专利名称：船舵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的船舵。
背景技术：
^^舵系的耕筒由锻钢《咸，从而这种舵系具有很高的重量。
发明内容
本发明的目的在于，为结构^^找到一种锻钢的#^#料。^独替换 结构懒沐上的材^^导致整个系统出现困难，例如由于结构，W^胁筒 刚性上的差别过大而超ityt许的最大轴承间隙。出于这一原因，同才f^^替换 4沐筒的材料，方法是提^-种重量轻的^筒，其尽管重量轻但仍具有很高
的抗弯强JL和^a强度。
该目的依据一种开头所述类型具有权利要求1特征的皿以实现。 本发明的特征因》化于，舵系的M筒由舵叶、^4f构成并iL^f筒由纤
维复合材料制成，并在船厂方面准备的、船结构外面一直达到压头箱底缘的杆
筒管内插入和定向后进行洗铸或者粘接。
纤维复合结构的舵杆筒与船结构的钢结构一体化如同尾管(stern tube)上
那样进行^4t筒插入船厂准备的、在船结构外面的一直达到压头箱M的
杆筒管内、定向并然后'洗铸或者津诚。为船结构杆筒管的^^应找到^^解决
方案(例如^^软材料的楔形环)，以^^i^E斷氐纤维复合材料的杆筒管内的
局部应力集中。
利用4沐筒依据本发明的构成&'J以下优点作为锻钢选##料的主要理 由是大型锻件不易购置和高成本。在与有效的制造方法结合下使用纤维复合材 料带来成本优势。^f^J纤维复合材料的^同样需要替^t筒的材料。采用 纤维复合材料与锻钢结构件相比的优点是明显减轻重量。借助津 法#^杆筒 ^^船结构上准备的船结构内带来工艺优势，如可以更好定向、取消)tf^和焊 接舰。
^fe^有优点的构^A各^r权利要求的i^。
除了耕筒由纤维复合材料构成外，按照本发明的另一实施方式，舵系统 的^f也由纤维复合材^^成。
纤维复合材料为碳素纤维复合材料或者由含有环氧树脂基的碳素纤维^^ 或者为含有fJ旨树脂基的玻璃纤维复合材料。
>^照另一种构成，舵4f^/或者4沐筒按照纤^绕法(Filamentwinding)制造。
^^纤维复合材料的耕筒和/或者^f在一种^Ji特别具有优点， 筒作为悬臂梁具有用于叙内舵叶的舵杆的中心内部长孔并构成为 一直伸入到与
Mf端连接的舵叶内，其中，用于支承M的轴承io:在M筒的内部长孔内，
4沐利用其自由端伸A^叶的间隙、條处或者这类部位内，其中，贿在其
端区内以一个w^t筒引出并利用该段的末端与舵叶连接，其中，^沐与舵 叶的连接处于螺^m轴中心的上方以及其中用于在航杆筒内支承船片的内侧轴 承iu在船扦筒的端区内。
纤维复合材料船阡筒的高度稳定性和抗弯强度可以^^沐的轴承i^在舵
杆筒的端区内，而且即^^沐具有较大长度的情况下。只有M的这种支承
iM才可以^f吏作用于航的舵叶的压力得到吸收。
jtUt, ^t具有由^r属材料、特别是熟铁制成的端,一个与端賴逸接的 由非金属材彬'J成的杆中段。
按照另一种实施方式，4沐由4^^属材^i且成的杆中段由碳素纤维复合材 料或者由碳素纤维，M由石墨纤维《咸。
着面的结构部，所述结构部以绕组的形式环绕端段上的栓柱形段，其中，碳素 纤#沿着杆中段的^4伸的整个^^且区域内iM!洗##脂外^&和洗铸。
M这种构成带来的优点是，可以为水Jiit输工具的舵制造大长度、大直 径和高重量的舵杆，而整W沐无需为此均由熟铁制成，因为4沐的端段由熟 铁制成，而耕处于端段之间的中段由非金属材琳'J成，而且特别是由碳素纤 维复合材料或者由碳素纤维、M由石墨纤维以^i船ff的杆中段方式形成， 其中，碳素纤维复合材料或碳素纤维的绕组一JJ^伸到贿端段的相对的末端 内并与其固定连接。按照这种方iU^^^种樹，其端段由熟4A^并因此可
以承受最高负荷。》W卜，船—的由熟4衫JA的端段将支承船ft的轴^^在舵 軒筒轴承内。
如果整^t例如由碳素纤维复合材辨iJ成并按照纤^lMt^法制造的话， 可以取消熟铁的端段。在这种构成中，抗弯强度和^强度均不受影响。
