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Die Erfindung betrifft eine Unterwasserantenne mit mindestens einem Unterwasser-Schallempfänger. Eine solche Unterwasserantenne ist in der Regel an eine Außenhülle eines Wasserfahrzeugs montiert und vermag Schallwellen, die auf den Unterwasser-Schallempfänger auftreffen, zu detektieren.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Unterwasserantenne mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bereitzustellen, bei der ein vergleichsweise geringes Risiko auftritt, dass eine akustische Störstelle zwischen dem Träger und dem Unterwasser-Schallempfänger entsteht.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Unterwasserantenne mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
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Die lösungsgemäße Unterwasserantenne umfasst
- - einen Träger und
- - mindestens einen Unterwasser-Schallempfänger.
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Der oder jeder Unterwasser-Schallempfänger ist in jeweils einer Aussparung im Inneren des Trägers aufgenommen. Diese Aussparung ist größer als der Unterwasser-Schallempfänger. Dadurch wird in der Aussparung ein Zwischenraum zwischen dem Träger und dem aufgenommenen Unterwasser-Schallempfänger gebildet. Dieser Zwischenraum ist mit einer quellenden Substanz gefüllt. Die quellende Substanz dehnt sich aus, wenn sie mit Wasser in Berührung kommt.
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Die Unterwasserantenne ist für den Einsatz unter Wasser vorgesehen und befindet sich daher in der Regel für einen langen Zeitraum unter Wasser. Damit der Unterwasser-Schallempfänger Schallwellen detektieren kann, müssen Schallwellen aus verschiedenen Schalleinfallsrichtungen den Träger und die Aussparung durchdringen und dann den Unterwasser-Schallempfänger erreichen können. Eine akustische Störstelle zwischen dem Träger und dem Unterwasser-Schallempfänger kann diese geforderte Funktion der Unterwasserantenne beeinträchtigen. Eine solche akustische Störstelle kann beispielsweise durch Ungenauigkeiten bei der Fertigung oder durch einen abrupten oder einen allmählich wirkenden Umgebungseinfluss hervorgerufen werden, beispielsweise durch einen Schockfall oder weil die Aussparung im Laufe der Zeit ihre geometrische Form ändert. Diese Formänderung kann beispielsweise dadurch hervorgerufen werden, dass der Träger altert oder Wasser aufnimmt.
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Lösungsgemäß tritt zwischen der äußeren Oberfläche des Unterwasser-Schallempfängers und der Wand der Aussparung ein Zwischenraum auf. Dieser Zwischenraum ist mit einer quellenden Substanz gefüllt. Falls aufgenommenes Wasser den Zwischenraum erreicht, so quillt die quellende Substanz im Zwischenraum auf, was die Gefahr einer akustischen Störstelle weiter reduziert. Oft lässt sich die quellende Substanz so ausgestalten, dass sie sich bis zu einem gewissen Grade an die Form der Aussparung anpassen kann.
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In der Regel ist auf den Schallempfänger-Körper des Unterwasser-Schallempfängers eine elektrisch leitende Schicht aufgebracht, welche die generierten elektrischen Signale weiterleitet und meist ein metallisches Material umfasst. Falls aufgenommenes Wasser diese elektrisch leitende Schicht erreicht, so kann das unerwünschte Ereignis auftreten, dass die Schicht stellenweise korrodiert und die Korrosion eine akustische Störstelle hervorruft. Die quellende Substanz im Zwischenraum reduziert die Gefahr einer Korrosion, insbesondere auf mindestens eine der folgenden beiden Weisen:
- - Die quellende Substanz lässt sich als eine wasserabweisende Substanz ausgestalten.
- - Die quellende Substanz lässt sich so ausgestalten, dass sie Wasser aufnimmt und einlagert und dadurch verhindert, dass das Wasser die Schicht erreicht.
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Bei einer herkömmlichen Unterwasserantenne werden akustische Störstellen häufig dadurch vermieden, dass ein mechanischer Haftvermittler zwischen der äußeren Oberfläche des Unterwasser-Schallempfängers und der Wand der Aussparung angeordnet wird und einen mechanischen Kontakt sicherstellt. Ein solcher Haftvermittler hat insbesondere folgende Nachteile:
- - Manche heute verfügbaren Haftvermittler sind für Lebewesen toxisch, weshalb ihre Verwendung eingeschränkt oder in Zukunft sogar verboten ist.
- - Der Haftvermittler muss einerseits die geforderte mechanische Haftung gewährleisten und darf andererseits die akustische Durchlässigkeit nicht wesentlich beeinträchtigen.
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Die Erfindung vermeidet die Notwendigkeit, eine akustische Störstelle dadurch zu vermeiden, dass eine ausreichend große mechanische Haftung zwischen dem Unterwasser-Schallempfänger und dem Träger mit Hilfe eines Haftvermittlers hergestellt wird. Daher vermeidet die Erfindung die gerade genannten Nachteile eines Haftvermittlers.
