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Die
Erfindung betrifft ein Unterwasserfahrzeug mit den im Oberbegriff des
Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen, insbesondere ein druckkörperloses Unterwasserfahrzeug.
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Bei
Unterwasserfahrzeugen ist es üblich,
so genannte Tauchzellen zur Steuerung der Tauchtiefe zu verwenden.
Eine solche Tauchzelle kann wahlweise mit einem Gas, vorzugsweise
Luft, oder mit Wasser gefüllt
werden, wodurch sich der statische Auftrieb eines Unterwasserfahrzeugs
in Abhängigkeit von
der in der Tauchzelle befindlichen Luft- bzw. Wassermenge ändert. So
wird zum Auftauchen oder zum Verringern der Tauchtiefe Luft in die
Tauchzelle eingeblasen, die das in der Tauchzelle befindliche Wasser
verdrängt.
In umgekehrter Weise wird zum Tauchen oder zum Vergrößern der
Tauchtiefe die in der Tauchzelle befindliche Luft aus dieser an
die Umgebung des Unterwasserfahrzeugs abgeblasen und durch nachströmendes Wasser
ersetzt. Das Abblasen von in der Tauchzelle befindlicher Luft hat
den Nachteil, dass es Geräusche
verursacht und an der Wasseroberfläche Luftblasen.
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Vor
diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Unterwasserfahrzeug,
insbesondere ein druckkörperloses
Unterwasserfahrzeug zu schaffen, dass die vorgenannten Nachteile
vermeidet und einfach und günstig
im Aufbau ist.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch ein Unterwasserfahrzeug mit den in Anspruch
1 angegebenen Merkmalen, wobei sich bevorzugte Weiterbildungen der
Erfindung aus den Unteransprüchen,
der nachfolgenden Beschreibung sowie der Zeichnung ergeben.
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Das
erfindungsgemäße Unterwasserfahrzeug,
das typischerweise ein druckkörperloses
Kleinfahrzeug ist, weist zumindest eine Tauchzelle zum Einstellen
der Tauchtiefe auf. Diese Tauchzelle wird von einer Kolben-Zylinder-Anordnung
gebildet, bei der ein gasgefülltes
Volumen einer Zylinderkammer des Zylinders, die von einem in dem
Zylinder beweglich geführten
Kolben begrenzt wird, durch Ansteuerung des Kolbens veränderbar
ist. Erfindungsgemäß weist
die gasgefüllte
Zylinderkammer einen Druckgasanschluss auf.
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Die
Grundidee der Erfindung ist es, ein Unterwasserfahrzeug mit einer
mit Gas und bevorzugt mit Luft gefüllten, einseitig geschlossen
ausgebildeten Tauchzelle auszustatten, deren Volumen gegenüber dem
Umgebungswasser des Unterwasserfahrzeugs zum Einstellen des statischen
Auftriebs veränderbar
ist, ohne der Tauchzelle Gas zuzuführen oder Gas aus dieser abzulassen.
D. h., bei dem erfindungsgemäßen Unterwasserfahrzeug
können
die bislang bei der Verringerung des statischen Auftriebs durch
Abblasen der Tauchzelle verursachten Gasblasen nicht mehr auftreten.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Unterwasserfahrzeug
wird die Tauchzelle von einer Zylinderkammer einer Kolben-Zylinder-Anordnung
gebildet. Hierbei sind unter dem Begriff „Zylinder" im Sinne der Erfindung nicht nur Hohlkörper mit
einem runden Innenquerschnitt zu verstehen, stattdessen ist die
Innenquerschnittsform, der als Zylinder bezeichneten Hohlkörper und
der damit korrespondierende Querschnitt der Kolben grundsätzlich beliebig.
So können der
Innenquerschnitt des Hohlkörpers
und der Querschnitt des Kolbens z. B. auch rechteckig oder oval ausgebildet
sein. Um einen Gasverlust des in der Zylinderkammer befindlichen
Gases zu verhindern, ist der Kolben zweckmäßigerweise gegenüber der
Innenwand des Zylinders mittels geeigneter Dichtmittel, wie beispielsweise
geeignete O-Ringe oder Quad-Ringe, abgedichtet.
