KR101504949B1

KR101504949B1 - 수중운송수단용 방향타 장치

Info

Publication number: KR101504949B1
Application number: KR1020120089553A
Authority: KR
Inventors: 아르네 아르스트롬
Original assignee: 티센크루프 마린 시스템즈 게엠베하
Priority date: 2011-08-17
Filing date: 2012-08-16
Publication date: 2015-03-23
Also published as: DE102011110884A1; EP2559617A2; EP2559617B1; EP2559617A3; KR20130020605A

Abstract

수중운송수단용 방향타 장치는 수중운송수단의 외벽을 통해 안내된 방향타 축을 갖는 스페이드 방향타를 포함한다. 이 방향타 축은 섬유복합재료로 형성되고 수중운송수단 내의 플레인 베어링 안에 탑재된다. 그것은 방향타 축의 종축에 대해서 회전가능한 방향타 레버에 움직이게 결합된다. 방향타 레버를 위한 체결부품이 수중운송수단 내에 배치되는 방향타 축의 단부에 구성된다. 이 체결부품은 또한 플레인 베어링의 일부를 형성한다.

Description

수중운송수단용 방향타 장치{A rudder device for a water vehicle}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 특정된 구성을 갖는 수중운송수단용 방향타 장치에 관한 것이다.

스페이드 방향타(spade rudder)를 갖는 방향타 장치가 본 발명의 출발점을 형성한다. 스페이드 방향타는 통상 수중운송수단 내에서 플레인 베어링(plain bearing)에 탑재된 방향타 축(방향타 샤프트)을 포함하고, 그 방향타 축 위에 사다리꼴, 반-타원형 또는 타원형 방향타 블레이드(blade)가 수중운송수단의 외부에 배치된다.

섬유복합재료는 물론 철로 형성된 방향타 축이 알려져 있다. 섬유복합재료의 방향타 축은 비교적 낮은 중량에 의해 특징지워 진다. 그러나, 만약 이들 방향타 축이 보다 더 큰 방향타 장치들에 적용되는 경우 그리고 특히 방향타가 방향타 축에 체결되는 방향타 레버를 통해 선형구동장치에 의해 조절되는 방향타 장치들에 적용된다면, 설계와 관련하여 어떤 노력이 요구되는 그러한 방향타 축은 바람직하게는 철로 형성되는 금속 엔드피스(end-piece)가 제공되고 그 위에서 비교적 큰 토크가 방향타 축으로 도입된다. 이 엔드피스는 방향타 축에서 방향타 블레이드로부터 반대쪽 단부를 형성한다.

필요한 플레인 베어링에서 방향타 축의 직접적 탑재는 방향타 축의 현저한 마모를 수반하기 때문에, 그 방향타 축에는, 이 방향타 축이 플레인 베어링을 통해 안내되는 영역에, 베어링 재료의 탑재 링(wear ring)을 그 외측에 제공할 필요가 있다. 탑재 링뿐만 아니라 금속 엔드피스의 필요는 섬유복합재료의 방향타 축의 제조를 복잡하게 만들고 따라서 간단한 주조부분의 경우일 수 있는 금속 방향타 축의 제조에 비해서 비용이 비싸진다.

탑재 링 및 금속 엔드피스를 갖는 섬유복합재료의 방향타 축의 또 다른 단점은, 비록 방향타 몸체의 탑재가 바다운송수단의 내부에 배치된 방향타 축의 단부에서 이상적으로 이루어진다 할지라도, 방향타 축의 단부를 형성하는 엔드피스 때문에 탑재 링이 방향타 축의 단부까지 비교적 큰 거리에서 배치되어져야만 하는 사실에서 알 수 있다.
선행기술문헌정보 : 유럽특허공보 EP 1 739 008 B1

본 발명의 목적은 상기의 단점들을 해소하여 이러한 단점들을 갖지 않는 섬유복합재료로 형성되는 스페이드 방향타의 방향타 축을 갖는 방향타 장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적은 청구항 1에 특정된 구성을 갖는 방향타 장치에 의해 달성된다. 이 방향타 장치의 다른 이점 있는 향상 점들은 종속 항들, 도면은 물론 상세한 설명을 통해 잘 이해할 수 있을 것이다. 여기서, 본 발명에 따르면, 종속항들에 특정된 구성들뿐만 아니라 적절한 조합들이 청구항 1 및 본 발명에 따른 해결책을 더 형성할 수 있다는 것도 이해할 수 있을 것이다.

