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Ruder [2]

[518] Ruder (Schiffsruder) verleiht dem Schiffe Steuer- und Manövrierfähigkeit; es besteht aus einer ebenen Fläche, der Ruderfläche, welche um eine vertikale oder geneigte Achse, die Ruderspindel, gedreht werden kann. Die Wirkung des Ruders beruht auf dem Druck der Wasserfäden auf die gegen die Fahrtrichtung des Schiffes geneigt gestellte Ruderfläche.

Ist AB ein Wasserlinienschnitt, BC die Projektion der Ruderfläche (F) und α der Ruderwinkel (Fig. 1), so ist der normal zur Rüderfläche wirkende Wasserdruck P = k · F v² sin² α kg. Hierin gibt v die Geschwindigkeit des Schiffes in Metern pro Sekunde und k einen Erfahrungskoeffizienten rund gleich 50 an. – Hiernach ergibt sich nach Rankine der Ruderdruck P = 11 · F V² sin² α, worin V die Geschwindigkeit in Knoten darstellt. Nach Weisbach ist P = 34,5 F · V² sin α, (1 – cos α). Joëssel ermittelte nach Versuchen an Bord den Ruderdruck P = 41,35 F · v² sin α : (0,2 + 0,3 sin α). Für größere Geschwindigkeiten geht man auf 20 herunter und ergibt sich für Knoten P = 5,293 sin α/0,2 + 0,3 sin α · F · V². Für die Berechnung des Rudermoments – P · x – ist x der Abstand des Schwerpunkts der Ruderfläche von der Drehachse; nach Versuchen von Joëssel ist die Entfernung des Druckmittelpunktes hinter Vorkantruder δ = (0,2 + 0,3 sin α) l, wenn l die Gesamtbreite des Ruders ist [5], [6], [9]. Die Drehachse des Schiffes kann im allgemeinen als durch den Systemschwerpunkt des Schiffes gehend gedacht werden. Es ergibt sich dann ein Drehmoment

Da x wegen seiner relativen Kürze vernachlässigt wird, ist

und unter Benutzung der Formel von Joëssel

Das Moment variiert daher mit dem Ausdruck sin α cos α/0,2 + 0,3 sin α und erreicht sein Maximum mit α = 36° [9] Nach neueren Versuchen in der deutschen Marine ergibt die Formel von Joëssel gute Werte für längere Ruderlagen. Beim schnellen Legen des Ruders von Hackbord zu Hackbord treten größere Ruderdrucke auf, während dieselben beim Stützen, d.h. wenn das Ruder beim Hartliegen und nach Aufnahme der Drehung durch das Schiff Schnell nach der andern Bordseite gelegt wird, noch größer werden. Dies erklärt sich sowohl durch das Ausscheren des Hecks beim Ruderlegen als auch durch die annähernde Kreisbahn des Schiffes, wodurch die Wasserfäden die Ruderfläche unter einem fall senkrechten Winkel treffen. Es ergibt sich dann ein fast doppelt so großer Ruderdruck wie nach der Formel von Joëssel [13], [15]. – Die Größe der Ruderfläche wählt man nach der Größe des Longitudinalplans der Schiffslänge L mal Tiefgang T – und ist dieselbe für völlige Schiffe ¹/₃₀ bis ¹/₄₀ L · T, für scharfe Schiffe = ¹/₅₀ L · T. Nach Einführung der Dampfsteuerapparate hat man im allgemeinen die Ruderfläche vergrößert, doch darf man hierin nicht zu weit gehen, da hierdurch die Beanspruchung des Ruders in See eine größere wird [1], [4], [6], [9].

Ueber die beste Form der Ruderfläche sind die Ansichten sehr geteilt; im allgemeinen legt man bei flacher gehenden kleineren Schiffen die größere Breite mehr nach oben, bei tiefer gehenden größeren Schiffen mehr nach unten. – Liegt die Ruderfläche ausschließlich hinter der Drehachse, so heißt das Ruder ein gewöhnliches Ruder (Fig. 1a); liegt ein Teil der Ruderfläche vor der Drehachse – man wählt die vordere Fläche bis zu drei Achteln der Gesamtfläche –, so nennt man das Ruder Balanceruder (Fig. 2). Neuerdings[518] beschränkt man sich darauf, nur den unteren Teil der Ruderfläche auszubalancieren, um die Kraft zum Legen des Ruders günstiger zu gestalten; die unterste Fläche des Ruders ist am wirksamsten, da die relative Geschwindigkeit der Stromfäden gegen die Ruderfläche infolge der stärkeren Ablenkung durch die Schiffsform und somit auch der Wasserdruck oben erheblich geringer ist als unten (Fig. 3). Mit Bezug auf den Einbau des Ruders im Schiff unterscheidet man Heckruder, dieselben sind am Hintersteven bezw. am Rudersteven beteiligt, Bugruder, dieselben sind bei Fährdampfern am Vorsteven, bei Torpedobooten dahinter im Bug eingebaut, und Doppelruder; vgl. [1], [6]–[9]:

