Schiffssteuerruder Die Erfindung bezieht sich auf ein Schiffssteuerru der, bestehend aus mehreren Ruderteilen, d. h. einem - im Querschnitt gesehen - zwischen den Enden dreh bar gelagerten Hauptruder und einer an dem Haupt ruder aasgelenkten und steuerbaren Flosse.
Bei den Ruderanlagen ist man bestrebt, bei Extrem lage der Ruder den Vorschub so weit aufzuheben und in Querkraft umzuwandeln, dass die Durchmesser der Drehkreise zufriedenstellend sind. Bei grossen Ruder ausschlägen ergibt sich weniger eine Umwandlung des Schubes in Querkraft als eine Vernichtung desselben durch Abbremsen. Hierbei versucht man bei Mehr flächenanlagen, durch eine bestimmte Stellung der ein zelnen Flächen zueinander, die Ablenkung der Strömung zu verbessern. Es bleibt jedoch das Verhältnis von Querkraft zu Schub gering. Man hat schon vorgeschla gen, bei einer verhältnismässig kleinen Anstellung des Ruders zur Strömung den Vorschub wesentlich für die Querkraft dadurch auszunutzen, dass das Hauptruder mit einer aasgelenkten steuerbaren Flosse versehen wird.
Bei einem Ausschlag des Hauptruders um einen be stimmten Winkel soll die Flosse um den doppelten Be trag des Winkels zur Schiffslängsebene gerechnet ver stellt werden, um die Strömung umlenken zu können. Ein einigermassen günstiges Ergebnis bei der Ausbil dung des Flossenruders lässt sich jedoch nur dadurch erreichen, dass der Vorschneider des Hauptruders be trächtlich grösser als üblich ausgeführt wird. Er erreicht hierbei eine grössere Länge als der Abstand der Dreh achse des Hauptruders zu dem Anlenkpunkt der Flosse. Auch bei diesem einflächigen Flossenruder ist die Um wandlung des Vorschubes in Querkraft noch begrenzt.
Aufgabe der Erfindung ist, das Schiffssteuerruder der anfangs genannten Art zu einem Hochleistungs- ruder bei wesentlicher Verminderung des Leistungsver lustes weiter zu entwickeln, den Wirkungsgrad zu ver- bessern, die Kraft für das Ruderlegen gering zu halten und kurze Steuerzeiten zu ermöglichen.
Das Schiffs- steuerruder gemäss der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass bei Aaslenkung je einer Flosse an den Enden des heckwärts der Schiffsschraube angeordneten dreh baren Hauptruders die Flossen mit ihrem Querschnitts profil deckungsgleich ausgebildet sind und die Ruder teile bei Drehen des Hauptruders nach der gleichen Seite derselben und in Richtung zur Schiffsschraube so weit drehbar angeordnet sind, dass mindestens ein Ruderteil bis mindestens zu einem Winkel von 90 zur Längsachse der Schiffsschraube schwenkbar ist. Bei ei nem Einflächenruder kann die Drehachse des Haupt ruders vorteilhaft aussermittig an demselben angebracht sein.
Bei Verwendung von zwei Schiffssteuerrudern kann zu jeder Seite der Längsachse der Schiffsschraube je ein Hauptruder mit zwei aasgelenkten und steuerbaren Flossen angeordnet sein, wobei diese Schiffssteuerruder spiegelbildlich zur Längsachse der Schraube ver- schwenkbar sein können. Hierbei kann die Drehachse des Hauptruders in der Mitte desselben vorgesehen sein, wobei die Achsen der Hauptruder im Abstand etwa des Durchmessers der Schiffsschraube angeordnet sein können.
Durch eine solche Ausbildung des Schiffssteuerru ders werden hohe Steuerquerschubkräfte bei geringem Ruderlegungsausschlag erreicht. Man erzielt eine hohe Steuerleistung auch bei geringer Fahrt. Schon bei einer geringen Anstellung des erfindungsgemässen Flossen ruders werden hohe Querschubkräfte ausgelöst, wobei der Kraftaufwand des Steuermanns gering gehalten wird. Durch die weitgehende Umwandlung des Vor schubes in Querkraft wird ein hoher Wirkungsgrad erzielt. Das Schiff spricht empfindlich auf eine schon geringe Verstellung des Ruders an. Es lassen sich äus- serst enge Wendekreise erzielen.