수중운송수단용 본 발명에 따른 방향타 장치는 수중운송수단의 외벽을 통해 안내된 방향타 축을 갖는 스페이드 방향타를 포함한다. 바람직하게는 섬유복합재료로 형성되는 방향타 블레이드가 수중선박의 외부에 위치하는 방향타 축의 부분에 통상적인 방식으로 배치된다. 또한 방향타 축은 예를 들면 유리-섬유 강화 또는 탄소-섬유 강화 플라스틱과 같은 섬유복합재료로 형성되고, 바람직하게는 중량감소를 위해 중공(hollow)의 방식으로 설계된다. 이 방향타 축은 수중운송수단 내의 플레인 베어링에 탑재되고 방향타 축의 종축에 대해서 회전가능한 방향타 레버에 연동되도록 결합된다. 플레인 베어링과 관련하여 그것은 방사상(radial) 베어링의 경우이다.

본 발명에 따르면, 방향타 레버를 위한 체결부품이 수중운송수단 내에 배치된 방향타 축의 단부에 배치되고, 이 체결부품은 동시에 플레인 베어링의 일부를 형성한다. 이 체결부품은 회전가능하게 고정되는 방식으로 방향타 축에 연결되어 있다. 한편 방향타 축으로 힘(토크) 도입은 체결부품에 연결되는 방향타 레버를 통해 이 체결부품에서 이루어지고, 다른 한편으로는 이 체결부품은 또한 수중운송수단 안에 견고하게 배치된 플레인 베어링의 바깥 베어링 부쉬에 접촉면을 형성한다. 이와 같은 식으로, 지금까지 방향타 축의 외부에 배치되었던 플레인 베어링 탑재를 위한 별도의 탑재 링은 더 이상 필요 없게 된다. 더 유리하게는, 방향타 축의 탑재뿐만 아니라 방향타 축으로의 토크 전달(transmission) 또는 도입(introduction)은 수중운송수단 내에 배치된 방향타 축의 단부의 바로 근방에서 이루어진다. 이러한 점은 본 발명에 따른 방향타 장치의 설계에 있어서 매우 소형으로 설계하는 것을 가능하게 하고 특히 방향타 장치들이 방향타 블레이드의 예외와 함께 잠수함의 내압선각과 내압선각의 밖에 배치된 외선각 사이의 비교적 가깝게 구축된 중간 공간 안에 통상적으로 배치되는 뎁스(depth) 방향타들로서 사용될 수 있는 잠수함에 적합하다.

체결부품은 한편으로 좋은 강도 특성을 갖고 다른 한편으로는 좋은 베어링 성질을 갖는 물질로 설계되는 것이 유용하다. 이 체결부품은 바람직하게는 강철로 설계된다. 체결부품을 둘러싸고 있는 베어링 부쉬의 마모 면들은 알려진 방식, 예를 들면 소결된 금속, 세라믹, 그라파이트 또는 플라스틱으로 설계될 수 있다.

이 체결부품은 접착제 또는 본드 접합에 의해 방향타 축에 연결되는 것이 유리하다. 따라서, 이 방향타 축과 체결부품은, 적절한 접착제에 의해 재료결합(material fit)으로 서로 연결되는, 적어도 하나의 공통된, 가능한 한 큰 접촉영역을 포함한다.

이와 별도로, 예를 들면 리벳, 핀 또는 체결 볼트와 같은 형상결합소자들에 의해 체결부품을 방향타 축에 연결하는 것이 유용하게 될 수 있다. 이를 위하여, 유용하게는 방향타 축뿐만 아니라 체결부품에 요홈들 및/또는 개구들이 제공되고, 여기서 형상결합소자는 체결부품에 형성된 요홈 또는 개구와 방향타 축에 형성된 요홈 또는 개구에 동시에 결합된다. 체결부품가 방향타에 본드접착되어진 설계가 이점이 있는데, 여기서 체결부품 및 방향타 축의 접착연결은 상기에서 언급한 형태의 형상결합소자가 추가적으로 체결된다.

