AT391115B

AT391115B - Steuerruderanlage fuer ein schiff, insbesondere fuer ein motorboot

Info

Publication number: AT391115B
Application number: AT268586A
Authority: AT
Original assignee: Waldhauser Kurt
Priority date: 1986-10-09
Filing date: 1986-10-09
Publication date: 1990-08-27
Also published as: ATA268586A

Description

Nr. 391 115

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerruderanlage für ein durch einen Propeller, vorzugsweise einen Oberflächenpropeller, angetriebenes Schiff, insbesondere für ein Motorboot, mit einem mittels einer stehenden, am Schiffskörper gelagerten Achse verdrehbaren Ruder, das von einem den Propeller zumindest teilweise umgebenden Tunnel gebildet ist, welcher mit seiner Innenwand die tangentiale Wasserströmung in Axialrichtung umlenkt.

Bekanntlich gibt der Propeller eines Schiffsantriebes eine das Schiff vorwärtsbewegende Kraft in Axialrichtung ab, also in Fahrtrichtung des Schiffes. Es entsteht jedoch auch eine relativ große radiale Kraftwirkung auf das Wasser, schon bei einer normalen Propelleranlage, bei welcher der Propeller gegenüber der Motordrehzahl mehrfach untersetzt läuft, vor allem aber bei einem Oberflächenpropeller, dessen Drehzahl der Motordrehzahl gleich oder ähnlich ist. Es entsteht eine relativ große radiale Kraftwirkung der im unteren Halbkreis der Bewegung eintauchenden Propellerblätter, welche Kraft nutzlos ist und lediglich das Wasser in Bewegung setzt, ohne für die Schiffsfortbewegung beizutragen. Dazu kommt, daß ein Oberflächenpropeller einen verhältnismäßig starken unerwünschten Seitenschub erzeugt, der die Steuerung des Schiffes erschwert. Bei Rennbooten werden daher Oberflächenpropeller stets in doppelter Ausführung mit gegenläufigen Drehrichtungen angeordnet.

Es wurde daher bereits vorgeschlagen, den Propeller durch ein tunnelartig ausgebildetes Hauptseitenruder zu umgeben, um die vom Propeller radial abgeschleuderten Wassermassen in eine axiale Richtung, also in Richtung der Schiffslängsachse, umzulenken und dadurch für die Fortbewegung des Schiffes nutzbar zu machen. Dieser Effekt kann noch durch an der Innenwand des tunnelartigen Ruders angeordnete Prallflächen gesteigert werden, welche auch die tangentiale Komponente der sich in einer Schraubenlinie bewegenden Wassermenge nutzbringend auswerten. Es hat sich aber gezeigt, daß die bekannten Konstruktionen in ihren Fahrteigenschaften nicht völlig befriedigen. Vor allem bei überkavitativ betriebenen Propelleranlagen traten die erwarteten Vorteile nicht oder in nur sehr geringem Maße auf.

Untersuchungen haben gezeigt, daß die erwähnten Umlenkungen der vom Propeller abgeschleuderten Wassermassen davon abhängig sind, in welcher Fahrlage sich das Schiff befindet. Diese Fahrlage ist nicht immer gleich, verursacht durch unterschiedliche Beladung des Schiffes (z. B. bei Motorbooten unterschiedliche Tankinhalte, Zuladung, Personenzahl etc.) oder durch unterschiedliche Fahrtgeschwindigkeit. Insbesondere bei mit überkavitativen Propelleranlagen angetriebenen Rennbooten hebt sich bei hoher Fahrtgeschwindigkeit der Bug viel stärker aus dem Wasser als das Heck, so daß das Boot eine schräge Fahrlage gegenüber der Wasseroberfläche einnimmt. Die geringsten Fahrwiderstände bzw. größten Geschwindigkeiten können nur bei einer ganz bestimmten Schräge erreicht werden, die weitgehend von den Seegangsverhältnissen äbhängt.

