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Die
Erfindung bezieht sich auf Flossenruder gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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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.
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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.
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Aus
der
EP 0 811 552 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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Vorzugsweise
sind die Schmiermittelnuten in axialer Richtung des sphärischen
Lagers mittig und bezüglich
des Außen-
und Innenringes des sphärischen
Lagers miteinander fluchtend ausgerichtet.
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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.
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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:
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1 eine
schematische Seitenansicht eines im Heckbereich eines Schiffes angeordneten Flossenruders;
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2 eine
Draufsicht auf ein Anlenkgehäuse
mit einer vertikalen Bohrung zur Aufnahme eines Wellenzapfens und
einer horizontalen Bohrung zur Aufnahme eines Schwenkkolbens und
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3 einen
Längsschnitt
durch das Anlenkgehäuse
gemäß 2.
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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 11 durch den Schiffskörper 1 geführt und
mit einer Rudermaschine 12 verbunden ist. Die Rudermaschine 12 bewirkt über den
Ruderschaft 11 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.
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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.
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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.
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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 Versteileinrichtung 7 oder Teilen davon führen können.
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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.
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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.
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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.
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2 zeigt
in einer Draufsicht und 3 in einem Längsschnitt das Anlenkgehäuse 8 der
in 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 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.
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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 kugelschicht förmigen 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 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In
gleicher Weise ist eine einfache Montage der Verstelleinrichtung 7 gewährleistet.
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- 1
- Schiffskörper
- 2
- Propeller
- 3
- Hauptruder
- 4
- Flosse
- 5
- Wellenzapfen
- 6
- Schwenkkolben
- 7
- Verstelleinrichtung
- 8
- Anlenkgehäuse
- 9
- Sphärisches
Lager
- 10
- Koker
- 11
- 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