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Dokumentenidentifikation DE102008025894B4 30.09.2010
Titel Vorwärtsruder für Ruderboote
Anmelder Selle, Hans-Dieter, Dr.-Ing., 01465 Langebrück, DE
Erfinder Selle, Hans-Dieter, Dr.-Ing., 01465 Langebrück, DE
DE-Anmeldedatum 26.05.2008
DE-Aktenzeichen 102008025894
Offenlegungstag 17.12.2009
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 30.09.2010
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.09.2010
IPC-Hauptklasse B63H 16/10  (2006.01)  A,  F,  I,  20080526,  B,  H,  DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft Vorwärtsruder für Ruderboote, bei denen der Ruderer in Fahrtrichtung im Boot sitzt und in gewohnter Weise richtungsstabil rudern kann und nicht, wie bisher üblich, verkehrsgefährdend rückwärts im Boot sitzt.

Stand der Technik

Bekannt sind zahlreiche Patente von Vorwärtsrudern für Ruderboote, die sich nach ihrem Wirkungsprinzip in etwa drei Gruppen einteilen lassen:

  • 1. Gruppe: Vorwärtsruder mit zweiteiligen Rudern, bestehend aus je einem Außen- und einem Innenhebel, die gemeinsam auf je einer Achse am Bootsrand gelagert sind und durch ein Gestänge so miteinander verbunden sind, dass die Ruderhebel beim Rudern unterschiedliche Drehrichtungen einnehmen, wobei mindestens eine Strebe des Gestänges mit dem Boot verbunden ist.



    Vgl. folgende Druckschriften:

    DE 605621A

    US 5,248,272 A
  • 2. Gruppe: Vorwärtsruder mit zweiteiligen Ruder, dem Außen- und dem Innenhebel, die getrennt auf je einer Achse am Bootsrand gelagert sind und durch Zahnsegmente Getriebe, Ketten, Seile oder Hebel miteinander in Verbindung stehen, zur Erzeugung unterschiedlicher Drehrichtungen der Ruderhebel.



    Vgl. folgende Druckschriften:

    JP 2000198492 A

    US 2,058,410 A

    GB 2326397 A
  • 3. Gruppe: Vorwärtsruder mit einteiligen Rudern, wobei die Ruder entlang der Bordwand bewegt werden, bzw. über Gestänge von Bug nach Heck gezogen und kreisförmig geschwenkt werden.



    Vgl. folgende Druckschrift: DE 201 16 742 U1

Im Folgenden werden die bekannten Vorwärtsruder kritisch beurteilt und es wird aufgezeigt, warum sich bislang keines der bekannten Vorwärtsruder gegenüber dem traditionellen Ruder durchsetzen konnte.

Das wichtigste Merkmal eines Ruders für ein Ruderboot ist die Richtungsstabilität, die mit dem Ruder erreicht wird.

Unter Richtungsstabilität wird das Geradeaus-Fahrverhalten eines Ruderbootes verstanden.

Je höher die Richtungsstabilität ist, desto leichter ist es, das Ruderboot auf Fahrkurs zu halten und das Rudern als angenehm zu empfinden. Eine hohe Richtungsstabilität ist deshalb erforderlich, weil nur angenähert gleichmäßig mit beiden Rudern gerudert werden kann. Sie wird erzielt, wenn alle Ruderkräfte in der Längsrichtung des Bootes gerichtet sind, nahe an der Bootslängsachse auf das Boot einwirken und das Boot einen hohen Querwiderstand aufweist.

Anders ausgedrückt, die Drehmomente und Querkräfte, die durch das Rudern auf das Boot einwirken, müssen gering und der Querwiderstand des Bootes muss groß sein.

