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Die
Erfindung betrifft alle Arten von Schiffsrudern und Flossenrudern,
die als normalbelastete sogenannte Vollschweberuder eine obere oder
in das Ruder hineinragende Ruderschaftslagerung in einem Ruderträger haben
sowie hochbelastete sogenannte Halbschweberuder mit Ruderschafts-
und Fingerlingslagerungen in einem Ruderträger vor dem drehbeweglichen
Ruder.
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Es
existieren verschiedene Lösungen
von Rudern mit oberen oder in das Ruder hineinragenden Ruderträgern mit
erwiesenen Vorteilen für
kleinere und mittlere Rudergrößen, bei
denen die entsprechenden auftretenden Belastungen, Kräfte und
Momente noch zuverlässig übertragbar
sind.
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So
ist mit der
DE-OS 38
14 943 ein Ruder, insbesondere Balance-Profilruder für Wasserfahrzeuge,
bekannt geworden, dessen Ruderkokerlager als Kragträger mit
einer mittigen Innenlängsbohrung zur
Aufnahme des Ruderschaftes für
das Ruderblatt versehen ist und bis in das mit dem Ruderschaltende verbundene
Ruderblatt hineinreichend ausgebildet ist, in seiner Innenbohrung
ein Lager zur Lagerung des Ruderschaftes aufweist und an seiner
Außenwandfläche etwa
in gleicher Höhe
zu dem Lager in der Innenlängsbohrung
des Ruderkokerlagers ein weiteres Lager zur Aufnahme und zur Abstützung des
Ruderblattes aufweist, wenn weiterhin der Ruderschaft mit seinem
in dem Ruderblatt liegenden Ende bis in den Bereich der Propellerwellenmitte oder
bis unterhalb der Propellerwellenmitte geführt ist.
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Eine
andere Lösung
dieses Balance-Profilruders sieht vor, die Verbindung des Ruderschaftes
mit dem Ruderblatt oberhalb der Propellerwellenmitte liegend vorzusehen
und dabei die zusätzliche
Lagerung des Ruderblattes am Ruderkoker einzusparen.
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Durch
die Lagerung des Ruderschaftes an einem weit in das Ruderblatt hineinreichenden
Ruderkoker wurde eine Trennung des zweiachsigen Spannungszustandes
erreicht, wobei das Biegemoment von dem in das Ruder eingezogenen
Koker aufgenommen und in den Schiffskörper eingeleitet wird. Der
Ruderschaft braucht dann nur noch das Drehmoment für die Rudereinstellung
zu übertragen.
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Für große und größte Schiffsruder
würden demgegenüber bei
Vollschweberudern mit Ruderschaftslagerungen und Verbindungen des
Ruders mit dem Ruderschaft sowie bei Vollschweberudern mit in das
Ruder hineinragenden Ruderträgern
Abmessungen mit übermäßig völligen Ruderprofilen
mit hohem Eigenwiderstand ergeben.
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Besonders
hoch belastete und große
Ruder werden daher traditionell als Halbschweberuder mit oberer
Ruderschaftslagerung und oberer Verbindung des Ruders mit dem Ruderschaft
sowie einem vor dem drehbaren Ruderkörper angeordneten Ruderträger, einem
Ruderhorn, mit einer unteren Lagerung, dem sogenannten Fingerling,
gebaut.
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Eine
typische Ausführungsform
wird dazu in der
1 der
DE-OS 30 23 015 gezeigt.
Das Ruderhorn erfüllt
hierbei lediglich die Aufgabe, für
den Ruderschaft einen möglichst
weit vom oberen Lager entfernten Lagerpunkt vorzuhalten, um die
auftretenden Biegespannungen im Ruderschaft zu minimieren. Gegenüber ursprünglichen
Konstruktionen mit vollem Rudersteven, wo an dessen unterem Ende das
Ruderblatt in der sogen. Ruderhacke gelagert ist, stellt die Gestaltung
eines Ruderhorns für
die untere Lagerung von Halbschweberudern ein technischer Fortschritt
dar, wodurch eine freischwebende untere Ruderblatthälfte zur
vollen Entfaltung ihrer Ruderkräfte
gewonnen werden konnte.
