DE19949087C2 - Ruderträger - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Befestigung, Halterung und drehbaren Lagerung eines Ruders (1), angeordnet am Heck eines Schiffes (2). DOLLAR A Der übliche drehbare stählerne Ruderschaft aus Vollmaterial wird erfindungsgemäß durch einen hohlen Stahlzylinder (4) entsprechenden Durchmessers ersetzt, der entweder mit dem Ruderblatt (1) fest verbunden oder mittels einer Schraubverbindung (10, 16) angeflanscht ist. DOLLAR A Der hohle Stahlzylinder (4) ist entsprechend dem Belastungsverlauf durch Biege- und Torsionsmomente sowie Querkräfte von unten nach oben entweder konisch oder abgestuft geformt und besitzt einen durch das Rudermaschinendeck (12) ragenden Antriebskonus. DOLLAR A Im Ruderkoker (5) ist der Stahlzylinder (4) zweifach gelagert (8, 9), um die beim Manöverbetrieb auftretenden Kräfte des Ruderblattes (1) in den Schiffskörper (2) überzuleiten. DOLLAR A Ein besonderer Vorteil der neuartigen Ruderlagerung besteht darin, daß ein Ruderblatt (1) mit für das Schiff günstiger Form wie zum Beispiel ein Schweberuder mit einem Profil hohen Wirkungsgrad zur Anwendung gelangen kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Befestigung, Halterung und drehbarer Lagerung eines Ruders, angeordnet am Heck eines Schiffes, speziell eines Schweberuders mit hoher Ruderleistung sowie großen Schwenkwinkeln. Dabei soll der übliche drehbare stählerne Ruderschaft aus Vollmaterial erfindungsgemäß durch einen hohlen Stahlzylinder in besonderer Form ersetzt werden, der entweder mit dem Ruderblatt fest verbunden oder mittels Schraubverbindung angeflanscht ist.

• - Bekannt sind Halterungen und Lagerungen von Rudern bei See- und Binnenschiffen, deren Ruderblatt durch Zapfen an der Unterseite in einer sogenannten Stevenhacke und an der Oberseite an einem in das Schiff hineinragenden massiven drehbaren Ruderschaft aus Schmiede- oder Gußstahl gelagert sind und der gleichzeitig die Funktion des Drehantriebes für das Ruder übernimmt. Aus propulsionstechnischen Gründen, die Stevenhacke verhindert einen günstigen Wasserzustrom zum Propeller, wird diese Form der Ruderlagerung kaum noch angewendet und ist heute im wesentlichen durch Halb- oder Ganzschweberuderformen ersetzt.
• - Beim Halbschweberuder ist die untere Lagerung des Ruderblattes durch eine Lagerung in etwa halber Höhe oder weniger ersetzt worden, während die obere Lagerung mit dem Drehantrieb über einen stählernen Ruderschaft aus Vollmaterial geblieben ist. Nachteilig hierbei ist, daß das mittig liegende sogenannte Fingerlingslager von einem vor dem Ruderblatt liegenden am Schiffsboden befestigtem Rudersporn getragen werden muß. Zwar ist dieser Rudersporn in seiner Form der Fläche des Ruders angepaßt, nimmt jedoch nicht an der Ruderbewegung teil. Dabei entsteht beim Ruderlegen zwischen schiffsfesten Rudersporn und beweglichem Ruder­ blatt ein mit dem Ruderwinkel sich vergrößernder Spalt, der in diesem Bereich durch den entstehenden Druckausgleich des anströmenden Wassers die Ruderwirkung erheblich ver­ mindert. Nachteilig ist weiterhin, daß zu den sich wiederholenden Inspektion des Lagers sowie bei der Montage und Demontage des Ruders dessen Beplattung aufgebrannt und wieder ver­ schweißt werden und der Ruderschaft über eine komplizierte hydraulische Aufziehtechnologie mit dem Ruder verbunden und gekontert werden muß.
• - Zur Vermeidung der o. g. Nachteile wird das sogenannte Schweberuder eingesetzt. Hier besteht die Ruderlagerung, gleichzeitig Drehantrieb, von einem in das Ruder von oben hineinragenden stählernen Ruderschaft aus Schmiedestahl, dimensioniert entsprechend der auftretenden Belastungen und im Ruder verbunden mit einer Konuskupplung.

