DE8016289U1 - Ruder fuer wasserfahrzeuge und schwimmendes geraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ruder für Wasserfahrzeuge und schwimmendes Gerät/ insbesondere ein Halbschweberuder/ bei dem der bewegliche Ruderkörper an einem feststehenden Ruderpfosten gelagert ist/ und ein Spatenruder/ das unter einer feststehenden Ruderflosse angeordnet ist*

Ruder sind in der Regel am Heck eines Wasserfahrzeuges einfach oder mehrfach angebrachte Verdrängungskörper mit tragflügelähnlichem Profil und gerader Mittellinie, die mit öder ohne Propellerbeaufschlagung eine zum Steuern des Schiffes erforderliche Rudarkraft erzeugen, wenn sie auf einen Ruderwinkel angestellt werden. Ruder stellen passive Steuerorgane dar, die energetisch den Hauptantrieb des Schiffes oder die Strömungsenergie der Fahrtströmung anzapfen* Wasserfahrzeuge und schwimmendes Gerät sind stationär positionierte oder fahrende Verdrängungskörper und Strukturen, Offshore-Plattformen und Bohrinseln. Auch geschleppte und getauchte fahrende Fahrzeuge, wie Transportpontons, Leichter, Schwimmdocks und Tauchfahrzeuge, werden zu den Wasserfahrzeugen und zu den schwimmenden Geräten gerechnet.

Halbschweberuder bestehen aus einem festen Ruderpfosten im oberen, vorderen Teil des Ruders und einem beweglichen Ruderteil, wobei der untere, vordere Teil als Balancefläche wirksam ist. Bei Spatenrudern ist der gesamte Ruderkörper verdrehbar und die vor der Drehachse gelegene Fläche wirkt als Balancefläche. Spatenruder werden häufig unter schiffs-

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Zwischen den Schiffsfesten Bauteilen Und den drehbaren Teilen eines Ruders sind Spalte ausgebildet* Die schiffsfesten Bauteile sind bei Halbschweberudern der Ruderpfosten und eine feste Ruderflosse über dem Ruder/ bei Spatenrudern/ die nicht frei in der Strömung stehen, die feste Ruderflosse über dem Ruder, in der häufig auch das Ruderschafthalslager untergebracht ist. Während bei Mitschiffsruderwinkeln und kleinen Ruderwinkeln diese Spalte praktisch geschlossen sind, öffnen sie sich bereits bei normalen Ruderwinkeln während der ständigen Kurskorrekturen des Schiffes. Hierdurch entstehen infolge eines örtlichen Druckausgleiches zwischen der Druckseite und der Saugseite des Ruders vier parasitäre Effekte:

a) Die Ruderwirksamkeit wird beträchtlich vermindert,

b) die Spaltströmungen erzeugen starke Vibrationen/

c) das Ruder erzeugt einen erhöhten Anhängewiderstand und

d) die Spaltströmungen führen zu verstärkten Erosionsschäden am Ruderkörper infolge von Kavitation. Diese

Kavitation am Ruder wird durch die örtlich sehr hohen Ge-

schwindigkeiten und die damit sehr niedrigen Drücke verursacht und führt bei propellerbeaufschlagten Rüdern von schnellen Schiffen innerhalb kurzer Zeit zu schweren Zer- | störungen des Ruderkörpers. Bei Halbschweberudern treten diese Schaden in der Umgebung des Spaltes im Bereich des unteren Fingerlings am Ruderpfosten selbst, im oberen * Teil der Balancefläche und im hinteren Ruderteil im Abstrom der"Spaltströmung und an der Rudersohle auf. Bei Spa-

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tenrudorn dor.inieren die· Effekte a) bis c) da dieser Ruder = typ selten bei schnellen Schiffen mit hochbelasteten Pro·= peliern zur Anwendung gelangt.