Das herkömmliche Ruderboot weist eine hohe Richtungsstabilität auf. Deshalb soll zur kritischen Betrachtung der bekannten Vorwärtsruder gelten:

Ein Vorwärtsruder muss mindestens die gleich hohe Richtungsstabilität bewirken wie das traditionelle Ruder, um ihm in den Rudereigenschaften gleichwertig und damit anwendungstauglich zu sein. Um dies zu ermitteln, werden die Kräfteverhältnisse der bekannten Vorwärtsruder gruppenweise dem Kräfteverhalten des herkömmlichen Ruders gegenüber gestellt.

Für die Vergleichbarkeit sind nachfolgend die Ruderabmessungen und die Ruderkraft für alle betrachteten Fälle gleich groß bemessen.

Zur Beurteilung der Richtungsstabilität der bekannten Vorwärtsruder werden die Querkräfte und die Drehmomente um das Ruderlager berechnet und es wird aus den Kräften, die in Längsrichtung des Bootes am Ruderlager auftreten und den Kräften, die entlang der Bootslängsachse wirken, die resultierende Vortriebskraft des Bootes ermittelt.

Kräfteverteilung am herkömmlichen Ruder, Fig. 1

1 zeigt die Kräfteverteilung an einem herkömmlichen Ruder.

Es bedeuten:

a
Ruderkraft
b
Kraft am Stemmbrett
c
Kraft am Ruderlager
d
Kraft am Ruderblatt gegen den Wasserwiderstand
e
resultierende Vortriebskraft
s
Abstand: Ruderlager zur Bootslängsachse = 1
g
einteiliges Ruder

Beim bekannten Ruderboot treten nur Kräfte in Längsrichtung des Bootes auf. Bei der angenommenen Dimensionierung wirken am Ruderlager die Vortriebskraft c der Größe 1.5x die Ruderkraft in Fahrtrichtung und auf der Längsachse des Bootes die entgegen der Fahrtrichtung gerichtete Kraft b am Stemmbrett der Größe –1x Ruderkraft. Die resultierende Vortriebskraft e wirkt am Ruderlager in Fahrtrichtung und hat die Größe von 0,5x die Ruderkraft, die gleich der Kraft d am Ruderblatt gegen den Wasserwiderstand ist und sich aus dem Verhältnis der Außenruderlänge zur Länge des Innenruders von 2:1 ergibt. Das beim nicht gänzlich vermeidbaren ungleichmäßigen Rudern mit beiden Skulls wirksam werdende Drehmoment der Vortriebskraft am Ruderlager gegenüber der Bootslängsachse der Größe M = 1,5 (1,5x die Ruderkraft x1, dem Abstand s des Ruderlagers von der Bootslängsachse) wird durch den Querwiderstand des Bootes weitgehend kompensiert, so dass mit dem herkömmlichen Ruder eine hohe Richtungsstabilität erreicht wird, da keine weiteren Drehmomente auf das Boot einwirken. Die Drehmomente um das Ruderlager sind: M = 0.

Kräfteverteilung an den bekannten Vorwärtsrudern der Gruppe 1, Fig. 2.

In 2 ist die Kräfteverteilung eines bekannten Vorwärtsruders der Gruppe 1 dargestellt:

Es bedeuten:

a
Zugstange
b
Druckstange
c
Koppel
d
Kurbel
e
Kurbellager
f
Ruderlager
g
Ruderkraft
h
Kraft am Stemmbrett
i
Kraft am Ruderblatt
j
Wasserwiderstandskraft
k
Querkräfte
R
resultierende Vortriebskraft
m
Vortriebskraft am Ruderlager
n
Zugkraft
o
Druckkraft
p
Innenhebel
q
Außenhebel
s
Abstand zur Bootsmitte = 1

Das Vorwärtsruder ist zweiteilig, wobei der Außen- und der Innenhebel auf einer gemeinsamen Achse gelagert und über Streben mit einer Koppel verbunden sind, die mit einer Kurbel in Verbindung steht, die auf dem Boot drehbar angeordnet ist.