附图^^'J示出本发明的i^。其中
图i示出船尾区域内的舵设J^^HSM在贿筒内的M的俏诉见图2示出具有她筒、^f^舵叶的舵系的部純图转^^直剖面图； 图3示出图2的放大部分A，具有一直伸A^头箱^^并插W卜杆筒管内 以及洗铸或者丰^的4^t筒；
图4示出具有单端面支^^t筒管内并固定在舵叶上的M的舵系的部分
^L图^I^^垂直剖面图5示出具有熟铁端面端和非金属材料杆中段的挑图；以及
图6示出具有熟铁的端部部#一个与端,鄉^^接的^ ^素纤维的杆
中段的*图。 ^R^实施方式
在图1和4所示 它系的实施方式中，10表示船体，20表示舵杆筒及其 两个末端20a、 20b， 30表示舵叶和40表示舵杆。
作为悬臂梁构成的管状舵杆筒20利用其上端20a与船体10固定连接并具 有一个^MM 40的内部孔25。 4沐筒20穿A^叶30内，该舵叶与4沐40 穿ii^杆筒轴承20的内部孔25的自由下端20b固定连接。用于容纳舵杆筒20 的自由端20b的、在舵叶30内构成的、最好圓柱体的》)姊处35通过侧面覆板 36、 37限定(图4)。
^筒20具有一个用于叙内用于舵叶30的* 40的中心内部长孔25并 构成为一直伸A5，j与M端连接的舵叶30内，其中，为支承M40，至少一 个轴承7(HU在耕筒20的内部长孔25内，耕利用其自由端40a伸A^叶 30的间隙、》1姊处或者这类"^立内，其中，贿40在其端区40a内以一个段 40b^^杆筒20引出并利用该段40b的末端与舵叶30连接，其中，舵杆40与 舵叶30的连接最好处于螺^t^轴中心PM的上方。用于支承4沐40的内侧轴 承7(H^在倫筒20内在4沐筒20的端区内(图4)。
为支承舵杆40，航杆筒20具有至少一个轴承。在图4所示的实施例中具 有两个轴承70、 71，即一个内侧轴承70和一个外侧轴承71，其中，轴承70构 ^^舵杆筒轴承20的内壁面上并且另一轴承71构威^fc舵杆筒的外壁面上或者 构成在iU在舵叶30上的轴承的内壁面上。
支^fc^筒20内的:^f40由熟4^JL^A者^^il样构成，使其两个端 段41、 42由熟4衫M,其中，杆中段45由^^属材辨'J成，特别是由碳素纤 维复合材料或者由>^素纤维，M由含或者不含环lt^脂基的石墨纤维^^(图 5)。熟铁是指碳"^J:低于0.8%的铁。具有优点的是，舵杆40按照公知的纤维 It^法(Filament Winding System)制造。
为固定舵杆40的舵杆中间段45可以采用不同的结构形式。如图5的实施 方式所示，两个端段41、 42 tobf目对的端面具有^i形段51、 52，其^i^具 有外壁结构部51a、 51b，以保证附着力和固定碳素纤维的杆中段45。碳素纤维
柱51、 52上，其中，^iait过两个栓柱51、 52的圓周絲过杆中段45的整个 ^4伸。为提高强度，碳素纤维利用洗##脂外^或洗铸。
特别具有优点的是，4沐20的构成#&匕而言可以在最低重量的情况下作 为M非常大的M制造。长度例如为10m的賴干，其重量与完全由熟铁制成 的4自目比减少50%以上。
依悟另一种实施方式，诏！在舵杆筒20内的舵杆40在"^j:在航杆筒20 内的轴承70、 71的区域内具有材料加固部80，其中，^1材料加固部80处于 舵杆筒端20b的区域内。这种材料加固部80在舵杆40上，优i^ji舵杆40的端 段42 Ji^^EiU在^f筒20上的内侧轴承70的区域内(图4 )。
在图2和3所示的实施方式中，^筒20由纤维复合材料100组成并插 入船厂方面准备的、船结构外面的、 一直达到压头箱ll的底緣lla并^A^叶 30内的由钢或者^it用材辦i]成的船结构上的杆筒管90内，其中，在糊S 杆筒20在船结构的杆筒管90内定向后，在两个结构件20、卯之间形成的间隙 利用洗4W脂95洗铸或者两个结构件20、 90相互粘接。
