-
Die Erfindung betrifft ein Unterseeboot mit den im Oberbegriff von Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
-
Den Ausgangspunkt der Erfindung bilden Unterseeboote, die Rudermaschinen mit einem elektrischen Stellmotor aufweisen. Eine Rudermaschine mit einem solchen Stellmotor ist beispielsweise aus
DE 10 2010 015 665 A1 bekannt. Bei dieser Rudermaschine ist deren Ruder über einen Spindeltrieb mit dem elektrischen Stellmotor bewegungsgekoppelt, wobei der linear bewegliche Teil des Spindeltriebs, bei dem es sich wahlweise um die Spindel oder um die Spindelmutter handeln kann, über ein Gelenkgestänge auf das Ruder wirkt. Probleme ergeben sich allerdings bei einem Ausfall des Stellmotors, da dann eine Betätigung des Ruders nicht mehr möglich ist.
-
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Unterseeboot, dessen Ruderanlage bzw. Ruderanlagen, die mit einem elektrischen Stellmotor ausgestattet sind, so zu verbessern, dass das bzw. die Ruder auch beim Ausfall des Stellmotors betätigt werden können.
-
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.
-
Das erfindungsgemäße Unterseeboot weist in üblicher Weise einen Druckkörper und mindestens eine Ruderanlage auf, die mindestens ein außerhalb des Druckkörpers angeordnetes Ruder, bei dem es sich um ein Seitenruder, ein Tiefenruder oder um ein kombiniertes Seiten- und Tiefenruder handeln kann und einen mit dem Ruder bewegungsgekoppelten Antrieb aufweist. Bei diesem Antrieb handelt es sich um einen elektrischen Stellmotor und vorzugsweise um einen Synchron-Torque-Motor. Bevorzugt ist der Rotor des elektrischen Stellmotors mit einem drehbeweglichen Teil eines Spindeltriebs verbunden. Ein linearbeweglicher Teil des Spindeltriebs, bei dem es sich vorzugsweise um die Spindel handelt, ist hierbei durch eine Druckkörperdurchführung nach außerhalb des Druckkörpers geführt, wo dieser Teil des Spindeltriebs in bekannter Weise über ein Gelenkgestänge mit dem Ruderschaft des Ruders bewegungsgekoppelt ist.
-
Um das Ruder auch bei einem Defekt des Stellmotors oder bei einem Ausfall der Spannungsversorgung des Stellmotors betätigen zu können, ist an dem Stellmotor ein Hilfsantrieb vorgesehen. Die Anordnung des Hilfsantriebs an dem Stellmotor ist derart, dass ein von dem Hilfsantrieb erzeugtes Drehmoment unmittelbar oder mittelbar über ein Getriebe auf den Rotor des Stellmotors übertragen werden kann, so dass die Rudereinstellung über den Hilfsantrieb erfolgt. Dieser Hilfsantrieb ist ein fester Bestandteil des Stellmotors, so dass der Stellmotor und der Hilfsantrieb eine gemeinsame Baueinheit bilden.
-
Als Hilfsantrieb können prinzipiell alle hierfür geeigneten Antriebsmotoren eingesetzt werden. So können z. B. elektrisch oder hydraulisch betätigte Motoren als Hilfsantrieb mit dem Rotor verbunden bzw. verbindbar sein. Daneben ist auch ein Handantrieb in Form eines mit dem Rotor verbundenen Handrads oder eine Kurbel als Hilfsantrieb denkbar.
-
Bevorzugt ist als Hilfsantrieb aber ein Druckluftmotor vorgesehen. Dieser ist zweckmäßigerweise an dem in Unterseebooten üblicherweise vorhandenen Druckluftnetz angeschlossen. Vorteilhaft kann dem Druckluftmotor ein Planetengetriebe nachgeschaltet sein, um die vergleichsweise hohen Betriebsdrehzahlen des Druckluftmotors herabzusetzen. Solche Druckluftmotoren mit einem nachgeschalteten Planetengetriebe sind am Markt als kompakte Baueinheit erhältlich.
-
Erfindungsgemäß ist der Hilfsantrieb mittels einer fluidisch schaltbaren Kupplung mit dem Ruderantrieb verbunden. D. h., es ist eine Kupplung vorgesehen, die bei einem Ausfall des Stellmotors eine zur Übertragung eines Drehmoments fähige Verbindung des Hilfsantriebs mit dem Ruderantrieb schafft, wobei diese Verbindung bei intaktem Ruderantrieb durch entsprechende Schaltung der Kupplung gelöst werden kann, sodass der Ruderantrieb und der Hilfsantrieb kinematisch voneinander getrennt sind.
