EP2060483B1 - High-performance rudder for ships - Google Patents
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- EP2060483B1 EP2060483B1 EP07024060.1A EP07024060A EP2060483B1 EP 2060483 B1 EP2060483 B1 EP 2060483B1 EP 07024060 A EP07024060 A EP 07024060A EP 2060483 B1 EP2060483 B1 EP 2060483B1
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
- B63H25/00—Steering; Slowing-down otherwise than by use of propulsive elements; Dynamic anchoring, i.e. positioning vessels by means of main or auxiliary propulsive elements
- B63H25/06—Steering by rudders
- B63H25/38—Rudders
-
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- B63H25/38—Rudders
- B63H2025/388—Rudders with varying angle of attack over the height of the rudder blade, e.g. twisted rudders
Definitions
- the invention relates to a Hoch antiquesruder for ships, which is designed as Vollschweberuder and has a rudder blade, a rudder trunk and a rudder stock, wherein the rudder blade comprises a nose strip and a terminal strip.
- rudders are known in the art.
- the rudder When installed in a ship, the rudder is normally located in the direction of travel of the ship behind a propeller provided on the hull, the nose strip of the rudder blade facing the propeller and the end bar facing away from the propeller. Nose and end bar are normally aligned vertically in the installed state.
- the term "rigid rudder” is understood below to mean a rudder blade which consists of a single, rigid body and no articulating or movable parts, such as a steerable fin o. The like., Has.
- the US 3,847,104 which is considered to be the closest prior art by the Examining Division of the European Patent Office, shows a rudder for inland waterway vessels with straight sidewalls extending in a profile view from a sharp-edged, straight-line leading edge to an area where the rudder post is located widening run, from there back to rejuvenate again and finally end in a dovetail-shaped end bar, the end bar has the largest profile width of the rudder.
- a Hoch delicioussruder of the type mentioned in cross-sectional view a rudder blade profile, which widened from the rounded nose bar in the rudder longitudinal direction to a central region, which forms the widest point of the rudder profile, at a first flank angle of 5 ° to 25 ° from the middle range to one towards the rear region, which forms the narrowest point of the rudder profile, tapers at a second flank angle of 5 ° to 17 °, and widened again from the rear region to the preferably straight-lined end strip, in particular dovetailed.
- the width ratio of the width of the end bar to the width of the central area is 0.3 to 0.5.
- the rudder trunk of the rudder is provided as a cantilever beam with a central inner longitudinal bore for receiving the rudder stock and reaching into the rudder blade reaching into, for storage of the rudder stock a bearing in the inner longitudinal bore of the rudder coker is arranged, with its free end in a recess, collection o.
- the like extends into the rudder stock, wherein the rudder stock led out with an end portion of the rudder trunk and connected to this end portion of the rudder blade, wherein no storage between the rudder blade and the rudder trunk is provided, and wherein the bottom bracket for the storage of the rudder stock in the helm in the area of the free End of the rudder coker is arranged.
- the invention consists of the interaction of a specially designed rudder profile with a special rudder bearing assembly. Due to the specially designed rudder profile, the flow and maneuvering properties of the high-performance rudder are initially greatly improved.
- the rounded trained front leading edge ensures that set for the leading edge at all rudder positions or angles good flow characteristics.
- the flow is accelerated again in this area and thus the buoyancy is increased again in the rear of the rudder.
- the Kursstabillt be significantly improved by reducing the drift and the vessel control properties by the special design of the profile.
- rudder angles to starboard and port of up to 70 ° each are possible.
- the end bar can also convex or even multiple convex, for example, bi-convex, in addition to a rectilinear design.
- the reduction of the rudder width is extremely advantageous especially with rudders with the profile according to the invention, since these have increased buoyancy forces due to their profiling, which act on the rudder blade, so that this has to be made stronger or wider than in the case of rudders with other profiles and thus they have a relatively large resistance, which is reduced by the reduction of the rudder width.
- a use of such profiled rudders for large ships would not be possible without the bearing arrangement according to the invention.
- the rudder according to the invention is provided in a ship which comprises a propeller associated with the rudder and arranged on a drivable propeller shaft.
- the connection of the rudder stock with the rudder blade is also located above the propeller shaft center.
- the end strip which is normally facing away from the ship's propeller in the installed state, has two superposed end strip sections, which are arranged laterally offset from one another.
- the indication that the Endologicalnabitese are arranged one above the other refers to the installed state of the rudder blade, in which usually one section is disposed above the other.
- the two Endologicalnabitese are therefore arranged adjacent to each other. Preferably, they are separated by a dividing line or plane, which runs substantially horizontally in the installed rudder state.
- the staggered arrangement of one Endologicalnabites is offset to port or starboard and the other Endologicalnabites to starboard or port.
- an offset surface is formed at each end strip section in the region in which the two end strip sections adjoin one another, which in each case protrudes, usually laterally, beyond the other end strip section.
- this embodiment results in the transition region between the two Endologicalnabitesen to each side of a (90 °) edge, which opens into one of the offset surfaces.
- another (90 °) edge forms.
- a transition region can be provided between the two end strip sections, which forms a flowing transition between the two offset end strip sections, so that no offset surfaces or edges or the like are produced. Due to the staggered or twisted arrangement of Endologicalnabpeakse the individual sections adapt to the swirl generated by the propeller, so that an energy recovery can be achieved, which leads to a reduction in fuel consumption at the same power.
- the individual Endornabitese are formed in this embodiment in a cross-sectional view in the form of a half, longitudinally split dovetail.
- the two dovetail portions are arranged in mirror image in a plan view of the rudder profile.
- the first flank angle is 10 ° to 20 °, preferably 12 ° to 16 °. This results in a particularly streamlined profile of the rudder blade, which has a favorable effect on the buoyancy of the rudder.
