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Die Erfindung betrifft ein Trimmsystem für ein modulares Unterwasserfahrzeug.
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Modulare Wasserfahrzeuge werden üblicherweise missionstypisch zusammengestellt und bestehen aus verschiedenen Modulen, welche verschiedene Funktionen übernehmen.
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Bei einer Mission kann sich die Masse und/oder der Auftrieb oder auch nur die Massen- und/oder Auftriebsverteilung des modularen Wasserfahrzeugs während der Mission ändern. Beispielsweise kann das modulare Wasserfahrzeug Gegenstände aufnehmen, beispielsweise Gesteinsproben, Messvorrichtungen, Rohstoffe, Abfälle und vieles andere mehr. Alternativ oder zusätzlich kann das modulare Wasserfahrzeug Gegenstände abgeben, zum Beispiel Messvorrichtungen, Verbrauchsmittel (beispielsweise Treibstoff an Unterwassereinrichtung), kleinere autonome Unterwasserfahrzeuge und vieles andere mehr. Weiter kann beispielsweise Hydraulikflüssigkeit ortsmäßig verlagert werden. Weiter kann beispielsweise Wasser in Ballasttanks aufgenommen oder aus diesen abgegeben werden.
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Aus der
DE 10 2017 200 078 A1 ist ein modulares Wasserfahrzeug mit wenigstens einem Nutzelement und zwei ersten Bugelementen bekannt.
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Während bei einem Unterseeboot üblicherweise Ballast- und Trimmtanks zur Verfügung stehen, um die Trimmung zu halten, ist gerade bei einem modularen Unterwasserfahrzeug eine übergreifende Trimmung schwierig, da die Module missionsabhängig zusammen gestellt werden, also nicht immer gleichartig vorhanden sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches und robustes Trimmsystem für ein modulares Unterwasserfahrzeug zu schaffen.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch das Trimmsystem mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen, das Modul mit den in Anspruch 11 angegebenen Merkmalen, das modulare Unterwasserfahrzeug mit den in Anspruch 14 angegebenen Merkmalen sowie das Verfahren mit den in Anspruch 16 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie der Zeichnung.
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Das erfindungsgemäße Trimmsystem für ein modulares Unterwasserfahrzeug weist ein erstes Trimmgewicht auf, wobei das erste Trimmgewicht entlang einer ersten Strecke verfahrbar angeordnet ist.
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Während in Unterseebooten Trimmtanks verwendet werden und Wasser zwischen diesen gefördert wird, ermöglicht der Einsatz eines Trimmgewichtes einen vergleichsweise einfachen Aufbau, wie dieser für einen modularen Aufbau benötigt wird.
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Eine Strecke kann beispielsweise eine Schiene oder ein Führungselement aufweisen. Eine Strecke kann auch beispielsweise als Rohr mit einem im Inneren geführten Trimmgewicht ausgeführt sein. Beispielsweise kann eine Strecke auch durch ein Magnetfeld gebildet sein.
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Wird nur ein erstes Trimmgewicht auf einer ersten Strecke verwendet, so ist die erste Strecke besonders bevorzugt entlang der Schwerpunktsachse, welche gegebenfalls einer Symmetrieachse des Unterwasserfahrzeugs entsprechen kann, angeordnet. Ist ein einzelnes erste Trimmgewicht einseitig, beispelsweise auf der Steuerbordseite angeordnet, so kann ein Verschieben zu einer Krängung führen.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erste Strecke horizontal und/oder vertikal bewegbar angeordnet. Diese Ausführungsform erhöht zwar die Komplexität des Trimmsystems, was für ein einfaches modulares Unterwasserfahrzeug nachteilig sein kann, erhöht jedoch die Freiheitsgrade, insbesondere zum Ausgleich von Krängung.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erste Strecke in Längsrichtung des modularen Unterwasserfahrzeugs angeordnet. Die Anordnung in Längsrichtung vereinfacht die Trimmung.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Trimmsystem ein zweites Trimmgewicht auf, wobei das zweite Trimmgewicht entlang einer zweiten Strecke verfahrbar angeordnet ist.