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Die
Volumenänderung
der die Tauchzelle bildenden Zylinderkammer erfolgt bei dem Unterwasserfahrzeug
gemäß der Erfindung
durch Verschieben des diese Zylinderkammer in dem Zylinder begrenzenden
Kolbens. Hierzu kann der Kolben mit jedem geeigneten Linearantrieb,
wie beispielsweise einer Gewindespindel, bewegungsgekoppelt sein.
Bevorzugt ist der Kolben allerdings hydraulisch ansteuerbar. Dementsprechend
kann der Kolben zur Erzeugung einer Kolbenbewegung direkt oder indirekt
mit einer Hydraulikflüssigkeit
druckbeaufschlagt werden. Zur indirekten Druckbeaufschlagung mit
einer Hydraulikflüssigkeit
kann beispielsweise an dem die Tauchzelle begrenzenden Kolben eine
Kolbenstange angeordnet sein, an der ein weiterer Kolben eines hydraulisch
betriebenen Steuerzylinders angeordnet ist.
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Bevorzugt
wird der Kolben aber direkt mit der Hydraulikflüssigkeit druckbeaufschlagt.
In diesem Zusammenhang sieht die Erfindung eine vorteilhafte Ausgestaltung
vor, bei der der Kolben den Zylinder in eine verschlossen ausgebildete
und mit einem gasförmigen
Medium gefüllte
erste Zylinderkammer und eine mit einem flüssigen Druckmedium befüllbare zweite
Zylinderkammer teilt. Durch Einleiten einer Hydraulikflüssigkeit
in die zweite Zylinderkammer kann so das Volumen der ersten Zylinderkammer
und damit einhergehend der statische Auftrieb des Unterwasserfahrzeugs
verringert werden. Analog kann der statische Auftrieb des Unterwasserfahrzeugs
durch Ablassen der Hydraulikflüssigkeit
aus der zweiten Zylinderkammer und die dadurch verursachte Vergrößerung der
ersten Zylinderkammer gesteigert werden.
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Die
Hydraulikflüssigkeit,
bei der es sich um jede hierfür
geeignete Flüssigkeit
handeln kann, kann in dem Unterwasserfahrzeug in einem Flüssigkeitsbehälter eines
Hydrauliksystems gespeichert sein. Bevorzugt wird als Hydraulikflüssigkeit
allerdings Wasser verwendet, das zur Auftriebsverringerung direkt
aus der Umgebung des Unterwasserfahrzeugs in die zweite Zylinderkammer
gefördert
wird und zur Auftriebssteigerung direkt an die Umgebung des Unterwasserfahrzeugs
abgegeben wird. Zu diesem Zweck ist die zweite Zylinderkammer vorteilhafterweise
mit dem Umgebungswasser des Unterwasserfahrzeug leitungsverbindbar.
D. h., es ist zumindest eine Leitung an der zweiten Zylinderkammer
angeschlossen, über
die das Umgebungswasser des Unterwasserfahrzeugs in die zweite Zylinderkammer fließen und
aus der zweiten Zylinderkammer in die Umgebung des Unterwasserfahrzeugs
abfließen kann.
Auf diese Weise ist es vorteilhaft nicht erforderlich, in dem Unterwasserfahrzeug
einen Flüssigkeitsbehälter für die Hydraulikflüssigkeit
bereitzustellen. Bevorzugt sind an der zweiten Zylinderkammer eine Zufuhrleitung
zum Einleiten des Umgebungswassers und eine Ablassleitung zum Abgeben
des Umgebungswassers vorgesehen.
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Zum
Fördern
der Hydraulikflüssigkeit
ist zweckmäßigerweise
eingangsseitig der zweiten Zylinderkammer eine Flüssigkeitspumpe
angeordnet. Bei der Flüssigkeitspumpe
handelt es sich bevorzugt um eine Kreiselpumpe, die typischerweise
in einer an der zweiten Zylinderkammer angeschlossenen Zufuhrleitung
angeordnet ist und Hydraulikflüssigkeit und
vorzugsweise das Umgebungswasser des Unterwasserfahrzeugs unter
Druck in die zweite Zylinderkammer pumpt.
