Wenn Sie Ruderangebote vergleichen und die Drehmomentwerte des Lenkgetriebes um 40 % voneinander abweichen, liegt die Abweichung in der Regel nicht am Lieferanten. Es handelt sich um den Rudertyp, der in der Spezifikation angegeben ist. Ein 38 m² großes halbausgeglichenes Ruder, das an einem Skeg aufgehängt ist, und ein 38 m² großes Spatenruder sehen auf einem Zeichenblatt identisch aus, belasten den Ruderschaft jedoch auf völlig unterschiedliche Weise: Der Spaten trägt den größten Teil seiner Fläche hinter dem Ruderschaft und benötigt einen kleineren Aktuator, während das am Skeg aufgehängte Ruder an seiner Unterkante abgestützt ist und die Last über einen Zapfen in den Rumpf überträgt.
Die Antwort in einer Zeile: Rudertypen werden durch zwei unabhängige Achsen definiert. Die erste besteht darin, wie die Klinge gestützt wird – vollständig ausbalanciert, halbausgeglichen oder unausgeglichen. Das zweite ist das Klingenprofil – flache Platte, stromlinienförmiger Spaten, Horn, Klappe oder ein High-Lift-Special. Die Unterstützungsanordnung entscheidet darüber, wie viel Drehmoment Ihr Lenkgetriebe erzeugen muss. Das Profil entscheidet darüber, wie viel Seitenkraft das Blatt erzeugt und wie es sich verhält, wenn das Rad hart überrollt.
Wenn Sie diese beiden Achsen verwechseln, kaufen Sie den falschen Aktuator, den falschen Lagerdurchmesser und ein Ruder, das sich bei 30 Grad entweder schwer anfühlt oder bei kleinen Winkeln schwingt, weil es zu stark ausbalanciert ist.
Die wichtigsten Rudertypen im Überblick
Fünf Familien decken heute fast jedes Ruder auf Wasser ab, und der schnellste Weg, eine Spezifikation zu sortieren, besteht darin, sie mit ihren Stützanordnungen und dem typischen Drehmomentbedarf abzugleichen.
| Rudertyp | Unterstützungsvereinbarung | Typische Gefäße | Trend des Lenkmoments | Hauptkompromiss |
|---|---|---|---|---|
| Spaten (vollständig ausbalanciert) | Die Klinge ragt nur am Schaft frei, keine untere Stütze | Containerschiffe, Fähren, Yachten, die meisten neuen Tonnage | Der niedrigste Wert für eine bestimmte Klingenfläche | Hervorragende Reaktion, kein Schutz vor Erdung |
| Halbbalanciert (skeg-hung) | Unteres Zapfenlager auf einem festen Skeg, ein Teil der Klinge vor dem Schaft | Fischereifahrzeuge, Küstenmotorschiffe, Hafenschlepper | Mäßig bis hoch | Skeg schirmt Blatt und Propeller ab, mehr Luftwiderstand und mehr Teile |
| Unsymmetrisch (Horn) | Das Blatt hing an einem festen Horn oder Ruderpfosten und hatte oben und unten Zapfen | Ältere Einschrauben-Frachtschiffe, einige Schlepper | Am höchsten bei gleicher Klingenfläche | Einfach, robust, schwerere Ausrüstung und schlechteres Rückwärtsverhalten |
| Klappe / gegliedert | Hauptblatt plus aufklappbarer Hinterklappe | Fähren, Ro-Ro, manövrierkritische Schiffe | Ähnliches Drehmoment, viel höherer Hub | Weitere Verbindungen und Stifte müssen beibehalten werden |
| Hochlift-Special | Kugelblatt- oder Propellerdüsenmontage | Binnenschubboote, Schlepper, Arbeitsboote | Fallspezifisch | In der Regel sind Modelltests erforderlich, um die Gewinne zu bestätigen |
Ausgeglichen, halbausgeglichen und unausgeglichen: Die Unterstützungsachse
Das Gleichgewichtsverhältnis – der Anteil der Blattfläche vor dem Ruderschaft – ist die einzelne Zahl, die die Größe Ihres Rudergetriebes am meisten verändert.
Das Verhältnis funktioniert einfach. Der Bereich vor dem Schaft erzeugt ein Moment, das dem Moment aus dem Bereich dahinter entgegenwirkt, sodass der Aktuator einer kleineren Nettokraft entgegenwirkt. Die im kommerziellen Design verwendeten praktischen Bereiche sind ziemlich konsistent:
- Vollständig ausbalancierter Spaten: etwa 20 bis 25 % der Klingenfläche vor dem Schaft. Niedrigere Verhältnisse machen den Helm schwer; Wenn man über etwa 30 % drückt, besteht die Gefahr einer Überwuchtung, bei der das Ruder dazu neigt, sich bis zum vollen Winkel zu drehen, und bei kleinen Winkeln vibrieren kann.
