(57)【要約】      （修正有）【課題】水上の乗物用の舵用のラダーストックの特性を改善し、特に重量を軽減したラダーストックを提供する。【解決手段】水上乗物用の舵１００のラダーストック４０において、舵１００内に挿入されて該舵に装着されるべきラダーストック４０の少なくとも下端部４２は、非金属材料、特にファイバ複合材料を含んで構成される。また、ラダーストック４０は主にファイバ複合材料製のチューブ４６からなり、適用可能であればラダーストック４０の上端部は船の金属材料製の操舵装置１１と結合されるようになっている。【選択図】図１
2010241420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水上乗物用の舵１００のラダーストック４０であって、舵１００内に挿入されて該舵に装着されるべきラダーストック４０の少なくとも下端部４２は、非金属材料、特にファイバ複合材料を含んで構成されていることを特徴とするラダーストック。
【請求項２】
ラダーストック４０は主にファイバ複合材料製のチューブ４６からなり、適用可能であればラダーストック４０の上端部４１は船の金属材料製の操舵装置１１と結合されるようになっていることを特徴とする請求項１に記載のラダーストック。
【請求項３】
ラダーストック４０の下端部４２には、金属製の支持体７０がラダーストック４０の外力に対抗するために備えられ、該支持体７０は好ましくはラダーストック４０の内側に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のラダーストック。
【請求項４】
ラダーストック４０は、少なくとも下端部は非金属材料製のチューブ、特にファイバ複合材料からなり、支持体７０がチューブの中に設けられチューブに永久的に結合されていることを特徴とする請求項３に記載のラダーストック。
【請求項５】
支持体７０は、特にラダーストック４０を舵板３０に固定するため、ラダーストック４０の下端部４２から突出している力伝達/装着要素を含んでいることを特徴とする請求項３又は４に記載のラダーストック。
【請求項６】
支持体７０の表面の少なくとも一部は、嵌め込み結合及び/又は凹凸嵌合に適するように設計されていることを特徴とする請求項３乃至５の何れかに記載のラダーストック。
【請求項７】
支持体７０は弾性的、特に曲折可能に設計されていることを特徴とする請求項３乃至６の何れかに記載のラダーストック。
【請求項８】
支持体７０は中空体として設計されていることを特徴とする請求項３乃至７の何れかに記載のラダーストック。
【請求項９】
支持体７０は二部品で構成されるように設計されていて、好ましくは該支持体部品７１，７２の少なくとも一方、特に好ましくは両方は、特に組立により、中空スペース７３を形成することにより他方の支持体部品と連結可能の、支持体部品７１，７２から突き出した円周特にリング-形状のウエブ７１２，７２２を有していることを特徴とする請求項８に記載のラダーストック。
【請求項１０】
ラダーストック４０は、少なくとも下端部４２に、ラダーストック４０を包んでいる特に金属製の保護ライナー４７を含んでいることを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載のラダーストック。
【請求項１１】
舵板３０とラダーストック４０からなり、ラダーストック４０はその一部が舵板３０に挿入され、そしてラダーストック４０の下端部４２の少なくとも一部が、舵板３０内に設けられたベアリング２１により装架されている水上の乗物用舵において、少なくともラダーストック４０の少なくとも下端部４２は、非金属材料、特にファイバ複合材料を含んで構成されていることを特徴とする舵。
【請求項１２】
ラダーストック４０の下端部４２内には、外力の影響に対してラダーストック４０を支持するため特に金属製の支持体７０が設けられており、該支持体７０は舵板３０内のラダーストック４０の設置箇所内及び/又はラダーストック４０への舵板連結部３０１内に設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の舵。
【請求項１３】
前記下端部４２にはラダーストック４０を包む特に金属製の保護ライナー４７が設けられており、該保護ライナー４７は舵板３０内のラダーストック４０の設置領域内及び/又はラダーストック４０への舵板連結部３０１内に設けられていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の舵。
【請求項１４】
舵１００が請求項１１乃至１０の何れかに記載のラダーストック４０を含んでいることを特徴とする請求項１１乃至１３の何れかに記載の舵。
【請求項１５】
水上乗物用の舵１００内に挿入されて該舵１００に装着されるべきラダーストックの下端部において、ラダーストック４０が外力に抗して下端部４２を支持するために、特に金属製であり、周囲には非金属材料、特にファイバ複合材料が配設されていることを特徴とする、ラダーストックの下端部。
【請求項１６】
支持体７０が請求項５乃至９の何れかに記載したように構成されていることを特徴とする請求項１５に記載のラダーストックの下端部。
【請求項１７】
水上乗物用の舵１００内に挿入されて該舵に装着されるべきラダーストック４０の下端部４２を製造する方法において、特に金属製の支持体７０がラダーストック４０の外力に対抗するために備えられ、そして支持体７０の周囲の少なくとも一部にファイバ材料が巻かれていることを特徴とするラダーストックの下端部の製造方法。
【請求項１８】
請求項１５又は１６に記載の下端部４２は、方法によって製造されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
次のステップを含む、水上乗物用の舵１００のラダーストック４０の製造方法：
ａ．）特に金属製の支持体７０を準備するステップ、
ｂ．）巻線用心棒８０を準備するステップ、
ｃ．）支持体７０の隣に巻線用心棒８０を配置するステップ、
ｄ．）支持体７０の周囲と巻線用心棒８０の周囲にファイバ材料を巻きつけることによってファイバ複合チューブ４６を創出するステップ、
ｅ．）もし適用可能であれば、巻線用心棒８０を取り外すステップ、そして
ｆ．）もし適用可能であれば、上端領域４１の締め付け、特に金属材料で作られている場合、及び操舵装置１１へのファイバ複合チューブ４６の端部の結合は、支持体７０から面が離れるようにするステップ。
【請求項２０】
支持体７０は二つの部品として設計されて第一の支持体部品７１はステップａ．），ｃ．）及びｄ．）が用いられ、第二の支持体部品７２はステップｅ．）実行後にファイバ複合チューブ４６の中にファイバ複合チューブ４６の第一の支持体部品７１から遠い面から挿入され、ファイバ複合チューブ４６内を第一の支持体部品７１まで移動され、そして第一支持体部品７１及び/又はファイバ複合チューブ４６と結合されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
請求項１乃至１０の何れかに記載のラダーストックを製造することを特徴とする請求項１９又は２０に記載の方法。
【請求項２２】
水上の乗物用の舵用のラダーストックであり、次のようにして得られる。
ａ．）特に金属製の支持体７０の準備、
ｂ．）巻線用心棒８０の準備、
ｃ．）支持体７０の隣に巻線用心棒８０を配置、
ｄ．）支持体７０の周囲と巻線用心棒８０の周囲にファイバを巻くことによるファイバ
複合チューブ４６の創出、
ｅ．）適用可能ならば、巻線用心棒８０の除去、そして
ｆ．）適用可能ならば、特に金属材料製で且つ支持体７０から離れて対向しているファイバ複合チューブ４６の端部で操舵装置１１に結合されるべき上端領域４１の締め付け、
によって得られ得る、水上の乗物用の舵用ラダーストック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水上の乗物用の舵のラダーストックに関する。
【背景技術】
【０００２】
水上の乗物、特に船に備えられた操舵装置の制御動作は、一般的にはラダーストックを経て舵に伝達される。水上の乗物用の舵のラダーストックは圧倒的に金属製であり、特に鍛鋼製である。特にコンテナ船や、タンカーや、客船のような商船の場合、ラダーストックは長大で、部分的には１０ｍ以上の長さ、が求められる。前述のこのようなタイプのラダーストックにおいては、世界的に対応する能力がある鍛冶屋は比較的少数しかおらず調達は困難な結果となる。加えて、このようなラダーストックはまたしばしば直径が大きく従って重量が重く、極端な場合１００トンの制限を超える。これは、段階的に特別な熟練を要求し、そしてラダーストックを船体に設置吊り下げまた舵板をラダーストックに取り付けて支持するのに強固な構造を要求する。
【０００３】
ラダーストックは一般的には円形の断面を有しており、そして曲げとねじりの点から両方の応力を受け、通常ねじり荷重よりも何倍も多く発生する曲げ荷重が吸収させられている。このような訳で、曲げ堅さや強度に関してそれ相当に構成されなければならず、そして高品質な鍛鋼が商船では圧倒的に使用されている。ラダーストックはこれによって他の技術分野で用いられる軸、例えば自動車の構造のものと異なり、たびたびもっぱら曲げ応力を受けまた少なくとも初めにはねじりの点からも応力を受ける。さらに、ラダーストックは他の軸と寸法が異なっている。したがって、本発明の水上の乗物用の舵のラダーストックが特に適するのは、通常では少なくとも長さ３ｍで少なくとも重量が３．５トンである。
