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Die Erfindung betrifft ein Querstrahlruder für einen Rumpf eines Wasserfahrzeuges, umfassend einen in dem Rumpf ausgebildeten Tunnel mit mindestens einer rumpfseitigen Öffnung und einer Verschlusseinrichtung, mittels derer die Öffnung bei Nichtgebrauch des Querstrahlruders verschließbar ist.
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Querstrahlruder der eingangs genannten Art werden in den Rumpf eines Wasserfahrzeuges, insbesondere einen Schiffsrumpf, integriert und dienen beispielsweise als Manövrierhilfe beim An- und Ablegen sowie in Kanälen, Schleusen und Hafenanlagen. Sie bedingen einen quer zur Längserstreckung des Rumpfes durch diesen verlaufenden Tunnel, der gegenüber dem übrigen Schiffsrumpf abgedichtet und mit Wasser gefüllt ist und in welchem beispielsweise ein Propeller zum Ausstoßen des im Tunnel befindlichen Wassers über eine der Öffnungen des Tunnels vorgesehen ist. Um dem Rumpf die gewünschte Beschleunigung um die Hochachse zu verleihen, sind derartige Querstrahlruder üblicherweise im Bugbereich, gegebenenfalls auch im Heckbereich des Rumpfes vorgesehen. Die rumpfseitigen Öffnungen derartiger Querstrahlruder erhöhen jedoch bei Streckenfahrt des Wasserfahrzeuges und Nichtgebrauch des Querstrahlruders den Strömungswiderstand des Rumpfes erheblich und führen zu höherem Leistungsbedarf des Antriebes bzw. zu Leistungsverlusten. Es ist daher bereits verschiedentlich vorgeschlagen worden, die rumpfseitigen Öffnungen der Querstrahlruder bei Nichtgebrauch zu verschließen.
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Beispielsweise offenbart die
DE 21 31 101 A1 eine Verschlusseinrichtung mittels drehbar gelagerter Klappen. Ergänzend wird auch auf die
FR 2815602 A1 verwiesen. Derartige Systeme sind jedoch nach einer Beschädigung, beispielsweise durch Anprall von Treibgut, Eisblöcken oder Kontakt mit der Kaimauer und dergleichen nicht mehr einsatzfähig und müssen aufwendig im Dock getauscht werden. Hierdurch entstehen hohe Ausfallzeiten und Kosten für die Dockung bzw. notwendige Schlepperassistenz durch Wegfall der verschlossenen Querstrahlruder. Ebenfalls ist der Platzbedarf der bekannten Verschlusseinrichtungen sowie der zugehörigen Antriebe verhältnismäßig groß und diese Systeme sind nur mit hohem Aufwand nachträglich in bereits bestehende Anlagen integrierbar.
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Diese vorgenannten Nachteile bestehen auch bei bekannten Systemen, die nach Art von Schottwänden ausgeführt sind, wozu beispielhaft auf die
DE 10 2013 019 449 A1 verwiesen wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Querstrahlruder mit Verschlusseinrichtung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, welches bei geringem konstruktiven Aufwand eine effektive Funktion sicherstellt, sich bei Nichtgebrauch zuverlässig verschließen lässt und im Falle von Beschädigungen ohne Dockung des Schiffsrumpf repariert werden kann.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß die Ausgestaltung eines Querstrahlruders mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Die Erfindung schlägt vor, dass die Verschlusseinrichtung eine im Bereich der Öffnung angeordnete und innerhalb des Tunnels gehalterte Nabe sowie an der Nabe angebrachte und mittels einer Verstelleinrichtung um Ihre durch die Nabe verlaufende Hochachse zwischen einer Öffnungs- und Verschlussstellung verstellbare Verschlusssegmente umfasst, die in der Verschlussstellung die Öffnung des Tunnels gemeinsam verschließen und in der Öffnungsstellung die Öffnung freigeben.