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Um
ein Zurückströmen der
von der Flüssigkeitspumpe
in die zweite Zylinderkammer geförderten
Hydraulikflüssigkeit
zu verhindern, ist vorteilhaft zwischen der zweiten Zylinderkammer
und der Flüssigkeitspumpe
ein Rückschlagventil
angeordnet. Dieses Rückschlagventil
ist in einer an der zweiten Zylinderkammer angeschlossenen Zufuhrleitung
ausgangsseitig der Flüssigkeitspumpe
derart angeordnet, dass die von der Flüssigkeitspumpe geförderte Hydraulikflüssigkeif
das Rückschlagventil
in Förderrichtung
durchströmen
kann, wobei ein Durchströmen
des Rückschlagsventils
in Gegenrichtung verhindert wird.
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Weiter
vorteilhaft ist ausgangsseitig der zweiten Zylinderkammer ein steuerbares
Auslassventil angeordnet. Dieses Auslassventil dient dazu, die von
der Flüssigkeitspumpe
in die zweite Zylinderkammer geförderte
Hydraulikflüssigkeit
zur Erhöhung
des Auftriebs aus dieser Zylinderkammer abzulassen. Wie die Flüssigkeitspumpe
ist auch das Ablassventil vorteilhafterweise steuerbar ausgebildet. Zur
Steuerung kann eine Steuereinrichtung vorgesehen sein, die sowohl
zur manuellen Steuerung als auch zur automatischen Steuerung ausgebildet
ist. Zur Verhinderung einer unkontrollierten Unterwasserfahrt des
erfindungsgemäßen Unterwasserfahrzeugs
bei Ausfall einer Bedienperson der Steuerungseinrichtung, beinhaltet
diese Steuerungseinrichtung zweckmäßigerweise eine Totmannschaltung.
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Um
dem im getauchten Zustand des Unterwasserfahrzeug herrschenden Wasserdruck
entgegenwirken zu können,
ist der Kolben gegen den an der von der gasbefüllten Zylinderkammer abgewandten
Stirnseite des Kolbens wirkenden Umgebungsdruck vorgespannt. Diese
Vorspannung kann beispielsweise über
den Gasdruck in dieser Zylinderkammer erfolgen. Hierzu weist die
gasgefüllte
Zylinderkammer einen Druckgasanschluss auf, der zweckmäßigerweise
mit einem Rückschlagventil
gesichert werden kann. Eine andere vorteilhafte Möglichkeit
zum Aufbau dieser Vorspannung besteht darin, in der gasbefüllten Zylinderkammer
ein dementsprechend angeordnetes mechanisches Federbauteil vorzusehen.
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Nachfolgend
ist die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnungsfigur
zeigt in vereinfachter schematischer Darstellung eine Kolben-Zylinder-Anordnung,
die eine Tauchzelle zum Einstellen der Tauchtiefe des erfindungsgemäßen Unterwasserfahrzeugs
bildet.
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In
einem geschlossen ausgebildeten Zylinder 2 ist ein Kolben 4 in
Richtung der Längsausdehnung
des Zylinders 2 beweglich geführt. Der Kol ben 4 weist
einen mit dem Innenquerschnitt des Zylinders 2 korrespondierenden
Außenquerschnitt
auf und teilt den Zylinder 2 in eine erste Zylinderkammer 6 und eine
zweite Zylinderkammer 8. Die erste Zylinderkammer 6 ist
mit einem Gas, vorzugsweise Luft, gefüllt, das den Kolben 4 mit
einer in Richtung der zweiten Zylinderkammer 8 wirkenden
Kraft beaufschlagt. Um Gasverluste aus der Zylinderkammer 6 zu
verhindern, sind an dem Außenumfang
des Kolbens nicht dargestellte Dichtmittel angeordnet, die den Kolben 4 gegen
die Innenwand des Zylinders 2 abdichten.
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An
dem Zylinder 2 ist eine in der zweiten Zylinderkammer 8 mündende Zufuhrleitung 10 angeschlossen. Über diese
Zufuhrleitung 10 ist die zweite Zylinderkammer 8 mit
dem Umgebungswasser des erfindungsgemäßen Unterwasserfahrzeugs leitungsverbindbar.
