DE3321163A1

DE3321163A1 - Bug fuer einen schiffsrumpf

Info

Publication number: DE3321163A1
Application number: DE19833321163
Authority: DE
Inventors: Siegfried 5800 Hagen Sulimma
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-06-11
Filing date: 1983-06-11
Publication date: 1984-12-13

Description

Anmelder: Sulimma, Siegfried

Bug für einen Schiffsrumpf

Die Erfindung betrifft einen Bug für einen Schiffsrumpf mit einem Bugwulst.

Der Vortriebsleistung eines fahrenden Schiffes setzt sich ein Widerstand entgegen, dessen Größe von verschiedenen Faktoren bestimmt wird. Sieht man von dem Luftwiderstand ab, setzt sich der Gesamtwiderstand aus Teilwiderständen zusammen, die man in zwei Hauptgruppen zusammenfassen kann, nämlich in den Formwiderstand oder Verdrängungswiderstand, das ist der Widerstand, der von der Querschnittsform eines im Wasser bewegten Körpers abhängt, und in den Reibungswiderstand, das ist der durch die Reibung des Wassers am Schiffskörper und damit zusammenhängende Faktoren entsteht (DIN-Begriffslexikon 1961, S. 491; Claviez "Seemännisches Wörterbuch" 1973

S. 370). Es ist bekannt, daß der Widerstand eines Schiffes verringert und Leistung eingespart werden kann, wenn ein Bugwulst verwendet wird. Bugwülste sind in unterschied- ' liehen Formen bekannt (vgl. Schneekluth "Entwerfen von

Schiffen" 1980 S. 151 ff). Alle bekannten Bugwülste sind j geschlossen; sie bilden einen Teil des Schiffsrumpfes im Bereich des Bugs.
1) Widerstand, der

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schiffsrumpf so auszugestalten und einen Teil der für den Antrieb notwendigen Leistung so zu verwenden, daß der auftretende Widerstand im Vergleich zu bekannten Schiffsrümpfen mit Bugwulst vermindert wird. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Bugwulst zu einer Einlaßöffnung für einen anschließenden, in der Längsmittelebene des Schiffsrumpfes angeordneten Kanal aufgeschnitten ist, in dem eine Wasser ansaugende Schraube angeordnet ist und der hinter der Schraube in spiegelsymmetrisch zur Längsmittelebene angeordnete, seitlich im Schiffsrumpf mündende Zweigkanäle geteilt ist, von denen jeder eine um eine vertikale Achse schwenkbare Klappe und ein um eine horizontale Achse schwenkbares Ruder aufweist.

Bei der Erfindung gelangt der wesentliche Teil des auf den Bug auftreffenden Wassers über die Einlaßöffnung in den Kanal, die zweckmäßig so breit ist wie der Bug. Der Kanal ist strömungsgünstig ausgelegt. Die in ihm vorgesehene angetriebene Schraube - Propeller - saugt das eintretende Wasser an und leitet es über die Zweigkanäle seitlich des Schiffsrumpfes nach außen. Die Kante, die die Zweigkanäle trennt, bildet einen innenliegenden Bug. Wahlweises Schließen einer der beiden Klappen - Innenruder -, führt dazu, daß das durch den Kanal einströmende Wasser über den anderen Zweigkanal abströmt. So ist eine zusätzliche Steuerung der Fahrtrichtung des Schiffes im Sinne einer Bewegung des Bugs in Richtung der geschlossenen Mappe möglich. Durch Verstellung der Ruder - Außenruder - ist eine Umlenkung des sonst im wesentlichen in einer Horizontalebene aus der Seitenwand des Schiffsrumpfes austretenden Wassers nach unten und damit eine Änderung der lage des Schiffsrumpfes bezogen auf die Längsmittelachse mit Unterstützung der Steuerung und/oder des Ausgleichs einer Schlagseite möglieh.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 in verkleinertem Maßstab schematisch die Ansicht der Steuerbordseite eines

Schiffsrumpfes;

Fig. 2 die Bugansicht des Schiffsrumpfes; Fig. 3 die Heckansicht des Schiffsrumpfes;

Fig. 4 in gegenüber Fig. 1 bis 3 vergrößerter Darstellung einen Horizontalschnitt

die
durch/Bugkanäle im Schiffsrumpf;

Fig. 5 in gegenüber Fig. 1 bis 3 vergrößerter Darstellung eine Seitenansicht des Schiffsruders mit Schiffsschraube;

Fig. 6 einen Horizontalschnitt durch das

Schiffsruder entlang der Schnittlinie VI-VI in Fig. 5;

Fig. 7 einen Längsschnitt durch das Schiffsruder entlang der Schnittlinie VII-VII in Fig. 5;

Fig. 8 eine Stirnansicht der in Fig. 5 dargestellten Schiffsschraube;

Fig. 9 einen Axialschnitt durch die Schiffsschraube entlang der Schnittlinie IX-IX in Fig. 8;

Fig. 10 in gegenüber Fig. 1 bis 3 vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt aus dem Schiffsrumpf mit einem Seitenruder;

Fig. 11 einen Längsschnitt durch das Seitenruder entlang der Schnittlinie XI-XI in Fig.

