DE10349591B4 - submarine - Google Patents
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Abstract
Unterseeboot mit einem Druckkörper (21), mit mindestens einem außerhalb des Druckkörpers beweglich angeordneten Ruder (15) und mit einem Stellantrieb (2, 7) für das Ruder (15), welcher außerhalb des Druckkörpers (21) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (27) gegenüber einem rückwärtigen Kraftfluss vom Ruder (15) auf den Stellantrieb (2, 7) selbsthemmend ausgebildet ist.submarine with a pressure body (21), with at least one outside of the pressure hull movable arranged rudder (15) and with an actuator (2, 7) for the rudder (15), which outside of the pressure hull (21) is arranged, characterized in that the actuator (27) opposite a backward power flow from the rudder (15) on the actuator (2, 7) formed self-locking is.
Description
Die Erfindung betrifft ein Unterseeboot gemäß den im Obergeberiff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.The The invention relates to a submarine according to the Obergeberiff of the claim 1 specified characteristics.
Bei Unterseebooten zählt es zum Stand der Technik, den Stellantrieb für ein Ruder, sei es ein Tiefen- oder Seitenruder, im Druckkörper anzuordnen. Üblicherweise handelt es sich hierbei um einen doppelt wirkenden hydraulischen Zylinder, dessen Kolbenstange durch die Druckkörperwandung herausgeführt ist und dort die Ruderstellung steuert, d. h. die Schwenkstellung des Ruders um seine Achse bestimmt.in Submarines counts it is the state of the art, the actuator for a rudder, be it a or rudder, in the pressure hull to arrange. Usually this is a double-acting hydraulic Cylinder, the piston rod is led out through the Druckkörperwandung and there controls the rudder position, d. H. the pivot position of the Rudder determined around its axis.
Nachteilig bei dieser Anordnung ist, dass die Kolbenstange durch die Druckkörperwandung durchgeführt werden muss. Diese Anordnung hat zum einen den Nachteil, dass die Kolbenstange beim Ausfahren gegen den Aussendruck bewegt werden muss und zum anderen, dass diese gegenüber einem in maximaler Tauchtiefe anstehenden Aussendruck abzudichten ist. Derartige Dichtungen zählen zwar zum Stand der Technik, haben jedoch den Nachteil, dass sie, um die Druckdichtigkeit auch in maximaler Tauchtiefe zu gewährleisten, mit erheblicher Kraft auf die Kolbestange drücken, so dass beim Bewegen der Kolbenstange, also zum Stellen des Ruders erhebliche Reibkräfte zu überwinden sind, die vom Ruderantrieb aufgebracht werden müssen.adversely in this arrangement is that the piston rod through the Druckkörperwandung carried out must become. This arrangement has the disadvantage that the Piston rod to be moved against the external pressure during extension and on the other hand, that this one opposite to a maximum depth is to seal pending external pressure. Although such seals count to the prior art, however, have the disadvantage that they to the To ensure pressure tightness even at maximum depth Press with considerable force on the Kolbestange, so that when moving the piston rod, so to put the rudder considerable frictional forces are, which must be applied by the rudder drive.
Aus
Vor
diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
den Stellantrieb für
ein Ruder eines Unterseeboots so auszubilden und anzuordnen, dass
einerseits die reibungsbedingten Stellkräfte verringert werden und andererseits
die aus
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung angegeben.These Task is carried out according to the invention the features specified in claim 1 solved. Advantageous embodiments The inventions are in the subclaims, the following description and the drawing indicated.