- Halbausgeglichener Skeg: typischerweise 10 % bis 20 %, da der Skeg bereits einen Teil der Last aufnimmt.
- Unsymmetrisches Horn: Es ist nur wenig oder gar kein Bereich vor dem Schaft vorhanden, so dass die volle hydrodynamische Kraft in Drehmoment umgewandelt wird.
Für einen Käufer sind die praktischen Konsequenzen offensichtlich. Wenn eine Werft ein Spatenruder gegen ein am Skeg aufgehängtes Ruder mit der gleichen Blattfläche austauscht, ohne den Aktuator erneut zu überprüfen, läuft das Rudergetriebe möglicherweise mit 80 % bis 90 % seines Nenndrucks, nur um in einer breiten See den Kurs zu halten. Das lässt keinen Spielraum für die 35-Grad-Hard-Over-Anforderung und verkürzt die Lebensdauer der Pumpe.
Blattformen: Spaten, Horn, Flap und High-Lift
Spatenruder
Der Spaten ist die Standardwahl für neue Nutzfahrzeuge, und das aus gutem Grund: Er erzeugt den höchsten Hub für seine Fläche und das niedrigste Drehmoment für seine Größe.
Da das Blatt unten nichts trägt, trägt der Ruderschaft das volle Biegemoment plus Drehmoment. Das bedeutet einen dickeren Schaft, eine schwerere obere Lageranordnung und eine sorgfältig bearbeitete Konus- oder Keilverbindung. Abschnitte sind normalerweise stromlinienförmige Folien mit einer Dicke im Bereich von 18 % bis 21 % und einer stumpfen Hinterkante, um Kavitation zu vermeiden. Der Kompromiss besteht darin, den Boden zu schützen – wenn das Schiff auf dem Boden landet, erleidet normalerweise das Blatt oder der Schaft den Schaden.
Hornruder
Das Hornruder ist auf älteren Einschrauben-Frachtschiffen und einigen Arbeitsbooten nach wie vor üblich und wird eher wegen seiner Robustheit als wegen seiner Effizienz gewählt.
Eine feste Hornstruktur vor der Klinge trägt den unteren Zapfen, sodass sich der Schaft deutlich weniger verbiegt. Das Drehmoment ist hoch, die Rückwärtsleistung ist schlechter, weil das Horn die Strömung blockiert, wenn der Propeller umkehrt, und die gesamte Baugruppe erhöht den Widerstand. Bei einer Überholung ist der Austausch eines Hornruders durch ein halbausgeglichenes Skeg-Ruder oft eine der günstigeren, kraftstoffsparenden Änderungen, vorausgesetzt, der Aktuator und der Bestand werden erneut überprüft.
Halbbalanciertes Skeg-Ruder
Das halbausgeglichene Skeg-Ruder ist die Standardlösung überall dort, wo Propeller und Blatt physischen Schutz benötigen – Fischereifahrzeuge, die auf untiefen Gewässern arbeiten, kleine Küstenschiffe und Hafenboote, die regelmäßig längsseits fahren.
Es liegt hinsichtlich des Drehmoments zwischen den anderen beiden und sorgt für eine vorhersehbare Lenkung, da der Skeg den Fluss in das Blatt stabilisiert. Das Zapfenlager ist der Wartungspunkt, den es zu beachten gilt: Das Spiel wird normalerweise in der klassengenehmigten Zeichnung angegeben, und ein verschlissener Zapfen macht sich bei kleinen Winkeln als Rudervibration bemerkbar, lange bevor er sich als schwere Lenkung bemerkbar macht.
Klappe und Gelenkruder
Ein Klappenruder fügt einen schwenkbaren hinteren Abschnitt hinzu, der weiter ausgelenkt wird als das Hauptblatt, und es kann den Auftrieb bei gleichem Ruderwinkel erheblich erhöhen – nützlich, wenn eine Fähre einen schmalen Kanal bei Seitenwind halten muss.