Bei dem Schiffsrumpf 1 nach der Erfindung weist sein Bug 11 eine Auswölbung nach Art eines Bugwulstes 12 auf. Der Bugwulst 12 ist aber nicht - wie üblich - geschlossen, sondern zu einer Einlaßöffnung 21 für einen anschließenden, in der Lägsmittelebene 15 des Schiffsrumpfes 1 angeordneten Kanal 22 aufgeschnitten. Die Einlaßöffnung 21 ist so breit, daß sie im wesentlichen die Breite des Bugs 11 einnimmt. Die Einlaßöffnung 21 ist unten von einer über die Einlaßebene vorstehenden Lippe 27 begrenzt. Vom Bug 11 abströmendes Wasser schlägt zwangsweise auf die Lippe 27 und gelangt über die Lippe 27 in die Einlaßöffnung 21.

Ausgehend von der Einlaßöffnung 21 verjüngt sich der Kanal 22 stromlinienförmig. Die strömungsgünstige Ausbildung des Kanals 22 dient dazu, eindringendem Wasser möglichst geringen Widerstand entgegenzusetzen. Der Kanal 22 ist im Anschluß an seine engste Stelle mit einem ringförmigen Absatz 23 versehen. In Strömungsrichtung hinter dem von dem ringförmig ausgebildeten Absatz 23 bestimmten Teil des Kanals 22 teilt sich dieser unter Bildung einer Kante 26 in zwei spiegelsymmetrisch zur Längsmittelebene angeordnete und ausgebildete Zweigkanäle 24, von denen jeder seitlich dem Schiffsrumpf 1 in eine Auslaßöffnung 25 mündet.

In der Ebene des ringförmig ausgebildeten Absatzes 23 ist eine Schraube 41 angeordnet. Die Schraube 41 ist am freien Ende einer Welle 42 befestigt. Die Welle 42 tritt aus der Kante 26 nach vorne aus und ist angetrieben. Von der Schraube 41 werden auf den Bug 11 auftreffende Bugwellen weitgehend angesogen. Der Schiffsrumpf 1 hat eine Breite, die gewährleistet, daß diese Bugwelle angesogen wird. Ist dies mit herkömmlicher Dimensionierung nicht möglich, werden - also insbesondere bei größeren Schiffen - zwei in der Horizontalebene nebeneinander liegende Schrauben41 ver-

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wendet. Die im Ausführungsbeispiel dargestellte Schraube 41 - auch als Propeller bezeichnet - ist von einem Ring 43 umgeben. Der Ring 43 ist an den freien Enden der Schrau benflügel 44 befestigt. Der Ring 43 ist außen zylindrisch ausgeführt. Der Ring 43 ist innen sowohl von der vorderen Ringkante 45 als auch von der hinteren Ringkante 46 ausgehend konisch verjüngt mit der engsten Stelle im Abstand von einem Drittel der Ringbreite von der in Strömungsrichtung vorderen Ringkante 45 ausgeführt. Die Schraubenflügel 44 sind in der Ebene der engsten Stelle an dem Ring 43 befestigt. Der Ring 43 gibt der Schraube 41 Düsenwirkung. Der Wirkungsgrad ist gegenüber einer Schraube ohne Ring verbessert, da das Wasser auch nicht geringfügig nach außen entweichen kann.

Vielmehr wird das angesaugte Wasser in voller Menge im Außenbereich der Schraubenflügel 44 gehalten; das Wasser wird im Randbereich komprimiert. Die Aufteilung des Abstandes der Schraubenflügel 44 etwa im Verhältnis 1:2 von vorderer Ringkante 45/hinterer Ringkante 46 bewirkt, daß das abströmende Wasser lange in waagerechter Richtung nach hinten zu einem Strahl gebündelt geleitet wird. Da der Ring 43 sich mitdreht, kann es nicht zu einer Verklemmung von einschwimmenden Gegenständen zwischen den Schraubenflügeln 44 und dem Ring 43 kommen. Abgesehen von der Richtung, von der aus die Welle 42 aus der Schrau· be 41 austritt, ist die Konstruktion die gleiche wie bei einer Schiffsschraube 81, was nachfolgend noch beschrieben wird.