Es ist bekannt, die Umströmung der Ruderoberkante bei kleinen Ruderwinkeln durch die bereits genannten schiffsfesten Ruderflossen unterdrücken zu können oder Endscheiben zur Verminderung der Umströmung der Ruderunterkante anzuordnen. Hierdurch ti Wird das Seitenverhältnis des Ruders als Tragflügel im posi-

{ tiven Sinne beeinflußt. Endscheiben an der Ober- und Unterkante

te des Spatenruders sind bei dem SCHILLING-Ruder und beim KAUFER-

Ruder vorgesehen. Es sind darüber hinaus Versuche unternommen ;6 worden, die parasitären Effekte bei Spalten dadurch zu beseitigen, daß an der Vorderkante Gummilappen angebracht werden, die sich bei Fahrt des Schiffes· durch den Fahrtstrom über die Spalte legen. Hinzu kommt noch, daß Unregelmäßigkeiten auf der Ruderblattkörperoberfläche, wie scharf-> Kanten, Schweißnähte, Doppelungsplatten u.dgl., die Bereitschaft für örtliche Kavitationen erhöhen, wobei die Ruderkavitationen hauptsächlich durch den Propeller verursacht werden.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß Kavitationsprobleme und die insbesondere voranstehend aufgeführten parasit tären Effekte nicht durch eine Änderung der Antriebspropellerkonstruktion gelöst werden können, sondern alle konstruktiven Veränderungen können nur einzig

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Und allein am Ruder vorqcnomrx-n worden. Sehr starke Erosionsschäden infolge Ruderkavitationen sind besonders bei schnellen Containerschiffen und propellerbeaufschlagten Rudern und bei Zweischraubenfähren mit Doppelrudern festgestellt worden. Eine technische Lösung zur Beseitigung dieser parasitären Effekte .ist nicht bekannt.

Demgegenüber ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung/ Halbschweberuder und Spatenruder unter festen Ruderflossen für Wasserfahrzeuge und für schwimmendes Gerät so auszugestalten, daß Spaltströmungen zwischen den schiffsfesten Bauteilen und den beweglichen Ruderteilen und die damit verbundenen parasitären Effekte vermieden werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Ruder für Wasserfahrzeuge und schwimmendes Gerät gemäß der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß in der Weise ausgebildet ist, daß zur Verhinderung parasitärer Effekte infolge der Ausgleichsströmung in dem sich beim Ruderlegen öffnenden Spalt zwischen den beweglichen Ruderteilen und den feststehenden Ruderteilen ober- und/oder unterhalb des Spalts beidseitig von dem Ruderblattkörper bzw. beidseitig von dem festen Ruderpfosten seitlich auskragende, plattenförmige Ruderscheiben mit einem geeigneten Profil vorgesehen sind.

Bei einem unter einer festen Ruderflosse angeordneten Halbschweberuder sind erfindungsgemäß die Ruderscheiben im Bereich des Spalts zwischen dem Ruderblattkörper und der Ruderflosse und

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oder im Bereich des Spalts zwischen der Balancefläche und f dem Ruderpfosten einseitig und/oder beidseitig vom Spalt an- Si geordnet, während dagegen bei dem unter einer feston Ruderflosse angeordneten Spatenruder die Ruderscheiben beiderseits des Spalts an der Ruderflosse und/oder auf dem Ruderblattkörper ■angeordnet sind.

Somit erhält das Ruder zur Unterdrückung der Spaltströmungen zwischen den schiffsiebten Bauteilen und dem beweglichen Ruderkörper im Bereich des Spalts Ruderscheiben, die die Kantenumströmung des Ruders infolge Druckausgleichs zwischen Druckseite und Saugseite unterdrücken. Auf den schiffsfesten Bauteilen bildet sich infolge Wechselwirkung mit dem benachbarten Ruderteil ebenfalls eine Druckverteilung aus, deren Ausgleich durch Kantenumströmung durch eine zweite Ruderscheibe - Pfosten- oder Flossenscheibe - unterdrückt werden kann. Die Lösung der Aufgabe sieht also entweder eine Ruderscheibe - bei Halbschweberudern an der Oberkante der Balancefläche, bei Spaten*- rudern an der Oberkante des Ruders - oder eine Pfosten- oder Flossenscheibe - bei Halbschweberuder an der Unterkante des Ruderpfostens, bei Spatenrudern an der Unterkante der Ruderflosse - oder beide Scheibenarten gleichzeitig vor.