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Sowohl
in dieser als auch in anderen Veröffentlichungen von Ruderanordnungen
an einem Ruderhorn ist eine stabilisierende Wirkung zwischen Ruderhornansatz
und Ruderkoker bewußt
nicht gewollt bzw. der Fachwelt nicht mitgeteilt worden, weil es
eben noch nicht erforderlich war. Es kann also davon ausgegangen
werden, daß das
Ruderhorn neben der Anordnungsmöglichkeit
des unteren Fingerlingslagers sowie zur Vergleichmäßigung des Schraubenstrahls
im oberen Bereich seinen Zweck voll erfüllte.
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Zur
Aufnahme der Kräfte
und Momente wird das nicht drehbewegliche Ruderhorn dabei weitgehend
in den Propellerabstrom soweit heruntergeführt, daß bei ausgebautem Ruderkörper noch
die Propellerwelle mit der Propellernabe nach achtern montierbar
ist.
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Im
Vergleich zu den Vollschweberudern ohne feste Ruderträger sind
die Ruderwirkungen vermindert und die Aufwendungen durch das Ruderhorn,
das untere Fingerlingslager und den Fingerling vergrößert.
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Weiter
gibt es sogenannte Hochauftriebsruder, die, vorwiegend als Vollschweberuder
für kleinere
und mittlere Schiffgrößen, zur
Verstärkung
des Ruders eine Folgeruderflosse am Hauptruder haben, die bei Ruderbetätigung durch
das Hauptruder in gleicher Richtung zwangsweise angestellt wird.
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Da
Ruder jedoch zwei grundlegend unterschiedliche Betriebsfunktionen
haben, zum einen die Kursstabilisierung bei geringem Eigenwiderstand
des Ruders, günstigen
Drallenergierückgewinn
mit verschleiß-
und energiereduziertem Ruderantrieb und
zum anderen die wirksame
Vergrößerung des
Ruderauftriebs bei größeren Ruderlagen
zur Verkleinerung des Schiffsdrehkreises und zur Vergrößerung der
Ruderkräfte
bei Hart-Ruderlagen,
erfüllen
die bisherigen Vollschwebe-Hochauftriebs-Flossenruder nur die zuletzt
genannten Anforderungen, während
bei kleinen Ruderlagen die Flossenanstellung zum Übersteuern
führt und
ein häufiges
Ansprechen der Rudermaschine zur Folge hat.
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Anstelle
der vom Hauptruder betätigten
Folgeflosse gibt es verschiedene Lösungen für sogenannte Aktivruderflossen
für Vollschweberuder
mit eigenständiger
Flossenbetätigung über den
gesammten Anstellungsbereich, wie in der
DE-OS 4426953 u.a. vorgestellt,
die jedoch höhere
Aufwendungen gegenüber
den Folgeflossen erfordern.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, für
normalbelastete und für
besonders hoch belastete Ruder Schweberuder zu schaffen, die mit
schlanken Ruderprofilen einen geringen Fahrtwiderstand erzeugen und
deren drehbewegliche Ruderkörper
vollständig oder
weitgehend zum Rückgewinn
der Propellerdrallenergie und zur Erzeugung hoher Auftriebswerte vom
Propellerstrahl angeströmt
werden und deren Ruderflossen in einem Aktiv-Anstellbereich für Kursstützungen
eigenständig
betätigbar
sind und für
größere Anstellwinkel
als Folgeflossen wirken.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch ein als Montagemodul gestaltetes Schweberudersystem
mit einer Ruderträgerhohlsäule gelöst, deren
untere Teillänge
bis zum Anschluß an
die Schiffskörperverbände bzw.