Das Drehmoment erhöht sich nicht automatisch, da die Klappe auch den Strömungsabriss am Hauptblatt verzögert. Was sich erhöht, ist die Anzahl der Teile. Für Gestänge, Stifte und Anschläge müssen Inspektionsintervalle in das geplante Wartungssystem eingetragen werden, und der Klappenwinkel muss bei der Inbetriebnahme so eingestellt werden, dass er mit der klassenzugelassenen Geometrie übereinstimmt.
Hochhub- und Sondertypen
Zu dieser Gruppe gehören bauchige Ruder mit einer stromlinienförmigen Wölbung an der Blattvorderkante und hinter einer Propellerdüse montierte Ruder.
Sie werden von Fall zu Fall ausgewählt, in der Regel nach CFD- oder Modellversuchen, da der Gewinn von der Rumpfform und dem Nachlauffeld abhängt. Bei Binnenschubbooten und Schleppern verbessert der zusätzliche Auftrieb direkt den Bremsweg in einer Schleuse – ein Sicherheitsargument, nicht nur ein Effizienzargument.
Wie der Rudertyp die Auswahl des Rudergetriebes beeinflusst
Sobald der Rudertyp festgelegt ist, folgt das Rudergetriebe dem Drehmoment, und die beiden Haupthydraulikanordnungen decken nahezu den gesamten kommerziellen Bereich ab.
Der Gabelantrieb (auch Drehflügel- oder Gabelantrieb genannt) dreht den Ruderschaft über eine Gabel- und Ruderpinne-Anordnung und ist normalerweise die Wahl für größere Einzelruder, wobei die Leistung etwa 25 kN·m bis etwa 1350 kN·m abdeckt. Es hält den Ruderwinkelbereich großzügig und toleriert die höheren Drehmomente, die unausgeglichene und große Spatenruder erfordern. Typische Installationen dieser Art werden hier beschrieben: Gabelbetätigungsgeräte .
Die Schwenkzylinderanordnung verwendet einen oder zwei Hydraulikzylinder, die einen Pinnenarm antreiben, und eignet sich für kleinere Ruder, Doppelruderinstallationen und Räume, in denen eine kompakte Stellfläche wichtig ist. Üblich sind Leistungsbereiche im Bereich von 8 kN·m bis 600 kN·m.
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Schiffstyp und Handelsmuster schränken die Auswahl schneller ein als jede andere Eingabe.
- Containerschiffe und große Fähren: Vollständig ausbalanciertes Spatenruder, manchmal mit einer Klappe, dimensioniert für ein 35-Grad-Hardover bei Dienstgeschwindigkeit.
- Fischereifahrzeuge und kleine Küstenmotorschiffe: halbausgeglichenes Skeg-Ruder zur Erdung und zum Schutz des Propellers, mit einem Zapfenlager, das nach Möglichkeit über Wasser inspiziert werden kann.
- Hafen- und Hochseeschlepper: Hochauftriebsklappen oder an der Düse montierte Ruder, oft kombiniert mit einem Lenkgetriebe, das eher auf ein anhaltend hohes Drehmoment als auf ein Spitzendrehmoment ausgelegt ist.
- Doppelschnecken-Arbeitsboote und kleine Boote: Kompakte Schwenkzylinder-Ruderanlage, denn zwei Ruder benötigen selten das Drehmoment eines großen Spatens.
- Segel- und Motoryachten: Spatenruder, dünne Folienabschnitte, niedriges Gleichgewichtsverhältnis, um das Gefühl am Ruder zu behalten.
Für kleinere Ruder und enge Maschinenräume wird eine zylinderbasierte Betätigung verwendet, wie sie in verwendet wird Schwenkantriebseinheiten ist oft der praktische Weg, denn so lässt sich die Ausrüstung in den tatsächlich vorhandenen Raum verlegen.
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Über die Zulassung eines Ruders und seiner Ruderanlage entscheiden zwei Dokumente: die klassengeprüfte Ruderzeichnung und die Baumusterzulassungsbescheinigung der Ruderanlage.
Die SOLAS-Regel II-1/29 legt den Betriebsbereich fest, den jeder Typ erfüllen muss: Das Hauptrudergetriebe muss das Ruder bei maximaler Betriebsgeschwindigkeit von 35 Grad auf der einen Seite auf 35 Grad auf der anderen Seite bewegen, und das Hilfsgetriebe muss, sofern vorhanden, innerhalb einer definierten Zeit 15 Grad in jede Richtung erreichen. Auf den einheitlichen IACS-Anforderungen basierende Klassenregeln regeln dann die Schaftabmessung, die Hornstärke sowie den Druck und die Redundanz des Hydrauliksystems.