Für den Einbau des Ruders ist darauf zu achten, daß es möglichst geschützt liegt, einesteils gegen Beschädigungen bei Grundberührungen (es darf nicht über den tiefsten Punkt des Kiels hervorragen), andernteils bei Kriegsschiffen gegen Beschädigung durch feindliche Geschosse (daher Lage unterhalb der Wasserlinie und unterhalb des Panzerdecks). Ferner ist die Lage des Ruders hinter den Schrauben am günstigsten, da das Wasser von den Schraubenflügeln mit größerer Geschwindigkeit als die Schiffsgeschwindigkeit nach hinten geworfen wird. Doppelruder sind von White und Thornycroft eingeführt. White verwendet dieselben für Dampfbeiboote und kleine Torpedoboote (Fig. 4), sie liegen hintereinander; Thornycroft für Torpedofahrzeuge, welche mit flachem Heck gebaut sind (Fig. 5). Die Ruder sind gekrümmt und zur Seite der Schrauben gelagert und bilden zusammen gewissermaßen ein Rohr, durch welches das Wasser von den Schrauben nach hinten geworfen wird. Dieser Wasserstrahl ändert seine Richtung nach Lage der sich gleichzeitig drehenden Ruderflächen und wirkt durch die Reaktion auf Drehung des Schiffes. Im allgemeinen ist das Bugruder bei Torpedofahrzeugen zur Verbesserung der Drehfähigkeit gebräuchlicher. Es ist ein Balanceruder, welches für gewöhnlich in einem Kalten innerhalb des Schiffskörpers gelagert ist und durch eine in der hohlen Ruderspindell gelagerte Schraubenspindel aus demselben herausbewegt werden kann. Das Bugruder wird mit dem Heckruder zugleich bewegt, doch legt sein Blatt sich entgegengesetzt. Es begünstigt die Drehung einesteils dadurch, daß die Fahrt durch Legen des Ruders gehemmt wird und das Boot gewissermaßen um das Bugruder als Drehpunkt sich bewegt, andernteils durch das Drehmoment der Ruderfläche [1], [9]. Die Ruder werden je nach der Bauweise des Schiffes aus Holz, Stahl, Bronze oder Stahlguß gefertigt. – Die hölzernen Ruder der Segelschiffe werden allgemein nach Fig. 1a gebaut. Die Achse des Ruderherzens, auch Ruderstamm oder Ruderpfosten genannt, liegt in der Drehachse des Ruders. Die Ruderfingerlinge bezw. Zapfen mit den Ruderscheren werden ebenso wie die am Hintersteven verbolzten Ruderöfen aus Eisen oder Bronze gefertigt, je nachdem das Schiff eisen- oder kupferfest ist. Die hölzernen Ruder erhalten stets ein Auge zur Befestigung der Sorgleinen, damit das Ruder beim Brechen des Schloßholzes nicht verloren gehen kann; auch kann man mit Hilfe der Sorgleinen das Ruder bedienen, wenn die Pinne oder der Ruderkopf beschädigt sind [3], [7]–[11].

Die stählernen Ruder (Fig. 6) bestehen aus einem geschmiedeten bezw. gegossenen Rahmen, welcher meist mit der Ruderspindell aus einem Stück gefertigt wird und zur Verstrebung der Ruderfläche entsprechende Stege erhält. Der Rahmen wird mit Teakholz gefüllt und auf beiden Seiten beplattet. Neuerdings baut man das Ruder aus einer starken Stahlplatte, welche[519] mit der bis zum Ruderzapfen reichenden Ruderspindell durch angeschmiedete oder auf die Spindel aufgezogene und durch Flachkeile gesicherte Rippen verbunden wird. Die Fingerlinge bestehen bei kleineren Rudern mit dem Rahmen aus einem Stück, bei größeren Rudern werden sie in denselben als Bolzen konisch eingesetzt und durch Keile oder Muttern gehalten. Die gußstählernen Ruder erhalten bisweilen eine stählerne Fingerlingspindel, welche von oben durch die hohle Ruderspindell in die Ruderöfen eingeführt wird [7]–[9], [11], [12]. Die Durchführung der Ruderspindell durch die Außenhaut erfolgt durch einen wasserdicht gebauten Ruderkoker, welcher so geräumig sein muß, daß man das Ruder mit Spindel herausnehmen kann. Der wasserdichte Abschluß des Kokers erfolgt im Innern durch eine Stopfbüchse. Die älteren Balanceruder werden mit Hilfe der Ruderspindell durch einen Rollenkranz getragen, welcher oberhalb der Stopfbüchse angebracht ist (Fig. 2).