【０００４】
さらに、極度に大きい力が舵に作用すると、特に高速船で強力プロペラの場合、その力は少なくとも一部はラダーストックへ伝達される。したがって、十分な強度と曲げ堅さを有する必要がある。使用されている舵のタイプにより、これらの要求はさらに増える。よって、例えばスペード型舵のように、ラダーホーンや追加のピボットジャーナル軸受けをソールピースに有さないものの場合、ラダーストックへの力が増加されることに関して大きな要求がある。
【０００５】
重量を軽減するためであって、特に大きな舵のための大きなラダーストックで、そしてそれでも十分な曲げ強さやねじり剛性を保持しているものとして、特許文献１に開示された出願人が構成したラダーストックがあり、これはラダーストックの上端部と下端部は金属製、特に鍛鋼であり、そして両端部を結ぶ中間部は非金属材料製、特にファイバ複合材である。中間部分を非金属材料で製造するように構成することで、ラダーストックの重量軽減が効果的に達成される。さらに、ラダーストックは下端部と上端部のみが鍛鋼により製造される必要がある。端部の製品としては、通常長いラダーストック全体を鍛鋼で製造する場合の製品よりもっと大きい鍛造能力のものが得られる。
【０００６】
ラダーストックの上端部は一般的には乗物の水上部分の内側に設置され、そして操舵装置の制御動作が舵に伝達されるように操舵装置と機械的に接続される。反対に、ラダーストックの下端部は舵の中に設置されるよう挿入されている。ラダーホーンを有するセミスペード型舵の場合、設置はラダーホーンの外で行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ドイツ実用新案登録第２０２００５０１３５８３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は水上の乗物用の舵のラダーストックに関するものであり、従来技術として知られているラダーストックの特性を改善し、特に重量を軽減することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の基本的な目的は、水上の乗物用の舵のラダーストックについて請求項１の特徴により解決される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の複数の好ましい実施例は複数の図面に示される。図面は模式的に示したものであり：
【図１】船体後部に備えられている舵でありラダートランク内に設けられたラダーストックを含む図であり、
【図２】ラダーストックの図であり、
【図３】ラダーストックの下端部と支持体の断面図であり、そして
【図４】第一支持体部材と巻線用心棒の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の場合、ラダーストックの下端部は非金属材料製、特にファイバ複合材料製であり、または下端部は別々にそれらで作られている。ラダーストックの下端部はラダーストックの端部を含み、それは舵板内に備えられた状態で設置されるように舵内部に挿入される。（ラダーホーンを有するセミスペード型舵の場合は、ラダーストックはまたラダーホーン自体内に設置可能である。このような関係では、ラダーホーンは舵の一部と考えられ、それでラダーホーン内に設置する場合一般的には舵内部に設置したものと考えられる。）これによってラダーストックの下端部に非金属材料を使用することによりラダーストック全体として重量を軽減でき効果的である。さらに、これによってまたラダーストック下方の端部が鍛鋼で作られているものに対してラダーストックの直径を小さくできる。
【００１２】
ファイバ複合材料、特にカーボンファイバ複合材料が、非金属材料として用いられる。ファイバ複合プラスチックまたはその他のファイバ複合材料がまた使用可能である。黒鉛ファイバが特にカーボンファイバとして使用可能である。非金属材料、そして特にファイバ複合材料を用いることの効果は、下方の重量そしてこの場合ファイバ複合材料が非常に堅く高強度であることに存する。また、ラダーストックの下端部の非金属材料の使用は、ラダーストックは舵の内部またはラダーホーン内に別々に設置され、そしてラダーストック部分は大きな荷重、特に曲げ荷重で衝撃を受けるので、特に高速船が強力プロペラである場合に適する。
【００１３】
本発明の好ましい実施例としては、ラダーストックの下端部と上端部の間で両端部を連結しているラダーストックの下端部と中央部の両方を非金属材料とし、特にファイバ複合材料とする。ラダーストックの上端部もまた非金属材料にでき、それでラダーストック全体を非金属材料としまたは別々に非金属材料で作られてもよい。ラダーストックの他の材料の間を殆どファイバ複合材料で構成することの大きな効果は、従来の全体が金属製のラダーストック、特に鍛鋼製より重量をかなり軽減出来ることである。こうして、本発明によりラダーストックをファイバ複合材料で製造するとラダーストックを鍛鋼製としたものと比べ重量を半分から四分の一にできる。
【００１４】
これに関係して、ラダーストックは主にファイバ複合材料製のチューブが特に好ましい。しかし、もしもできるなら、ラダーストック上端部の乗物の水上部分にある操舵装置と接続される箇所は、また金属材料で作ることが出来る。鍛鋼製の上端部はファイバ複合チューブと永久に結合される。ラダーストックの上端部を金属材料で構成することは、ラダーストックの船内の操舵装置との結合部での適合を確実にするために効果的である。ラダーストック上端部と操舵装置の結合は例えばボルト締めやその他の適切な従来技術として知られている結合手段による。
【００１５】
本発明に関連して、用語「チューブ」はいかなる長さの中空体も意味する。技術的な製造上の理由により、本発明のファイバ複合チューブは全長にわたって一定の直径で円筒状に構成されていることが好ましい。さらに、一またはそれ以上の構成体、例えば巻線用心棒やまたはそのようなものがラダーストックの中に残り、一般的にはファイバ複合体の中空体の内部に配置される。そのようなラダーストックを製造するために、特に従来技術として知られている巻線方法がファイバ複合材料のために使用可能であり、ファイバが円筒状の巻線用心棒や又はそのようなものの周囲に巻かれる。しかし、一般的には、ラダーストックの上端部に生じる力はより弱く、したがってより小さい直径で十分なので、チューブは上端部に向かって徐々に細くなる円筒形やそれぞれに円錐形として構成することが可能である。もしもラダーストックの上端部が金属で作られている場合は、ファイバ複合材や別々のカーボンファイバ強化チューブと金属製上端部の結合は、特に上端部のファイバ複合チューブに面する側にファイバ複合チューブのファイバが巻き付けられるようにピン状の突起を備えていれば達成される。或いは又は加えて、樹脂などの適切な接着剤により接着を行うことが出来る。例えば、金属材料で作られた上端部とファイバ複合チューブとの間の結合は、特許文献１に開示されているストック上端とラダーストック中央部の結合と同様に構成可能である。特許文献１に開示されている事項を、本発明の対象として個々に明確に引用する。
【００１６】
本実施例において、下端部がファイバ複合材料であるラダーストックも、比較的簡単な方法で製造できる。さらに、ラダーストックの中央部もまたファイバ複合材料で作られると、その結果ラダーストックがラダーストックの下端部と中央部の間で変わり目がなく効果的である。これは従来技術として知られている、中央部はファイバ複合材料で作られておりそして二つの端部は金属で作られていて、それによってラダーストックの潜在的に弱い部位は下端部と中央部の間を結合している箇所となるラダーストックとは対照的である。さらに、この結合部は一般的に特に大きな曲げ荷重が作用し、そのためラダーストックに潜在的に損傷が起こりうる。ラダーストックの上端部と中央部の間の結合部においては、曲げ荷重は対照的に比較的より弱く、そのためここでは損傷はないと思われる。さらに、ラダーストックを連続的に構成して、ラダーストックの下端部と中央部を下端部への接続が変わり目がないようにすると、より小さい断面のラダーストックを選択でき、舵全体の重量軽減と寸法にとって効果的である。
【００１７】
技術的な製造理由のために、ラダーストックはファイバ複合チューブとして構成され、そして中空スペースを有している。しかし、がっちりした構成の非金属材料製のラダーストックもまた一般的に考えられる。
【００１８】
常に十分な強度を確保するため、特に曲げ強度を、またラダーストックが非常に大きな直径で従って非常に大きな荷重がかかる舵の場合、支持体がラダーストックの下端部に設けられていることがさらに本発明の好ましい実施例として提案される。この支持体は外力による作用、特に曲げ荷重に対しラダーストックを支持するように構成されている。支持体は好ましくは金属、例えば鋼鉄又はステンレス鋼で作られている。鋼鉄製の支持体はその材料の特性や強度に基いた利点があり得る。そのような支持体は例えば分割して製造でき、旋盤その他の手段により、そしてしたがって下端部の上に設けるかまたは別々にそれに挿入する。しかし、一般的にはまた支持体を非金属材料として構成を簡単にすることも可能であり、例えばファイバ複合材料などである。ラダーストックを中空状態か又はラダーストックの下端部を別けて中空状態に構成する場合、支持体をラダーストックの内部に設けることは特に有利である。これに関して、本実施例はラダーストックがファイバ複合チューブで構成されると有利に提供され得る。下端部に支持体を設けると一般的にはラダーストックでそこに最も大きな荷重がかかるので有利である。