通ii^杆筒20与杆筒管卯采用^fe^或者^^J洗4##脂连接，两个结构件 之间产生一种固定结合，从而可以为管状舵杆筒和杆筒管使用薄壁材料，这样 也减轻了重量，从而在大型舵设备的情况下具有特别重要的意义。
复合纤维纤结构的^沐筒20与船结构的钢结构，也才&与舵叶30—体化 类似于船的尾管Ji^样进行。^MW筒20插入船厂准备的、船结构外面的、一 直iiJiJ压头箱11 M lla的由钢或者^it用材辨，J成的杆筒管90内。将该 船结构的杆筒管90装A^叶30内并固定。然后将纤维复合材料的M筒20在 船结构的杆筒管90内定向。船结构的杆筒管卯与舵杆筒20之间的间隙然后例 如利用洗##脂95洗铸或者将两个结构件相互粘接，从而在船结构的杆筒管 卯与舵杆筒20之间产生一种固定连接(图3 )。在这样构成的系统内然后4W 杆40插A^f筒20内并支^^舵叶30上以;ML端侧与舵叶固定。船结构杆筒 管90的絲的^^解决方案可以是例如^^软材料的楔形环，以〗^ilEI^f氐 4沐筒20内的局部应力集中。
或者由环氧树脂k的碳;纤维组成或者为含有聚酯树脂基的玻璃纤维复合材 料。
无论^JS杆40还是舵杆筒20均按照纤维缠绕法(Filament Winding System)制造。
纤维复合材料与锻4財目比具有明显优势，因为含有环lt^脂基的碳素纤维 复合材料与含有聚S旨树脂基的玻璃纤维材料相比在刚性、耐抗l生和强度方面具
有更佳的材^性，條果是材料成本也更高。当然，M筒的材^H^择只能
结^&片的设计进行，以确定两个结构^^f筒和船片的结构强度。
作为一种锻4P^^^料，如纤维复合材料的主要理由是大型锻件不易购置
和高成本。在与有效的制妙法结合下^ 1纤维复合材料带来成本优势。 ^mi纤维复合材料与锻钢结构件相比的优点是明显减轻重量。 借助举诚法，杆筒20装入船结构上准备的船结构内带来工艺上的优势，
如可以^定向、取消,和,变形。
如果为4沐筒20使用具有熟铁特性的纤维复合材料，那么这样构成的舵
杆筒20也可以在无钢制杆筒管90的中间连接的情况下使用。
jH^卜，本发明包括一种用于制ii^内航杆40的、"^i在翻s的^:叶30内
的M筒20的方法，其中，舵叶30内^并固定一个由钢或者^it当材料
制成的船结构夕h^的杆筒管90，然后在船结构的杆筒管90内^A纤维复合材
料100的舵杆筒20并在杆筒管90内定向，然后，杆筒20与杆筒管90之间
的间隙利用洗##脂95填^者将两个结构件20、 90相互粘接。船结构的杆 筒管90在此方面^ft^一直iif'j舵叶30的压头箱11的M lla。
附图才射己清单
10 齡
11 压头箱 lla 緣
20 ^沐筒
20a 上锏沐筒轴絲
20b 下^^f筒轴^
25 内部长孔
30 舵叶
31 雌处
35 圆柱体收缩处
36 侧面^il
37 侧面覆板
51 栓柱
40 40a 40b
41
42 45
端 」
卩t: 」段
軒軒端区段中
始称^端端軒51a 表面结构部
52 栓柱
52a 表面结构部
60 碳素纤维^^且
70 内侧轴承
71 外侧轴承
80 材料加固部
90 杆筒管
95 洗舰脂
100纤维复^^材料
PM 敏嫂轴中心。
权利要求
1. 船舵，包括舵叶(30)及保持和支承在舵杆筒(20)内的舵杆(40)，其特征在于，舵杆筒(20)由纤维复合材料(100)制成并插入船厂方面准备的、在船结构外面的、一直达到压头箱(11)的底缘(11a)并装入舵叶(30)内的、由钢或者其他适用材料制成的船结构上的杆筒管(90)内，其中，在将舵杆筒(20)在船结构的杆筒管(90)内定向后，两个结构件(20、90)之间形成的间隙利用浇铸树脂(95)浇铸或者两个结构件(20、90)相互粘接。
2. 按权利要求1所述的舵，其特征在于，舵杆(40)由纤维复合材料 (100)制成。
3. 按4Wj要求1或2之一所述的舵，^#棘于，纤维复合材料(100)为碳素纤维复合材料或者由含有环氧树脂基的碳素纤维^a^。