In dem Extremfall ist ein Drehen auf der Stelle möglich. Ferner können, die, insbesondere bei der Kanalfahrt hinderlichen Sei tenruder entfallen. Bei einem Doppelruder ist ein Dre hen des Schiffes mit gleichzeitiger Rückwärtsfahrt durchführbar. Durch geringe Verstellung der Ruder schäfte nach Backbord bzw. Steuerbord werden sofort entsprechende Querschubkräfte frei, ohne dass es wie bisher erforderlich ist, die Ruder über den Drehbereich von Extremlage Backbord nach Extremlage Steuerbord zu drehen.
Vorteilhaft kann bei dem Schiffssteuerruder mit zwei angelenkten Flossen eine ortsfeste Scheibe ausser- mittig zur Drehachse des Schiffsruders angeordnet sein. Um diese Scheibe können Ringe drehbar gelagert sein, von denen Gelenkarme radial abgehen, die mittels Len ker mit den Drehachsen der Flossen verbunden sind. Dadurch kann das Ruder mit den zwei steuerbaren Flossen um 360 gedreht werden. Es kann auch eine Flosse durch einen aussermittig gelagerten Ring ange stellt werden, während die Anstellung der anderen Flos se von der ersteren durch ein Gestänge abgeleitet wer den kann.
Auf diese Weise erhält man eine hoch wirksame Ruderanlage. In der 90 -Ruderlage heben sich die Sei tenkräfte bzw. Ruderschaftsmomente auf, so dass der Steuermann vollständig entlastet wird und mit ein paar Umdrehungen am Steuerrad sehr grosse Backbord- und Steuerbord-Ruderquerkräfte freimachen kann, ohne von Extrem-Backbord auf Extrem-Steuerbord gehen zu müssen. Da die Flossen in ihrem Querschnittsprofil deckungsgleich sind, kann beliebig die eine oder andere Flosse des Hauptruders in der Geradeausfahrt zu der Schraube oder entgegengesetzt liegen.
Dadurch lassen sich die Steuerzeiten aus der jeweiligen Extremlage um fast die Hälfte verkürzen. Bei drohender Gefahr, ins besondere in der Flussschiffahrt bei Talfahrt, kann eine sehr hohe Stoppleistung dadurch erzielt werden, dass die Ruder auf 90 gelegt und der Motor umgesteuert wird. Wenn das Fahrzeug auf diese Weise abgestoppt wird, kann die Maschine bei gleicher Ruderlage wie der auf Voraus umgesteuert werden, wodurch Rück wärtsschub und Steuerimpuls nach Steuerbord oder Backbord bei gleichem Schraubendrehsinn gewährlei stet sind. Das Fahrzeug kann somit sehr schnell stän- diggemacht werden.
Weiterhin kann ein Drehen auf der Stelle in kürzester Zeit aufgrund des Wirksamwer dens sehr hoher Ouerschubkräfte bei einer Lage von etwa 40 bis 50 des Hauptruders erreicht werden. Es ist ferner eine Strahlumlenkung bei Verdrehung der Drehachse des Hauptruders um 90 und somit eine Rückwärtsfahrt ohne Umsteuern des Hauptmotors und bei gleichbleibendem Drehsinn der Schraube, wie bei der Voraus-Fahrt möglich. Dies ist besonders für Fahr zeuge wichtig, die mit einem Schiffswendegetriebe aus gerüstet sind, wobei die Schraube in der Notschaltung nur für die Vorausfahrt benutzt werden kann.
Das sogenannte Ständigmachen des Schiffes ist insbesondere bei der Talfahrt, vornehmlich bei Schub schiffen und aus Schleppkahn und Motorschiff zusam mengestellten Schubverbänden von Bedeutung. Es er geben sich kürzeste Steuerzeiten für den Querschub von Steuerbord nach Backbord und umgekehrt, da das volle Ausdrehen der Ruder von Extremlage-Steuerbord zur Extremlage-Backbord überflüssig wird.