Das Schweberuder vermeidet durch den Entfall des Rudersporns die Wirkungsgradnachteile des Halbschweberuders, wodurch die Ruderfläche kleiner und kostengünstiger gebaut werden kann.

Außerdem kann sich bei größeren Ruderwinkeln der Wirkungsgrad des Schweberuders gegenüber dem Halbschweberuder bis zu 50% verbessern und die zweite Ruderblattlagerung einschließlich des kostenintensiven Rudersporns entfällt.

Die hohen Belastungen durch das Biege- und Torsionsmoment erfordern beim Schweberuder an der unteren im Schiffskörper liegenden Lagerung erhebliche Aufwendungen und entsprechend stark dimensionierte Ruderschäfte, da bei vorgegebener Ruderfläche das Biegemoment für den Ruderschaft mit dem Quadrat der Schiffsgeschwindigkeit anwächst und sich somit der Durchmesser mit der Potenz 2/3 der Schiffsgeschwindigkeit vergrößert. Diese großen Durch­ messer der Ruderschäfte führen dadurch im oberen Bereich des Ruderblattes zu großen Profildicken mit den entsprechend ungünstigen Ruderwirkungsgraden sowie Widerstands­ erhöhungen der Schiffe.

Bei großen schnellfahrenden Schiffen, denen durch ein entsprechend großes Ruder gute Manövrierfähigkeit garantiert werden muß, gelangt man insbesondere bei Schweberudern schnell an die Grenzen der Herstellung und Bearbeitung der Ruderschäfte, der Lagerung im Schiff und die Einbindung in das Ruderblatt.

Ein besonders erwähnenswerter Nachteil dieser Ruderlagerung besteht in der hohen Empfind­ lichkeit gegen Schwingungen induziert von der Propelleranströmung. Sie führt zu hohen dynamischen Belastungen in den Lagern und in den Schweißnähten des Ruderblattes.

