"Handbuch für den Schiffbau", Arthur Felix Verlag, Leipzig, 1879, S. 653 ff). Die ausfahrbaren Landeklappen der Flugzeuge ("flaps") (Ira H. Abbott und Albert E. Doenhoff, "Theory of wing sections", Dover Publications Inc., New York, 1958), das sogenannte BECKER-Ruder und das "flapped rudder" und die neueren Arbeiten von English, J. W. Rowe, S.
J. Bain ("Some manoeuvring devices for use at zero and low ship speed", National Physikal Laboratory, UK, Report 1971), die den derzeitigen Stand der modernen Ruderforschung vermitteln, nutzen den Hochauftriebseffekt, der bei mehrgeteilten Tragflügeln bzw. Rudern auftritt, wenn der hintere Ruderteil stärker als der 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 aktiv gesteuerte Flosse des Ruders ohne Rudermaschine gegensinnig zum Hauptruder angestellt wird, um das Drehmomentgleichgewicht bezüglich der Hauptruderachse herzustellen.
Darüber hinaus ist als mehrteiliges Verdrängungsruder ein Gelenkruder bekanntgeworden, bei dem, wie auch bei allen bekannten mehrteiligen Verdrängungsrudern, ausgenommen dem FLETTNER-Ruder, die verschiedenen Ruderteile ihre Antriebe aus extern angebrachten, mechanischen Stellantrieben (DE-PS Nr. 18366), z. B. aus einer fest eingebauten, drehbaren Schiebehülse mit verschieblichem, fest an die Schwanzflosse angeschlossenem Zapfen, beziehen. Die hohe Wirksamkeit dieser Ruder wird auf die starke Strömungsumlenkung auf der Ruderdruckseite zurückgeführt, während eine Saugseitenbeeinflussung durch angetriebene Rotoren oder Strahlklappen bewirkt 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 Schiffstyp-bei etwa 6 bis 3 Knoten Fahrt praktisch verlorengeht.
Mit zunehmender Schiffsgrösse und Schiffsgeschwindigkeit ist eine erhebliche Zunahme der Rudermaschinengrösse zu verzeichnen. Die Momente der Rudermaschinen erreichen heute bereits Grössenordnungen von 12 x 106 Nm... 15 x 106 Nm (zum Vergleich NS."OTTO HAHN"0, 3 x 106 Nm).
Bei mehrteiligen Hochauftriebsrudern bisheriger Konstruktion ist das Ruderdrehmoment noch grösser als
EMI1.1
Strahlklappenruder und stellen ihre hydrodynamischen Verbesserungen bzw. Eigenschaften nicht nur dann zur Verfügung, wenn sie gebraucht werden, sondern auch bei normaler Dienstgeschwindigkeit. Der Einsatz des Hochleistungsruders als solches ist äusserst selten, gemessen an der Einsatzzeit des Ruders überhaupt und beträgt bei Containerschiffen etwa 6 h auf einer Reise von 10 Tagen, meist 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 Hinterschiff 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 Schadensfall ist wegen der grossen Überbalance derartiger Flossenruder keine Umwandlung in ein Einkörper-Ruder möglich, da ein solches selbsttätig in die Ruderhartlage drehen würde.
<Desc/Clms Page number 2>
Zur Verbesserung der Kursstetigkeitseigenschaften eines Schiffes - die vom ökonomischen Gesichtspunkt des Schiffsbetriebes eine dominierende Rolle spielen-trägt ein Hochleistungsruder nichts bei, da die oben genannten Eigenschaften definiert sind für das Verhalten eines Schiffes mit unbetätigtem Ruder.
Es ist ferner eine Schiffsrudereinrichtung mit einem vertikal verlaufenden Ruderblatt und mit auf beiden Seiten des Ruderstevens in Höhe der Schraubenachse angeordneten, in ihrer Längserstreckung horizontal verlaufenden Flossen bekanntgeworden, bei der die Flossen oder Teile der Flossen um eine senkrecht zur Schraubenachse verlaufende horizontale Achse schwenkbar sind.
Mit einer derart ausgebildeten Schiffsrudereinrichtung soll der Antriebswirkungsgrad unabhängig vom Tiefgang und der Bewegung des Wassers gesteigert werden, so dass durch entsprechende Bemessung und Einstellung der Flossen ihre Einwirkung auf den von der Schiffsschraube kommenden und auf sie auftreffenden Wasserstrom stets optimal ist, während bei Stampfschwingungen die Schwenkachse des Schiffes gegen das Heck verstellt werden kann, wodurch eine Dämpfung der Stampfschwingungsamplitude des Hecks gewährleistet wird.
