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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausfahren und Einfahren einer Funkantenne eines Torpedos gemäß Anspruch 1.
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DE 10 2009 040 152 A1 offenbart einen (fern) gesteuerten Torpedo mit erhöhter Reichweite, welcher eine Antennensektion mit einer ausfahrbaren Funkantenne sowie Funkkommunikationseinrichtungen zum Senden und/oder Empfangen aufweist. Die Funkantenne des bekannten Torpedos ist bspw. teleskopartig ausgebildet und weist eine derartige Länge auf, um auch in getauchten Zustand des Torpedos die Wasseroberfläche erreichen zu können, um dabei eine Kommunikationsverbindung aufzubauen oder zumindest Daten eines satellitengestützten Navigationssystems empfangen zu können. Mittels der Funkantenne und der über die Funkantenne empfangenen Positionsdaten wird der Torpedo zum Zielgebiet geführt. Der Torpedo kann auch über die Funkantenne aktuelle und/oder zuvor gespeicherte Daten an eine Leitstelle übermitteln. Die Leitstelle erhält dadurch präzise Daten des zielnahen Torpedos, was der Lageaufklärung in der Leitstelle dienlich ist. Der Torpedo kann auch über die Kommunikationsverbindung neue Daten, z. B. neue Zieldaten oder Abschaltkommandos, erhalten.
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Zur Kontaktaufnahme über die Funkantenne fährt der Torpedo nahe der Wasseroberfläche und fährt die Funkantenne soweit aus, dass sie sich im Überwasserbereich befindet und eine von Wasser ungestörte Funkverbindung aufbauen kann. Durch die teleskopartige Gestaltung der Funkantenne kann eine gegenüber dem Kaliber des Torpedos deutlich erhöhte Ausfahrlänge der Funkantenne bereitgestellt werden, so dass einem Durchbrechen des Torpedos durch die Wasseroberfläche verhindert ist. Gleichwohl ist die Kontaktaufnahme durch Ausfahren der Funkantenne ein sensibles Manöver, bei dem vermieden werden muss, dass sich der Torpedo bei seiner Annäherung an das Ziel durch das Ausfahren und Einfahren der Funkantenne im oberflächennahen Gewässer verrät bzw. geortet werden kann. Ein möglichst geräuschloses Einfahren und Ausfahren der Funkantenne muss auch nach mehreren Manövern der Funkantenne sichergestellt sein. Darüber hinaus muss die Funkantenne auch nach längerer Lagerung des Torpedos störungsfrei ein- und ausfahrbar sein.
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Die
US 3 158 865 A offenbart eine einfahrbare Antennenstruktur, angepasst um an einem Unterwasserfahrzeug installierbar zu sein, bestehend aus mindestens einem äußeren und innerem Teleskopsegment, eine Antennenhalterung montiert an dem innerem Segment, Mittel zur Halterung an dem äußerem Segment am Fahrzeug, mindestens eine Antennenprobe befestigt an der Halterung und einfahrbar darin.
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Die Informationsvorrichtung gemäß
DE 100 27 829 C1 weist eine Zwillings-Kolben-Zylinder-Einrichtung auf, die einen ersten, unten und oben offenen Zylinder mit einem Kolben, der oben vorzugsweise einen Antennenstab trägt, und einen zweiten Zylinder mit einem beidseitig beaufschlagbaren und den ersten Zylinder auf seiner Oberseite tragenden Kolben umfasst. Ein längliches, biegsames Einziehglied ist mit seinem einen Ende an dem Kolben des ersten Zylinders und nach Umlenkung durch ein oberseitig an dem zweiten Kolben angeordnetes Umlenkteil mit seinem anderen Ende im oberen Endbereich des zweiten Zylinders befestigt. Für die Signalübertragung von und zu dem Antennenstab ist eine im oberen Endbereich des zweiten Zylinders endende elektrische, externe Signalleitung vorgesehen. Das Einziehglied ist zum Leiten elektrischer Signale ausgebildet und steht sowohl mit dem Antennenstab als auch mit der externen Signalleitung in fester elektrischer Verbindung, wobei der erste Zylinder aus einem formstabilen Kunststoffmaterial besteht.
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Die
DE 38 41 552 A1 offenbart eine Vorrichtung bestehend aus einem hohlen Ausfahrmast, aus einer in dem Mast angeordneten Kolben-Zylinder-Einrichtung und aus einem vorzugsweise als Antenne ausgebildeten Stab, der an einem Kolben der Einrichtung starr befestigt ist und mittels dieses Kolbens ein- und ausgefahren wird. Zwecks Erzielung einer kleinen Bauhöhe und einer dazu relativ großen strahlenden Länge der Antenne ist die Kolben-Zylinder-Einrichtung mehrstufig teleskopisch aufgebaut und in Betriebsstellung entlang ihres aus dem Mast herausragenden Abschnittes als Antenne ausgebildet.
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Die
DE 17 66 854 A offenbart eine Teleskopantenne für Bojen zur Auffindung von Schiffbrüchigen, wobei in der Basis der Antenne eine Pulverpatrone vorgesehen ist, die bei Entzündung eine Kraft entwickelt, die unabhängig von Temperaturbedingungen, welchen die Antenne ausgesetzt ist, eine zum Ausfahren der Antenne ausreichende, jedoch nicht zu große Kraft entwickelt.
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Die
US 2002/0 075 193 A1 offenbart eine Antennenverlängerung für die Erweiterung einer Antenne von einem Unterwasser-Fahrzeug. Das System weist ein Gehäuse vollständig innerhalb des Fahrzeugs und einer Vielzahl von teleskopartig verlängerbaren verbunden Stufen auf, die von einer Basisebene verlängerbar sind.