Die Erfindung setzt sich zur Aufgabe, diese Nachteile zu vermeiden und eine Steuerruderanlage der eingangs geschilderten Art so zu verbessern, daß bei allen Betriebszuständen ein optimales Ergebnis erreicht wird, so daß den zuvor erwähnten wechselnden Gegebenheiten Rechnung getragen wird. Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß der das Ruder bildende Tunnel zusätzlich zu seiner Verdrehbarkeit um die stehende Achse um eine in Längsrichtung des Schiffes und vorzugsweise auch um eine quer zu dieser verlaufende horizontale Achse neigbar gelagert ist. Durch diese Neigbarkeit des Tunnels wird der Einfluß, welcher durch die Umlenkung des vom Propeller verursachten Wasserstrahles, z. B. durch die Prallflächen, auf die Fahrlage des Schiffes ausgeübt wird, kompensiert, so daß das Schiff auf die günstigsten Fahrteigenschaften getrimmt werden kann. Es ist ohne weiteres möglich, die einmal gewählte Einstellung des Tunnels während der Fahrt zu ändern, z. B. um sich an unterschiedliche Beladungen (verbrauchtes Treibstoffgewicht) des Schiffes bzw. an unterschiedliche Seegangsverhältnisse anzupassen. Die Neigung des Tunnels quer zur Längsrichtung des Schiffes ermöglicht eine genaue Justierung der Tunnellage in bezug auf die wirksame Mitte des Propellers, was zur Laufruhe beiträgt

Aus der DE-PS 32 622 und aus der AT-PS 34 232 ist es bekannt, die Schiffsschraube mit einem Zylinder zu umgeben, welcher fest mit dem Schiffskörper verbunden ist. Da hiebei keinerlei Einstellmöglichkeit besteht, können mit solchen starren Konstruktionen die durch die Erfindung erzielten Vorteile nicht erreicht werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Anordnung so getroffen, daß die durch ein Rohr gebildete stehende Drehachse des Ruders mittels eines sphärischen Lagerkörpers allseitig pendelnd schwenkbar am Schiffskörper gelagert ist Dies ergibt eine einfache Einstellung der jeweils günstigsten Ruderlage bei geringem Aufwand. Hiebei ist es erfindungsgemäß zweckmäßig, wenn der sphärische Lagerkörper zwischen zwei übereinander angeordneten Gleitlagerringen angeordnet ist, die unter Zwischenschaltung elastischer Beilagen, z. B. O-Ringen, gegeneinander gedrückt gehalten sind. Diese elastischen Beilagen dämpfen Geräusche und Vibrationen, so daß die vom Propellerwasser auf das Tunnelruder ausgeübten Erschütterungen nicht auf den Bootskörper übertragen werden.

Der Tunnel kann eine geschlossene Querschnittsform haben, z. B. mit Kreisform, Rechtsecksform, Quadratform oder Trapezform. Tunnel mit Vieleckquerschnitt sind bekannt (US-PS 3 605 672), wobei die Seiten des Vieleckes gerade verlaufen. Günstiger ist es jedoch im Rahmen der Erfindung, wenn der Tunnel in an sich bekannterWeise einen Vieleckquerschnitt, vorzugsweise einen Viereckquerschnitt, aufweist, wobei die Wände des Tunnels nach außen gewölbt sind. Als besonders günstig hat sich im Rahmen der Erfindung eine Konstruktion erwiesen, bei welcher der den Propeller umgebende Tunnel in seiner Bodenwand unterhalb des Propellers einen in Fahrtrichtung verlaufenden Spalt aufweist, der vorzugsweise von zwei einander gegenüberliegenden, im Querschnitt spitz zulaufenden Rändern begrenzt ist. Hiedurch ergibt sich insbesondere im -2-