-
Zweckmäßigerweise ist die Verbindung des Hilfsantriebs mit dem Ruderantrieb an einem von dem Antriebsende der Rotorwelle abgewandten Ende der Rotorwelle vorgesehen. Hierbei ist unter dem Antriebsende der Rotorwelle das Ende der Rotorwelle zu verstehen, an dem das Ruder beispielsweise über einen Spindeltrieb mit der Rotorwelle verbunden ist. Die Verbindung des Hilfsantriebs mit dem Ruderantrieb über die Kupplung erfolgt demnach vorzugsweise an dem Ende der Rotorwelle, das nicht zur Drehmomentübertragung auf eine dem Ruder vorgeschaltete Einrichtung dient. Dieses Ende ragt zweckmäßigerweise aus dem Stator des Stellmotors heraus.
-
Zur Schaffung der Verbindung des Hilfsantriebs mit dem Ruderantrieb ist vorteilhafterweise ein mit dem Hilfsantrieb bewegungsgekoppeltes Kupplungsteil mittels eines druckbeauschlagbaren Kolbens mit einem mit der Rotorwelle des Stellmotors bewegungsgekoppelten Kupplungsteil kuppelbar. Dementsprechend ist bevorzugt ein Kupplungsteil direkt oder über Getriebemittel indirekt mit einer Antriebswelle des Hilfsantriebs bewegungsverbunden und ein Kupplungsteil direkt oder ggf. auch über Getriebemittel indirekt mit der Rotorwelle des Stellmotors verbunden, wobei eines der beiden Kupplungsteile durch Druckbeaufschlagung des Kolbens mittels eines Fluids, bei dem es sich um eine Flüssigkeit und bevorzugt um ein Gas oder Gasgemisch handeln kann, derart relativ zu dem anderen Kupplungsteil bewegbar ist, dass die beiden Kupplungsteile eine Kupplung miteinander eingehen und auf diese Weise eine Drehmomentübertragung von der Antriebswelle des Hilfsantriebs auf die Rotorwelle des Stellmotors ermöglichen.
-
Zweckmäßigerweise ist sicherzustellen, dass eine solche Drehmomentübertragung von der Antriebswelle des Hilfsantriebs auf die Rotorwelle des Stellmotors bzw. umgekehrt eine Drehmomentübertragung von der Rotorwelle des Stellmotors auf die Antriebswelle des Hilfsantriebs bei Normalbetrieb des Stellmotors nicht vorliegt. Daher sind bevorzugt dem Kolben entgegenwirkende Federmittel zum Lösen der Kupplung vorgesehen. Diese Federmittel, bei denen es sich z. B. um Gasfederelemente oder vorzugsweise um mechanische Federelemente handeln kann, sind zweckmäßigerweise so angeordnet, dass ihre Wirkrichtung der Wirkrichtung des Kolbens bei dessen Druckbeaufschlagung durch das Fluid entgegengerichtet ist, d. h., dass die Federmittel und der Kolben an dem relativ zu dem anderen Kupplungsteil bewegbaren Kupplungsteil z. B. an einander direkt abgewandten Seiten angreifen. Die Federmittel sind typischerweise so ausgelegt, dass die von ihnen ausgeübte Federkraft geringer als die von dem Fluid auf den Kolben ausgeübte Druckkraft ist, sodass die beiden Kupplungsteile bei Druckbeaufschlagung des Kolbens miteinander kuppelbar sind, wobei die Federmittel die beiden Kupplungsteile aber dann, wenn der Kolben nicht druckbeaufschlagt ist, wieder voneinander trennen und sicher getrennt halten.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung bildet ein in einem um die Rotorwelle des Stellmotors feststehend angeordneten Gehäuseteil drehbar angeordneter Zahnring das mit dem Hilfsantrieb bewegungsgekoppelte Kupplungsteil. So ist bevorzugt vorgesehen, dass die Rotorwelle in einem aus dem Stator des Stellmotors herausragenden Bereich radial außenseitig von einem dort feststehend angeordneten Gehäuseteil umgeben ist, in welchem ein Zahnring drehbar und auch in gewissem Maße in axialer Richtung verschiebbar gelagert ist. Dieser Zahnring ist erfindungsgemäß immer mit dem Hilfsantrieb bewegungsgekoppelt, wobei er über ein Zahnradgetriebe mit der Antriebswelle des Hilfsantriebs verbunden sein kann. Bevorzugt ist der Zahnring allerdings direkt mit einem an der Antriebswelle des Hilfsantriebs angeordneten Zahnrad in Eingriff.