4. 按^U'J要求1或2之一所述的舵，*#棘于，纤维复合材料为含 有聚酯树脂基的玻璃纤维复合材料。
5. 按前i^又利要求l - 4之一所述的舵，^#絲于，4沐(40)和/ 或者^ff筒(20)按照纤维缠绕法制造。
6. 按权利要求1所述的舵，^#棘于，樹(40)具有由金属材料、 特别是熟铁制成的端段(41、 42)和与端段(41、 42)连接的由非金属材琳寸 成的杆中段(45 )。
7.按权利要求6所述的舵，其特征在于，舵杆(40)的由非^T属材料 制成的杆中段(45)由碳素纤维复合材料或者由碳素纤维、优选由石墨纤维制成o
8. 按前ii^L^要求6和7之一所述的舵，絲征在于，4沐(40)的 由熟铁制成的两个端段(41、 42)在它们相对的端面上具有轴颈式收缩的# 形段(51、 52)，所述栓柱形段的环形表面设有作为用于由碳素纤维制成的杆中 段(45)的附着面的结构部(51a、 52a),所^构部以绕组(60)的形式环绕 端段(41、 42)上的#形段(51、 52)，其中，碳素纤维在沿杆中段(45)的 ^j4伸的整个^^且区域内^mi淺^t脂外^和洗铸。
9. 按前ii^5U'j要求6-8之一所述的舵，^#絲于，耕(40)的各 端段(41、 42)和杆中段(45)的狄比为、2/3: V6。
10. 按前述权利要求 9之一所述的舵,其特征在于，贿(40)在设 置在紛筒轴承(20)内的轴承(70、 71)的区域内具有材料加固部。
11. 按^权利要求10所述的舵, 其特征在于，船片筒轴承端(20b)的区 域内具有材料加固部(80)。
12. 按权利要求10或11所述的舵，其特征在于，材料加固部(80)构 i^LiO:在:^f筒轴承(20)上的内侧轴承(70)的区域内。
13. 按前述权利要求1 — 12之一所述的舵，^#棘于，缺筒(20) 作为悬臂梁具有用于容纳用于航叶(30)的4沐(40)的中心内部长孔(25) 并构成为一直伸AJiJ与^沐连接的舵叶(30)内，其中，为支承M(40)，至 少一个轴承(70) iM在4沐筒(20)的内部长孔(25)内，耕以其自由端(40a)伸A^叶(30)的间隙、赠处或者这类^M立(31)内，其中，4沐(40) 在其端区(40a)内以一个段(40b) ^^f筒(20)引出并利用该段(40b)的 末端与舵叶(30)连接，其中，舵杆(40)与舵叶(30)的连接最好处于螺旋 桨轴中心(PM)的上方，以A^于在M筒(20)内支承M (40)的内侧轴 承(70HM在M筒(20)的端区内。
14. 用于制造容纳舵杆(40)的、在翻它的舵叶(30)内iO:的M筒 (20)的方法，其特#于，在舵叶(30)内^并固定由钢或者适当材辨'J成的船结构夕h^的杆筒管(卯)，然后在船结构的杆筒管(90)内^由纤 维复合材料(100)制成的4沐筒(20)内并^f筒管90内定向，然后糊沐 筒(20)与杆筒管(90)之间的间隙利用洗4W脂(95)填M者将两个结构 件(20、 90)相互津诚。
15. 按权利要求14所述的方法，其特征在于，将船结构的杆筒管(90) 一直插7v^舵叶(30)压头箱(11)的M (lla )。
全文摘要
在包括舵叶(30)及保持和支承在舵杆筒(20)内的舵杆(40)的船舵中，舵杆筒(20)由纤维复合材料(100)组成的并插入船厂方面准备的、在船结构外面的、一直达到压头箱(11)的底缘(11a)并插入舵叶(30)内的、由钢或者其他适用材料制成的船结构上的杆筒管(90)内，其中，在将舵杆筒(20)在船结构的杆筒管(90)内定向后，两个结构件(20、90)之间形成的间隙利用浇铸树脂(95)浇铸或者两个结构件(20、90)相互粘接。
文档编号B63H25/06GK101380996SQ200810095179
公开日2009年3月11日 申请日期2008年1月8日 优先权日2007年9月5日
发明者亨宁·库尔曼, 马蒂亚斯·克卢格 申请人:贝克船舶系统有限及两合公司