Die Kräfteverteilung in 2 zeigt, dass sich die Ruderkraft g weitgehend durch die Gegenkräfte, durch die Wasserwiderstandskraft j bewirkt, kompensieren. Es verbleiben durch die Zugkraft n an der Zugstange a und die Druckkraft o an der Druckstange b die Querkräfte k und die Kraft am Stemmbrett h, sowie die negative Vortriebskraft m am Ruderlager f, die auf das Boot einwirken.

Die Querkräfte 2x k bewirken um das Ruderlager f ein großes Drehmoment und zwar für die angenommene Dimensionierung M = –2, (1x Ruderkraft g × 2x Abstand s zwischen dem Ruderlager f und der Koppel c). Die resultierende Vortriebskraft R ergibt sich aus der negativen Vortriebskraft m von –0,5x Ruderkraft g am Ruderlager f und der Vortriebskraft h am Stemmbrett von 1x die Ruderkraft g und hat eine Größe von 05x die Ruderkraft g.

Vorwärtsruder der Gruppe 1 weisen aufgrund des hohen Drehmomentes um das Ruderlager von M = –2 eine wesentlich schlechtere Richtungsstabilität als das traditionelle Ruder auf, bei dem kein Drehmoment um das Ruderlager wirkt.

Beim geringsten ungleichmäßigen Rudern dreht sich das Boot vom Fahrkurs ab nach der schwächer beruderten Seite hin.

Kräfteverteilung an den bekannten Vorwärtsrudern der Gruppe 2, Fig. 3

In 3 ist die Kräfteverteilung eines bekannten Vorwärtsruders der Gruppe 2 dargestellt.

Vgl. JP 2000198492 A

Das dargestellte Vorwärtsruder besteht aus zwei getrennt gelagerten Ruderhebeln, die über Zahnsegmente oder andere Verbindungselemente, in anderen Patentschriften, miteinander in Verbindung stehen, über die die Ruderkraft vom Innen- auf das Außenruder übertragen wird.

Es bedeuten:

a
Ruderkraft
b
Kraft am Stemmbrett
c
Kraft am Innenruderlager
d
Kraft am Außenruderlager
e
Kräfte am Zahneingriff
f
Kraft am Ruderblatt
g
Gegenkraft durch den Wasserwiderstand
h
negative Vortriebskraft
R
resultierende Vortriebskraft
s
Abstand Ruderlager zur Bootslängsachse = 1

Die Kräfteverteilung in 3 zeigt, dass beim Rudern an den Achsen der Ruderlager gegeneinander entgegengesetzt gerichtete Längskräfte c, d auftreten, die die entgegen der Fahrtrichtung gerichtete Vortriebskraft h von der Größe –0,5x die Ruderkraft a bewirken und um den Zahneingriffspunkt beider Ruder Drehmomente um das Ruderlager zur Folge haben.

Durch den Wasserwiderstand g am Ruderblatt wird die Kraft von 0,5x die Ruderkraft a am Ruderblatt kompensiert, sowie die Kräfte e an der Kraftübertragungsstelle der Ruder und die Ruderkraft a selbst.

Die resultierende Vortriebskraft R der Größe 0,5x die Ruderkraft a ergibt sich aus der Kraft b am Stemmbrett (1x die Ruderkraft a) minus der negativen resultierenden Vortriebskraft h an den Ruderachsen mit der Größe 0,5x die Ruderkraft a.

Um das Ruderlager werden zwei Drehmomente erzeugt: 1. Kraft c am Innenruderlager mal Abstand zum Zahneingriff: 4 × 0,25 = 1 und 2. Kraft d am Außenruderlager mal Abstand zum Zahneingriff: 3.5 × 0,25 = 0,875, was ein Gesamtdrehmoment um das Ruderlager von M = –1,875 ergibt.

Das Drehmoment von M = –1,875 um das Ruderlager hat eine geringere Richtungsstabilität des Vorwärtsruders gegenüber dem traditionellen Ruder zur Folge.

Bei geringfügig nicht vermeidbaren ungleichmäßigen Rudern verdreht sich das Boot nach der schwächer beruderten Seite hin, so dass ständig durch Gegenrudern korrigiert werden muss, was das Kurshalten erschwert und das Rudervergnügen einschränkt.