【００１９】
支持体は一般的にはラダーストックの下端部に作用する外力に対して長期にわたり支持効果が発揮されれば、どのような適当な形状や寸法に別けても設計できる。もしも支持体がラダーストックの中空内にあるようにラダーストック内部に設けられると、ラダーストックとそしてしたがってラダーストックから支持体に少なくとも一部伝達される衝撃を、完全に又は少なくとも部分的に止めるのに有利な構成である。支持体とチューブを永久的に結合することはこれにおいて特に有利である。一方では、ラダーストックと支持体の間の接続とし従って支持効果はこれによって改善され、他方、支持体が常に支持効果を最大に発揮できる位置に存することが確実となる。支持体の材料の選択や、寸法や配置によって、支持体とラダーストックの間の結合は適切な方法により異なって行われ得る。例えば、焼バメ、係合組立構成や接着がここに挙げられる。
【００２０】
さらに、特に支持体がラダーストックの下端部の内部に設けられる場合、もしもラダーストック上に力伝達/装着要素があると舵板を据え付けるのに際し据え付けの力をカーボンファイバ強化ボディ内に伝えるために有利である。この力伝達/装着要素は好ましくはラダーストックからラダーストックの長さ方向に突き出している。力伝達/装着要素は特にラダーストックと舵板の締め付けを確実にするために設けられる。特に好ましい実施例としては、力伝達/装着要素は舵板へ取り付けるためのナット、特に油圧ナット等のためのネジ山を有している。
【００２１】
本発明の他の好ましい実施例としては、支持体は少なくとも一部がラダーストックの下端部に支えられ、少なくとも支持部の一部の表面はそのような構造及び/又はプロフィールに構成されていることが有利である。特に本実施例は支持体が内部に設けられ、周囲がカーボンファイバで強化され又は別々にファイバ複合チューブで形成したラダーストックに巻かれているのが有利である。支持体とチューブの間の相互連結は、嵌め込み結合方式又は凹凸嵌合方式をそれぞれ採用することで改善される。
【００２２】
支持体は弾性、特に曲げ弾性特性を有するように構成されていることが有利である。本明細書中の用語「弾性」は、支持体が力の影響を受けて退くように設計されている、言い替えれば、力の影響を受けた場合たとえ僅かであっても初期の形状が変化し、そして作用している力が去ったとき原形に復帰し得るように設計されているというように解するものとする。この点において、支持体を曲げ弾性を有するように構成するのはラダーストックの下方部は主に曲げ応力を受ける点から有利である。これによって、極端に大きな曲げ応力で支持体を締め付ける場合、できればこの大きな応力を支持体等に直接導いて破損させないようにすることが可能となる。この点で、支持体は確かな弾力特性を有していることが有利である。もしも適用できるなら、形状が若干変わっても上記目的のためには十分である。
【００２３】
本実施例では、支持体は中空体として設計するのが好ましい。ラダーストックの下端部内に具合よく挿入されてラダーストック上に据えられた支持体は、中空体として設計されているため、大きな曲げ荷重が掛かった場合でも、中空スペースに向かって内側へ変形可能である。がっしりと設計された支持体がラダーストック内にクリアランスなしに設置された場合は、このタイプの弾性変形は、特に支持体が金属製の場合は難しいだろう。
【００２４】
さらに、支持体は二つの部品で設計されていると有利であり、支持体部品の好ましくは少なくとも一方、特に好ましくは両方は、支持体部品から突き出た円周状のウェッブ特に円環状に形成されたウェッブを有し、そのウェッブは他方の支持体部品と中空スペースを形成することにより、特に圧入嵌合によって結合され得る。
【００２５】
本実施例において、二つに分けられた支持体部品は簡単に設計でき、一緒に組み合わされて支持体となり中空部を形成する。これは製造とラダーストック内への設置をかなり簡素化できる。突き出したウェッブは、ラダーストックの内側表面上に止まってラダーストックを支持するように、好ましくは外側に設けられている。もしも大きな曲げ荷重が加わると、支持体のウェッブ部は中空部の内部方向に移動可能で、したがって支持体に損傷を与えず締め付けられる。また一般的に支持体は二つ以上の部品で組み立てることも可能である。
【００２６】
ラダーストックを対応するネックベアリング内に設置するのと同様にラダーストックを舵板に接続することもラダーストックの下端部領域で行われる。ここでは何れに場合も、力は外側からラダーストックのケースに作用する。ラダーストックをこれらの力作用から保護し、総合的な強固さや強度を別々に増すために、保護ライナーを設けることが有利であり、その保護ライナーは下端部の少なくとも一部を包んでいる。したがって、保護ライナーは円筒状に設計されるのが有効である。さらに、保護ライナーはラダーストックのケースの外周面に対して保護ライナーの内面全体が止まり、そして適切な締め付け方法により永久的に結合されていることが有利であり、例えば焼バメ手段によって結合される。保護ライナーは金属製、特にステンレス鋼が有利である。
【００２７】
上記したように、ラダーストックの最も大きな荷重が作用するのは、下端部に位置する舵板との結合部及び/又はラダーストックのネックベアリング内への設置部であり、支持体は、一又は二つの部分または特に好ましくは前記した両方の部分（ネックベアリング及び舵板結合部）に設けられることが有利である。同様に、保護ライナーは二つのうちの一方又は両方の上記部分に設けられることが有利である。
【００２８】
さらに、本発明の目的は、外力の作用に対してラダーストックの下端部を支持する支持体を含み、周囲に非金属材料特にファイバ複合材料が配置されたラダーストックの下端部を介して解決される。したがって、支持体は少なくとも部分的に非金属材料で包まれるか又は囲われている。非金属材料を用いる場合、ファイバは直接支持体の上に巻かれか、又は少なくとも支持体は、支持体とラダーストックの下端部の支持部の間の接続がベストとなることを可能としている部材の上に巻かれるのが有利である。
【００２９】
さらに、本発明の目的は、ラダーストックの下端部を支持するために特に金属製の支持体が外力の影響に対抗するため設けられ且つ支持体の周囲にファイバ材料が巻かれている水上の乗物特に大きい応力が作用するプロペラを有する高速船用の舵の中へ挿入されて且つ舵に装着されるべきラダーストックの下端部の製造方法により解決される。
【００３０】
さらに、本発明の目的は、水上の乗物用舵、特に大きい応力が作用するプロペラを有する高速船のラダーストックの製造方法により解決される。その製造方法は次のステップを含む。
ａ．）特に金属製の支持体の準備、
ｂ．）巻線用心棒の準備、
ｃ．）巻線用心棒を支持体の隣に配置、
ｄ．）支持体の周囲と巻線用心棒の周囲にファイバを巻きファイバ複合チューブを創出、
ｅ．）もしも適用できるなら、巻線用心棒の取り外し、そして
ｆ．）もしも適用できるなら、特に金属材料で作られていて且つ支持体から離間して対面しているファイバ複合チューブの端部で操舵装置と結合されるべき上端部の締着。
【００３１】
本発明の製造方法の場合、支持体又は別々の少なくとも一つの支持体部分と巻線用心棒が備えられ、そして両者は相互に隣り合わせに、特に互いに隣接して配置される。巻線用心棒は通常は円筒体であって、しばしばファイバ複合材料の製造に用いられるものであり、その周囲にファイバ材料が巻かれる。線巻きを行って支持体への線巻き完了後又は別々に製造した後、巻線用心棒はしばしば支持体から取り外される。このような巻線用心棒は、また、しばしば、「心棒」と称される。しかし、巻線用心棒は、また、一般的に線巻き完了後のファイバ複合体または別々のファイバ複合チューブのファイバ複合チューブ内に残される。これは特に巻線用心棒が非円筒形状の場合、例えば巻線用心棒が円錐形状の場合である。
【００３２】
巻線用心棒と支持体の設置が完了したら、ファイバ材料が支持体と巻線用心棒の周囲にラダーストックを形成するために巻かれる。線巻きが行なわれ、そしてラダーストック又は別々にラダーストックのファイバ複合材料で製造される部分が完成した後、巻線用心棒は、もしも適用される場合は、取り外される。さらに、適用される場合は、特に金属製でそして水上の乗物の操舵装置に結合される上端部は、ファイバ複合チューブで形成したラダーストックに取り付けられる。したがって、支持体はファイバ複合チューブの下端部に設けられ、上端部はファイバ複合チューブの支持体と反対側に設けられるのが有利である。
【００３３】
支持体は好ましくは二つの部品で構成され、そして第一支持体部品のみ上記したステップａ）、ｃ）、及びｄ）の実施に用いられる。線巻きが完了し巻線用心棒を取り外した後、第二支持体部品がそれからファイバ複合チューブの端面から支持体のファイバ複合チューブに挿入され、そして第二支持体部品は第一支持体部品の方へ移動される。それから、第二支持体部品は第一支持体部品及び/又はファイバ複合チューブと永久的に結合されるのが有利である。