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Oberflächenpropellerbetrieb eine besonders günstige Wirkungsweise, da die beiden unteren, den Spalt berandeten Tunnelwandteile stets, also auch bei durch hohe Fahrtgeschwindigkeit teilweise aus dem Wasser gehobenem Schiff als Trimmerklappe für die Aufwärts- bzw. Abwärtsbewegung des Ruders und damit des Schiffshecks dienen, wogegen der obere Tunnelwandabschnitt bei sich aus dem Wasser hebendem Schiff lediglich die Gischt führt

Weitere Kennzeichen und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen des Erfindungsgegenstandes, welche in der Zeichnung schematisch dargestellt sind. Fig. 1 zeigt einen in Längsrichtung des Schiffes geführten Vertikalschnitt durch die Steuerruderanlage. Fig. 2 zeigt in kleinerem Maßstab eine Ansicht des Tunnelruders in Richtung des Pfeiles (II) der Fig. 1. Fig. 3 ist eine Ausführungsvariante zu Fig. 2. Fig. 4 ist eine Ansicht in Pichtung des Pfeiles (IV) der Fig. 2.

Am Heck des Schiffes ist ein zur Fortbewegung des Schiffes dienender Propeller (1) angeordnet, der vorzugsweise als Oberflächenpropeller ausgebildet ist, also mit einer relativ zur Motordrehzahl nicht untersetzten Drehzahl überkavitativ betrieben wird. Dieser Propeller (I) kann verstellbare Propellerblätter (5) haben, die um ihre von der Antriebswelle bzw. vom Stevenrohr (2) radial abstehenden Achsen schwenkbar sind. Der Propeller (1) ist von einem Tunnel (3) umschlossen, welcher zugleich das Hauptruder (4) bildet. Der Tunnel (3) umschließt den Propeller (1) allseitig (Fig. 2) oder läßt nur unten einen in Fahrtrichtung und unterhalb des Propellers liegenden Spalt (6) frei (Fig. 3). An der Innenwand (7) des im Querschnitt kreisringförmigen Tunnels (3) (Fig. 2) befinden sich Prallflächen, die von radial nach innen abstehenden, in Achsrichtung des Tunnels (3) verlaufenden Rippen (8) gebildet sind. Diese Rippen (8) lenken das vom Propeller (1) in Radialrichtung bzw. in Umfangsrichtung abgeschleuderte Wasser bzw. (im Oberflächenbetrieb) Wasser-Luft-Gemisch in Richtung der Achse des Tunnels (3) um, so daß die radiale Bewegungskomponente des Wassers in eine in Fahrtrichtung liegende Bewegungskomponente umgeformt wird. Außerdem ergibt sich eine Bündelung des vom Propeller abgeschleuderten Wassers und eine Dämpfung dessen Dralles. Solche Prallflächen in Form von Längsrippen (8) können auch bei der Ausführungsform nach Fig. 3 vorhanden sein, jedoch bildet dort schon der im wesentlichen viereckige Grundquerschnitt des Tunnels (3) mit seinen korbbogenartig nach außen gewölbten Seitenwänden (9) Prallflächen im obigen Sinn, welche einer tangentialen Umlaufbewegung des Wassers entgegenwirken. Der Spalt (6) in der Bodenwand (14) des Tunnels (3) stört hiebei nicht, vielmehr bilden die beiden diesen Spalt begrenzenden, einander zugewendeten, im Querschnitt spitz zulaufenden Ränder (10) im Oberflächenbetrieb des Propellers (1) Trimmklappen.

