-
Steuervorrichtung mit Reaktionswirkung Die Erfindung betrifft eine
Steuervorrichtung mit Reaktionswirkung für Schiffe, die die Manövrierfähigkeit,
vor allem im Stand und bei geringer Fahrgeschwindigkeit, verbessern soll. Je nach
den Anforderungen an die Güte der Manövrierfähigkeit läßt sich die Vorrichtung als
ein in sich geschlossenes Aggregat am Heck oder Bug bzw. an beiden Schiffsenden
einbauen.
-
Bekannt sind Strahlruder, deren Pumpenläufer in einem horizontalen
Querkanal des Schiffes laufen. Diese Anordnungen verlangen für den wechselseitigen
Betrieb des Strahlruders nach beiden Schiffsseiten entweder den Einbau eines Voith-Schneider-Propellers
bzw. eines anderen Verstellpropellers oder den Einbau eines Normalpropellers mit
umsteuerbarer und regelbarer Antriebsmaschine. Bei Einbau eines Verstellpropellers
oder eines Normalpropellers in einen horizontalen Querkanal sind im allgemeinen
Lagerböcke im Querkanal erforderlich, die bei quer in den Kanal eingeführter Antriebswelle
auch noch das Gehäuse für das erforderliche Winkelgetriebe tragen müssen. Hierdurch
sind Wellenbockarme und Getriebegehäuse bedingt, deren Größe den Querschnitt des
Strömungskanals einengen und damit den Gesamtgütegrad der Strahlruderanlage beeinträchtigen.
-
Es ist weiter eine Vorrichtung bekannt, die mit einer vertikal fördernden
Pumpe versehen ist, deren Fördermasse durch ein darüber angeordnetes drehbares Steuerorgan,
dessen Durchlauf in der neutralen Stellung vollkommen gesperrt ist, in einen der
beiden Austrittskanäle geleitet wird.
-
Wie bekannte Meßergebnisse zeigen, steigt die Leistungsaufnahme einer
Propellerpumpe bei abgesperrtem Durchlauf beträchtlich an (bei gleicher Drehzahl
i auf etwa 160 bis 170°/o der Nennleistung). Dieser Leistungsanstieg würde
den Einbau einer entsprechend stärker dimensionierten Antriebsmaschine bedingen.
Verzichtet man bei dem Steuermanöver auf die Regelung der Drehzahl am Pumpenpropeller,
so muß bei dieser Bauart die Leistung der Antriebsmaschine auf den um 60 bis 70%
höheren Wert der Leistung bei geschlossenem Steuerorgan ausgelegt werden.
-
Ein weiteres Problem bei derartigen Anlagen, die Vermeidung von Druckverlusten
und Ablösungen, ist bisher unbefriedigend gelöst.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerorgan zu schaffen,
dessen Durchlauf in der neutralen Stellung nicht gesperrt ist und bei dessen Gestaltung
und Anordnung der Vermeidung von Strömungsverlusten besondere Aufmerksamkeit geschenkt
ist.
-
Diese Nachteile werden dadurch vermieden, daß bei einer Steuereinrichtung
mit Reaktionswirkung für Schiffe, bestehend aus einem unter der Schwimmwasserlinie
liegenden Einlaufkanal und aus einer mit ihrer Welle entweder vertikal oder horizontal
in Schiffslängsrichtung angeordneten Propellerpumpe, die ihr Wasser durch ein koaxial
um die Pumpenachse drehbares Steuerorgan in die auf beiden Bordseiten vorgesehenen
Austrittsöffnungen fördert, erfindungsgemäß als Steuerorgan ein Steuerzylinder angeordnet
ist, dessen in der Zylinderwandung befindliche Austrittsöffnung größenmäßig gleich
der der Propellerpumpe ist, sich über die Hälfte des Zylinderumfanges erstreckt
und zur besseren Umlenkung der Strömung und Vermeidung von Ablösung mit einem halbringförmigen
Leitblech versehen ist und daß zur Drallvernichtung und Gleichrichtung des Strahlwassers
der Steuerzylinder durch eine Wand in zwei Hälften geteilt und die Unterkante der
Trennwand in Richtung des Schraubendralls an gebogen ist.
-
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigt Fig. 1 in schematischer Darstellung die Anordnung des Pumpenkanals mit
dem Propeller und die Lagen des Steuerzylinders; in Fig. 2 ist die Abhängigkeit
der Querkraft von der Lage des Steuerzylinders dargestellt; Fig.3 zeigt die Anordnung
des Strahlruders als Bugruder im Vorschiff.
