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Die Erfindung betrifft ein Ruder für Wasserfahrzeuge und schwimmendes Gerät mit einem Hauptruder und einer an diesem schwenkbar befestigten und unabhängig von diesem verschwenkbaren Flosse.
Ruder sind in der Regel am Heck einfach oder mehrfach angebrachte Verdrängungskörper, die mit oder ohne Propellerbeaufschlagung eine zum Steuern des Schiffes benötigte Ruderkraft erzeugen, wenn sie auf einen Ruderwinkel eingestellt werden. Es sind jedoch auch im Vorschiffsbereich und z. B. in Bohrinselbeinen oder an den Schwimmkörpern von Halbtauchern angeordnete Steuerorgane dem Begriff "Ruder" zuzuordnen.
Wasserfahrzeuge und schwimmendes Gerät sind stationär positionierte oder fahrende Verdrängungskörper und Strukturen, Offshore-Plattformen und Bohrinseln. Auch geschleppte Fahrzeuge, wie z. B. Transportpontons oder Leichter und Schwimmdocks, zählen zu den Wasserfahrzeugen und zu den schwimmenden Geräten.
Es ist bekannt, dass etwa 2/3 der Ruderwirkung an der Saugseite und etwa 1/3 der Ruderwirkung an der Druckseite erzeugt werden. Je nach Seitenverhältnis des Ruders und der Anordnung im oder ausserhalb des Propellerstrahls tritt eine Saugseitenablösung bei 15 bis 35 Ruderwinkel ein. Als Abhilfe wurden in der Luftfahrt Vorflügel eingeführt, im Schiffbau - wo das Ruder nach beiden Seiten arbeiten muss-haben sich angetriebene und daher auch abschaltbare Rotoren bewährt, die entweder in der Rudervorderkante oder innerhalb von Knicken mehrteiliger Ruder untergebracht sind. Die Antriebsleistung derartiger Rotoren ist verglichen mit dem erzielbaren Effekt sehr klein. Der Druckseiteneffekt eines Schiffsruders kann durch Flossen verbessert werden, die an der Hinterkante des Ruders zwangsgesteuert oder von innen angetrieben und daher abschaltbar angeordnet sind.
Zur Trennung von Ruderbiegemoment und Ruderschaftmoment sind Leitkopfruder und Halbschweberuder bekannt. Eine bekannte Ruderlagerung besteht aus einer Hohlwelle, die das Biegemoment aufnimmt, und aus einer konzentrisch darin verlaufenden Vollwelle, die das Ruderdrehmoment überträgt.
Dem Schiffsruder steht im allgemeinen nur eine begrenzte Lateralfläche zur Verfügung. Oben ist es durch die Gillungslinie und unten durch einen Mindestabstand zur Basis hin der Höhe nach beschränkt. Einer Verlängerung stehen die Hinterkante des Schiffes und Minimalfreischläge zum Propeller entgegen, sowie der nachteilige, hydrodynamische Einfluss langer Ruder auf den Gradienten der Ruderkraft als Funktion des Ruderwinkels. Die Vergrösserung der Lateralfläche allein ist also nicht immer ein geeigneter und gangbarer Weg zur Erhöhung der Ruderkräfte. Ausserdem würden dabei die Anhängewiderstände, das Stahlgewicht und die Rudermomente erheblich grösser. Die Propulsionseigenschaften verschlechtern sich wegen der damit zwangsläufig anwachsenden Profildicken.
So ist ein Ruder mit an einem Ruderschaft befestigten Ruderblatt und mit einer mittels einer Antriebseinrichtung verstellbaren Flosse für Wasserfahrzeuge bekannt, wobei die Antriebs- und Verstelleinrichtung für die Flosse in dem Ruderblatt oder in der Flosse angeordnet und mit im Schiffskörper vorgesehenen Steuereinrichtungen über Versorgungsleitungen verbunden ist, während die einendig in den Schiffskörper und mit ihrem andern Ende in das Ruderblatt und/oder die Flosse geführte Versorgungsleitung im Bereich zwischen dem Ruderblatt und/oder der Flosse und dem Schiffskörper in Form einer Spirale mit mindestens einer Windung um den Ruderschaft angeordnet ist.
Bei diesem bekannten Ruder für Wasserfahrzeuge ist das Ruderblatt mit einer unabhängig von diesem verschwenkbaren Flosse versehen, die mittels im Ruderblatt oder in der Flosse angeordneter Verriegelungseinrichtungen feststellbar ist (DE-GM 7719494).