-
In vorteilhafter Weiterbildung dieser Ausgestaltung ist der Zahnring in dem Gehäuseteil auf einem in axialer Richtung verschiebbar angeordneten Ringkolben gelagert. In Verbindung mit dieser Ausgestaltung weist das Gehäuseteil vorteilhaft einen Fluideinlass auf, über den ein Fluid, vorzugsweise Druckluft, derart in das Gehäuseteil eingeleitet werden kann, dass der Ringkolben mit dem daran angeordneten Zahnring von dem Fluid in eine Stellung gedrückt wird, in der der Zahnring mit dem rotorwellenseitig angeordneten Kupplungsteil gekuppelt ist.
-
Das rotorwellenseitig angeordnete Kupplungsteil, welches mit dem Zahnring die Kupplung bildet, wird bevorzugt von einer mit der Rotorwelle des Stellmotors drehfest verbundenen Mitnehmerscheibe gebildet, die den Zahnring in axialer Richtung d. h. in Richtung einer Mittelachse des Zahnrings bzw. in Richtung einer Mittelachse der Mitnehmerscheibe gegenüberliegend angeordnet ist. Hierbei ist die Mitnehmerscheibe typischerweise im nicht gekuppelten Zustand axial beabstandet von dem Zahnring angeordnet.
-
Zweckmäßigerweise sind der Zahnring und die Mitnehmerscheibe zur Bildung eines Formschlusses miteinander ausgebildet. Bevorzugt bilden der Zahnring und die Mitnehmerscheibe eine Klauenkupplung. Demnach sind an dem Zahnring und der Mitnehmerscheibe an den einander gegenüberliegend angeordneten Flachseiten axial vorstehende Klauen ausgebildet, die in Ausnehmungen an dem jeweils anderen Teil von Zahnring und Mitnehmerscheibe eingreifen oder einen dort ausgebildeten Vorsprung formschlüssig hintergreifen. Mit der so gebildeten Klauenkupplung lassen sich besonders gut Drehmomente von dem Hilfsantrieb auf die Rotorwelle des Stellmotors übertragen.
-
Eine gleichermaßen gute Drehmomentübertragung wie eine Klauenverzahnung ermöglicht auch eine Hirth-Verzahnung. So können die Mitnehmerscheibe und der Zahnring, anstatt eine Klauenkupplung zu bilden, vorteilhaft auch jeweils an den einander gegenüberliegend angeordneten Flachseiten eine Hirth-Verzahnung aufweisen. Demzufolge kann stirnseitig des Zahnrings und der Mitnehmerscheibe jeweils eine Verzahnung ausgebildet sein, wobei die beiden Verzahnungen zur formschlüssigen Verbindung von Zahnring und Mitnehmerscheibe miteinander in Eingriff gebracht werden.
-
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
-
1 in einer schematisch vereinfachten Seitenansicht einen Stellmotor einer Ruderanlage eines Unterseeboots mit einem daran angeordneten Hilfsantrieb,
-
2 den Stellmotor nach 1 in einem Längsschnitt und
-
3 stark vergrößert eine Einzelheit III aus 2.
-
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 Seitenruder, ein Tiefenruder oder um ein kombiniertes Seiten- und Tiefenruder des Unterseeboots handeln. Von der gesamten Ruderanlage ist nur der elektrische Stellmotor dargestellt.
-
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, sind ein Stator 6 und ein hohl ausgebildeter Rotor 8 des Stellmotors 2 angeordnet. An dem Grundkörper 4 schließt sich in 1 linksseitig ein Flanschteil 10 an. Über einen Flansch 12 des Flanschteils 10 ist der Stellmotor 2 an einer Druckkörperdurchführung des Unterseeboots befestigt.
-
Der Rotor 8 ist drehfest mit einer Rotorwelle 13 verbunden, die durch den Rotor 13 hindurchführt. An einer von dem Grundkörper 4 abgewandten Stirnseite des Flansches 12 ragt aus dem Flanschteil 10 eine mit der Rotorwelle 13 fest verbundene Spindelmutter 14 eines Planetenrollenspindeltriebs aus dem Motorgehäuse heraus. Durch die Spindelmutter 14, die bei Drehung des Rotors 8 des Stellmotors 2 die Drehbewegung der Rotorwelle 13 bzw. des Rotors 8 ausführt, führt eine linearbewegbare Planetenrollenspindel 16 des Planetenrollenspindeltriebs in das Innere des Spindelmotors 2. Der außerhalb des Stellmotors 2 befindliche Teil der Planetenrollenspindel 16 wird mit einer Kuppelstange verbunden. Diese Kuppelstange, auf der die Dichtungen der druckfesten Druckkörperdurchführung laufen, überträgt die lineare Bewegung der Planetenrollenspindel 16 auf ein Gelenkgestänge, welches wiederum mit dem von der Ruderanlage zu stellenden Ruder bewegungsgekoppelt ist.
