DD143510A5

DD143510A5 - Ruder fuer wasserfahrzeuge und schwimmendes geraet

Info

Publication number: DD143510A5
Application number: DD79212756A
Authority: DD
Inventors: Peter Jastram; Claus Jastram; Jochim Brix; Friedrich Weiss
Original assignee: Jastram Werke
Priority date: 1978-05-10
Filing date: 1979-05-09
Publication date: 1980-08-27
Also published as: BR7902842A; US4307677A; SE7903806L; GB2021062B; ES250503U; PL215494A1; FI67521B; JPS54151294A; NO148104C; PL119469B1; DE2820355C2; DK155583B; FI67521C; DE2820355A1; NO148104B; FI791381A; NO791536L; GB2021062A; DK155583C; DK191079A

Abstract

Während es das Ziel ist, die Wirkungsweise des Ruders zu verbessern und dadurch die Sicherheit zu erhöhen, besteht die Aufgabe darin, ein als normales Einkörperruder einsetzbares und in ein Hochleistungsruder mit erhöhter Druckseitenwirkung und LaufZeitenbeeinflussung umwandelbares Ruder zu schaffen. Als Lösung ist ein Ruder vorgesehen, das durch einen Ruderkörper, der rückseitig mit einer unabhängig von dem Ruderkörper verschwenkbaren Flosse versehen ist, die mittels in dem Ruderkörper oder in der Flosse angeordneten Einrichtungen feststellbar ist, durch mindestens ein als Rotor ausgebildetes aktiviertes Element, das an der Vorderkante des Ruderkörpers und/oder zwischen diesem und der Flosse oder zwischen dem Ruderkörper und einem, diesem vorgeschalteten festen Bauwerk, wie Leitkopf oder dergleichen angeordnet ist, und durch die umlaufende Ausbildung eines jeden Rotors in Abhängigkeit von der Anstellung des Ruders zur Anströmrichtung, wobei die Rotoroberf1äche an der Saugseite in Richtung mit der Anströmung bewegbar ausgebildet ist", gebildet ist. - Fig0S ~ SSStiSSS 19 Seiten

Description

-λ-

1 27

Ruder für Wasserfahrzeuge und schwimmendes Gerät

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Ruder für Wasserfahrzeuge und schwimmendes Gerät.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

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, Offshoreplattformen und Bohrinseln. Auch geschleppte Fahrzeuge, wie z.B. Transport-

pontons 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 Rudervorkante 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

- 3 - 212756

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 Punktion 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.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Ruder für Wasserfahrzeuge, insbesondere für große bis mittelgroße Wasserfahrzeuge und schwimmendes Gerät zu schaffen, das als Hochleistungsruder keine besonderen Verstärkungen der Anschlußteile des Ruders und im Schiff erfordert, da es bei Dienstgeschwindigkeit als konventionelles Einkörperruder betreibbar ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ruder für Wasserfahrzeuge, insbesondere für große bis mittelgroße Wasserfahrzeuge und schwimmendes Gerät zu schaffen, welches bei Dienstgeschwindigkeiten wie ein normales Einkörperruder betrieben wird und

welches bei Bedarf und reduzierter Fahrt in Gefahrengebieten und begrenzten Gewässern durch Aktivierung von Ruderelementen in ein Hochleistungsruder mit erhöhter Druckseitenwirkung und mit einer Saugseitenbeeinflussung überführbar ist.

Dazu ist ein Ruder durch einen Ruderkörper, der rückseitig mit einer unabhängig von dem Ruderkörper verschwenkbaren Flosse versehen ist, die mittels in dem Ruderkörper oder in der Flosse angeordneten Einrichtungen feststellbar ist, durch mindestens ein als Rotor ausgebildetes aktiviertes Element, das an der Vorderseite des Ruderkörpers und/oder zwischen diesem und der Flosse oder zwischen dem Ruderkörper und einem diesem vorgeschalteten festen Bauwerk, wie Leitkopf od.dgl. angeordnet ist, und durch die umlaufende Ausbildung eines jeden Rotors in Abhängigkeit von der Anstellung des Ruders zur Anströmrichtung, wobei die Rotoroberfläche an der Saugseite in Richtung mit der Anströmung bewegbar ausgebildet ist, gebildet.

