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Die Erfindung betrifft ein Unterseeboot mit den im Oberbegriff von Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
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Neben hydraulischen Ruderanlangen, bei denen der Kolben einer Kolben-Zylinder-Anordnung mit zumindest einem Ruder bewegungsgekoppelt ist, zählen bei Unterseebooten auch Ruderanlagen mit einem elektrischen Stellmotor zum Stand der Technik. Eine solche Ruderanlage ist beispielsweise in
DE 10 2010 015 665 A1 beschrieben. Bei dieser Ruderanlage ist der Rotor des elektrischen Stellmotors direkt mit einem drehbaren Teil eines Spindeltriebs bewegungsgekoppelt, während der linear bewegliche Teil des Spindeltriebs starr mit einer Schubstange eines Gelenkgestänges zur Bewegungssteuerung eines Ruders der Ruderanlage verbunden ist. Um den bei militärischen Unterseebooten bestehenden hohen Anforderungen hinsichtlich der Vermeidung von Schallemissionen gerecht zu werden, wird in
DE 10 2010 015 665 A1 die Verwendung eines rippelkraftfreien Torquemotors als Stellmotor und eines Planetenrollentriebs als Spindeltrieb vorgeschlagen.
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Vor diesem technologischen Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Unterseeboot mit mindestens einer Ruderanlage zu schaffen, die gegenüber den bislang in Unterseebooten eingesetzten Ruderanlagen deutlich geringere Schallemissionen verursacht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Unterseeboot mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. 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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Das erfindungsgemäße Unterseeboot, bei dem es sich insbesondere um ein militärisches Unterseeboot handeln kann, weist mindestens eine Ruderanlage mit einem Linearantrieb auf. Der Linearantrieb ist über ein Gelenkgestänge mit mindestens einem an der Außenseite des Unterseeboots angeordneten Ruder bewegungsgekoppelt. Das Ruder kann prinzipiell ein beliebiges Ruder, beispielsweise ein Seitenruder, ein Tiefenruder oder ein kombiniertes Seiten- und Tiefenruder des Unterseeboots sein. Als Linearantrieb können grundsätzlich alle Antriebe verwendet werden, die zu einer translatorischen Bewegung eines mit dem Linearantrieb bewegungsgekoppelten Teils führen. Der Linearantrieb ist bevorzugt im Druckkörper des Unterseeboots angeordnet, kann aber bei entsprechender Druckkapselung auch außerhalb des Druckkörpers angeordnet sein.
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Erfindungsgemäß ist eine translatorisch bewegbare Schubstange des Gelenkgestänges, welche bei der bevorzugten Anordnung des Stellmotors innerhalb des Druckkörpers durch die Druckkörperwandung geführt ist, nicht, wie bislang üblich, direkt starr mit einem translatorisch bewegbaren Teil des Linearantriebs, sondern über eine Elastomerkupplung mit diesem in Bewegungsrichtung verbunden. Hierbei ist unter einer Elastomerkupplung eine solche Kupplung zu verstehen, bei der die Verbindung von Schubstange und dem translatorisch bewegbaren Teil des Linearantriebs über zumindest ein Elastomerelement erfolgt, welches in Verbindungsrichtung von Schubstange und translatorisch bewegbarem Teil des Linearantriebs angeordnet ist. Die Elastomerkupplung ist typischerweise derart ausgelegt, dass sie die von dem translatorisch bewegbaren Teil des Linearantriebs ausgeübten Zug- und Druckkräfte auf die Schubstange in ausreichendem Maße überträgt, hierbei gleichzeitig aber gewisse Bewegungen der Schubstange schräg zu dem translatorisch bewegbaren Teil des Linearantriebs zulässt. Dies ist im Hinblick auf die Montage der Ruderanlage von Vorteil, da die Schubstange auch bei einem gewissen Winkelversatz zu dem translatorisch bewegbaren Teil des Linearantriebs mit diesem verbunden werden kann. Der maßgebliche Vorteil der Verbindung der Schubstange mit dem translatorisch bewegbaren Teil des Linearantriebs besteht aber darin, dass das zumindest eine Elastomerelement der Elastomerkupplung ein Dämpfungselement bildet, welches die Ausbreitung von Körperschall von dem Linearantrieb auf die Schubstange und von dort nach außerhalb des Unterseeboots in erheblichem Maße verringert, was insbesondere bei einem militärischen Unterseeboot von wesentlicher Bedeutung ist.
