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Die Erfindung betrifft ein Unterseeboot mit mindestens einer Ruderanlage, die einen elektrischen Stellmotor aufweist.
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Unterseeboote sind bislang häufig mit hydraulischen Ruderanlagen ausgerüstet. Hierbei ist der Kolben einer Kolben-Zylinder-Anordnung mit zumindest einem Ruder bewegungsgekoppelt. Während Dock- und Hafenliegezeiten oder bei einem Ausfall der Hydraulikversorgung lassen sich die Ruder dieser Ruderanlagen durch Absperren des Hydraulikzylinders feststellen, wobei davon ausgegangen wird, dass der Hydraulikzylinder bei einem Ausfall der Hydraulikversorgung intakt und mit Hydrauliköl gefüllt ist.
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DE 85 727 A ist eine Ruderanlage eines Schiffes zu entnehmen, die eine pneumatisch oder hydraulisch betätigte Kolben-Zylinder-Anordnung zum Stellen eines Ruders aufweist. Die Ruderanlage verfügt darüber hinaus über einen mit einer um einen Steuerbaum des Ruders gelegten Bandbremse, die mittels eines ebenfalls pneumatisch oder hydraulisch betätigten Kolben des Motors steuerbar ist.
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Aus
DE 10 2010 015 665 A1 ist es bekannt, die Ruderanlage eines Unterseeboots mit einem elektrischen Stellmotor auszustatten. Bei diesem Stellmotor handelt es sich um einen Mehrphasen-Synchron-High-Torque-Motor, dessen Rotor mit der Spindelmutter eines Planetenrollenspindeltriebs drehbeweglich verbunden ist. Die Spindel des Plantenrollenspindeltriebs ist mit einem Ruder bzw. mehreren Rudern der Rudermaschine bewegungsgekoppelt. Zum Festlegen des bzw. der Ruder dient bei diesen Ruderanlagen der Stellmotor, der auf seinen Rotor und damit einhergehend auf das bzw. die Ruder das erforderliche Haltemoment ausübt. Probleme ergeben sich allerdings bei einem Defekt des Stellmotors und/oder bei einem Ausfall der Energieversorgung des Stellmotors, was dazu führt, dass von dem Stellmotor auf das Ruder kein Haltemoment ausgeübt werden kann und sich das Ruder selbst bei vergleichsweise geringen auf das Ruder wirkenden Kräften verstellen und den Rotor des Stellmotors in Drehung versetzen kann.
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In
DE 101 58 870 A1 ist eine Ruderanlage eines Schiffes beschrieben, deren Ruder mit einem von zwei elektrischen Drehmomentmotoren redundant antreibbaren Gewindetrieb bewegungsgekoppelt ist. Die Drehmomentmotoren weisen eine gemeinsame Hohlwelle auf, die mit einem drehbaren Teil des Gewindetriebs verdrehsicher verbunden ist oder selbst den drehbaren Teil des Gewindetriebs bildet.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Unterseeboot zu schaffen, welches mit mindestens einer Ruderanlage mit einem elektrischen Stellmotor ausgerüstet ist, bei dem das bzw. die Ruder der Ruderanlage auch bei einem Ausfall des elektrischen Stellmotors festgestellt werden können.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Unterseeboot mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Unterseeboots ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie der Zeichnung. Hierbei können die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale jeweils für sich aber auch in geeigneter Kombination miteinander die erfindungsgemäße Lösung nach Anspruch 1 weiter ausgestalten.
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Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, ein Unterseeboot der eingangs genannten Art mit einer Bremsvorrichtung auszustatten. Diese Bremsvorrichtung ist dafür vorgesehen, den Rotor bzw. die Ruder der zumindest einen Ruderanlage des Unterseeboots bei einem Ausfall des elektrischen Stellmotors festlegen zu können, d. h. mittels der Bremsvorrichtung wird das bzw. werden die Ruder der Ruderanlage und der Rotor des Stellmotors daran gehindert, sich unkontrolliert zu bewegen. Hierzu ist vorzugsweise ein mit einer Reibfläche versehener Teil der Bremsvorrichtung, der mit dem Rotor des Stellmotors drehbeweglich verbunden ist, mit einem feststehend angeordneten Teil des Bremsvorrichtung kontaktierbar, wobei der Kontakt der beiden Teile der Bremsvorrichtung den Rotor durch Reibschluss zwischen den beiden Teilen der Bremsvorrichtung blockiert.