- the first flank angles are significantly larger than is the case in the present invention, since there the rudder blade body must be made wider overall, in order to absorb the loads occurring, especially in large vessels. Due to the design of the high efficiency rudder according to the invention such a wide design is not necessary, and it can be used smaller flank angles, which lead to an overall slimmer rudder blade.
- the second flank angle is 8 ° to 13 °, preferably 11 °. Similar to the first flank angle, the second flank angle in the present invention may also be flatter than conventional prior art comparable rudders.
- the width ratio of the width of the end strip to the width of the middle region is 0.3 to 0.5, preferably 0.35 to 0.45, particularly preferably 0.38 to 0.43.
- the middle area marks the widest or thickest area of the rudder profile.
- the aspect ratio of the distance from the rudder center to the leading edge bar is 0.25 to 0.45, preferably 0.35 to 0.43, more preferably 0.38 to 0.42 with respect to the total length of the rudder.
- Such an arrangement of the rudder stock with respect to the overall length of the rudder improves overall the airfoil of the rudder.
- at a ratio of 0.4 results in a particularly optimal, fluidic balancing of the rudder.
- the rudder stock is also preferably arranged in the central region of the rudder, ie at its widest or thickest point.
- the fulcrum of the rudder is located in the middle area, ie in the area the largest profile thickness.
- the ratio of the propeller diameter to the height of the rudder blade is 0.8 to 0.95, preferably 0.82 to 0.9, particularly preferably 0.85 to 0.87. This ensures that always the entire profile of the rudder blade can be flown by the propeller jet and thus a maximum buoyancy is achieved.
- the inventive design it is possible to perform comparatively high rudder blades, since the storage takes place within the rudder blade and thus the bending moment load is much lower compared to more above stored rudder blades. In this respect, the height of the rudder blade can be greater than known from the prior art rowing.
- the rudder profile between the central region (the widest point of the rudder profile) and the rear region (the narrowest point of the rudder profile) has a substantially rectilinear or substantially convex arc shape.
- an optimum shaping with regard to the flow properties of the rudder can be achieved.
- Fig. 4b shows a similar embodiment of a rudder profile with two mutually offset end strip portions 18a, 18b, wherein between these two Endologicalnabitesen 18a, 18b, a transition region 20 is provided.
- This transition region 20 extends obliquely with respect to a vertical axis and connects the two Endologicalnabitese 18 a, 18 b with each other, so that a smooth transition without edges or offset surfaces u.
- Created results also in the area of the end bar 18 a closed flow profile.
- the cross-sectional considerations of the rudder profile Fig. 4b are similar to those out Fig. 4a respectively.
- Fig. 2b
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Description
Die Erfindung betrifft ein Hochleistungsruder für Schiffe, welches als Vollschweberuder ausgebildet ist und ein Ruderblatt, ein Ruderkoker und einen Ruderschaft aufweist, wobei das Ruderblatt eine Nasenleiste und eine Endleiste umfasst. Derartige Ruder sind aus dem Stand der Technik bekannt. Im in einem Schiff eingebauten Zustand ist das Ruder normalerweise in Fahrtrichtung des Schiffes hinter einem am Schiffskörper vorgesehenen Propeller angeordnet, wobei die Nasenleiste des Ruderblattes dem Propeller zugewandt und die Endleiste dem Propeller abgewandt sind. Nasen- und Endleiste sind im eingebauten Zustand normalerweise im Wesentlichen vertikal ausgerichtet.The invention relates to a Hochleistungsruder for ships, which is designed as Vollschweberuder and has a rudder blade, a rudder trunk and a rudder stock, wherein the rudder blade comprises a nose strip and a terminal strip. Such rudders are known in the art. When installed in a ship, the rudder is normally located in the direction of travel of the ship behind a propeller provided on the hull, the nose strip of the rudder blade facing the propeller and the end bar facing away from the propeller. Nose and end bar are normally aligned vertically in the installed state.
Hochleistungsruder, auch "high lift rudder" genannt, sind solche Ruder, die einen hohen dynamischen Auftrieb erzeugen und dadurch eine besonders gute Ruderwirkung aufweisen. Als Hochleistungsruder werden insbesondere solche Ruder angesehen, die einen K2-Faktor von 1,4 oder höher aufweisen. Die Höhe dieses K2-Faktors hängt insbesondere von der Form des Profils ab. Der K2-Faktor ist ein Faktor der zur Bestimmung der Ruderkraft nach folgender Formel verwendet wird:
- v
- = Geschwindigkeit
- K1
- = Faktor, abhängig vom Seitenverhältnis der Ruderfläche
- K2
- = Faktor, abhängig von der Art des Ruderprofils
- K3
- = Faktor, abhängig von der Ruderanordnung
- Kt
- = Faktor, abhängig vom Schubbelastungsgrad
- v
- = Speed
- K1
- = Factor, depending on the aspect ratio of the rudder surface
- K2
- = Factor, depending on the type of rudder profile
- K3
- = Factor, depending on the rudder arrangement
- K t
- = Factor, depending on the degree of thrust load
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist im Folgenden unter dem Begriff "starres Ruder" ein Ruderblatt zu verstehen, das aus einem einzigen, starren Körper besteht und keine anlenkbaren bzw. bewegbaren Teile, wie beispielsweise eine anlenkbare Flosse o. dgl., aufweist.For the purposes of the present invention, the term "rigid rudder" is understood below to mean a rudder blade which consists of a single, rigid body and no articulating or movable parts, such as a steerable fin o. The like., Has.
Die
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Hochleistungsruder der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, bei dem mit einem insbesondere starren Ruderblatt ohne bewegliche Teile gute Manövriereigenschaften erzielt werden können und das gleichzeitig hohen Beanspruchungen, insbesondere Biegemomenten, aussetzbar ist und somit auch für sehr große Schiffe einsetzbar ist.It is an object of the present invention to provide a Hochleistungsruder of the type mentioned in which good maneuverability can be achieved with a particular rigid rudder blade without moving parts and at the same time high stresses, in particular bending moments, can be suspended and thus for very large Ships can be used.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Hochleistungsruder mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.This object is achieved with a Hochleistungsruder with the features specified in claim 1.
