DE2253571A1 - Heckruder, insbesondere fuer binnenwasserschiffe - Google Patents

Description

• Heckruder, insbesondere für Binnenwasserschiffe Die Erfindung betrifft ein hinter der Schraube eines Schiffes angeordnetes Einblatt- Heckruder, insbesondere für Binnenwasserschiffe, bei dem die Seitenwände des hinteren Bereiches des Schwanzteiles des Ruderblattes in Strömungsrichtung auseinandertretend über die daran angrenzenden Seitenflächenteile des Ruderblattes hinausstehen (GB-PS 446 921).
• Die Hauptaufgabe für Heckruder besteht insbesondere bei Binnenwasserschiffendarin, einen möglichst kleinen Wendekreis zu gewährleisten und damit auch längere Schiffe auf denselben, oftmals sehr schmalen Fahrstraßen verwenden zu lconnenO Bei dem Ruder der eingangs genannten Art handelt es sich um ein solches, dessen Querschnitt im wesentlichen die Form eines langgestreckten Tropfens aufweist0 Von dem Bereich seiner größten Querschnittsstärke verjüngt sich der Querschnitt dieses Ruders in Richtung auf das Schwanzende stetige Im Schwanzbereich treten die Seitenwände des Ruderblattes jedoch wieder über einen gewissen Längsbereich des Ruders auseinander, so daß der RuderquersehntCcim Schwanzbereich noch einmal eine Verbreiterung aufweist Diese Verbreiterung ist jedoch wesentlich kleiner als die Querschnittsbreite des Ruders im Bereich des Tropfenbauches.
• Die durch dieses Ruder erzielte Verbesserung der Manövrierfähigkeit von Schiffen ist offensichtlich minimal bzw. unbefriedigend gewesen. Obwohl dieser Vorschlag bereits aus dem Jahre 1934 stammt, hat er keinen Eingang in die Praxis gefunden. Vielmehr ist die Praxis zur Erhöhung der Manövrierfähigkeit von Schiffen andere Wege gegangen. Einer dieser Wege besteht darin, das Ruderblatt in zwei hintereinander liegende Blatt- Teile aufzuteilen, deren einer schwenkbar am anderen Teil befestigt ist derart, daß das Abströmende auf einen größeren Winkel gegen die Strömung eingestellt werden kann als der angeströmte Vorderteil. Diese Lösung hat jedoch gewisse Nachteile in der konstruktiven AusfUhrung und in der Ausbildung des Ruderantriebes. Andere Vorschläge sind in der Richtung gegangen, das hinter dem Schraubentunnel angeordnete Einblatt-Ruder in mehrere nebeneinanderliegende,gestaffelte,entspreched kleinere Ruderflächen aufzuteilen. Die Steuerwirkung ist beim Ausfahren von Bögen zweifellos günstiger als beim Einblatt-Ruder herkömmlicher Art. Der bauliche Aufwand auch fUr die Ruderantriebe ist jedoch entsprechend groß. Diese Lösung ist daher nur bei Schiffen vertretbar, bei denen der Mehraufwand nicht maßgeblich Ans Gewicht fällt. Für einfache Frachtschiffe der Binnenfahrt sind solche Anlagen zu aufwendig. Außerdem besteht leicht die Gefahr'von Grundberührung an schrägen Böschungen oder Ufern.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Einblatt- Heckruder der eingangs genannten Art so auszubilden, daß damit eine Manövrierfähigkeit erreicht wird, die den bekannten Ruderanlagen überlegen ist. Insbesondere besteht die Aufgabe darin, ein Einblatt- Heckruder zu schaffen, mit welchem das Binnenschiff gewissermaßen" auf dem Teller drehen" kann.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Ruderblatt im Bereich der in Strömungsrichtung gesehen hinteren Enden der Seitenflächenteile seine Naximalbreite aufweist.