-
Wie in den 2 und 3 dargestellt, ragt ein von dem Planetenrollenspindeltrieb abgewandtes Ende der Rotorwelle 13 aus dem Stator 6 heraus. Auf dieses Ende der Rotorwelle 13 ist eine Hülse 18 aufgesetzt und drehfest mit der Rotorwelle 13 verbunden. Die Hülse 18 dreht somit bei einer Drehung des Rotors 8 mit der Rotorwelle 13 mit. An ihrem dem Stator 6 zugewandten Ende weist die Hülse 18 einen Flansch 20 auf. Bei dem Flansch 20 handelt es sich um einen ringförmigen Kragen, der sich ausgehend von der äußeren Mantelfläche der Hülse 18 radial nach außen erstreckt. An dem Flansch 20 sind gleichmäßig über deren Umfang verteilt sechs lediglich durch ihre Mittellinien 22 dargestellte Bohrungen ausgebildet. Diese Bohrungen sind zur Aufnahme von nicht dargestellten Schrauben vorgesehen, mit denen eine Mitnehmerscheibe 24 an dem Flansch 20 befestigt ist.
-
Die Mitnehmerscheibe 24 ist ringförmig ausgebildet und weist an ihren Innendurchmesser angrenzend einen in axialer Richtung vorstehenden Vorsprung 26 auf, der sich um den gesamten Innendurchmesser der Mitnehmerscheibe 24 erstreckt. Im Bereich dieses Vorsprungs 26, der an dem Flansch 20 der Hülse 18 anliegt, erfolgt die Befestigung der Mitnehmerscheibe 24 an dem Flansch 20. Hierzu sind an dem Vorsprung 26 sechs Bohrungen ausgebildet, deren Mittellinien mit den Mittellinien 22 der an dem Flansch 20 ausgebildeten Bohrungen übereinstimmen. Radial außenseitig des Vorsprungs 26 ist an der Mitnehmerscheibe 24 eine sich ringförmig um den Vorsprung 26 erstreckende Vertiefung 28 ausgebildet. In radialer Richtung außenseitig dieser Vertiefung 28 ist die Mitnehmerscheibe 24 mit einer Klauenverzahnung versehen und weist dementsprechend dort eine Vielzahl von axial vorstehenden Klauen 30 auf.
-
Der Grundkörper 4 wird an einer von dem ausfahrbaren Ende der Planetenrollenspindel 16 abgewandten Seite von einer ringförmig ausgebildeten Stirnplatte 32 begrenzt. An dieser Stirnplatte 32 ist ein Gehäuseteil 34 befestigt, das sich ringförmig um die Rotorwelle 13 und die daran angebrachte Hülse 18 erstreckt. An dem Gehäuseteil 34 ist eine Ringkammer 36 ausgebildet, die zur Aufnahme eines Ringkolbens 38 dient. Der Ringkolben 38 ist in der Ringkammer 36 in axialer Richtung verschiebbar angeordnet.
-
An dem der Mitnehmerscheibe 24 zugewandten Ende des Ringkolbens 38 ist ein Absatz 40 ausgebildet. Auf diesem Absatz 40 liegt ein das der Mitnehmerscheibe 24 zugewandte Ende des Ringkolbens 38 umgreifender Zahnring 42 an. Der Zahnring 42 ist auf dem Absatz 40 um seine Mittelachse freidrehend gelagert und liegt der Mitnehmerscheibe 24 in axialer Richtung direkt gegenüber, wobei er radial über die Mitnehmerscheibe 24 herausragt. An seinem Außenumfang ist der Zahnring 42 mit einer Verzahnung 44 versehen. Aus der Zeichnung nicht ersichtlich, wird die Verzahnung 44 des Zahnrings 42 ständig von einem Zahnrad gekämmt, das an der Antriebswelle eines Hilfsmotors 46 befestigt ist. Bei dem Hilfsantrieb 46 handelt es sich um einen Druckluftmotor mit einem nachgeschalteten Planetengetriebe. Der Hilfsantrieb 46 ist an dem von dem ausfahrbaren Ende der Planetenrollenspindel abgewandten Ende des Gehäuses des Stellmotors 2 angeordnet.
