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Die Erfindung betrifft ein Ruder für Wasserfahrzeuge und
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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.
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Ruder sind in der Regel am Heck eines Wasserfahrzeuges einfach oder
mehrfach angebrachte Verdrängungskörper mit tragflügelähnlichem Profil und gerader
Mittellinie, die mit oder ohne Propellerbeaufschlagung eine zum Steuern des Schiffes
erforderliche Ruderkraft 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, Schwirnradocks und Tauchfahrzeuge, werden zu den
Wasserfahrzeugen und zu den schwimmenden Geräten gerechnet.
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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 schiffsfesten
Ruderflossen angeordnet.
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Zwischen den schiff sfesten 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 Geschwindigkeiten und die damit sehr
niedrigen Drücke verursacht und führt bei propellerbeaufschlagten Rudern von schnellen
Schiffen innerhalb kurzer Zeit zu schweren Zerstörungen des Ruderkörpers. Bei Halbschweberudern
treten diese Schäden 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 Spatenrudern
dominieren
die Effekte a) bis c) da dieser Rudertyp selten bei schnellen Schiffen mit hochbelasteten
Propellern zur Anwendung gelangt.
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Es ist bekannt, die Umströmung der Ruderoberkante bei kleinen Ruderwinkeln
durch die bereits genannten schiff sfesten Ruderflossen unterdrücken zu können oder
Endscheiben zur Verminderung der Umströmung der Ruderunterkante anzuordnen. Hierdurch
wird das Seitenverhältnis des Ruders als Tragflügel im positiven Sinne beeinflußt.
Endscheiben an der Ober- und Unterkante des Spatenruders sind bei dem SCHILLING-Ruder
und beim KAUFER-Ruder vorgesehen. Es sind darüber hinaus Versuche unternommen 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 scharfe Kanten, Schweißnähte, Doppelungsplatten u.dgl., die Bereitschaft für
örtliche Kavitationen erhöhen, wobei die Ruderkavitationen hauptsächlich durch den
Propeller verursacht werden.
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Es hat sich jedoch gezeigt, daß Kavitationsprobleme und die insbesondere
voranstehend aufgeführten parasitären Effekte nicht durch eine Änderung der Antriebspropellerkonstruktion
gelöst werden können, sondern alle konstruktiven Veränderungen können nur einzig
und
allein am Ruder vorgenommen werden. 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.
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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.
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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.
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Bei einem unter einer festen Ruderflosse angeordneten Halbschweberuder
sind erfindungsgemäß die Ruderscheiben im Bereich des Spalts zwischen dem Ruderblattkörper
und der Ruderflosse und/
oder im Bereich des Spalts zwischen der
Balancefläche und dem Ruderpfosten einseitig und/oder beidseitig vom Spalt angeordnet,
während dagegen bei dem unter einer festen Ruderflosse angeordneten Spatenruder
die Ruderscheiben beiderseits des Spalts an der Ruderflosse und/oder auf dem Ruderblattkörper
angeordnet sind.
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Somit erhält das Ruder zur Unterdrückung der Spaltströmungen zwischen
den schiffsfesten 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 Spatenrudern 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.
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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
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.
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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.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen
hervor.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise dargestellt,
und zwar zeigt:
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 verschiedenen
Ausführungsformen.
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Bei dem in Fig. 1 dargestellten, in an sich bekannter Weise ausgebildeten
Halbschweberuder 10 ist mit 20 der Ruderblattkörper bezeichnet, der an einem Ruderpfosten
25 drehbar gelagert ist. Das obere und das untere Ruderlager ist bei 11 und 12 angedeutet.
Mit 15 ist ein Antriebspropeller bezeichnet.
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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 Ruderscheiben 30, 30a gebildeten sichelförmigen
Überstände
der Ruderscheiben 30, 30a gehen in Richtung zum rückwärtigen Bereich des Ruderblattkörpers
20 in dessen Seitenbeplattung über.
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Oberhalb dieser Ruderscheiben30, 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 21 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. 3 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.
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Durch diese Anordnung von Ruderscheiben 30, 30a und 31 im Bereich
des Spalts 21 erfolgt neben einer Verringerung der
Öffnung des
Spalts 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.
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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.
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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.
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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, 30a 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 diesen
Ruderscheiben an der festen Ruderflosse
120b ist nur eine Ruderscheibe sichtbar dargestellt, die mit 133 bezeichnet ist.
Auch diese Ruderscheiben 133 sind entsprechend 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 122 auch bei größeren Ruderwinkeln gegen unerwünschte Querströmungen
verschlossen werden soll.
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Auch wenn in schwächerer Form die voranstehend 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.
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Aus diesem Grunde ist es auch bei dem Halbschweberuder 10 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.
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Alle Ruderscheiben 30, 30a bzw. 31 bzw. 32 bzw. 132, 133
sind
entweder fest an dem Ruderblattkörper 20 bzw. 120 bzw. an der feststehenden Ruderflosse
20b bzw. 120b befestigt; jedoch eine lösbare Befestigung ist ebenfalls möglich,
so daß ein müheloses Austauschen schadhafter Ruderscheiben jederzeit möglich ist.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Ruderscheiben 30, 30a bzw. 31 bzw. 32
bzw. 132, 133 über die jeweilige Ruderblattkörperkante 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. 3 ersichtlich.