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Die
US 7 472 665 B2 offenbart eine Vorrichtung mit verschiebbaren Rohren, die mittels eines Stellglieds innerhalb fester Führungen verschiebbar sind, wobei das Stellglied wenigstens ein Paar Linearmotoren aufweist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, bei kompakter Bauweise des Torpedos ein zuverlässiges Einfahren und Ausfahren der Funkantenne zu gewährleisten.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Ausfahren und Einfahren einer Funkantenne eines Torpedos, wobei die Funkantenne über einen pneumatisch betätigten mit einem Druckraum versehenen Teleskopzylinder ausgefahren wird, welcher mittels eines Zugseils eingefahren und in einer eingefahrenen Stellung gehalten wird, wobei ein Antrieb einer Seiltrommel beim Ausfahren und Einfahren des Teleskopzylinders derart gesteuert wird, dass die Seiltrommel eine bestimmte Seillänge des Zugseils abspult oder aufspult, wobei an den Druckraum ein Ausgleichsbehälter angeschlossen ist, welcher beim nächsten Ausfahrmanöver das Ausfahren der Funkantenne unterstützt.
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Erfindungsgemäß wird die Funkantenne über einen pneumatisch betätigten Teleskopzylinder ausgefahren, wobei der Teleskopzylinder mittels eines Zugseils eingefahren und in einer eingefahrenen Stellung gehalten wird. Das Zugseil hält den Teleskopzylinder gegen den öffnend wirkenden pneumatischen Druck im Teleskopzylinder in der eingefahrenen Stellung. Das Einfahren und Ausfahren des Teleskopzylinders erfolgt über einen Antrieb einer Seiltrommel, welcher erfindungsgemäß derart gesteuert wird, dass die Seiltrommel eine bestimmte Seillänge des Zugseils abspult bzw. aufspult. Die auf- bzw. abzuspulende Seillänge ist dabei vorzugsweise einer Antriebseinrichtung der Seiltrommel vorgegeben bzw. ist durch geeignete Mittel, insbesondere eine Rutschkupplung im Antriebsstrang der Seiltrommel, bestimmt bzw. eingestellt.
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Der Teleskopzylinder und damit die Funkantenne werden somit dann und nur dann ausgefahren, wenn das Zugseil von der Seiltrommel abgespult wird. Die Kraft zum Ausfahren der Funkantenne wird pneumatisch aufgebracht und die zum Einfahren der Funkantenne erforderliche Kraft durch ein Zugseil aufgebracht, wobei die Erfindung die Steuerung sowohl des Ausfahrens als auch des Einfahrens über den Antrieb der Seiltrommel ermöglicht. Durch diese Aufteilung können in dem geringen in einem Torpedo zur Verfügung stehenden Bauraum die zur Durchführung des Verfahrens erforderlichen Mittel zur Erzeugung der mechanischen Kräfte untergebracht werden.
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Die Seillänge des Zugseils, welche von der Seiltrommel beim Einfahren der Funkantenne aufgespult bzw. beim Ausfahren der Funkantenne abgespult wird, ist vorteilhaft größer als eine Auszugslänge des Teleskopzylinders, so dass sichergestellt ist, dass das Zugseil in der eingefahrenen Stellung des Teleskopzylinders unter Spannung gehalten ist. Dadurch hält das Zugseil den Teleskopzylinder gegen die permanent wirkende pneumatische Betätigungskraft in der Schließstellung. Ferner gewährleistet die Zugspannung im Zugseil die genaue Steuerbarkeit der Bewegung des Teleskopzylinders über die Seillänge.
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Die Seiltrommel wird vorteilhaft über ein selbsthemmendes Getriebe angetrieben, so dass die Seiltrommel insbesondere in der eingefahrenen Stellung gegen die Zugkraft im Zugseil stationär gehalten ist und eine Bewegung der Seiltrommel nur über den gesteuerten Antrieb möglich ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Antrieb der Seiltrommel über eine Rutschkupplung gesteuert, bspw. über eine Magnetkupplung. Sobald die Seiltrommel über einen solchen Drehwinkel angetrieben wurde, welcher der abzuspulenden bzw. aufzuspulenden Seillänge entspricht, wird der Antrieb durch Betätigung der Rutschkupplung getrennt. Die Rutschkupplung ist eine drehmomentschaltende Sicherheitskupplung. Sie öffnet bei einer bestimmten Spannung im Zugseil, bei der das Nenndrehmoment der Rutschkupplung erreicht wird, so dass die Rutschkupplung auslöst und die Übertragung von Antriebsleistung trennt. Die Rutschkupplung ist vorzugsweise eine Magnetkupplung, welche verschleißfrei ist und auch nach längerer Zeit ohne Betätigung ihr Nenndrehmoment beibehält. Die Magnetkupplung vermeidet dabei das bei mechanischen Rutschkupplungen nach längerer Lagerzeit mögliche Verkleben der Kupplungsbeläge. Ein erfindungsgemäßer Torpedo mit einer Magnetkupplung im Antriebsstrang ist daher auch nach langer Zeit unmittelbar einsatzbereit. Durch die Vorspannung wird das Zugseil in der eingefahrenen Stellung des Teleskopzylinders straff gehalten, so dass eine genaue Steuerung der abgespulten Seillänge möglich ist und zudem ein Kontakt des Zugseils mit der Innenwand des Teleskopzylinders ausgeschlossen ist.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Seiltrommel mittels eines Schrittmotors angetrieben, wobei die auf- bzw. abzuspulende Seillänge über die Anzahl der Schrittwinkel des Schrittmotors gesteuert wird. Bei einer entsprechend feinen Auflösung der Schrittwinkel des Schrittmotors erfolgt über eine Zählung der Schrittwinkel eine genaue Steuerung des gesamten Drehwinkels der Seiltrommel, mit dem eine bestimmte, dem Umfang der Seiltrommel entsprechende Seillänge einhergeht. Um die Genauigkeit der Synchronität der Seillänge mit dem Drehwinkel der Seiltrommel zu verbessern, ist das Zugseil vorteilhaft in einer Seilrille der Seiltrommel aufgespult. Das Zugseil ist dadurch in einer definierten Lage in der Seilrille der Seiltrommel aufgenommen, so dass die Länge des in der Seilrille liegenden Zugseils genau bekannt ist. Daher kann aus dem Drehwinkel bzw. der Drehungen der Seiltrommel genau auf die bei der Drehung ab- bzw. aufgespulte Seillänge geschlossen werden. Insbesondere kann eine vorgegebene Seillänge mit einem entsprechenden Drehwinkel der Seiltrommel genau gesteuert werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden beim Einfahren der Funkantenne die Schrittwinkel des Schrittmotors bis zum Auslösen der Rutschkupplung gezählt und der dadurch ermittelte Zählwert bei der Bestimmung einer Ausgabeschrittzahl für die abzuspulende Seillänge beim folgenden Ausfahrmanöver der Funkantenne berücksichtigt. Dadurch wird sichergestellt, dass bei einem tatsächlichen Auftreten von betriebsbedingten Seillängungen oder unterschiedlichen Umgebungsbedingungen eine Anpassung der aufzuspulenden Seillänge erfolgt und diese Anpassung auch beim anschließenden Abspulen des Zugseils beim Ausfahren der Funkantenne berücksichtigt wird.