Der Querschnitt der Wände des Tunnels (3) ist den Strömungslinien angepaßt, so daß der Strömungswiderstand herabgesetzt wird. Der den Propeller (1) umgebende Tunnel (3) bildet nach Art eines Gehäuses einen Schutz für den Propeller (1) gegen Berührung, z. B. mit Treibgut, Ankerketten in Häfen usw. Der Tunnel (3) verjüngt sich in der Seitenansicht nach unten, einerseits um benetzte Fläche einzusparen, anderseits um bei eventueller Kollision mit Treibgut dieses nach unten hin abzuweisen. Zweckmäßig verläuft hiezu die Hinterkante (11) des Tunnels (3) schräg nach vorne geneigt, vorzugsweise etwas bogenförmig, wogegen die Vorderkante (12) im Bereich bis etwa auf die Höhe des Stevenrohres (2) vertikal verläuft und ab dort schräg nach hinten gerichtet ist. Dadurch ergibt sich - in Achsrichtung des Tunnels (3) gesehen - eine ungleichmäßige Länge der Deckwand und Bodenwand (14). Hiebei ist es zweckmäßig, die langen Tunnelwände insbesondere die Deckwand des Tunnels (3), mit einem Hohlraum (13) versehen, wogegen die - in Tunnelachsrichtung gemessen - nur verhältnismäßig kurze Bodenwand (14) voll sein kann. Das Ruder (4) ist an einer stehenden, von einem Rohr (15) gebildeten Achse befestigt, die im Schiffskörper (17), insbesondere in dessen Boden (18), drehbar und allseits verschwenkbar gelagert ist, um das Ruder (4) als Trimmruder auszubilden, mit welchem ein direkter Einfluß auf die Fahrlage des Schiffes ausgeübt werden kann und der vom Propeller (1) abgeschleuderte Wasserstrahl mehr oder weniger nach oben bzw. unten bzw. seitlich abgelenkt werden kann. Hiezu sitzt auf der durch das Rohr (15) gebildeten Ruderachse unverschiebbar ein mit einer sphärischen Oberfläche versehener Lagerkörper (19), der zwischen zwei übereinander angeordneten Gleitlagerringen (20) angeordnet ist, so daß sich eine pendelnde Aufhängung des Rohres (15) mit Ausschlagmöglichkeit nach allen Richtungen ergibt. Die Gleitlagerringe (20) sind unter Zwischenschaltung von O-Ringen (21), welche elastische Beilagen bilden, geräusch- und vibrationsdämpfend in einem vorlaminierten Lagergehäuse (22) gelagert, wobei der obere O-Ring (21) an einer Absetzung (23) des Lagergehäuses (22) anliegt und der untere O-Ring (21) durch einen an das Lagergehäuse (22) anschraubbaren Abschlußring (24) gehalten ist. Dadurch werden die Gleitlagerringe (20) gegeneinander verspannt gehalten, wobei aber die vom Propeller (1) hervorgerufenen Geräusche und Vibrationen nicht auf den Schiffskörper (17) übertragen werden. Das vorlaminierte Lagergehäuse (22) wird beim Bau des Schiffskörpers (17) in die Negativform auf seine Markierungen eingelegt und beim Laminieren des Schiffskörpers (17) aus glasfaserverstärkten Kunststofflaminaten, durch einige Lagen verstärkt, mit einlaminiert. Um dies zu erleichtern, ist das Lagergehäuse (22) mit Anschlußflanschen (25) versehen, deren Enden verlaufend ausgebildet sind.

Das so pendelnd aufgehängte Ruder (4) wird in Längsrichtung des Schiffes durch einen hydraulisch betätigbaren doppelt-wirkenden Zylinder (26) auf die gewünschte Trimmstellung gebracht. Hiezu ist die Kolbenstange (27) des Zylinders (26) längsverstellbar und mit einem Kugelgelenk (28) mit einer Stange (29) verbunden, die unter Zwischenschaltung eines Dämpfungselementes (30), z. B, aus Gummi, mit dem Rohr (15) verbunden ist. Mittels des Zylinders (26) läßt sich die Achse des Rohres (15) um den Mittelpunkt der -3-