Gillungsanbauten und ihrer daraus herausragenden Länge verstärkt ist
und mit einem in Anströmrichtung
weiter versteifenden und an die Schiffskörper- oder Anbautenverbände anschließbaren festen
Leitkopf zu einem Festigkeitsverband verschweißt ist, wobei die Unterkante
des festen Leitkopfes entsprechend dem Propellerdurchmesser, der Strahlkon
traktion und der oberen Flügelspitzenwirbel
so positioniert ist, daß die
untere drehbewegliche Teilfläche
des Schweberuders voll bzw. weitgehend im beschleunigten Propellerabstrom
liegt und die darüber
liegenden Profile des festen Leitkopfes und die Profile der drehbeweglichen
oberen Ruderteilfläche
dem Außendurchmesser
der Ruderträgerhohlsäule angepaßt und widerstandsgünstig schlank
und vorzugsweise zur vereinfachten Modulmontage von gleicher Profildicke
oder zumindest die oberen Profile von gleicher Dicke, für einen
direkten Einschub und Schweißanschluß oder mittels
einer Schweißanschlußplatte
sind.
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Als
werkstattfertiges Montagemodul ist die Ruderträgerhohlsäule, soweit erforderlich, weiter
mit Schweißanschlüssen an
die Längs-
und Querverbände
der Schiffskonstruktion und einen oberen Flansch für das Traglager
bzw. für
die Rudermaschine und einem unteren Ruderschaftslager in der Ruderträgerhohlsäule komplettiert.
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Die
Ruderträgerhohlsäule kann
dabei mit dem unteren Ruderschaftslager oberhalb des kontrahierten
Propellerstrahls enden, wie in 2g gezeigt,
oder für
eine noch weitergehende Annäherung des
unteren Schaftlagers an den Ruderflächenmittelpunkt in das Ruder
hineinreichen und damit unterhalb des kontrahierten Propellerstrahls
liegen, wie in 2h gezeigt, wobei jeweils
die erforderliche Montagehöhe
des Ruderblattes ohne Schaftausbau zu beachten ist. Der in der Ruderträgerhohlsäule oben und
unten gelagerte Ruderschaft ist durchgehend ohne Fingerling und
an seinem unteren Ende mit dem Ruder durch eine Konuskupplung verbunden, so
daß der
durchgehende Ruderschaft mit seiner unteren Lagerung in der Ruderträgerhohlsäule zu günstigen
Belastungsverhältnissen
beiträgt.
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Das
Hochlast-Schweberudersystem kann außerdem durch eine verkürzte oder
volle Folgeflosse oder wahlweise durch eine kombinierte Aktiv-/Folgeflosse
komplettiert werden, wie 4 bis 6 zeigen.
Für die
Variante mit Folgeflosse ist dazu eine Anlenkung bzw. für die Aktiv/Folgeflosse
ein Mantelrohr mit einer Flossendrehwelle und im Rudermaschinenraum
ein Aktivflossenantrieb mit Steuerung angeordnet.
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Die
Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen erläutert. Es
zeigen:
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1 beispielhaft
ein Hochlast-Schweberuder mit einer vom Anschluß an die Schiffsverbände bis
zum unteren Ruderschaftslager verstärkten Ruderträgerhohlsäule 1,
die weiter durch einen festen vorderen Leitkopf 2 mit Anschluß an die
Schiffsverbände
versteift ist und je nach Höhe
des oberen Flügelspitzendurchgangs
unter Berücksichtigung
der Strahlkontraktion und der Spitzenwirbel herabreichenden Unterkante,
so daß die
untere Teilfläche
des drehbaren Ruderblatts voll bzw. weitgehend vom beschleunigten
Propellerabstrom angeströmt
wird.
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Weiter
zeigt die 1 die durch die Flächenanteile
der unteren und oberen Ruderteilflächen erreichte Annäherung des
Ruderflächenmittelpunktes an
die Höhenposition
der Ruderschaftkupplung und des unteren Ruderschaftlagers in der
Ruderträgerhohlsäule bzw.
die dadurch erreichte verminderte Biegebelastung.
