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Die
Erfindung betrifft ein unbemanntes Unterwasser-Kleinfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Ein
bekanntes, unbemanntes Unterwasserfahrzeug, das bei der Minenjagd
eingesetzt wird (
DE 691
13 462 T3 ), weist einen druckdichten, zylindrischen Fahrzeugkörper aus
einem Zweikomponenten-Kunststoff mit einer der einen Stirnseite
vorgesetzten Kugelkappe und einem an der anderen Stirnseite angesetzten
Schwanzteil auf, in dem eine bei Missionsfahrt des Unterwasserfahrzeugs
sich abspulende Glasfaserspule zum Datenaustausch mit einer Leitzentrale
untergebracht ist. Das Unterwasserfahrzeug ist mit zwei elektrischen
Propellern für
den Vorwärtstrieb
und mit einem Vertikalpropeller zum stationären Manövrieren ausgestattet. Die beiden
elektrischen Propeller sind seitlich am Fahrzeugkörper befestigt.
Am Fahrzeugkörper
sind ferner ein Tiefensensor, ein Transponder, eine TV-Kamera und
eine Lichtquelle befestigt.
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Ein
bekanntes, autonomes Unterwasserfahrzeug (
US 5 666 900 A ), das als
nicht wieder verwendbares Einmalfahrzeug konzipiert ist, hat ein
mit einer kappenförmigen
Nase versehenes vorderes Endstück
und ein einen Antriebspropeller tragendes hinteres Endstück, sowie
ein dazwischen angeordnetes wasserdichtes Mittelstück. Im vorderen
Ende ist eine Versteifungsplatte, eine Stromversorgungsbatterie, ein Drucksensor
und ein Kompass untergebracht. Im hinteren Endstück ist ein Gleichstrommotor
und Getriebe zum Antrieb des Propellers eingebaut. Das wasserdichte
Mittelstück
nimmt diverse Elektronik für Steuerung
und Führung
des Unterwasserfahrzeugs sowie zur Erzeugung von akustischen Signaturen und
zum Empfang von akustischen Signalen auf. Vorderes Endstück, Mittelstück und hinteres
Endstück
sind fest und wasserdicht miteinander verbunden.
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Ein
bekanntes, unbemanntes autonomes Unterwasserfahrzeug (
US 2007/0125 289 A1 )
besitzt eine druckfeste Hülle,
die aus einer kappenförmigen, vorderen
Hüllensektion,
einer hohlzylindrischen, mittleren Hüllensektion und einer langgestreckten,
kappenförmigen,
hinteren Hüllensektion
besteht. Die einander zugekehrten Enden der drei Hüllensektionen besitzen
den gleichen Durchmesser. Die Hüllensektionen
sind unter Zwischenlage eines Dichtungsrings aneinandergesetzt und
durch Befestigungsmittel wie interne oder externe Klammern oder
Schraubverbindungen, miteinander fest verbunden.
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Eine
bekannte U-Boot-Struktur (
GB
2 223 716 A ) weist eine Mehrzahl von identischen, stirnseitig
abgeflachten sphärischen
Modulen aus Composite-Material auf, die miteinander fest verbunden
sind. Jedes Modul besitzt auf jeder der voneinander abgekehrten
Seiten einen Ringflansch. Die aneinanderliegende Ringflansche aufeinanderfolgender
Module sind unter Zwischenlage eines Dichtungsrings miteinander
durch Schrauben, Klammern oder durch Schweißen verbunden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein in großer Wassertiefe einsetzbares,
unbemanntes Unterwasser- Kleinfahrzeug
zu konzipieren, dessen Inneres für
Betriebsmodifikationen und Wartung leicht zugänglich ist.
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Die
Aufgabe ist erfindungsgemäß durch
die Merkmale im Anspruch 1 gelöst.