Hiernach weist ein Hochleistungsruder der eingangs genannten Art in Querschnittsbetrachtung ein Ruderblattprofil auf, das sich von der abgerundet ausgebildeten Nasenleiste in Ruderlängsrichtung bis zu einem mittleren Bereich hin, welcher die breiteste Stelle des Ruderprofils bildet, unter einem ersten Flankenwinkel von 5° bis 25° verbreitert, vom mittleren Bereich bis zu einem hinteren Bereich hin, welcher die schmalste Stelle des Ruderprofils bildet, unter einem zweiten Flankenwinkel von 5° bis 17° verjüngt, und vom hinteren Bereich bis hin zur bevorzugt gradlinig ausgebildeten Endleiste, insbesondere schwalbenschwanzartig wieder verbreitert. Des Weiteren beträgt das Breitenverhältnis der Breite der Endleiste zur Breite des mittleren Bereiches 0,3 bis 0,5. Ferner ist das Ruderkoker des Ruders als Kragträger mit einer mittigen Innenlängsbohrung zur Aufnahme des Ruderschaftes versehen und bis in das Ruderblatt hineinreichend ausgebildet, wobei zur Lagerung des Ruderschaftes ein Lager in der Innenlängsbohrung des Ruderkokers angeordnet ist, das mit seinem freien Ende in eine Ausnehmung, Einziehung o. dgl. in dem Ruderschaft hineinreicht, wobei der Ruderschaft mit einem Endbereich aus dem Ruderkoker herausgeführt und mit diesem Endbereich mit dem Ruderblatt verbunden ist, wobei keine Lagerung zwischen dem Ruderblatt und dem Ruderkoker vorgesehen ist, und wobei das Innenlager für die Lagerung des Ruderschaftes in dem Ruderkoker im Bereich des freien Endes des Ruderkokers angeordnet ist. Entsprechend besteht die Erfindung aus dem Zusammenwirken eines besonders ausgestalteten Ruderprofils mit einer speziellen Ruderlageranordnung. Durch das speziell gestaltete Ruderprofil werden zunächst die Strömungs- bzw. Manövriereigenschaften des Hochleistungsruders stark verbessert. Zunächst gewährleistet die abgerundet ausgebildete vordere Nasenleiste, dass sich für die Nasenleiste bei allen Ruderstellungen bzw. -winkeln gute Strömungseigenschaften einstellen. Durch den schwalbenschwanzartigen Fortsatz vom hinteren Bereich bis zur bevorzugt geradlinig ausgebildeten hinteren Endleiste, bzw. durch die Verbreiterung dieses Bereichs, wird die Strömung In diesem Bereich nochmals beschleunigt und somit wird im hinteren Bereich des Ruders der Auftrieb nochmals erhöht. Insgesamt werden durch die spezielle Ausgestaltung des Profils die Kursstabilltät durch eine Verringerung der Abdrift sowie die Schiffskontrolleigenschaften deutlich verbessert. Mit dem erfindungsgemäßen Ruder sind Ruderwinkel nach Steuerbord und Backbord von jeweils bis zu 70° möglich. Die Endleiste kann neben einer geradlinigen Ausgestaltung auch konvex oder sogar mehrfach konvex, beispielsweise bi-konvex, ausgebildet sein.Hereinafter, a Hochleistungsruder of the type mentioned in cross-sectional view a rudder blade profile, which widened from the rounded nose bar in the rudder longitudinal direction to a central region, which forms the widest point of the rudder profile, at a first flank angle of 5 ° to 25 ° from the middle range to one towards the rear region, which forms the narrowest point of the rudder profile, tapers at a second flank angle of 5 ° to 17 °, and widened again from the rear region to the preferably straight-lined end strip, in particular dovetailed. Furthermore, the width ratio of the width of the end bar to the width of the central area is 0.3 to 0.5. Furthermore, the rudder trunk of the rudder is provided as a cantilever beam with a central inner longitudinal bore for receiving the rudder stock and reaching into the rudder blade reaching into, for storage of the rudder stock a bearing in the inner longitudinal bore of the rudder coker is arranged, with its free end in a recess, collection o. The like extends into the rudder stock, wherein the rudder stock led out with an end portion of the rudder trunk and connected to this end portion of the rudder blade, wherein no storage between the rudder blade and the rudder trunk is provided, and wherein the bottom bracket for the storage of the rudder stock in the helm in the area of the free End of the rudder coker is arranged. Accordingly, the invention consists of the interaction of a specially designed rudder profile with a special rudder bearing assembly. Due to the specially designed rudder profile, the flow and maneuvering properties of the high-performance rudder are initially greatly improved. First, the rounded trained front leading edge ensures that set for the leading edge at all rudder positions or angles good flow characteristics. Through the dovetail-like extension from the rear area to the preferably rectilinear rear end bar, or by the broadening of this area, the flow is accelerated again in this area and thus the buoyancy is increased again in the rear of the rudder. Overall, the Kursstabilltät be significantly improved by reducing the drift and the vessel control properties by the special design of the profile. With the rudder according to the invention, rudder angles to starboard and port of up to 70 ° each are possible. The end bar can also convex or even multiple convex, for example, bi-convex, in addition to a rectilinear design.