• Grundsätzlich ist es für die Wirkung der wesentlich erhöhten Manövrierfähigkeit nicht von ausschlaggebender Bedeutung, wie das Ruderblatt in Strömungsrichtung gesehen vor den auseinandertretenden Seitenwänden des Schwanz teiles ausgebildet ist. Es kann dort beispielsweise die herkömmliche gestreckte Tropfen -form aufweisen. Der Querschnitt des Ruderblattes kann sich jedoch auch stetig vom Kopf bis zum Schwanzende verbreitern.
• Als besonders zweckmäßig und den konstruktiven Notwendigkeiten unter Berücksichtigung des stellt, daß das Ruderblatt in Strömungsrichtung gesehen vor den auseinandertretenden Seitenflächenteilen des hinteren Bereiches des Schwanzteiles etwa die Querschnittsform einer Diskus scheibe mit sich beidseitig von einem Mittelbereich in Längsrichtung nach außen verjüngenden Enden aufweist.
• Die gegenüber dem Gegenstand des bekannten Heckruders der eingangs genannten Art in Versuchen festgestellte, verblüffend einfache Lösung der Erfindungsaufgabe scheint auf folgenden Grundlagen zu beruhen. Beim Gegenstand von GB- PS 446 921 bildet sich um das Ruder die aus der Strömungslehre für Tragflügelprofile bekannte Strömung aus, die sich - abgesehen von der Grenzschicht- an der Ruderfläche anschmiegt. Jetzt wird dieser nach dem Schwanzende gerichteten Strömung eine relativ geringe Querschnittsverbreiterung entgegengestellt, die in GB- PS 446 921 mit der Bezugsziffer 7 gekennzeichnet ist.
• Dieser Verdickung schließt sich die Strömung nicht an, sondern bildet am Übergang zwischen den beiden Flächenteilen einen stehenden Wirbel etwa derart, wie er im Fachbuch von Eck "Technische Strömungslehre" 1941 in Abbildung 161 dargestellt ist. Die Strömung gleitet gewissermaßen über den stehenden Wirbel hinweg. Im stehenden Wirbel kann sich keine die Ruderwirkung unterstützende Kraftkomponente ausbilden. Demgegenüber macht sich ein solcher stehender Wirbel bei dem Gegenstand der Erfindung in seiner Auswirkung auf die Manövrierfähigkeit des Ruders nicht bemerkbar, da solche stehenden Wirbel sich in dem in Strömungsrichtung gesehen hinteren Bereich der auseinandertretenden Flächenteile des Schwanz teiles des Ruderblattes nicht mehr auswirken können.
• Als vorteilhaft hat sich weiterhin herausgestellt, daß in Strömungsrichtung gesehen der Übergang zwischen dem Ruderblattbereich und der Querschnittsverbreiterung im Schwanzbereich als Knick ausgebildet ist.
• Die durch die Erfindung verfolgte Wirkung des Ruders wird dann besonders unterstützt, wenn bei einem Ruderausschlag möglichst die gesamte vom Propeller erzeugte Strömung die zu beaufschlagende Seite des Ruderblattes erfaßt. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, daß das Längenverhältnis von Schwanzteil zu Kopfteil mit Bezug auf die Ruderdrehachse als Trennungslinie zwischen diesen Teilen kleiner ist als 2:1,Definitionsmäßig wird hierbei davon ausgegangen, daß der Kopfteil des Ruderblattes in Strömungsrichtung gesehen vor und der Schwanzteil in Strömungsrichtung gesehen hinter der Ruderdrehachse liegt.
• Weiterhin soll dafür gesorgt werden, daß die vom Propeller erzeugte Strömung möglichst in vollem Umfang an der beaufschlagten Seite des Ruderblattes vom Kopf bis zum Schwanz entlanggleitet. Dies ist nicht in vollem Umfang gewährleistet, wenn die dem Propeller zugekehrte Kopfkante des Ruders abgerundet ist. Sie bildet nämlich dann eine glatte Führungsfläche, der zu folgen das Schraubenwasser bestrebt ist. Das bedeutet aber, daß ein Teil des strömenden Wassers abfließt,ohne eine Wirkung auf das Ruder auszuüben. Es kann dabei sogar eine der Steuerrichtung entgegenwirkende Kraftkomponente entstehen.