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Derartige Naben mit einer Verstelleinrichtung sind beispielsweise aus der Herstellung von Verstellpropellern bekannt, bei denen die Nabe vom Schiffsantrieb um ihre eigene Achse gedreht wird, wobei an der Nabe die Propellerflügel befestigt sind. Mittels der üblicherweise in die Nabe integrierten Verstelleinrichtung können die Propellerflügel um ihre Hochachse verschränkt werden, um den Anstellwinkel (Pitch) zu verändern.
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Im Rahmen der Erfindung wird nun vorgeschlagen, eine derartige Nabe mit Verstelleinrichtung so zu adaptieren, dass Verschlusssegmente an der die Verstelleinrichtung aufweisenden Nabe befestigt werden und mittels der Versteileinrichtung um ihrer Hochachse zwischen einer Öffnungs- und einer Schließstellung verschwenkt werden können, um in der Schließstellung die rumpfseitigen Öffnung des Tunnels gemeinsam zu verschließen und in der Öffnungsstellung die rumpfseitigen Öffnung maximal freizugeben. Da insoweit durch Adaption vorhandener Konstruktionen für Verstellpropeller auf vorhandene und bewährte Bauteile zurückgegriffen werden kann, lässt sich der konstruktive Aufwand für ein derartiges Querstrahlruder mit Verschlusseinrichtung deutlich verringern.
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Es versteht sich, dass die Verschlusssegmente so ausgeführt sind, dass sie in ihrer Verschlussstellung, in der sie gemeinsam die Öffnung des Tunnels verschließen, möglichst weitgehend der umgebenden Rumpfkontur angepasst sind, um Strömungsverluste zu minimieren.
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Nach einem Vorschlag der Erfindung sind die Öffnungs- und Verschlussstellung der Verschlusssegmente jeweils um 90° um die Hochachse gedreht zueinander angeordnet, so das durch einen Verstellbereich der Verstelleinrichtung um 90° die Verschlusssegmente vorzugsweise synchron und gemeinsam zwischen der Öffnungsstellung und Verschlussstellung verstellt werden können.
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Sofern eine bestehende Verstellnabe eines Verstellpropellers adaptiert wird, kann vorzugsweise auf die sogenannte Z-Bauweise zurückgegriffen werden, um den notwendigen Bauraum der Verstellnabe möglichst gering zu halten. Der Kolbenraum und weitere notwendige Komponenten können im Gehäuse hinter der eigentlichen Nabe verbaut werden.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass die Nabe ein Gehäuse mit darin wasserdicht aufgenommener Versteileinrichtung umfasst, wobei die Nabe mittels Abstützungen ortsfest innerhalb des Tunnels gehaltert ist. Die Abstützungen erstrecken sich insoweit von der gehalterten Nabe zu den Innenwänden des Tunnels.
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Vorteilhaft können die Leitungen für die Energieversorgung und Ansteuerung der Versteileinrichtung, beispielsweise elektrische und hydraulische Leitungen in oder entlang der Abstützungen verlegt werden, wodurch die erfindungsgemäße Verschlusseinrichtung des Querstrahlruder nur einen äußerst geringen Bauraum innerhalb des Tunnels benötigt.
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Die Nabe ist bevorzugt zentral, d. h. auf der Mittelachse des Tunnels im Bereich der zu verschließenden rumpfseitigen Öffnung angeordnet.
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Die Verschlusseinrichtung des erfindungsgemäßen Querstrahlruders umfasst mehrere mittels der Versteileinrichtung der Nabe verstellbare Verschlusssegmente, wobei die Anordnung von drei oder vier derartiger Verschlusssegmente pro zu verschließender rumpfseitiger Öffnung als ideal angesehen wird. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass bei Bedarf auch weniger oder mehr derartiger Verschlusssegmente pro zu verschließender rumpfseitiger Öffnung vorgesehen werden können.
