-
Einrichtung zum kontinuierlichen Regeln des Auftriebes eines Unterseebootes,
durch die das Boot in einer gewünschten, vorbestimmten Tiefe schwebend gehalten
wird . Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum kontinuierlichen Regeln des Auftriebes
eines Unterseebootes, durch die das Boot in einer gewünschten, vorbestimmten Tiefe
schwebend gehalten wird, mit einem zum Bootsinneren entlüfteten Innentank, einem
zum Seewasser hin entlüfteten Außentank und einer Flüssigkeitsleitung zwischen Innentank
und Außentank mit einer Pumpe und einer von einem druckempfindlichen Element gesteuerten
Regelventileinrichtung.
-
Bei bekannten Einrichtungen der genannten Art erfolgt die Regelung
nur in Abhängigkeit vom Wasserdruck. Dies führt zu einer relativ groben Steuerung,
die zu erheblichen Aufundabbewegungen um die gewünschte Tiefe führt. Darüber hinaus
ist das Ansprechverhalten der bekannten Einrichtungen relativ träge.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der genannten Art zu
schaffen, die es ermöglicht, das Unterseeboot schnell auf die genaue Tiefe zu bringen
und es ohne große Aufundabbewegungen in dieser Stellung zu halten.
-
Die Lösung der gestellten Aufgabe wird bei einer eingangs erwähnten
Einrichtung erfindungsgemäß darin gesehen, daß die Regelventileinrichtung ein durch
eine Steuereinrichtung einstellbares, in Abhängigkeit von der Abweichung von der
vorbestimmten Tiefe, von der Geschwindigkeit des Bootes in senkrechter Richtung
und der Beschleunigung des Bootes in senkrechter Richtung arbeitendes und über eine
weitere Flüssigkeitsleitung mit dem Innentank verbundenes Umschaltventil und ein
in Abhängigkeit vom Differenzdruck in diesen beiden zum Innentank führenden Flüssigkeitsleitungen
gesteuertes Differentialventil aufweist, das im Nebenschluß zum Umschaltventil zwischen
den beiden Leitungen liegt, wobei das Umschaltventil den Durchfluß der Flüssigkeit
vom und zum Außentank steuert und das Differentialventil den Teil der im wesentlichen
konstanten Pumpenförderung zum Innentank zurückleitet, der nicht in den Außentank
übergeführt zu werden braucht.
-
Mit den Mitteln der Erfindung ist eine hohe Ansprechgeschwindigkeit
erreichbar, da das Umpumpen der Flüssigkeit augenblicklich erfolgen kann. Darüber
hinaus wird das Unterseeboot mit einer einfachen harmonischen Bewegung im Schweben
gehalten.
-
Die Steuereinrichtung weist ein Hydrauliksystem, ein einstellbares
Ventil zur Regelung des Druckes im Hydrauliksystem sowie eine Einrichtung auf, die
auf die Druckdifferenz zwischen dem tatsächlichen Wasserdruck außerhalb des Unterseebootes
und dem der gewählten Tiefe entsprechenden Wasserdruck anspricht und die in Übereinstimmung
mit der festgestellten Druckdifferenz die Einstellung des Regelventils und dementsprechend
den Druck im Hydrauliksystem gegenüber einem voreingestellten Wert ändern kann,
wobei weiterhin eine Einrichtung vorgesehen ist, die auf Druckänderungen im Hydrauliksystem,
die Änderungsgeschwindigkeit des Druckes und dessen Anderungsbeschleunigung anspricht
und die Lage des Umschaltventils in Übereinstimmung mit den Augenblickswerten dieser
veränderlichen Größen vornehmen kann.
-
Das einstellbare Regelventil kann ein Kugelventil sein, auf das in
der einen Richtung eine Feder, deren Vorspannung entsprechend der gewünschten Schwebetiefe
eingestellt ist, und in der anderen Richtung eine Vorrichtung einwirkt, welche auf
den außerhalb des Unterseebootes wirkenden Wasserdruck anspricht, wobei die Feder
und die Vorrichtung einander entgegenwirken und das Kugelventil entsprechend einer
etwaigen Druckdifferenz zwischen dem tatsächlichen und dem der gewünschten Schwebetiefe
entsprechenden Wasserdruck einstellen.