Die mit der erfindungsgemäßen konstruktiven Ausgestaltung eines Ruders erzielbaren Vorteile bestehen darin, die hydrodynamischen Eigenschaften von Rudern, die ganz oder teilweise Spalte aufweisen/ von vornherein oder nachträglich

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durch einfache und robuste Konstruktionen, die auch leicht austauschbar sind, beträchtlich zu verbessern. Hierbei werden durch Unterdrückung der Spaltströmungen die Vibrationen vermindert, der Ruderwiderstand verringert und die Ruderwirksamkeit beträchtlich verbessert. Örtliche Kavitationserscheinungen werden verringert oder sogar beseitigt. Wird beispielsweise die Energieabfuhr infolge Spaltströmung und Wirbelbildung im Spalt zwischen der Balancefläche und dem Ruderpfosten bei einem Halbschweberuder verhindert, so sinkt der Ruderwiderstand erheblich und die Ruderwirksamkeit infolge eines verhinderten Druckausgleiches zwischen Druck- und Saugseite nimmt gleichzeitig beträchtlich zu. Hierdurch wiederum kann mit kleineren Ruderwinkeln gearbeitet werden, wodurch der Ruderwiderstand abermals abnimmt. Die erzielbaren Vorteile lassen sich somit als die Eigenschaften eines energiesparenden, vibrationsarmen und wenig kavitationsanfälligen Ruders mit verbesserten Rudereigenschaften im Bereich normaler bis mittlerer Ruderwinkel zusammenfassen. Vorhandene Ruder können auf einfache und schnelle Weise kostensparend in das verbesserte Ruder umgerüstet werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen J'<j aus den Unteransprüohen hervor.

In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise dargestellt/ und zwar zeigt:

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Fig, 1 den Teil eines Achterschiffs mit einem Antriebspropeller und einem Halbschweberuder mit beiderseits des Spalts über der Balancefläche angeordneten Ruderscheiben und einer an der Oberkante des Ruders angeordneten weiteren Ruderscheibe in einer Seitenansicht,

Fig. 2 .ein Spatenruder in einer Anordnung unter einer festen Ruderflosse mit einer Ruderscheibe in einer Seitenansicht und

Fig. 3 einen waagerechten Schnitt durch den Ruderblattkörper mit einer Ruderscheibe in zwei

_m verschiedenen Ausführungsformen.

Bei dem in Fir*. 1 dargestellten, in an sich bekannter Weise ausgebildeten Laibschweberuder 10 ist mit 20 der Ruderblattkörper bezeichnet, der an einem Ruderpfosten 25 drehbar gelagert ist. Das obere und das untere Ruderlage^ ist bei

11 und 12 angedeutet. Mit 15 ist ein Antriebspropeller beil zeichnet.

Zwischen der Balancefläche 20a des Ruderblattkörpers 20 und dem Ruderpfosten 25 ist ein Spalt 21 ausgebildet. Im Bereich dieses Spalts 21 sind an dem beweglichen Ruderblattkörper 20 beidseitig befestigt oder als Scheibe angeflanscht und seitlich auskragend Ruderscheiben 30 und 30a angeordnet/ wie'dies aus Fig. 3 ersichtlich ist. Die durch die Ruderschäiben 30/ 30a gebildeten sichelföfmigen

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Überstände der Ruderscheiben 30, 30a gehen in Richtung zum rückwärtigen Bereich des Ruderblattkörpers 20 in dessen Seitenbeplattung über.