Bei einer Einrichtung zur Lagerung für Ruder von Schiffen, insbesondere Steuerruder, welche einen mit diesem verbundenen Bauteil und zwei dem Ruder bzw. dem Bauteil zugeordnete, relativ zueinander drehbare Verbindungsteile umfasst, sind diese eine Welle bzw. ein Wellenzapfen und andere ein geteiltes Lager, durch welches sich die Welle bzw. der Wellenzapfen erstreckt und von dem wenigstens eine Hälfte abnehmbar ist. Als Ruder ist bei dieser bekannten Lagerungseinrichtung ein Rotor-Ruder vorgesehen (DD-PS Nr. 103614).
Es ist ferner eine Flosse, insbesondere als Schiffsruder, Stabilisierungsflosse od. dgl., bekannt, deren Querschnitt die Form eines stromlinienförmigen Profils hat, dessen Profilnase von einem für sich rotierenden zylindrischen Körper gebildet wird, wobei das Profil um die Achse des
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ist, wobei die Rotoroberfläche an der Saugseite in Richtung der Anströmung bewegbar ist.
Der Vorteil eines derart ausgebildeten Ruders besteht darin, dass das Ruder mit von innen angetriebenen und abschaltbaren Elementen versehen ist. Diese zusätzlich aktivierten Elemente bestehen aus Rotoren zur Saugseitenbeeinflussung und aus Flossen zur Erhöhung der Druckseitenwirkung. Ein derartiges Hochleistungsruder verlangt keine besonderen Verstärkungen der Anschlussteile des Ruders und im Schiff, da es bei Dienstgeschwindigkeit als konventionelles Einkörperruder betreibbar ist. Bei Kursfahrt kann sogar nur mit der Flosse gesteuert werden, wobei, wenn das Hauptruder arretiert ist, dieses als zusätzliches Totholz wirkt und somit die Kursstetigkeit wesentlich erhöht werden kann. Erst bei niedrigeren Schiffsgeschwindigkeiten, wenn die Ruderwirkung bekanntlich stark abnimmt, werden Rotor und Flosse aktiviert, so dass die volle Wirkung des Hochleistungsruders ausgenutzt wird.
Bei blockiertem Hauptruder kann die angetriebene Flosse als Notruder eingesetzt werden. Liegt das blockierte Hauptruder nicht in der Mitschiffsposition, kann die dadurch entstehende unerwünschte Ruderwirkung durch umgekehrten Rotordrehsinn zumindest teilweise aufgehoben werden, um das Steuern mit der Flosse zu erleichtern. Ein übergrosser Ruderwinkel von mehr als 350 erweist sich ausserdem als besonders vorteilhaft.
Dieses Ruder stellt somit gegenüber den bisher bekannten Ruderanordnungen eine wesentliche Verbesserung dar, denn es trägt dazu bei, Gefahrensituationen zu beherrschen und verheerende
Folgeschäden von Schiffskatastrophen zu vermeiden, die zum Teil auf mangelnde Ruderwirkung oder
Ruderausfälle zurückzuführen sind.
Die Erfindung sieht ferner ein als Halbschweberuder ausgebildetes Ruder vor, bei dem der
Rotor im beweglichen unteren Teil der Rudervorderkante angeordnet ist.
In den Zeichnungen ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise dargestellt, u. zw. zeigt
Fig. 1 ein aus einem Hauptruder mit einer Flosse und einem vorgeschalteten Rotor bestehendes Ruder in einem horizontalen Schnitt, Fig. 2 ein aus einem Hauptruder mit einer angelenkten Flosse und mit einem vorgeschalteten Leitpfosten, zwischen dem und dem Hauptruder ein Rotor angeordnet ist, bestehendes Ruder in einem horizontalen Schnitt, Fig. 3 ein aus einem Leitpfosten, einem Hauptruder und einer Flosse bestehendes Ruder, bei dem zwischen dem Leitpfosten und dem Hauptruder sowie - zwischen diesem und der Flosse je ein Rotor angeordnet ist, in einem horizontalen Schnitt, Fig. 4 ein aus einem Hauptruder bestehendes Ruder mit angelenkter Flosse und mit einem zwischen dem
Hauptruder und der Flosse angeordneten Rotor in einem horizontalen Schnitt, Fig.
5 ein Flossen-
Schweberuder mit an seiner Vorderkante angeordnetem Rotor in einer Seitenansicht und Fig. 6 ein
Flossen-Halbschweberuder mit einem vorderkantig angeordneten Rotor in einer Seitenansicht.
Die in Fig. 1 und 4 dargestellten teilbalancierten Ruder können als Spatenruder oder als
Halbschweberuder ausgeführt sein (Fig. 5 und 6). Die Lateralfläche des Ruders kann rechteckig bei konstantem dargestelltem Profil sein ; sie kann jedoch auch schiefwinkelig ausgebildet sein, wobei sich das Profil entsprechend der Änderung der Länge nach im allgemeinen auch in der Dicke än- dert. Auch eine Abrundung der Hinterkante der Höhe nach ist möglich.