-
Die auf die Druckänderung im Hydrauliksystem, die Änderungsgeschwindigkeit
des Druckes und
dessen Änderungsbeschleunigung ansprechende Einrichtung
kann drei hydraulische Servoeinrichtungen aufweisen, die in Reihe liegen und von
denen die erste auf jede Änderung des Druckes im Hydrauliksystem, die zweite auf
jede Änderung des Druckes im Hydrauliksystem und außerdem auf die Änderungsgeschwindigkeit
der Einstellung der ersten Servoeinrichtung und die dritte auf jede Änderung im
Druck des Hydrauliksystems und weiterhin auf die Änderungsgeschwindigkeit der Einstellung
der zweiten Servoeinrichtung anspricht, so daß die Einstellung der dritten Servoeinrichtung
in übereinstimmung mit den Augenblickswerten des Druckes im Hydrauliksystem, der
Änderungsgeschwindigkeit des Druckes und dessen Änderungsbeschleunigung steht.
-
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung, in der ein
Ausführungsbeispiel dargestellt ist, im einzelnen erläutert.
-
F i g. 1 zeigt schematisch eine Einrichtung zum kontinuierlichen Regeln
des Auftriebes eines Unterseebootes; F i g. 2 ist ein Querschnitt durch die aus
dem Differentialventil und dem Umschaltventil gebildete Regelventileinrichtung.
-
In F i g. 1 der Zeichnung ist der Druckkörper eines Unterseebootes
mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Außerhalb des Druckkörpers 1 ist ein Tank 2
angeordnet, der durch eine Entlüftung 3 zur See hin offen ist. Weiter ist innerhalb
des Druckkörpers 1 ein Tank 4 vorgesehen, der sich über eine Entlüftung 5 zum Bootsinneren
hin öffnet. Der Außentank 2 ist über ein Filter 6 durch eine Flüssigkeitsleitung
8, in der ein Ventil 9 liegt, mit einem Umschaltventil ? verbunden. Eine Pumpe 12,
die von einem Motor 13 angetrieben wird, saugt Flüssigkeit durch eine Leitung 14
aus dem Innentank 4 und drückt sie durch ein Filter 15 und eine Leitung 16 zu einer
Regelventileinrichtung mit einem Differentialventil 17 und einem Umschaltventil
7. Eine Rücklaufleitung 18 führt von der Regelventileinrichtung zum Innentank 4
zurück.
-
Gemäß F i g. 2 liegen das Differentialventil 17 und das Umschaltventil
7 in einem Gehäuse 20, welches mit Anschlußöffnungen 21, 22 und 23 versehen ist.
Die Öffnung 21 ist mit der Leitung 16, die Öffnung 22 mit der Leitung 18
und die Öffnung 23 mit der Leitung 8 verbunden. Wie in F i g_ 2 zu erkennen ist,
führt die Öffnung 21 zu einem Kanal, der eine Fortsetzung der Leitung 16 darstellt
und eine Verbindung zu dem Differentialventil 17 und zu dem Umschaltventil
7 herstellt.
-
Das Umschaltventil ? ist ein Dreiwegeventil, welches eine Steuerbuchse
30 aufweist, die innerhalb des Gehäuses 20 festgelegt ist. Innerhalb der Buchse
sitzt ein Steuerkolben 31, der zwei Steuerstege 32 und 33 aufweist, welche durch
eine Stange 34 miteinander verbunden sind und zwischen denen sich ein Ringraum 35
befindet. An den Steuersteg 32 ist eine Betätigungsstange 36 angesetzt, die durch
die Wand des Gehäuses 20 hindurchtritt und mit einer Steuereinrichtung verbunden
ist, die weiter unten noch erläutert wird: In der Steuerbuchse 30 sind drei Gruppen
von Öffnungen vorgesehen, die mit 37, 38 und 39 bezeichnet sind. Die Öffnungen 37
sind zur Leitung 16 hin offen, die Öffnungen 38, welche mit dem Ringraum 35 in.
Verbindung stehen, öffnen sich in eine Kammer 40, die um die Steuerbuchse herum
ausgebildet ist und mit der Anschlußöffnung 23- verbunden ist, während die Öffnungen
39 zu einem Kanal 41 im Gehäuse 20 führen, der über das Differentialventil 17 mit
der Anschlußöffnung 22 verbunden werden kann. Zwischen der Oberseite des Steuersteges
32 und der Unterseite des Steuersteges 33 besteht durcheine Bohrung 42 eine Verbindung.
Eine Kammer 43 unterhalb des Steuersteges 33 steht durch eine Leitung 44 mit der
Flüssigkeitsleitung 18 in Verbindung, die zum Innentank 4 zurückführt, so daß das
von der Betätigungsstange 36 verdrängte Volumen kompensiert wird.