【００３４】
図１は本発明のラダーストック４０、舵板３０及びラダートランク２０を含む舵１００を示す。ラダートランク２０は船体１０にその上端部２０ｂが取り外せないように接続された片持ち梁として設計されている。ラダートランクの下端２０ａは舵板３０内に深く挿入されている。ラダートランク２０は中空ラダートランクチューブとして設計されている。その内部には、本発明のラダーストック４０が設けられ、上端部は船体１０内に備えられた操舵装置１１と接続されている。ラダーストック４０は、ラダートランク２０全体に挿通されて舵板３０の内部に挿入されるとともに、ラダートランクの端部２０ｂの上方に突き出している。ラダートランク４０の下端部４２は完全に舵板３０内に配置されている。
【００３５】
舵１００は、フィンステアリング３２により舵とり可能なフィン３１を含むスペード型の舵として構成されており、船体１０の進行方向において推進器１２の後ろ側に備えられている。しかしながら、ラダーホーンを有するセミスペード型の舵として構成された舵、又はピボットジャーナル軸受によりソールピースに据付けられた舵に、本発明のラダーストックを用いることは一般的に容易に可能である。
【００３６】
図２はラダーストックを示す図である。ラダーストック４０は三つの領域、すなわちラダーストックの上端部４１、ラダーストックの中央部４５及びラダーストックの下端部４２に細分される。ラダーストックの上端部４１及び下端部４２はそれぞれラダーストックの中央部４５に直接的に隣接している。船体１０の操舵装置１１に接続され得る上端部４１は鍛鋼製である。「鍛鋼」とは、炭素含有量が０．８％よりも少ない鉄を意味する。対照的に、ラダーストックの中央部４５と同じくラダーストックの下端部４２はファイバ複合材料で作られ、特にカーボンファイバ製である。特に、ラダーストックの中央部４５と下端部４２は主にファイバ複合材料で連続したトランクチューブで作られている。ラダーストックの中央部４５と下端部４２のファイバ複合材料の巻線は参照番号６０で示される。ラダーストック４０に関し、より小さな直径のピン形状の力伝達/装着要素４３がラダーストック４０の下端部４２から軸方向に突出している。鍛鋼製の上端部４１はラダーストック４０の軸方向に参照番号５１で示されるようにラダーストックの中央部４５方向に突き出したピンを有しており、上端部４１に面するラダーストックの中央部４５の部分の周りには巻線が施され得る。膠付け等の他の接続手段も又一般的には可能である。
【００３７】
図３はラダーストックの下端部の軸方向の断面図を示す。下端部４２はファイバ複合材料製のファイバ複合チューブからなる。ファイバ複合チューブ４６は（主に）ラダーストックを形成し、支持体７０が下端部４２のファイバ複合チューブ４６の中に設けられる。支持体７０は、二つの部品で構成され第一支持体部品７１と第二支持体部品７２からなる。第一支持体部品７１はファイバ複合チューブ４６の自由端４６１に設けられている。第一支持体部品７１は、ファイバ複合チューブ４６の自由端４６１に配置されたベースボディ７１１と、ファイバ複合チューブ４６に支えられベースボディ７１１の円周外部にファイバ複合チューブ４６の中に突出させたウェッブ７１２とからなる。第一支持体部品７１全体は完全にファイバ複合チューブ４６の中に静止する。突出したウェッブは端部へ向けてテーパー状になっており、ウェッブ間の中空スペースはベースボディ７１１から円錐状に広がっている。第一支持体部品７１の外部即ち外周面は、波状又はそのような形状に構成されている。主に円筒状の力伝達/装着要素４３は、ラダーストック４０より横断面が小さく、ラダーストック４０から離れる方向にベースボディ７１１から突き出している。力伝達/装着要素４３の表面にはネジ山４３１が備えられている。水圧ナット３３が力伝達/装着装要素４２のネジ山４３１に螺着されている。一方、水圧ナット３３はラダーストック４０を舵板の中に固定するよう設計されている。他方、水圧ナット３３はラダーストックと舵板３０の間の舵板内の結合部３０１の係合組立を創出する。この舵板の結合部３０１で、舵板３０はラダーストック４０、又は別々に係合組立手段でステンレス鋼製の保護ライナー４７により包まれたラダーストック４０の下端部４２が隣接される。保護ライナー４７はファイバ複合チューブ４６の外側に位置し、そしてファイバ複合チューブ４６の自由端４６１から舵板結合部３０１の全体を越え、ラダートランク２０の下端部２０aまで伸びている。軸受け（ネックベアリング）２１はラダートランク２０とラダートランク２０内のラダーストック４０に設けた保護ライナー４７の間に備えられている。舵板結合部３０１内では、ラダーストック４０は自由端４６１に向かって円錐状に設計されてテーパがつけられている。
【００３８】
第一支持体部品７１と同様に、第二支持体部品７２もまたファイバ複合チューブ４６の内側に対し外周面全体が支えられ、そして主に強固なベースボディ７２１を有する。円周状のウェッブ７２２は、ベースボディ７２１の外側にベースボディ７２１からファイバ複合チューブ４６の自由端４６１方向に突出して構成されている。ウェッブ７１２，７２２の端部で、第一と第二支持体部品７１，７２は隣接した係合組立により、ウェッブ７１２，７２１の楔形状の端部で結合されている。支持体７０は、中空部７３を有し、ウェッブ７１２，７２２とベースボディ７１１，７２１で縁取られウェッブ領域の二つの支持体部品７１，７２の結合を通じて形成される。両方のベースボディ７１１，７２１と力伝達/装着装素４３はネジ棒などを通すためにほぼ中央に透孔７１１１，７１２１を有している。中空部により、支持体７０のネックベアリング２１と舵板結合部３０１の間の最も大きな荷重箇所は、中空部７３に向かって弾性的に変形され、そのためスプリング効果が生じる。
【００３９】
図４は図３の第一支持体部品７１を示す。巻線用心棒８０の端部は、ウェッブ７１２の内側に係合してウェッブ７１２の内周面全体によって支えられている。巻線用心棒８０は円筒状ローラ８１と、その上に設けられるラダーストック４０又は別々の第一支持体部品７１に巻かれるように寸法を調整された心棒アダプター８２よりなる。第一支持体部品７１の力伝達/装着要素４３は、保持具８３のフランジ８３１により保持されている。さらに、保持具８３はネールカラー８３２を有し、その周囲にはファイバ材料（図示せず）が巻かれたローラ又は糸巻きが取り付けられ得る。巻線材料は、ネールカラー８３２で保持されて第一支持体部品７１の外周部にコイル状に巻かれ、そしてそれからさらにファイバ複合チューブ４６を形成するために巻線用心棒８０の周囲にコイル状に巻かれる。ファイバ複合チューブ４６が完成した後、巻線用心棒８０と、もしも適用できるなら保持具８３が第一支持体部品７１の保持部から取り外される。さらに、第二支持体部品７２が、取り外して設けられた第一支持体部品７１のファイバ複合チューブ４６の端部から挿入され第一支持体品７１の方へ移動せしめられる。二つの支持体部品７１，７２を結合するやいなや、係合組立が両者の間に形成され、それによって支持体７０が形成される。係合組立は例えば第二支持体部品７２をファイバ複合チューブ４６の挿入前に冷やしておくか、あるいはチューブ４６を加熱しておく。
【符号の説明】
【００４０】
１００       舵
１０        船体
１１        操舵装置
１２        推進器
２０        ラダートランク
２０ａ      ラダートランクの下端
２０ｂ      ラダートランクの上端
２１        ネックベアリング
３０        舵板
３１        フィン
３２        フィンステアリング
３３        油圧ナット
３０１      舵板連結箇所
４０        ラダーストック
４１        上端部
４２        下端部
４３        力伝達/マウンティングエレメント
４５        ラダーストック中央部
４６        ファイバ複合チューブ
４７        保護ライナー
４３１      ネジ山
４６１      自由端
５１        ピン
６０        ファイバ複合材料の巻線
７０        支持体
７１        第一支持体部品
７２        第二支持体部品
７３        中空スペース
７１１      基体
７１２      ウェッブ
７２１      基体
７２２      ウェッブ
７１１１    透孔
７１２１    透孔
８０        巻線用心棒
８１        ローラ
８２        心棒アダプター
８３        保持具
８３１      フランジ
８３２      ネールカラー
【図１】
2010241420.tif 000003
【図２】
2010241420.tif 000004
【図３】
2010241420.tif 000005
【図４】
2010241420.tif 000006
【外国語明細書】
Rudder stock
The invention relates to a rudder stock for rudders for water vehicles. 