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Vorteilhaft wird bei der Bestimmung der Ausgabeschrittzahl von dem Zählwerteschrittwinkel vom vorhergehenden Einfahren der Funkantenne ein vorgegebener Adaptionswert abgezogen. Dieser Adaptionswert, d. h. eine bestimmte Schrittzahl, durch die sich die Ausfahrschrittzahl für die abzuspulende Seillänge beim Ausfahren der Funkantenne von der Schrittzahl beim Einfahren der Funkantenne unterscheidet, wird anhand von Erfahrungswerten derart gewählt, dass bei Eintritt von Seillängungen eine Seilspannung im ausgefahrenen Zustand der Funkantenne gewährleistet ist.
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Um eine möglichst präzise Kenntnis der von der Seiltrommel abgespulten Seillänge zu haben und darüber hinaus ein sicheres Aufspulen des Zugseils auf der Seiltrommel zu gewährleisten, ist die Seiltrommel vorteilhaft auf einer Antriebswelle längsverschieblich geführt, wobei ein Synchronisationselement einen Seilabgang der Seiltrommel einen festen Abgangspunkt auf Höhe des Teleskopzylinders nachführt. Auf diese Weise ist sicher gestellt, dass das Zugseil unabhängig von der aktuellen Seillänge auf der Seiltrommel stets an dem festen Abgangspunkt die Seiltrommel verlässt. Die Spannung im Zugseil sichert dabei die stabile Aufnahme des Zugseils in der Seilrille.
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Vorteilhaft wirkt das Synchronisationselement mit der Antriebswelle der Seiltrommel über ein Stellgewinde zusammen, welches die gleiche Steigung aufweist wie die Seilrille der Seiltrommel. Das Synchronisationselement schiebt bzw. zieht – je nach Drehrichtung – die Seiltrommel entsprechend der Steigung der Seilrille in Längsrichtung der Antriebswelle, so dass bei jeder vollständigen Umdrehung der Antriebswelle die Seiltrommel um den Wert der Steigung verschoben wird und damit der Seilabgang dem festen Abgangspunkt nachgeführt ist.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus den anhand der Zeichnung erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
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1 eine Seitenansicht eines sektionsweise ausgebildeten Torpedos,
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2 einen Ausschnitt der Antennensektion des Torpedos gemäß 1,
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3 und 4 vergrößerte Darstellungen der gegenüberliegenden Wandabschnitte der Antennensektion gemäß 2,
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5 eine Schnittdarstellung gemäß Schnittebene R-R in 2,
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6 eine Schnittdarstellung gemäß Schnittebene P-P in 2,
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7 eine Schnittdarstellung gemäß Schnittebene M-M in 2,
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8 eine Schnittdarstellung gemäß Schnittebene N-N in 2 und
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9 ein Ablaufschema eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Ausfahren und Einfahren einer Funkantenne eines Torpedos,
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10 ein Ablaufschema eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Ausfahren und Einfahren einer Funkantenne eines Torpedos.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines sektionsweise ausgebildeten Torpedos 1. Der Bug des Torpedos 1 wird durch einen Sonarkopf 2 gebildet, welcher ein Torpedosonar zur Aufklärung der näheren Umgebung des Torpedos 1 aufweist. Eine Sektion 3 weist eine Explosivladung auf. Des Weiteren umfasst der Torpedo 1 mehrere Batteriesektionen 4, 5, 6, 7, welche im gezeigten Ausführungsbeispiel zentral angeordnet sind, um eine möglichst gleichmäßige Gewichtsverteilung zu erreichen. Der Torpedo 1 umfasst ferner eine Steuersektion 8 und eine Antennensektion 9, welche nachstehend noch näher beschrieben ist. Die Antennensektion 9 weist eine Funkantenne 10 auf, welche teleskopartig ausfahrbar ist. In der Antennensektion sind ferner Funkkommunikationseinrichtungen zum Senden und/oder Empfangen angeordnet.
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Die Antennensektion 9 lässt sich mit geringem Aufwand in einen sektionsweise ausgebildeten Torpedo 1 einbauen, so dass keine vollständige Neukonstruktion von Torpedos erforderlich ist. Die Antennensektion 9 weist eine nicht dargestellte Schnittstelle auf, mittels der über die Funkantenne 10 erhaltenen Positionsdaten der Steuersektion 8 zuführbar sind. Unter Berücksichtigung der erhaltenen Positionsdaten erzeugt die Steuersektion 8 Steuersignale zum Steuern der Rudereinrichtungen 11, 12 des Torpedos 1 zur Kursbestimmung bzw. Tiefenbestimmung des Torpedos 1.