Bei der vorliegenden Erfindung ist, zur Vermeidung der eingangs genannten hohe Dichtungsreibkräfte der Stellantrieb, also der gesamte mechanische Teil des Antriebs für ein Ruder außerhalb des Druckkörpers angeordnet, so dass reibungsintensive Dichtungen im Bereich zwischen Stellkörper und Druckkörper vermieden werden. Grundgedanke der Erfindung ist es, den Kraftfluss vom Ruder auf den Stellantrieb selbsthemmend auszubilden. Auf diese Weise wird verhindert, dass Kräfte, die von außen auf das Ruder wirken, wie beispielsweise Strömungskräfte, eine einmal gewählte Ruderstellung beeinflussen, d.h. verändern. Ferner wird eine Krafteinwirkung dieser äußeren Kräfte auf die Antriebsquelle des Stellantriebs verhindert. Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich grundsätzlich auch für hydraulische Stellantriebe, wird jedoch bevorzugt in Verbindung mit einem elektromotorischen Antrieb eingesetzt. Eine solche Ausbildung ist besonders vorteilhaft, da lediglich elektrische Leitungen durch die Druckkörperwandung hindurchzuführen sind. Die druckfeste Kapselung des Motors kann sich dabei in vorteilhafter Weise auf die nicht bewegten Teile, wie insbesondere den Stator beschränken, so dass außer etwaigen Lagern keinerlei Abdichtung von beweglichen Teilen erforderlich ist. Der oder die Motoren sind dabei vorzugsweise als Nasslaufmotoren ausge legt, so dass eine Abdichtung nicht erforderlich ist. Das den Rotor umströmende Wasser sorgt zu dem für eine effektive Kühlung des Motors.in The present invention is to avoid the above-mentioned high sealing friction forces the actuator, so the entire mechanical part of the drive for a Oars outside of the pressure hull arranged so that friction-intensive seals in the area between adjusting body and pressure hull be avoided. The basic idea of the invention is the power flow self-locking from the rudder to the actuator. In this way prevents forces, the outside act on the rudder, such as flow forces, a once selected rudder position affect, i. change. Furthermore, a force effect of these external forces on the drive source prevents the actuator. The solution according to the invention is also suitable in principle for hydraulic actuators, However, it is preferred in connection with an electromotive Drive used. Such a training is particularly advantageous since only electrical lines through the Druckkörperwandung pass out are. The flameproof enclosure of the engine can be in an advantageous manner on the non-moving parts, such as in particular limit the stator, so that except any bearings no sealing of moving parts required is. The one or more engines are preferably as wet-running engines out so that a seal is not required. That the Rotor flowing around Water provides for that an effective cooling of the motor.
Auch wenn im folgenden vom Stellantrieb für ein Ruder die Rede ist, so versteht sich, dass ein solcher Stellantrieb auch für mehrere Ruder, beispielsweise für ein Paar von Rudern vorgesehen sein kann oder dass mehrere Ruder mit derartigen Stellantrieben an einem Unterseeboot vorgesehen sein können, beispielsweise Seitenruder und Tiefenruder.Also if the following is the actuator for a rudder, so is understood that such an actuator for several Oars, for example a pair of oars may be provided or that several oars be provided with such actuators on a submarine can, For example, rudder and rudder.
Unter Stellantrieb im Sinne der vorliegenden Erfindung ist der mechanische Stellantrieb, bestehend aus einer Antriebsmaschine und den nachfolgenden Getriebemitteln zum Motor zu verstehen, die elektrische/elektronische Steuerung des Stellantriebes zählt nicht hierzu.Under actuator according to the present invention, the mechanical actuator, consisting of a prime mover and the subsequent transmission means to understand the engine, the Electric / electronic control of the actuator does not count for this purpose.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Stellantrieb einen Spindelantrieb aufweist, der von einem oder mehreren Antriebsmotoren angetrieben und mechanisch mit dem Ruder verbunden ist. Ein solcher Spindelantrieb hat den Vorteil, dass eine hohe Kraftübersetzung gewährleistet ist, so dass mit vergleichsweise geringen Motorkräften hohe Kräfte am Ruder erzeugt werden können. Ein weiterer Vorteil des Spindelantriebs ist darin zu sehen, dass in rückwärtiger Kraftflussrichtung, also vom Ruder auf den Antriebsmotor Selbsthemmung gegeben ist, so dass ohne weitere mechanische Mittel gewährleistet ist, dass das Ruder seine einmal angesteuerte Stellung ungeachtet der von außen einwirkenden Kräfte beibehält.Especially It is advantageous if the actuator has a spindle drive, driven by one or more drive motors and mechanical connected to the helm. Such a spindle drive has the Advantage that a high power transmission guaranteed is high, so with comparatively low engine forces personnel can be generated at the helm. Another advantage of the spindle drive is the fact that in the reverse direction of force flow, so given by the rudder on the drive motor self-locking, so that without any further mechanical means is guaranteed that the rudder its once controlled position regardless of the externally acting personnel maintains.