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Um den generierten Widerstand der geöffneten Verschlusseinrichtung des erfindungsgemäßen Querstrahlruders bei Streckenfahrt des Wasserfahrzeuges möglichst gering zu halten, wird des weiteren vorgeschlagen, dass die mit ihrer Hochachse im Wesentlichen vertikal ausgerichteten Verschlusssegmente flächenmäßig kleiner als die mit ihrer Hochachse im Wesentlichen horizontal ausgerichteten Verschlusssegmente ausgeführt sind, so das erstere in ihrer Verschlussstellung eine geringere Teilfläche der Öffnung verschließen als die letztgenannten Verschlusssegmente. Da die mit ihrer Hochachse im Wesentlichen vertikal ausgerichteten Verschlusssegmente in Öffnungsstellung senkrecht zur Strömung entlang des Rumpfes bei Streckenfahrt stehen und somit Widerstand erzeugen, wird dieser Widerstand durch die geringere Fläche minimiert, während die übrigen Verschlusssegmente, die mit ihrer Hochachse im Wesentlichen horizontal ausgerichtet sind und die größere Fläche aufweisen, in Öffnungsstellung lediglich überströmt werden und kaum Widerstand erzeugen.
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Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Querstrahlruders ist es, dass durch Anordnung der Verschlusssegmente an einer vorzugsweise zentral gehalterten Nabe die einzelnen Verschlusssegmente zum Beispiel im Falle einer Beschädigung ohne Dockung entweder vor Ort unter Wasser demontiert werden, um die Funktionalität des Querstrahlruders weiterhin zu gewährleisten oder getauscht werden können.
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Hierzu ist es nach einem Vorschlag der Erfindung vorgesehen, dass die Verschlusssegmente unter Zwischenlage einer Dichtplatte an der Nabe befestigt sind, sodass die Verschlusssegmente selbst die Nabe nicht gegen Seewasser und Sedimente abdichten und auch bei abgenommenem Verschlusssegment zum Beispiel im Falle einer Beschädigung die Dichtplatte die Abdichtung der Nabe weiterhin sicherstellt.
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Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Integration der Verschlusseinrichtung des Querstrahlruders in den Tunnel benötigt die erfindungsgemäße Ausgestaltung kaum Bauraum im Schiffsrumpf. Bisher unvermeidliche aufwändige Stellantriebe sowie Stellflächen für geöffnete Klappen bzw. Schottwände entfallen.
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Die im Rahmen der Erfindung vorgeschlagene Verschlusseinrichtung kann sowohl bei neu zu errichtenden Querstrahlrudern in einem Rumpf eines Wasserfahrzeuges integriert als auch bei bereits vorhandenen Querstrahlruderanlagen nachgerüstet werden.
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Weitere Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen:
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1 in Prinzipdarstellung die Seitenansicht eines Schiffsrumpfes mit darin angeordneten Querstrahlrudern;
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2 die Aufsicht auf den Schiffsrumpf gemäß 1;
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3 in perspektivischer Darstellung das Querstrahlruder mit in Verschlussstellung befindlicher Verschlusseinrichtung gemäß der Erfindung;
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4 das Querstrahlruder gemäß 3 mit in Öffnungsstellung befindlicher Verschlusseinrichtung gemäß der Erfindung;
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5 die Frontalansicht des Querstrahlruders gemäß 4;
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6 die Seitenansicht des Querstrahlruders gemäß 3;
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7 in vergrößerter Darstellung ein Detail der Nabe der erfindungsgemäßen Verschlusseinrichtung.
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Aus den 1 und 2 ist ein Rumpf 1 eines nicht näher dargestellten Wasserfahzeuges dargestellt, dessen Bug mit Bezugszeichen 10 und dessen Heck mit Bezugszeichen 11 gekennzeichnet ist. Der Rumpf 1 befindet sich teilweise unterhalb der Wasserlinie W und ist neben einem Propeller 12 als Hauptantrieb in Richtung seiner Längsachse L mit zwei Querstrahlrudern versehen, von denen eines im Bereich des Bugs 10 und eines im Bereich des Hecks 11 angeordnet ist. Diese Anordnung ist jedoch lediglich beispielhaft zu verstehen, es ist durchaus üblich, auch lediglich ein Querstrahlruder zum Beispiel im Bereich des Bugs 10 vorzusehen.