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Der Torpedo 1 umfasst ferner eine Nachrichtenleitersektion 13 und eine Antriebssektion 14, in der ein Motor zum Antrieb zweier gegenläufiger Propeller 15, 16 angeordnet ist. Die Rudereinrichtungen 11, 12 sind Bestandteil einer Rudersektion 17. Die Antennensektion 9 ist nachstehend anhand der 2 bis 8 näher beschrieben. Für jeweils gleiche Bauteile sind dabei in allen Zeichnungsfiguren die jeweils gleichen Bezugszeichen verwendet.
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Die Antennensektion 9 umfasst ein Torpedogehäuse 18 mit dem vorgesehen Kaliber des Torpedos 1. An die Stirnseiten 19, 20 sind die jeweils benachbart liegenden Sektionen des Torpedos 1 anschließbar. Die Antennensektion 9 weist eine Funkantenne 10 auf, welche über einen pneumatisch betätigbaren Teleskopzylinder 21 ausfahrbar ist. In der eingefahrenen Stellung der Funkantenne 10 ist dabei Bündigkeit mit dem Torpedogehäuse 18 gegeben bzw. ist die Funkantenne 10 über die Oberfläche des Torpedogehäuses 18 hinaus eingefahren, so dass die Funkantenne 10 das Kaliber des Torpedos nicht beeinträchtigt.
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Der Teleskopzylinder 21 umfasst mehrere parallel in sich geführte Teleskoprohre 22, 23, 24, 25, welche in einer radialen Richtung in der Antennensektion 9 angeordnet sind. Der Teleskopzylinder 21 ist dabei in radialer Richtung des Torpedos 1 derart angeordnet, dass die Teleskoprohre 22, 23, 24, 25 in der vorgesehenen Orientierung des Torpedos 1 nach oben, d. h. in Richtung der Wasseroberfläche, ausfahrbar sind.
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Die Teleskoprohre 22, 23, 24, 25 sind in einem fest angeordneten äußeren Zylinderrohr 26 aufgenommen, welches durch eine Öffnung in dem Torpedogehäuse 18 ins Innere der Antennensektion 9 reicht und druckdicht in das Torpedogehäuse 18 eingesetzt ist. Hierzu ist ein topfförmiger Einsatz 27 mit einer konischen Auflagefläche in die Öffnung des Torpedogehäuses 18 eingesetzt. Mit dem Einsatz 27 ist ein Lagerträger 28 verschraubt, welcher ein Gleitlager 29 für das außen liegende Teleskoprohr 22 aufweist und auf der Stirnseite des Zylinderrohrs 26 aufliegt. Der Lagerträger 28 ist mittels eines Dichtungsrings 28a gegenüber dem Einsatz 27 abgedichtet.
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Das innen liegende Zylinderrohr 25, welches am weitesten ausfahrbar ist, trägt einen tellerförmigen Antennenträger 30, in welchem die Funkantenne 10 aufgenommen ist. Die Funkantenne 10 ist über ein Antennenkabel 31, welches den Antennenträger 30 durchsetzt, mit einer nicht dargestellten Signalverarbeitungseinrichtung verbunden. Das Antennenkabel 31 verläuft durch den Innenraum 32 des innenliegenden Zylinderrohrs 25.
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Die Funkantenne 10 ist auf der Außenseite des Antennenträgers 30 angeordnet und ist bspw. eine Antennenplatine. Die Funkantenne 10 ist mit einer Fassung 32 unter einer für Funksignale durchlässigen Vergussmasse 33 an dem Antennenträger 30 gehalten. Der Antennenträger 30 ist mit einem Zapfen 39 in das innen liegende Teleskoprohr 25 eingeführt und dort befestigt, nämlich im gezeigten Ausführungsbeispiel über ein Gewinde. Der Antennenträger 30 überdeckt die ausfahrbaren Teleskoprohre 22, 23, 24, 25 und legt sich daher beim Einfahren des Teleskopzylinders 21 nacheinander an die ausgefahrenen Enden der jeweiligen Teleskoprohre 22, 23, 24, 25 und schiebt diese ineinander.
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Die Teleskoprohre 22, 23, 24, 25 sind in sich geführt, wobei die maximale Auszugslänge des Teleskopzylinders 21 durch Anschläge 34 begrenzt ist. Der Teleskopzylinder 21 umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel vier konzentrisch angeordnete Teleskoprohre 22, 23, 24, 25, wobei das außen liegende Teleskoprohr 22 in dem fest angeordneten Zylinderrohr 26 geführt ist. Ein Druckraum 38 des Teleskopzylinders 21 ist durch einen Zapfen 39 des Antennenträgers 30 sowie durch einen kreisringförmig ausgebildeten Kolben 40 begrenzt, der an dem innen liegenden Ende des äußeren Teleskoprohrs 22 angebracht ist. Der Druckraum 38 weist daher eine pneumatische Wirkfläche auf, welche durch die kreisförmige Teilfläche des Zapfens 39 und die kreisringförmige Teilfläche des Kolbens 40 gebildet ist. Der Kolben 40 dichtet den Druckraum 38 gegenüber dem fest angeordneten Zylinderrohr 26 ab und bildet zugleich einen Anschlag, mit dem der Auszugsweg des äußeren Teleskoprohrs 22 begrenzt ist.
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Die Antennensektion 9 weist ferner einen Gasspeicher 41 auf. Im Ausführungsbeispiel ist der Gasspeicher 41 eine in der Antennensektion 9 montierte Gasflasche, in der ein komprimierter Gasvorrat bereitgestellt ist. Der Gasspeicher 41 ist über eine Hochdruckleitung 42 an eine Druckmindereinheit 43 angeschlossen, welche über eine Niederdruckleitung 44 mit dem Druckraum 38 kommuniziert. Die Hochdruckleitung 42 und die Niederdruckleitung 44 sind jeweils über eine Muffe 45 an die Druckmindereinheit 43 angeschlossen. Die Druckmindereinheit 43 ist auf den vorgesehenen Betriebsdruck im Druckraum 38 eingestellt, mit dem der Teleskopzylinder 21 betrieben wird. Die Druckmindereinheit 43 senkt den vergleichsweise hohen statischen Druck in der Gasflasche von bspw. 200 bar auf den Betriebsdruck von bspw. 4,5 bar. Durch den hohen Druck in der Gasflasche wird ein großer Gasvorrat für eine Vielzahl von pneumatischen Betätigungen des Teleskopzylinders 21 bereitgestellt.