The control movement of the steering gear provided on board a water vehicle, a ship in particular, is generally transferred to the rudder through rudder stocks. Rudder stocks for rudders for water vehicles are predominantly made of metal, especially forged steel. Especially in the case of commercial ships like container ships, tankers or cruise ships, rudder stocks with greater lengths, partially with lengths over 10 m, are required. During the forging of these types of rudder stocks, difficulties may result as there are only a relatively small number of blacksmiths for this with corresponding capacity worldwide. Additionally, such rudder stocks also often have large diameters and thus a heavy weight, which in an extreme case can exceed the 100-t limit. This requires in turn specially trained and stable constructions of the mount and suspension of the rudder stock in the ship and of the rudder blade on the rudder stock. 
Rudder stocks generally have a round cross-section and are stressed both in terms of bending and torsion, wherein the occurring bending loads to be absorbed are normally multiple times higher than the torsion loads. For this reason, the rudder stocks must be designed accordingly with respect to their bending stiffness or strength and high quality forged-steel materials are predominantly used in commercial ships. Rudder stocks hereby differ from shafts used in other technical fields, such as automobile construction, which are frequently stressed exclusively or at least primarily in terms of torsion. Furthermore, rudders stocks differ from other shafts through their dimensioning. Thus, rudder stocks for rudders for water vehicles, for which the present invention is especially suited, are normally at least 3 m long and at least 3.5 t heavy. 
Furthermore, extremely high rudder forces occur, in particular in fast ships with highly stressed propellers, which are at least partially transferred to the rudder stock. Accordingly, it must have sufficient strength and bending stiffness. Depending on the type of rudder used, these demands can be increased further. Thus, for example in the case of spade rudders, which have neither a rudder horn nor an additional pivot journal bearing in the sole piece, the greatest demands are placed on the rudder stock with respect to forces to be increased. 
In order to reduce the weight, in particular of large rudder stocks for large rudders and still retain sufficient bending strength or torsional stiffness, it was provided in DE 20 2005 013 583 U1 of the applicant to design a rudder stock such that an upper and a lower end area of the rudder stock are made of a metallic material, in particular forged steel, and a middle section interconnected with the two end areas is made of non-metallic material, in particular fiber-composite material. Through the design of the middle section made of non-metallic material, a weight reduction of the rudder stock is advantageously achieved. Furthermore, only the lower and the upper end area of the rudder stock need to be made of forged steel. For the production of the end areas, there are normally more forging capacities available than for the production of an entire rudder stock with a longer length made of forged steel. 
The upper end area of a rudder stock is generally mounted inside the water vehicle and mechanically coupled with the steering gear so that the control movement of the steering gear can be transferred to the rudder. In contrast, the lower end area of the rudder stock is inserted into the rudder when installed and mounted in it. In the case of semi-spade rudders with a rudder horn, the mounting can take place outside of the rudder horn.
The object of the present invention is to specify a rudder stock for rudders for water vehicles, which have improved properties, in particular a reduced weight, with respect to the rudder stocks known from the state of the art. 
The object based on the invention is solved through a rudder stock for rudders for water vehicles with the characteristics of claim 1. 
In the case of the present invention, the lower end area of the rudder stock thus has a non-metallic material, in particular a fiber-composite material, or respectively the lower end area is made of it. The lower end area of the rudder stock comprises that end of the rudder stock, which is inserted into the rudder in the installed state and is mounted in the rudder/blade. (In the case of semi-spade rudders with a rudder horn, the rudder stock can also be mounted in the rudder horn itself. In the present context, the rudder horn is considered part of the rudder so that the case of a mounting in the rudder horn can generally be considered to be a mounting in the rudder.) It is hereby advantageous that the weight of the rudder stock can be reduced overall through the use of non-metallic material for the lower end area of the rudder stock. Moreover, the diameter of the rudder stock can hereby also be reduced with respect to lower rudder stock end areas made of forged steel. 
A fiber-composite material, in particular carbon fiber composite material, is used as the non-metallic material. Fiber-composite plastics or other fiber-composite materials can also be used. Graphite fibers in particular can be used as carbon fibers. The advantage of the use of non-metallic materials, and in particular of fiber-composite materials, lies in the lower weight and in the case of fiber-composite materials in the high rigidity and strength of the material. The use of non-metallic material also in the lower end area of the rudder stock, which is mounted in the rudder or respectively in the rudder horn and is that part of the rudder stock that is impacted by the highest loads, in particular bending loads, is particularly suitable for fast ships with highly stressed propellers. 
In a preferred embodiment of the invention, both the lower end area of the rudder stock as well as the middle area arranged between the lower and the upper end area of the rudder stock and interconnected with both end areas have non-metallic material, in particular fiber-composite materials. The upper end area of the rudder stock can also have non-metallic material so that then the entire rudder stock has non-metallic material or respectively is made of non-metallic material. The predominant design of the rudder stock made of fiber-composite materials has among other things the great advantage that the weight of the rudder stock can be considerably reduced with respect to conventional rudder stocks made entirely of metal, in particular forged steel. Thus, a rudder stock manufactured according to the invention made of fiber-composite material can have from half to one-fourth the weight of a comparable rudder stock made of forged steel.
In this connection, it is preferred in particular that the rudder stock is mainly made of a tube made of fiber-composite material. However, if applicable, the upper end area of the rudder stock to be coupled with the steering gear of the water vehicle can also be made of a metallic material, in particular forged steel. The upper end area made of forged steel is then to be permanently connected with the fiber-composite tube. The design of the upper end area of the rudder stock made of a metallic material can be advantageous in order to ensure compatibility of the rudder stock with the steering gear of the ship in the coupling area. The coupling of the upper end area of the rudder stock to the steering gear can for example be performed through bolting but also through other suitable connection means known from the state of the art.
In the present connection, the term "tube" means any long hollow body, wherein the present fiber-composite tube is preferably designed cylindrically with a consistent diameter over the entire length of the tube for technical manufacturing reasons. Furthermore, one or more other bodies, e.g. a winding mandrel or the like remaining in the rudder stock, can generally be arranged within the fiber-composite hollow body. For the production of such a rudder stock, winding methods known in particular from the state of the art can be used for fiber-composite material, in which the fibers are wound around a cylindrical winding mandrel or the like. In general, however, the tube could also be designed towards the upper end area as a tapered cylinder or respectively as a cone, since there are lower forces in the upper area of the rudder stock and thus a smaller diameter is sufficient. If the upper end area of the rudder stock is made of metal, the connection between the fiber-composite or respectively the carbon fiber reinforced tube and the metal upper end area can thereby be achieved in particular in that the upper end area on its side facing the fiber-composite tube has a pin-like protrusion around which the fibers of the fiber-composite tube can be wound. Alternatively or additionally, gluing by a suitable adhesive, such as resin or the like, can take place. For example, the connection between the upper end area made of metallic material and the fiber-composite tube like the connection disclosed in DE 20 2005 013 583 U1 can be designed between the upper stock end and the middle rudder stock area. The disclosure in DE 20 2005 013 583 U1 is hereby expressly referenced as an object of the present invention. 