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In an sich bekannter Weise umfasst jedes Querstrahlruder einen quer durch den Rumpf 1, d. h. quer zu dessen Längsachse L verlaufenden Tunnel 2 von beispielsweise zylindrischen Querschnitt, der beidseits des Rumpfes 1 in rumpfseitigen Öffnungen 20 endet, gegenüber dem übrigen Rumpf 1 abgedichtet ist und insoweit mit dem umgebenden Wasser gefüllt ist. Innerhalb des Tunnels 2 ist ein Antriebspropeller 200 vorgesehen, mit welchem das im Tunnel 2 befindliche Wasser über die eine oder andere rumpfseitigen Öffnung 20 je nach Förderrichtung des Antriebspropeller 200 ausgestoßen wird, um den Rumpf 1 um seine Hochachse zu steuern. Da die rumpfseitigen Öffnungen 20 bei Streckenfahrt eines solchen Wasserfahrzeuges in Richtung der Längsachse L einen hohen Strömungswiderstand erzeugen, sind die Querstrahlruder im Bereich der rumpfseitigen Öffnungen 20 jeweils mit einer Verschlusseinrichtung 3 ausgestattet, die in näheren Einzelheiten aus den 3–7 ersichtlich ist und nachfolgend erläutert wird.
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Man erkennt, dass innerhalb des Querschnittes des Tunnels 2 im Bereich der rumpfseitigen Öffnung 20 Abstützungen bzw. Streben 32 vorgesehen sind, die ausgehend von der Wandung des Tunnels 2 eine Nabe 30 zentral und ortsfest innerhalb der rumpfseitigen Öffnung 20 haltern. Die Nabe 30 umfasst ein wasserdichtes Gehäuse, in dessen Inneren eine nicht näher dargestellte Verstelleinrichtung angeordnet ist, deren Steuer- und Energieversorgungsleitungen innerhalb der Abstützungen 32 verlaufen und von dort mit dem Bordnetz des Wasserfahrzeuges verbunden sind.
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Derartige Naben mit einer im Innern des Gehäuses angeordneten Verstelleinrichtung sind beispielsweise bei Verstellpropellern bekannt, bei denen die Nabe mittels eines Antriebsmotors in Rotation versetzt wird und an der Nabe Propellerflügel befestigt sind. Mittels der Verstelleinrichtung können die Propellerflügel um ihre Hochachse verdreht werden, um den Anstellwinkel (Pitch) zu verändern. Eine solche Nabe kann im dargestellten Beispiel adaptiert werden, um mittels der Abstützungen 32 ortsfest im Bereich der rumpfseitigen Öffnung 20 gehalten zu werden.
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An der Nabe 30 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel insgesamt vier Verschlusssegmente 31 befestigt, die mittels der Verstelleinrichtung der Nabe 30 vergleichbar mit im Anstellwinkel veränderbaren Propellerflügeln um ihre jeweilige Hochachse H verdrehbar sind, und zwar zwischen einer in den 3 und 6 dargestellten Verschlussstellung und einer in den 4 und 5 dargestellten Öffnungsstellung, die jeweils um 90° um die Hochachse H gedreht zueinander angeordnet sind.
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In der in den 3 und 6 dargestellten Verschlussstellung verschließen die hier insgesamt 4 Verschlusssegmente 31 gemeinsam die rumpfseitigen Öffnung 20 des Tunnels 2 vollständig, sodass nahezu keine Strömungsverluste mehr entlang des Rumpfes 2 auftreten.
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Wenn hingegen mittels der Verstelleinrichtung in der Nabe 30 die Verschlusssegmente jeweils um 90° in ihre Öffnungsstellung gemäß 4 und 5 um ihre Hochachse H verschränkt werden, geben die Verschlusssegmente 31 die Öffnung 20 des Tunnels 2 maximal frei, da der Strömungsquerschnitt lediglich durch die in minimaler Querschnittsbedeckung stehenden Verschlusssegmente 31 sowie die Nabe 30 verringert wird. In dieser Öffnungsstellung kann das Querstrahlruder in an sich bekannter Weise zum Manövrieren des Rumpfes 1 verwendet werden.