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Das
erfindungsgemäße unbemannte
Unterwasser-Kleinfahrzeug hat den Vorteil, dass der vorzugsweise
aus Aluminium gefertigte und damit leichte Druckkörper einen
hohen Wasserdruck von mehr als 60 bar standhält und das Unterwasser-Kleinfahrzeug
durch die strömungsgünstige Außenhülle einen geringen
Wasserwiderstand aufweist. Die Außenhülle stützt sich am Druckkörper ab
und behindert dadurch nicht eine Verformung des Druckkörpers bei hohem
Wasserdruck und dient zur An- oder Unterbringung erforderlicher
Sensoren und Geräte,
ohne dass der Druckkörper
in seiner Stabilität
durch den Sensor- oder Geräteanbau
in irgendeiner Weise geschwächt
wird. Das Gleiche gilt für
das im Innern des Druckkörpers
angeordnete Tragwerk, das zur Befestigung der Stromversorgungsaggregate
und evtl. anderer Bauteile dient und sich am Druckkörper lediglich
kraft- und/oder formschlüssig
abstützt,
ohne Anschraubpunkte am Druckkörper
zu haben. Die Aggregate und Bauteile können außerhalb des Druckkörpers in
das Tragwerk eingebaut und dann zusammen mit dem Tragwerk in das
Rohrsegment des Druckkörpers
eingeschoben werden. Durch das Zusammensetzten des Druckkörpers aus
Rohrsegmenten und Kugelkappen wird ein nachträglicher Austausch und eine
zusätzliche
Integration von Aggregaten und Bauteilen sowie deren Wartung ermöglicht.
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Zweckmäßige Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen unbemannten
Unterwasser-Kleinfahrzeugs mit vorteilhaften Weiterbildungen und
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung weisen die einstückig
an dem mindestens einen Rohrsegment ausgeformten Rippen einen dreieckförmigen Querschnitt
mit nach außen
weisender, abgerundeter Dreieckspitze und mit über Rundungsradien in das Rohrsegment übergehenden,
die Dreieckskatheten darstellenden Flanken auf. Dadurch wird eine
sehr gute Spannungsverteilung im Rohrsegment erreicht und hohe lokale
Kerbspannungen am Fuße
der Rippen vermieden.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung weisen die paarweise aneinanderliegenden, umlaufenden
Klemmflansche eine unterschiedliche axiale Breite auf, wobei in
den breiteren Klemmflansch eine an dem anderen Klemmflansch sich
andrückende,
ringförmige
Dichtung eingelegt ist. Diese unsymmetrische Form der Klemmflanschpaare
führt zu
annähernd
gleicher Verformung unter Last und vermeidet lokale Spannungsspitzen.
Die Klemmflansche und die Dichtungen liegen außerhalb des Rohrsegments, und
am Fuße
der Klemmflansche kann eine ungehinderte Kraftübertragung der in dem Rohrsegment
wirkenden Axialkraft stattfinden. Somit ist die Dichtzone frei von
großen
Belastungen. Die Spannringe zum Zusammenziehen der beiden Klemmflansche
eines Klemmflanschpaars haben einen größeren Öffnungswinkel von z. B. 48°, um eine leichte
Demontage zu ermöglichen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung sind notwendige Kabeldurchführungen, z. B. zum Durchführen von
elektrischen Verbindungskabeln von den Stromversorgungsaggregaten zu
dem elektrischen Propellerantrieb, ausschließlich in den Kugelkappen vorhanden.
In den Kugelkappen sind anders als in der Wand des Rohrsegments
Kabeldurchführungen
sicher beherrschbar, da in den Kugelkappen in allen Richtungen gleiche
Spannungen auftreten. Die Kabeldurchführungen werden ohne Ansehung
des konkreten Bedarfs im Einzelfall vorgesehen und druckdicht verschlossen,
so dass Flexibilität
für einen
später
erweiterten Bedarf vorhanden ist.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung besteht das Tragwerk aus einem mehreckigen, vorzugsweise
achteckigen Käfig
aus Blechstreifen, der einen der Länge des Rohrsegments entsprechende
axiale Länge
aufweist und sich mit den Blechstreifen über elastisch kompressible
Körper
mit kreissegmentförmigem
Querschnitt an dem Rohrsegment abstützt. Als elastisch kompressible
Körper werden
beispielsweise Styroporkissen verwendet.
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Die
Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung illustrierten Ausführungsbeispiels
im folgenden näher
beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines unbemannten Unterwasser-Kleinfahrzeugs,
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2 eine
Explosionsdarstellung des Unterwasser-Kleinfahrzeugs in 1 mit
Druckkörper
und Außenhülle,
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3 ausschnittweise
eine perspektivische Ansicht des Druckkörpers in 2,
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4 eine
vergrößerte Schnittdarstellung des
Ausschnitts IV in 3,
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5 eine
vergrößerte Schnittdarstellung des
Ausschnitts V in 3
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6 eine
Explosionsdarstellung des Druckkörpers
in 2 mit Rohrsegmenten, Kugelkappen, Spannringe und
Tragwerk,
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7 einen
Längsschnitt
einer Kugelkappe in 6, vergrößert dargestellt,
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8 eine
perspektivische Ansicht des Tragwerks in 6, vergrößert dargestellt.
