DE2253571B2

DE2253571B2 - Heckruder, insbesondere fuer binnenwasserschiffe

Info

Publication number: DE2253571B2
Application number: DE19722253571
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Kaufer Nicolaus 8700 Wuerzburg
Current assignee: Kaufer-Patente 8700 Wuerzburg De GmbH
Priority date: 1972-11-02
Filing date: 1972-11-02
Publication date: 1976-07-29
Also published as: DE2253571A1

Description

Um diesen Strömungsabriß nach größeren Anstell winkeln hin zu verlagern, wurden experimentell im Windkanal unter idealen Versuchubedingungen NACA-Profilruder mit endseitig angeordneten Staukeilen untersucht und für vorteilhaft befunden (»Schiff und Hafen« 1962, Seiten 42 bis 47). Hierbei war bei Ruderhartlage eine abermalige Umle&kung des das Ruderblatt umströmenden Mediums im Bereich der Soukeile weder beabsichtigt noch beobach tet worden. Dafür waren die Staukeilflanken insbe- «> sondere zu kurz und zu steil. Darüber hinaus war bei diesen Modellversuchen der Vorschneider der N ACA-Rudcr viel zu kurz, um bei Ruderhartlage auf der Druckseite des Ruders die Windströmung (analog der durch den Propeller geförderten Wassermenge) voH zu erfassen, was für die Gleichförmigkeit der Druckseitenströmung zwecks abermal^:ger Umlenkung unbedingt notwendig ist.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Ruder der eingangs genannten Art zu »° schaffen, vf elches bei einfacher, einstückiger und starrer Bauweise eine optimale Manövrierfähigkeit gewährleistet, wie diese insbesondere wegen der engen und oftmals Niedrigwasser aufweisenden Wasserstraßen fur Binnenschiffe als vorteilhaft angesehen wird. ^a5 Hier werden Ruder verlangt, die dem Schiff bei Geradeausfahrt ein hohes Maß an Kursstetigkeit verleihen, aber bei betrieblich ständig notwendigen Auswiich- bzw. Wendemanövern eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit erzeugen. Der Fahrbahndurchmesser soll dabei im Drehkreis bei voller Fahrt nicht größer als 2¹ ₂ Schiffslangen und bei 180°-Wendungen aus dem Stand eine Schiffslänge nicht überschreiten. Das Ruder soll also dem Schiff die Fähigkeit verleihen, »auf dem Teller« zr drehen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch

a) eine Gesamtlänge des Ruderblattes, derart, daß das Ruderblatt in ausgeschwenkter Stellung die durch den Propeller geförderte Wassermenge voll erfaßt, wobei das Verhältnis der Länge des Ruderschwanzteiles zur Länge des Ruderkopfteiles kleiner ist als 2:1 und durch

b) einen Abstand zwischen den äußeren Enden der auseinandertretenden Seitenwände, der deutlich großer ist als die größte Querschnittsstärke des übrigen Ruderblattes, derart, daß die Schraubenwasserströmung im wesentlichen unverwirbelt an den Seitenwänden entlanggleitet.

Durch das Ruder nach der Erfindung wird der mit etwa 7facher Geschwindigkeit gegenüber der Fahrgeschwindig keit auf treffende Propellerstrahl vollständig erfaßt. Er gleitet an der Druckseite des Ruderblattes bis zu dessen Ende entlang und wird dabei,erneut im Bereich der auseinandertretenden Seitenwände umgelenkt. Der Propellerstrahl erreicht z. B. bei einer Ruderansrellung von 40' eine Austrittsrichtung von 70° bei steigender Querkraft. Erst bei Anstellwinkeln über 50 fallt die Querkraft ab. bleibt aber in einer solchen Höhe bestehen, daß das Schiff einen Drehkreis fahren kann, dessen Durchmesser eine Schiffslange nicht überschreitet. Dabei tritt der Propellerstrahl etwa 90" zur Schiffsachse quer aus. Wann dabei die Strömung auf der Saugs-eite abreißt, ist bei diesem Ruder von untergeordneter Bedeutung, weil die erneute Umlenkung des Propellerstrahls durch die jeweils beaufschlagte Leitfläche auf der Druckfläche erreicht wird und die Querkraft auch bei relativ großen Anstellwinkeln in hohem MaBe erhalten bleibt.