• Um eine derartige Verlustströmung über die Kopfkante des Ruders wesentlich zu verringern, ist die Kopfkante in Weiterbildung der Erfindung schneidenartig ausgebildet. Schneidenartlg bedeutet selbstverständlich nicht messerscharf. Die Kante soll vielmehr nur so breit sein, daß sie im Verhältnis zur maximalen Querschnittsstärke des Ruders schneidenartig wirkt und bei eingeschlagenem Ruder einen wesentlich erhöhten Strömung widerstand bildet. Insbesondere wird die Vorderkante des Ruderkopfes durch ein sich in Richtung der Ruderlängsebene erstreckendes Blech gebildet.
• Die Qu; urschnittsverbreiterung des Schwanzendes kann in Strömungsrichtung gesehen entsprechend der eingangs genannten Konstruktion durch zwei in Strömungsrichtung konvergierende Seiten abgeschlossen werden. In sehr einfacher Weise können jedoch die auseinandertretenden Flächenteile des Schwanzbereiches durch je eine frei nach außen stehende Stegplatte gebildet sein. Die Stegplatten können mit ihrer an das Ruderblatt angrenzenden Kante mit letzterem verschweißt sein. Es kann jedoch auch zweckmäßig sein, zwischen Stegplatte und Ruderblatt einen als Durchströmspalt dienenden Zwischenraum zu belassen, durch den bei Geradeausfahrt ein Teil des Schraubenwassers ungestört abfließen kann. Die Stegplatten können eine tragflügelähnliche Querschnittsform aufweisen, um die Strömungswiderstände insbesondere bei Geradeausfahrt zu verringern.
• Ein weiteres vorteilhaftes Erfindungsmerkmal ist dadurch gekennzeichnet, daß das Ruderblatt ober- und unterhalb des Höhenbe reiches des Propellers mit je einem sich in Ruderblattlängsrichtung erstreckenden, beidseitig von den Ruderblattseitenwänden abetehenden Strömungsleitblech zur Bildung je eines Zwangsströmungskanals für die Propellerströmung versehen ist. Hierdurch wird gewährleistet, daß die Propellerströmung nicht nach oben oder unten entweicht, sondern an der Ruderblattseite über deren gesamte Länge entlangstretcht. Insbesondere ist vorgesehen, daß die Strömungsleitbleche etwa horizontal verlaufen. Eine konstruktiv vorteilhafte Ausführungsform sieht orR daß die Seitenflächenteile bzw. die Stegplatten mit ihren Oberw und Unterkanten bis mindestens an die Strömungsleitbieche reichen und gegebenenfalls an diesen befestigt sind.
• Der Gegenstand der Erfindung wird an Hand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht des Ruders mit schematisch dargestelltem Schiffsheck, Fig. eine Draufsicht auf das Schiffsruder entsprechend der Linie II-II in Fig.l, Fig.3 eine modifizierte Ausführungsform des Ruders analog der Darstellung in Fig.2, Fig.4 eine weitere Ausführunqsform analog Fig.2 und 3, Fig.5 einen Schnitt entsprechend der Linie V-V in Fig. 3.
• Im Heck 1 des insgesamt mit 2 bezeichneten Schiffskörpers ist die Ruderwelle 3 für das Ruder 4 drehbar gelagert. In den Boden des Hecks 1 ist der Schraubenkanal 5 eingebracht. Innerhalb.des Schraubenkanals 5 ist auf der gestrichelt angedeuteten Welle 6 die Schiffsschraube bzw. der Propeller 7 drehbar gelagert. In Strömungsrichtung 8 unmittelbar hinter dem Propeller 7 liegt in Propellerhöhe das Heckruder 4. Zwischen Propeller 7 und Heckruder 4 ist kein Rudersteven zwischengeschaltet. Der Kopfteil des Ruders ist mit 9, das Schwanz teil mit 10 bezeichnet.