-
Zusammen mit der Mitnehmerscheibe 24 bildet der Zahnring 42 eine schaltbare Kupplung, mit der die Rotorwelle 13 des Stellmotors 2 bei Bedarf mit der Antriebswelle des Hilfsantriebs 46 bewegungskoppelbar ist. Hierzu weist der Zahnring 42 in einem Bereich seiner der Mitnehmerscheibe 24 zugewandten Flachseite, der von der gegenüberliegenden Mitnehmerscheibe 24 überlappt wird, eine mit der Klauenverzahnung der Mitnehmerscheibe 24 korrespondierende Klauenverzahnung auf.
-
Die Funktionsweise der von der Mitnehmerscheibe 24 und dem Zahnring 42 gebildeten schaltbaren Kupplung ist wie folgt:
Im Normalfall sind das der Mitnehmerscheibe 24 zugewandte Ende des Ringkolbens 38 und die der Mitnehmerscheibe 24 zugewandte Flachseite des Zahnrings 42 derart axial voneinander beabstandet, dass die an der Mitnehmerscheibe 24 und die an dem Zahnring 42 ausgebildeten Klauenverzahnungen nicht miteinander in Eingriff sind. Bei Betrieb des Stellmotors 2 wird somit kein Drehmoment von der Rotorwelle 13 über die Mitnehmerscheibe 24 auf den Zahnring 42 und den nachgeschalteten Hilfsantrieb 46 übertragen.
-
Kommt es zu einem Ausfall des Stellmotors 2, wird Druckluft über einen aus der Zeichnung nicht ersichtlichen Drucklufteinlass in die Ringkammer 36 des Gehäuseteils 34 geleitet. Diese Druckluft drückt den Ringkolben 38 und den auf dessen Absatz 40 gelagerten Zahnring 42 in Richtung der Mitnehmerscheibe 24. Hierdurch kommt die an dem Zahnring 42 ausgebildete Klauenverzahnung mit der an der Mitnehmerscheibe 24 ausgebildeten Klauenverzahnung in Eingriff, so dass ein Drehmoment von der Antriebswelle des Hilfsantriebs 46 über das daran angeordnete Zahnrad, den damit in Eingriff befindlichen Zahnring 42 und die Mitnehmerscheibe 24 auf die Rotorwelle 13 übertragen werden kann. Somit ist das mit der Planetenrollenspindel 16 bewegungsgekoppelte Ruder mittels des Hilfsantriebs 46 stellbar.
-
Soll die Steuerung des Ruders wieder über den Stellmotor 2 erfolgen, ist es erforderlich, dass der Zahnring 42 wieder von der Mitnehmerscheibe 24 getrennt wird. Hierzu sind mehrere Schraubenfedern 48 vorgesehen. Diese Schraubenfedern 48 stützen sich zwischen einem das Gehäuseteil 34 verschließenden Deckel 50 und einem Ringelement 52 ab, welches auf der der Mitnehmerscheibe 24 zugewandten Flachseite des Zahnrings 42 aufliegt und die Mitnehmerscheibe 24 mit radialem Abstand umgibt. Soll das Ruder wieder mittels des Stellmotors 2 gesteuert werden, wird die Druckluft aus der Ringkammer 36 des Gehäuseteils 34 abgelassen, woraufhin die Schraubenfedern 48 den Ringkolben 38 mit dem darauf gelagerten Zahnring 42 wieder in eine Position drücken, in der die Klauenverzahnung des Zahnrings 42 nicht mehr mit der Klauenverzahnung der Mitnehmerscheibe 24 in Eingriff ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 2
- Stellmotor
- 4
- Grundkörper
- 6
- Stator
- 8
- Rotor
- 10
- Flanschteil
- 12
- Flansch
- 13
- Rotorwelle
- 14
- Spindelmutter
- 16
- Planetenrollenspindel
- 18
- Hülse
- 20
- Flansch
- 22
- Mittellinie
- 24
- Mitnehmerscheibe
- 26
- Vorsprung
- 28
- Vertiefung
- 30
- Klaue
- 32
- Stirnplatte
- 34
- Gehäuseteil
- 36
- Ringkammer
- 38
- Ringkolben
- 40
- Absatz
- 42
- Zahnring
- 44
- Verzahnung
- 46
- Hilfsantrieb
- 48
- Schraubenfeder
- 50
- Deckel
- 52
- Ringelement