Weitere Verbesserungen des Erfindungsgegenstandes, die im wesentlichen dem Ziel der Sicherstellung eines vollen Erfassens des Propellerstrahls etwa bei Ruderhardage sowie seines Entlangführens auf der Druckseite des Ruderblatts von dessen Kopfende bis zu dessen Schwanzende dienen, sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der Gegenstand der Erfindung wird an Hand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbcispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht des Ruders mit schematisch dargestelltem Schiffsheck,

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Schiffsruder entsprechend der Linie Ιί-Π in Fig. 1,

Fig. 3 eine modifizierte Ausführungsform des Ruders analog der Darstellung in Fig. 2,

Fig. 4 eine weitere Ausfuhrungsform analog Fig. 2 und 3,

Fig. 5 einen Schnitt entsprechend der Linie V-V in Fig. 3,

Fig. 6 eine Darstellung der Wirkungsweise des Ruders in Ruderhartlage.

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 is: der Schraubenkanal 5 eingebracht. Innerhalb des Schraubenkanals 5 ist auf der gestrichelt angedeuteten Welle 6 die Schiffsschraube bzw. der Propeller 7 drehbar gelagert. In Strömungsnchtung 8 unmittelbar hinter dem Propeller 7 liegt in Propellerhöhe das Ruder 4. Zwischen Propeller 7 und Ruder 4 ist kein Rudersteven zwischengeschaltet. Das Kopfteil des Ruders 4 ist mit 9, das Schwänzteil mit 10 bezeichnet. Als Trennlinie zwischen Kopfteil und Schwanzteil 10 wird definitionsmäßig die durch die Schwenkachse 11 gelegte Querebene 12 angesehen. Das Verhältnis der Lange 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 der Ruderwelle 3 nahezu in der Mitte des Ruders angeordnet ist, während bei herkömmlichen Rudern das entsprechende Längenverhältnis großer ist als 2:1, d. h. die Schwenkachse 11 mehr in der Nähe der Vorderkante 23 des Ruderkopfteiles 9 angeordnet ist.

Das Schwanzteil 10 ist wiederum in einen vorderen Bereich 15 und einen rückwärtigen Bereich 16 unterteilt. Bis zu der gedachten Trennungslinie 17 zwischen vorderem Bereich 15 und rückwärtigem Bereich 16 des Schwanzteiles 10 weist das Ruderblatt in Stromungsrichtung gesehen etwa die Querschnittsform einer Diskusscheibe mit sich beidseitig von der Schwenkachse 11 in Längsrichtung nach außen verjungenden Enden auf. Am rückwärtigen Bereich 16 des Schwanzteiles 10 treten in Strömungsrichtung 8 gesehen zunächst die Seitenwände 18,19 auseinander. Im Bereich ihrer äußeren Enden weisen die abgewinkelten Seitenwände 18,19 einen Abstand 20 voneinander auf, welcher deutlich größer ist als die größte Querschnittsstärke 21 des Ruderblattes in seinem eigentlichen Mittelbereich. Der im Bereich der gedachten Trennlinie 17 vorgesehene Übergang zwischen vorderem Bereich 15 und rückwärtigem Bereich 16 des Schwanzteiles 10 ist jeweils als Knick 22 ausgcführt.

Die Vorderkante 23 des Ruderkopfteiles 9 ist schneidenartig ausgebildet. Sie ist insbesondere durch ein sich in Richtung der Ruderlängsebene erstrecken-

des Blech gebildet.

Bei einer modifizierten Ausführungsform (Fig. 3) sind die im rückwärtigen Bereich 16 des Schwanzteiles 10 abgewinkelten Seitenwände 18,19 des rückwärtigen Bereiches 16 des Schwanzteiles 10 durch je eine frei nach außen stehende Stegplatte gebildet.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 sind zwischen jeder Stegplatte 25, 26 und dem Blatt des Ruders 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 erstrekkenden, beidseitig von den Ruderblattseitenwänden abstehenden Strömungsleitblech 30, 31, 32 versehen. Hierdurch werden seitlich von dem Ruderblatt Slrömungskanäle 33, 34 für die Propellerströmung gebildet. Die Strömungsleitbleche 30, 32 verlaufen etwa horizontal.