• Als Trennlinie zwischen Kopfteilgund Schwanzteil 10 wird definitionsmäßig die durch die Schwenkachse 11 gelegte Querebene 12 angesehen. Das Verhältnis der Länge 13 des Schwanzteiles 10 zur Länge 14 des Kopfteiles 9- beide gemessen in Strömungsrichtung 8 -ist kleiner als 2:1. Dies bedeutet, daß die Schwenkachse 11 nahezu in der Mitte desRuders angeordnet ist, während bei herkömmlichen Rudern das entsprechende Längenverhältnis größer ist als 2:1, d.h. die Schwenkachse 11 mehr in der Nähe der Vorderkante 15des des Ruderkopfteiles 9 angeordnet ist.
• Der Ruderschwanzteil 10 ist wiederum in einen vorderen Bereich 15 und einen rückwärtigen Bereich 1£ unterteilt. Bis zu der gedachten Trennungslinie 17 zwischen Vorderteil 15 und Hinterteil 16 des Schwanzteiles 10 weist das Ruderblatt in Strömungsrichtung gesehen etwa die Querschnittsform einer Diskusscheibe mit sich beidseitig von der Schwenkachse 11 in Längsrichtung nach außen verjüngenden Enden auf.Im hinteren Bereich 16 des Schwanz teiles 10 treten in Strömungsrichtung 8 gesehen zunächst die Seitenwände 18,19 auseinander. Im Bereich ihrer äußeren Enden weisen die Seitenwände 18,19 einen Abstand 20 voneinander auf, welcher größer ist als die Querschnittsstärke 21 des Ruderblattes in seinem eigentlichen Nittelbereich. Der im Bereich der gedachten Trennlinie 17 vorgesehene Übergang zwischen Vorderbereich 15 und Hinterbereich 16 des Schwanz teiles 10 ist jeweils als Knick 21 ausgeführt.
• Die Vorderkante 15' des Ruderkopfes ist schneidenartig ausgebildet. Sie ist insbesondere durch ein sich in Richtung der Ruderlängsebene erstreckendes Blech gebildet.
• Bei einer modifizierten Ausführungsform (Fig.3) sind die im hinteren Bereich 16 des Ruderschwanzes auseinandertretenden Seitenflächenteile 22,23 des Ruderschwanzes durch je eine frei nach außen stehende Stegplatte gebildet.
• Bei der Ausführungsform gemäß Fig.4 sind zwischen jeder Stegplatte 25,26 und dem Ruderblatt 4 Durchströmspalte 27,28 vorgesehen. Die Stegplatten 25, 26 weisen eine tragflügel-bzw. tropfenähnliche Querschnittsform mit nach außen stehenden Schwanzenden auf.
• Das Ruderblatt ist ober- und unterhalb des Höhenbereiches 29 des Propellers 7 mit je einem sich in Ruderblattlängsrichtung (Strömungsrichtung 8) erstreckenden, beidseitig von den Ruderblattseitenwänden abstehenden Strömungsleitblech 30,31,32 versehen. Hierdurch werden seitlich von dem Ruderblatt Strömungstanäle 33,34 für die Propellerströmung gebildet. Die Strömungsleitbleche 30- 32 verlaufen etwa horizontal.
• Das Ruderblatt ist aus Blechen zusammengeschweißt oder zusammengenietet, wie dies in den Figuren andeutungsweise dargestellt ist. Die Bleche bilden die Seitenwände des Ruderblattes.
• Das Ruder gemäß der Erfindung wurde an einem Schiff mit einer Tragfähigkeit von 1 500 Tonnen erprobt. Die Länge des Schiffes betrug 80 m, die Breite 9,0 m und die Seitenhöhe 2,90 m. Die Vorderkante 15 des Ruders befand sich in einem Abstand von 200 mm von der Rotationsebene des Propellers 7. Die Kopflänge 14 des Ruders 4 betrug 1000 m , die Schwanzlänge 13 1270 mm. Die Entfernung zwischen Ruderdrehachse 11 und dem Bereich der Maximalbreite 20 des hinteren Schwanzbereiches 16 betrug 1060 mm. Die Schwenkachse 11 lag also etwa in der Mitte zwischen Kopfkante 152und und dem Bereich der Maximalbreite 20 des hinteren Schwanzbereiches. Das Ruder hatte eine Höhe von 2050 mm. Die Fläche des Vorstehruders betrug 37,25% der gesamten Ruderfläche. Aus konstruktiven Gründen war die Umrißform des Rudersblattes nicht rechteckig bzw. quadratisch, sondern im Bereich seiner dem Schraubentunnel 5 zugewandten oberen Ecke entsprechend der Heckkontur des Schiffes ausgebuchtet (Ausbuchtung 35).