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In an sich bekannter Weise ist der Rotor bevorzugt an einem Ende mit einem Spindeltrieb bewegungsgekoppelt, dessen linearbeweglicher Teil vorzugsweise über ein Gelenkgestänge auf das bzw. die Ruder der Ruderanlage wirkt. Weiter bevorzugt ist hierbei an dem anderen Ende des Rotors die Bremsvorrichtung angeordnet. Die Bremsvorrichtung kann bei dieser Ausgestaltung vorteilhafterweise mit dem Stellmotor eine gemeinsame Baueinheit bilden, wobei die Bremsvorrichtung beispielsweise in dem Gehäuse des Stellmotors oder in einem direkt an dem Gehäuse des Stellmotors befestigten Gehäuse angeordnet sein kann.
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Vorteilhaft kann die Bremsvorrichtung eine drehbeweglich mit dem Rotor des Stellmotors verbundene erste Bremsscheibe aufweisen, die gegen eine feststehend angeordnete zweite Bremsscheibe der Bremsvorrichtung verschiebbar ist. So ist vorzugsweise vorgesehen, dass die erste Bremsscheibe derart mit dem Rotor in Verbindung steht, dass sie in Drehrichtung des Rotors mit diesem fest verbunden ist, dabei aber bei Beibehaltung einer drehfesten Verbindung mit dem Rotor relativ zu dem Rotor und bevorzugt in Längsrichtung des Rotors linear bewegbar ist, wobei sie bei Kontakt mit der feststehend angeordneten Bremsscheibe mit dieser zweckmäßigerweise einen Reibschluss bildet.
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Eine solche Anordnung der ersten Bremsscheibe an dem Rotor ist dann möglich, wenn die erste Bremsscheibe, wie es weiter vorteilhaft vorgesehen ist, mittels einer Keilverzahnung mit dem Rotor verbunden ist. In diesem Zusammenhang ist eine Ausgestaltung bevorzugt, bei der die erste Bremsscheibe vorzugsweise radial auskragend an einer Buchse ausgebildet ist und die Buchse eine Innenverzahnung aufweist, welche mit einer Außenverzahnung, die an dem Außenumfang des Rotors oder an dem Außenumfang eines fest mit dem Rotor verbundenen Bauteils angeordnet ist, in Eingriff ist. Diese Verzahnung erlaubt eine Drehmomentübertragung von dem Rotor auf die erste Bremsschreibe, gleichzeitig aber in einem gewissen Bereich auch eine Linearbewegung der Bremsscheibe relativ zu dem Rotor.
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Zum Verschieben der ersten drehbeweglich mit dem Rotor des Stellmotors verbundenen Bremsscheibe in Richtung der feststehend angeordneten zweiten Bremsscheibe weist die Bremsvorrichtung bevorzugt eine Federkraft beaufschlagte Anpressplatte auf. Diese Anpressplatte ist in der Bremsvorrichtung in Richtung der ersten Bremsschreibe bewegbar angeordnet und drückt die Bremsscheibe aufgrund der auf sie wirkenden Federkraft gegen die zweite feststehend angeordnete Bremsscheibe. Hierbei ist die erste, mit dem Rotor drehbeweglich verbundene Bremsscheibe typischerweise zwischen der Anpressplatte und der zweiten feststehenden Bremsscheibe angeordnet, wobei die Anpressplatte gegebenenfalls als eine weitere drehfest angeordnete Bremsscheibe dienen kann.
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Bei Normalbetrieb des Stellmotors ist sicherzustellen, dass der Rotor des Stellmotors nicht von der Bremsvorrichtung blockiert wird. Hierzu ist es erforderlich, dass eine Gegenkraft zu der auf die Anpressplatte wirkende Federkraft erzeugt wird. Dies ermöglicht vorteilhaft eine Ausgestaltung der Bremsvorrichtung, bei der diese elektromagnetisch ausgebildet ist, sodass eine Magnetkraft erzeugt werden kann, welche die Anpressplatte entgegen der Federkraft in einer von der ersten Bremsscheibe beabstandeten Position hält.