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An den Druckraum 38 ist ferner ein Ausgleichsbehälter 46 angeschlossen, welcher das Volumen des Druckraums 38 wesentlich erhöht. Daher führt eine Verdichtung beim Einfahren des Teleskopzylinders 21 zu einem deutlich geringeren Anstieg des Betriebsdrucks in dem Druckraum 38 als ohne einen solchen Ausgleichsbehälter 46. Der Anstieg des Betriebsdrucks beträgt durch die Anordnung des Ausgleichsbehälters 46 etwa 30%, wobei das komprimierte Betriebsgas im Ausgleichsbehälter 46 beim nächsten Ausfahrmanöver das Ausfahren der Funkantenne 10 unterstützt. Anders ausgedrückt ist durch die Anordnung des Ausgleichsbehälters 46 und der damit einhergehenden wesentlichen Vergrößerung des Volumens des Druckraums 38 eine verbesserte Rückspeicherung des Arbeitsfluids gegeben.
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Der statische Druck im Druckraum 38 wirkt sowohl auf die ringförmige Fläche des Kolbens 40 des äußeren Teleskoprohrs 22 als auch auf die kreisförmige Wirkfläche des Zapfens 39 des Antennenträgers 30. Die ringförmige Wirkfläche des Kolbens 40 ist dabei größer als die Wirkfläche des Antennenträgers 30, so dass bei einem Ausfahren des Teleskopzylinders 21 zunächst das außen liegende Teleskoprohr 22 pneumatisch bewegt wird.
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Der Teleskopzylinder 21 wird von einem Zugseil 48 gegen den pneumatischen Druck im Druckraum 38 in der eingefahrenen Stellung gehalten. Dabei zieht das Zugseil 48 den Antennenträger 30 an den Lagerträger 28, d. h. der Lagerträger 28 begrenzt den Verschiebeweg des Teleskopzylinders 21 bei einem Einfahrmanöver. Das Zugseil 48 ist ein z. B. textiles Seil, welches an dem Antennenträger 30 befestigt ist und durch den Teleskopzylinder 21 geführt ist. Durch Zug am Zugseil 48 wird der Teleskopzylinder 21 aus der ausgefahrenen Stellung eingefahren und in seinem Lager in der eingefahrenen Stellung gehalten. Hierzu ist das Zugseil 48 auf einer Seiltrommel 49 aufgewickelt, welche benachbart des innen liegenden Endes des Teleskopzylinders 21 angeordnet ist, d. h. auf derjenigen Seite des Teleskopzylinders 21, welche seiner Ausziehrichtung gegenüberliegt.
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Die Seiltrommel 49 ist einem Druckgehäuse 52 aufgenommen, dessen Innenraum mit dem Druckraum 38 kommuniziert, so dass das Zugseil 48 vollständig im Druckraum 38 aufgenommen ist. Das Druckgehäuse 52 mit der darin angeordneten Seiltrommel 49 bildet gemeinsam mit dem Teleskopzylinder 21 eine bauliche Einheit, welche in einer Querschnittebene des Torpedos 1 angeordnet ist, d. h. sich zwischen den gegenüberliegenden Wandabschnitten des Torpedogehäuses 18 erstreckt. Das innerhalb des Teleskopzylinders 21 verlaufene Zugseil 48 erstreckt sich daher ebenfalls in einer Querschnittsebene des Torpedos 1. Das Druckgehäuse 52 weist einen Montagezapfen 53 auf, welcher druckdicht unter Anordnung eines gefetteten O-Rings 54 in dem Torpedogehäuse 18 aufgenommen ist. An dem Montagezapfen 53 ist eine Stellschraube 55 und eine von außerhalb des Torpedos 1 zugängliche Sonderschraube 56 angeordnet.
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Die Seiltrommel 49 ist über eine Antriebswelle 57 rotierend antreibbar, welche in dem Druckgehäuse 52 gelagert ist. Die Antriebswelle 57 ist Teil des Triebstrangs einer Antriebseinrichtung 58, welche ein selbsthemmendes Schneckengetriebe 59, eine Rutschkupplung 60 sowie einen elektrischen Motor aufweist, welcher im Ausführungsbeispiel als Schrittmotor 61 ausgebildet ist. Die Rutschkupplung 60 spricht bei Erreichen ihres Nenndrehmoments an und trennt die Leistungsübertragung vom Schrittmotor 61 zur Seiltrommel 49. Die Rutschkupplung 60 ist als Magnetkupplung ausgebildet und umfasst Permanentmagnete, wodurch die Rutschkupplung 60 auch nach längerer Lagerzeit ohne Verkleben von Bauteilen unmittelbar einsatzbereit ist.
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Zum Ausfahren des Teleskopzylinders 21 treibt der Schrittmotor 61 die Seiltrommel 49 in einer Drehrichtung an, dass das Zugseil 48 abgespult wird und dadurch der Teleskopzylinder 21 vom Betriebsdruck im Druckraum 38 pneumatisch verdrängt wird. Zum Einfahren des Teleskopzylinders 21 treibt der Schrittmotor 61 die Seiltrommel 49 in der entgegengesetzten Drehrichtung an, so dass das Zugseil 48 auf der Seiltrommel 49 aufgespult wird und dabei der Antennenträger 30 eingezogen wird.
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Die Ausfahrmanöver und die Einfahrmanöver des Teleskopzylinders 21 und damit der Funkantenne 10 werden über den Antrieb der Seiltrommel 49 gesteuert. Das selbsthemmende Schneckengetriebe 59 gewährleistet dabei, dass Bewegungen der Seiltrommel 49 nur bei einem Antrieb der Seiltrommel 49 erfolgen.