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Bevorzugt bilden ein elektrischer Stellmotor und ein damit bewegungsgekoppelter Spindeltrieb den Linearantrieb der Ruderanlage des erfindungsgemäßen Unterseeboots. Besonders vorteilhaft werden als Stellmotor ein Synchron-Torque-Motor und als Spindeltrieb ein Planetenrollentrieb verwendet, welche per se nur geringe Schallemissionen verursachen, die dann von dem zumindest einen Elastomerelement der Elastomerkupplung bestenfalls vollständig, zumindest aber weitestgehend absorbiert werden. Als translatorisch bewegbarer Teil des von dem elektrischen Stellmotor und dem Spindeltrieb gebildeten Linearantriebs dient bevorzugt die Spindel des Spindeltriebs, wobei in diesem Fall der Rotor des Stellmotors drehbeweglich mit der Spindelmutter des Spindeltriebs verbunden ist, es sei aber darauf hingewiesen, dass gegebenenfalls auch die Spindelmutter den translatorisch bewegbaren Teil des Linearantriebs bilden kann, wobei dann die Spindel drehbeweglich mit dem Rotor des Stellmotors verbunden ist.
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Wie bei Spindeltrieben üblich, ist auch der translatorisch bewegbare Teil des erfindungsgemäß bevorzugt verwendeten Spindeltriebs mittels einer Verdrehsicherung an einer Drehbewegung zu hindern. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung bildet die Elastomerkupplung einen Teil dieser Verdrehsicherung für den translatorisch bewegbaren Teil des Spindeltriebs. Demzufolge ist mindestens ein Teil der Elastomerkupplung derart ausgebildet und/oder angeordnet, dass er zwar eine translatorische Bewegung der Elastomerkupplung mit der Schubstange und dem translatorisch bewegbaren Teil des Spindeltriebs ermöglicht, eine Drehbewegung der Elastomerkupplung und damit einhergehend eine Drehbewegung des translatorisch bewegbaren Teils des Spindeltriebs allerdings nicht zulässt.
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Zur Bildung einer Verdrehsicherung weist die Elastomerkupplung bevorzugt ein drehfest mit dem translatorisch bewegbaren Teil des Spindeltriebs verbundenes Kupplungsgehäuse auf, welches in einer Linearführung quer zur Bewegungsrichtung des axial beweglichen Teils des Spindeltriebs formschlüssig festgelegt geführt ist. Die Linearführung ist hierbei zweckmäßigerweise korrespondierend zum Bewegungsweg des translatorisch bewegbaren Teils des Spindeltriebs ausgerichtet. Der translatorisch bewegbare Teil des Spindeltriebs ist vorzugsweise an dem Kupplungsgehäuse starr befestigt, während die Schubstange bevorzugt innerhalb des Kupplungsgehäuses über zumindest ein und vorzugsweise über mehrere Elastomerelemente mit dem translatorisch bewegbaren Teil des Spindeltriebs gekoppelt ist.
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Das Kupplungsgehäuse kann in der Linearführung gegebenenfalls auf Wälzkörpern verschiebbar gelagert sein. Konstruktiv einfacher ist allerdings eine Ausgestaltung, bei der das Kupplungsgehäuse in der Linearführung gleitend gelagert ist. Hierbei sind die Materialien, aus denen die Linearführung und das Kupplungsgehäuse ausgebildet sind, zweckmäßigerweise so gewählt, dass der Reibungswiderstand zwischen der Linearführung und dem Kupplungsgehäuse möglichst gering ist. So kann das Kupplungsgehäuse vorteilhaft aus Bronze und die Linearführung aus Stahl ausgebildet sein.