In der Zufuhrleitung 10 ist eine Flüssigkeitspumpe in Form einer
Kreiselpumpe 12 angeordnet, die das Umgebungswasser des
Unterwasserfahrzeugs in die zweite Zylinderkammer 8 fördert. Um bei
abgeschalteter Kreiselpumpe 12 ein Zurückfließen des in der zweiten Zylinderkammer 8 befindlichen
Umgebungswassers zu verhindern ist in der Zufuhrleitung 10 zwischen
der Kreiselpumpe 12 und dem Anschluss der Zufuhrleitung 10 an
dem Zylinder 2 ein Rückschlagventil 14 angeordnet,
das die Zufuhrleitung 10 in einer Richtung entgegen der
Förderrichtung
der Kreiselpumpe 12 sperrt.
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Neben
der Zufuhrleitung 10 ist an dem Zylinder 2 eine
ebenfalls von der zweiten Zylinderkammer 8 ausgehende Ablassleitung 16 angeschlossen.
Diese Ablassleitung 16 kann von einem darin angeordneten
ansteuerbaren Absperrventil 18 geöffnet und verschlossen werden.
Wie die Kreiselpumpe 12 ist auch das Absperrventil 18 mit
einer in der Zeichnungsfigur nicht dargestellten Steuerungseinrichtung signalverbunden,
mit der die in der Zeichnungsfigur dargestellte Kolben-Zylinder-Anordnung
sowohl manuell als auch automatisch steuerbar ist.
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Die
Funktionsweise der Kolben-Zylinder-Anordnung des erfindungsgemäßen Unterwasserfahrzeugs
ist wie folgt:
Zum Abtauchen bzw. zum Vergrößern der Tauchtiefe wird von
der Steuerungseinrichtung die Kreiselpumpe 12 bei geschlossen
geschaltetem Absperrventil 18 eingeschaltet. Die Kreiselpumpe 12 fördert nun Wasser
aus der Umgebung des Unterwasserfahrzeugs unter Druck über die
Zufuhrleitung 10 in die zweite Zylinderkammer 8 des
Zylinders 2. Der hierdurch in der Zylinderkammer 8 aufgebaute
Wasserdruck wirkt auf den in dem Zylinder 2 angeordneten Kolben 4 und
bewegt ihn gegen den in der ersten Zylinderkammer 6 herrschenden
Gasdruck in Richtung der Zylinderkammer 6. Hierdurch wird
das Volumen der ersten Zylinderkammer 6 bei Kompression
des darin befindlichen Gases verringert. Damit einhergehend verringert
sich der statische Auftrieb des erfindungsgemäßen Unterwasserfahrzeugs, das
nun weiter abtaucht.
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Zum
Auftauchen bzw. zum Verringern der Tauchtiefe schaltet die Steuerungseinrichtung
die Kreiselpumpe 12 ab und schaltet daraufhin das Absperrventil 18 in
eine die Ablassleitung 16 öffnende Ventilstellung. Das
in der zweiten Zylinderkammer 8 befindliche Wasser kann
nun über
die Ablassleitung 16 zurück in die Umgebung des Unterwasserfahrzeugs
fließen.
Der Wasserdruck in der zweiten Zylinderkammer 8 wird abgebaut
und der Kolben 4 bewegt sich aufgrund des dann größeren Gasdrucks
in der ersten Zylinderkammer 6 zurück in Richtung der zweiten
Zylinderkammer 8. Entsprechend vergrößern sich das Volumen der ersten
Zylinderkammer 6 und der statische Auftrieb des Unterwasserfahrzeugs,
das so in Richtung der Wasseroberfläche aufsteigt.
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Die
vorbeschriebene Tauchzellenanordnung ist insbesondere für ein bemanntes
druckkörperloses Unterseeboot
geeignet, da sie einfach im Aufbau und gut manuell steuerbar ist.
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- 2
- Zylinder
- 4
- Kolben
- 6
- Zylinderkammer
- 8
- Zylinderkammer
- 10
- Zufuhrleitung
- 12
- Kreiselpumpe
- 14
- Rückschlagventil
- 16
- Ablassleitung
- 18
- Auslassventil