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Die Erfindung betrifft eine Antenne für ein Unterseeboot.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine so genannte Radomantenne für ein Unterseeboot, wie sie beispielsweise aus
EP 1 717 900 B1 zum Stand der Technik zählt. Derartige Antennen sind entweder an der Außenhaut des Unterseeboots angebracht oder an einem Ausfahrgerät. Es handelt sich dabei typischerweise um Funkantennen, die nur außerhalb des Faradayschen Käfigs wirksam sind, also so anzubringen sind, dass sie vom U-Boot und seinen Teilen möglichst wenig abgeschirmt werden. Diese Anbringung an der Außenseite des Unterseeboots bedingt jedoch, dass der oder die als Antenne wirksame elektrische Leiter einerseits gegen Umgebungseinflüsse, insbesondere das umgebende Wasser zu schützen ist, andererseits jedoch der Schutz für elektromagnetische Wellen durchgängig sein muss. Es zählt daher zum Stand der Technik, die eigentliche Antenne, das heißt den oder die elektrischen Leiter an einem Tragkörper außerhalb des Unterseeboots an der Außenhaut oder an einem Ausfahrgerät anzuordnen und diesen dann mit einer Kunststoffkappe, einem so genannten Radom zu schützen, das für elektromagnetische Wellen durchgängig ist, jedoch darüber hinaus druckfest, sodass auch bis zur maximalen Tauchtiefe des Unterseeboots ein Schutz gegenüber der Umgebung gebildet ist. Dabei ist der Radom so dimensioniert, dass er nicht nur dem Tauchdruck standhält, sondern auch den Strömungskräften bei voller Fahrt beim Abtauchen bzw. Auftauchen.
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Solche Antennen, wie sie aus
EP 1 717 900 B1 bekannt sind, haben sich bewährt, haben jedoch den Nachteil, dass sie aufwendig in der Herstellung und vergleichsweise schwer sind.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Antenne für ein Unterseeboot zu schaffen, welche einfacher herzustellen ist, insbesondere ein deutlich geringeres Gewicht aufweist.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Antenne mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung angegeben.
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Die erfindungsgemäße Antenne für ein Unterseeboot ist so ausgebildet, dass der oder die die Antenne bildenden elektrischen Leiter in einer Wandung eines für elektromagnetische Wellen durchgängigen und druckfesten Hohlkörpers eingegliedert ist. Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist es somit nicht wie beim Stand der Technik zunächst eine autarke Antenne zu schaffen und diese dann mittels eines Radoms zu schützen, sondern diese funktional zu verbinden. Der den eigentlichen Schutz bringende Hohlkörper wird gemäß der Erfindung gleichzeitig als Tragkörper für den oder die die Antenne bildenden elektrischen Leiter genutzt, indem der oder die elektrischen Leiter entweder an der Innenseite des Hohlkörpers angebracht werden oder, was bevorzugt ist, in die Wandung des Hohlkörpers eingegliedert werden. Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung wird nicht nur eine Fertigungsvereinfachung und eine Gewichtseinsparung erreicht, auch die Abstrahleigenschaften bzw. Empfangseigenschaften der Antenne werden verbessert, da die Leiter im Vergleich zum Stand der Technik weiter außen liegen.
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Vorteilhaft wird der Hohlkörper durch einen Faserverbundwerkstoff gebildet, sodass der oder die die Antenne bildenden elektrischen Leiter bei der Herstellung des Verbundwerkstoffes in diesen eingegliedert werden können. Besonders einfach kann dies erfolgen, wenn der Verbundwerkstoff elektrisch isolierend ist, da dann auf eine elektrische Isolierung der Leiter verzichtet werden kann. Wird hingegen ein elektrisch leitender Verbundwerkstoff verwendet, so sind die elektrischen Leiter vor Eingliederung entsprechend zu isolieren.
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Als Verbundwerkstoff können vorteilhaft glasfaserverstärkter Kunststoff und/oder aramidverstärkter Kunststoff und/oder mit keramischen Fassern verstärkter Kunststoff eingesetzt werden. Die Verarbeitung dieser Stoffe zählt insbesondere auch beim Unterseeboot seit langem zum Stand der Technik, weshalb fertigungstechnisch bei Verwendung dieser Werkstoffe keine Probleme zu erwarten sind. Diese Kunststoffe sind zudem vergleichsweise kostengünstig und leicht.