Bei als Halbschweberuder ausgebildeten Rudern ist der Rotor im beweglichen unteren Teil der Rudervorderkante angeordnet.

Dem Ruderkörper ist ein festes Bauwerk, wie Leitkopf od.dgl. , vorgeschaltet, während zwischen diesem und dem Ruderkörper ein Rotor vorgesehen ist.

Zur Erhöhung der Ruderleistung ist zwischen dem Ruderkörper und

- 5 - 212756

der Flosse ein weiterer Rotor angeordnet.

Zwischen dem Ruderkörper und der Flosse kann ebenfalls ein Rotor vorgesehen sein.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Ruders besteht darin, daß das Ruder mit von innen angetriebenen und ab™ schaltbaren Elementen versehen ist. Diese zusätzlich aktivierten Elemente bestehen aus Rotoren zur Saugseitenbeeinflussung und aus Flossen zur Erhöhung der Druckseitenwirkung. Dieses 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 v/erden, wobei das arretierte Hauptruder als zusätzliches Totholz wirkt und so die Kursstetigkeit wesentlich erhöht. Erst bei niedrigeren Schiffsgeschwindigkeiten, wenn die Ruderwirkung bekanntlich stark abnimmt, werden Rotor und Flosse aktiviert, so daß die volle VJirkung des Hochleistungsruders ausgenutzt wird. Bei blockiertem Hauptruder kann die angetriebene Flosse als Notruder eingesetzt werden. Liegt das blockierte Hauptruder nicht in der Mittschiffsposition, 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 35° erweist sich außerdem als besonders vorteilhaft'. Das erfindungsgemäße Ruder stellt also

gegenüber den bisher bekannten Ruderanordnungen eine wesentliche Verbesserung dar, denn das Ruder trägt wesentlich dazu bei, Gefahrensituationen zu beherrschen und verheerende Folgeschäden von Schiffskatastrophen zu vermeiden, die zum Teil auf mangelnde Ruderwirkung oder Ruderausfälle zurückzuführen sind.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: den horizontalen Schnitt eines aus einem Ruderkörper mit Flosse und vorgeschaltetem Rotor bestehenden Ruders,

Fig. 2.: den horizontalen Schnitt eines aus einem Ruderkörper mit angelenkter Flosse und einem vorgeschalteten Leitpfosten, zwischen dem und dem Ruderkörper ein Rotor angeordnet ist, bestehenden Ruders,

Fig. 3: den horizontalen Schnitt eines aus einem Leitpfosten, Ruderkörper und Flosse bestehenden Ruders, bei dem zwischen dem Leitpfosten und dem Ruderkörper sowie zwischen diesem und der Flosse je ein Rotor angeordnet sind,

Fig. 1} : den horizontalen Schnitt eines aus einem Ruderkörper bestehenden Ruders mit angelenkter Flosse und einem zwi-

sehen dem Ruderkörper und der Flosse angeordneten Rotor,

Fig. 5: die Seitenansicht eines Flossen-Schweberuders mit an seiner Vorderkante angeordnetem Rotor,

Fig. 6: die Seitenansicht eines Flossen-Halbschweberuders mit einem vorderkantig angeordneten Rotor,

Fig. 7: den Längsschnitt eines Ruderkörpers mit einer Flosse und einer Einrichtung zu deren Feststellung.

Die in Fig. 1 und k dargestellten teilbalancierten Ruder können als Spatenruder oder als Halbschweberuder ausgeführt sein (Fig, 5 und 6). Die Lateralfläche des Ruders kann rechteckig bei konstantem dargestellten Profil sein; sie kann jedoch auch schiefwinklig ausgebildet sein, wobei sich das Profil entsprechend der Änderung der Länge nach im allgemeinen auch in der Dicke ändert. Auch eine Abrundung der Hinterkante der Höhe nach ist möglich.

In den Fig. 1 bis H ist die Anströmrichtung in Bezug zum Ruder durch Pfeile X angedeutet.