Die den Kanal 22 in die Zweigkanäle 24 teilende Kante 26 bildet einen zweiten, innen liegenden Bug des Schiffsrumpfes 1. Im Anschluß an die Kante 26 ist jeder Zweigkanal 24 mit einem Innenruder 51 - Klappe - versehen. Das Innenruder 51 ist um eine vertikale Achse 52 schwsnkbar.Die Ansichtsfläche jedes Innenruders 51 ist gleich dem Querschnitt des zugehörigen Zweigkanals 24. Jedes Innenruder 51 ist im Querschnitt etwa nach Art einer bi-

konvexen Linse ausgeführt. Jedes Innenruder 51 ist in der Verlängerung des vertikalen Durchmessers schwenkbar in dem zugehörigen Zweigkanal 24 gelagert. In geschlossenem Zustand verschließt das Innenruder 51 den zugehörigen Zweigkanal 24. Seine Ausbildung ermöglicht es, im geschlossenen Zustand auftreffendes Wasser in den benachbarten Zweigkanal abzuleiten; in geöffnetem Zustand durch den eigenen Zweigkanal strömungsgünstig abzuleiten. Bei geschlossenem Innenruder 51 tritt einseitig ein Druck durch das Wasser auf diese Seite des Schiffsrumpfes 1 auf, wodurch eine zusätzliche Steuerungsmöglichkeit für das Schiff gegeben ist.

Unmittelbar vor der Auslaßöffnung 25 ist in jedem Zweigkanal 24 ein um eine horizontale Achse schwenkbares Außenruder 56 vorgesehen. Die Schwenkachse des Außenruders 56 verläuft im wesentlichen parallel zur Längsmittelachse des Schiffsrumpfes 1. Der Umriß des Außenruders 56 auf der dem Innenruder 51 zugewandten Seite ermöglicht beider ungehinderte Schwenkbewegung auch bei benachbarter Anbringung. Auf der abgewandten Seite ragt das Außenruder 56 über den Schiffsrumpf 1 hinaus. Bei horizontaler Stellung des Außenruders 56 strömt das Wasser etwa in einer horizontalen Ebene aus der Auslaßöffnung 25 aus und wird an dem Schiffsrumpf 1 vorbeigeleitet. Das ausströmende Wasser übt einen seitlichen Druck auf den Schiffsrumpf 1 aus. Durch Verstellung des Außenruders 56 nach unten kann die Ebene, in der das Wasser aus der Auslaßöffnung 25 austritt, geneigt werden. Es entsteht ein Druck mit einer Komponente in Vertikalrichtung. Die Größe der Komponente hängt von der Winkelstellung des Außenruders 56 ab. Der Schiffsrumpf kann an dieser Stelle aufgerichtet und so ein Wendemanöver unterstützt sowie eine Krängung ausgeglichen werden.

Bei schnellen Schiffen weist der Bereich zwischen Bug 11 und Auslaßöffnung 25 die breiteste Stelle auf; der Schiffsrumpf 1 verjüngt sich dann zum Heck hin. Diese Ausgestaltung vermindert den Widerstand des Wassers.

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Im Abstand von der Oberkante des Schiffsrumpfes 1 verläuft in seinem Mittelteil 13 auf beiden Seiten eine .Längswulst 14. Die Längswülste 14 dienen der Verstärkung des Schiffsrumpfes. Sie werden gleichzeitig als Ballasttank!" verwendet.

Unter jeder Längswulst 14 ist hinter der zugehörigen Auslaßöffnung 25 an jeder Seite des Schiffsrumpfes 1 mindestens ein Seitenruder 6 vorgesehen. Jedes Seitenruder ist in eine Nische 61 eingelassen, die in dem Schiffsrumpf 1 vorgesehen ist. Das Außenprofil des Seitenruders ist gleich dem Außenprofil des Schiffsrumpfes 1. Jedes Seitenruder 6 ist um eine im wesentlichen vertikale Achse 62 aus der Nische 61 herausschwenkbar. Das Herausschwenken erfolgt zweckmäßig hydraulisch. Der größte Winkel, um den das Seitenruder 6 aus dem Schiffsrumpf 1 herausgeschwenkt werden kann, liegt bei 75 bis 80 Grad. Die eingeschwenkten Seitenruder 6 passen sich vollständig dem Profil des Schiffsrumpfes 1 an, sodaß eine Erhöhung des Widerstands bei Fahrt nicht eintritt. Auch bei ausgeschwenktem Seitenruder 6 wird das Vorbeigleiten des Wassers begünstigt.