Es ist ferner ein Drehen mit gleichzeitiger Rückwärtsfahrt zu errei- chen. Das Stoppen und die Rückwärtsfahrt mit teil weise ausgetauchter Schiffsschraube bei 90 -Stellung des Ruders ist vornehmlich bei Fahrten ohne Ballast, ins besondere bei Niedrigwasser erwünscht.
Diese Ruder eigenschaft ist für das Einfahren in eine Kanalschleuse von besonderer Bedeutung, da es mitunter vorkommt, dass eine auf Rückwärts umgesteuerte Maschine auf Vorwärts anspringt, wodurch beispielsweise Schleusen tore o. dgl. beschädigt werden. Im Notfall, insbesondere bei Talfahrt, ergibt sich bei der 90 -Lage eine hohe Stoppleistung, die die übliche Rückwärtsleistung der Schiffsschraube zusätzlich unterstützt. Selbst bei begin nender geringer Rückwärtsfahrt entstehen hierbei keine Leistungsverluste für die Schraube.
Ferner lässt sich ein rechtwinkliges Umfahren von kubischen Schwimm körpern leicht und einfach durchführen, was insbeson- dere im Hafenbetrieb wichtig ist.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele nachstehend erläu tert.
Fig. 1 zeigt eine einfache, d. h. Einflächen-Ruder- einlage gemäss der Erfindung in Draufsicht bei ver schiedenen Stellungen des Flossenruders.
In Fig. 2 ist eine Doppelruderanlage mit dem Flos- senruder gemäss der Erfindung in Draufsicht schema tisch in verschiedenen Stellungen dargestellt.
Fig. 3 zeigt einen Aufriss, zum Teil im Schnitt, des in der Fig. 2 verwendeten Steuergestänges für das Flos- senruder gemäss der Linie III-111 der Fig. 4.
Fig.4 ist eine Draufsicht auf das Steuergestänge nach der Linie IV-IV der Fig. 3 bei einer Doppelruder anlage.
Das verhältnismässig dicht an der Schiffsschraube 10 angeordnete Ruder 1 ist dreiteilig ausgebildet und besteht aus dem Hauptruder 4, einer hinteren Flosse 5 und einer vorderen Flosse 3. Die Verbindung der Flos sen 3 und 5 mit dem Hauptruder 4 erfolgt vorteilhaft mittels klavierbandartiger Scharniere 6. Das Haupt ruder 4 ist mittels Ruderschaft 2 drehbar; der Ruder schaft kann an dem Hauptruder in bezug auf die Längs achse desselben aussermittig oder auch mittig angrei fen.
Die beiden Flossen sind an ihrer Oberseite mit je einem Lenker 7 bzw. 8 in der Scharnierachse als Be zugspunkt drehfest verbunden. Die beiden Lenker 7 und 8 weisen in entgegengesetzte Richtungen und sind durch eine zur Hauptachse des Hauptruders diagonal verlau fende Stange 9 gelenkig miteinander verbunden. Hier bei können die Anlenkstellen der Stange 9 an den Len ker 7 bzw. 8 durch in den Lenkern angeordnete Boh rungen versetzbar sein, wodurch die zwischen den Flos sen und dem Hauptruder gebildeten Winkel beeinfluss bar sind.
Ein Steuerarm 11 kann an einem der Lenker 7 oder 8 angreifen und ist mit dem anderen Ende bei 12 am Schiffsrumpf ortsfest gelagert: Bei Drehen des Hauptruders um den Ruderschaft 2 werden die Flos sen nach der gleichen Seite des Hauptruders und in Richtung zur Schiffsschraube 10 geschwenkt, wodurch eine stark gekrümmte Fläche entsteht, welche die Strö mung mit einem hohen Wirkungsgrad umlenkt. Beim Einflächenruder beträgt der hintere Flossenanstellwin- kel, bezogen auf die Schiffslängsachse vorteilhaft 90 bzw. 110 und mehr je nach Stromgeschwindigkeit.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Anstellwinkel der vorderen Flosse Alfa gleich 30 , der Anstellwinkel für das Hauptruder Beta gleich 60 und der Anstellwinkel für die hintere Flosse Gamma gleich 90 , bei welchen Winkeln das Wasser rechtwinklig zur Schiffslängsachse abgeleitet wird.