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In vorteilhafter Weiterbildung der elektromagnetisch ausgebildeten Bremsvorrichtung bildet eine Ankerplatte eines Elektromagneten die Anpressplatte. Der Elektromagnet kann in üblicher Weise einen von einer Spule umgebenen Kern aufweisen. Wird die Spule des Elektromagneten bestromt, wird die Ankerplatte in Richtung des Kerns angezogen und kommt an dem Kern haftend zur Anlage. In dieser Position ist die Ankerplatte von der ersten Bremsscheibe beabstandet und drückt die erste Bremsscheibe somit nicht gegen die feststehende zweite Bremsscheibe der Bremsvorrichtung. Der Rotor des Stellmotors kann sich auf diese Weise frei drehen. An der Anpressplatte greift zumindest ein Federelement derart an, dass es, sobald die Bestromung der Spule des Elektromagneten endet, die Ankerplatte von dem Kern des Elektromagneten weg in Richtung der ersten Bremsscheibe drückt, wodurch wiederum die erste Bremsscheibe gegen die zweite feststehende Bremsscheibe gedrückt wird und eine Drehbewegung des Stellmotors blockiert wird.
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Zweckmäßigerweise sind der elektrische Stellmotor der Ruderanlage und die Bremsvorrichtung an die gleiche Spannungsversorgung angeschlossen, sodass bei nicht erfolgender Spannungsversorgung des Stellmotors der Elektromagnet ebenfalls nicht mit Spannung versorgt wird und die Ankerplatte des Elektromagneten mittels des an der Ankerplatte angreifenden Federelements die erste Bremsscheibe in ihre den Rotor an der Drehbewegung hindernden Stellung bewegt, sodass das bzw. die Ruder der Ruderanlage bei einem Ausfall der Spannungsversorgung des Stellmotors quasi automatisch festgelegt werden.
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Das an der Ankerplatte des Elektromagneten angreifende Federelement ist vorzugsweise Teil des Elektromagneten. So kann in besonders platzsparender Weise der Elektromagnet vorteilhaft mindestens ein Federelement aufweisen, welches in dem Kern des Elektromagneten, auf dem sich die Ankerplatte bei bestromter Spule abstützt, gelagert ist. Zweckmäßigerweise ist hierzu an dem Kern mindestens eine entsprechende Ausnehmung zur Aufnahme des Federelements ausgebildet.
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Alternativ zu einer elektromagnetischen Ausgestaltung kann die Bremsvorrichtung vorteilhaft pneumatisch oder hydraulisch betätigbar ausgebildet sein. Dementsprechend wird dann die beim Normalbetrieb des Motors erforderliche Gegenkraft zu der auf die Anpressplatte wirkenden Federkraft pneumatisch bzw. hydraulisch erzeugt.
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Um die Bremsvorrichtung beispielsweise bei einem technischen Defekt der Bremsvorrichtung bei Bedarf lösen zu können, ist die Bremsvorrichtung zweckmäßigerweise manuell lösbar ausgebildet. So kann die Bremsvorrichtung z. B. einen Betätigungshebel aufweisen, mit welchem die Anpressplatte bei geeigneter Bewegungskopplung mit dem Betätigungshebel gegen die auf die Anpressplatte wirkende Federkraft in eine von der ersten mit dem Rotor des Stellmotors drehbeweglich verbundenen erste Bremsschreibe beabstandete Position bewegt werden kann und sich die erste Bremsscheibe von der feststehend angeordneten zweiten Bremsscheibe lösen kann.
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Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in schematisch vereinfachter Darstellung in einem teilgeschnittenen Längsschnitt einen Stellmotor einer Rudermaschine eines Unterseeboots mit einer Bremsvorrichtung zum Festlegen eines Rotors des Stellmotors.