Ferner ist ein Schiffsruder mit einem Ruderblatt bekannt, in dem ein Hilfsruder angeordnet ist, das zur Vergrösserung der Ruderfläche nach rückwärts ausfahrbar ist und in dem ein Antrieb angeordnet ist, um das Hilfsruder zu bewegen. Auf Grund der Ausbildung eines Ruders mit einem ein-und ausfahrbaren Hilfsruder zur Vergrösserung der Ruderfläche soll erreicht werden, dass das Ruder mit einer normalen Rudermaschine betätigt werden kann und trotzdem bei langsamer Fahrt eine ausreichende Steuerwirkung aufweist.
Aufgabe der Erfindung ist es jedoch, ein Ruder mit einer um eine senkrechte Achse verschwenkbaren Flosse für Wasserfahrzeuge zu schaffen, das die Abschaltbarkeit der Ruderflosse ermöglicht, das die somit bei Hochleistungsrudern erforderliche grosse Dimensionierung des genannten Ruders einschiesslich der Anschlussteile ausschliesst, das in ein Einkörper-Ruder jederzeit umwandelbar ist und das eine nachträgliche Umrüstung von einem Normalleistungsruder in ein Hochleistungsruder ohne grossen technischen Aufwand und ohne hohe Kosten ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Ruder für Wasserfahrzeuge gemäss der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen, das erfindungsgemäss in der Weise ausgebildet ist, dass die Antriebs- und Verstelleinrichtung für die Flosse im Ruderblatt oder in der Flosse angeordnet ist.
Ferner sieht die Erfindung vor, dass die Flosse mittels mindestens einer Verriegelungseinrichtung in einer zum Ruderblatt parallelen Stellung fixierbar 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 selbsttätig 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.
Hiedurch erfolgt auch eine nachträgliche Umrüstung des konventionellen Einkörper-Ruders in ein Flossen-Ruder zeitsparend und weniger aufwendig.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist jeder Flossenabschnitt der Flosse mit mindestens einer Verriegelungseinrichtung versehen.
Die Verriegelungseinrichtung besteht aus hydraulisch od. dgl. betätigbaren Bolzen, Sperrklinken, Band- oder Kettenbremsen u. dgl.
Um bei Ausfall der Verriegelungseinrichtung die Ruderflosse selbsttätig arretieren zu können, stehen die Verriegelungsbolzen unter Vorspannung einer Feder.
Auch besteht die Möglichkeit, die Flossenverrriegelungseinrichtung ausserhalb des Ruderblattes und der Flosse an ersterem oder letzterer vorzusehen.
In den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt, u. zw. zeigen Fig. 1 ein Ruder in einem Längsschnitt und Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines zwei Flossenabschnitte aufweisenden Ruders in einem Längsschnitt.
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
Das Ruderblatt --20- trägt eine Flosse --30--, die bei --32, 33-- schwenkbar an das Ruderblatt - 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 betriebenen 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 den Zeichnungen nicht dargestellten und im Schiffskörper angeordneten Steuereinrichtungen in Verbindung.
Ferner weist die Ruderflosse --30-- eine Verriegelungseinrichtung --50 bzw. 50a-- 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 --50 bzw. 50a-- besteht aus vorzugsweise hydraulisch betriebenen Verriegelungsbolzen --51--, Sperrklinken, Band- oder Kettenbremsen od. dgl. Der hiefür 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. Hiefür 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 Verriegelungsstellung 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 --30-- 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 --50 bzw. 50a-- in dem Ruderblatt - vorgesehen sein, so dass dann die Verriegelungsbolzen der Verriegelungseinrichtung --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 --60-- aufzeigt, kann die Ruderflosse-30-- auch aus zwei Abschnitten --30a, 30b-- 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 --50, 50a-- in Fig. 2 angedeutet.
Dadurch, dass die Antriebs- und Verstelleinrichtung --40-- sowie die Verrriegelungseinrichtung --50 bzw. 50a-- in der Ruderflosse --30-- untergebracht sind, ist die Möglichkeit gegeben, jedes Ruder in ein
<Desc/Clms Page number 4>
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 den Zeichnungen 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 :
1. Ruder für Wasserfahrzeuge, mit einem mit einer Rudermaschine in Verbindung stehenden Ruderblatt und einer mit diesem um eine vertikale Achse verschwenkbar verbundenen Flosse, wobei zum Verschwenken der Flosse eine unabhängige Antriebs- und Verstelleinrichtung vorgesehen ist, da- durch gekennzeichnet, dass die Antriebs- und Verstelleinrichtung (40) für die Flosse im Ruderblatt (20) oder in der Flosse (30) angeordnet ist.