-
Wenn sich der Steuerkolben 31 in der Mittelstellung befindet, die
in F i g. 2 dargestellt ist, sind die Öffnungen 37 und 39 der Steuerbuchse 30 durch
die Steuerstege 32 und 33 verschlossen. Wenn der Steuerkolben 31 nach oben bewegt
wird, kommen die Öffnungen 37 in Verbindung mit dem Ringraum 35, der seinerseits
mit den Öffnungen 38 in Verbindung steht, so daß Flüssigkeit aus der Leitung 16
durch die Öffnungen 37 in den Ringraum 35 eintreten kann, durch die Öffnungen 38
in die Kammer 40 gelangt und von dort durch die Leitung 8 in den Außentank 2 kommt.
-
Wenn der Steuerkolben 31 aus seiner in F i g. 2 dargestellten Stellung
nach unten verschoben wird, kommen die Öffnungen 39 mit dem Ringraum 35 in Verbindung,
so daß Flüssigkeit aus dem Außentank 2 durch die Leitung 8 in die Kammer 40, von
hier durch die Öffnungen 38 in den Ringraum 35 und von dort durch die Öffnungen
39 in den Kanal 41 strömen kann.
-
Die durchströmende Flüssigkeitsmenge ist jeweils von der L7berdeckung
der Öffnungen in der Steuerbuchse abhängig.
-
Um wirksam und augenblicklich Flüssigkeit aus dem Innentank 4 in den
Außentank 2 überführen zu können, muß stets eine unter Druck stehende Flüssigkeitsmenge
an den Öffnungen 37 des Umschaltventils 7 vorhanden sein. Daraus ergibt sich, daß
Vorkehrungen getroffen werden müssen, die Flüssigkeitsmenge, die die in den Außentank
zu überführende Menge überschreitet, wieder zum Innentank zurückzuleiten. Das wird
dadurch ermöglicht, daß durch das Differentialventil 17 stets eine konstante
Förderung von unter Druck stehender Flüssigkeit den Öffnungen 37 zugeführt wird.
-
Das Differentialventil 17 besteht aus zwei Steuerventilen
50 und 51, die axial in Reihe liegen. Das Steuerventil 50 weist eine Steuerbuchse
52 auf, die mit Öffnungen 53 versehen ist, welche mit einer Kammer 54 in Verbindung
stehen, die zum Kanal 41
führt. In der Steuerbuchse 52 liegt ein Steuerkolben
55. Wie in F i g. 2 zu erkennen ist, ist ein Anschlag 56 vorgesehen, der am Gehäuse
20 befestigt ist und die nach oben gerichtete Bewegung des Steuerkolbens
55 begrenzt. Die obere Fläche des Steuerkolbens 55
steht in offener
Verbindung mit der Leitung 16, während die Unterfläche die zum Kanal 41 hin offene
Steuerbuchse 52 verschließt.
-
Das Steuerventil 51 weist eine Steuerbuchse 62 auf, die mit Öffnungen
63 versehen ist und im Gehäuse 20 festgelegt ist. Die Öffnungen 63 stehen mit einer
Kammer 64 in Verbindung, welche zur Anschlußöffnung 22 des Gehäuses 20 führt. Der
Kolben 65 des Steuerventils 51 sitzt verschiebbar in der Steuerbuchse 62 und ist
mit einem Anschlag 66 versehen, der seine nach oben gerichtete Bewegung begrenzt.
Zwischen
den beiden Kolben 55 und 65 liegt eine Schraubendruckfeder 67. Die obere Fläche
des Kolbens 65 steht in offener Verbindung mit dem Kanal 41, während die Unterfläche
des Kolbens 65 die zu einer Kammer 68 hin offene Steuerbuchse 62 verschließt. Die
Kammer 68 steht durch eine Leitung 69 mit der Flüssigkeitsleitung 8 in Verbindung.
Die beiden Kolben 55 und 65 der Steuerventile 50 und 51 können sich unabhängig voneinander
in übereinstimmung mit den in der Leitung 16, dem Kanal 41 und der Kammer 68 herrschenden
Flüssigkeitsdrücken bewegen.