Durch die spezielle Lageranordnung für dieses Ruderprofil ergibt sich der Vorteil, dass das Ruderkoker in das Ruderblatt hineingeführt ist und der Ruderschaft im Endbereich des Ruderkokers in einer Einziehung o. dgl. des Ruderblattes mittels eines Lagers gelagert ist. Hierfür bedarf es keiner weiteren Lagerung des Ruderblattes an der Außenwandfläche des Ruderkokers. Somit kann das untere Hauptlager, auch Halslager genannt, in der Nähe des Auftriebszentrums des Ruders positioniert werden und nicht wie bei herkömmlichen Lageranordnungen oberhalb des Ruderblattes. Hierdurch werden die Belastungen und Biegemomente, die auf das Ruderblatt wirken, deutlich reduziert. Insbesondere wirken auf den Ruderschaft, anders als bei herkömmlichen Rudern, keine bzw. nur geringe Biegemomente, da dieser in seinem unteren, in das Ruderblatt eingeführten Bereich im Ruderkoker gelagert ist. Hierdurch können der Ruderschaft bezüglich seines Umfanges sowie das Ruderblatt selbst bezüglich seiner Breite viel schlanker ausgeführt werden als bei herkömmlichen Hochleistungsrudern. Infolgedessen sind auch Ruderkonstruktionen des erfindungsgemäßen Hochleistungsruders für sehr große Schiffe, d. h. in sehr großen Dimensionierungen, möglich. Ferner werden dadurch die Kosten der Herstellung gegenüber herkömmlichen Rudern reduziert, da weniger Material verbraucht wird. Die Reduzierung der Ruderbreite ist insbesondere bei Ruder mit dem erfindungsgemäßen Profil äußerst vorteilhaft, da diese durch ihre Profilierung erhöhte Auftriebskräfte aufweisen, die auf das Ruderblatt wirken, so dass dieses ohnehin stärker bzw. breiter ausgeführt sein muss als dies bei Rudern mit anderen Profilen der Fall ist und diese somit einen relativ großen Widerstand aufweisen, der durch die Reduzierung der Ruderbreite verringert wird. Insofern wäre eine Verwendung solcher profilierter Ruder für große Schiffe ohne die erfindungsgemäße Lageranordnung nicht möglich.Due to the special bearing arrangement for this rudder profile, there is the advantage that the rudder trunk is guided into the rudder blade and the rudder stock is mounted in the end region of the rudder coker in a collection o. The like. The rudder blade by means of a bearing. This requires no further storage of the rudder blade on the outer wall surface of the rudder coker. Thus, the lower main bearing, also called neck bearing, be positioned near the buoyancy center of the rudder and not as in conventional bearing assemblies above the rudder blade. As a result, the loads and bending moments acting on the rudder blade, significantly reduced. In particular, on the rudder stock, unlike conventional rudders, no or only low bending moments act as it is stored in its lower, inserted into the rudder blade area in the rudder box. As a result, the rower can respect his Circumference and the rudder blade itself are carried out in terms of its width much slimmer than conventional high-performance rudders. As a result, rudder constructions of the high-efficiency rudder according to the invention are also possible for very large ships, ie in very large dimensions. Furthermore, this reduces the cost of manufacturing over conventional oars, as less material is consumed. The reduction of the rudder width is extremely advantageous especially with rudders with the profile according to the invention, since these have increased buoyancy forces due to their profiling, which act on the rudder blade, so that this has to be made stronger or wider than in the case of rudders with other profiles and thus they have a relatively large resistance, which is reduced by the reduction of the rudder width. In this respect, a use of such profiled rudders for large ships would not be possible without the bearing arrangement according to the invention.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Further advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erfindungsgemäße Ruder in einem Schiff vorgesehen, welches einen dem Ruder zugeordneten und auf einer antreibbaren Propellerwelle angeordneten Propeller umfasst. Die Verbindung des Ruderschaftes mit dem Ruderblatt ist ferner oberhalb der Propellerwellenmitte angeordnet. Vorteilhaft ist hierbei, dass für das Auswechseln der Propellerwelle der Ruderschaft nach der Abnahme des Ruderblattes aus dem Ruderkokerlager nicht mehr herausgezogen zu werden braucht, da die Verbindung des Ruderschaftes mit dem Ruderblatt oberhalb der Propellerwellenmitte liegt und der Ruderschaft in seinem Endbereich mit dem Ruderblatt, insbesondere mittels eines Pressverbandes, verbunden ist.According to a preferred embodiment of the invention, the rudder according to the invention is provided in a ship which comprises a propeller associated with the rudder and arranged on a drivable propeller shaft. The connection of the rudder stock with the rudder blade is also located above the propeller shaft center. The advantage here is that for replacing the propeller shaft of the rudder post after removal of the rudder blade from the rudder rod bearing no longer needs to be pulled out because the connection of the rudder stock with the rudder blade above the propeller shaft center and the rudder stock in its end with the rudder blade, in particular by means of a press fit.
