Flossenruder

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf Flossenruder gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ruder für Seeschiffe dienen zur Steuerung von Seeschiffen und sind üblicherweise vertikal am Hinterschiff angebracht und um bis ca. 60° nach jeder Seite schwenkbar. Der Fahrstrom der Seeschiffe bewirkt einen Ruderdruck, der sich in eine gegen die Fahrtrichtung gerichtete Widerstandskomponente und in eine querschiffsgerichtete, die Reaktion des Seeschiffes bewirkende Steuerkraft aufteilt. Zur Erhöhung der querschiffsgerichteten Steuerkraft ist aus der EP 0 170 919 B1 ein Hochleistungs-Flossenruder für Wasserfahrzeuge mit einem Hauptruderblatt bekannt, das mittels eines Ruderschaftes verschwenkbar ist, der in einer seewasserdichten Durchführung durch den Schiffsrumpf, dem so genannten Koker, gelagert ist. An der in Fahrtrichtung hinteren Kante des Hauptruderblattes ist ein Flossenruderblatt angelenkt, das über eine Verstelleinrichtung gegenüber dem Hauptruderblatt verstellbar ist, wobei die Verstelleinrichtung einen mit der Achse des Flossenruderblattes starr verbundenen Exzenter und eine Verstellstange enthält, die mit einem Ende an dem Exzenter und mit dem anderen Ende an einem dem Ruderschaft benachbarten Festpunkt am Schiffskörper angelenkt ist.

Eine Drehung des Hauptruderblattes bewirkt somit eine zusätzliche, gleichsinnige und etwa gleichgroße Drehung des Flossenruderblattes an der Hinterkante des Hauptruderblattes relativ zum Hauptruder, wodurch die durch das Ruder erzeugten Querkräfte erhöht und damit die Manövrierbarkeit von Seeschiffen verbessert wird.

Aus der EP 0 81 1 552 A1 ist ein Ruder für Seeschiffe bekannt, das aus einem Hauptruder und einer an diesem angelenkten, durch das Hauptruder zwangsgeführten Flosse besteht, die mit einer Gleitkolbenanlenkung aus einem an der Flosse ausgebildeten Gleitlager für einen Schwenkkolben versehen ist, der mit einem Anlenkungsbolzen verbunden ist, der in einem Gleitlager mit einem am Schiffskörper befestigten Lagergehäuse gelagert ist. Durch

die Anordnung eines Scharnierbolzens nach Art eines Kardangelenkes zwischen dem Schwenkkolben und dem Anlenkungsbolzen wird gegenüber einer reinen Gleitlager- Verbindung zwischen dem Schwenkkolben und dem Anlenkungsbolzen eine Bewegung zwischen dem Schwenkkolben und Anlenkungsbolzen ermöglicht, mit der bei einem durch Druck auf das Ruder hervorgerufene und auf das System einwirkende Biegemomente ausgeglichen werden und nach dem Lösen der Scharnierverbindung der Schwenkkolben und der Anlenkungsbolzen in vertikaler und horizontaler Richtung aus ihren am Schiffskörper und an der Flosse befestigten Gehäusen herausgezogen werden können.

Nachteilig bei der Anordnung eines Scharniergelenkes zwischen dem Schwenkkolben und dem Anlenkungsbolzen ist die Gefahr eines Verkantens des Scharniergelenks, wenn Kräfte auf die Flosse einwirken, die nicht nur eine Drehung der Flosse und damit des Schwenkkolbens um die Schiffslängsachse (X-Achse), sondern auch um die Schiffsquerachse (Z-Achse) bewirken, so dass das Scharniergelenk verkantet, wenn eine Kraft auf die Flosse einwirkt, die ein kombiniertes Schwenken der Flosse bzw. des Schwenkkolbens um die Schiffslängsachse (X-Achse) und die Schiffsquerachse (Z-Achse) bewirkt. In einem derartigen Fall wird keine Drehung des Schwenkbolzens um das Scharniergelenk hervorgerufen, sondern weist eine senkrecht hierzu gerichtete Kraftkomponente auf, die den Bolzen des Scharniergelenks verkantet, zumindest aber eine Ausgleichsbewegung behindert. Ein Ausgleich um die Schiffshochachse (Y-Achse) ist nicht möglich, da diese durch den eingestellten Ruderausschlag festgelegt ist.

