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Beschreibung der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft Halbschweberuder für Schiffe. Diese Ruder sind
charakterisiert durch den beweglichen Teil, das Ruderblatt (1),
und durch einen mit dem Schiffskörper
fest und starr verbundenen Teil, das Ruderhorn (2). Das
bewegliche Ruderblatt eines Halbschweberuders besteht aus zwei Teilbereichen.
- – Ein
hinter dem Ruderhorn gelegener Teilbereich, der faktisch über keine
Ruderfläche
vor der Drehachse des Ruders verfügt.
- – Ein
unterhalb des Ruderhorns gelegener Teilbereich, der zur Reduzierung
des erforderlichen Rudermomentes über eine entsprechend große Fläche vor
der Ruderachse verfügt.
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In
bisherigen Konstruktionen wird ein als kompakter Körper ausgeführtes Ruderhorn
verwendet.
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Es
dient zur Lagerung des Ruderblatts und wird genutzt, um Kräfte des
beweglichen Ruderblatts in den Schiffskörper einzuleiten.
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Der
horizontale Querschnitt des Ruderhorns wird bisher wie der vordere
Teil des horizontalen Ruderquerschnittes ausgeführt.
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Die
Form des nicht gelegten Halbschweberuders bildet einen stromlinienförmigen Körper und ist
vergleichbar mit einem Vollschweberuder. Im Unterschied zum Vollschweberuder,
das komplett beweglich an der Oberseite im Schiff gelagert ist,
existiert beim Halbschweberuder durch die Form der Lagerung des
beweglichen Ruderblatts an der Oberseite im Schiff sowie an dem
schiffsfesten Ruderhorn ein scharnierartiges Gelenk zwischen dem
beweglichen Ruderblatt und dem schiffsfesten Ruderhorn. Durch diese
Gelenkverbindung bildet sich zwischen der Vorderseite des beweglichen
Ruderblatts und der Hinterkante des Ruderhorns ein vertikaler Spalt
sowie zwischen der unteren Fläche
des Ruderhorns und der oberen Fläche
des unteren Teils des beweglichen Ruderblatts ein horizontaler Spalt.
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Außerdem ergibt
sich beim Ruderlegen eine horizontale Verschiebung zwischen der
Staupunktkante des beweglichen Ruderblatts und der Staupunktkante
des Ruderhorns.
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Beim
Legen des Ruders wird durch die vorhandenen Spalte die Wirkung des
Ruders mit wachsendem Ruderwinkel im Vergleich zu einem spaltlosen
Ruder zunehmend schlechter. Der vertikale Spalt führt durch
Durchströmungserscheinungen
von der Druck- zur Saugseite zu einem Wirkungsverlust. Das gleiche
gilt für
den horizontalen Spalt. Die horizontale Verschiebung zwischen der
Staupunktkante des beweglichen Ruderblatts und der Staupunktkante
des Ruderhorns führt
zu einer Druck ausgleichenden Aufwärtsströmung im Bereich des horizontalen
Spaltes, was ebenfalls zu einem Wirkungsverlust führt. Ein weiterer
Nachteil ist die starke Kavitationserosion im Bereich der Spalte,
die infolge der vorhandenen Öffnungen
im Zusammenhang mit dem stark verwirbelten Propellerstrahl auch
bei nicht gelegtem Ruder auftritt.
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Bekannt
sind technische Lösungen,
die eine Verringerung des senkrechten Spaltes beim Legen des Halbschweberuders
zur Folge haben und damit für
diesen Bereich eine Verbesserung der Wirkung erbringen. (Patentanmeldung
102004 013296.8-22) Dabei wird jedoch das kompakte Ruderhorn mit
seinen durch den horizontalen Spalt hervorgerufenen negativen Wirkungen
beibehalten.
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Weiterhin
bekannt sind Abstützungen
von sich drehenden Wellen, beispielsweise bei Mehrschraubenschiffen
für Propellerwellen,
bei denen diese Abstützungen
als Wellenböcke
ausgeführt
sind.
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Beide
technischen Lösungen
betreffen nicht die vorgesehene Erfindung.
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Ziel
der Erfindung ist eine konstruktive Lösung zur Verminderung der negativen
Spaltwirkungen bei gelegtem Ruder und damit eine Verbesserung der
Wirkung des Halbschweberuders.
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Dieses
Ziel soll durch die Auflösung
des kompakten schiffsfesten Ruderhorns in stromlinienförmige Einzelträger erreicht
werden, die sowohl Aufgaben der Tragfestigkeit des bisherigen kompakten Ruderhorns
als auch eine Strömungsleitfunktion
für den
Propellerstrahl und den Schiffsnachstrom übernehmen und damit eine weitere
Verbesserung der Wirkung des Ruders und des Kavitationsverhaltens erreichen.
- – Das
kompakte Ruderhorn wird ersetzt durch ein geteiltes Ruderhorn, das
aus zwei oder mehreren Strömungsleitprofilen
und einer Tragplatte besteht oder durch ein geteiltes Ruderhorn,
das mehrere in Schiffslängsrichtung
verlaufende Kanäle
enthält.