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2 zeigt
Varianten von Halbschweberudern mit Ruderschaft und Fingerling in
(a), (b), (c und (d) sowie Vollschweberuder mit oberer Schaftkupplung
(e) und im Ruderblatt liegender Kupplung (f) sowie in Gegenüberstellung
das Hochlast-Schweberuder mit Ruderträgersäule, festem Leitkopf und unterem
Ruderschaftlager oberhalb des kontrahierten Propellerstrahls in
(g) bzw. mit mit dem unteren Ruderschaftlager unterhalb des kontrahierten
Propellerstrahls in (h).
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3 zeigt
im Vergleich die Belastungen von Halbschweberudern und Vollschweberudern
zu der günstigen
Belastung des Hochlast-Schweberuders mit Ruderträgerhohlsäule, festem Leitkopf und in
das Ruderblatt hineinragender Konuskupplung.
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4 zeigt
das Hochlast-Schweberuder mit Ruderträgerhohlsäule 1 am schiffsfesten
oberen Leitkopf 2 und nach einer Anordnung einer verkürzten oder
vollen Folgeflosse 14 mit Anlenkung 17 für die Folgeflosse 14 an
der Ruderträgerhohlsäule 1 bzw. mit
Mantelrohr und Flossendrehwelle 18 an der Ruderträgerhohlsäule 1 und
an den Aktivflossenantrieb 19 im Rudermaschinenraum.
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5 zeigt
das Funktionsschema der kombinierten Aktiv-/Folgeflosse. Kursstützungen
und kleinere Kurskorrekturen erfolgen dabei mit der Aktivflosse
durch eigenständige
Flossenanstellungen im Flossenanstellsektor von β bis etwa ± 15° und das Hauptruder bleibt dabei
in der günstigsten
Stütz-Ruhestellung.
Für größere Rudermanöver und
Hartruderlagen des Hauptruders verbleibt der Anlenkpunkt der Schwenkhebelbuchse
der Aktivflosse wie ein fester Drehzapfen in der Mittelstellung
und die Flosse folgt der Anstellung des Hauptruders.
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6 zeigt
den separaten Flossenantrieb 19 der kombinierten Aktiv-/Passivflosse
mit Steuerung im Rudermaschinenraum.
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- 1
- Ruderträgerhohlsäule
- 2
- Fester
Leitkopf
- 3
- Verstärkter Hohlsäulenbereich
- 4
- Einschweißflansch
am oberen Ende der Ruderträgerhohlsäule
- 5
- Durchgängiger Ruderschaft
ohne Fingerling
- 6
- Oberes
Schaftlager
- 7
- Unteres
Schaftlager
- 8
- Konuskupplung
Ruderschaft/Ruderblatt
- 9
- Erforderliche
Montagehöhe
ohne Schaftausbau
- 10
- Untere
drehbare Ruderteilfläche
im Propellerstrahl unter dem festen Leitkopf mit dem unteren Teilflächenmittelpunkt
- 11
- Obere
drehbare Ruderteilfläche
oberhalb des Propellerstrahls hinter der Ruderträgerhohlsäule und dem festen Leitkopf
mit dem oberen Teilflächenmittelpunkt
- 12
- Flächenmittelpunkt
der gesamten drehbaren Ruderfläche
- 13
- Ruderwulst
(Propulsionsbirne)
- 14
- Drehbare
verkürzte
oder volle Ruderflosse (Flap) mit Lagerungen als Folgeflosse oder kombinierte
Aktiv-/Folgeflosse
- 15
- Ruderflossenpinne
- 16
- Untere
Flossen-Gleitschwenkhebelbuchse
- 17
- Anlenkung
der Gleitschwenkhebelbuchse an der Ruderträgerhohlsäule bei Folgeflosse
- 18
- Flossendrehwelle
und Mantelrohr an der Ruderträgerhohlsäule für kombinierte
Aktiv-/Folgeflosse
- 19
- Aktivflossenantrieb
und -steuerung