-
Der im Spurlager 1 und im Halslager 2 gelagerte Propeller 3 saugt
das Wasser durch die an den Kanten gut abgerundeten beiderseitigen Einlauföffnungen
4 und fördert es durch den um die Propellerwelle drehbaren zylindrischen Steuerschieber
5 je nach Lage des Schiebers voll in einen oder teilweise in beide Austrittskanäle
6. Zur besseren Umlenkung der Strömung und Vermeidung von Ablösung dienen das ringförmige
Leitblech 9 im Einlauf sowie das halbringförmige Leitblech 8 in dem Steuerschieber.
In die Austrittskanäle 6 sind außerdem stromlinienförmig profilierte Leitflossen
9 eingebaut.
-
Der Pumpenpropeller 3 wird über ein Kegelgetriebe 10 von einem nicht
regelbaren und nicht umsteuerbaren
Elektromotor 13 angetrieben.
Für die Bewegung des Steuerschiebers 5 ist das Steuergetriebe 10 vorgesehen, dessen
Antriebsritzel in eine im Steuerschieber eingebaute Triebstockverzahnung 11 eingreift.
Der Pumpenschacht ist gegen das Schiffsinnere durch einen Deckel 12 abgeschlossen,
nach dessen Demontage der Steuerschieber mitsamt dem Propeller nach oben ausgebaut
werden kann.
-
Wird das Wasser nach einer der beiden Bordseiten gefördert, dann entsteht
eine einseitige Querkraft, deren Größe durch den Austrittsimpuls des Wassers gegeben
ist Q = Ov2F. Bei neutraler Stellung des Schiebers heben sich die beiden
entgegengesetzten Querkräfte auf. In den Zwischenstellungen läßt sich eine Querkraft
erzeugen, deren Größe im Bereich der Schieberwinkel von -30 bis -F-30° sich innerhalb
der Werte von + 25 % des Maximalwertes und in den anschließenden Bereichen beider
Bordseiten von 30 nach 90° um etwa 75°/o des Maximalwertes stetig ändert (s. Fig.2).
-
Zur Verstellung des zylindrischen Schiebers ist eine Rudermaschine
vorgesehen, deren Leistung so bemessen werden muß, daß sie außer der Reibung des
Steuerzylinders in seiner Lagerung zusätzlich ein einseitiges Drehmoment gleich
dem Antriebsmoment des Pumpenpropellers übertragen kann. Bei Lagerung des Antriebsmotors
auf dem Gehäuse des Steuerzvlinders läßt sich das zusätzliche Drehmoment vermeiden,
so daß in diesem Fall der Steuerzylinder in allen Stellungen drehmomentenfrei ist.
-
Zur Drallvernichtung undGleichrichtung des Strahlwassers ist der Steuerzylinder
durch eine Wand in zwei Hälften geteilt; die Unterkante der Trennwand ist in Richtung
des Schraubendralls anzubiegen. Leitbleche 9 in den Austrittskanälen sorgen außerdem
für Gleichrichtung des Strahles.
-
Zur Vermeidung von Druckverlusten sind die Kanten der Einlauföffnungen
gut abzurunden, während die Kanten der Auslauföffnungen nur in der der Fahrtrichtung
des Schiffes entgegengesetzten Richtung abzurunden sind. Als besonderer Vorzug der
beschriebenen Anordnung gegenüber den üblichen Anordnungen mit Querkanal ist die
tiefe Lage der Einlauföffnungen unter der Schwimmwasserlinie zu werten, die auch
noch bei Leertiefgang des Schiffes ein Einsaugen von Luft oder schwimmenden Körpern
verhindert. Aus diesem Grunde wird auch ein Schutzgatter in der Einlauföffnung für
unnötig erachtet, wodurch eine weitere Verlustquelle der üblichen Querkanalanordnung
entfällt.
-
Das in der vorliegenden Beschreibung mit senkrechter Pumpenwelle dargestellte
Strahlruder läßt sich in besonderen Fällen, in denen die Vorzüge der tief unter
der Schwimmwasserlinie liegenden Einlauföffnungen keine große Bedeutung haben, sinngemäß
auch mit horizontaler Pumpenwelle anordnen, wobei die beiden unteren Einlauföffnungen
in eine einzige Öffnung an den Schiffsenden zusammenschrumpfen.