Darüber hinaus weist das Scharniergelenk eine nur geringe, durch den Scharnierbolzen bestimmte Gelenkfläche auf, die eine entsprechende Dimensionierung des Scharniergelenks erforderlich macht, um die Ruderkräfte aufnehmen zu können. Dies bedingt aber eine entsprechend großvolumige Konstruktion bzw. erfordert den Einsatz hochfester und dementsprechend teurer Materialien.

Zudem ist die Konstruktion des Anlenkungsbolzens als ein in einem Gleitlager ausgebildeten Kolben mit einem am Schiffskörper befestigten und an seinem dem Schiffskörper zugekehrten Ende verschlossenen Lagergehäuse für den Kolben aufwendig und störanfällig, wenn das im Innenraum des Lagergehäuses oberhalb des Kolbens ausgebildete Polster aus einem gasförmigen oder flüssigen Medium nicht seewasserdicht abgedichtet ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Flossenruder der eingangs genannten Art anzugeben, das durch eine verbesserte Beweglichkeit des Schwenkkolbens eine hohe

Stabilität der Verbindung zwischen dem Schwenkkolben und dem Wellenzapfen mit geringem Aufwand bei der Herstellung und Montage der Flossenanlenkung gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Lösung gewährleistet durch eine Beweglichkeit des Schwenkkolbens in Richtung der Schiffslängsachse oder X-Achse und der Schiffsquerachse oder Z-Achse bei einer beliebigen Auslenkung und damit einem beliebigen Drehwinkel des Hauptruders um die Schiffshochachse oder Y-Achse eine optimale Stabilität der Verbindung zwischen dem mit der Flosse verbundenen Schwenkkolben und dem mit dem Schiffsrumpf verbundenen Wellenzapfen, die allein durch die Ausgestaltung des Gelenklagers bewirkt wird und damit mit geringem Aufwand sowohl bei der Herstellung als auch der Montage verbunden ist.

Vorzugsweise ist der Schwenkkolben in eine horizontale Bohrung eines Anlenkgehäuses eingesetzt, das eine vertikale Bohrung aufweist, in die das den Wellenzapfen aufnehmende Gelenklager eingesetzt ist.

Durch diese Konstruktion wird die freie Beweglichkeit des Schwenkkolbens in der X-Z-Ebene mit einer einfachen und sicheren Verbindung des Schwenkkolbens mit dem Wellenzapfen kombiniert, die neben einer einfachen Montage auch eine leichte Demontage zu Reparatur- und Wartungszwecken gewährleistet.

In dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung kann der Schwenkbolzen von seiner Verbindung mit dem Flansch gelöst und in horizontaler Richtung aus der Bohrung des Flansches herausgezogen werden, so dass anschließend ein einfacher Ein- oder Ausbau des Wellenzapfens mit oder ohne Flansch möglich ist.

Vorzugsweise besteht das Gelenklager aus einem sphärischen Lager mit einem Innenring mit einer zylindrischen Bohrung zur Aufnahme des Wellenzapfens und einer kugelschichtförmigen Außenfläche und einem Außenring mit einer der Außenfläche des Innenrings angepassten kugelschichtförmigen Innenfläche und einer zylindrischen, der vertikalen Bohrung des Anlenkgehäuses angepassten Außenfläche.

Die Ausbildung des Gelenklagers als sphärisches Lager ermöglicht nicht nur eine optimale Beweglichkeit des Schwenkkolbens gegenüber dem mit dem Schiffsrumpf verbundenen Wellenzapfen, sondern gewährleistet auch eine optimale Druckverteilung über eine größtmögliche Fläche, so dass auch bei extremen Belastungen eine größtmögliche Stabilität

des Gelenklagers gewährleistet ist. Alternativ kann bei vorgegebenen Belastungsgrenzen das Gelenklager kleinere Abmessungen aufweisen als dies beispielsweise bei einem Scharnierlager oder Kardangelenk wegen der geringeren, kraftübertragenden Fläche erforderlich wäre.

Der Wellenzapfen und der Innenring des Gelenklagers können mittels kraftschlüssiger Presspassung oder einer beliebigen Formschlussverbindung fest oder in vertikaler Richtung gleitend miteinander verbunden werden. Insbesondere bei einer gleitenden Verbindung zwischen dem Wellenzapfen und dem Innenring des Gelenklagers ist eine zusätzliche Beweglichkeit des Schwenkbolzens in Richtung der Schiffshochachse oder Y-Achse gewährleistet, so dass auch ein unvermeidliches Spiel der Anlenkung der Flosse am Hauptruder in Y-Richtung ausgeglichen wird.