Oberhalb dieser Ruderscheiben 30 , 30a,die an beiden Seiten des Ruderblattkörpers 20 angebracht sind, sind im Bereich des Spalts 21 an dem Ruderpfosten 25 ebenfalls Ruderscheiben angeordnet, von denen jedoch in Fig. 1 nur eine ersichtlich ist, die mit 31 bezeichnet ist. Die Ruderscheibe 31 und die auf der anderen Seite dieser Ruderscheibe 31 an dem Ruderpfosten 20 vorgesehene, in der Zeichnung nicht ersichtliche Ruderscheibe sind beidseitig im Bereich des Spalts an dem Ruderpfosten befestigt oder als Scheiben angeflanscht und weisen vorzugsweise das gleiche Strömungsprofil wie die beiden darunterliegend angeordneten Ruderscheiben 30, 30a an dem Ruderblattkörper 20 auf. Jedoch ist auch eine abweichende Form dieser Ruderscheiben möglich, die in Fig. gestrichelt angedeutet und mit 30b bezeichnet ist. Diese Form und Ausgestaltung der Ruderscheiben wird immer dann gewählt, wenn der Spalt 21 auch bei größeren Ruderwinkeln geschlossen werden soll. Es kann jedoch auch umgekehrt verfahren werden, indem die Ruderscheiben 30, 30a die Form der Ruderscheiben 31 aufweisen, während letztere dann entsprechend den Ruderscheiben 30, 30a, wie in Fig. 3 dargestellt, ausgebildet sind.

Durch diese Anordnung von Ruderscheiben 30, 30a und 31 im Bereich des Spalts 21 erfolgt neben einer Verringerung der

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Öffnung des Spaite 21 eine Verhinderung des Druckausgleiches zwischen den beiden Ruderseiten im Bereich des Gebietes größter Druckdifferenz/ mit der Folge, daß eine Querströmung und Wirbelbildung im Bereich dieses Spalts 21 vermieden wird und somit die parasitären Effekte/ wie Erhöhung der Ruderwirksamkeit, Verminderung der Vibrationen, Widerstandsverminderung und Verringerung der Kavitationsanfälligkeit, vermindert werden»

Es besteht die Möglichkeit, die Ruderscheiben nur an dem Ruderblattkörper 20 oder an dem Ruderpfosten 25 oder an beiden Ruderteilen beiderseits des Spalts 21 anzuordnen.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Spatenruder 100 ist mit 120 der Ruderblattkörper.bezeichnet/ der unter einer festen Ruderflosse 120b angeordnet ist. Zwischen dieser festen Ruderflosse 120b und dem Ruderblattkörper 120 ist ein Spalt 122 ausgebildet.

Unterhalb des Spalts 122 sind an dem Ruderblattkörper 120 zu dessen beiden Seiten Ruderscheiben angeordnet, von denen in Fig. 2 nur eine Ruderscheibe sichtbar ist, die mit 132 bezeichnet ist. Diese Ruderscheibe 132 ist entsprechend den Ruderscheiben 30, 3 0a und 31 in bezug auf ihre Formgebung ausgebildet. Es besteht darüber hinaus auch die Möglichkeit, oberhalb des Spalts 122 an der festen Ruderflosse 120b beidseitig Ruderscheiben anzuordnen, die zu den Ruderscheiben 132 parallel verlaufend sind. Von die-

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Sen Ruderscheiben an der festen Rudeirflosse 120b ist nur eine Rudersdheibe sichtbar dargestellt/ die mit 133 bezeichnet ist. Auch diese Ruderscheiben 133 sind entspre^ chend den Ruderscheiben 30/ 30a und 31 bzw. 132 ausgebildet und weisen ein entsprechendes Strömungsprofil auf. Die Anordnung von Ruderscheiben 133 an der festen Ruderflosse 120b sind insbesondere dann vorteilhaft/ wenn der Spalt ·ψ 122 auch bei größeren Ruderwinkeln gegen unerwünschte Querströmungen verschlossen werden soll.