Vorteilhaft weist der Spindelantrieb eine motorgetriebene Hohlwelle auf, welche eine drehbar am Bootskörper gelagerte Spindelmutter antreibt, deren Spindel die Ruderstellung steuert. Die Spindel kann dabei in die Hohlwelle einfahren bzw. aus dieser ausfahren, wenn die Hohlwelle entsprechend angetrieben wird. Hierdurch ergibt sich eine äußerst kompakte Bauweise, die insbesondere auch im Hinblick auf die aufzu nehmenden Kräfte günstig ist, da alle beweglichen Teile koaxial zueinander angeordnet sind. Dabei kann das Ruder, das typischerweise einseitig schwenkbar am Bootskörper gelagert ist und eine Ruderpinne aufweist, die sich bezogen auf die Schwenkachse in einem zweckmäßigen Winkel, z. B. gegenüberliegend zum Ruder befindet, mit dem freien Ende der Pinne am freien Ende des Spindelantriebs angelenkt sein. Dann muss allerdings zumindest der Spindelantrieb, vorzugsweise jedoch der gesamte Stellantrieb schwenkbar am Bootskörper angelenkt sein, oder eine teleskopierbare Pinne vorgesehen sein. Bevorzugt ist jedoch der Stellantrieb einschließlich des Spindelantriebs fest mit dem Bootskörper verbunden, wobei dann zwischen Spindel und Ruderpinne ein Zwischenhebel vorgesehen ist, der diese Bauteile pleulartig miteinander verbindet.Advantageous The spindle drive has a motor-driven hollow shaft which one rotatable on the hull mounted spindle nut drives whose spindle the rudder position controls. The spindle can retract into the hollow shaft or Extend out of this when the hollow shaft is driven accordingly becomes. This results in an extremely compact design, the particularly favorable with regard to the forces to be absorbed, since all moving parts are arranged coaxially with each other. there can be the rudder, which is typically pivotally mounted on one side of the hull is and has a tiller, based on the pivot axis at a convenient angle, z. B. Opposite to the rudder, with the free end of the tiller at the free end be articulated to the spindle drive. But then at least the spindle drive, but preferably the entire actuator swiveling on hull be hinged, or be provided a telescopic tiller. Preferably, however, the actuator including the spindle drive is fixed with the hull connected, in which case between spindle and tiller an intermediate lever is provided, which connects these components together like a pleel.
Da die Steuerung des Elektromotors von innerhalb des Druckkörpers aus erfolgt, ist es erforderlich, die Ruderstellung zuverlässig zu erfassen. Dies kann entweder durch entsprechende Weg- und/oder Winkelaufnehmer am Ruder selbst oder an geeigneter anderer Stelle des Stellantriebs erfolgen. Alternativ kann auch statt oder zusätzlich zur Sensorik für die Ruderstellung ein Schrittmotor vorgesehen sein, welcher definiert rotierbar ist. Statt eines Schrittmotors kann auch ein entsprechend elektronisch angesteuerter anderer Motor (frequenzumrichtergesteuerter Asynchronmotor, Permanentmagnetmotor etc.) oder Motor mit Drehwinkelaufnehmer eingesetzt werden. Wenn im Stellantrieb vom Motor bis zum Ruder Formschluss vorhanden ist, kann praktisch an beliebiger Stelle die Ruderstellung erfasst werden.There the control of the electric motor from within the pressure hull is done, it is necessary to reliably adjust the rudder position to capture. This can be done either by appropriate displacement and / or angle sensor at the rudder itself or at a suitable other location on the actuator respectively. Alternatively, instead of or in addition to the sensors for the rudder position a stepping motor may be provided, which is rotatable defined. Instead of a stepper motor can also be a corresponding electronically controlled other motor (frequency converter controlled asynchronous motor, Permanent magnet motor, etc.) or motor with Drehwinkelaufnehmer used become. If in the actuator from the engine to the rudder positive locking is present, can practically at any point the rudder position be recorded.
Da der Stellantrieb, also alle mechanischen Teile für den Antrieb des Ruders außerhalb des Druckkörpers angeordnet sind, die Steuerung jedoch von innerhalb des Druckkörpers sei es manuell oder durch elektronische Überwachungseinrichtungen zu erfolgen hat, ist die elektrische, elektronische oder hydraulische Steuereinrichtung für das Ruder innerhalb des Druckkörpers angeordnet, so dass lediglich die Versorgungsleitungen für den Stellantrieb sowie gegebenenfalls die Signalleitungen der Sensorik zur Erfassung der Ruderstellung druckdicht durch die Wandung des Druckkörpers zu führen sind. Dies ist insbesondere im Falle von elektrischen Leitungen unproblematisch, da diese druckdicht nach Art eines Steckers eingegossen werden. Solche Leitungsdurchführungen sind unproblematisch und zählen zum Stand der Technik.There the actuator, so all mechanical parts for driving the rudder outside of the pressure hull are arranged, but the control is from within the pressure hull to be done manually or by electronic monitoring devices has, is the electrical, electronic or hydraulic control device for the Rudder within the pressure hull arranged so that only the supply lines for the actuator and optionally the signal lines of the sensor for detection the rudder pressure-tight through the wall of the pressure hull to to lead are. This is particularly problematic in the case of electrical lines, because they are poured pressure-tight in the manner of a plug. Such cable bushings are unproblematic and count to State of the art.