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   winter der Schraube eines Schiffes angeordnetes Einblatt-Heckruder, insbesondere für Binnenwasserschiffe, bei dem die Seitenwände des hinteren Bereiches des Schwanzteiles des Ruderblatt; in Strömungsrichtung auseinandertretend über die daran angrenzenden Seitenflächenteile des Ruderblattes hinausstehen, dadurch ekennzeichnet, daß das Ruderblatt im Bereich der in Strömungsrichtung (8) gesehen hinteren Enden der Seitenflächenteile (18,19) seine Maximalbreite (20) aufweist.

   Ruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ruderblatt (4) in Strömungsrichtung (8) gesehen vor den auseinandertretenden Seitenflächenteilen (18,19) des hinteren Bereiches (16) des Schwanzteiles 110) etwa die Querschnittsform einer Diskusscheibe mit sich beidseitig von einem Mittelbereich in Längsrichtung nach außen verjüngenden Enden aufweist.

   3. Ruder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung (8) gesehen der Ubergang zwischen dem Ruderblattbereich und der Querschnittsverbreiterung im Schwanzbereich als Knick (21) ausgebildet ist.

   4. Ruder nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Längenverhältnis von Schwanzteil (10) zu Kopfteil 9) mit Bezug auf die Ruderdrehachse (ll)-als Trennungslinie'zwischen diesen Teilen kleiner ist als 2:1.

   5.Ruder nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß es in an sich bekannter Weise keinen Rudersteven aufweist.

   6. Ruder nach einem oder mehreren der Voransprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderkante (15) des Ruderkopfteiles schneidenartig ausgebildet ist.

   7. Ruder nach Abspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderkante (lr) des Ruderkopfteiles ein sich in Richtung der Ruderlängsebene erstreckendes Blech ist.

   8. Ruder nach einem oder mehreren der Voransprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die auseinandertretenden Seitenflächenteile (18,19) des Ruderschwanzes (4) durch je eine frei nach außen stehende Stegplatte (22,23) gebildet sind.

   9. Ruder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jeder Stegplatte (22,23) und dem Ruderblatt ein als Durchströmspalt (28) dienender Zwischenraum vorhanden ist.

   10. Ruder nach Anspruch 9, dadurch gekeflbzeichnet, daß die Stegplatten (25,26) eine tragflügelähnliche Querschnittsform aufweisen.

   11. Ruder nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ruderblatt (4) ober- und unterhalb des Höhenbereiches (29) des Propellers mit je einem sich in Ruderblattlängsrichtung erstreckenden beidseitig von den Ruderblattseitenwänden abstehenden Strömungsleitblech (30,31,32) zur Bildung je eines Zwangsströmungskanals (32,33) für die Propellerströmung versehen ist.

   12. Ruder nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleitbleche (30,31,32) etwa horizontal verlaufen.

   13. Ruder nach Anspruch 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächenteile bzw. die Stegplatten mit ihren Ober- und Unterkanten bis mindestens an die Strömungseitbleche reichen und gegebenenfalls an diesen befestigt sind.