체결부품은 이점 있는 것으로서 그 위에 방향타 레버가 형상결합으로 고정되는 결합구를 포함하고 있다. 이 결합구는 바람직하게는 방향타 축의 확장 영역 내의, 즉 방향타 축의 단부 뒤 방향타 축의 종축방향으로, 체결부품상에 형성되고, 결합구는 방향타 축에 동일한 축방향으로 돌출되는 것이 바람직하다. 이 방향타 축은 예를 들면 결합구 상에 플랜지될 수 있다.

바람직하게는, 이 결합구는 방향타 축으로부터 떨어져 있는 체결부분의 단부에서 돌출하는 비회전 대칭형(non-rotationally symmetrical) 그리고 바람직하게는 다각형의 단면을 갖는 돌출부에 의해 형성된다. 이 돌출부는 이점 있게 그 단면이 돌출부의 단면과 일치하고 방향타 레버 상에 형성되는 요홈 또는 개구속으로 결합된다. 이러한 방식으로, 방향타 레버는 그 회전방향으로 체결부품상에 형상결합으로 체결된다.

바람직하게는, 수중운송수단 내에 배치되는 방향타 축의 적어도 하나의 단부는 중공(hollow)으로 설계된다. 바람직하게는, 방향타 축의 단면에 보완적이고 그 속으로 방향타 축이 결합되는 환형(annular) 홈이 체결부품상에 이 단부 안의 방향타 축의 외부 직경 및 내부 직경에 대응하는 식으로 형성되고, 거기서 방향타 축은 유용하게는 원통형식으로 설계된다. 이와 같이, 방향타 축의 내벽뿐만 아니라 외벽은 체결부품과 접촉면들을 형성하고, 접촉면들에서 이 방향타 축이 접착성 접합에 의해 각각 체결부품에 접합될 수 있고, 이것은 특히 방향타 축과 체결부품의 안전한 접합을 보장한다.

더욱 바람직하게는, 환형 홈의 한계를 정하는 외벽 및 환형 홈의 한계를 정하는 체결부품의 내벽은 물론 방향타 축은 각각 형상결합소자를 수용하기 위한 적어도 하나의 개구를 포함하고, 이 개구는 그 위치 및 단면이 일치한다. 환형 홈의 한계를 정하는 외벽들 및 내벽들 상에 형성된 개구들은 체결부품을 통해 방사상 방향으로 확장하고 있다. 이것과 일치하는 식으로, 방향타 축 상에 형성된 적어도 하나의 개구 또한 방향타 축을 통해 방사상으로 확장하고 있다. 만약 이 방향타 축이 체결부품상에 형성된 환형 홈 속으로 결합되고 그리고 방향타 축이, 외벽 상의 적어도 하나의 개구, 내벽 상의 적어도 하나의 개구 및 방향타 축상의 적어도 하나의 개구가 서로 일렬로 배열되는 식으로, 환형 홈 내에 배열된다면, 그때는 그들이 함께 방향타 축을 그 종축 방향으로 체결부품상에 고정하는 형상결합소자용 긴 수용공간을 형성한다. 이 방향타 축은 체결부품의 환형 홈의 한계를 정하는 측벽들과 함께 형상결합에 의해 방사상 방향으로 체결부품상에 고정된다.

본 발명의 수중운송수단용 방향타 장치는 방향타 축의 제조가 간편하고 제조비용이 저감되며, 탑재 링이 방향타 축의 단부까지 비교적 큰 거리에서 배치되어 져야만 하는 종래기술의 단점들을 제거하는 효과가 있다.

도 1은 잠수함의 방향타 장치에 대한 부분 절개된 측 단면도,
도 2는 도 1에 따른 방향타 장치의 체결부품에 대한 단면도, 및
도 3은 도 2에 따른 체결부품의 평면도이다.

이하에서 본 발명을 하나의 실시예를 통해 보다 구체적으로 설명한다.

도 1은 미도시의 잠수함의 내압선각에서 떨어진 외측 상에 배치된 외선각(2)을 갖는 잠수함의 외선각 영역을 보여주고 있다. 외선각(2) 상에는 하나의 개구(4)가 형성되어 있다. 이 개구(4)를 통해 파이프 또는 관(6)이 잠수함의 외선각(2) 및 내압선각 사이의 중간 공간 속으로 도입된다.