Vorzugsweise weist der Innenring des sphärischen Lagers eine größere axiale Länge auf als der Außenring, die eine Anlage des Innenrings am Außenring auch bei stärkeren Schwenkbewegungen des Schwenkkolbens gegenüber dem Wellenzapfen gewährleistet, so dass stets eine entsprechende großflächige Lastverteilung sichergestellt ist

Zur Fixierung des in die vertikale Bohrung des Anlenkgehäuses eingesetzten, als sphärisches Lager ausgebildeten Gelenklagers ist der Außenring durch Sicherungsringe, die an den Stirnseiten des Außenrings anliegen und in umlaufenden Nuten in der vertikalen Bohrung des Anlenkgehäuses eingesetzt sind, axial festgelegt, wobei die Sicherungsringe bevorzugt als Sprengringe ausgebildet sind.

Um die Beweglichkeit des sphärischen Lagers und damit des Schwenkkolbens auch bei eindringendem, aggressivem Seewasser zu gewährleisten, weisen der Innenring und der Außenring des sphärischen Lagers mindestens eine umlaufende Schmiermittelnut auf, die zur Wartung und Ergänzung eines Schmiermittels über Kanäle mit der Außenfläche des sphärischen Lagers verbunden ist, wobei die Kanäle an der Außenfläche des Anlenkgehäuses seewasserdicht verschließbar sind.

Vorzugsweise sind die Schmiermittelnuten in axialer Richtung des sphärischen Lagers mittig und bezüglich des Außen- und Innenringes des sphärischen Lagers miteinander fluchtend ausgerichtet.

Die Verbindung des Schwenkkolbens mit dem Anlenkgehäuse kann entweder kraftschlüssig mittels Presspassung oder kraft- und formschlüssig mittels einer Feststellschraube erfolgen,

die durch eine Bohrung im Anlenkgehäuse in das in die horizontale Bohrung des Anlenkgehäuses eingesetzte Ende des Schwenkkolbens eingeschraubt wird oder kraftschlüssig an der Außenfläche des in die horizontale Bohrung des Anlenkgehäuses eingesetzten Abschnitts des Schwenkkolbens anliegt.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles sollen der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke und weitere Merkmale und Vorzüge der Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines im Heckbereich eines Schiffes angeordneten Flossenruders;

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Anlenkgehäuse mit einer vertikalen Bohrung zur

Aufnahme eines Wellenzapfens und einer horizontalen Bohrung zur Aufnahme eines Schwenkkolbens und

Fig. 3 einen Längsschnitt durch das Anlenkgehäuse gemäß Fig. 2.

Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Schiffshecks mit einem Teil des Schiffskörpers 1 , einem Propeller 2 und einem Flossenruder, das aus einem Hauptruder 3 und einer über eine scharnierförmige Verbindung 13 am Hauptruder 3 angelenkten Flosse 4 zusammengesetzt ist. Das Hauptruder 3 ist mit einem in eine Ausnehmung des Hauptruders 3 eingesetzten Ruderschaft 11 fest verbunden, der durch einen Koker 10 zur seewasserdichten Durchführung des Ruderschaftes 1 1 durch den Schiffskörper 1 geführt und mit einer Rudermaschine 12 verbunden ist. Die Rudermaschine 12 bewirkt über den Ruderschaft 1 1 eine maximale Auslenkung des Hauptruders 3 um ca. 45° nach beiden Seiten ausgehend von einer mit der Schiffslängsachse oder X-Achse fluchtenden Stellung des Hauptruders 3.

Die Steuerung der Flosse 4 erfolgt zwangsgeführt und mit der Auslenkung des Hauptruders 3 gekoppelt durch eine an der Oberkante des Hauptruders 3 und der Flosse 4 angeordnete Verstelleinrichtung 7, die einen vertikalen Wellenzapfen 5, der am Schiffskörper 1 bzw. über einen Flansch 15 mit dem Koker 10 verbunden ist, ein gelenkig mit dem Wellenzapfen 5 verbundenes Anlenkgehäuse 8, einen horizontal ausgerichteten Schwenkkolben 6 und ein mit der Flosse 4 verbundenes Gleitlager 14 enthält, in dem der Schwenkkolben 6 geführt ist.