(siehe Anspruch 1 bis 3)
- – Der
vertikale Spalt zwischen dem kompakten Ruderhorn und dem beweglichen
Ruderblatt wird in zwei oder mehrere Spalte zwischen den Strömungsleitprofilen
und dem beweglichen Ruder aufgeteilt. Diese Spalte können voneinander
unabhängig
in Abhängigkeit
vom Ruderwinkel variabel gestaltet werden. Der Spalt auf der Druckseite kann
bei maximalem Ruderwinkel geschlossen werden und der Spalt auf der
Saugseite mit wachsendem Ruderwinkel weiter geöffnet werden.
- – Die
Vorderkante des oberen Teils des beweglichen Ruderblatts wird im
mittleren Bereich des beweglichen Ruderblatts nach hinten versetzt. Dadurch
wird beim Legen des Ruders auf der Saugseite des Ruders eine Vergrößerung des Spaltes
zwischen dem Ruderblatt und den äußeren Strömungsleitprofilen
ermöglicht.
Gleichzeitig wird auf der Druckseite des Ruders der Spalt zwischen
dem Ruderblatt und den äußeren Strömungsleitprofilen
beim maximalen Ruderwinkel geschlossen.
- – Die
negative Wirkung der horizontalen Verschiebung zwischen den Staupunktkanten
wird durch eine Verbreiterung des Ruderhorns gemindert.
- – Die
Strömungsleitprofile
können
in Abhängigkeit von
der Propellerdrehrichtung und vom Schiffsnachstrom symmetrisch oder
unsymmetrisch angestellt werden
- – Die
Strömungsleitprofile
werden unten durch eine tragende Platte verbunden, welche den Druckausgleich
zwischen der Druckseite des unteren Teils des gelegten Ruders und
der Saugseite des schiffsfesten Teils des Halbschweberuders vermindert.
- – Die
Strömngsleitprofile
können
direkt oder über ein
Verbindungselement, in das das untere Ruderschaftlager integriert
ist, mit dem Schiffskörper verbunden
werden.
- – Das
mittlere Strömungsleitprofil
kann als schiffsfester Bestandteil des geteilten Ruderhorns ausgeführt werden
oder als vor der Ruderachse gelegener Teil mit dem beweglichen Ruderblatt
verbunden werden und so zur Reduzierung des erforderlichen Rudermomentes
beitragen.
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Die
Verbesserung der Ruderwirkung ist besonders beim maximalen Ruderwinkel
notwendig, wenn die größte Ruderwirkung
erreicht werden soll.
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Zur
Erläuterung
der Wirkungsweise des geteilten Ruderhorns soll angenommen werden,
daß das
Ruder nach Stb. gelegt wird.
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Auf
der Stb-Seite des unteren Ruderteils bildet sich dann eine Druckzone
aus, die nach oben durch die Tragplatte des geteilten Ruderhorns
abgedeckt wird. Auf der Bb-Seite bildet sich eine Saugzone aus.
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Der
obere Teil des Ruderblatts liegt nicht im „Strömungsschatten" des Ruderhorns sondern
im Strömungsfeld
der Strömungsleitprofile
bzw. der Kanäle.
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Bei
maximalem Ruderwinkel nach Stb. ist der vertikale Spalt zwischen
dem Ruderblatt und dem Strömungsleitprofil
auf der Stb-Seite geschlossen und der vertikale Spalt zwischen dem
Ruderblatt und dem Strömungsleitprofil
auf der Bb-Seite geöffnet (3 Schnitt
B-B)
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Das
Strömungsleitprofil
auf der Stb-Seite und das Strömungsleitprofil
in der Mitte bildet mit dem oberen Teil des gelegten Ruderblatts
ein gewölbtes
Profil.
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Das
Strömungsleitprofil
auf der Bb-Seite übernimmt
die Funktion eines Spaltflügels,
der die Gefahr des Ablösens
der Strömung
auf der Saugseite reduziert und somit zu größerem Auftrieb führt.
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Ausführungsbeispiel
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Die
Erfindung des geteilten Ruderhorns für Halbschweberuder von Schiffen
wird durch die beigefügten
Zeichnungen am Beispiel eines geteilten Ruderhorns mit 3 Tragprofilen
erläutert.
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1 zeigt
die Seitenansicht eines Halbschweberuders mit dem beweglichen Ruderblatt
(1) und dem schiffsfesten Ruderhorn (2). Das schiffsfeste
Ruderhorn besteht aus den stromlinienförmigen Tragprofilen (8),
(9), (10) und der Tragplatte (14), in die
das untere Traglager für
das bewegliche Ruderblatt eingearbeitet ist. Die Tragplatte ist
zwischen den Tragprofilen stromlinienförmig gestaltet. Oben ist das bewegliche
Ruderblatt (1) im unteren Ruderschaftlager (4)
gelagert. Zwischen dem beweglichen Ruderblatt (1) und dem
Ruderhorn (2) befinden sich der senkrechte Spalt (5)
und der horizontale Spalt (6). Mit dem Übergangsbereich (18)
wird die starre Verbindung zwischen den stromlinienförmigen Tragprofilen (8),
(9), (10) und dem Schiffskörper hergestellt. Die Drehachse
des beweglichen Ruders ist als strichpunktierte Linie (7)
dargestellt.