Es lohnt sich, drei Prüfungen in die Bestellung einzubauen:
- Berechnung des Lagerdurchmessers: Bestätigen Sie den Materialfaktor und das verwendete Entwurfsdrehmoment und stellen Sie sicher, dass die Berechnung mit dem tatsächlich bestellten Rudertyp übereinstimmt – nicht mit einer früheren Überarbeitung der Zeichnung.
- Winkel- und Feedback-Kalibrierung: Ruderlageanzeiger und Endschalter sollten gegen die mechanischen Anschläge eingestellt werden, wobei der elektrische Nullpunkt im Inbetriebnahmeprotokoll vermerkt werden muss.
- Drehmomentmessung im Seeversuch: Das gemessene Drehmoment, das um mehr als etwa 10 % vom vorhergesagten Wert abweicht, ist normalerweise ein Auslöser für eine erneute Überprüfung der Blattgeometrie, des Auswuchtverhältnisses und des Lagerspiels.
Schweißnähte an der Schaft-Blatt-Verbindung und an der Horn- oder Skeg-Baugruppe werden normalerweise einer Ultraschall- oder Farbeindringprüfung unterzogen, und die Berichte gehören neben den Materialzertifikaten in die Lieferdokumentation.
Fallstricke bei der Beschaffung, die später Geld kosten
Die meisten Ruderprobleme, die nach der Lieferung auftreten, sind auf eine Handvoll Entscheidungen zurückzuführen, die in der Angebotsphase getroffen wurden.
- Vergleich von Rudern nur anhand der Blattfläche. Die Fläche sagt nichts über das Drehmoment aus; Gleichgewichtsverhältnis und Profil schon.
- Übergewicht ignorieren. Ein Ruder, das bei kleinen Winkeln zu leicht lenkt, kann nachgeben, das Getriebe ungleichmäßig belasten und den Zapfen oder das obere Lager verschleißen.
- Wiederverwendung eines vorhandenen Aktuators bei einem Ruderwechsel. Ein neues Blattprofil mit einem höheren Auftriebskoeffizienten kann die Druckmarge des alten Zahnrads überschreiten, obwohl die Fläche unverändert bleibt.
- Überspringen der Schnittstellenzeichnung. Konus, Keilnut, Pinnenpassung und Lagermitte müssen vor der Herstellung zwischen den Ruder- und Rudergetriebelieferanten vereinbart werden.
- Es wird davon ausgegangen, dass die Klassengenehmigung die gesamte Versammlung abdeckt. Ruder, Schaft, Horn und Ruderanlage können jeweils über separate Zulassungen verfügen; Die Kombination muss noch anhand der Klassenbezeichnung des Schiffes überprüft werden.
FAQ
Welcher Rudertyp ist der effizienteste?
Ein vollständig ausbalanciertes Spatenruder erzeugt im Allgemeinen den höchsten Auftrieb bei geringstem Drehmoment, weshalb es bei neuer kommerzieller Tonnage dominiert. Effizienz im hydrodynamischen Sinne ist jedoch nicht dasselbe wie Eignung – ein Spaten bietet keinen Schutz, wenn das Schiff in flachem Wasser arbeitet.
Was bedeutet eigentlich „ausgeglichen“ bei einem Ruder?
Es bezieht sich auf den Anteil der Blattfläche, der vor der Ruderschaftachse liegt. Dieser Bereich erzeugt ein Gegenmoment, sodass ein ausgeglichenes Ruder bei gleicher Blattgröße weniger Drehmoment zum Drehen benötigt. Gleichgewichtsverhältnisse im Bereich von 20 % bis 25 % sind typisch für Spatenruder.
Kann ich ein Hornruder durch ein Spatenruder ersetzen?
Ja, und es handelt sich um eine übliche Überholung, aber der Schaft, die Lager, das Lenkgetriebe und die Rumpfstruktur müssen alle erneut überprüft werden. Ein Spaten übt Biegebelastungen auf den Schaft aus, die zuvor das Horn trug, sodass sich normalerweise auch der Schaft und die obere Lageranordnung ändern.
Wie viel Ruderwinkel soll das Rudergerät liefern?
SOLAS erfordert, dass die Hauptruderanlage das Ruder bei maximaler Betriebsgeschwindigkeit um 35 Grad nach jeder Seite schwenkt, mit einer Hilfseinrichtung von 15 Grad in jede Richtung als Rückfall. Viele Konstrukteure stellen die mechanischen Anschläge etwas darüber hinaus ein, sodass die elektrischen Grenzwerte immer vor Metallkontakt ausgelöst werden.