Die Fig. 2 und 3 zeigen unbalancierte Ruder, die an ein festes Bauteil angeschlossen sind. Sind diese Bauteile freistehend und - wie dargestellt - profiliert ausgebildet, so handelt es

- 8 -

212 7 56

sich um sogenannte Leitkopf ruder. Ist das Bauteil dei* 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 bezüglich der Lateralfläche rechteckig oder schiefwinklig gestaltet oder an der Hinterkante der Höhe nach abgerundet sein.

Wie die Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsformen des erfindungsgemäß ausgebildeten und mit 10 bezeichneten Ruders zeigen, besteht das Ruder aus einem Ruderkörper, an den eine von innen angetriebene und abschaltbare Flosse angeschlossen ist.

In Fig. 1 ist der Ruderkörper des Ruders 10 mit 11 und-die Flosse mit 12 bezeichnet. Zur Verbesserung der Saugseitenströmung bei teilbalancierten Rudern entsprechend Fig. 1 ist ein angetriebener Rotor 15 in der Vorderkante des Ruders 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 Rudervorderkante angeordnet.

Zur Verbesserung der Strömungsumlenkung bei den Ausführungsformen entsprechend Fig. 3 und *4 ist zwischen dem Ruderkörper 31 bzw. ^l und seiner Flosse 32 bzw. '4 2 ein von innen angetriebener

und abschaltbarer Rotor 33 bzw. kj> vorgesehen. Dieser Rotor läuft im eingezeichneten 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 Fig. 2 und 3 kann dem Ruderkörper 21 bzw. 31 ein Leitkopf bzw. festes Bauteil 2^ bzw. J>k vorgeschaltet sein. Zwischen dem Ruderkörper 21 bzw. 31 und dem Leitkopf bzw. festen Bauteil 24 bzw. 3¹I 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 rückwärtigen Rotoren 33 bzw. *t3 gewählt sind. 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 hierfür erforderlichen Einrichtungen können sowohl im Innenraum des Ruderkörpers 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.

- Io -

Für das Verschwenken der Flosse 12, 22, 32 oder *J2 ist gemäß Fig. 7 eine Antriebs- und Verstelleinrichtung 1*10 vorgesehen.

Nachstehend wird die Antriebs- und Verstelleinrichtung HJO an dem Ausführungsbeispiel der Flosse 12 beschrieben:

In Fig. 7 ist mit 100 ein Schiffskörper, mit 111 ein Ruderkoker und mit 11 der Ruderkörper bezeichnet, der über einen Ruderschaft 121 mit einer bei 122 angedeuteten Rudermaschine in Verbindung steht. Die Flosse 12 des Ruderkörpers ist bei 132, 133 schwenkbar an dem Ruderkörper 11 angeschlossen und um die bei 131 angedeutete Schwenkachse schwenkbar.

Die Antriebs- und Verstelleinrichtung 1^0 besteht aus mindestens einem hydraulisch oder elektrisch betriebenen Motor oder aus einem Hydraulikzylinder mit oder ohne nachgeschaltetem Getriebe 1*15; sie kann jedoch auch als Drehflügelanlage oder als Kettentrieb ausgebildet sein. Die Antriebs- und Verstelleinrichtung 1^0 steht mit in der Zeichnung nicht dargestellten und im Schiffskörper angeordneten Steuereinrichtungen in Verbindung.

Ferner ist die Ruderflosse 12 mittels einer Verriegelungseinrichtung 150 und 150a feststellbar, die es ermöglicht, die Ruderflosse 12 so festzustellen, daß die Flosse eine parallel zum Ruderkörper 11 liegende Stellung einnimmt. Durch die Verriegelungsmöglichkeiten

& I

ist die Schaffung eines Einkö'rper-Ruders möglich. Die Verriegelungseinrichtung kann jedoch auch extern vorgesehen sein.

Jede FiUderflossenverriegelungseinrichtung 150 bzw. 150a besteht aus vorzugsweise hydraulisch betriebenen Verriegelungsbolzen, Sperrklinken, Band- oder Kettenbremsen od.dgl. 151. Der hierfür vorgesehene Hydraulikzylinder steht über eine Leitung 153 mit einem entsprechend ausgebildeten Antriebs- und Steuerorgan 15*J in Verbindung. Der Verriegelungsbolsen 151 der Verriegelungseinrichtung 150 bzw. 150a ist in eine entsprechend ausgebildete Bohrung 155 in den Ruderkörper 11 einfahrbar, wenn die Ruderflosse 12 festgestellt werden soll.