Auch wenn in schwächerer Form die voranstellend genannten parasitären Effekte am Spalt 122 des in Fig. 2 dargestellten Spatenruders 100 auftreten, so wird durch die Anordnung der Ruderscheiben 132 und/oder 133 eine Querströmung in dem Spalt 122 unterdrückt.

Aus diesem Grunde ist es auch bei dem Halbschweberuder von Vorteil, wenn der obere Spalt 22 zwischen dem Ruderblattkörper 20 und der feststehenden Flosse 20b mittels einer Ruderscheibe verschlossen werden kann. Wie Fig. 1 zeigt, sind hier unterhalb des Spalts 22 an dem Ruderblattkörper 20 Ruderscheiben 32 beidseitig vorgesehen,- die entsprechend den Ruderscheiben 30, 30a und 31 bzw. 132 ausgebildet und beidseitig auskragend sind. Von den beiden Ruderscheiben an dem Ruderblattkörper 20 ist nur eine Ruderscheibe sichtbar dargestellt und mit 32 bezeichnet.

Alle Ruderscheiben 30, 30a bzw. 31 bzw. 32 bzw. 132, 133

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sind entweder fest an dem Ruderblattkörper 20 bzw. 120 bzw. an der feststehenden Ruderflosse 20b bzw. 120b be= festigt; jedoch eine lösbare Befestigung ist ebenfalls möglich/ so daß ein müheloses Austauschen schadhafter Rudersdheiben jederzeit möglich ist* Darüber hinaus ist es vorteilhaft/ wenn die Ruderscheiben 30/ 30a bzw* 31 bzw, 32 bzw, 132/ 133 übet die jeweilige Ruderblattkörper" kante bzw* Ruderpfostenkante hinaus verlängert ausgebildet sind, wie dies aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist» Der dann auskragende Abschnitt der Ruderscheiben ist aus Fig. ersichtlich.

Claims (5)

1. Ruder für Wasserfahrzeuge und schwimmendes Gerät, insbesondere Halbschweberuder, bei dem der bewegliche Ruderkörper an einem feststehenden Ruderpfosten gelagert ist, und Spatenruder, das unter einer feststehenden Ruderflosse angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung parasitärer Effekte infolge der Ausgleichsströmungen in dem sich beim Ruderlegen öffnenden Spalt (21,22,122) zwischen den beweglichen Ruderteilen (20;120) und den feststehenden Ruderteilen (25,20b; 120b) ober- und/oder unterhalb des Spalts (21,22;122) beidseitig von dem Ruderblattkörper (20;120) seitlich auskragende plattenförmige Ruderscheiben (30/30a,31,32; 132,133) mit einem geeigneten Profil vorgesehen sind.

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2. Ruder, nämlich Halbschweberuder, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem unter einer festen Ruderflosse (20b) angeordneten Halbschweberuder (10) die Ruderscheiben (30,30a;31,32) im Bereich des
Spalts (22) zwischen dem Ruderblattkörper (20) und
der Ruderflosse (20b) und/oder im Bereich des Spalts (21) zwischen der Balancefläche (20a) und dem Ruderpfosten (25) einseitig und/oder beidseitig vom Spalt angeordnet sind.

3. Ruder, nämlich Spatenruder, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem unter einer festen Ruderflosse (120b) angeordneten Spatenruder (100) die Ruderscheiben (132,133) beiderseits des Spalts (122)

an der Ruderflosse (120b) und/oder auf dem Ruderblattkörper (120) angeordnet sind.

4. Ruder nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ruderscheiben (30,30a,31; 32;132 ,133) zum
Verschließen des Spalts auch bei größeren Ruderwinkeln an ihren Vorderkanten ein verbreitertes Profil

(30b) aufweisen.

5. Ruder nach Anspruch 1 bis A, dadurch gekennzeichnet/ daß die Ruderscheiben (30,3Oa,31;32;132 ,133) lösbar

an dem Ruderblattkorper (20;120) und an den Ruderflessen (20b;120b) bzw. an dem Ruderpfosten (25) befestigt sind.