Bugstrahlruder

Theorie zur Dimensionierung von Bugstrahlrudern

Ein Bugstrahlruder erzeugt seitwärts gerichtete Schubkraft.

Diese Schubkraft muß auf das Schiff abgestimmt und bezüglich

ausreichend dimensioniert sein.

Die vom Bugstrahlruder zu überwindende Windkraft wird durch den Winddruck und den Windeinfallwinkel sowie die Überwasser-Seitenfläche der Jacht bestimmt.

Seitliche WindangriffsflaecheDrehpunkt und Angriffsfläche
Die seitliche WindangriffsflächeDrehpunkt und Angriffspunkte

Der Winddruck nimmt mit zunehmender Windgeschwindigkeit im Quadrat zu.

Für den Winddruck (WD) gilt: WD = 1/2 ρ * v²

Hierbei ist ρ die Dichte der Luft in kg/m³ und v die Luftgeschwindigkeit, gemessen in m/s.

Tabellarische Übersicht der entstehenden Winddrücke bei alternativen Windgeschwindigkeiten

Windstärke
Beaufort
BeschreibungWindgeschwindigkeit
in m/s
Winddruck
in N/m²
Winddruck
in kgf/m²
4mäßige Brise5,5 bis 7,920 bis 402,0 bis 4,1
5frische Brise8,0 bis 10,741 bis 744,2 bis 7,5
6starker Wind10,8 bis 13,875 bis 1237,7 bis 12,5
7steifer Wind13,9 bis 17,1125 bis 18912,7 bis 19,2
8stürmischer Wind17,2 bis 20,7191 bis 27619,4 bis 28,2

Natürlich übersteigen die Flächendrücke bei Windstärke 8 oder mehr die Schubkraft jedes vernünftig dimensionierten Bugstrahlruders. Trotzdem bleibt auch in solchen Extremsituationen die gesteigerte Manöverierfähigkeit durch das Bugstrahlruder eine wirksame Hilfe.

Der gesamte auf die Jacht wirkende Winddruck wird durch Multiplikation der seitlichen Windangriffsfläche des Schiffes mit den oben ausgewiesenen Winddrücken pro Quadratmeter errechnet. Hierbei muß jeder Skipper selbst die maximale Windstärke für sich und sein Schiff festlegen, bei der im jeweiligen Revier und unter Berücksichtigung der eigenen Fahrgewohnheiten realistisch mit Manövern zu rechnen ist.
Die bloße Anwendung von Maximalannahmen - ohne individuelle Berücksichtigung der tatsächlich wahrscheinlichen Verhältnisse - führt anderenfalls zwangsläufig zu einer Überdimensionierung der Bugstrahlruder-Anlage.

Die üblicherweise gerundete Formgebung des Überwasserschiffes erlaubt i. d. R. die rechnerische Flächenbelastung des Windes um einen Erfahrungsrichtwert von 25 % zu vermindern.

Der Drehpunkt einer Jacht ist von deren Rumpfform abhängig. Läge er bei Schiffen mit senkrechtem Bug und Heck und symetrischer Bauform genau mittschiffs, können bei Jachten mit langen Bug- oder Hecküberhängen, die eine verminderte Angriffsfläche gegenüber dem restlichen Rumpf bieten, Verschiebungen des Drehpunktes nach hinten oder vorn auftreten.

Auch die Form des Unterwasserschiffes und der daraus resultierende Widerstand kann zu einem abweichenden Drehpunkt führen.

Vereinfachend wird nachfolgend unterstellt, daß der Drehpunkt genau mitschiffs liegt. Sollte die Erfahrung im konkreten Anwendungsfall etwas anderes lehren, muß die Distanz zwischen Schiffsende und Drehpunkt entsprechend korrigiert eingesetzt werden. "Schiffsende" ist bei einem über den Bug drehenden Schiff der Bug, bei einem über das Heck drehendem analog der Achtersteven.

Das Drehmoment der Jacht bei Seitenwind ergibt sich aus der Windstärke und der Fläche vom Schiffsende bis zum Drehpunkt der Jacht. Da der Wind üblicherweise auf das Schiff in seiner gesamten Länge trifft, kann man als vereinfachende Faustformel unterstellen, daß das Drehmoment sich aus Windstärke multipliziert mit der halben Schiffslänge ergibt.

Die Schubkraft des Bugstrahlruders muß ausreichen, um das zuvor berechnete Drehmoment bei einer gegebenen Windstärke zu überwinden. Man kann die benötigte Schubkraft berechnen, indem man das zu bewältigende Wind-Drehmoment durch den Abstand zwischen Mitte Bugstrahlruder-Schraube und Drehpunkt der Jacht teilt.

Zur Verdeutlichung nachfolgend ein

Berechnungsbeispiel
entnommen dem
Vetus®-Katalog 1998, Seite 5:

Ein Schiff hat eine Länge von 11 m. Die unter Berücksichtigung des Freibordes und der Aufbauten hieraus resultierende Windangriffsfläche betrage 18 m². Der Eigner wünscht, daß das Schiff bei Windstärke 5 Beaufort noch problemlos mittels Bugstrahlruder gedreht werden kann.

Bei Windstärke 5 ist der Winddruck: WD = 41 bis 74 N/m², durchschnittlich ca. 60 N/m².

Das benötigte Drehmoment (T) beträgt:

T = Winddruck x Oberfläche - Reduktionsfaktor x Abstand Angriffspunkt bis Drehpunkt (unterstellt: ca. halbe Schiffslänge)

T = 60 N/m² x 18 m² - 25/100 x 11 m : 2 = 4455 Nm Drehmoment

Die benötigte Schubkraft (F) beträgt:

F = Drehmoment / Abstand Bugstrahlruder-Mitte bis Drehpunkt des Schiffes (angenommen sei 10,50 m)

F = 4455 Nm / 10,5 m = 420 N (42 kgf)

Das für diese Jacht geeignete Bugstrahlruder sollte mithin eine Schubkraft von mindestens 42 kgf aufweisen, um bei der unterstellten Windstärke 5 den Erwartungen des Skippers zu genügen.

Es wird empfohlen, die benötigte Schubkraft um einen Sicherheitszuschlag zu erhöhen. Bedenken Sie bitte immer, daß, abhängig von der Windangriffsfläche, der Wasserverdrängung und der Form des Unterwasserschiffes, die durch das Bugstrahlruder gelieferte Schubkraft auf jedem Schiff ein unterschiedliches Resultat ergibt.

Bei Fragen sind wir Ihnen gerne behilflich.

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