Through this embodiment, a rudder stock, which also has fiber-composite material in the lower end area, can be produced in a relatively easy manner. Furthermore, it is advantageous that the middle area of the rudder stock is also made of fiber-composite material so that the rudder stock has no transition point between the lower end area and the middle area of the rudder stock. This is in contrast to the rudder stocks known from the state of the art, in which the middle area is made of fiber-composite material and the two end areas are made of metal, whereby a potential weak spot results in the rudder stock through the connection area between the lower end area and the middle area. Furthermore, this connection area generally has especially high bending loads, so that there could potentially be damage to the rudder stock. In the connection area between the upper end area and the middle area of the rudder stock, the bending loads are in contrast considerably lower so that damage is not expected here. Furthermore, in the case of a continuous design of the rudder stock without a transition point between the lower end area and the middle area of the rudder stock connecting to the lower end area, a smaller rudder stock cross-section can be selected, which is advantageous for the weight and the dimensioning of the rudder overall. 
For technical manufacturing reasons, the rudder stock is designed as a fiber-composite tube and thus with a hollow space. However, a massive design of the rudder stock made of a non-metallic material is generally also conceivable. 
In order to always ensure sufficient strength, in particular bending strength, also in the case of rudders with very large dimensions and thus exerting very high loads on the rudder stock, it is provided in a further preferred embodiment of the invention that a supporting body is provided in the lower end area of the rudder stock. This supporting body is designed to support the rudder stock against external force effects, in particular against bending loads. The supporting body is preferably made of metal, for example steel or stainless steel. Supporting bodies made of steel can be advantageous based on their material properties or strengths, respectively. Such supporting bodies can for example be manufactured separate, e.g. by means of a turning lathe or the like, and then provided on the lower end area or respectively inserted into it. However, it is generally also possible to easily design supporting bodies made of non-metallic material, for example fiber-composite plastic or the like. In the case of a rudder stock designed in a hollow manner or respectively a lower end area of the rudder stock designed in a hollow manner, it is particularly advantageous to arrange the supporting body inside the rudder stock. In this respect, the present embodiment can advantageously be provided with rudder stocks designed as a fiber-composite tube. The provision of a supporting body in the lower end area is advantageous because the highest loads on the rudder stock generally occur there. 
The supporting body can generally be designed in any suitable form or dimension respectively as long as it evokes a supporting effect against external force effects for the lower end area of the rudder stock. If the supporting body in a hollow rudder stock is arranged inside the rudder stock, it is advantageously designed such that it rests fully or at least partially against the rudder stock and thus the forces impacting the rudder stock can be transferred to the supporting body at least partially. It is particularly advantageous in this connection that the supporting body is permanently connected with the tube. On one hand, the interconnection between the rudder stock and the supporting body and thus the supporting effect is hereby improved; on the other hand, it is ensured that the supporting body is always located in the position that achieves the best supporting effect. Depending on the selected material, the dimensioning and the arrangement of the supporting body, the connection between the supporting body and the rudder stock can take place in different, suitable manners. For example, shrink fitting, the designing of a fitting assembly and gluing are named here.
Furthermore, especially in the case of the supporting body arranged inside the lower end area of the rudder stock, it is advantageous if it has a force transmitting / mounting element on the rudder stock for the rudder blade installation in order to pass installation forces into the carbon fiber reinforced body. This force transmitting / mounting element preferably protrudes in the longitudinal direction of the rudder stock from the rudder stock. The force transmitting / mounting element can be provided in particular in order to ensure the fastening of the rudder stock with the rudder blade. In a particularly preferred exemplary embodiment, the force transmitting / mounting element has a thread for a nut arranged in the rudder blade, in particular a hydraulic nut or the like. 
In another preferred embodiment of the invention, in which the supporting body advantageously rests at least partially on the lower end area of the rudder stock, at least a partial area of the surface of the supporting area is designed structured and/or profiled. In particular, this embodiment is advantageous in a supporting body arranged inside, around which a carbon fiber reinforced or respectively fiber-composite tube forming the rudder stock has been wound. The interconnection between the supporting body and the tube is improved through providing the structuring or profiling, respectively. 
The supporting body is thus advantageously designed such that it has elastic, in particular bending elastic properties. The term "elastic" is understood in this context in that the supporting body is designed such that it gives way under force effects, i.e. its initial shape in the case of force effects, even if it is just slightly, can change and returns to its original shape when the acting force goes away. In this respect, a bending elastic design of the supporting body is advantageous since the lower rudder stock area is mainly stressed in terms of bending. It is hereby possible that the supporting body buckles in the case of an extremely high bending load if applicable without this high load leading directly to the breakage of the supporting body or the like. In this respect, it is advantageous that the supporting body has certain elastic properties. If applicable, small changes in the shape can hereby be sufficient for the purpose described above. 
In this embodiment, it is preferred to design the supporting body as a hollow body. The supporting body advantageously inserted into the inside of the rudder stock in the lower end area and resting on the rudder stock can deform inwards towards the hollow space in the case of high bending loads because of the design as a hollow body. In the case of massively designed supporting bodies arranged without clearance in the rudder stock, this type of elastic deformation, in particular in supporting bodies made of metal, would be difficult. 
Furthermore, the supporting body is advantageously designed as two parts, wherein preferably at least one of the two supporting body parts, particularly preferably both, have a circumferential, in particular ring-shaped web protruding from the supporting body part, which can be connected with the other supporting body part by forming a hollow space, in particular by means of an interference fit assembly. 
Through this embodiment, two separate supporting body parts can be designed in a simple manner, which are combined together into a supporting body forming a hollow space. This considerably simplifies production and installation in the rudder stock. The protruding webs are preferably arranged in the outer area so that they rest on the interior surface of the rudder stock and support it. If a high bending load is now applied, the web areas of the supporting body can move inward towards the hollow area and thus buckle without damaging the supporting body. It would generally also be possible to assemble the supporting body from more than two parts. 
Both the mounting of the rudder stock in a corresponding neck bearing as well as the connection of the rudder stock to the rudder blade takes place in the area of the lower end area of the rudder stock.   In both cases, a force is applied here to the casing of the rudder stock from the outside. In order to protect the rudder stock from these force effects or to increase its overall stability or strength respectively, a protective liner is advantageously provided, which envelops the lower end area, at least partially. Thus, the protective liner is advantageously designed in a cylindrical manner. Furthermore, the protective liner advantageously rests with its entire inner surface against the exterior casing of the rudder stock and is permanently connected with it through suitable fastening methods, for example by means of shrink fitting. The protective liner is advantageously made of metal, in particular stainless steel. 
As listed above, since the highest loads on the rudder stock occur in the area of the rudder blade connection located in the lower end area and/or in the area of the mounting of the rudder stock in the neck bearing, the supporting body is advantageously arranged in one of the two areas or particularly preferably in both aforementioned areas (neck bearing and rudder blade connection). Likewise, the protective liner is advantageously arranged in one of the two or in both named areas. 
Furthermore, the object based on the invention is solved through a lower end area of a rudder stock, which comprises a supporting body for the support of the lower end area of the rudder stock against exterior force effects, around which the non-metallic material, in particular a fiber-composite material, is arranged. Thus, the supporting body is at least partially enveloped or enclosed by the non-metallic material. In the case of the use of fiber-composite material, it is advantageous that the fibers are wound directly onto the supporting body or at least onto parts of the supporting body in order to thus establish the best possible interconnection between the supporting body and the rest of the lower end area of the rudder stock. 
Furthermore, the object based on the invention is solved through a method for the production of a lower end area of a rudder stock to be inserted into a rudder for water vehicles, in particular fast ships with highly stressed propellers, and to be mounted in the rudder, in which a supporting body made in particular of metal for supporting the end area of the rudder stock is provided against external force effects and fiber material is wound around the supporting body. 
Furthermore, the object based on the invention is solved through a method for the production of a rudder stock of a rudder for water vehicles, in particular fast ships with highly stressed propellers, which comprises the following steps:
a.)  provision of a supporting body, in particular made of metal,
b.)  provision of a winding mandrel,
c.)  arrangement of the winding mandrel next to the supporting body,
d.)  creation of a fiber-composite tube through the winding of fiber material around the supporting body and around the winding mandrel,
e.)  removal of the winding mandrel, if applicable, and
f.)  if applicable, fastening of an upper end area in particular made of a metallic material and to be coupled with the steering gear on the end of the fiber-composite tube facing away from the supporting body.