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Der oder die die Antenne bildenden Leiter werden vorteilhaft durch flächige Stoffe gebildet, da diese besonders gut und einfach in einen Verbundwerkstoff einzugliedern sind. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Leiter durch Streckmetall, vorzugsweise in Streifenform gebildet wird. Solche Streckmetalle sind zum einen vergleichsweise eigenstabil, was bei der Fertigung günstig ist, da sie in der einmal verbrachten Form verbleiben. Sie wirken zudem antennenmäßig als Fläche, da die dazwischen gebildeten Freiräume bei der elektromagnetischen Abstrahlung bzw. beim Empfang praktisch keine Wirkung entfalten, jedoch andererseits einen innigen Verbund innerhalb des Verbundwerkstoffes herstellen, da der Kunststoff die Leiter in diesen Bereichen vollständig durchdringen kann. Der in die Wandung des Hohlkörpers eingebrachte Leiter stellt somit keine Schwachstelle im Verbund dar, sondern ist formschlüssig in den Verbund eingegliedert, und zwar ungeachtet seiner adhäsiven Eigenschaften zum umgebenden Kunststoff.
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Vorteilhaft können der oder die elektrischen Leiter, die die eigentliche Antenne bilden, auch aus Kohlefasern oder elektrisch leitenden Kunststoffen gebildet sein. Derartige Kohlefasern können beispielsweise als Geflecht oder Gewirke angeordnet flächig in Kunststoff eingebettet werden. Sie können vorteilhaft Teil des Faserverbundwerkstoffes bilden und somit nicht nur elektrisch leitende sondern auch tragende Funktion übernehmen.
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Zweckmäßigerweise wird die Antenne so ausgebildet, dass der Hohlkörper eine im wesentlichen zylindrische. Form aufweist und zwei zueinander elektrisch isolierte elektrische Leiter, welche die eigentliche Antenne bilden, in schraubenlinienförmiger Anordnung in die Zylinderwandung eingegliedert sind. Die die Antenne bildenden Leiter bilden somit in an sich bekannter Weise eine Doppelhelix. Grundsätzlich können nach dem erfindungsgemäßen Bauprinzip eine Vielzahl von Antennenformen realisiert werden, wie beispielsweise eine Vierfach-Helix oder andere beliebige zylindrische Antenennenstrukturen. Der Freiraum innerhalb des Hohlkörpers kann gegebenenfalls noch für andere Zwecke genutzt werden. Die Zylinderform hat darüber hinaus den Vorteil, dass an dem oberen freien Ende eine Schnittstelle gebildet werden kann, welche zur Fortsetzung, zur Eingliederung weiterer Bauteile oder beispielsweise zum Aufsetzen einer GPS-Antenne in einer abschließenden Kuppel genutzt werden kann.
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Um den Hohlkörper möglichst gewichtsparend, jedoch ausreichend steif auszubilden, ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, zumindest einen ringförmig verstärkten Abschnitt im Hohlkörper vorzusehen. Je nach Länge des Hohlkörpers können auch zwei oder mehr solcher ringförmigen Abschnitte vorgesehen sein, die zweckmäßigerweise an der Innenseite des Hohlkörpers eingegliedert werden, um an der Außenseite eine möglichst glatte und strömungsgünstige Struktur zu gewährleisten.
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Vorteilhaft wird der Hohlkörper gemäß einer Weiterbildung der Erfindung durch einen innenliegenden Stützkörper verstärkt, der zweckmäßigerweise ebenfalls im Wesentlichen rohrförmig ist und vorteilhaft aus Metall oder einem Kohlefaserverbundwerkstoff gebildet ist. Aus Gewichtsgründen sollte bei Verwendung von Metall ein Leichtmetall, vorteilhaft zum Beispiel Titan oder eine Titanlegierung verwendet werden, die einerseits hochfest, jedoch andererseits auch sehr leicht ist. Dabei ist es zweckmäßig, sowohl den Stützkörper als auch den Hohlkörper jeweils fest, jedoch lösbar mit einem Fundamentteil zu verbinden, sodass die Bauteile auch ausgetauscht werden können, zum Beispiel im Falle einer mechanischen Beschädigung. Die Kraftübertragung zwischen Stützkörper und Hohlkörper erfolgt am bootseitigen Ende über das Fundamentteil, am freien Ende vorteilhaft über ein Deckelteil. Ein solches Deckelteil ist vorzugsweise dichtend in das freie Ende des Hohlkörpers eingesetzt und verbindet diesen dort mit dem Stützkörper, typischerweise dem Stützrohr. Dabei kann der Innenraum des Rohres vorteilhaft zur Anordnung weiterer elektrischer/elektronischer Bauteile genutzt werden, da das Rohr selbst eine gewisse Abschirmung bildet und somit die innerhalb des Hohlkörpers angeordneten Antennenleiter in ihrer Funktion durch solche Bauteile innerhalb des Stützkörpers praktisch nicht beeinträchtigt werden.