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Die Verwendung von zwei Trimmgewichten ermöglicht zusätzlich zur Trimmung auch in gewissem Umfang den Ausgleich einer Krängung, da das erste Trimmgewicht und das zweite Trimmgewicht unabhängig voneinander bewegt werden können. Des Weiteren können das erste Trimmgewicht und das zweite Trimmgewicht symmetrisch zum Zentralachse des Unterwasserfahrzeugs angeordnet werden. Dieses erhöht die stambilität und Trimmbarkeit des Systems.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die zweite Strecke in Längsrichtung des modularen Unterwasserfahrzeugs angeordnet.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die erste Strecke und die zweite Strecke parallel zueinander in der gleichen horizontalen Ebene angeordnet. Diese Ausführungsform ist vergleichsweise einfach zu trimmen.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind das erste Trimmgewicht mittels eines ersten Spindelantriebs entlang der ersten Strecke und das zweite Trimmgewicht mittels eines zweiten Spindelantriebs entlang der zweite Strecke verfahrbar. Spindelantriebe haben sich als besonders geeignet herausgestellt, um Trimmgewichte in einem von Wasser durchspülten Modul zu bewegen.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind das erste Trimmgewicht mit der ersten Strecke und das zweite Trimmgewicht mit der zweiten Strecke bewegbar verbunden.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind das erste Trimmgewicht missionsabhängig und das zweite Trimmgewicht missionsabhängig austauschbar oder modifizierbar. Beispielsweise und insbesondere können die Trimmgewichte auf eine abzusetzende oder aufzunehmende Nutzlast abgestimmt werden. Insbesondere werden die Trimmgewichte umso höher gewählt, je höher das zu erwartende Gewicht der Nutzlast ist.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen das erste Trimmgewicht eine Masse von 100 kg bis 5000 kg und das zweite Trimmgewicht eine Masse von 100 kg bis 5000 kg auf. Bevorzugt weisen das erste Trimmgewicht eine Masse von 200 kg bis 2000 kg und das zweite Trimmgewicht eine Masse von 200 kg bis 2000 kg auf. Besonders bevorzugt weisen das erste Trimmgewicht eine Masse von 300 kg bis 1000 kg und das zweite Trimmgewicht eine Masse von 300 kg bis 1000 kg auf.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der erste Spindelantrieb eine erste Spindel auf, wobei die erste Spindel einen Kerndurchmesser von 5 mm bis 100 mm, bevorzugt von 15 mm bis 50 mm aufweist. Weiter weist der zweite Spindelantrieb eine zweite Spindel auf, wobei die zweite Spindel einen Kerndurchmesser von 5 mm bis 100 mm, bevorzugt von 15 mm bis 50 mm aufweist.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Modul für ein modulares Unterwasserfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Trimmsystem. Das Modul weist wenigstens einen Rahmen auf, wobei der Rahmen zur Verbindung des Moduls mit weiteren Modulen eines modularen Unterwasserfahrzeugs ausgebildet ist. Der Rahmen weist wenigstens ein erstes Längselement auf, wobei das erste Längselement in Längsrichtung des Moduls und damit in Längsrichtung des modularen Unterwasserfahrzeugs angeordnet ist. Die erste Strecke ist an dem ersten Längselement angeordnet.
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Beispiel für ein Modul mit nur einem ersten Trimmgewicht und nur einer ersten Strecke wäre ein Modul, welches insbesondere seitlich außen an ein modulares Unterwasserfahrzeug anbringbar ist und sich vorzugsweise über die ganze Länge erstreckt. Um eine Trimmung zu erreichen wird auf der gegenüberliegenden Seite ein zweites analoges Modul mit einem zweiten Trimmgewicht und einer zweiten Strecke angeordnet. Vorteil ist, dass über die dadurch vergleichsweise lange Strecke ein gutes Trimmen mit einem vergleichsweise geringen Gewicht möglich ist.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Rahmen wenigstens ein zweites Längselement auf, wobei das zweite Längselement in Längsrichtung des Moduls und damit in Längsrichtung des modularen Unterwasserfahrzeugs angeordnet ist. Die zweite Strecke ist an dem zweiten Längselement angeordnet. Diese Ausführungsform ist insbesondere für alle Module bevorzugt, bei denen es während einer Mission zu einer Gewichtsänderung oder Gewichtsverlagerung kommen kann.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Modul ausgewählt aus der Gruppe umfassend Nutzlastmodul, Auftriebsmodifikationsmodul, Tankmodul. Insbesondere bei diesen Modulen kommt es während einer Mission zu einer Gewichtsänderung oder Gewichtsverlagerung.