이 관(6)은 방향타 장치(10)의 스페이드 방향타(spade rudder)의 방향타 축(8)을 위한 방향타 트렁크를 형성하고, 이 방향타 축은 도 1에서 점선으로 도시되어 있다. 이 방향타 축(8)은 섬유복합재료로 형성된다. 또한 섬유복합재료로 형성된 방향타 블레이드(12)가 외선각(2)의 바깥에 배치되는 방향타 축(8)의 영역 상에 배치되어 있다. 여기서, 바깥 단부영역에서 원뿔로 테이퍼진 실린더형 방향타 축(8)은 방향타 블레이드(12)에 형성되고 방향타 축(8)과 크기가 일치하는 개구 속으로 결합된다. 거기에, 이 방향타 축(8)은 접착접속에 의한 물질결합으로 방향타 블레이드(12)에 접합된다.

이 방향타 축(8)은 관(6) 내에 회전가능하게 움직일 수 있는 식으로 탑재되어 있다. 이를 위하여, 방사상의 플레인 베어링(14) 및 이것으로부터 떨어져 있는 단부에 또 다른 방사상의 플레인 베어링(16)이 외선각의 개구(4)를 통해 안내되는 단부영역내의 관(6) 내에 배치된다. 방향타 축(8)은 플레인 베어링(14)의 베어링 부쉬 내에 위치된 영역에 금속으로 된 케이싱이 제공된다. 방향타 축(8)의 탑재는 방향타 블레이드(12)로부터 떨어져 있는 방향타 축(8)의 단부 상에 체결된 체결부품(18)에 의해 플레인 베어링(16)의 베어링 부쉬 내에서 이루어진다. 플레인 베어링들(14 및 16)의 베어링 부쉬들은 바람직하게는 플라스틱으로 설계된다.

체결부품(18)은 강철로 설계된다. 그것은 외부직경이 플레인 베어링(16)의 베어링 부쉬의 내부직경과 일치하는 원통형 부분(20)을 포함한다. 체결부품(18)의 이 부분(20)은 플레인 베어링(16)의 일부를 형성한다. 체결부품(18)의 종축(A) 방향으로 확장하고 있는 돌출부(24)는 이 부분(20)의 단부측(22)에 형성된다. 이 돌출부(24)는 필수적으로 사각단면부를 가지며, 여기서 단면부 면적은 체결부품(18)의 원통형 부분(20)의 면적보다 더 작다.

전체 체결부품(18)을 통한 종축(A)의 방향으로 확장하고 있는 개구(26)가 체결부품(18) 상에 형성되어 있다. 원통형 부분(20)의 단부측(28)으로부터 출발하는 식으로, 개구(26)는 첫 번째 어깨부(30) 및 뒤이은 어깨부(32)의 형성중에 테이퍼져 있다.

어깨부(30)의 전체 가장자리를 둘러싼 환형홈(annular groove)(34)이 바깥측 상의 방사상으로 어깨부(30) 상에 형성되어 있다. 이 환형홈(34)의 외부직경은 기본적으로 그것의 원통형 부분 내의 방향타 축(8)의 외부직경과 일치하고, 그 폭은 기본적으로 방향타 축(8)의 벽 두께와 일치한다. 방향타 축(8)은 환형홈(34)속으로 결합되고, 여기서 전체 주변에 걸쳐 설치된 접착층(36)이 그 외측면상에 제공되고 따라서 체결부품(18)에 형상결합으로 접속된다.

8개의 개구들(38)이 체결부품(18)의 원통형 부분(20)의 바깥주변에 걸쳐 균일하게 배분되는 식으로 형성되어 있고, 이들 개구들은, 원통형 부분(20)의 바깥주변으로부터 출발하는 식으로, 외측 상에 환형홈(34)의 한계를 정하는 외벽(40)을 통해 그리고 내 측 상에 환형홈(34)의 한계를 정하는 내벽(42)을 통하여, 개구(26)까지 방사상으로 확장하고 있다.