Das Ruder ist aus Blechen zusammengeschweißt oder zusammengenietet, wie dies in den Figuren andeutungsweise dargestellt ist. Die Bleche bilden die Seitenwände des Ruders.

Das Ruder gemäß der Erfindung wurde an einem Schiff mit einer Tragfähigkeit von 1500 Tonnen erprobt. Die Länge des Schiffes betrug 80 rn, die Breite 9,0 m und die Seitenhöhe 2,90 m. Die Vorderkante 23 des Ruders befand sich in einem Abstand von 200m von der Rotationsebene des Propellers 7. Die Kopflänge 14 des Ruders 4 betrug 1000 m, die Schwanzlänge 13 betrug 1270 mm. Die Entfernung zwischen Ruderdrehachse 11 und dem Bereich der Maximalbreite 20 des rückwärtigen Gesamtschwanzbereiches 16 betrug 1060 mm. Die Schwenkachse 11 lag also etwa in der Mitte zwischen Kopfkante 15 und

¹S dem Bereich der Maximalbreite 20 des hinteren Schwanzbereiches. Das Ruder hatte eine Höhe von 2050 mm. Die Fläche des Vorstehrudefs betrug 37,25% der gesamten Ruderfläche. Aus konstruktiven Gründen war die Umrißform des Ruders nicht rechteckig bzw. quadratisch, sondern im Bereich seiner dem Schraubentunnel 5 zugewandten oberen Ecke entsprechend der Heckkontur des Schiffes ausgebuchtet (Ausbuchtung 35).

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hinter dem Propeller angeordnetes blattförmiges Heckruder, insbesondere für Binnenwasserschiffe, mit einem vor der Ruderdrehachse gelegenen Kopfteil und einem dahinter gelegenen Schwanzteil, der endseitig angeordnete, in Richtung des am Ruder entlangströmenden Schraubenwassers auseinandertretende, feste, über den angrenzenden Ruderblatteil seitlich vorstehende Seitenwände aufweist, wobei in Strömungsrichtung gesehen der Übergang zwischen dem angrenzenden Ruderblatteil und den unter einem mittleren Flankenwinkel zur Längsachse einlaufenden Seitenwänden als Knick ausgebildet ist, wobei der Schwanzteil von der Ruderdrehachse bis zum Knick eine sinngemäße Fortsetzung des Profils des Kopfteiles über eine längere Strecke darstellt, gekennzeichnet durch

a) die Gesamtlänge (13 + 14) des Ruderblattes (4) derart, daß das Ruderblatt (4) in ausgeschwenkter Stellung die durch den Propeller (7) geförderte Wassermenge voll erfaßt, wobei das Verhältnis der Länge (13) des Ruderschwanzteiles (10) zur Länge (14) des Ruderkopfteiles (9) kleiner ist als 2:1 und durch

b) einen Abstand (20) zwischen den äußeren Enden der auseinandertretenden Seitenwände (18, 19), der deutlich größer ist als die größte Querschnittsstärke (21) des übrigen Ruderblattes (14, 15) derart, daß die Schraubenwasserströmung ,m wesentlichen unverwirbelt an den Seitenv/änden (18, 19) entlanggleitet.

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

3. Ruder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderkante (23) des Ruderkopfteiles (9) schneidenartig ausgebildet ist.

4. Ruder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderkante (23) des Ruderkopfteiles (9) ein sich in Richtung der Ruderiängsebene erstreckendes Blech ist.

5. Ruder nach einem oder mehreren der Voransprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände (18, 19) des Schwanzteiles (10) durch je eine frei nach außen stehende Stegplatte (25, 26) gebildet sind.

6. Ruder nach einem oder mehreren der Voransprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es in an sich bekannter Weise ober- und unterhalb des Höhenbereiches (29) des Propellers (7) mit je einem sich in Ruderlängsrichtung erstreckenden, beidseitig die Ruderblattseitenwände überstehenden Strömungsleitblech (30, 31, 32) zur Bildung je eines Zwangsströmungskanals (33, 34) für die Propellerströmung versehen ist.