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Grundsätzlich kann lediglich eine einfache Führungsschiene als Linearführung für das Kupplungsgehäuse dienen, an der das Kupplungsgehäuse in Richtung quer zur Bewegungsrichtung des translatorisch bewegbaren Teils des Spindeltriebs formschlüssig festgelegt ist. Als günstiger erweist es sich aber, wenn die Linearführung einen geschlossenen Raum bildet, in dem zumindest der translatorisch bewegbare Teil des Spindeltriebs geführt ist und auf diese Weise vor Verunreinigungen und einer ungewollten mechanischen Beeinflussung geschützt ist.
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In diesem Zusammenhang ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Linearführung für das Kupplungsgehäuse von einem an ein Gehäuse des Stellmotors angeschlossenen Rohr mit zumindest einer darin ausgebildeten Führungsschiene gebildet wird. Bevorzugt erstreckt sich dieses Rohr von dem Gehäuse des Stellmotors zu einer Wandung des Druckkörpers des Unterseeboots, wo die mit dem translatorisch bewegbaren Teil des Spindeltriebs über die Elastomerkupplung verbundene Schubstange durch die Druckkörperwandung hindurchgeführt ist.
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Die in dem Rohr ausgebildete Führungsschiene erstreckt sich zweckmäßigerweise über die gesamte Länge des Rohres. Sie kann als Hohlschiene ausgebildet sein, die in die Innenwandung des Rohres eingearbeitet ist und in die ein an dem Kupplungsgehäuse ausgebildeter Vorsprung formschlüssig eingreift. Bevorzugt wird die Führungsschiene aber von einem in das Innere des Rohres ragenden Vorsprung gebildet. Dies ermöglicht eine deutlich leichtere Ausgestaltung des Rohres, da dieses vergleichsweise dünnwandig ausgebildet sein kann, wobei an der Innenwandung des Rohres ein sich zweckmäßigerweise über die gesamte Länge des Rohres erstreckender leistenförmiger Vorsprung ausgebildet ist, der die zumindest eine Führungsschiene bildet. Korrespondierend zu diesem Vorsprung ist an dem Kupplungsgehäuse zweckmäßigerweise zumindest eine nutförmige Ausnehmung ausgebildet, die sich über das gesamte Kupplungsgehäuse in Bewegungsrichtung des translatorisch bewegbaren Teils des Spindeltriebs erstreckt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist an einem dem translatorisch bewegbaren Teil des Spindeltriebs zugewandten Ende der Schubstange eine radiale Erweiterung ausgebildet, die sich an ihren in Axialrichtung der Schubstange voneinander abgewandten Seiten jeweils über zumindest ein Elastomerelement und vorzugsweise über mehrere Elastomerelemente an dem Kupplungsgehäuse abstützt. Bevorzugt greift hierbei der Endabschnitt der Schubstange, an dem die radiale Erweiterung ausgebildet ist, über eine Öffnung des Kupplungsgehäuses in einen Bereich des Kupplungsgehäuses ein, welcher in Richtung zu dem an der Außenseite des Kupplungsgehäuses befestigten translatorisch bewegbaren Teil des Spindeltriebs durch eine Wandung verschlossen wird. Die Öffnung des Kupplungsgehäuses wird hierbei von einem Deckel verschlossen, durch den die Schubstange hindurchgeführt ist. Hierbei sind in einem Zwischenraum zwischen der radialen Erweiterung und der Wandung des Kupplungsgehäuses sowie in einem Zwischenraum zwischen der radialen Erweiterung und dem Deckel des Kupplungsgehäuses jeweils zumindest ein, vorzugsweise aber mehrere Elastomerelemente angeordnet, zwischen denen die radiale Erweiterung der Schubstange formschlüssig festgelegt ist.