Der höchste Wirkungs grad bezogen auf die Querschubleistung wird bei Beta = 37 - 40 , Alfa etwa 20 und Gamma etwa 60 er reicht. Zur Erzielung besonderer Effekte können diese Anstellwinkel geändert werden.
Jede Flosse kann auch ein selbständiges Steuer gestänge für sich erhalten, wobei der an dem Lenker jeder Flosse angreifende Steuerarm für sich mit dem anderen Ende ortsfest gelagert ist. Hierbei können die Lenker der beiden Flossen nach derselben Seite des Hauptruders liegen, während die ortsfesten Punkte zu beiden Seiten des Hauptruders anzubringen sind.
Bei der Ausführungsform der Fig. 2 ist eine Doppel ruderanlage veranschaulicht. Hierbei ist das Betäti gungsgestänge für die an dem Hauptruder 4 angelenk- ten Flossen 3 und 5 so geändert, dass statt des Steuer- arms 11 bei der Ausführungsform der Fig. 1 an der ortsfesten Lagerstelle 12 eine feststehende Scheibe 13 angeordnet ist, durch die die drehbare Schaftwelle 2 des Hauptruders 4 hindurchführt. Die feststehende Scheibe 13 liegt aussermittig zu der Schaftwelle 2.
An der feststehenden Scheibe 13 sind zwei Lagerringe 14 und 15 übereinander angeordnet, die an der Scheibe 13 geführt und frei drehbar sind. An jedem Lagerring 14 bzw. 15 ist ein Lenkarm 16 bzw. 17 fest ange bracht, der in radialer Richtung von dem Lagerring abgeht: Das freie Ende der Lenkarme 16 und 17 ist mittels der zwischengeschalteten und angelenkten Len ker 7 und 8 mit den Flossen 3 und 5 verbunden. Bei dem anderen Flossenruder ist das Lenkgestänge ent sprechend spiegelbildlich angeordnet. Bei Drehung des Hauptruders 4 mittels der Schaftwelle 2 bewegen sich die Scharnierachsen 6 auf einem entsprechenden Kreis um die Mitte der Schaftwelle 2.
Hierbei werden je weils die Gestängeteile 17, 8 und 7, 16 mitgenommen. Da sich die Lagerringe 14 und 15 zu der Schaftwelle 2 aussermittig um die feststehende Scheibe 13 bewegen, erfolgt eine zwangsmässige Steuerung und Schwenkung der Flossen 3 und 5 nach der gleichen Seite des Haupt ruders und in Richtung zur Schiffsschraube 10. Bei dieser Ausbildung des Steuergestänges ist jede Flosse einzeln angelenkt. Es ergeben sich abweichend vom Gestängeantrieb zwangsläufig Anstellwinkel, die nicht proportional sind.
Die verhältnismässig grossen Ab messungen der aussermittig liegenden feststehenden Scheibe 13 und der sich um diese drehenden Ringe 14 und 15 gewährleisten eine grosse Stabilität und hohe Lebensdauer. Bei einer evtl. Beschädigung der äusse- ren Flosse wird die Kraft über den Lenkarm auf den aussermittig gelagerten Ring abgeleitet. Da der Ring frei drehbar ist, sind lediglich die Lenkarme bzw. die Lenkerbolzen der Gefahr einer Beschädigung ausge setzt.
Die Winkel Delta und Epsylon zwischen dem Hauptruder und der jeweiligen Flosse können verschie den gross ausgelegt werden. Bei dem dargestellten Bei spiel ergibt sich ein Winkel Delta = 141', Beta = 90 und Epsylon = 127 . Zur Erzielung einer grösseren Strahlumlenkung können die Winkel auch geändert wer den, beispielsweise für den Winkel Delta und Epsylon mit dem Bereich von etwa 150 bis 120 .
Durch vor bestimmte Anstellwinkel lässt sich zusätzlich erreichen, dass der Wasseraustrittsquerschnitt zwischen den bei den Rudern aus der 90 -Lage heraus möglichst schnell gross wird. Man erhält eine verhältnismässig schnelle und möglichst grosse Ruderöffnung durch geringe Ver stellung der Ruderschäfte und erzielt somit eine relativ hohe Querschubkraft.