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Das
in 1 in perspektivischer Ansicht und in 2 in
Explosionszeichnung dargestellte unbemannte Unterwasser-Kleinfahrzeug ist
aus drei getrennten Komponenten zusammengesetzt, nämlich aus
einem Druckkörper 11 (2),
einer den Druckkörper 11 umschließenden,
strömungsgünstig geformten
Außenhülle 12 (1)
und einem im Innern des Druckkörpers 11 sich
an der Druckkörperwand abstützenden
Tragwerk 13 (6 und 8). Außenhülle 12 und
Tragwerk 13 stützen
sich in einer Weise auf dem Druckkörper 11 ab, die eine
freie Verformung des Druckkörpers 11 unter
Last nicht behindert.
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Der
Druckkörper 11 (2, 3 und 6)
ist aus zwei durch umlaufende Rippe 14 verstärkte Rohrsegmente 15, 16 und
zwei an den Stirnenden der miteinander verbundenen Rohrsegmente 15, 16 angesetzte
Kugelkappen 17, 18 zusammengesetzt. Die Anzahl
der Rohrsegmente kann variiert werden und richtet sich nach der
gewünschten
Länge des
Unterwasser-Kleinfahrzeugs. Endseitig sind sowohl an den Rohrsegmenten 15, 16 als
auch an den Kugelkappen 17, 18 umlaufende Klemmflansche 19, 20 angeformt,
die aneinanderliegen und durch Spannringe 21 miteinander
verbunden sind. Wie aus 5 ersichtlich ist, sind die
aneinanderliegenden Klemmflansche 19, 20 eines
Klemmflanschpaars mit unterschiedlicher axialer Breite ausgebildet.
In dem breiteren Klemmflansch 20 ist mindestens eine ringförmige Nut 22 eingearbeitet,
in der eine an der Flanschfläche
des anderen Klemmflansches 19 sich andrückende, ringförmige Dichtung 23 einliegt.
Der das Klemmflanschpaar übergreifende
Spannring 21 hat für
eine leichte Demontage einen größeren Öffnungswinkel
von z. B. 48° und
wird an seinen beiden Ringenden durch eine Schraubverbindung 24 (3)
zusammengezogen. Der Spannring 21 trägt über den Umfang verteilt angeordnete,
radial nach außen
abstehende Augen 25, die zur Befestigung der Außenhülle 12 dienen.
In der Schnittdarstellung der 5 ist das
Klemmflanschpaar der an den einander zugekehrten Stirnenden der
Rohrsegmente 15, 16 angeformten Klemmflansche 19, 20 dargestellt.
In gleicher Weise sind auch die aneinanderliegenden Klemmflansche 19, 20 von
Kugelkappen 17 bzw. 18 und Rohrsegment 15 bzw. 16 gestaltet.
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Wie
die Schnittdarstellung in 4 zeigt, weisen
die einstückig
an die Rohrsegmente 15, 16 angeformten Rippen 14 einen
dreieckförmigen
Querschnitt mit nach außen
weisender, abgerundeter Dreieckspitze 141 auf. Die von
den Dreieckskatheten gebildeten Flanken der Rippen 14 gehen über Rundungsradien 142 in
die Rohrsegmente 15 bzw. 16 über.
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Die
beiden Kugelkappen 17, 18 weisen eine Wanddicke
auf, die etwa nur zwei Drittel der Wanddicke der Rohrsegmente 15, 16 entspricht.
Erforderliche, aus dem Innern des Druckkörpers 11 herauszuführende Kabel
werden ausschließlich
durch in den Kugelkappen 17, 18 vorgesehenen Kabeldurchführungen 26 hindurch
verlegt. Wie beispielhaft für
beide Kugelkappen 17, 18 die Schnittdarstellung
der Kugelkappe 18 in 7 zeigt,
weist jede Kabeldurchführung 26 ein
die Kappenwand durchdringendes Loch 261 und einen das Loch 261 umschließenden Ringflansch 262 auf.