Wenn sowohl auf der Steuerbord- als auch auf der Backbordseite die Seitenruder 6 ausgeschwenkt sind, wirkt auf das fahrende Schiff eine zusätzliche Bremskraft. Wird nur an einer Seite des Schiffsrumpfes 1 das Seitenruder 6 herausgeschwenkt, wird das Schiff gesteuert. Es können sowohl auf der Steuerbord- als auch auf der Backbordseite des Schiffsrumpfes 1 mindestens je ein Seitenruder 6 im Anschluß an den Bug 11 und mindestens je ein Seitenruder vor Beginn des Hecks 17 vorgesehen sein. Dann kann die Steuerung verfeinert werden, wenn beispielsweise im Bereich des Bugs 11 auf der Steuerbordseite und im Bereich

des Hecks 17 auf der Backbordseite eines der Seitenruder 6 herausgeschwenkt wird. Die Steuerwirkung tritt ein, obwohl das an den Schiffskörper angepaßte Außenprofil der Seitenruder 6 das Vorbeigleiten des Wassers begünstigt.

Am Heck 17 des Schiffsrumpfes 1 ist ein Ruder 7 befestigt. Sein Ruderblatt 72 ist im Horizontalschnitt stromlinienförmig ausgebildet und auf beiden Seiten mit horizontal im Abstand voneinander angeordneten Rippen versehen. Das Ruder 7 ist nach Art eines Balanceruders mittels eines Ruderschafts 73 einerseits in einem Koker 74, andererseits in einer Ruderhacke 75 gelagert. Der Koker 74 ist in der Wasserlinie, etwa auf der Hälfte zwisehen Bordkante und Kiel des Schiffsrumpfes 1 an letzterem befestigt. Die Ruderhacke 75 bildet im wesentlichen die Verlängerung des Kiels. Der Ruderschaft 73 durchsetzt etwa in einem Abstand von einem Drittel der Länge des Ruderblatts 72 von seiner Vorderkante 78 das Ruderblatt

72. Die oberste und die unterste Rippe 71 begrenzen das Ruderblatt 72 an Ober- und Unterkante. Die Zahl und die Ausbildung der Rippen 71 sowie die Querschnittsform des Ruderblatts 72 sind so gewählt, daß ein auf das Ruderblatt 72 treffender Wasserstrom gezwungen ist, zwischen den Rippen im wesentlichen in Horizontalrichtung zwischen Vorderkante und Hinterkante des Ruderblatts zu fließen. Der Wasserstrom beaufschlagt das Ruderblatt 72 optimal. Die Ausbildung des Ruders 7 als Balanceruder führt zusammen mit der Größe des Ruderblatts 72 dazu, daß das eingeschlagene Ruderblatt 72 die Schiffsschraube 81 in der Heckansicht vollständig abdeckt. So trifft nicht nur das Fahrwasser, sondern auch der sich von der Schiffsschraube 81 ablösende Wasserstrom voll auf das Ruderblatt 72, was die Ruderwirkung begünstigt.

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Das Ruderblatt 72 weist an der Unterkante 77 über den zwischen Koker 74 und Ruderhacke 75 angeordneten Teil einen bis zur Unterkante 77 der Ruderhacke 75 sich erstreckenden Ansatz 76 auf. Diese Ausbildung vergrößert die Fläche des Ruderblatts 72, ohne seine Länge in Strömungsrichtung vergrößern zu müssen.

In Fahrtrichtung vor dem Ruder 7 ist in der Längsmittelebene 75 des Schiffsrumpfes 1 die Schiffsschraube 81 ange- ordnet. Bei der Schiffsschraube 81 sind am freien Ende einer aus einem am Schiffsrumpf 1 befestigten Stevenrohr 87 austretenden Welle 82 Schraubenflügel 84 versetzt angeordnet und von einem Ring 83 umgeben. Der Ring 83 ist am freien Ende der Schraubenflügel 84 befestigt. Der Ring ist außen zylindrisch ausgebildet. Er ist innen sowohl von der Vorderkante 85 als auch von der Hinterkante 86 des Rings 83 ausgehend konisch verjüngt. Seine engste Stelle liegt im Abstand von einem Drittel der Ringbreite von der in Strömungsrichtung vorderen Ringkante 85. Die Schraubenflügel 84 sind in der Ebene der engsten Stelle ai dem Ring 83 befestigt.