• - Bekannt geworden ist mit dem Patent DE 29 08 331 A1 die Aufhängung und Lagerung des als Schweberuder ausgebildeten Ruders an der Unterseite des Hinterschiffes mittels einer Wälzlager- bzw. Kugeldrehverbindung größeren Durchmessers. Nachteilig hierbei ist der hohe Preis der Lagerungselemente, der hohe Abdichtungsaufwand gegen eindringendes Seewasser, sowie die komplizierte Einbautechnologie.
• - Bekannt ist weiterhin das Patent WO 93/24 363 A1 einer Rudervorrichtung für Wasser­ fahrzeuge, bei dem im Schiffskörper ein Hohlraum vorgesehen ist, der nach unten offen und in dem ein Drehkörper mit einem in senkrechter Richtung bewegliches Ruderblatt angeordnet ist. Diese Ruderlagerung ist nur für kleinere Wasserfahrzeuge mit geringen Tiefgängen in dieser Ausführung geeignet, da die Anwendung für größere Ruderanlagen einen hohen mechanischen Aufwand erfordern würde. Anderseits ist das Aus- und Einfahren von Rudern bei großen Schiffe nicht notwendig und möglich.
• - Ebenfalls für eine Ruderanlage kleinerer Wasserfahrzeuge ist die Ausführungsform nach Patent WO 98/33 703 A1 bekannt, in dem ein axial verschiebbares Ruder in einer trommelartigen Drehvorrichtung gelagert ist. Die verschiebbare Lagerung des Ruderblattes muß bei Schiffen auf Grund der großen Momente und Querkräfte aus dem Ruderblatt mit einer sehr komplizierten und damit kostspieligen Aufhängung versehen werden.
• - In DE 38 39 086 A1 wird eine Lagerung offenbart, wo die Schubkräfte, die sich aus einem Ruderpropeller ergeben, über eine im Schiff eingebaute halbkugelförmigen Tragekuppel über­ geleitet werden. Diese Art der Traglagerung ist für ein großes Ruder ungeeignet und nicht ohne ökonomische Konsequenzen für den Einbau.
• - Bekannt ist weiterhin das USA-Patent Nr. 4 016 824 für Segelboote. In einem umgekehrt kegelförmig gestalteten Hohlraum im Bootskörper ist eine ebensolche Schale drehbar ange­ ordnet in der ein schwenkbarer Ruderschaft dafür sorgt, daß das Ruder auch bei gekrängtem Boot immer senkrecht steht. Diese Art der Ruderaufhängung und -bewegung kann aufgrund der großen zu bewegenden Massen sowie der notwendigen aufwendigen Mechanik zum Ruderlegen für große Schiffe nicht zur Anwendung gelangen.
• - Bekannt ist das Patent DE 24 33 116 A1, bei dem der Ruderschaft als geschweißter Kasten­ träger mit rechteckigem Querschnitt ausgeführt ist. Der Nachteil dieser Form besteht in der komplizierten Schweißkonstruktion, die für den Schaft und zusätzlich für die untere und obere Lagerung des Schaftes im Schiffskoker erforderlich wird. Die durch die Querschnittsform festliegenden Hauptachsen für Trägheits- und Widerstandsmoment sind für die sich stets ändernden Kraftangriffsrichtungen beim Ruderlegen nachteilig. Weiterhin ist die Anordnung der Schraubenverbindung im Bereich des größten auftretenden Biegemomentes ungünstig, sowohl hinsichtlich der Festigkeit als auch der Schwingungsbelastung.
• - Bekannt ist das Patent DE 961 848 C, bei dem im Bereich der Lagerung des Ruderschaftes, unabhängig von seiner Form, Verbesserungen des Schmierverhaltens für die Lagerreibung vorgeschlagen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Seeschiffen den bisher ausschließlich angewendeten Ruderschaft aus Vollmaterial durch eine andere geeignete Konstruktion zu ersetzen, die material- und kostengünstiger ist, den Propulsions- und Steuerwirkungsgrad optimiert, das Schwingungs­ verhalten verbessert und einfach montiert sowie demontiert werden kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Ruderblatt (1) eines Schweberuders mit einem erfindungsgemäßen Stahlzylinder (4) entweder fest verbunden oder lösbar angeflanscht in den Kokerraum (5) des Hinterschiffes hineinragt. Dieser Stahlzylinder (4) ist entsprechend dem Belastungsverlauf durch Biege- und Torsionsmomente sowie Querkräfte von unten nach oben entweder konisch oder abgestuft geformt und besitzt einen durch das Rudermaschinendeck (12) ragenden Antriebskonus (20) für den Ruderantrieb (19). In dem Kokerraum (5), der sowohl eine runde als auch eckige Form haben kann, ist der Ruderträger, bestehend aus Stahlzylinder (4) und Zylinderdom (21) zweifach in den Lagerstellen (8) und (9) gelagert, um die durch den Betrieb des Ruderblattes (1) erzeugten Biegemomente und Querkräfte aufzunehmen und in den Schiffskörper (2), (3) einzuleiten.

In einer ersten Ausführungsform entsprechend Fig. 1 ist ein in die Oberseite des Ruderblattes (1) formschlüssig und biegesteif eingebauter Zylinderdom (21) mit einem der Ruderform angepassten Formstück (24) vorhanden, wobei der obere Teil des Zylinderdoms (21) in den mit dem Schiffskörper (2) verbundenen Kokerraum (5) hineinragt und dort über einen Flanschringe (16), mit einem konischen oder geraden Stahlzylinder (4) mit dem Antriebskonus (20) durch geeignete Verbindungselemente (10) verbunden ist.

In Abweichung von der obigen Ausführungsform entsprechend Fig. 2 ragt der an der Oberkante des Ruderblattes (1) integrierte Zylinderdom (21) in den zweifach gelagerten Stahlzylinder (4) hinein, wo er durch geeignete Verbindungselemente (10) mit diesem verbunden ist. Der Stahlzylinder (4) endet im Rudermaschinendeck (12) als Hohlzylinder (Fig. 2) oder als massives Schmiedeteil (Fig. 1, 3)