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Unterschiedliche Verfahren sind möglich, um eine lösungsgemäße Unterwasserantenne herzustellen. Ein mögliches Herstellungsverfahren umfasst die folgenden Schritte:
- - Die quellende Substanz wird in einen fluiden Zustand gebracht oder in einem fluiden Zustand gehalten, insbesondere in einem flüssigen Zustand.
- - Während die quellende Substanz in dem fluiden Zustand ist, wird sie auf die äußere Oberfläche des Unterwasser-Schallempfängers aufgebracht.
- - Ermöglicht wird, dass die quellende Substanz in einen festen Zustand übergeht.
- - Die Unterwasserantenne wird hergestellt. Hierfür wird der Unterwasser-Schallempfänger mit der quellenden Substanz in dem festen Zustand verwendet.
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Das Herstellungsverfahren ermöglicht es, den Unterwasser-Schallempfänger mitsamt der quellenden Substanz getrennt von dem Träger herzustellen und später diese Bestandteile zur Unterwasserantenne zusammenzufügen. Beim Zusammenfügen wird bevorzugt jeder Unterwasser-Schallempfänger mit der festen quellenden Substanz - oder jeweils ein Platzhalter-Körper mit der gleichen Abmessung - in eine Gießform gelegt und dort gehalten. Das Material für den Träger wird in einem fluiden Zustand in die Gießform gefüllt und umgibt den Unterwasser-Schallempfänger und die feste quellende Substanz. Jede Aussparung mit dem Zwischenraum wird bei diesem Umgießen von alleine erzeugt.
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Möglich ist, mehrere Unterwasser-Schallempfänger mit jeweils einer nach der Herstellung festen quellenden Substanz auf der äußeren Oberfläche auf Vorrat zu fertigen und zu lagern.
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Nachfolgend ist die erfindungsgemäße Unterwasserantenne anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigen:
- 1 einen Block aus einem festen Kunststoff, wobei der Block im Inneren fünf Unterwasser-Schallempfänger aufnimmt;
- 2 in einer Schnittdarstellung einen Unterwasser-Schallempfänger und einen Zwischenraum in einer Aussparung;
- 3 ein beispielhaftes Verfahren zum Herstellen des Blocks von 1.
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Im Ausführungsbeispiel wird die lösungsgemäße Unterwasserantenne an Bord eines Wasserfahrzeugs (nicht gezeigt) montiert. Bei einem regulären Einsatz des Wasserfahrzeugs befindet die Unterwasserantenne sich unterhalb der Wasserlinie.
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In 1 wird in perspektivischer Darstellung ein Träger in Form eines quaderförmigen Blocks 2 aus einem festen Kunststoff, beispielsweise aus Polyurethan oder Epoxidharz, gezeigt. In fünf kugelförmigen Aussparungen dieses Blocks 2 sind fünf kugelförmige Unterwasser-Schallempfänger 1, 1.1, ..., 1.4 aufgenommen. Abhängig von auftreffenden Schallwellen erzeugt jeder Unterwasser-Schallempfänger 1, 1.1, ..., 1.4 elektrische Signale, die im Block 2 aufbereitet werden. Die aufbereiteten elektrischen Signale lassen sich an einer Koppelstelle 30 abgreifen. Natürlich kann auch eine andere Anzahl von Unterwasser-Schallempfängern im Block 2 aufgenommen sein, und die Unterwasser-Schallempfänger können andere geometrische Formen haben.
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Der Block 2 umfasst weiterhin zwei Aussparungen 29.1, 29.2, durch welche hindurch zwei Schrauben geführt werden können, um den Block 2 zu befestigen.
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2 zeigt eine Schnittdarstellung durch den Block 2 von 1. Der kugelförmige Unterwasser-Schallempfänger 1 umfasst einen innen hohlen Schallempfänger-Körper aus einem piezo-keramischen Material, der von einer elektrisch isolierenden Schicht 13, beispielsweise einer Platine, in eine obere Halbkugel-Schale 11 und eine untere Halbkugel-Schale 12 unterteilt ist. Die äußere Oberfläche der oberen Halbkugel-Schale 11 ist von einer elektrisch leitenden Schicht 16 bedeckt, die äußere Oberfläche der oberen Halbkugel-Schale 12 von einer elektrisch leitenden Schicht 18.
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Der Unterwasser-Schallempfänger 1 ist in einer kugelförmigen Aussparung mit der Wand 4 aufgenommen. Zwischen der äußeren Oberfläche 16, 18 des Unterwasser-Schallempfängers 1 und der Wand 4 tritt ein Zwischenraum 14 auf, welcher eine Dicke d aufweist, das ist die Abmessung senkrecht zur äußeren Oberfläche 16, 18. Im Ausführungsbeispiel liegt die Dicke d zwischen 1 µm und 1 cm, bevorzugt zwischen 3 mm und 5 mm. Der Zwischenraum 14 umgibt vollständig beide Halbkugel-Schalen 11, 12 und die elektrisch isolierende Schicht 13.