Claims

Nr. 391115 sphärischen Fläche des Lagerkörpers (19) in die strichpunktiert dargestellten Schwenkverstellungen bringen. Die Querlage des Ruders (4) wird mittels einer längenverstellbaren, mittels Kugelgelenken (36,37) mit der Stange (29) und mit dem Schiffskörper (17) verbundenen Querstange (31) (Fig. 2) eingestellt, mit der eine genaue Justierung des Tunnels (3) auf die Mitte des Propellers (1) möglich ist Dadurch ist es möglich, auch bei einer kreisringförmigen Ausbildung des Ruders (4) (Fig. 2), den kleinsten Abstand (d) nur um weniges größer zu halten als der größte Propellerdurchmesser (D), selbstverständlich unter Berücksichtigung der Verschwenkungen, welche die Achse des Tunnels (3) in bezug auf die Propellerachse vollführt. Bei der Anordnung nach Fig. 3 (viereckiger Grundquerschnitt des Tunnels (3)) ist diese Ausrichtung weniger kritisch, da die als Prallflächen wirkenden Längsrippen (8) leicht in den Ecken des Querschnittes des Tunnels (3) untergebracht werden können, ohne mit dem Propeller zu kollidieren. Die Verschwenkung der Ruderachse (15) um ihre Achse zur Durchführung der für die Fahrtrichtungsänderung nötigen Steuerbewegungen erfolgt in an sich bekannter Weise mittels einer am Rohr (15) befestigten Ruderpinne (32), die manuell oder mittels eines Antriebes, z. B. mittels eines hydraulischen Zylinders, verstellt werden kann. Der Strömungsrichttunnel (3) bildet mit seinem großflächigen oberen Bereich eine gute Schallreflexions- und Prall wand, so daß auch bei Hartruderlage kein Spritzwasser vom Propeller nutzlos abgeschleudert wird. Die pendelnde Aufhängung des Tunnels (3) gewährleistet, daß der Tunnel (3) bei Auflaufen auf ein Hindernis nachgeben und dabei kinetische Energie vernichten kann. Hiebei ist von Vorteil, daß die kugelige Aufhängung des Ruders (4) dessen allseitige Verschwenkung ermöglicht und die elastischen O-Ringe (21) Stöße gut abpuffem können. Außerdem wird Energie dadurch verzehrt, daß eine Verschwenkung der Ruderachse (15) über die Kolbenstange (27) auf den Kolben des Zylinders (26) übertragen wird, wodurch sich eine Dämpfung ergibt. Hiebei kann ein besonderer Auflaufschutz dadurch erzielt werden, daß dieser mittels eines Kugelgelenkes (35) schwenkbar am Schiffskörper (17) angelenkte Zylinder (26) mit einer zusätzlichen Verbindungsleitung (33) versehen ist, welche die zu beiden Seiten seines Kolbens liegenden Arbeitsräume miteinander verbindet und in der ein einstellbares Überdruckventil (34) sitzt Diese einen Bypass bildende Verbindungsleitung (33) sichert, daß erst bei einem einstellbaren hohen Druck das Hydrauliköl von einer Zylinderseite zur anderen Zylinderseite energieverzehrend überströmen kann, wodurch die komplette Trimmruderanlage über den normalerweise vorgesehenen Verstellbereich hinaus verschwenkt werden kann. Eine Begrenzung dieser Verschwenkbewegung ergibt sich durch Anschlag des Rohres (15) an den Gleitlagerringen (20). Hiebei wird zwar die zuvor eingestellte Schiffstrimmung verstellt, jedoch ein hohes Maß an Schwungenergie des Schiffes zerstörungsfrei abgebaut, was zur Betriebssicherheit wesentlich beiträgt. Die Kugelgelenke (19, 35) und (37) ergeben eine Dreipunktaufhängung für das Hauptruder (4), welches damit die nötige Bewegungsmöglichkeit zur einwandfreien Trimmung des Schiffes erhält Wie Fig. 3 zeigt, ist es besonders günstig, den Strömungsrichttunnel (3) durch korbbogenartig nach außen gekrümmte Wände zu bilden, da sich diese Ausführungsform einerseits als besonders wirksam, anderseits