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Hierbei sind die mit ihrer Hochachse H sich im Wesentlichen vertikal erstreckenden Verschlusssegmente, die in 4 stellvertretend mit 31.1 und 31.2 gekennzeichnet sind, flächenmäßig kleiner als die mit ihrer Hochachse H im Wesentlichen horizontal verlaufenden Verschlusssegmente ausgeführt, die in der 4 stellvertretend mit 31.3 und 31.4 gekennzeichnet sind. Demzufolge verschließen die kleineren Verschlusssegmente 31.1 und 31.2 in Schließstellung auch eine geringere Teilfläche der Öffnung 20 als die mit ihrer Hochachse H im Wesentlichen horizontal ausgerichteten Verschlusssegmente 31.3 und 31.4. In Öffnungsstellung gemäß 4 allerdings stehen die kleineren Verschlusssegmente 31.1 und 31.2 senkrecht zur Strömung des in Richtung der Längsachse L umströmten Rumpfes 1, etwa bei langsamer Streckenfahrt, und erzeugen einen unvermeidlichen Widerstand, der aufgrund der geringen Flächengröße jedoch minimiert wird, während die demgegenüber größeren Verschlusssegmente 31.3 und 31.4 in Öffnungsstellung lediglich überströmt werden und somit kaum Widerstand erzeugen.
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Wesentlicher Vorteil der aus den vorangehenden Figuren erläuterten Verschlusseinrichtung 3 ist es, dass diese vollständig innerhalb des Tunnels 2 eingebaut werden kann und mit Ausnahme der zugeführten Versorgungsleitungen, die durch die Abstützungen 32 zur Nabe 30 verlaufen, außerhalb des Tunnels keinerlei Bauraum beansprucht, sodass sie mit geringem Aufwand in das Querstrahlruder bzw. dessen Tunnel 2 integriert und auch nachträglich in bereits vorhandene Anlagen eingebaut werden kann.
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Darüber hinaus ist es problemlos möglich, etwa im Falle einer Beschädigung einzelne Verschlusssegmente 31 unter Wasser und ohne erforderliche Dockung des Rumpfes 1 vorübergehend zu demontieren oder auszutauschen, da sie nach Lösen der Verbindung zur Nabe 30 über die Öffnung 20 herausnehmbar sind.
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Wie insbesondere aus der 7 ersichtlich, erfolgt die Befestigung der einzelnen Verschlusssegmente 31 in ihrem Fußbereich an der Nabe 30 vorzugsweise unter Zwischenlage einer Dichtplatte 34, die die Abdichtung der Nabe 30 gegenüber Seewasser und Sedimenten sicherstellt, auch wenn das Verschlusssegment 31 etwa im Falle einer Beschädigung von der Nabe 30 abgenommen wird.
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Da überdies hinsichtlich der Konstruktion der Nabe 30 und der darin angeordneten Verstelleinrichtung auf Ausführungsformen zurückgegriffen werden kann, die bei Verstellpropellern Anwendung finden, lässt sich auf bereits vorhandene Baugruppen zurückgreifen und der konstruktive Aufwand für die Herstellung des erfindungsgemäßen Querstrahlruders mit Verschlusseinrichtung signifikant verringern.
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Bei Ausrüstung eines Rumpfes eines Wasserfahrzeuges mit dem vorangehend erläuterten Querstrahlruder werden an die Ausstattung des Wasserfahrzeuges nur geringe Anforderungen gestellt. Es muss lediglich ein Antriebs und Steuerungsaggregat für die Versteileinrichtung der Nabe vorhanden sein, etwa ein geeignetes Hydraulikaggregat.
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Unabhängig davon, ob sich die Verschlusssegmente in Öffnungs- oder Schließstellung befinden, bleibt der Platzbedarf der Verschlusseinrichtung des Querstrahlruders stets gleich, so dass keine zusätzliche Stellfläche für die geöffnete Verschlusseinrichtung benötigt wird.
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Die Verstelleinrichtung der Nabe 30 kann beispielsweise die bei Verstellpropellern bekannte Z-Bauform mit vorgelagertem Kolbenraum umfassen und bietet vorzugsweise einen Verstellbereich von 90°.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2131101 A1 [0003]
- FR 2815602 A1 [0003]
- DE 102013019449 A1 [0004]