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Beim Ausfahren und Einfahren des Teleskopzylinders 21 wird der Antrieb der Seiltrommel 49 derart gesteuert, dass die Seiltrommel 49 eine bestimmte Seillänge des Zugseils 48 abspult bzw. aufspult. Die aufzuspulende Seillänge ist dabei größer als die Auszugslänge des Teleskopzylinders 21, so dass das Zugseil 48 in der eingefahrenen Stellung unter Spannung gehalten ist.
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Die Steuerung der abzuspulenden Seillänge beim Ausfahren der Funkantenne erfolgt über den Schrittmotor 61. Dabei wird der Schrittmotor 61 um eine solche Anzahl Schritte bzw. Schrittwinkel bewegt, welche dem Umfangswinkel der Seiltrommel 49 mit der vorgesehenen Seillänge entspricht. Die abzuspulende Seillänge, die beim Schrittmotor 61 einhergeht mit der Anzahl der Schritte, ist mit der aufzuspulenden Seillänge derart abgestimmt, dass das Zugseil 48 in jeder Betriebsstellung der Funkantenne 10 unter Zugspannung steht.
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Beim Ausfahren der Funkantenne 10 wird eine kürzere Seillänge abgespult als beim Einfahren der Funkantenne 10 aufgespult wird. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass in jeder Betriebsstellung der Funkantenne 10 Zugspannung im Zugseil 10 ist und damit die Bewegung der Funkantenne 10 exakt über die Bewegung der Seiltrommel 49 einstellbar und steuerbar ist. Die abzuspulende Seillänge ist dabei mit der maximalen Auszugslänge des Teleskopzylinders 21 abgestimmt und kleiner als die Auszugslänge, so dass eine Entspannung des Zugseils 48 vermieden ist. Beim Abspulen wird dem entsprechend der Schrittmotor 61 um eine geringere Anzahl Schritte bewegt als beim Einfahren der Funkantenne 10, das heißt beim Aufspulen des Zugseils 48, so dass beim Ausfahren der Funkantenne 10 immer Zugspannung im Zugseil verbleibt. Beim anschließenden Einfahrmanöver gewährleistet die Rutschkupplung 60 ein Aufspulen bis zu der gewünschten Zugspannung im Zugseil 48.
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Durch die entsprechende Steuerung des Antriebs der Seiltrommel 49 wird die Seiltrommel 49 um einen solchen Drehwinkel bewegt, bei dem der dabei abgewickelte Umfang der vorgesehenen Seillänge entspricht. Am Umfang der Seiltrommel 49 ist eine spiralförmig mit einer bestimmten Steigung umlaufende Seilrille 50 ausgebildet, in der das Zugseil 49 definiert aufgespult ist. Durch die Seilrille 50 ist gewährleistet, dass stets die aufgespulte bzw. abgespulte Seillänge mit dem Drehwinkel der Seiltrommel 49 genau einhergeht. In jeder Betriebsstellung der Funkantenne 10 steht das Zugseil 48 unter Spannung, so dass das Zugseil 48 sicher in der Seilrille 50 gehalten ist.
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Um sicherzustellen, dass die von der Seiltrommel 49 abgespulte Seillänge mit größtmöglicher Genauigkeit über die Drehwinkelstellung der Seiltrommel 49 steuerbar ist, wird der Seilabgang der Seiltrommel 49 einem festen Abgangspunkt im Zentrum des Teleskopzylinders 21 nachgeführt. Dafür ist die Seiltrommel 49 längsverschieblich auf der Antriebswelle 57 geführt und mit einem Synchronisationselement 62 gekoppelt, welches nachstehend im Zusammenhang mit der auf die Seiltrommel 49 wirkenden Mechanik zur Nachführung des Seilabgangs erläutert ist.
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Die Antriebswelle 57 erstreckt sich in Längsrichtung des Torpedos 1 durch das Druckgehäuse 52 und ist an den Stirnwänden 63, 64 des Druckgehäuses 52 gelagert. Die Seiltrommel 49 ist dabei längsverschieblich auf der Antriebswelle 57 angeordnet, wobei die Seiltrommel formschlüssig über die Antriebswelle 57 rotierend antreibbar ist. Für die formschlüssige Mitnahme bei gleichzeitiger Längsverschieblichkeit ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Passfederverbindung 65 vorgesehen. Dabei ist eine Passfeder in die Seiltrommel 49 eingearbeitet. In der Antriebswelle 57 ist eine mit der Passfeder abgestimmte Passfedernut vorgesehen.
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Das freie Ende der Antriebswelle 57 ist über eine Länge, welche etwa der Länge des Spulenkörpers der Seiltrommel 49 entspricht, mit einem Stellgewinde 66 versehen. Auf dem Stellgewinde 66 ist das scheibenförmig ausgebildete Synchronisationselement 62 angeordnet, welches unabhängig von der Seiltrommel 49 in Richtung der Antriebswelle 57 längsverschieblich geführt ist. Die längsverschiebliche Führung des Synchronisationselements 62 ist durch eine Führungsschiene 67 vorgesehen, welche parallel zur Antriebswelle 57 durch das Druckgehäuse 52 geführt ist.
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5 zeigt das Synchronisationselement 62 in einer Draufsicht. Das scheibenförmige Synchronisationselement 62 deckt die Wange der Seiltrommel 49 ab und ist mit einer radialen Nase 67a auf der Führungsschiene 67 geführt. Bei einer Drehung der Antriebswelle 57 verhindert die an der Führungsschiene 67 zwangsgeführte Nase 67a eine rotierende Mitnahme des Synchronisationselements 62. Das Synchronisationselement 62 wirkt über das Stellgewinde 66 mit der Antriebswelle 57 zusammen, so dass das Synchronisationselement 62 von dem Stellgewinde 66 in Längsrichtung der Antriebswelle 57 verschoben wird.