Vorzugsweise weist der Stellantrieb nicht nur einen, sondern mindestens zwei vorteilhaft getrennt ansteuerbare Elektromotore auf, für die jeweils eine gesonderte Versorgungsleitung vorgesehen und durch die Wandung des Druckkörpers geführt ist. Dabei sollten die Motoren so dimensioniert sein, dass zumindest im Notbetrieb das Ruder auch durch einen einzigen Motor zuverlässig verstellt werden kann. Dann ist sichergestellt, dass bei Ausfall eines Motors, sei es durch Defekt im Motor oder durch Defekt an dessen Versorgungs- oder Steuerleitung der andere Motor diese Funktion übernehmen kann und somit die Steuerung des Ruders sichergestellt ist. Es versteht sich, dass nicht nur die Versorgungsleitungen, sondern auch die Steuerungen und etwaige Leitungen einschließlich der Sensorik redundant sein sollten. Konstruktiv vorteilhaft ist es, wenn sowohl die Spindelmutterlagerung als auch die Elektromotoren bzw. deren Lagerung fest mit dem Bootskörper verbunden sind, da hierdurch eine hohe Systemstabilität erzielt werden kann. Dabei ist der gesamte Stellantrieb vorzugsweise zwischen Druckkörper und Außenhaut des Bootes angeordnet, so dass der Stellantrieb die Strömungseigenschaften des Bootes nicht merklich beeinflusst.Preferably the actuator does not have one but at least two advantageous separately controllable electric motors on, for each provided a separate supply line and through the wall of the pressure hull guided is. The motors should be dimensioned so that at least in emergency operation, the rudder also reliably adjusted by a single motor can be. Then it is ensured that in case of failure of an engine, be it is due to a defect in the engine or a defect in its supply or control line of the other motor take over this function can and thus the control of the rudder is ensured. It understands itself, that not only the supply lines, but also the Controllers and any lines including the sensors redundant should be. It is constructively advantageous if both the Spindelmutterlagerung as well as the electric motors or their storage firmly connected to the hull are, as this high system stability can be achieved. there the entire actuator is preferably between pressure hull and shell arranged the boat, so that the actuator the flow characteristics of the boat is not noticeably affected.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen in stark vereinfachter schematischer DarstellungThe Invention is described below with reference to the drawing Embodiments explained in more detail. It show in a highly simplified schematic representation
In
den Figuren ist das eigentliche Unterseeboot
Der
Aufbau des Stellantriebs ergibt sich im Einzelnen aus
Die
Hohlwelle
Am
Ende der Spindel
Bei
der Anordnung nach
In
Ungeachtet
der Anordnung ist beiden Ausführungen
gemeinsam, dass die elektrische Versorgung und Ansteuerung des Stellantriebs,
insbesondere des Elektromotors
Ebenfalls
nicht dargestellt ist die Sensorik zur Erfassung der jeweiligen
Schwenkstellung des Ruders
In
den Figuren sowie der vorstehenden Figurenbeschreibung ist stets
von einem Motor
- 11
- Bootskörperhull
- 22
- Elektromotorelectric motor
- 33
- Statorstator
- 44
- Trägercarrier
- 55
- Rotorrotor
- 66
- Hohlwellehollow shaft
- 77
- Spindelantriebspindle drive
- 88th
- Spindelmutterspindle nut
- 99
- Lagergehäusebearing housing
- 1010
- Spindelspindle
- 1111
- Lagerstelledepository
- 1212
- Drehachseaxis of rotation
- 1313
- Drehachseaxis of rotation
- 1414
- Schwenkachseswivel axis
- 1515
- Ruderrudder
- 1616
- Ruderpinnetiller
- 1717
- Zwischenhebelintermediate lever
- 1818
- Achseaxis
- 2020
- Unterseebootsubmarine
- 2121
- Druckkörperpressure vessels
- 2222
- Außenhautshell
- 2323
- Versorgungs- und Signalleitungensupply and signal lines
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