In den Fig. 1 bis 4 ist die Anströmrichtung in bezug zum Ruder durch Pfeile X angedeutet.
Die Fig. 2 und 3 zeigen unbalancierte Ruder, die an einen festen Bauteil angeschlossen sind.
Sind diese Bauteile freistehend und-wie dargestellt-profiliert ausgebildet, so handelt es sich um sogenannte, an sich bekannte, Leitkopfruder. Ist der Bauteil der Hintersteven eines Schiffes oder eine feste Struktur einer Bohrinsel, einer Plattform oder eines schwimmenden Gerätes oder seines Auslegers, so handelt es sich um ein sogenanntes Skegruder. Auch diese Ruder können bezüg- lich der Lateralfläche rechteckig oder schiefwinkelig gestaltet oder an der Hinterkante der Höhe nach abgerundet sein.
Wie die in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsformen des mit --10-- bezeichneten Ruders zeigen, besteht dieses aus einem Hauptruder, an dem eine von innen angetriebene und abschaltbare
Flosse angeschlossen ist.
In Fig. 1 ist das Hauptruder des Ruders --10-- mit --11-- und die Flosse mit --12-- bezeich- net. Zur Verbesserung der Saugseitenströmung bei teilbalancierten Rudern entsprechend Fig. 1 ist ein angetriebener, an sich bekannter, Rotor --15-- in der Vorderkante des Hauptruders --11-- vorgesehen (Fig. 5). Handelt es sich bei dieser Ausführungsform jedoch um ein Halbschweberuder (Fig. 6), so ist der Rotor bei einer derartigen Ausführungsform nur im beweglichen unteren Teil der Vorderkante des Hauptruders angeordnet.
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Zur Verbesserung der Strömungsumlenkung bei den Ausführungsformen entsprechend den Fig. 3 und 4 ist zwischen dem Hauptruder --31 bzw. 41-- und seiner Flosse --32 bzw. 42-- ein von innen angetriebener und abschaltbarer Rotor --33 bzw. 43-- vorgesehen. Dieser Rotor läuft in dem in den Zeichnungen angedeuteten Drehsinn um, wenn das Ruder, wie dargestellt, zur Strömungsrichtung angestellt ist. Bei entgegengesetzter Anstellung ändert sich entsprechend auch der Rotor-Drehsinn.
Entsprechend den Ausführungsformen gemäss den Fig. 2 und 3 kann dem Hauptruder --21 bzw.
31-- ein Leitkopf bzw. fester Bauteil --24 bzw. 34-- vorgeschaltet sein. Zwischen dem Hauptruder --21 bzw. 31-- und dem Leitkopf bzw. festen Bauteil --24 bzw. 34-- ist dann ein Rotor --25 bzw. 35-- angeordnet, dessen Drehsinn in Abhängigkeit von der Anstellung des Ruders zur Anströmrichtung sinngemäss wie bei den vorangehend beschriebenen hinteren Rotoren --33 bzw. 43-- gewählt ist. An der Saugseite muss sich die Rotoroberfläche in Richtung der Anströmung bewegen.
Sowohl die Rotoren als auch die Flossen sind mittels an sich bekannter Einrichtungen antreib- und abschaltbar. Die hiefür erforderlichen Einrichtungen können sowohl im Innenraum des Hauptruders als auch im Innenraum der Flosse als auch innerhalb des Rotors angeordnet sein. Flossenwinkel, Flossenlänge und Rotordrehzahl sind nach hydrodynamischen Gesichtspunkten dem jeweiligen Einsatzzweck angepasst. Die selbsttätige Regelung sämtlicher Ruderelemente ist vorgesehen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Ruder für Wasserfahrzeuge und schwimmendes Gerät mit einem Hauptruder und einer an diesem schwenkbar befestigten und unabhängig von diesem verschwenkbaren Flosse, dadurch gekennzeichnet, dass in an sich bekannter Weise mindestens ein als Rotor (15 ; 25 ; 33, 35 ; 43) ausgebildeter, drehbar angetriebener zylindrischer Körper vorgesehen ist, dass an der Vorderkante des Haupt-
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dem Hauptruder (21,31) und einem diesem in an sich bekannter Weise vorgeschalteten festen Bauwerk, wie Leitkopf (24,34), jeweils ein Rotor (12 ; 25 ; 33, 35 ; 43) angeordnet ist, der in Abhängigkeit von der Anstellung des Hauptruders (11 ; 21 ; 31 ;
41) zur Anströmrichtung in seinem Drehsinn steuerbar ist, wobei die Rotoroberfläche an der Saugseite in Richtung der Anströmung bewegbar ist.