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Der Verschiebeweg des Synchronisationselements 62 in Längsrichtung der Antriebswelle 57 entspricht der Steigung des Stellgewindes 66. Das Stellgewinde 66 weist die gleiche Steigung auf wie die Seilrille 50 der Seiltrommel 49. Bei einer vollen Umdrehung der Antriebswelle 57 wird demnach das Synchronisationselement 62 über einen Weg verschoben, welcher der Steigung der Seilrille 50 und damit der Steigung der aufgewickelten Windungen des Zugseils 48 entspricht. Damit wird bei jeder Umdrehung der Antriebswelle 57 die Seiltrommel 49 um die Steigung des Stellgewindes 66 verschoben, so dass der Seilabgang immer an einem festen Abgangspunkt ist, nämlich auf Höhe des Teleskopzylinders 21.
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Um dem Synchronisationselement 62 eine Ziehbewegung beim Aufspulen des Zugseils 48 auf der Seiltrommel 49 zu ermöglichen, weist das Synchronisationselement 62 einen axialen Mitnehmer 68 auf, welcher bis nahe einer benachbart liegenden Trommelwange 69 der Seiltrommel 49 reicht. Der axiale Mitnehmer 68 ist über eine Koppelscheibe 70 kinematisch mit der Trommelwange 69 verbunden. Die Koppelscheibe 70 ist zweiteilig mit zwei in etwa halbkreisförmigen Segmenten 70a, 70b ausgeführt (6). Die Scheibensegmente 70a, 70b sind jeweils mittels Schrauben- oder Nietverbindungen an der Seiltrommel 49 befestigt.
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Der innere Radius der Scheibensegmente 70a, 70b, welcher in montierten Zustand der Scheibensegmente 70a, 70b den Durchmesser der Koppelscheibe 70 bestimmt, hat einen größeren Durchmesser als die Antriebswelle 57, so dass die Koppelscheibe 70 ohne Eingriff in das Stellgewinde 66 in Längsrichtung der Antriebswelle 57 verschiebbar ist. Die zweiteilige Koppelscheibe 70 ist leicht an der Seiltrommel 49 montierbar, indem die Scheibensegmente 70a, 70b im Zwischenraum der Trommelwange 69 und dem Mitnehmer 68 um die Antriebswelle 57 gelegt werden und an der Trommelwange 69 fixiert werden.
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Das Schaubild gemäß 9 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Ausfahren und Einfahren der Funkantenne 10 des Torpedos 1. Das Schaubild zeigt dabei im Ausführungsbeispiel den Ablauf in der Antriebseinrichtung 58 der Seiltrommel, wobei der Schrittmotor 61 angesteuert wird.
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Ein Ausfahren der Funkantenne erfolgt ausgehend von der eingefahrenen Stellung 80 des Teleskopzylinders 21 bei Vorlegen eines Ausfahrwunsches 81. Ein solcher Ausfahrwunsch 81 kann der Steuereinrichtung für die Funkantenne 10 bspw. von der Steuersektion 8 des Torpedos 1 zugeleitet werden, wenn eine Kommunikation des Torpedos 1 mit einer externen Leitstelle gewünscht oder erforderlich ist. Bei Vorliegen eines Ausfahrwunsches 81 wird die Antriebseinrichtung 58 der Seiltrommel 49 derart angesteuert, dass die Seiltrommel 49 eine bestimmte Seillänge des Zugseils 48 abspult. Die Seillänge des Zugseils 48 kann über die Anzahl von Winkelschritten des Schrittmotors 61 genau gesteuert werden, da die definierte Aufnahme des Zugseils 48 in der Seilrille 50 und die Nachführung des Seilabgangs durch das Synchronisationsglied 62 einen linearen und präzise steuerbaren Zusammenhang zwischen der Drehung der Seiltrommel 49 und der dabei abgegebenen Seillänge des Zugseils 48 gewährleisten.
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Einer Ansteuerung 82 für den Schrittmotor 61 wird eine Ausfahrschrittzahl 83 vorgegeben. Die Seillänge des Zugseils, die beim Ausfahren des Teleskopzylinders von der Seiltrommel abzuspulen ist, wird durch die Ausfahrschrittzahl 83 repräsentiert. Die Ausfahrschrittzahl 83 ist dabei die Anzahl der Winkelschritte des Schrittmotors 61, welche zum Abspulen der zum Ausfahren der Funkantenne erforderlichen Seillänge entspricht. Die vorgegebene Seillänge, welche abgespult bzw. aufgespult wird, ist größer als eine Auszugslänge des Teleskopzylinders 21, so dass der Teleskopzylinder 21 in der eingefahrenen Stellung von einem unter Spannung stehenden Zugseil 48 gehalten ist.
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Die Ausfahrschrittzahl 83 ist mit der mechanisch festliegenden, bspw. durch die Anschläge bestimmten, Auszugslänge des Teleskopzylinders 21 derart abgestimmt, dass der Teleskopzylinder 21 nach einem Verdrehen des Schrittmotors 61 mit der vorgegebenen Ausfahrschrittzahl 83 innerhalb der mechanisch (durch Anschläge im Teleskopzylinder 21) vorgegebenen Auszugslänge bleibt. Dadurch wird sichergestellt, dass auch in der vorgesehenen maximalen Ausfahrstellung der Funkantenne Zugspannung im Zugseil verbleibt, so dass die Funkantenne über den Schrittmotor exakt steuerbar bleibt. Durch die Zugspannung ist das Zugseil ferner sicher in der Seilrille der Seiltrommel gehalten.
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Mit der Ausfahrschrittzahl 83 erfolgt die Ansteuerung 82 des Schrittmotors 61 nach dem Ablaufen der vorgegebenen Anzahl von Winkelschritten erreicht der Teleskopzylinder 21 unter der auf ihn wirkenden pneumatischen Kraft die ausgefahrene Stellung 84.