Weiterhin kann es zweckmäßig sein, das Ruderprofil symmetrisch auszubilden, so dass sich sowohl steuerbordseitig als auch backbordseitig dieselben Auftriebsverhältnisse einstellen. Eine solche Ausbildungsform ist vorteilhaft für die Kursstabilität eines Schiffes.Furthermore, it may be appropriate to symmetrically form the rudder profile, so that set both starboard side and port side the same buoyancy conditions. Such a form of training is advantageous for the price stability of a ship.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Endleiste, die im eingebauten Zustand normalerweise dem Schiffspropeller abgewandt ist, zwei übereinanderliegende Endleistenabschnitte auf, die seitlich gegeneinander versetzt angeordnet sind. Die Angabe, dass die Endleistenabschnitte übereinanderliegend angeordnet sind, bezieht sich auf den eingebauten Zustand des Ruderblattes, in dem üblicherweise ein Abschnitt über dem anderen angeordnet ist. Allgemein gesprochen sind die beiden Endleistenabschnitte daher anliegend aneinander angeordnet. Bevorzugt werden sie durch eine Trennlinie bzw. -ebene getrennt, die im eingebauten Ruderzustand im Wesentlichen horizontal verläuft. Durch die versetzte Anordnung ist der eine Endleistenabschnitt nach Backbord oder Steuerbord und der andere Endleistenabschnitt nach Steuerbord oder Backbord versetzt. Hierdurch entsteht an jedem Endleistenabschnitt in dem Bereich, in dem die beiden Endleistenabschnitte aneinanderliegen, jeweils eine Versatzfläche, die, normalerweise seitlich, jeweils über den anderen Endleistenabschnitt vor- bzw. hinwegsteht. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich im Übergangsbereich zwischen den beiden Endleistenabschnitten zu jeder Seite eine (90°-)Kante, die in eine der Versatzflächen mündet. Auf der Innenseite der Versatzflächen bildet sich eine weitere (90°-)Kante.In a further preferred embodiment, the end strip, which is normally facing away from the ship's propeller in the installed state, has two superposed end strip sections, which are arranged laterally offset from one another. The indication that the Endleistenabschnitte are arranged one above the other, refers to the installed state of the rudder blade, in which usually one section is disposed above the other. Generally speaking, the two Endleistenabschnitte are therefore arranged adjacent to each other. Preferably, they are separated by a dividing line or plane, which runs substantially horizontally in the installed rudder state. The staggered arrangement of one Endleistenabschnitt is offset to port or starboard and the other Endleistenabschnitt to starboard or port. As a result, an offset surface is formed at each end strip section in the region in which the two end strip sections adjoin one another, which in each case protrudes, usually laterally, beyond the other end strip section. In this embodiment results in the transition region between the two Endleistenabschnitten to each side of a (90 °) edge, which opens into one of the offset surfaces. On the inside of the offset surfaces, another (90 °) edge forms.
In einer weiteren Ausführungsform kann zwischen den beiden Endleistenabschnitten ein Übergangsbereich vorgesehen sein, der einen fließenden Übergang zwischen den beiden versetzten Endleistenabschnitten bildet, so dass keine Versatzflächen oder -kanten o. dgl. erzeugt werden. Durch die versetzte bzw. twistierte Anordnung der Endleistenabschnitte passen sich die einzelnen Abschnitte dem vom Propeller erzeugten Drall an, so dass eine Energierückgewinnung erreicht werden kann, die zu einer Senkung des Treibstoffverbrauches bei gleicher Leistung führt.In a further embodiment, a transition region can be provided between the two end strip sections, which forms a flowing transition between the two offset end strip sections, so that no offset surfaces or edges or the like are produced. Due to the staggered or twisted arrangement of Endleistenabschnitte the individual sections adapt to the swirl generated by the propeller, so that an energy recovery can be achieved, which leads to a reduction in fuel consumption at the same power.
Besonders bevorzugt sind die einzelnen Endleistenabschnitte bei dieser Ausführungsform in einer Querschnittsbetrachtung in der Form eines halben, längsgeteilten Schwalbenschwanzes ausgebildet. Dabei steht bei dem einen Endleistenabschnitt die Spitze des Schwalbenschwanzes nach Backbord und beim anderen Endleistenabschnitt nach Steuerbord vor. Mit anderen Worten sind die beiden Schwalbenschwanzabschnitte in einer Draufsicht auf das Ruderprofil spiegelbildlich angeordnet. Durch eine derartige Ausgestaltung kann eine besonders hohe Energierückgewinnung erreicht werden.Particularly preferably, the individual Endleistenabschnitte are formed in this embodiment in a cross-sectional view in the form of a half, longitudinally split dovetail. In this case, in the one Endleistenabschnitt the tip of the dovetail to port and the other Endleistenabschnitt to starboard. In other words, the two dovetail portions are arranged in mirror image in a plan view of the rudder profile. By such a configuration, a particularly high energy recovery can be achieved.
Versuche seitens der Anmelderin haben gezeigt, dass es besonders vorteilhaft ist, wenn der erste Flankenwinkel 10° bis 20°, bevorzugt 12° bis 16°, beträgt. Hierdurch ergibt sich ein besonders stromlinienförmiges Profil des Ruderblattes, welches sich günstig auf den Auftrieb des Ruders auswirkt. Bei herkömmlichen Rudern sind die ersten Flankenwinkel deutlich größer als dies bei der vorliegenden Erfindung der Fall ist, da dort der Ruderblattkörper insgesamt breiter ausgeführt sein muss, um die auftretenden Lasten, insbesondere bei großen Schiffen, aufnehmen zu können. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung des Hochleistungsruders ist eine derart breite Ausführung nicht notwendig, und es können kleinere Flankenwinkel verwendet werden, die zu einem insgesamt schlankeren Ruderblatt führen.Tests by the applicant have shown that it is particularly advantageous if the first flank angle is 10 ° to 20 °, preferably 12 ° to 16 °. This results in a particularly streamlined profile of the rudder blade, which has a favorable effect on the buoyancy of the rudder. In conventional oars, the first flank angles are significantly larger than is the case in the present invention, since there the rudder blade body must be made wider overall, in order to absorb the loads occurring, especially in large vessels. Due to the design of the high efficiency rudder according to the invention such a wide design is not necessary, and it can be used smaller flank angles, which lead to an overall slimmer rudder blade.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt der zweite Flankenwinkel 8° bis 13°, bevorzugt 11°. In ähnlicher Weise wie beim ersten Flankenwinkel kann der zweite Flankenwinkel bei der vorliegenden Erfindung ebenfalls flacher bzw. kleiner sein als bei herkömmlichen, aus dem Stand der Technik bekannten, vergleichbaren Rudern.According to a further preferred embodiment, the second flank angle is 8 ° to 13 °, preferably 11 °. Similar to the first flank angle, the second flank angle in the present invention may also be flatter than conventional prior art comparable rudders.