Kräfteverteilung an den bekannten Vorwärtsrudern der Gruppe 3, Fig. 4

In 4 ist die Kräfteverteilung eines bekannten Vorwärtsruders der Gruppe 3 dargestellt.

Es bedeuten:

a
Ruder
b, c
Trapezschenkel
d, e
Trapezlager
f
Ruderkraft
g
Kraft am Stemmbrett
h, i
Querkräfte
j
Kraft am vorderen Ruderlager
k
Gegenkraft am vorderen Trapezlager
l
Kraft am Ruderblatt = Wasserwiderstandskraft m
s
Abstand, Bootslängsachse zu Bootsrand = 1
R
resultierende Vortriebskraft, g-/k/
D
Drehpunkt des Drehmomentes

Bei diesem Vorwärtsruder wird ein fest an einem entsprechend dimensionierten Trapez angebrachtes Ruder a von der Bug- zur Heckseite gezogen und dabei kreisförmig geschwenkt, wobei der Ruderer in Fahrtrichtung sitzt und der Vortrieb des Bootes über den Druck des Ruderers gegen das Stemmbrett erfolgt. Das Kräftebild zeigt aber außerdem, dass an den Schenkeln des Trapezes b, c die Querkräfte h, i auftreten und zwar in 4 an der vorderen Trapezaufhängung d nach rechts und an der heckseitigen Trapezaufhängung e nach links gerichtet. Dadurch wirkt ein Drehmoment auf das Boot ein, welches das Boot beim unvermeidlich ungleichmäßigen Rudern zur schwächer beruderten Seite hin zu drehen versucht. Die Ruderkraft f hält sich mit der Kraft am vorderen Ruderlager j und der Kraft am Ruderblatt l im Gleichgewicht, so dass für die resultierende Vortriebskraft R = Kraft am Stemmbrett g minus Gegenkraft k am vorderen Trapezlager d der Wert von R = 1 – 0,5 = 0,5x Ruderkraft erhalten wird. Die Querkräfte h, i bewirken bei den in 4 dargestellten Ruder ein zu den betrachteten anderen Vorwärtsrudertypen vergleichbares Drehmoment von M = 2/3 (2x Ruderkraft f × 1/3 Abstand s), wobei sich der Drehpunkt D in der Mitte zwischen den Trapezlagern im Boot befindet.

Vorwärtsruder der Gruppe 3 weisen zwar ein geringeres Drehmoment und damit eine bessere Richtungsstabilität als die Vorwärtsruder der 1. und 2. Gruppe auf, erreichen aber nicht die gute Richtungsstabilität des herkömmlichen Ruders, bei dem keine Querkräfte auf das Boot einwirken. Vorwärtsruder der Gruppe 3 sind nur bedingt geeignet, als Vorwärtsruder verwendet zu werden, zumal sie sperrig oder mechanisch aufwendig sind.

Ergebnis:

Die bekannten Vorwärtsruder genügen ausnahmslos nicht den Anforderungen, die an gebrauchsfähige Ruder zu stellen sind, weil sie nicht die gleich hohe Richtungsstabilität und die gleich guten Rudereigenschaften der traditionellen Ruder erreichen. Mit den bekannten Vorwärtsrudern ist es schwierig, sicheren Kurs zu halten und somit kein entspanntes Rudern möglich. Aus diesem Grunde konnte sich bislang auch keines der bekannten Vorwärtsruder gegen das traditionelle Ruder behaupten.

Aufgabenstellung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, „Vorwärtsruder” vorzuschlagen, mit denen der Ruderer in Fahrtrichtung im Boot sitzt und in gewohnter Weise mindestens so richtungsstabil, wie mit dem herkömmlichen Ruderboot, rudern kann.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 2

1. Erfindungsgemäßes Vorwärtsruder

5 zeigt die Kräfteverteilung an einem erfindungsgemäßen Vorwärtsruder unter Berücksichtigung der Gegenkräfte, die durch die Wasserwiderstandskraft auf das Ruder einwirken.