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Um eine möglichst leichtgängige Führung des Kupplungsgehäuses in dem Rohr zu ermöglichen, ist zweckmäßigerweise vorgesehen, den Kontaktbereich zwischen der Innenwandung des Rohres und der Außenseite des Kupplungsgehäuses zu schmieren. Hierzu ist vorteilhaft an dem Rohr eine durch die Rohrwandung führende Schmiermittelzuführleitung ausgebildet, durch die ein Schmiermittel in den Zwischenraum zwischen der Innenwandung des Rohres und der Außenseite des Kupplungsgehäuses eingeleitet werden kann.
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Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt jeweils schematisch vereinfacht und in unterschiedlichen Maßstäben:
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1 in einer Frontansicht eine Anordnung eines Linearantriebs einer Ruderanlage eines Unterseeboots mit einer mit dem Linearantrieb verbundenen Schubstange,
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2 die Anordnung nach 1 in einer Seitenansicht entlang der Schnittlinie II-II in 1, und
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3 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie III-III in 2.
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Wie insbesondere aus
2 deutlich wird, zeigt die Zeichnung einen Linearantrieb
2, mit dem eine Schubstange
4 eines ansonsten aus Übersichtlichkeitsgründen nicht in der Zeichnung dargestellten Gelenkgestänges bewegungsgekoppelt ist. Der Linearantrieb
2 weist einen elektrischen Stellmotor
6 in Form eines Synchron-Torque-Motors auf. Der genaue Aufbau des Synchron-Torque-Motors ist in der Zeichnung nicht dargestellt, da er nicht erfindungsrelevant ist. Der Stellmotor
6 entspricht aber im Wesentlichen einem in
DE 10 2012 220 920 B3 ausführlich beschriebenen Synchron-Torque-Motor. Wie bei diesem Synchron-Torque-Motor ist auch ein Rotor des Stellmotors
6 drehbeweglich mit einer Spindelmutter
8 eines Planetenrollentriebs drehbeweglich verbunden. Der Rotor des Stellmotors
6 ist hohlzylindrisch ausgebildet. In das Innere des Rotors greift eine durch die Spindelmutter
8 geführte und dort mit dieser bewegungsgekoppelten Planetenrollenspindel
10 ein. Bei einer Betätigung des Stellmotors
6 dreht sich die Spindelmutter
8 des Planetenrollentriebs mit, wodurch die Planetenrollenspindel
10 in eine translatorische Bewegung entlang einer Mittelachse A der Planetenrollenspindel
10 versetzt wird. Insofern bildet die Planetenrollenspindel
10 einen translatorisch bewegbaren Teil des Planetenrollenspindeltriebs.
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An einem außerhalb des Stellmotors 6 angeordneten Ende der Planetenrollenspindel 10 ist diese über eine Elastomerkupplung 12 mit der Schubstange 4 verbunden. Die Elastomerkupplung 12 weist ein im Wesentlichen hohlzylindrisches Kupplungsgehäuse 14 auf, bei dem eine in dem Inneren des Kupplungsgehäuses 14 ausgebildete Wandung 16 eine zu dem Stellmotor 6 hin offene Kammer 18 und eine davon abgewandte Kammer 20 bildet. Die Kammer 20 wird von einem mit dem Kupplungsgehäuse 14 stirnseitig verschraubten Deckel 22 verschlossen. An der dem Stellmotor 6 zugewandten Seite der Wandung ist die Planetenrollenspindel 10 über eine an dem Ende der Planetenrollenspindel 10 ausgebildete radiale Erweiterung 24 an dem Kupplungsgehäuse 14 der Elastomerkupplung 12 mittels einer Schraubverbindung starr befestigt. Die Schubstange 4 greift durch eine an dem Deckel 22 ausgebildete Öffnung 30 in die Kammer 20 des Kupplungsgehäuses 14 ein. Hierbei ist die Schubstange 4 derart ausgerichtet, dass ihre Mittelachse mit der Mittelachse A der Planetenrollenspindel 10 übereinstimmt.