Vorteilhafterweise beträgt das Breitenverhältnis der Breite der Endleiste zur Breite des mittleren Bereiches 0,3 bis 0,5, bevorzugt 0,35 bis 0,45, besonders bevorzugt 0,38 bis 0,43. Der mittlere Bereich kennzeichnet den breitesten bzw. dicksten Bereich des Ruderprofils. Durch die erfindungsgemäße Ruderlageranordnung ist es möglich, derartige Breitenverhältnisse zwischen breitester Stelle und der Breite der hinteren Nasenleiste zu erreichen. Bei aus dem Stand der Technik bekannten Rudern sind die Breitenverhältnisse deutlich kleiner, d. h., der mittlere, breiteste Bereich des Ruderprofils ist bei den Rudern aus dem Stand der Technik im Vergleich zur Breite der hinteren Nasenleiste sehr viel größer. Dies liegt daran, dass bei den Rudern aus dem Stand der Technik der Ruderschaft extrem breit und das Ruderblatt verstärkt ausgebildet sein müssen, um die auf sie wirkenden Lasten, insbesondere bei großen Rudern für große Schiffe, aufnehmen zu können, da das Ruderkoker nicht in das Ruderblatt hineingeführt ist und somit auf den Ruderschaft wesentlich größere Lasten wirken. So sind bei aus dem Stand der Technik bekannten Rudern maximale Breitenverhältnisse von 0,25 möglich (siehe beispielsweise
Ferner beträgt das Längenverhältnis des Abstandes von der Ruderschaftmitte bis zur vorderen Nasenleiste in Bezug auf die Gesamtlänge des Ruders 0,25 bis 0,45, bevorzugt 0,35 bis 0,43, besonders bevorzugt 0,38 bis 0,42. Eine derartige Anordnung des Ruderschaftes im Bezug auf die Gesamtlänge des Ruders verbessert insgesamt das Strömungsprofil des Ruders. Insbesondere bei einem Verhältnis von 0,4 ergibt sich eine besonders optimale, strömungstechnische Balancierung des Ruders. Der Ruderschaft ist ferner bevorzugterweise im mittleren Bereich des Ruders angeordnet, d. h. an seiner breitesten bzw. dicksten Stelle. Dadurch befindet sich der Drehpunkt des Ruders im mittleren Bereich, d. h. im Bereich der größten Profildicke. Eine derartige Anordnung ist nur durch die spezielle, schlanke Profilausgestaltung in Verbindung mit der speziellen, erfindungsgemäßen Ruderlagerung möglich. Durch die Anordnung des Ruderschaftes im Bereich der größten Profildicke ist es wiederum möglich, das Ruderkoker und den Ruderschaft in das Ruderblatt hineinzuführen.Further, the aspect ratio of the distance from the rudder center to the leading edge bar is 0.25 to 0.45, preferably 0.35 to 0.43, more preferably 0.38 to 0.42 with respect to the total length of the rudder. Such an arrangement of the rudder stock with respect to the overall length of the rudder improves overall the airfoil of the rudder. In particular, at a ratio of 0.4 results in a particularly optimal, fluidic balancing of the rudder. The rudder stock is also preferably arranged in the central region of the rudder, ie at its widest or thickest point. As a result, the fulcrum of the rudder is located in the middle area, ie in the area the largest profile thickness. Such an arrangement is possible only by the special, slim profile design in conjunction with the special, inventive rudder bearing. By arranging the rudder stock in the region of the largest profile thickness, it is again possible to introduce the rudder trunk and the rudder stock into the rudder blade.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt das Verhältnis des Propellerdurchmessers zur Höhe des Ruderblattes 0,8 bis 0,95, bevorzugt 0,82 bis 0,9, besonders bevorzugt 0,85 bis 0,87. Hierdurch wird gewährleistet, dass stets das gesamte Profil des Ruderblattes vom Propellerstrahl angeströmt werden kann und so ein maximaler Auftrieb erreicht wird. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist es möglich, vergleichsweise hohe Ruderblätter auszuführen, da die Lagerung innerhalb des Ruderblattes erfolgt und somit die Biegemomentbeanspruchung gegenüber weiter oberhalb gelagerten Ruderblättern sehr viel niedriger ist. Insofern kann die Höhe des Ruderblattes größer sein als bei aus dem Stand der Technik bekannten Rudern.According to a further preferred embodiment of the invention, the ratio of the propeller diameter to the height of the rudder blade is 0.8 to 0.95, preferably 0.82 to 0.9, particularly preferably 0.85 to 0.87. This ensures that always the entire profile of the rudder blade can be flown by the propeller jet and thus a maximum buoyancy is achieved. The inventive design, it is possible to perform comparatively high rudder blades, since the storage takes place within the rudder blade and thus the bending moment load is much lower compared to more above stored rudder blades. In this respect, the height of the rudder blade can be greater than known from the prior art rowing.
Bevorzugterweise weist das Ruderprofil zwischen dem mittleren Bereich (die breiteste Stelle des Ruderprofils) und dem hinteren Bereich (die schmalste Stelle des Ruderprofils) einen im Wesentlichen gradlinigen oder einen im Wesentlichen konvexen Bogenverlauf auf. Hierdurch kann eine optimale Formgebung im Hinblick auf die Strömungseigenschaften des Ruders erreicht werden.Preferably, the rudder profile between the central region (the widest point of the rudder profile) and the rear region (the narrowest point of the rudder profile) has a substantially rectilinear or substantially convex arc shape. As a result, an optimum shaping with regard to the flow properties of the rudder can be achieved.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen schematisch:
- Fig. 1
- eine Seitenansicht eines Hochleistungsruders mit einem am Schiffsrumpf gelagerten Ruderblatt und einem dem Ruder zugeordneten Propeller;
- Fig. 2a
- einen senkrechten Schnitt gemäß der Schnittlinie A-A aus
Fig. 1 ; - Fig. 2b
- Querschnittsansichten des Ruderprofils entlang der jeweiligen Schnittlinien durch die Darstellung aus
Fig. 2a ; - Fig. 3a
- eine Seitenansicht eines schematisch dargestellten Hochleistungsruders als Vollschweberuder aus dem Stand der Technik mit dazugehörigem Momentenverlauf;
- Fig. 3b
- eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Hochleistungsruders als Vollschweberuder mit dazugehörigen Momentenverlauf;
- Fig. 4a
- eine perspektivische Ansicht eines Ruderprofils mit Querschnittsansichten des Profils;
- Fig. 4b
- eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ruderprofils mit Querschnittsansichten des Profils;
- Fig. 4c
- eine perspektivische Ansicht noch eines weiteren Ruderprofils mit Querschnittsansichten dieses Profils; und
- Fig. 5
- eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen Querschnittsprofils, das über ein aus dem Stand der Technik bekanntes Profil gelegt ist.