Die Schaftwellen 2 der Hauptruder 4 befinden sich bei der Doppelruderanlage vorzugsweise in der Mitte der Ruderlängsachse. Vorteilhaft sind an dem Haupt ruder und auch an den Flossen beidseitig oben und unten querliegende Platten, d. h. Endscheiben zur Er höhung der Rückschubkräfte bei der Strahlumlenkung angebracht. So kann oberhalb des Hauptruders 4 die Querplatte 18 und unten die Querplatte 19 vorgese hen sein, welche mit der Schaftwelle 2 verbunden sind. Jede Flosse 3 und 5 erhält oben eine Querplatte 20 bzw. 21 für sich. Die untere Querplatte 19 kann sich auch über den Bereich der Flossen 3 und 5 erstrecken.
Über die Höhe des oder der Ruder verteilt können weitere Querplatten angebracht sein, die parallel mit den Endplatten sind. Die Querplatten können horizon tal oder von den Horizontalen abweichend angeordnet werden. Es ist zweckmässig, in der Nullgrad-Ruderlage die Längsachsen des Hauptruders 4 und der Flossen 3, 5 nach hinten leicht angestellt anzuordnen, wie durch die Linien 22 und 23 (Fig. 2) angedeutet ist. Dadurch wird eine leichtere und geräuscharme Verstellung er zielt. Das Gestänge 9 mit den Lenkern 7 und 8 kann auch an jeder anderen Stelle horizontal nach unten verschoben angebracht sein, wobei das Hauptruder 4 entsprechend auszubilden ist und die Stange 9 das Hauptruder durchquert.
Zum Antrieb der Flossenver- stellung muss dann das Gestänge 11 mit dem Fest punkt 12 einerseits und andererseits mit einem zusätz lichen Lenker 7 oder 8 betätigt werden.
Man kann auch die Verstelleinrichtung des Gestän ges mit derjenigen der exzentrisch gelagerten Ringe ver einigen, z. B. indem die eine Flosse durch einen exzen trisch gelagerten Ring angestellt wird und die Anstel lung der anderen Flosse von der ersteren durch ein Gestänge abgeleitet wird. Dadurch können die Winkel Delta und Epsylon jeweils gleich gross gehalten wer den.
In der 90 -Lage des Hauptruders bezogen auf die Schiffslängsachse können beide Flossen denselben Winkel, vorzugsweise etwa 135 einnehmen: Der-gröss- te Querschub wird abhängig von dem Antriebsmecha nismus für die Flossen bei einem Winkel Beta gleich etwa 36 bis 50 erzielt.
Das gesamte Ruder, bestehend aus Hauptruder und den beiden Flossen, soll abmessungsmässig in der Flä che - in Ansicht gesehen (Fig. 3) - etwa mit gleichen Seitenlängen d. h. etwa quadratisch ausgebildet sein, wobei die Höhe des Ruders zwischen den Endplatten mindestens dem Propeller-Durchmesser entspricht. Die Länge jeder Flosse beträgt vorteilhaft etwa die Hälfte der Länge des Hauptruders.
Die erfindungsgemässe Ruderanlage ist nicht nur für das Heck des Schiffes, sondern auch für den Bug desselben geeignet. Die zusätzliche Ausrüstung mit ei ner Buganlage bei Binnen- und Seeschiffen ist von er heblicher Bedeutung: bei der Durchführung von An- und Ablegemanövern, bei Fahren bei Schlechtwetter lage, insbesondere als Leerfahrt mit Wind, bei drohen der Havarie und bei sonstigen Notfällen. Die Ruder können eine schuppenartige Beplattung aufweisen, die konvex und konkav bzw. konvex-konkav und konkav konvex ineinandergreifen und unter Umständen mit ela- stischem Material, z. B.
Gummi oder Kunststoff über zogen sein können.
Die erfindungsgemässe Ruderanlage ist auch bei Mehrflächenanlagen, insbesondere für Mehrschrauben schiffe mit auf gleicher Querschnittslinie liegenden Ru derschäften geeignet. Das Mittelruder kann aus dieser Querlinie versetzt der Schiffsschraube zugewandt bzw. abgewandt angebracht sein. Auch für Schleppkähne ist das erfindungsgemässe Mehrflossenruder angebracht.