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Um die elektrischen Antennenleiter, die in den Hohlkörper eingegliedert sind, zu kontaktieren, sind vorteilhaft an beiden Enden eines jeden Leiters bzw. des Leiters, wenn nur einer vorgesehen ist, diese an der Innenseite herausgeführt und dort kontaktiert und elektrisch angeschlossen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kontaktierung der elektrischen Leiter des Hohlkörpers außenseitig des Stützkörpers vorgesehen ist und die Leitungsführung durch das Innere des Stützkörpers erfolgt. Dann kann innerhalb des Stützkörpers eine Anschlussverbindung dergestalt gebildet werden, dass eine lösbare elektrische Steckverbindung zwischen dem Fundamentteil und dem Fuß des Stützkörpers gegeben ist, sodass mit Aufstecken des Stützkörpers die elektrische Steckverbindung zu der typischerweise im Bootsinneren liegenden Elektronik gebildet ist und erst danach die mechanische Befestigung des Stützkörpers am Boot bzw. am Fundamentteil erfolgt. Die elektrische Steckverbindung liegt dann also völlig geschützt durch den Stützkörper einerseits und den Hohlkörper andererseits. Zu dem ist bei einer solchen Anordnung, insbesondere geeigneter Kontaktierung der elektrischen Leiter im Bereich zwischen Hohlkörper und Stützkörper gewährleistet, dass die Bauteile in einfacher Form montiert bzw. demontiert werden können, ohne dass auf die elektrischen Verbindungen gesondert geachtet werden muss. Ein Beispiel für eine entsprechende konstruktive Ausgestaltung ist weiter unten anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, das nur eine von zahlreichen konstruktiven Möglichkeiten repräsentiert.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigen:
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1 in stark vereinfachter schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Antenne in Seitenansicht,
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2 einen Schnitt längs der Schnittlinie II-II in 1,
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3 eine Seitenansicht in einer gegenüber 1 um 90° gedrehten Darstellung mit Darstellung der die Antenne bildenden Leiter,
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4 einen Schnitt längs der Schnittlinie IV-IV in 3,
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5 einen Schnitt längs der Schnittlinie V-V in 3,
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6 eine Unteransicht in Richtung des Pfeils VI in 3,
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7 in vergrößerter Darstellung die Einzelheit VII in 2,
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8 in vergrößerter Darstellung die Einzelheit VIII in 2, und
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9 die Einzelheit IX in 2 in vergrößerter Darstellung.
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Die Anhand der Figuren dargestellte Radomantenne weist einen zylindrischen Hohlkörper 1 auf, der aus glasfaserverstärktem Kunststoff gebildet ist. Dieser an der Außenseite zylindrische und innen durch einen Ringabschnitt 2 etwa auf halber Länge verstärkte Hohlkörper 1 bildet nicht nur Teil einer Schutzkappe der Antenne, sondern beinhaltet die Antenne in seiner Wandung. Hierzu sind zwei elektrische Leiter 3 und 4, welche die eigentliche Antenne bilden, in die Wandung des Hohlkörpers 1 eingegliedert. Die elektrischen Leiter bestehen aus Streifen von Streckmetall und sind schraubenlinienförmig um die Längsachse des zylindrischen Hohlkörpers 1 angeordnet.
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Der Hohlkörper ist durch Wickeln von Glasfasern auf einem Kern gebildet, der dann durch Verfüllen mit Kunststoff den Faserverbundwerkstoff bildet. Auf diese erste ausgehärtete Lage des Faserverbundwerkstoffs sind die elektrischen Leiter 3 und 4 in der in 3 dargestellten Helixform aufgelegt, wobei die endseitigen Kontakte 5, die in 5 sichtbar sind, jeweils in Gruppen radial nach Innen herausgeführt werden. Danach werden die so angeordneten elektrischen Leiter 3 und 4 einlaminiert, wonach eine weitere Glasfaserschicht umwickelt und mit Kunststoff verfüllt wird, sodass sich ein in sich stabiler und druckfester Hohlkörper 1 bildet, in dessen Wandung die elektrischen Leiter 3 und 4 fest einlaminiert sind. Durch die Öffnungen in den Streckmetallstreifen sind die Leiter 3, 4 fest und unlösbar mit der übrigen Kunststoffmatrix verbunden. Nach Fertigstellen des so gebildeten Hohlkörpers 1 wird der Innenkern entfernt und der versteifende Ringabschnitt 2 innen angeformt.