- Fig. 1
- a side view of a high-efficiency rudder with a rudder blade mounted on the hull and a propeller associated with the rudder;
- Fig. 2a
- a vertical section according to the section line AA
Fig. 1 ; - Fig. 2b
- Cross-sectional views of the rudder profile along the respective section lines through the representation
Fig. 2a ; - Fig. 3a
- a side view of a high-performance rudder schematically shown as Vollschweberuder from the prior art with associated torque curve;
- Fig. 3b
- a schematic side view of a Hochleistungsruders invention as Vollschweberuder with associated torque curve;
- Fig. 4a
- a perspective view of a rudder profile with cross-sectional views of the profile;
- Fig. 4b
- a perspective view of another rudder profile with cross-sectional views of the profile;
- Fig. 4c
- a perspective view of yet another rudder profile with cross-sectional views of this profile; and
- Fig. 5
- a partial view of a cross-sectional profile according to the invention, which is placed over a known from the prior art profile.
Bei den dargestellten verschiedenen Ausführungsformen sind gleiche Bestandteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the illustrated various embodiments, the same components are provided with the same reference numerals.
In
Das Ruderblatt 10 weist eine vorzugsweise zylindrische Einziehung 11 auf. Die Einziehung 11 ist zur Aufnahme des freien Endes 51 des Ruderkokers 50 ausgebildet.The
Das Ruderkoker 50 ist als Kragträger mit einer mittigen Innenlängsbohrung 52 zur Aufnahme des Ruderschaftes 40 für das Ruderblatt 10 versehen, so dass es annähernd die Form eines Rohres aufweist. Außerdem ist das Ruderkoker 50 bis in das Ruderblatt 100 hineinreichend ausgebildet. In seiner Innenlängsbohrung 52 weist das Ruderkoker 50 ein Lager 53 zur Lagerung des Ruderschaftes 40 auf, wobei dieses Lager 53 im unteren Endbereich 51 des Ruderkokers 50 angeordnet ist. Der Ruderschaft 40 ist mit seinem freien Ende 41 aus dem Ruderkoker 50 bzw. dem Lager 53 herausgeführt. Dieses freie, aus dem Ruderkoker 50 vorstehende Ende 41 des Ruderschaftes 40 ist mit dem Ruderblatt 10 mittels eines Pressverbandes fest verbunden, wobei jedoch auch hier eine Verbindung vorgesehen ist, die ein Lösen des Ruderblattes 10 von dem Ruderschaft 40 ermöglicht, wenn die Propellerwelle ausgetauscht werden soll. Die Verbindung des Ruderschaftes 40 im Bereich 41 mit dem Ruderblatt 10 liegt dabei oberhalb der Propellerwellenmitte 31 (siehe
Bei dieser in den
Die
In
Das erfindungsgemäße Profil 10 verbreitert sich von der abgerundet ausgebildeten Nasenleiste 13 in Ruderlängsrichtung unter einem ersten Flankenwinkel α bis hin zu einem mittleren Bereich 14. Von dort aus verjüngt sich das Profil wieder unter einem Flankenwinkel β bis hin zum hinteren Bereich 16. Der hintere Bereich 16 stellt die schmalste Stelle des Ruderprofils dar, wohingegen der mittlere Bereich 14 die breiteste Stelle des Ruderprofils darstellt. Von dem hinterem Bereich 16 aus verbreitert sich das Profil wieder bis zur Endleiste 18 schwalbenschwanzartig. Das Ruderkoker 50 mit dem darin liegenden Ruderschaft ist im mittleren Bereich 14 des Ruderprofils vorgesehen. Der Drehpunkt 43 des Ruderprofils bzw. der Ruderschaftmittelpunkt befindet sich auf Höhe der dicksten Profilstelle 14. Der Abstand zwischen dem Drehpunkt bzw. der dicksten Profilstelle und der vorderen Nasenleiste 13 ist durch den Buchstaben a gekennzeichnet und beträgt ca. 40 % der Gesamtlänge des Ruders.The
Im Gegensatz dazu verbreitert sich das aus dem Stand der Technik bekannte Profil 10' von der Nasenleiste 13 aus unter einem sehr viel größeren Flankenwinkel α'. Dadurch ist der Bereich der dicksten Profilstärke 14' sehr viel näher an der vorderen Nasenleiste 13 als das bei dem Profil 10 gemäß der vorliegenden Erfindung der Fall ist. Der Abstand zwischen dem mittleren Bereich 14' des Profils 10' und der Nasenleiste 13 ist durch den Buchstaben b gekennzeichnet und beträgt ca. 20 % der Gesamtlänge des Ruderprofils 10'. Das Ruderprofil 10' verjüngt sich vom mittleren Bereich 14' aus unter einem Flankenwinkel β' bis hin zum hinteren Bereich 16, wobei der Flankenwinkel β' ebenfalls größer ist als der Flankenwinkel β. Im Bereich zwischen dem mittleren Bereich 14' und dem hinteren Bereich 16 stellt sich beim Profil 10' eine konkave Krümmung ein, wohingegen der Profilverlauf des Profils 10 zwischen dem mittleren Bereich 14 und dem hinteren Bereich 16 leicht konvex verläuft. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Ruderprofils 10 ist es möglich, ein Ruderkoker 50 vorzusehen, dass bis tief hinein in das Ruderblatt 10 geführt ist. Beim Profil 10' aus dem Stand der Technik wäre dies nicht möglich, da im Bereich des Drehpunktes 43 nicht genügend Platz für das Ruderkoker 50 vorhanden wäre. Ferner ist das Profil 10' insgesamt breiter in seinem mittleren Bereich 14' als das Profil 10 in seinem mittleren Bereich 14, so dass sich hierdurch ein höherer Widerstand beim Profil 10' gegenüber dem Profil 10 ergibt.In contrast, the known from the prior art profile 10 'widens from the leading
- 100100
- Ruderrudder
- 1010
- Ruderblattrudder blade
- 1111
- Einziehungcollection
- 1212
- Schnittlinieintersection