Bei einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform des Ruderträgers entsprechend Fig. 3 ist der speziell geformte und im Kokerraum (5) zweifach gelagerte Stahlzylinder (4) unterseits wasserdicht mit einer Flanschplatte (6) abgeschlossen. Hierbei schließt die untere Flanschplatte (6) des Stahlzylinders (4) die Unterkante eines vorhandenen Skegs (3) oder die Gillungslinie der Außenhaut (11) des Schiffes ab und der Spalt zwischen Oberkante Ruderblatt (1) und Schiffskörper (2) wird minimiert. An diese Flanschplatte (6) kann das Ruderblatt (1) mittels verschiedener bekannter Verbindungselemente (10) und Verbindungsformen, wie zum Beispiel Verschraubungen oder einen Preß verband (13) mit Schwalbenschwanzeinschub, wie in Fig. 7 gezeigt, befestigt werden.

Bei einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform des Ruderträgers nach Fig. 4 ist der mit der Oberkante des Ruderblattes (1) fest verbundene unten geschlossene Stahlzylinder (4) nach oben offen und dreht mittels zweier Lager (8, 9) um einen von oben hineinragenden schiffsfesten Führungszylinder (17). Der Vorteil dieser Bauweise ist die absolut trockene seewasserfreie Lagerung und Halterung des Ruders sowie die Möglichkeit, den Ruderantrieb (19) vom Deck (2) in das Innere des schiffsfesten Führungszylinders (17) zu legen.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Gestaltung der Ruderlagerung mit einem konisch geformten Stahlzylinder (4) im oberen und unterem Teil besteht darin, daß das Ruderblatt (1) im oberen Bereich eine für das Schiff günstige Form mit hohem Wirkungsgrad erhalten kann, da kein tragendes Element in das Ruderblatt (1) hineinragt und die Lagerung des Ruders im Kokerraum (5) entsprechend dem Momentenverlauf der Ruderbelastung durch den Lagerdurchmesser optimal gestaltet werden kann.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ruderlagerungen gestatten auch wie bei den bekannten Ruderanlagen den Einsatz und Antrieb einer Ruderflosse.

Beschreibung der Gestaltungsmöglichkeiten von erfindungsgemäßen Ruderträgern anhand von Zeichnungen:

Fig. 1 zeigt den Längsschnitt durch ein Hinterschiff (2) mit dem erfindungsgemäßen Ruderträger in der ersten Ausführungsvariante mit einem an der Oberkante des Ruderblattes (1) integrierten Zylinderdom (21), der in den Kokerraum (5) einschiebbar und dort durch geeignete Verbindungselemente (10) mit einem Stahlzylinder (4) verbunden ist.

Fig. 2 zeigt den Längsschnitt analog Fig. 1 und die erfindungsgemäßen Ausführungsform der ersten Variante mit einem an der Oberseite des Ruderblattes (1) befindlichen Zylinderdom (21), der in dem zweifach im Kokerraum (5) gelagerten Stahlzylinder (4) einschiebbar und dort mit diesem durch geeignete Verbindungsmittel (10) verbunden ist.

Fig. 3 zeigt den Längsschnitt analog Fig. 1 und den erfindungsgemäßen Ruderträger der zweiten Ausführungsvariante mit einem im Kokerraum (5) zweifach gelagerten Stahlzylinder (4), der an der Unterkante eine Flanschplatte (6) besitzt, an der das Ruderblatt mit geeigneten Verbindungselementen (10) angeflanscht werden kann.

Fig. 4 zeigt den Längsschnitt analog Fig. 1 und den erfindungsgemäßen Ruderträger der dritten Ausführungsvariante mit einem im Schiffskörper (2) fest verbundenen Führungszylinder (17), um den sich der zweifach gelagerte Stahlzylinder (4) mit dem angeflanschtem Ruderblatt (1) dreht.

Fig. 5 zeigt einen Querschnitt von Fig. 1 mit dem schiffsfesten Kokerraum (5), dem Skeg (3) sowie dem in das Ruderblatt (1) eingebundenen Zylinderdom (21) und dessen Aussteifung (22).

Fig. 6 zeigt den Schnitt A-A von Fig. 5 in dem Übergangsbereich vom Schiffskörper (2) zum Ruderblatt (1) mit der unteren Lagerung (9) des Zylinderdoms (21) und die Einbindung des Kokerraumes (5) in den Skeg (3).