als besonders geräuschdämpfend herausgestellt hat PATENTANSPRÜCHE 1. Steuerruderanlage für ein durch einen Propeller, vorzugsweise einen Oberflächenpropeller, angetriebenes Schiff, insbesondere für ein Motorboot, mit einem mittels einer stehenden, am Schiffskörper gelagerten Achse verdrehbaren Ruder, das von einem den Propeller zumindest teilweise umgebenden Tunnel gebildet ist, welcher mit seiner Innenwand die tangentiale Wasserströmung in Axialrichtung umlenkt, dadurch gekennzeichnet, daß der das Ruder (4) bildende Tunnel (3) zusätzlich zu seiner Verdrehbarkeit um die stehende Achse (15) um eine in Längsrichtung des Schiffes und vorzugsweise auch um eine quer zu dieser verlaufende horizontale Achse neigbar gelagert ist.
2. Steuerruderanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch ein Rohr (15) gebildete stehende Drehachse des Ruders (4) mittels eines sphärischen Lagerkörpers (19) allseitig pendelnd schwenkbar am Schiffskörper (17) gelagert ist
3. Steuerruderanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der sphärische Lagerkörper (19) zwischen zwei übereinander angeordneten Gleitlagerringen (20) angeordnet ist, die unter Zwischenschaltung elastischer Beilagen, z. B. O-Ringen (21), gegeneinander gedrückt gehalten sind. -4- Nr. 391 115
4. Steuerruderanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Beilagen (21) in einem vorlaminierten Lagergehäuse (22) gehalten sind, welches Anschlußflansche (25) zur Verbindung durch Laminieren mit dem Schiffswandungslaminat des Schiffskörpers (17) aufweist.
5. Steuerruderanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Neigung der stehenden Drehachse (15) des Ruders (4) in Längsrichtung des Schiffes ein doppeltwirkender hydraulischer Zylinder (26) vorgesehen ist, dessen zu beiden Seiten des Kolbens befindliche Arbeitsräume miteinander durch eine Verbindungsleitung (33) verbunden sind, in der ein, vorzugsweise einstellbares, Überdruckventil (34) liegt
6. Steuerruderanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (27) des Zylinders (26) mit einer Stange (29), vorzugsweise über ein Kugelgelenk (28), verbunden ist, die in ein Dämpfungselement (30) eingesetzt ist das in dem die stehende Drehachse des Ruders (4) bildenden Rohr (15) sitzt.
7. Steuerruderanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Neigung des Rohres (15) quer zur Längsrichtung des Schiffes eine längenverstellbare horizontale Querstange (31) vorgesehen ist, die mit ihrem einen Ende an dem Rohr (15) und mit ihrem anderen Ende am Schiffskörper (17), vorzugsweise jeweils mittels eines Kugelgelenkes (36) bzw. (37), angelenkt ist
8. Steuerruderanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Tunnel (3) in an sich bekannter Weise einen Vieleckquerschnitt, vorzugsweise einen Viereckquerschnitt, aufweist und daß die Wände des Tunnels (3) nach außen gewölbt sind.
9. Steuerruderanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der den Propeller (1) umgebende Tunnel (3) in seiner Bodenwand unterhalb des Propellers (5) einen in Fahrtrichtung verlaufenden Spalt (6) aufweist, der vorzugsweise von zwei einander gegenüberliegenden, im Querschnitt spitz zulaufenden Rändern (10) begrenzt ist (Fig. 3).
10. Steuerruderanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Tunnel (3) in Seitenansicht nach unten verjüngt, wobei die Hinterkante (11) gegenüber der zur Vertikalen schräg und die Vorderkante (12) von oben zunächst vertikal, dann schräg nach hinten geneigt verläuft Hiezu 2 Blatt Zeichnungen