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An einem dem Stellmotor 6 zugewandten Ende der Schubstange 4 ist auf diesem ein Ringelement 26 aufgesetzt und mit der Schubstange 4 fest verbunden. Auf diese Weise bildet das Ringelement 26 eine radiale Erweiterung der Schubstange 4. Das Ringelement 26 weist an seiner dem Stellmotor 6 zugewandten Außenseite sechs gleichmäßig über den Umfang des Ringelements 26 verteilte Ausnehmungen auf. Auch an der von dem Stellmotor 6 abgewandten Außenseite des Ringelements 26 sind sechs gleichmäßig über den Umfang des Ringelements 26 verteilte Ausnehmungen ausgebildet. Jede dieser Ausnehmungen dient zur Aufnahme eines zylindrisch ausgebildeten Elastomerelements 28. Die Elastomerelemente 28 sind so dimensioniert, dass sich die an der dem Stellmotor 6 zugewandten Seite des Ringelements 26 angeordneten Elastomerelemente 28 zwischen dem Ringelement 26 und der an dem Kupplungsgehäuse 14 ausgebildeten Wandung 16 abstützen, während sich die an der von dem Stellmotor 6 abgewandten Seite des Ringelements 26 angeordneten Elastomerelemente 28 zwischen dem Ringelement 26 und dem auf das Kupplungsgehäuse 14 aufgeschraubten Deckel 22 abstützen. Auf diese Weise ist die Schubstange 4 in Bewegungsrichtung der Planetenrollenspindel 10 fest mit dem Kupplungsgehäuse 14 und damit einhergehend fest mit der Planetenrollenspindel 10 verbunden, wobei die Elastomerelemente 28 Dämpfungselemente bilden, welche einen von dem Stellmotor 6 und dem damit bewegungsgekoppelten Planetenrollentrieb ausgehenden Körperschall weitestgehend absorbieren.
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An einer Stirnseite 32 eines Gehäuses 34 des Stellmotors 6, an welcher die Planetenrollenspindel 10 aus dem Stellmotor 6 herausgeführt ist, ist ein Rohr 36 angeflanscht. Das Rohr 36 bildet eine Linearführung für die Elastomerkupplung 12, welche in dem Rohr 36 gleitend gelagert ist. An einer Innenwandung 38 des Rohres 36 sind über dessen Innenumfang gleichmäßig verteilt sechs Vorsprünge 40 ausgebildet. Die Vorsprünge 40 sind leistenförmig länglich ausgebildet und erstrecken sich über die gesamte Länge des Rohres 36.
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Korrespondierend zu den Vorsprüngen 40 in dem Rohr 36 sind an der Umfangsseite des Kupplungsgehäuses 14 der Elastomerkupplung 12 sechs Ausnehmungen 42 ausgebildet, die sich über die gesamte Länge des Kupplungsgehäuses 14 erstrecken. In diese Ausnehmungen 42 greifen die an der Innenwandung 38 des Rohres 36 ausgebildeten Vorsprünge 40 ein. Auf diese Weise bilden die Elastomerkupplung 12 und das Rohr 36 eine Verdrehsicherung für die fest mit dem Kupplungsgehäuse der Elastomerkupplung 12 verbundene Planetenrollenspindel 10.
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In etwa auf halber Länge des Rohres 36 ist an diesem eine Schmiermittelzufuhrleitung 44 ausgebildet, über die ein Schmiermittel in den Kontaktbereich zwischen der Innenwandung 38 des Rohres 36 und die Umfangsseite des Kupplungsgehäuses 14 eingeleitet werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Linearantrieb
- 4
- Schubstange
- 6
- Stellmotor
- 8
- Spindelmutter
- 10
- Planetenrollenspindel
- 12
- Elastomerkupplung
- 14
- Kupplungsgehäuse
- 16
- Wandung
- 18
- Kammer
- 20
- Kammer
- 22
- Deckel
- 24
- Erweiterung
- 26
- Ringelement
- 28
- Elastomerelement
- 30
- Öffnung
- 32
- Stirnseite
- 34
- Gehäuse
- 36
- Rohr
- 38
- Innenwandung
- 40
- Vorsprung
- 42
- Ausnehmung
- 44
- Schmiermittelzuführung
- A
- Mittelachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010015665 A1 [0002, 0002]
- DE 102012220920 B3 [0020]