Die Drehung des Ruders erfolgt mit Hilfe einer Pinne – Helmstock –, eines Joches oder eines Rades bezw. Sektors, welche auf dem Ruderkopf mittels Flachkeile oder eines Sechskants befestigt sind. – Die gebräuchlichste Steuereinrichtung ist die Pinne in Verbindung mit einem Gleitschuh, an welchem die Rudertaljen befestigt sind (Fig. 2). Das Reep besteht aus Hanf oder Stahldraht und führt über Führungsrollen zu einer Trommel, auf welche es durch Handräder auf- und abgewickelt wird. Dabei muß das Reep so geschoren werden, daß beim Ruderlegen das Schiff nach derjenigen Seite dreht, nach welcher das Rad bewegt wird [14]. – Mit dem Wachsen der Größenverhältnisse der Schiffe und dem Steigern der Geschwindigkeit genügten die Handruder nicht mehr und erfolgt daher das Legen des Ruders unter Einschaltung entsprechender Vorgelege durch den Dampfsteuerapparat. Auf den Schnelldampfern der Handelsmarine wendet man meist ein Rad an mit Kettenübertragung zu den Trommeln des Dampfsteuerapparates (Fig. 7). Bei Kriegsschiffen, bei welchen das Achterschiff meist sehr scharf gehalten ist, ist man genötigt, ein Ruderjoch mit Lenkstangen anzuwenden, welche mittels eines zweiten Jochs auf eine weiter vorausliegende Zwischenwelle wirken, auf der alsdann Pinne oder Sektor befestigt werden kann. In Frankreich und Oesterreich ist die Anwendung einer Gegenpinne, welche auf einer Zwischenwelle aufgekeilt ist, beliebt (Fig. 8). Die Drehung des Ruderjochs erfolgt auf Kriegsschiffen vielfach durch eine Schraubenspindel mit Rechts- und Linksgewinde, auf welcher sich zwei entsprechende Muttern bewegen, an welche die Lenkstangen gekuppelt sind (Fig. 8) [9], [10], [12]–[14].