- 1313
- Nasenleisteleading edge
- 1414
- mittlerer Bereichmiddle area
- 1515
- Tangentialetangential
- 1616
- hinterer Bereichthe backstage area
- 1717
- Tangentialetangential
- 1818
- Endleisteend strip
- 18a, 18b18a, 18b
- Endleistenabschnittetrailing edge sections
- 1919
- Versatzflächeoffset surface
- 2020
- ÜbergangsbereichTransition area
- 3030
- Propellerpropeller
- 3131
- PropellerwellenmittePropeller shaft center
- 4040
- Ruderschaftrudder
- 4141
- freies Endefree end
- 4242
- Sicherungsmutterlocknut
- 4343
- Drehpunktpivot point
- 5050
- Ruderkokerrudder trunk
- 5151
- freies Endefree end
- 5252
- InnenlängsbohrungInternal longitudinal bore
- 5353
- Lagercamp
- 6060
- Schiffskörperhull
- 7070
- oberes Lagerupper bearing
- 7171
- unteres Lagerlower camp
- αα
- erster Flankenwinkelfirst flank angle
- ββ
- zweiter Flankenwinkelsecond flank angle
Claims (13)
- A high-performance rudder (100) for ships which is configured as a full spade rudder, comprising a rudder blade (10), a rudder trunk (50) and a rudder shaft (40), wherein the rudder blade (10) has a leading edge (13) and a trailing edge (18),
wherein the profile of the rudder blade (10) in a cross-sectional view widens at a first flank angle (α) in a longitudinal direction of the rudder from the leading edge (13) to a central area (14) which forms the widest point of the rudder profile, tapers at a second flank angle (β) from the central area (14) to a rear area (16), which forms the narrowest point of the rudder profile, and widens again, in the form of a fishtail, from the rear area (16) to the trailing edge (18),
wherein the rudder trunk (50) is provided as a cantilever with a central inner longitudinal bore (52) for receiving the rudder shaft (40) and is configured to extend sufficiently into the rudder blade (10), wherein a bearing (53) is disposed in the inner longitudinal bore (52) of the rudder trunk (50) for mounting the rudder shaft (40), the bearing extending with its free end (51) into a recess, taper or the like (11) in the rudder blade (10), wherein an end area (41) of the rudder shaft (40) is drawn out of the rudder trunk (50) and is connected to the rudder blade (10), wherein no bearing is provided between the rudder blade (10) and the rudder trunk (50) and wherein the bearing (53) for mounting the rudder shaft (40) is disposed in the rudder trunk (50) in the area of the free end (51) of the rudder trunk (50),
wherein the leading edge (13) is configured to be rounded,
wherein the first flank angle (α) is 5° to 25° and
wherein the second flank angle (β) is 5° to 17°. - The high performance rudder for ships according to claim 1, characterized in that the rudder profile is configured to be symmetrical.
- The high performance rudder according to claim 1, characterized in that the trailing edge (18) comprises two superimposed trailing edge sections (18a, 18b) which are disposed laterally offset to each other.
- The high performance rudder according to claim 3, characterized in that the trailing edge sections (18a, 18b) in a cross-sectional view have the shape of a half, longitudinally divided fishtail.
- The high performance rudder for ships according to any one of the preceding claims, characterized in that the first flank angle (α) is 10° to 20°, preferably 12° to 16°.
- The high performance rudder for ships according to any one of the preceding claims, characterized in that the second flank angle (β) is 8° to 13°, preferably 11°.
- The high performance rudder for ships according to any one of the preceding claims, characterized in that the width ratio of the width of the trailing edge (18) to the width of the central area (14) is 0.3 to 0.5, preferably 0.35 to 0.45, particularly preferably 0.38 to 0.43.
- The high performance rudder for ships according to any one of the preceding claims, characterized in that the length ratio of the distance from center the middle of the rudder shaft to the trailing edge (13) to the overall length of the rudder (10) is 0.25 to 0.45, preferably 0.35 to 0.43, particularly preferably 0.38 to 0.42.
- The high performance rudder according to any one of the preceding claims, characterized in that the rudder shaft is disposed in the central area (14).
- The high performance rudder for ships according to any one of the preceding claims, characterized in that the ratio of the propeller diameter to the height of the rudder blade (10) ranges from 0.8 to 0.95, preferably 0.82 to 0.9, particularly preferably is 0.85 to 0.87.
- The high performance rudder according to any one of the preceding claims, characterized in that the rudder profile between the central area (14) and the rear area (16) runs substantially linearly or has a convex arc-shaped profile.
- Ship, characterized in that it has a rudder (100) according to any one of the preceding features.
- The ship according to claim 12, which comprises a propeller (30) assigned to the rudder (100) and disposed on a drivable propeller shaft (30), characterized in that the connection of the rudder shaft (40) to the rudder blade (10) lies above the centre of the propeller shaft (31).
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