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2 zeigt
einen horizontalen Schnitt im oberen Bereich durch das Halbschweberuder
mit drei stromlinienförmigen
Tragprofilen (8), (9), (10), die vor und
seitlich von dem beweglichen Ruderblatt (1) angeordnet
sind. Das mittlere Trägerprofil
(9) ist wegen der vollen Profilausführung des beweglichen Ruderblatts
(1) gekürzt.
Das bewegliche Ruderblatt (1) ist in den beiden Positionen
des nicht gelegten Ruders und des voll gelegten Ruders (gestrichelt)
dagestellt. Bei der Stellung des voll gelegten Ruders ist der Spalt
auf der Druckseite (11) zwischen beweglichem Ruderblatt
(1) und dem Trägerprofil
(10) geschlossen. Der Spalt auf der Saugseite des Ruders
(12) bleibt durchströmt.
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3 zeigt
einen horizontalen Schnitt für den
gesamten Mittelbereich des geteilten Ruderhorns (2) mit
der zurückgesetzten
Vorderkante (13) des beweglichen Ruderblatts (1).
Das bewegliche Ruderblatt (1) ist in den beiden Positionen
des nicht gelegten Ruders und des voll gelegten Ruders (gestrichelt)
dargestellt. Bei der Stellung des voll gelegten Ruders ist der Spalt
auf der Druckseite (11) zwischen beweglichem Ruderblatt
(1) und dem Trägerprofil
(10) geschlossen. Der Spalt auf der Saugseite des Ruders
(12) ist dabei weiter geöffnet als in der Position des
nicht gelegten Ruders.
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4 zeigt
einen horizontalen Schnitt durch die Verbindungs- und Tragplatte
(14) sowie das bewegliche Ruderblatt (1). Strichpunktiert
sind die Konturen der drei stromlinienförmigen Tragprofile (8),
(9), (10) dargestellt. Das bewegliche Ruderblatt
(1) ist in den beiden Positionen des nicht gelegten Ruders
und des voll gelegten Ruders (gestrichelt) dargestellt. Bei der
Stellung des voll gelegten Ruders ist der Spalt auf der Druckseite
(11) zwischen beweglichem Ruderblatt (1) und der
Tragplatte (14) geschlossen. Der Spalt auf der Saugseite
des Ruders (12) ist dabei weiter geöffnet als in der Position des
nicht gelegten Ruders.
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5 zeigt
einen horizontalen Schnitt durch das bewegliche Ruderblatt (1)
unterhalb des Ruderhorns (2). Das gelegte bewegliche Ruderblatt
ist gestrichelt dargestellt und zeigt die Abdeckung durch die strichpunktiert
dargestellte Tragplatte (14), die eine Trennung zwischen
der Saugseite (17) des schiffsfesten Teils des Halbschweberuders
und der Druckseite (16) des gelegten beweglichen Ruderblatts
hervorruft.
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- 1
- Bewegliches
Ruderblatt
- 2
- geteiltes
Ruderhorn (äußere Strömungsleitprofile
(8, 10) nicht dargestellt)
- 3
- untere
Ruderlagerung
- 4
- obere
Ruderlagerung = unteres Ruderschaftlager
- 5
- vertikaler
Spalt zwischen schiffsfestem Ruderhorn und beweglichem Ruderblatt
- 6
- horizontaler
Spalt zwischen schiffsfestem Ruderhorn und beweglichem Ruderblatt
- 7
- Mitte
Ruderachse des beweglichen Ruderblatts
- 8
- linkes
Strömungsleitprofil
(auf der Bb-Seite)
- 9
- mittleres
Strömungsleitprofil
- 10
- rechtes
Strömungsleitprofil
(auf der Stb-Seite)
- 11
- geschlossener
vertikaler Spalt zwischen Ruderblatt und Strömungsleitprofil bei maximalem
Ruderwinkel
- 12
- offener
vertikaler Spalt zwischen Ruderblatt und Strömungsleitprofil bei maximalem
Ruderwinkel
- 13
- Vorderkante
des Ruderblatts im mittleren Bereich des beweglichen Ruderblatts
- 14
- Tragplatte
- 15
- Staupunktkante
des unteren Teilbereichs des Ruderblatts (1 und 5)
- 16
- Kontur
der Druckseite des zur Stb-Seite gelegten unteren Teilbereichs des
Ruderblatts (5)
- 17
- Kontur
der Saugseite des kompakten Ruderhorns bei nach Stb. gelegtem Ruder
- 18
- Verbindungselement
zwischen Ruderhorn und Schiffskörper