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Der in der Zeichnung dargestellte elektrische Stellmotor 2 ist Teil einer Ruderanlage eines Unterseeboots, mit der ein außerhalb des Druckkörpers des Unterseeboots angeordnetes Ruder gestellt wird. Bei dem Ruder kann es sich um ein beliebiges Ruder des Unterseeboots, beispielsweise um ein Seitenruder, ein Tiefenruder oder um ein kombiniertes Seiten- und Tiefenruder handeln. Von der gesamten Ruderanlage ist nur der elektrische Stellmotor mit direkt daran angeordneten Komponenten dargestellt.
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Ein Motorgehäuse des Stellmotors 2 weist einen hohlzylindrischen Grundkörper 4 auf. In dem Grundkörper 4 des Stellmotors 2, bei dem es sich um einen Synchron-Torque-Motor handelt, ist ein hohl ausgebildeter Rotor 6 des Stellmotors 2 in einem Stator angeordnet. An den Grundkörper 4 schließt sich in 1 linksseitig ein Flanschteil 8 an. Über einen Flansch 10 des Flanschteils 8 ist der Stellmotor 2 an einer Druckkörperdurchführung des Unterseeboots befestigt.
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An einer von dem Grundkörper 4 abgewandten Stirnseite des Flansches 10 ragt aus dem Flanschteil 8 eine mit dem Rotor 6 des Stellmotors 2 fest verbundene Spindelmutter 12 eines Planetenrollenspindeltriebs aus dem Motorgehäuse heraus. Durch die Spindemutter 12, die bei Drehung des Rotors 6 des Stellmotors 2 die Drehbewegung des Rotors 6 ausführt, führt eine linearbewegbare Planetenrollenspindel 14 des Planetenrollenspindeltriebs in das Innere des Stellmotors 2. Der außerhalb des Stellmotors 2 befindliche Teil der Planetenrollenspindel 14 ist durch die Druckkörperdurchführung nach außerhalb des Druckkörpers des Unterseeboots geführt und dort mit einem Gelenkgestänge verbunden, welches wiederum mit dem von der Ruderanlage zu stellenden Ruder bewegungsgekoppelt ist.
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An einem von dem Flanschteil 8 abgewandten Ende des Grundkörpers 4 des Gehäuses des Stellmotors 2 ist ein Gehäuse 16 angeflanscht. In diesem Gehäuse 16 ist eine Bremsvorrichtung 18 angeordnet, mit der der Rotor 6 bei einem Defekt des Stellmotors 2 oder bei Ausfall der Spannungsversorgung des Stellmotors 2 festgelegt werden kann, sodass unbeabsichtigte Ruderbewegungen verhindert werden.
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Ein von dem Planetenrollenspindeltrieb abgewandtes Ende des Rotors 6 ragt aus dem Grundkörper 4 des Gehäuses des Stellmotors 2 heraus. Auf dieses Ende des Rotors 6 ist eine Hülse 20 aufgesetzt und drehfest mit dem Rotor 6 verbunden. Die Hülse 20 dreht somit bei einer Drehung des Rotors 6 mit dem Rotor 6 mit. Auf die Hülse 20 ist wiederum eine Buchse 22 aufgesetzt, an deren Außenumfang ringförmig eine Bremsscheibe 24 auskragt. Die Bremsscheibe 24 ist an ihren beiden Flachseiten jeweils mit einem ringförmigen Bremsbelag 26 versehen.
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Aus der Zeichnung nicht ersichtlich, ist die Buchse 22 mit der daran ausgebildeten Bremsscheibe 24 mit der Hülse 20 mittels einer Keilverzahnung verbunden. D. h. an dem Innenumfang der Buchse 22 ist eine Innenverzahnung ausgebildet, die mit einer an dem Außenumfang der Hülse 20 ausgebildeten Außenverzahnung in Eingriff ist. Auf diese Weise sind die Buchse 22 und die Bremsscheibe 24 einerseits drehfest mit dem Rotor 6 des Stellmotors 2 verbunden, andererseits aber in Richtung einer Längsachse A des Rotors 6 verschiebbar.