Die in Achsrichtung gesehene Breite oder Höhe des Ringflansches 262 ist
größer als
die Wanddicke der Kugelkappe 17 bzw. 18, so dass
der Ringflansch 262 auf beiden Seiten der Kugelkappe 17 bzw. 18 über deren
Wandfläche
symmetrisch, d. h. mit gleichem Überstandsmaß, übersteht.
Um eine Flexibilität
bezüglich
eines späteren
Bedarfs an Kabeldurchführungen 26 sicherzustellen,
ist unabhängig
von dem momentanen Bedarf des Einzelfalls eine bestimmte Anzahl
von Kabeldurchführungen 26 vorgesehen,
die, soweit sie nicht gebraucht werden, druckdicht verschlossen
bleiben. Zum druckdichten Verschließen werden in die Löcher 261 Stopfen 27 (3)
eingesetzt.
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Wie 6 und 8 zeigen,
ist das Tragwerk 13 ein achteckiger Käfig 28 aus miteinander verbundenen
Blechstreifen 29, der eine die Länge eines Rohrsegments 15 bzw. 16 entsprechende
axiale Länge
besitzt. Auf der nach außen
weisenden Seite der Blechstreifen 29, die in Einbaulage
der Rohrsegmentwand zugekehrt sind, sind auf die Blechstreifen 29 elastisch
kompressible Körper 30 mit
kreissegmentförmigem
Querschnitt aufgesetzt, über
die sich der Käfig 28 bzw.
die einzelnen Blechstreifen 29 des Käfigs 28, an der Innenwand
des jeweiligen Rohrsegments 15, 16 anpresst. Als
elastisch kompressibles Material wird z. B. Styropor verwendet.
Wie hier nicht weiter dargestellt ist, dient das Tragwerk 13 zur
Befestigung eines Stromaggregats und weiterer Einbaugeräte oder
Bauteile, ohne dass Befestigungspunkte am Druckkörper 11 erforderlich
sind.
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Die
in 2 in Explosionsdarstellung und in 1 im
Zusammenbau perspektivisch dargestellte, strömungsgünstige Außenhülle 12 weist zwei
Halbschalen 31, 32, die zu einem Zylinder zusammengesetzt
werden, sowie zwei an die Stirnseiten des Zylinders angesetzte Stirnkappen 33, 34 auf,
deren axiale Länge
deutlich größer ist
als die der Kugelkappen 17, 18 des Druckkörpers 11.
Die beiden Halbschalen 31, 32 und die Stirnkappen 33, 34 sind
an den Spannringen 21 des Druckkörpers 11 unter Verwendung
der an den Spannringen 21 angebrachten Augen 25 verschraubt.
Durch die deutlich größere Länge der
Stirnkappen 31, 32 verbleibt zwischen den Kugelkappen 17, 18 und
den Stirnkappen 33, 34 ein Hohlraum, der zur Unterbringung
von Sensoren und Geräten
genutzt wird. An der heckseitigen, in 1 und 2 hinteren
Stirnkappe 33 ist ein Schrauben- oder Propellerantrieb 35 befestigt,
der im Ausführungsbeispiel vier
gegeneinander winkelversetzt angeordnete Propeller 36 aufweist.
Der Propellerantrieb 35 wird vom Stromversorgungsaggregat
im Innern des Druckkörpers 11 über elektrische
Kabel, die durch die Kabeldurchführungen 26 in
der heckseitigen Kugelkappe 17 hindurchgeführt sind,
mit elektrischem Strom gespeist. Zur Erhöhung der Manövrierfähigkeit
des Unterwasser-Kleinfahrzeugs
sind seitlich an der unteren Halbschale 32 zwei elektrisch
angetriebene Vertikalpropeller 36, 37 angeordnet.
Zusätzlich
kann noch in jedem der beiden Stirnkappen 33, 34 ein
weiterer Vertikalpropeller (hier nicht dargestellt) angeordnet sein.
Hierzu ist in jeder Stirnkappe 33, 34 ein in Gebrauchslage
des Unterwasser-Kleinfahrzeugs vertikal ausgerichtetes Querrohr 39, 40 eingeformt,
dessen beide stirnseitigen Rohröffnungen
in der Stirnkappenwand liegen, und im Querrohr 39 bzw. 40 ein Vertikalpropeller
installiert. In der in 1 vorderen, bugseitigen Stirnkappe 34 sind
zusätzlich
zwei Lampen 41, 42 sowie ein Dopplerlog 43 untergebracht.