Bei einer durch die Rudermaschine 12 bewirkten Drehung des Ruderschaftes 11 in der einen oder anderen Drehrichtung wird das Hauptruder 3 in der betreffenden Drehrichtung um einen entsprechenden Winkel um die Schiffshochachse oder Y-Achse ausgelenkt. Infolge der Anlenkung der Flosse 4 an der Hinterkante des Hauptruders 3 und Verbindung der Flosse 4 über die Verstelleinrichtung 7 mit dem Schiffskörper 1 wird eine zusätzliche, gleichsinnige und etwa gleich große Drehung der Flosse 4 relativ zum Hauptruder 3 bewirkt, das heißt die Flosse 4 wird absolut um etwa den doppelten Winkel der Auslenkung des Hauptruders 3 ausgelenkt und erhöht entsprechend die für die Steuerung eines Schiffes wirksamen Querkräfte, die das Flossenruder erzeugt.

Infolge der auf das Hauptruder 3 und die Flosse 4 einwirkenden Längs- und Querkräfte wirken Biegemomente auf die Verstelleinrichtung 7 ein, die bei entsprechend ausgebildeten Gleitlagern und Passungen zwischen den einzelnen Funktionselementen der Verstelleinrichtung 7 zu Spannungen und damit zu einem vorzeitigen Verschleiß bis hin zu einer Zerstörung der Verstelleinrichtung 7 oder Teilen davon führen können.

Um derartige, bei einer starren Auslegung der Verstelleinrichtung 7 auftretende Spannungen und Verkantungen der Funktionsteile der Verstelleinrichtung 7 zu vermeiden, wird in bekannten Systemen ein Scharnierbolzen zur Verbindung des Wellenzapfens 5 mit dem Schwenkkolben 6 vorgesehen, der Bewegungen in einem Winkelbereich von ± 90° gegenüber der Schiffshochachse oder Y-Achse ermöglicht, der jedoch bei zusätzlich auftretenden Querkräften, die in Richtung der Schiffsquerachse oder Z-Achse gerichtet sind oder sich aus Komponenten einer in Richtung der Schiffslängsachse oder X-Achse und der Schiffsquerachse oder Z-Achse wirkenden Kraft zusammensetzt, verkantet wird, da eine Ausgleichsbewegung wegen des fest eingestellten Ruderausschlags um die Y-Achse nicht möglich ist.

Darüber hinaus weist das Scharniergelenk eine nur geringe, durch einen Scharnierbolzen bestimmte Gelenkfläche auf, die eine entsprechende Dimensionierung des Scharniergelenks erforderlich macht, um die Ruderkräfte aufnehmen zu können. Dies bedingt aber eine entsprechend großvolumige Konstruktion bzw. erfordert den Einsatz hochfester und dementsprechend teurer Materialien.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird anstelle eines Scharniergelenks oder einer gleichartigen Gelenkverbindung zwischen dem vertikalen Wellenzapfen 5 und dem horizontal ausgerichteten Schwenkkolben 6 ein Gelenklager eingesetzt, das unabhängig von der Auslenkung des Hauptruders 3 ein Schwenken des Schwenkkolbens 6 sowohl um die

Schiffslängsachse oder X-Achse als auch um die Schiffsquerachse oder Z-Achse ermöglicht. Diese freie Beweglichkeit des Schwenkkolbens 6 in der durch die X- und Z-Achse aufgespannten Ebene stellt sicher, dass die Verstelleinrichtung 7 sämtliche auf die Flosse 4 einwirkenden Kräfte in der X- und Z-Ebene ausgleicht, so dass keine Verkantungen oder zusätzlichen Spannungen in der Verstelleinrichtung 7 auftreten können.

Fig. 2 zeigt in einer Draufsicht und Fig. 3 in einem Längsschnitt das Anlenkgehäuse 8 der in Fig. 1 schematisch dargestellten Verstelleinrichtung 7 zur Verbindung des vertikalen Wellenzapfens 5 mit dem horizontalen Schwenkkolben 6. Das Anlenkgehäuse 8 weist eine horizontale Bohrung 81 zur Aufnahme des Schwenkkolbens 6 gemäß Fig. 1 sowie eine vertikale Bohrung 82 zur Aufnahme eines sphärischen Lagers 9 auf. Zur Sicherung des in die horizontale Bohrung 81 des Anlenkgehäuses 8 eingesetzten Schwenkkolbens 6 dient eine Feststellschraube 18, die den Schwenkkolben 6 form- und/oder kraftschlüssig mit dem Anlenkgehäuse 8 verbindet.