방향타 축(8)의 외벽을 통해 방사상으로 확장하고 있는 8개의 개구들(44)이 개구들(38)에 일치하여 방향타 축(8) 상에 형성되어 있다. 따라서 방향타 축(8)은 이에 형성된 개구들(44)이 원통형 부분(20)에 형성된 개구들(38)과 나란하게 되도록 체결부품(18)의 환형홈(32) 속으로 결합되고, 따라서 개구들(38 및 44) 각각은 공통개구를 갖는다. 도면에 도시되지 않은 핀들의 형태로 된 형상결합소자들이 이들 개구들 속으로 삽입되고, 따라서 체결부품(18)은 접착연결에 추가적으로 형상결합에 의해 방향타 축(8)에 고정된다.

도 3으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 체결부품(18)에 형성된 돌출부(24)는 기본적으로 사각단면부를 갖는다. 이 돌출부(24)는 체결부품(18)에 체결된 방향타 레버(46)용 결합구로서 역할을 한다(도 1). 이 방향타 레버(46)는 도면에 도시되지 않은 선형구동기에 의해 그리고 그것은 바람직하게는 유압실린더와 함께 체결부품(18)의 종축(A)을 중심으로 회전가능하다. 그것은 단면부가 돌출부(24)의 단면부와 일치하는 개구를 갖는다. 체결부품(18)의 돌출부(24)는 방향타 레버(46)의 개구 속으로 결합되고, 이것은 방향타 레버(46)가 형상결합과 함께 그것의 회전방향으로 체결부품(18)에 연결된다는 것을 의미한다.

2: 외선각 4: 개구
6: 관 8: 방향타 축
10: 방향타 장치 12: 방향타 블레이드
14, 16: 플레인 베어링 18: 체결부품
20: 부분 22, 28: 단부측
24: 돌출부 26: 개구
30, 32: 어깨부 34: 환형홈
36: 접착층 38: 개구
40: 외벽 42: 내벽
44: 개구 46: 방향타 레버
A: 종축

Claims

수중운송수단의 외벽을 통해 안내되고 섬유복합재료로 형성되는 방향타 축(8)이 수중운송수단 내의 플레인 베어링(16) 안에 탑재되고 방향타 축(8)의 종축에 대해서 회전가능한 방향타 레버(46)에 움직이게 결합되는 스페이드 방향타를 갖는 수중운송수단용 방향타 장치(10)에 있어서, 방향타 레버(46)를 방향타 축(8)에 체결하기 위한 체결부품(18)이 수중운송수단 내에 배치되는 방향타 축(8)의 단부에 구성되고, 상기 체결부품(18)은 플레인 베어링(16)의 일부를 형성하며 그 위에 방향타 레버(46)가 형상결합으로 고정되는 결합구를 가지고, 상기 결합구는 비회전 대칭형(non-rotationally symmetrical) 단면부를 갖는 돌출부(24)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 수중운송수단용 방향타 장치.
제 1항에 있어서, 체결부품(18)은 본딩 접착에 의해 방향타 축(8)에 연결되는 것을 특징으로 하는 수중운송수단용 방향타 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 체결부품(18)은 형상결합소자들에 의해 방향타 축(8)에 연결되는 것을 특징으로 하는 수중운송수단용 방향타 장치.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 결합구는 다각형 단면부를 갖는 돌출부(24)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 수중운송수단용 방향타 장치.
삭제
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 수중운송수단 내에 배치되는 방향타 축(8)의 적어도 일 측 단부 영역은 중공으로 형성되고, 방향타 축(8)이 결합되는 환형 홈(34)이 체결부품(18)에 형성되며, 상기 환형 홈(34)은 방향타 축(8)의 일단과 대응되는 것을 특징으로 하는 수중운송수단용 방향타 장치.
제 7항에 있어서, 환형 홈(34)의 한계를 정하는 외벽(40) 및 환형 홈(34)의 한계를 정하는 체결부품(18)의 내벽(42), 그리고 방향타 축(8)은 각각 형상결합소자를 수용하기 위하여 적어도 하나의 개구(38, 44)를 포함하고, 상기 개구(38, 44)는 개구의 위치 및 단면부에 대하여 서로 일치하는 것을 특징으로 하는 수중운송수단용 방향타 장치.