Es bedeuten:

a
Innenruder
b
Außenruder
c
Ruderlager
d
Innenruderstrebe
e
Außenruderstrebe
f
Kurbel
g
Kurbellager
o
Stemmbrett
i
Ruderkraft
j
Kraft am Ruderblatt
k
Wasserwiderstand
l
Bootslängsachse
p
Querkräfte
q
Kraft am Kurbellager
r
resultierende Ruderlagerkraft (3 – 1,5)
s
Kraft an der Bootslängsachse
h
Kraft am Stemmbrett
t
Bootsvortriebskraft
n
Strebenlager
m
Boot

Beim Rudern wird die Ruderkraft i über die Innenruderstrebe d auf die Kurbel f übertragen und von ihr über die Außenruderstrebe e auf das Außenruder b, wobei sich die Ruder immer in die gleiche Richtung bewegen. Die in Fahrtrichtung wirkende Kraft r am Ruderlager c und die entgegen der Fahrtrichtung auf der Bootslängsachse l wirkende Kraft s ergeben die in Fahrtrichtung gerichtete Bootsvortriebskraft t der Größe 0,5x die Ruderkraft i, die gleich groß der Kraft j am Ruderblatt ist, die gegen den Wasserwiderstand k drückt. Außer den Ruderkräften und Gegenkräften, die durch den Wasserwiderstand entstehen, werden zusätzlich an der Kurbel zwei Querkräfte p und an jedem Ruderhebel a, b eine Querkraft p erzeugt, die durch die gewählte Ruderdimensionierung gleich groß und einander entgegengerichtet sind. Die Kräfte p heben sich gegenüber dem Ruderlager und gegenüber dem Kurbellager einander auf, so dass keine Querkräfte auf das Boot gelangen.

Beim Rudern werden die Kräfte am Ruderblatt j, die resultierende Kraft r am Ruderlager c, sowie die Kraft h am Stemmbrett o und die Gegenkraft q am Kurbellager g erzeugt, die alle in Längsrichtung des Bootes gerichtet sind.

Die resultierenden, auf das Boot einwirkenden Kräfte sind: die Vortriebskraft r am Ruderlager c der Größe 1,5x die Ruderkraft i und die auf der Bootslängsachse wirkende Gegenkraft s = –1. Die Kraft s ergibt sich aus der Kraft h am Stemmbrett o der Größe 1x die Ruderkraft i minus der Gegenkraft q am Kurbellager g der Größe 2x die Ruderkraft.

Die Drehmomente um das Ruderlager haben die Größe M = 0.

Die mit dem erfindungsgemäßen Vorwärtsruder auf das Boot wirkenden Kräfte sind in Größe, den Angriffspunkten und der Richtung die gleichen wie am Ruderboot mit den herkömmlichen Rudern. Deshalb sind die Rudereigenschaften und die Richtungsstabilität des Bootes mit den vorgeschlagenen Vorwärtsrudern gleich den Rudereigenschaften und der Richtungsstabilität des herkömmlichen Ruderbootes.

Damit ist der Nachweis erbracht, dass das erfindungsgemäße Vorwärtsruder anwendungstauglich ist.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Vorwärtsruders besteht darin, dass der Ruderer in Fahrtrichtung sitzen kann und das Ruderboot die gleich guten Rudereigenschaften und die gleich hohe Richtungsstabilität besitzt wie das traditionelle Ruderboot.

Sinnvollerweise sind die Ruderblätter an den Außenrudern drehbar anzuordnen und von den Drehgriffen aus beim Ruderzurückholen flach zu stellen, z. B. über Bowdenzüge oder eine Lösung unter Verwendung von biegsamen Wellen.