In the case of the method according to the invention, a supporting body or respectively at least one supporting body part and a winding mandrel are provided and both arranged next to each other, in particular adjacent to each other. A winding mandrel is usually a cylindrical body frequently used in the production of fiber-composite materials, around which the fiber material is wound. After winding and completion of the body to be wound or respectively manufactured, the winding mandrel is frequently removed from the body. Such winding mandrels are also often referred to as “mandrels.” However, the winding mandrel can also generally be provided in that it remains in the fiber-composite tube after winding of the fiber-composite body or respectively the fiber-composite tube. This can be the case in particular in the case of non-cylindrical winding mandrels, for example in the case of conical winding mandrels.
After arrangement of the winding mandrel and the supporting body, fiber material is wound around the supporting body and the winding mandrel in order to form the rudder stock body. The winding mandrel is removed, if applicable, after winding is done and completion of the rudder stock or respectively the part of the rudder stock made of fiber-composite material. Furthermore, if applicable, an upper end area made in particular of a metal material and to be coupled with the steering gear of the water vehicle can now be attached to the fiber-composite tube forming the rudder stock. Since the supporting body is arranged in the lower end area of the fiber-composite tube, the upper end area is advantageously arranged on the end of the fiber-composite tube lying opposite the supporting body. 
The supporting body is preferably designed as two parts and only the first supporting body part is used for the implementation of the aforementioned steps a.), c.) and d.). After completion of the winding and the removal of the winding mandrel, the second supporting body part is then inserted through the end of the fiber-composite tube facing away from the supporting body into the fiber-composite tube and is moved up to the first supporting body part. Then, the second supporting body part is advantageously and permanently connected with the first supporting body part and/or the fiber-composite tube. 
Preferred embodiments of the invention are shown in the drawings. The drawings schematically show in:
Fig. 1  a rudder provided in the aft ship area with a rudder stock arranged in a rudder trunk,
Fig. 2  a view of a rudder stock, 
Fig. 3  a sectional view of the lower end area of a rudder stock with supporting body, and
Fig. 4  a sectional view of a first supporting body part with winding mandrel.
Fig. 1 shows a rudder 100 with a rudder stock 40 according to the invention, a rudder blade 30 and a rudder trunk 20.  The rudder trunk 20 designed as a cantilever is permanently connected with its upper end 20b with a ship’s hull 10. The lower rudder trunk end 20a is inserted deep into the rudder blade 30. The rudder trunk 20 is designed as a hollow rudder trunk tube. On the inside, its upper end area is arranged with a rudder stock 40 according to the invention connected with a steering gear 11 provided in the ship’s hull 10.   The rudder stock 40 is fed through the entire rudder trunk 20 inserted into the rudder blade 20 and protrudes above the rudder trunk end 20a. The bottom end area 42 of the rudder stock 40 is arranged entirely in the rudder blade 30. 
The rudder 100 is designed as a spade rudder with a fin 31 steerable by means of a fin steering 32 and is arranged behind the ship propeller 12 in the direction of travel of the ship’s hull 10. However, it would also be generally easily possible to use the rudder stock 40 according to the invention in a rudder designed as a semi-spade rudder (with rudder horn) or in a rudder, which is mounted in the sole piece by means of a pivot journal bearing. 
Fig. 2 shows a view of a rudder stock 40.  The rudder stock 40 is subdivided into three areas, namely an upper rudder stock end area 41, a middle rudder stock area 45 and a lower rudder stock end area 42. The upper and the lower rudder stock end area 41, 42 are each directly adjacent to the middle rudder stock area 45. The upper end area 41, which can be connected to the steering gear 11 of a ship’s hull 10, is made of forged steel. "Forged steel" means an iron with less than 0.8% carbon content. In contrast, the middle rudder stock area 45 as well as the lower rudder stock end area 42 are made of fiber-composite material, in particular carbon fiber. In particular, the middle rudder stock area 45 and the lower end area 42 are made of a mainly continuous trunk tube made of fiber-composite material. The windings of the fiber-composite material of the middle rudder stock area 45 and of the lower end area 42 are indicated with reference number 60. A pin-shaped force transmitting / mounting element 43 with a smaller diameter with respect to the rudder stock 40 protrudes from the lower end area 42 in the axial direction of the rudder stock 40. The upper end area 41 made of forged steel has a pin protruding in the axial direction of the rudder stock 40 towards the middle rudder stock area 45 indicated with the reference number 51, around which the section of the middle rudder stock area 45 facing the upper end area 41 can be wound. Other connection means, such as gluing or the like, are generally also possible. 
Fig. 3 shows a longitudinal section of a lower end area 42 of a rudder stock. The lower end area 42 comprises a fiber-composite tube 46 made of fiber-composite material. The fiber-composite tube 46 forms (mainly) the rudder stock 40, wherein a supporting body 70 is provided inside the fiber-composite tube 46 in the lower end area 42. The supporting body 70 is designed as two parts and comprises a first supporting body part 71 and a second supporting body part 72. The first supporting body part 71 is arranged on the free end 461 of the fiber-composite tube 46. It comprises a base body 711 arranged on the end 461 of the fiber-composite tube 46, from which a web 712 resting on the fiber-composite tube 46, circumferential and arranged outside on the base body 711 protrudes into the fiber-composite tube 46. The entire first supporting body part 71 rests entirely on the inside of the fiber-composite tube 46. The protruding web tapers to its ends so that the hollow space between the webs expands conically away from the base body 711. The outer area or respectively the outer surface of the first supporting body part 71 is designed in a waved or respectively profiled manner. A mainly cylindrical force transmitting / mounting element 43, which has a smaller cross-section than the rudder stock 40, protrudes from the base body 711 in the direction away from the rudder stock 43. A thread 431 is provided on the surface of the force transmitting / mounting element 43. A hydraulic nut 33 is screwed onto the thread 431 of the force transmitting / mounting element 43. On one hand, the hydraulic nut 33 is designed to secure the rudder stock 40 in the rudder blade 30. On the other hand, the hydraulic nut 33 creates an interference fit assembly between the rudder stock and the rudder blade 30 in the rudder blade connection   area 301. In this rudder blade connection area 301, the rudder blade 30 is adjacent to the rudder stock 40 or respectively to a protective liner 47 made of stainless steel enveloping the rudder stock 40 in the lower end area 42 by means of an interference fit assembly. The protective liner 47 lies on the exterior casing of the fiber-composite tube 46 and extends from the free end 461 of the fiber-composite tube 46 over the entire rudder blade connection area 301 up to the lower rudder trunk end 20a of a rudder trunk 20. A bearing (neck bearing) 21 is provided between the rudder trunk 20 and the protective liner 47 for the mounting of the rudder stock 40 in the rudder trunk 20. In the rudder blade connection area 301, the rudder stock 40 is designed conically and tapered towards the free end 461.
Like the first supporting body part 71, the second supporting body part 72 also rests with its entire outer surface against the inside of the fiber-composite tube 46 and has a mainly massive base body 721. A circumferential web 722 arranged outside on the base body 721 protrudes from this base body 721 in the direction of the free end 461 of the fiber-composite tube 46. In the end area of the webs 712, 722, the first and second supporting body part 71, 72 are connected by an interference fit assembly of the adjacent, wedge-shaped end areas of the webs 712, 722. A supporting body 70, which comprises a hollow space 73, which is bordered by the webs 712, 722 and the base bodies 711, 721, is formed through the connection of the two supporting body parts 71, 72 in the web area. Both base bodies 711, 721 and the force transmitting / mounting element 43 have an approximately centered bore hole 7111, 7121 for the feeding through of a threaded rod or the like. Through the hollow space, the supporting body 70 in the area of the largest load between the neck bearing 21 and the rudder blade connection area 301 is deformed elastically into the hollow space 73, so that a type of spring effect occurs. 