7. Ruder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleitbleche (30, 31,32) etwa horizontal verlaufen.

8. Ruder nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände (18, 19 bzw. 25,26) mit ihren Ober- und Unterkanten bis mindestens an die Strömungsbleche (30, 31, 32) reichen und an diesen befestigt sind.

Die Erfindung betrifft ein hinter dem Propeller angeordnetes blattförmiges Heckmder, insbesondere für Binnenwasserschiffe, mit einem vor der Ruderdrehachse gelegenen Kopfteil und einem dahinter gelegenen Schwanzteil, der endseitig angeordnet, in Richtung des am Ruder entlangströmenden Schraubenwassers auseinandertretende, feste, über den angrenzenden Ruderblatteil seitlich vorstehende Seitenwände aufweist, wobei in Strömungsrichtung gesehen der Übergang zwischen dem angrenzenden Ruderblatteil und den unter einem mittleren Flankenwinkel zur Längsachse einlaufenden Seitenwänden als Knick ausgebildet ist, wobei der Schwanzteil von der Ruderdrehachse bis zum Knick eine sinngemäße Fortsetzung »5 des Profils des Kopfteiles über eine längere Strecke darstellt.

Das häufig für Binnenschiffe verwendete, in mehrere parallelgeschaltete Ruderflächen aufgeteilte Ruder ist wegen seiner Breitenausladung sehr stark durch

Böschungsberührung gefährdet und im Aufbau und im Stcierungsantrieb sehr verwickelt, so daß es nur für Sonderfälle in Frage kommt, insbesondere bei Mehrschraubenschiffen. Ein bekannter, einfacherer Weg ist der, das Ruderblatt aufzuteilen in ein Haupt-

^a5 ruderblatt und ein an ihm angelenktes steuerbares Hillsruderblatt. Diese Ausbildung eines Ruders zur Erhöhung der Manövrierfähigkeit ergibt zwar brauchbare Ergebnisse, aber auch hier ist eine teure und verwickelte Konstruktion erforderlich, da zwei Steuerungsantriebe vorhanden sein müssen, einer für das Hauptruder und ein zweiter für das Hilfsruder. Die Anwendung dieser Konstruktion bleibt also auf Sonderfälle beschränkt, in denen der technische Aufwand vertretbar is;. Bei den normalen Binnenwasserschiffen,die in der Mehrzahl Motortankschiffe (MTS) oder Motorgüterschiffe (MGS) sind, wird der Reeder sich kaum zu einer derart aufwendigen Konstruktion mit etwa acht bis zehn Lagerungen und Büchsen entschließen, sondern das einfachere und sichere Einflächenruder einbauen, welches von der Rudermaschine über die Achse ohne jede weitere Lagerung angetrieben werden kann.

Das bekannte, eingangs genannte Einblatt-Heckruder (GB-PS 446921) weist einen Querschnitt im wesentlichen in Form eines langgestreckten Tropfens auf. Von dem Bereich seiner größten Querschnittsstärke verjüngt sich der Querschnitt des Ruderblattes in Richtung auf das Schwanzende stetig. Im Schwanzbereich treten die Seitenwände des Ruderblattes jedoch wieder über einen gewissen Längenbereich des Ruders auseinander, so daß dort der Ruderquerschnitt noch einmal eine Verbreiterung, einen sogenannten Staukeil aufweist. Diese Verbreiterung ist jedoch wesentlich kleiner als die Querschnittsbreite des Ruders im Bereich des Tropfenbauches. Die durch dieses Ruder angestrebte Verbesserung der Manövrierfähigkeit von Schiffen ist offensichtlich minimal bzw. unbefriedigend. Dieser schon sehr alte Vorschlag hat keinen Eingang in die Praxis gefunden.

Auch starre NACA-Profilruder in Einzelanordnung erfüllen nicht die wegen der engen Schiffahrtsstraßen insbesondere an Binnenschiffe zu richtende Forderung nach hoher Manövrierfähigkeit, zumal sie in der Regel nur für herkömmliche Seeschiffe geeignet sind. Der Grund liegt u. a. darin, daß die Strömung an der Saugseite schon bei Anstellwinkeln unter 30° abzureißen beginnt und damit die für ein Drehen de; Schiffes erforderliche Querkraft beträchtlich sinkt