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Nach Abschluss der Kommunikation des Torpedos 1 bei ausgefahrener Funkantenne bspw. mit einer Leitstelle erfolgt nach Eingang eines Einfahrwunsches 85 eine Ansteuerung 86 des Schrittmotors in der entgegengesetzten Drehrichtung. Dabei wird der Ansteuerung 86 eine Einfahrschrittzahl 87 vorgegeben. Die Einfahrschrittzahl 87 ist dabei mit der Rutschkupplung abgestimmt und wird derart vorgegeben, dass das Zugseil beim Einfahren der Funkantenne bis zum Auslösen der Rutschkupplung aufgespult wird. Die Einfahrschrittzahl 87 kann dabei im Bereich einer solchen Seillänge liegen, bei der mit der entsprechenden Zugspannung im Zugseil das Nenndrehmoment der Rutschkupplung erreicht wird. Die Einfahrschrittzahl wird großzügig vorgegeben, d. h. mit einer Schrittzahl, welche auch bei etwaigen Seillängungen oder veränderten Betriebsbedingungen den Betrieb des Schrittmotors bis zum Erreichen des Nenndrehmoments der Rutschkupplung sicherstellt.
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Die Ausfahrschrittzahl 83 ist geringer als die Einfahrschrittzahl 87, so dass beim Ausfahren der Funkantenne eine kürzere Seillänge des Zugseils abgespult wird als beim Einfahren der Funkantenne aufgespult wird. Dabei stellt die Rutschkupplung stets die optimale Zugspannung im Zugseil sicher, wobei das System an verschleiß- oder alterungsbedingte Änderungen der Seileigenschaften oder an temperatur- oder druckbedingte Seillängungen angepasst ist. Die Ausfahrschrittzahl 83 ist vorzugsweise um 1% bis 5% kleiner als die Einfahrschrittzahl 87. Der Unterschied zwischen der Ausfahrschrittzahl 83 und der Einfahrschrittzahl 87 wird dabei derart ermittelt und bei der Vorgabe der Schrittzahlen für die Ansteuerung des Motors berücksichtigt, dass die erfahrungsgemäß möglichen Änderungen der Seillänge entsprechend den bereits erwähnten Einflussfaktoren auf die Seillängung ausgeglichen werden.
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Mit der vorgegebenen Einfahrschrittzahl 87 wird der Schrittmotor verdreht, bis das Ansprechen 88 der Rutschkupplung erfolgt und die Rutschkupplung die Übertragung der Antriebsleistung vom Schrittmotor zu Seiltrommel trennt. Die Zugspannung im Zugseil, welche zum Ansprechen 88 der Rutschkupplung führt, wird dadurch erreicht, dass sich die Funkantenne in der eingefahrenen Stellung 80 befindet und der Schrittmotor durch das Weiterdrehen bis zum Ansprechen 88 der Rutschkupplung gegen den mechanischen Widerstand Zuspannung im Zugseil erzeugt.
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10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Einfahren und Ausfahren einer Funkantenne eines Torpedos, welches mit Ausnahme der nachstehend beschriebenen Unterschiede dem Verfahren gemäß 9 entspricht. Für jeweils gleiche Merkmale sind dabei die gleichen Bezugszeigen wie in 9 verwendet.
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Bei dem Verfahren gemäß 10 wird nach Eingang eines Einfahrwunsches 85 der Ansteuerung 86 des Schrittmotors eine Einfahrschrittzahl 87 vorgegeben, wobei während des anschließenden Betriebs des Schrittmotors eine Zählung 89 der Winkelschritte des Schrittmotors erfolgt. Sobald ein Ansprechen 88 der Rutschkupplung festgestellt wird, wird dieses Ereignis bei der Zählung 89 berücksichtigt und ein Zählwert 90 bestimmt. Der Zählwert 90 wird bei der Bestimmung der Ausgabeschrittzahl 83 für das folgende Ausfahrmanöver der Funkantenne berücksichtigt. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Zählwert 90 für die Schritte bis zum Ansprechen 88 der Rutschkupplung als Ersatz für die bisherige Ausgabeschrittzahl 83 abgespeichert und dem folgenden Ausfahrmanöver zugrunde gelegt.
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In einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel wird von dem Zählwert ein im voraus ermittelter Adaptionswert abgezogen und die dadurch ermittelte Anzahl von Schritten als Ausfahrschrittzahl 83 für das nächste Ausfahrmanöver herangezogen.
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Der Adaptionswert ist ein im voraus ermittelter Erfahrungswert, bei dem die zu erwartenden bzw. möglichen Seillängungen aufgrund von Reibung oder Fließerscheinungen im Seil bzw. die durch Temperatur- oder Druckveränderungen eintretenden Seillängungen ausgeglichen werden. Dabei wird der Adaptionswert derart ermittelt und bei der Bestimmung der Ausfahrschrittzahl berücksichtigt, dass stets Zugspannung im Zugseil erhalten bleibt und ein Entspannen des Zugseils beim Ausfahren der Funkantenne vermieden ist.
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In einem weiteren nicht gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Adaptionswerte unter Berücksichtigung mindestens eines Betriebsparameters ermittelt. Der Betriebsparameter, bspw. der pneumatische Druck im Teleskopzylinder oder die Temperatur im Druckraum des Teleskopzylinders, wird mit einem entsprechenden Sensor erfasst und einer Auswertung zugeführt. Die Auswertung ermittelt aus dem gemessenen Betriebsparameter den geeigneten Adaptionswert, um die Steuerung des Antriebs der Seiltrommel an die veränderten Betriebsbedingungen anzupassen.
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Sämtliche in der vorstehenden Beschreibung sowie in den Ansprüchen genannten Merkmale sind erfindungsgemäß sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander einsetzbar. Die Offenbarung der Erfindung ist daher nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt. Vielmehr sind alle Kombinationen von Einzelmerkmalen als offenbart zu betrachten.