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Zwischen dem Grundkörper 4 des Gehäuses des Stellmotors 2 und der Bremsscheibe 24 ist eine feststehende, d. h. weder drehbewegliche noch linarbewegliche zweite Bremsscheibe 28 angeordnet. An der von der Bremsscheibe 28 abgewandten Außenseite der Bremsscheibe 24 ist eine Anpressplatte 30 angeordnet. Die Anpressplatte 30, die in Richtung der Längsachse A des Rotors bewegbar ist, wird von einer Ankerplatte eines Elektromagneten der Bremsvorrichtung 18 gebildet, dessen weichmagnetischer Kern 32 an der von der Bremsscheibe 24 abgewandten Seite der Anpressplatte 30 außenseitig der Anpressplatte 30 angeordnet ist. Der Kern 32 bildet auch einen Spulenträger für eine bestrombare Spule 34 des Elektromagneten, die in einer an dem Kern ausgebildeten Ringnut angeordnet ist. Aus der Zeichnung nicht ersichtlich, sind an dem Kern 32 ausgehend von dessen der Anpressplatte 30 zugewandten Seite mehrere Ausnehmungen ausgebildet, in denen Druckfederelemente angeordnet sind, die die Anpressplatte 30 in Richtung der Bremsscheibe 24 drücken.
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Die Funktionsweise der Bremsvorrichtung 18 ist wie folgt:
Während des Normalbetriebs des Stellmotors 2 wird die Spule 34 des Elektromagneten der Bremsvorrichtung 18 bestromt, wodurch eine Magnetkraft erzeugt wird, welche die Anpressplatte 30 entgegen der Federkraft der in dem Kern 32 des Elektromagneten angeordneten, nicht dargestellten Federelemente an den Kern 32 heranzieht, wo sie magnetisch gehalten wird. Die Anpressplatte 30 ist dann von der Bremsscheibe 24 beabstandet, sodass die Bremsscheibe 24 nicht gegen die Bremsscheibe 28 gedrückt wird. Die Bremsscheibe 24 ist auf diese Weise zusammen mit dem Rotor 6 des Stellmotors 2 frei drehbar.
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Bei einem Defekt des Stellmotors 2 oder bei einem Ausfall dessen Spannungsversorgung wird die Bestromung der Spule 34 des Elektromagneten der Bremsvorrichtung 18 beendet, was zur Folge hat, dass die Anpressplatte 30 nicht mehr länger magnetisch an den Kern 32 des Elektromagneten angezogen wird und von den in dem Kern 32 des Elektromagneten angeordneten Federelementen von dem Kern 32 weg in Richtung der Bremsscheibe 24 gedrückt wird. Hierdurch kommt es zu einem Kraftschluss der Bremsscheibe 24 mit der feststehenden zweiten Bremsscheibe 28 und zu einem Kraftschluss mit der Anpressplatte 30, der die Bremsscheibe 24 und damit einhergehend den Rotor 6 an einer Drehbewegung hindert. Das mit dem Rotor 6 des Stellmotors 2 bewegungsgekoppelte Ruder ist somit festgelegt.
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Für den Fall, dass die Bremsvorrichtung 18 einen Defekt hat und die Festlegung des Rotors 6 beendet werden soll, weist die Bremsvorrichtung 18 einen Betätigungshebel 36 auf. Dieser Betätigungshebel 36 ist, was aus der Zeichnung nicht hervorgeht, mit der Anpressplatte 30 derart bewegungsgekoppelt, dass die Anpressplatte 30 bei Betätigung des Betätigungshebels 36 von der Bremsscheibe 24 wegbewegt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Stellmotor
- 4
- Grundkörper
- 6
- Rotor
- 8
- Flanschteil
- 10
- Flansch
- 12
- Spindelmutter
- 14
- Planetenrollenspindel
- 16
- Gehäuse
- 18
- Bremsvorrichtung
- 20
- Hülse
- 22
- Buchse
- 24
- Bremsscheibe
- 26
- Bremsbelag
- 28
- Bremsscheibe
- 30
- Anpressplatte
- 32
- Kern
- 34
- Spule
- 36
- Betätigungshebel
- A
- Längsachse