-
Da der in der Leitung 8 herrschende Flüssigkeitsdruck über die Leitung
69 und die Kammer 68 auf die Unterfläche des Kolbens 65 einwirkt, wird der Druck
zwischen den beiden Kolben 55 und 65 automatisch unterhalb des Druckes der Leitung
8 gehalten, und zwar um einen Betrag, der der Federkraft, dividiert durch die untere
Kolbenfläche, gleich ist. Die Kraft der Feder 67 ist in dem .hier beschriebenen
Ausführungsbeispiel so ausgewählt, daß der Druck zwischen den beiden Kolben um 0,7
kp/cm2 unter dem Druck in der Leitung 8 liegt. Da der Kolben 55 nur die halbe Kolbenfläche
des Kolbens 65 besitzt, wird der Druck oberhalb des Kolbens 55 automatisch um 1,4
kp/cm2 über dem Druck zwischen den beiden Kolben gehalten, der um 0,7 kp/cm2 unter
dem Druck der Leitung 8 liegt. Daraus ergibt sich, daß der Druck oberhalb des Kolbens
55 automatisch um 0,7 kp/cm2 über dem der Leitung 8 liegt.
-
Diese beiden Steuerdrücke von 0,7 kp/cm2 oberhalb und 0,7 kp/cm2 unterhalb
des Druckes in der Leitung 8 werden den Öffnungen 37 und 39 des Umschaltventils
7 zugeführt und stellen sicher, daß die Mengenströmung in die mit der Leitung 8
verbundene Anschlußöffnung 23 hinein oder aus dieser heraus direkt proportional
der Verschiebung des Umschaltventils, d. h. der Stellung des verschiebbaren Steuerkolbens
31 ist, und nicht durch die Tiefe, in der das. Unterseeboot schwebt, beeinflußt
wird.
-
Um ein Schwingen oder Oszillieren der Kolben 55 und 65 der Steuerventile
50 und 51 des Differentialventils zu verhindern, ist in der Leitung 69 eine stabilisierende
Drosselstelle vorgesehen, die einfach durch eine Schraube dargestellt wird, welche
in die Leitung 69 hineinragt.
-
Wenn der Steuerkolben 31 in seiner oberen Stellung steht, strömt eine
Gesamtmenge von beispielsweise 3641/min in die Leitung 8 hinein, während keine Flüssigkeit
durch die Leitung 18 zum Innentank zurückströmt. Wenn dagegen der Steuerkolben ganz
unten steht, erhält man in der Leitung 8 die gesamte Einströmmenge von 364 1/min,
die in den Kanal 41 eintritt und sich hier mit der von der Leitung 16 kommenden
Menge vereinigt, die im NebenscWuß durch das Differentialventil 17 geleitet
wird, so daß durch die Leitung 18 eine Gesamtmenge von 7281/min in den Innentank
zurückströmt.
-
Die Einstellung des Umschaltventils 17 erfolgt durch die Steuereinrichtung
80, die in F i g. 1 innerhalb der gestrichelten Linie liegt. Diese Steuereinrichtung
stellt das Umschaltventil 7 entsprechend der Abweichung von der gewünschten Schwebetiefe,
der Geschwindigkeit in senkrechter Richtung und der Beschleunigung des Unterseebootes
in senkrechter Richtung ein.
-
Um ein untergetauchtes Unterseeboot mit einer einfachen harmonischen
Bewegung am Schweben zu erhalten, sollte der Auftrieb proportional dem Tiefenfehler
und in Phase damit sein. Der Auftrieb ist jedoch das Integral der Umschaltventilstellung
und hinkt daher um 90° hinterher. Daraus folgt, daß eine Mindestforderung für eine
geringe Aufundabbewewegung des Unterseebootes die ist, daß die Ventilstellung dem
Tiefenfehler um 90° vorauseilt. Um das Unterseeboot in die gewünschte Schwebetiefe
herunterbringen zu können, muß diese Phasenvoreilung mehr als 90° betragen. Mit
anderen Worten, das Umschaltventil muß um einen Betrag verstellt werden, der einer
bestimmten Kombination des Tiefenfehlers, der Geschwindigkeit des Bootes in senkrechter
Richtung und der Beschleunigung in senkrechter Richtung proportional ist.
-
Die Steuereinrichtung 80 weist ein Hydrauliksystem mit einem Vorratsbehälter
81 für Öl auf. Eine Pumpe 82 saugt Öl aus dem Behälter 81 und fördert es durch ein
Filter 83 zu einem Reduzierventil 84. Zwischen der Pumpe 82 und dem Filter 83 liegt
ein öberdruckventil 85. Die Pumpe wird von einem Motor 86 angetrieben. Vom Reduzierventil
84 strömt das öl durch eine Leitung 87 zu dem einstellbaren Regelventil, einem Kugelventil
88, von dem es zum Vorratsbehälter 81 zurückfließen kann. Eine zweite ölleitung
89 führt vom Reduzierventil 84 zu drei Servoeinrichtungen A, B und C. Das.