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Dieser Zwischenraum 14 ist mit einer quellenden Substanz gefüllt. Diese quellende Substanz umgibt vollständig den Unterwasser-Schallempfänger 1 und dehnt sich aus, wenn sie mit Wasser in Berührung kommt. Im Ausführungsbeispiel werden zwischen den fünf Unterwasser-Schallempfängern 1, 1.1, ..., 1.4 und dem Block 2 von 1 fünf voneinander getrennte Zwischenräume gebildet, die mit dieser quellenden Substanz gefüllt sind.
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In 3 wird ein beispielhaftes Herstellungsverfahren erläutert, um den Block 2 von 1 herzustellen. Dieses Herstellungsverfahren umfasst die folgenden Schritte:
- - Die fünf Unterwasser-Schallempfänger 1, 1.1, ..., 1.4 werden hergestellt.
- - Eine quellende Substanz wird in einen fluiden Zustand verbracht oder gehalten und auf die äußeren Oberflächen der fünf Unterwasser-Schallempfänger 1, 1.1, ..., 1.4 aufgebracht.
- - Der Vorgang wird herbeigeführt, dass die quellende Substanz auf den äußeren Oberflächen in einen festen Zustand übergeht.
- - Bei Bedarf werden die fünf Unterwasser-Schallempfänger 1, 1.1, ..., 1.4 mit der nunmehr festen quellenden Substanz auf Lager gelegt.
- - Eine obere Block-Hälfte 2.1 und eine untere Block-Hälfte 2.2 werden hergestellt, beispielsweise durch ein Gießverfahren. In der oberen Blockhälfte 2.1 werden fünf halbkugelförmige Aussparungen 38.1 bis 38.5 erzeugt, in der unteren Block-Hälfte 2.2 fünf weitere halbkugelförmige Aussparungen 37.1 bis 37.5.
- - Die fünf Unterwasser-Schallempfänger 1, 1.1, ..., 1.4 werden in jeweils eine halbkugelförmige Aussparung eingelegt, beispielsweise in die fünf halbkugelförmigen Aussparungen 37.1 bis 37.5. Bevorzugt werden die fünf Unterwasser-Schallempfänger 1, 1.1, ..., 1.4 eingelegt, bevor die Block-Hälften 2.1 und 2.2 in einen festen Zustand übergegangen sind, so dass kein unerwünschter Zwischenraum zwischen den Unterwasser-Schallempfängern 1, 1.1, ..., 1.4 mit der quellenden Substanz und den Block-Hälften 2.1 und 2.2 auftritt.
- - Die beiden Block-Hälften 2.1 und 2.2 werden zusammengefügt. Hierbei werden die beiden Oberflächen 40.1 und 40.2 der beiden Block-Hälften 2.1 und 2.2 miteinander verbunden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- kugelförmiger Unterwasser-Schallempfänger, umfasst den Schallempfänger-Körper mit den Halbkugel-Schalen 11 und 12, die elektrisch leitende Schicht 16, 18 und die isolierende Schicht 13
- 1.1, ..., 1.4
- weitere Unterwasser-Schallempfänger, genauso wie der Unterwasser-Schallempfänger 1 aufgebaut
- 2
- Träger in Form eines Blocks aus Polyurethan oder Epoxidharz, nimmt in fünf kugelförmigen Aussparungen die fünf Unterwasser-Schallempfänger 1, 1.1, ..., 1.4 auf
- 2.1
- obere Block-Hälfte des Blocks 2
- 2.2
- untere Block-Hälfte des Blocks 2
- 11
- obere Halbkugel-Schale des Schallempfänger-Körpers, hat die äußere Oberfläche 26
- 12
- untere Halbkugel-Schale des Schallempfänger-Körpers, hat die äußere Oberfläche 27
- 13
- elektrisch isolierende Schicht zwischen den Halbkugel-Schalen 11 und 12
- 16
- elektrisch leitender Schicht-Bereich auf der äußeren Oberfläche 26 der oberen Halbkugel-Schale 11
- 18
- elektrisch leitender Schicht-Bereich auf der äußeren Oberfläche 27 der unteren Halbkugel-Schale 12
- 29.1, 29.2
- Aussparungen im Block 2 zum Durchführen von zwei Schrauben
- 30
- Koppelstelle, liefert die aufbereiteten elektrischen Signale von den Unterwasser-Schallempfängern 1, 1.1, 1.2, ...
- 37.1, 37.2,
- Hohlraum-Hälften in der unteren Block-Hälfte 2.2
- 38.1, 38.2,
- Hohlraum-Hälften in der oberen Block-Hälfte 2.1
- 40.1
- Oberfläche der oberen Block-Hälfte 2.1, an welche die Hohlraum-Hälften 38.1, 38.2, ... angrenzen
- 40.2
- Oberfläche der unteren Block-Hälfte 2.2, an welche die Hohlraum-Hälften 37.1, 37.2, ... angrenzen