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Im Folgenden wird ein Auftriebsmodifikationsmodul für ein modulares Unterwasserfahrzeug beschrieben, dass mit einem erfindungsgemäßen Trimmsystem ausgestattet ist:
- Das Auftriebsmodifikationsmodul mit einem erfindungsgemäßen Trimmsystem weist wenigstens einen ersten Rahmen auf, wobei der Rahmen zur Verbindung des Auftriebsmodifikationsmoduls mit weiteren Modulen ausgebildet ist. Der Rahmen kann im einfachsten Fall tatsächlich als Rahmengestell in Form der Kanten eines Quaders ausgeführt sein. Hierdurch kann eine gute Verbindbarkeit der Module in alle drei Raumrichtungen erreicht werden.
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Das Auftriebsmodifikationsmodul mit einem erfindungsgemäßen Trimmsystem weist wenigstens einen ersten Druckkörper auf, wobei der erste Druckkörper wenigstens einen ersten Flutbereich aufweist. Im Auftriebsmodifikationsmodul ist wenigstens eine erste Pumpe angeordnet, wobei die erste Pumpe Wasser aus der Umgebung oder einem auftriebsneutralen Reservoir in den ersten Flutbereich und aus dem ersten Flutbereich in die Umgebung oder ein auftriebsneutrales Reservoir fördern kann.
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Fördert die erste Pumpe Wasser aus der Umgebung, so ist das System vergleichsweise einfach. Nachteilig ist jedoch, dass somit die Pumpe selbst sowie auch der erste Flutbereich den Auswirkungen des Umgebungswassers ausgesetzt sind. Insbesondere relevant sind Verunreinigungen, Korrosion und Bewuchs.
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Fördert die erste Pumpe Wasser in und aus einem auftriebsneutralen Reservoir, so kann sauberes Wasser verwendet werden. Ein auftriebsneutrales Reservoir kann beispielsweise ballonförmig ausgeführt sein. Hierdurch ändert sich jedoch das Volumen. Außerdem altern die hierfür verwendeten elastischen Materialien vergleichsweise schnell, sodass hierdurch das Ausfallrisiko steigt. Weiter ist der Platzbedarf bei der Konstruktion zu berücksichtigen.
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Das Auftriebsmodifikationsmodul mit einem erfindungsgemäßen Trimmsystem kann weiter einen ersten Trockenbereich im ersten Druckkörper aufweisen, wobei im ersten Trockenbereich die wenigstens eine erste Pumpe angeordnet ist.
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Die Anordnung der ersten Pumpe im ersten Trockenbereich im Inneren des ersten Druckkörpers ermöglicht die Verwendung einer einfacheren Pumpe, welche nicht sowohl dem Umgebungswasser als auch dem Umgebungsdruck sowie den sich daraus wechselnden Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist.
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Das Auftriebsmodifikationsmodul mit einem erfindungsgemäßen Trimmsystem kann weiter wenigstens einen ersten Gasbereich aufweisen, wobei der erste Gasbereich mit dem ersten Flutbereich verbunden ist.
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Prinzipiell besteht die Möglichkeit, dass bei jedem Tauchvorgang das im ersten Flutbereich vorhandene Gas ausgestoßen wird und beim Entleeren aus einem Druckvorrat neu eingeleitet wird. Dieses ist jedoch bei Unterwasserfahrzeugen problematisch, die entweder in große Tiefen, beispielsweise 2000 m, vordringen wollen, oder eine größere Anzahl an Tauchvorgängen beziehungsweise Tiefenänderungen vornehmen sollen. Da übliche Gasflaschen mit einem Druck von insbesondere 300 bar arbeiten führt dieses bei 2000 m Tiefe dazu, dass pro Tauchvorgang ein Vielfaches an Volumen an Gasflaschen im Verhältnis zum ersten Flutbereich mitgeführt werden muss.