Für den Fall, daß die Hydraulik für die Verriegelungsbolzen 151 ausfällt, ist eine selbsttätige Verriegelung der Ruderflosse 12 mit dem Ruderkörper 11 möglich. Hierfür ist für den Verriegelungsbolzen 151 eine Vorspannung mittels einer Druckfeder 152 vorgesehen, die bei Ausfall der Hydraulik zur Betätigung des Verriegelungsbolzens 151 diesen in die Verriegelungsstellung überführt .

Die Gesamtanordnung und Ausbildung der Verriegelungsvorrichtung 150 bzw. 150a ist dergestalt, daß der Verriegelungsbolzen 151 in der eingefahrenen Stellung die Druckfeder 152 beaufschlagt und diese zusammenpreßt. Die Hydraulik hält den Verriegelungs- . bolzen 151 solange in dieser Stellung, wie die Ruderflosse 12

frei beweglich ist. Bei Ausschalten der Hydraulik wird der Verriegelungsbolzen 151 mittels der sich ausdehnenden Druckfeder 152 in die Verriegelungsstellung gefahren. Das Ein- und Ausfahren des Verriegelungsbolzens 151 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 Ruderkörpers. Es wird jedoch mindestens von einer Verriegelungseinrichtung ausgegangen werden.

Die Antriebs- und Verstelleinrichtung 1^0 für die Ruderflosse 11 braucht nicht in der Ruderflosse selbst untergebracht zu sein. Es besteht auch die Möglichkeit, die Antriebs- und Verstelleinrichtung I¹JO in dem Ruderkörper 11 anzuordnen. In gleicher Weise, wie die Antriebs- und Verstelleinrichtung 1*JO kann auch die Verriegelungseinrichtung 150 bzw. 150a in dem Ruderkörper 11 vorgesehen sein, so daß dann die Verriegelungs bolzen der Verriegelungseinrichtung 150 bzw. 150a in die Ruderflosse 12 eingefahren v/erden. Auch besteht darüber hinaus die Möglichkeit, die Antriebs- und Verstelleinrichtung 1*10 so anzuordnen, daß eine direkte Kraftübertragung auf die Schwenk achse 131 für die Flosse 12 erfolgt.

Claims

~ 13 -

Erfindungsanspruch

1. Ruder für Wasserfahrzeuge und schwimmendes Gerät, gekennzeichnet durch einen Ruderkörper (11,21,31*^1), der rückseitig mit einer unabhängig von dem Ruderkörper verschwenkbaren Flosse (12,22,32,42) versehen ist, die mittels in dem Ruderkörper oder in der Flosse angeordneten Einrichtungen (150,15Oa) feststellbar ist, durch mindestens ein als Rotor (15,25,35,45) ausgebildetes aktiviertes Element, das an der Vorderkante des Ruderkörpers (11) und/oder zwischen diesem (4l) und der Flosse (42) oder zwischen dem Ruderkörper (21,31) und einem diesem vorgeschalteten festen Bauwerk, wie Leitkopf od. dgl., (24,34) angeordnet ist, und durch die umlaufende Ausbildung eines jeden Rotors (15,25,35,33,43) in Abhängigkeit von der Anstellung des Ruders zur Anströmrichtung, wobei die Rotoroberfläche an der Saugseite in Richtung mit der Anströmung bewegbar ausgebildet ist.

212 7 5
2. Ruder nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei als Halbschweberuder ausgebildeten Rudern der Rotor (15) im beweglichen unteren Teil der Rudervorderkante angeordnet ist.
3. Ruder nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ruderkörper (21,31) ein festes Bauwerk, wie Leitkopf od.dgl. (24,3*0 vorgeschaltet ist, und daß zwischen diesem und dem Ruderkörper (21,31) ein Rotor (25,35) vorgesehen ist.
4. Ruder nach Punkt 3» dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ruderkörper (3D und der Flosse (32) ein weiterer Rotor (33) angeordnet ist.
5. Ruder nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ruderkörper (41) und der Flosse (42) ein Rotor (43) vorgesehen ist.

Hierzu .^„„Seilen Zeichnungen