Erwähnt sei noch, dass der Wirkungsgrad der Ruder und die Richtungsstabilität des Bootes erhöht werden können, wenn die Ruderblätter horizontal frei drehbar um die Blattmitte am Außenruder gelagert werden, weil dadurch das Verquirlen des Wassers und das Entstehen von Querkräften, auch bei den herkömmlichen Rudern auftretend, in den Endlagen des Ruders entfallen. Die Ruderblätter stellen sich selbsttätig optimal dem Wasserwiderstand entgegen.

6 zeigt ein 1. Beispiel, ein Doppelzweierruderboot mit dem erfindungsgemäßen Vorwärtsrudern 1 nach Patentanspruch 1.

7 zeigt einen Rudereiner mit den erfindungsgemäßen Vorwärtsrudern nach Patentanspruch 1 und Patentanspruch 2.

Ausführungsbeispiele

Beispiel 1: Bei dem in 6 dargestellten Doppelzweier-Ruderboot mit den erfindungsgemäßen Vorwärtsrudern nach Patentanspruch 1 sind die Innenruder mit den Außenrudern horizontal drehbar und zur Wasserseite hin schwenkbar auf je einer Achse an der Bordwand des Bootes gelagert und die Zugstangen an den Außenrudern sowie die Druckstangen an den Innenrudern sind an verschiedenen Lagerstellen der quer zum Boot angeordneten Kurbeln mit diesen durch Drehgelenke verbunden. Die Kurbeln sind auf der Bootslängsachse horizontal drehbar und in der Höhe verschiebbar gelagert. Die Konstruktion des Ruders ist so ausgeführt, dass beim ins Wasser abgesenkten Ruderblatt die Ruderhebel und die Kurbeln, an denen die Zug- und die Druckstangen gelagert sind, den gleichen Neigungswinkel zur Wasserseite hin einnehmen.

Beispiel 2: Bei dem in 7 gezeigten Rudereiner sind im Unterschied zu den Vorwärtsrudern in 6 die Kurbeln gekrümmt ausgeführt, so dass aus den Druckstangen an den Außenhebeln der Ruder Zugstangen geworden sind. Diese Ausführung des erfindungsgemäßen Vorwärtsruders beinhaltet mehrere Vorteile:

  • 1. Zugstangen sind mechanisch einfacher zu beherrschen als Druckstangen. Druckstangen neigen zum Ausweichen bezüglich der zu drückenden Ruderhebel.
  • 2. Durch die gekrümmten Kurbeln ändern sich die Kraftverhältnisse der Vorwärtsruder, die im dargestellten Ruderboot in 7 durch die Anordnung der Zugstangen so genutzt sind, dass sowohl die Kräfte an den Ruderlagern als auch die Kräfte an den Kurbellagern geringer als bei dem in 6 gezeigten Ruderboot sind.
  • 3. Durch die geringeren Kräfte an den Ruderlagern wird eine höhere Richtungsstabilität gegenüber dem herkömmlichen Rudern erreicht.


Anspruch[de]
Vorwärtsruder bestehend aus zwei zweiteiligen Rudern, bestehend aus je einem Außenhebel (b) mit Ruderblatt und einem Innenhebel (a) mit Griff, die je auf einer Achse am Boot und zur Wasserseite hin schwenkbar gelagert sind (c), wobei jedes zweiteilige Ruder über zwei Streben (e, d), von denen eine Strebe am Innenhebel gelenkig gelagert ist (n) und eine zweite Strebe am Außenhebel gelenkig gelagert ist (n), mit einer vor oder hinter dem Ruderer auf der Längsachse des Bootes (l) gelenkig gelagerten Kurbel (f) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbel (f) auf der Bootslängsachse (l) gelenkig gelagert ist (g) und die Streben (e, d) an verschiedenen Stellen der Kurbel (f) gelenkig gelagert sind. Vorwärtsruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ruderblätter horizontal frei drehbar um die Blattmitte am Außenruder gelagert werden, um den Wirkungsgrad der Ruder und die Richtungsstabilität des Bootes zu erhöhen.






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