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Zusätzlich zur Stützung des Hohlkörpers 1 ist ein ebenfalls im Wesentlichen rohrförmiger Stützkörper 6 vorgesehen, der aus Titan besteht und nahe seiner Unterseite einen Zentrier- und Befestigungsflansch 10 aufweist und nahe seiner Oberseite topfartig aufgeweitet ist. Der topförmig aufgeweitete Bereich 8 dient zur Aufnahme von hier nicht im Einzelnen beschriebenen Elektronikbauteilen, ebenso der darunter befindliche zylindrische Hohlraum. Diese Elektronikbauteile können Teil der Antenne sein, aber auch Teil einer darüber anschließbaren weiteren beispielsweise GPS-Antenne, die hier nicht im Einzelnen beschrieben ist. Darüber hinaus werden durch den Stützkörper 6 die Anschlussleitungen zu den elektrischen Leitern 3 und 4 geführt. Hierzu sind Leitungsdurchführungen 9 im topfförmigen Bereich 8 sowie nahe dem Zentrier- und Befestigungsflansch 7 im Stützkörper 6 vorgesehen. Am unteren Ende des Stützkörpers ist ein elektrischer Stecker 10 angeordnet, dessen Gegenkontakte in einer Buchse 11 in einem Fuß- und Fundamentteil 12 angeordnet sind. Dieses Fuß- und Fundamentteil 12 ist entweder Teil der Außenhaut des Unterseebootes oder bildet Teil eines Ausfahrgerätes, an dessen Ende die Antenne angeordnet ist. Dieses Fundamentteil weist eine zentrale Ausnehmung für die Durchführung der Anschlussleitungen auf, in der die Buchse 11 gehaltert ist, in welche der Stecker 10 eingreift, der an der Unterseite des Stützkörpers 6 angebracht ist. Der Stützkörper 6 selbst liegt mit seinem Zentrier- und Befestigungsflansch 7 auf der Oberseite des Fuß- und Fundamentteils 12 auf und weist eine Vielzahl von Ausnehmungen auf, durch welche Befestigungsschrauben 13 geführt sind, die in dazu fluchtenden Gewindebohrungen im Fundamentteil 12 eingreifen und damit den Stützkörper 6 lösbar, aber fest mit dem Fundamentteil 12 verbinden. Der Zentrier- und Befestigungsflansch 7 weist einen nach unten auskragenden Zentrierring 14 auf, der in eine entsprechende Zentriernut 15 des Fuß- und Fundamentteils 12 eingreift.
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Jenseits der Zentriernut 15, also dort wo der Zentrier- und Befestigungsflansch 7 radial endet, ist der Fuß- und Fundamentteil 12 zylindrisch ausgebildet und weist zwei radial umlaufende Nuten 12 auf, die zur Eingliederung von O-Ringen vorgesehen sind. Dieser zylindrische Abschnitt mit den in den Nuten 16 liegenden O-Ringen ist zur dichtenden Aufnahme des unteren Teils des Hohlkörpers 1 bestimmt und stützt diesen radial ab.
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In gleicher Weise greift ein Deckelteil 17, welches im Wesentlichen ringförmig ausgebildet ist, in das obere Ende des Hohlkörpers 1 ein, es weist ebenfalls zwei umlaufende. Nuten 18 zur Aufnahme von O-Ringen zur Abdichtung gegenüber dem Hohlkörper 1 auf. An der Innenseite ist das Deckelteil 17 mit einem flanschartigen Gebilde 19 an der Oberseite des topfförmigen Bereiches 8 verschraubt. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Deckelteil 17 nach oben durch eine kalottenförmige Kuppel 20 abgeschlossen, also ohne weitere Funktion. Es können jedoch an dieser Schnittstelle weitere Antennen, beispielsweise eine GPS-Antenne anschließen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- zylindrischer Hohlkörper
- 2
- Ringabschnitt
- 3
- elektrischer Leiter
- 4
- elektrischer Leiter
- 5
- Kontakte
- 6
- Stützkörper
- 7
- Zentrier- und Befestigungsflansch
- 8
- topfförmiger Bereich
- 9
- Leitungsdurchführung
- 10
- Stecker
- 11
- Buchse
- 12
- Fuß- und Fundamentteil
- 13
- Befestigungsschrauben
- 14
- Zentrierring
- 15
- Zentriernut
- 16
- Nuten für O-Ring
- 17
- Deckelteil
- 18
- Nuten für O-Ringe
- 19
- flanschartiges Gebilde
- 20
- Kuppel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1717900 B1 [0002, 0003]