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Daher ist vorteilhaft, dass das im ersten Flutbereich befindliche Gas beim Fluten im ersten Gasbereich komprimiert wird. Hierdurch muss die erste Pumpe zwar gegen den steigenden Druck arbeiten, das Gasvolumen muss jedoch beim erneuten Aufsteigen nicht erneut bereitgestellt werden.
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Der erste Gasbereich des Auftriebsmodifikationsmoduls mit einem erfindungsgemäßen Trimmsystem kann weiter bei vollständig entleertem ersten Flutbereich einen ersten Gasdruck aufweisen. Weiter weist der erste Gasbereich bei vollständig geflutetem ersten Flutbereich einen zweiten Gasdruck auf. Der Unterschied zwischen dem ersten Gasdruck und dem zweiten Gasdruck ergibt sich durch die Verringerung des dem im ersten Gasbereich befindlichen Gases zur Verfügung stehenden Raum.
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Im einfachsten Fall bilden der erste Flutbereich und der erste Gasbereich einen gemeinsamen Raum. Wenn also beispielsweise der erste Flutbereich ⅔ dieses gemeinsamen Raums ausmacht und der erste Gasbereich ⅓, so wird dieser gemeinsame Raum maximal zu ⅔ geflutet. Hierdurch würde sich in erster Näherung (ideales Gasgesetz) der Gasdruck zwischen dem entleerten Zustand und dem gefluteten Zustand verdreifachen. Hierbei kann die Trennung zwischen dem ersten Flutbereich und dem Gasbereich rein regelungstechnisch, beispielsweise durch die Druckänderung im Inneren erfolgen.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein modulares Unterwasserfahrzeug mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Trimmsystem.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das modulare Unterwasserfahrzeug wenigstens ein erfindungsgemäßes Modul auf.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Trimmen eines modularen Unterwasserfahrzeugs, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- a) Feststellen oder Vorhersagen einer Gewichtsänderungen oder Gewichtsverlagerung
- b) Verfahren des ersten Trimmgewichts und/oder des zweiten Trimmgewichts.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird zwischen Schritt a) und Schritt b) der folgende Schritt aufgeführt wird:
- c) Errechnen der notwendigen Verschiebung des ersten Trimmgewichts und/oder des zweiten Trimmgewichts aus der feststellten oder vorhersagten Gewichtsänderungen oder Gewichtsverlagerung.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren in Schritt a) und Schritt b) für ein einzelnes Modul durchgeführt wird
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren zunächst für jedes einzelne Modul, welches ein Trimmsystem aufweist, durchgeführt, wobei anschließend das Verfahren für das gesamte modulare Unterwasserfahrzeug durchgeführt wird.
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Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Trimmsystem anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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1 Modul mit einem Trimmsystem
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In 1 ist ein Modul 10 mit einem Trimmsystem gezeigt. Das Modul 10 weist einen Rahmen 20 auf, wobei der Rahmen 20 ein erstes Längselement 300 aufweist, wobei auf dem ersten Längselement 300 eine erste Strecke 210 angeordnet ist. Auf der ersten Strecke 210 ist ein erstes Trimmgewicht 200 durch einen ersten Spindelantrieb 230 auf einer ersten Spindel 250 bewegbar. Der Rahmen 20 weist weiter ein zweites Längselement 310 aufweist, wobei auf dem zweiten Längselement 310 eine zweite Strecke 220 angeordnet ist. Auf der zweiten Strecke 220 ist ein zweites Trimmgewicht (durch die Nutzlast verborgen) durch einen zweiten Spindelantrieb 240 auf einer zweiten Spindel 260 bewegbar.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Modul
- 20
- Rahmen
- 200
- erstes Trimmgewicht
- 210
- erste Strecke
- 220
- zweite Strecke
- 230
- erster Spindelantrieb
- 240
- zweiter Spindelantrieb
- 250
- erste Spindel
- 260
- zweite Spindel
- 300
- erstes Längselement
- 310
- zweites Längselement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017200078 A1 [0004]