Fig. 7 zeigt den Querschnitt analog Fig. 3 und eine mögliche form- und kraftschlüssige Press­ verbindung (13) mittels Schwalbenschwanzeinschub (14) als Alternative zur Verbindung mit Schrauben.

Beschreibungsnummerierung

1

Ruderblatt

2

Schiffskörper

3

Skeg

4

Stahlzylinder

5

Kokerraum

6

Flanschplatte

7

Ruderflansch

8

Oberes Lager

9

Unteres Lager

10

Verbindungselemente

11

Außenhaut

12

Rudermaschinendeck

13

Preßverbindung

14

Schwalbenschwanzeinschub

15

Aussteifung (Stahlzylinder)

16

Flanschring

17

Führungszylinder

18

19

Ruderantrieb

20

Antriebskonus

21

Zylinderdom

22

Aussteifung (Zylinderdom)

23

Antriebszylinder

24

Verkleidung

25

Einstiegsöffnung

Claims (10)

1. Ruderträger für ein im wesentlichen um die senkrechte Achse drehbares Ruderblatt (1) für Wasserfahrzeuge, welches in einem nach unten durch die Außenhaut (11) offenen Kokerraum (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Halte- und Lagervorrichtung aus einem Stahlzylinder (4) besteht, der mit der Oberkante des Ruderblattes (1) entweder fest verbunden oder angeflanscht und im Kokerraum (5) zweifach gelagert ist.

2. Ruderträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Stahlzylinders (4) von unten nach oben eine konische Form aufweist, die entsprechend der auftretenden Belastung glatt oder gestuft und die Querschnittsform rund oder eckig sein kann sowie die notwendige Aussteifung (15) erhält.

3. Ruderträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlzylinder (4) unten durch eine mit der Außenhaut (11) des Schiffes (2) oder Unterplatte eines Skegs (3) fluchtende Flanschplatte (6) abgeschlossen ist, die gleichzeitig zum Anschluß des Ruderblattes (1) über den Ruderflansch (7) mittels bekannter Verbindungselemente (10) dient.

4. Ruderträger nach Anspruch 1 oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß ein am Ruderblatt (1) angeflanschter Stahlzylinder (4) oben offen ist und sich um einen im Schiffskörper (2) starr eingebundenen Führungszylinder (17) über eine zweifache Lagerung (8, 9) dreht.

5. Ruderträger nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Ruderblatt (1) an seiner Oberkante einen fest eingebundenen Zylinderdom (21) hat, welcher im Kokerraum (5) bis über das untere Lager (9) hineinragt und oberhalb des Lagers (9) mittels eines Flanschringes (16) mit einem konisch oder zylindrisch geformten Stahlzylinder (4) mit Antriebskonus (20) verbunden ist.

6. Ruderträger nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß ein an der Oberseite des Ruderblattes (1) fest eingebundener Zylinderdom (21) in den unten offenen und zweifach gelagerten Stahlzylinder (4) eingeschoben und innerhalb mit diesem über einen Flanschring (16) sowie bekannte Verbindungselemente (10) befestigt wird.

7. Ruderträger nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die untere Flanschplatte (6) des Stahlzylinders (4) in Form eines Schwalbenschwanzes (14) ausgebildet ist und in den Ruderflansch (7) auf der Oberkante des Ruderblattes (1) als Gegenstück hydraulisch eingepresst und mit geeigneten Mitteln arretiert wird.

8. Ruderträger nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberkante des Stahlzylinders (4) ein Konus (20) zur Aufnahme des Ruderantriebes (19) fest verbunden ist, der über das Rudermaschinendeck (12) ragt oder sich im Führungszylinder (17) befindet.

9. Ruderträger nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Ruderflansches (7) beidseitig des Ruderblattes (1) strömungsoptimale Verkleidungselemente (24) angeordnet sind.

10. Ruderträger nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß der auf der Oberkante des Ruderblattes (1) befindliche Zylinderdom (21) mit quer zum Ruderblatt (1) liegenden, bis in das Ruderblatt (1) hineinragenden Aussteifungen (22) versehen ist.