Die Wirkung der Schiffsschraube 81 ist gleich der Wirkung der Schraube 41 im Kanal 22: Der Ring 83 gibt der Schiffsschraube 81 Düsenwirkung. Der Wirkungsgrad ist gegenüber einer Schiffsschraube 81 ohne Ring verbessert, da das Wasser auch nicht geringfügig nach außen entweichen kann. Vielmehr wird das angesaugte Wasser in voller Menge im Außenbereich der Schraubenflügel 84 gehalten. Das Wasser wird im Randbereich komprimiert. Die Aufteilung des AbstHides der Schraubenflügel etwa im Verhältnis 1:2 von der vorderen Ringkante 85/hintere Ringkante 86 bewirkt, daß das abströmende Wasser lange in waagerechter Richtung nach hinten zu einem Strahl gebündelt geleitet wird. Das ge-

bündelte Wasser gelangt auf das Ruderblatt 72 und verbessert die Ruderwirkung. Da der Ring 83 sich mitdreht, kann es nicht zu einer Verklemmung von einschwimmenden Gegenständen zwischen den Schraubenflügeln 84 und dem Ring 83 kommen.

In Strömungsrichtung vor der Schiffsschraube 81 sind an dem Schiffsrumpf 1 spiegelsymmetrisch zu seiner Längsmittelebene 15 Strömungskanäle 18 vorgesehen. Die Strömungskanäle 18 sind in Richtung des Rings 83 konisch verjüngt ausgebildet. Die Strömungskanäle 18 liegen mit der Schiffsschraube 81 in Strömungsrichtung; sie leiten zusätzlich Wasser auf die Schiffsschraube 81.

Die Strömungskanäle 18 wirken ebenso wie der Kanal 22 mit den Zweigkanälen 24 wie ein wassergefülltes Rohr. Von letzterem ist bekannt, daß beim Herausheben über die Wasseroberfläche eine Stabilisierung in Rohr-Längsrichtung auftritt. In diesem Sinne wirken Kanal 22, Zweigkanäle 24 und Strömungskanäle 18 neben ihrer sonstigen Funktion stabilisierend.

Die vorstehend beschriebenen Merkmale können angefangen von seegängigen Schiffen bis zu Modellschiffen angewendet werden.

Claims

Patentan sprüche

Bug für einen Schiffsrumpf mit einem Bugwulst, dadurch gekennzeichnet, daß der Bugwulst (12) zu einer Einlaßöffnung (21) für einen anschließenden, in der Längsmittelebene (15) des Schiffsrumpfes (1) angeordneten Kanal (22) aufgeschnitten ist, in dem eine Wasser ansaugende Schraube (41) angeordnet ist und der hinter der Schraube (41) in spiegelsymmetrisch zur Längsmittelebene (15) angeordnete, seitlich im Schiffsrumpf (1) mündende Zweigkanäle (24) geteilt ist, von denen jeder eineum eine vertikale Achse schwenkbare Klappe (51) und ein um eine horizontale Achse schwenkbares Ruder (56) aufweist.
2. Bug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (21) die Breite des Bugs (11) aufweist.
3. Bug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (21) von einer über die Einlaßebene vorstehenden unteren Lippe (27) begrenzt ist.
4. Bug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal·(22) von der Einlaßöffnung (21) ausgehend nach innen verjüngt ausgeführt und in Strömuhgsrichtung im Anschluß an die engste Stelle mit einem ringförmigen Absatz (23) versehen ist und daß die Schraube (41) in der Ebene des ringförmigen Absatzes angeordnet ist.
5. Bug nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei parallel zueinander angeordnete Schrauben vorgesehen sind.
6. Bug nach Anspruch 1, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schraube (41) von einem Ring (43) umgeben ist, der an den freien Enden der Schraubenflügel (44) befestigt ist.
7. Bug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (43) außen zylindrisch, innen von beiden Ringkanten (45; 46) ausgehend konisch verjüngt mit der engsten Stelle im Abstand von einem Drittel der Ringbreite von der in Strömungsrichtung vorderen Ringkante (45) ausgeführt ist und daß die Schraubenflügel (44) in der. Ebene der engsten Stelle an dem Ring (43) befestigt sind.
8. Bug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansichtsfläche jeder Klappe (51) gleich dem Querschnitt des zugehörigen Zweigkanals (24) ist.
9. Bug nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Klappe (51) im Querschnitt etwa nach Art einer bikonvexen Linse ausgeführt und in der Verlängerung des vertikalen Durchmessers schwenkbar in dem zugehörigen Zweigkanal (24) gelagert ist.