Zum Feststellen des Ruders sowie zum Bremsen desselben beim Schlagen in See dienen Band- und hydraulische Bremsen. Letztere haben sich in der deutschen Marine gut bewährt [9]. Bei den Steuerapparaten mit selbstsperrender Schraubenspindel sind Bremsen entbehrlich. Die Dampfsteuerapparate werden meist im Hinterschiff im Anschluß an die Steuergetriebe aufgestellt, und alsdann gehen Wellenleitungen zur Betätigung des Wechselschiebers nach den einzelnen Kommandostellen. Ferner werden die letzteren mit dem Ruderraum durch mechanisch oder elektrisch betriebene Ruderanzeiger mit Rückleitung verbunden, welche angeben, um wie viele Grade das Ruder gelegt werden soll oder gelegt ist. Zur Kontrolle der Ruderlage ist neben den Axiometern, welche die Ruderlage nach der Drehung des Handrades angeben, an den Kommandostellen ein Ruderanzeiger aufgestellt, welcher automatisch durch mechanische oder elektrische Uebertragung von der Ruderpinne oder dem Ruderjoch die jedesmalige Ruderlage anzeigt; s.a. Dampfsteuerapparate [13], [14]. – Zur Erprobung der Steuereinrichtung des Schiffes und seiner Drehfähigkeit werden im stillen Wasser Drehversuche gemacht und durch Legen des Ruders bei verschiedenen Geschwindigkeiten Drehkreise durchlaufen.[520] Das Schiff dreht sich zu Anfang um den Systemschwerpunkt des Schiffes, alsbald aber um einen ideellen Punkt, welcher erheblich vor dem Systemschwerpunkt liegt, so daß das Heck einen größeren Weg wie der Bug macht. Der Schwerpunkt des Schiffes beschreibt hierbei eine spiralförmige Kurve, den Evolutionsbogen. Nach Aufnahme der Drehung, etwa bei 90° Wendung, nimmt das Schiff allmählich eine kreisläufige Bewegung an, wobei alle Punkte des Schiffes in konzentrischen Kreisen sich bewegen, und zwar besitzen die Punkte am Heck größere Radien als die am Bug, so daß die Längsachse des Schiffes mit der Tangente an den Drehkreis einen Winkel, den Abtrift- oder Derivationswinkel, bildet (Fig. 9). Neben der Derivation findet beim Kreislaufen infolge der Zentrifugalkraft eine Neigung – Krängung – des Schiffes nach außen statt, während beim Anfang durch den Ruderdruck eine Neigung nach innen nicht seiten ist. Die Zeit zum Legen des Ruders von Mittschiff nach Hackbord – mit Dampfsteuerapparat 10–20 Sekunden –, die Zeit zum Durchlaufen eines Drehkreises – 4–6 Minuten –, der Durchmesser des Evolutions- bezw. Drehkreises – für Dampfruder 3–5fache Schiffslänge, für Handruder 6–8 fache Schiffslänge-, der Ruderwinkel, die Schiffsgeschwindigkeit, die Größe des Abtrift- und Krängungswinkels sowie die Umdrehungen der Schraubenwellen bilden die Hauptdaten, welche bei Kreisläufen festgestellt werden und welche über die Drehfähigkeit eines Schiffes Aufklärung geben [4]–[6], [15].

Das Notruder findet bei Segel- und Einschraubenschiffen bei Zerstörung des Ruders durch die See und bei Grundberührungen Anwendung. Man benutzt hierzu Flöße, welche nachgeschleppt und durch entsprechende Leinen eingestellt werden. Um ohne Docken schnell ein neues Ruder anfertigen zu können, führten die Schiffe früher ein Modell des Ruders, das Rudermall, mit sich [12]. – Die Wirkung der Schraube ist vereinzelt auch zum Steuern der Schiffe benutzt worden. Derartige Steuerschrauben sind entweder im achternen Totholz oder am Ruder gelagert. Ihre Verwendung war jedoch nur eine versuchsweise [11]. – Bei Schraubenschiffen üben die Schrauben, je nach Art der Konstruktion – rechts- oder linksgängige Schraube – und nach der Drehrichtung – vorwärts und rückwärts –, durch den nach hinten geworfenen Wasserstrom einen ablenkenden Einfluß auf das Drehen der Schiffe aus. Die Resultate dieser Wirkungen sind nach Versuchen von Reynolds in bestimmte Regeln zusammengefaßt [1], [6], [12]; vgl. a. Riemen, Ruderboote.

Literatur: [1] White, A manual of Naval Architecture, London 1900. – [2] Lutschaunig, V., Theorie des Schiffes, Triest 1879. – [3] van Hüllen, A., Leitfaden s.d. Unterricht im Schiffbau, Kiel 1888. – [4] Pollard und Dudebout, Théorie du navire, Paris 1894. – [5] Guyou, Théorie du navire, Paris 1894. – [6] Krieger-Johows Hilfsbuch für den Schiffbau, Berlin 1902. – [7] Schlick, Handbuch für den Eisenschiffbau, Leipzig 1890. – [8] Brix, Bau eiserner Kriegs- und Handelsschiffe, Berlin 1876. – [9] Croneau, Construction pratique des navires de guerre, Paris 1894. – [10] Hauser, Cours de construction navale, Paris 1886. – [11] Thearle, Naval architecture, London 1876. – [12] Dick u. Kretschmer, Handbuch der Seemannschaft, Berlin 1902. – [13] Achenbach, A., Die Schiffshilfsmaschinen, Hannover 1908. – [14] Middendorf, Die Steuervorrichtungen der Seeschiffe, Jahrbuch d. Schiffbautechn. Gesellsch., Berlin 1900. – [15] Prätorius, Die fortlaufende indikatorische Untersuchung von Rudermaschinen, Schiffbau 1908.

T. Schwarz.

Fig. 1.

Fig. 1a.

Fig. 2.

Fig. 3., Fig. 4.

Fig. 5.

Fig. 6.

Fig. 7.

Fig. 8., Fig. 9.