Fig. 4 shows the first supporting body part 71 from Fig. 3. An end area of the winding mandrel 80, which rests circumferentially and with its entire surface against the inside of the web 712, engages inside the web 712. The winding mandrel 80 comprises a cylindrical roller 81, onto which a mandrel adapter 82 modified for the dimension of the rudder stock 40 to be wound or respectively for the dimension of the first supporting body part 71 is placed. The force transmitting / mounting element 43 of the supporting body part 71 is held by a flange 831 of a holding tool 83. Furthermore, the holding tool 83 has a nail collar 832, around which a fiber material (not shown here) wound on rollers or spools can be attached. The wound material held by the nail collar 832 can be coiled around the profiled outer area of the first supporting body part 71 and then further around the winding mandrel 80 in order to form the fiber-composite tube 46. After completion of the fiber-composite tube 46, the wound core 80 and if applicable the holding tool 83 is removed from the holder of the first supporting body part 71. Furthermore, the second supporting body part 72 can now be inserted through the end of the fiber-composite tube 46 arranged removed from the first supporting body part 71 and moved up to the first supporting body part 71. As soon as the two supporting body parts 71, 72 are jointed together, an interference fit assembly can be established between both so that the supporting body 70 is established. The interference fit assembly can take place for example through icing of the second supporting body part 72 before insertion into the fiber-composite tube 46 and subsequent heating in the tube 46.
List of References
100  Rudder
10  Ship’s hull
11  Steering gear
12  Ship propeller
20  Rudder trunk
20a  Lower rudder trunk end
20b  Upper rudder trunk end
21  Neck bearing
30  Rudder blade
31  Fin
32  Fin steering
33  Hydraulic nut
301  Rudder blade connection area
40  Rudder stock
41  Upper end area
42  Lower end area
43  Force transmitting / mounting element
45  Middle rudder stock area
46  Fiber-composite tube
47  Protective liner
431  Thread
461  Free end
51  Pin 
60  Windings of the fiber-composite material
70  Supporting body
71  First supporting body part
72  Second supporting body part
73  Hollow space
711  Base body
712  Web
721  Base body
722  Web
7111  Bore hole
7121  Bore hole
80  Winding mandrel
81  Roller
82  Mandrel adapter
83  Holding tool
831  Flange
832  Nail collar
1.  A rudder stock (40) for rudders (100) for water vehicles, wherein at least the lower end area (42) of the rudder stock (40) to be inserted into the rudder (100) and to be mounted in the rudder (100) has a non-metallic material, in particular a fiber-composite material.
2.  The rudder stock according to claim 1,  
characterized in that
the rudder stock (40) mainly consists of a tube (46) made of fiber-composite material, wherein if applicable the upper end area (41) of the rudder stock (40) to be coupled with the steering gear (11) of the water vehicle is made of a metallic material.
3.  The rudder stock according to claim 1 or 2, 
characterized in that
in the lower end area (42) of the rudder stock (40), a supporting body (70) made in particular of metal is provided for supporting the rudder stock (40) against exterior force effects, wherein the supporting body (70) is preferably arranged inside the rudder stock (40).
4.  The rudder stock according to claim 3, 
characterized in that 
the rudder stock (40) at least in the lower end area (42) comprises a tube made of a non-metallic material, in particular a fiber-composite material, wherein the supporting body (70) is arranged inside the tube and is permanently connected with the tube. 
5.  The rudder stock according to claim 3 or 4, 
characterized in that
the supporting body (70) comprises a force transmitting / mounting element (43), in particular protruding from the lower end area (42) of the rudder stock (40), for the fastening of the rudder stock (40) on the rudder blade (30).
6.  The rudder stock according to one of claims 3 through 5,
characterized in that
at least one partial area of the surface of the supporting body (70) is designed in a structured and/or profiled manner.
7.  The rudder stock according to one of claims 3 through 6,
characterized in that
the supporting body (70) is designed elastically, in particular bending elastically.
8.  The rudder stock according to one of claims 3 through 7,
characterized in that
the supporting body (70) is designed as a hollow body.
9.  The rudder stock according to claim 8, 
characterized in that
the supporting body (70) is designed as two parts, wherein preferably at least one of the two supporting body parts (71, 72), particularly preferably both, have a circumferential, in particular ring-shaped web (712; 722) protruding from the supporting body part (71; 72), which can be connected with the other supporting body part by forming a hollow space (73), in particular by means of an interference fit assembly.
10.  The rudder stock according to one of the previous claims,
characterized in that
the rudder stock (40) comprises, at least in its lower end area (42), a protective liner (47) enveloping the rudder stock (40), made in particular of metal.
11.  A rudder (100) for water vehicles, comprising a rudder blade (30) and a rudder stock (40), wherein the rudder stock (40) is partially inserted into the rudder blade (30) and a lower end area (42) of the rudder stock (40) arranged, at least partially, in the rudder blade (30) is mounted by means of a bearing (21) arranged in the rudder blade (30),
characterized in that
at least the lower end area (42) of the rudder stock (40) has a non-metallic material, in particular a fiber-composite material.
12.  The rudder according to claim 11, 
characterized in that 
in the lower end area (42) of the rudder stock (40), a supporting body (70) made in particular of metal is provided for supporting the rudder stock (40) against exterior force effects, wherein the supporting body (70) is arranged in the area of the mounting of the rudder stock (40) in the rudder blade (30) and/or in the area of the rudder blade connection (301) on the rudder stock (40).
13.  The rudder according to claim 11 or 12, 
characterized in that 
in the lower end area (42) a protective liner (47) enveloping the rudder stock (40), in particular made of metal, is provided, wherein the protective liner (47) is arranged in the area of the mounting of the rudder stock (40) in the rudder blade (30) and/or in the area of the rudder blade connection (301) on the rudder stock (40).
14.  The rudder according to one of claims 11 through 13, 
characterized in that 
the rudder (100) comprises a rudder stock (40) according to one of claims 1 through 10.
15.  A lower end area (42) of a rudder stock (40) to be inserted into a rudder (100) for water vehicles and to be mounted in the rudder (100),
characterized in that
the lower end area (42) comprises a supporting body (70), in particular made of metal, for supporting the lower end area (42) of the rudder stock (40) against exterior force effects, around which non-metallic material, in particular a fiber-composite material, is arranged.
16.  The lower end area of a rudder stock according to claim 15,
characterized in that 
the supporting body (70) is designed according to one of claims 5 through 9.
17.  A method for the production of a lower end area (42) of a rudder stock (40) to be inserted into a rudder (100) for water vehicles and to be mounted in the rudder,
characterized in that
a supporting body (70), in particular made of metal, is provided for supporting the lower end area (42) of the rudder stock (40) against exterior force effects and fiber material is at least partially wound around the supporting body (70).
18.  The method according to claim 17,  
characterized in that 
by means of the method, a lower end area (42) according to claim 15 or 16 is produced.
19.  A method for the production of a rudder stock (40) of a rudder (100) for water vehicles, comprising the following steps:
a.)  provision of a supporting body (70), in particular made of metal,
b.)  provision of a winding mandrel (80),
c.)  arrangement of the winding mandrel (80) next to the supporting body (70),
d.)  creation of a fiber-composite tube (46) through the winding of fiber material around the supporting body (70) and around the winding mandrel (80),
e.)  removal of the winding mandrel (80), if applicable, and
f.)  if applicable, fastening of an upper end area (41) in particular made of a metallic material and to be coupled with the steering gear (11) on the end of the fiber-composite tube (46) facing away from the supporting body (70).
20.  The method according to claim 19, 
characterized in that
the supporting body (70) is designed as two parts and a first supporting body part (71) is used for steps a.), c.) and d.) and 
that a second supporting body part (72) is inserted into the fiber-composite tube (46) after performing step e.) through the end of the fiber-composite tube (46) facing away from the first supporting body part (71), is moved through the fiber-composite tube (46) up to the first supporting body part (71) and is connected with the first supporting body part (71) and/or the fiber-composite tube (46).
21.  The method according to claim 19 or 20, 
characterized in that 
by means of the method, a rudder stock (40) is produced according to one of claims 1 through 10.
22.  A rudder stock for a rudder for water vehicles, 
obtainable through:
a.)  provision of a supporting body (70), in particular made of metal,
b.)  provision of a winding mandrel (80),
c.)  arrangement of the winding mandrel (80) next to the supporting body (70),
d.)  creation of a fiber-composite tube (46) through the winding of fiber material around the supporting body (70) and around the winding mandrel (80),
e.)  removal of the winding mandrel (80), if applicable, and
f.)  if applicable, fastening of an upper end area (41) in particular made of a metallic material and to be coupled with the steering gear (11) on the end of the fiber-composite tube (46) facing away from the supporting body (70).
In order to achieve improved properties in a rudder stock for rudders for water vehicles, at least the lower end area of the rudder stock to be inserted into the rudder and to be mounted in the rudder has a non-metallic material. 
(Fig. 1)
【図１】
2010241420.tif 000007
【図２】
2010241420.tif 000008
【図３】
2010241420.tif 000009
【図４】
2010241420.tif 000010