Das sphärische Lager 9 weist einen Innenring 91 mit einer zylindrischen Bohrung und einer sphärischen oder kugelschichtförmigen Außenfläche sowie einen Außenring 92 mit einer der Außenfläche des Innenrings 91 angepassten sphärischen oder kugelschichtförmigen Innenfläche und einer zylindrischen, der vertikalen Bohrung 82 des Anlenkgehäuses 8 angepassten Außenfläche auf. Die zylindrische Bohrung des Innenrings 91 dient der Aufnahme des vertikal, das heißt in Richtung der Y-Achse ausgerichteten Wellenzapfens 5 gemäß Fig. 1 , der vorzugsweise gleitend in der zylindrischen Bohrung des Innenrings 91 des sphärischen Lagers 9 angeordnet ist, so dass er Ausgleichsbewegungen in Y-Richtung ausführen kann.

Zur Festlegung und Sicherung des sphärischen Lagers 9 sind vorzugsweise als Sprengringe ausgebildete Sicherungsringe 16, 17 an den axialen Enden des Außenrings 92 des sphärischen Lagers 9 vorgesehen.

Durch eine größere axiale Breite des Innenrings 91 gegenüber dem Außenring 92 ist eine Anlage des Innenrings 91 am Außenring 92 auch bei stärkeren Schwenkbewegungen des Schwenkkolbens 6 gegenüber dem Wellenzapfen 5 gewährleistet, so dass stets eine entsprechende großflächige Lastverteilung sichergestellt ist.

Zur Herabsetzung der Reibung bei einer Bewegung des Anlenkgehäuses 8 in vertikaler Richtung bzw. in Richtung der Y-Achse dient ein Schmiermittelfilm in der zylindrischen Bohrung des Innenrings 91 , so dass keine Reibungskräfte die axiale Beweglichkeit des

Anlenkgehäuses 8 gegenüber dem Wellenzapfen 5 behindern. Zur Erzeugung und Aufrechterhaltung des Schmiermittelfilms dient eine umlaufende, im Innenring 91 mittig ausgebildete Schmiermittelnut 93, die mit einer entsprechenden Schmiermittelnut 94 im Außenring bei horizontaler Ausrichtung des Anlenkgehäuses 8 fluchtet. Die äußere Schmiermittelnut 94 im Außenring 92 ist über Schmiermittelkanäle 20 mit öffnungen an der Außenseite des Anlenkgehäuses 8 verbunden, die mittels Verschlussschrauben 19 seewasserdicht verschließbar sind.

Die Kombination eines den horizontalen Schwenkkolben 6 mit dem vertikalen Wellenzapfen 5 verbindenden Anlenkgehäuses 8 mit einem sphärischen Lager 9 stellt nicht nur eine Spannungen und Verkantungen vermeidende Beweglichkeit der Verstelleinrichtung 7 sicher, sondern ermöglicht zudem eine leichte Montage und Demontage durch die Anordnung der horizontalen Bohrung 81 zur Aufnahme des Schwenkkolbens 6 und der vertikalen Bohrung 82 zur Aufnahme des sphärischen Lagers 9 mit der vertikal ausgerichteten zylindrischen Bohrung des Innenrings 91 zur Aufnahme des vertikalen Wellenzapfens 5.

Durch Lösen der Feststellschraube 18 kann der in dem Gleitlager 14 geführte horizontale Schwenkkolben 6 vom Anlenkgehäuse 8 getrennt werden, so dass beispielsweise die Flosse 4 für Reparatur- oder Wartungszwecke von dem Hauptruder 3 getrennt werden kann. Zum Austausch bzw. zur Reparatur der Verstelleinrichtung 7 ist der Wellenzapfen 5 von seiner Verbindung mit dem Schiffskörper 1 zu lösen, so dass das sphärische Lager 9 zusammen mit dem Anlenkgehäuse 8 vom vertikalen Wellenzapfen 5 abgezogen werden kann.

In gleicher weise ist eine einfache Montage der Verstelleinrichtung 7 gewährleistet.

Bezugszeichenliste

1 Schiffskörper

2 Propeller

3 Hauptruder

4 Flosse

5 Wellenzapfen

6 Schwenkkolben

7 Verstelleinrichtung

8 Anlenkgehäuse

9 Sphärisches Lager

10 Koker

1 1 Ruderschaft

12 Rudermaschine

13 scharnierförmige Verbindung

14 Gleitlager

15 Flansch

16, 17 Sicherungsringe

18 Feststellschraube

19 Verschlussschrauben

20 Schmiermittelkanäle

81 horizontale Bohrung

82 vertikale Bohrung

91 Innenring

92 Außenring