Reduzierventil 84 ist so eingestellt, daß es einen Druckabfall von etwa 2,5 kp/cm2
bewirkt, so daß der Druck in der Leitung 89 normalerweise 5,7 kp/cm2 beträgt, der
dazu verwendet wird, die hydraulischen Steuerungen der Servoeinrichtungen
A, B und C zu betätigen.
-
Am Kugelventil 88 liegt ein gelenkig angebrachter Betätigungsarm
95 an, der in der einen Richtung, in der sich das Ventil öffnet, durch eine Schraubendruckfeder
96 vorgespannt ist, während er in der anderen Richtung, in der das Ventil schließt,
durch eine Druckdose 97 unter Vorspannung gehalten wird. Die Feder 96 liegt zwischen
dem Betätigungsarm 95 und einem einstellbaren Anschlag 98. Die Lage des Anschlags
98 kann durch eine Schraube 99 verändert werden. Die Druckdose 97 ist durch eine
Leitung 100 mit dem Seewasser verbunden, so daß in ihr stets der Druck des
umgebenden Seewassers herrscht. Von dem Kugelventil 88 gehen Ölleitungen 101,102
und 103 ab. Wenn das Kugelventil vollständig geschlossen ist, so daß kein öl zum
Vorratsbehälter 81 zurückströmen kann, dann. verläßt sämtliches öl das Kugelventil
durch diese drei Leitungen 101, 102 und 103. Wenn das Kugelventil offen ist, gelangt
ein Teil des öls in den Vorratsbehälter 81 zurück, während der Rest in Abhängigkeit
von der Einstellung des Ventils durch die Leitung 101, 102 und 103 strömt. Das Kugelventil
88 ist durch die Kraft der Druckdose 97 abzüglich der Kraft der Feder 96
belastet, die auf die erforderliche Schwebetiefe eingestellt ist. Jede Abweichung
von der Schwebetiefe wird somit durch das Kugelventil festgestellt, so daß die Lage
des Ventils durch den Fehler eingestellt wird, wodurch die Menge und der Druck des
durch die Leitungen 101, 102 und 103 tsrömenden öls geändert wird. Wenn die tatsächliche
Tiefe des Unterseebootes der voreingestellten Schwebetiefe gleich ist, hat der Steuerdruck
in den Leitungen 101, 102 und 103 die Größe von 3,24 kp/cm2 oder 31,7 m Seewasser,
jedoch bevor sich das System einstellt, beträgt der Druck in den Leitungen 31,7
-I- h (m), wobei h den Tiefenfehler darstellt; dabei sind die Flgchen
des
Druckdose und die Kugeldichtfläche gleich groß. -Ein Anzeigegerät 105, das den Tiefenfehler
anzeigt, ist durch eine Leitung 106 mit der Leitung 101
verbunden.
-
Jede Servoeinrichtung A, B und C enthält ein Steuerventil 110,
eine Rückstellfeder 111, ein Folgeglied 112, einen Rückstellhebel 113 und. einen
Servokolben 114 in einem Zylinder 115.
-
Das Steuerventil 110 ist mit einem Schieber 120
versehen,
welcher drei kreisringförmige Ventilkammern 121 aufweist und in einer Hülse 122
verschiebbar ist. An dieser Hülse sind öleinlaßleitungen 123 und 124 angebracht,
die mit den Leitungen 89 bzw. 101 verbunden sind. Der Anschluß der Leitungen
123 und 124 ist bei den Servoeinrichtungen A und B
gleichartig, jedoch
bei der EinrichtungC unterschiedlich, wie noch erläutert wird.
-
Oberhalb des oberen Endes 125 des Schiebers 120 liegt eine Kammer
126, die über eine Drossel 127 mit Öl aus der Leitung 103 versorgt wird.
-
Weiterhin ist an die Hülse 122 eine Verbindungsleitung 130 angeschlossen,
die zu einer Kammer 131 im Zylinder 115 unterhalb des Servokolbens 114 führt. Außerdem
weist die Hülse 122 des Steuerventils 110 noch eine Ablauföffnung 132 auf.
-
Beim Steuerventil 110 der Servoeinrichtung A kann je nach Einstellung
des Schiebers 120 das Öl aus der Leitung 123 durch die Leitung 130 in die Kammer
131 strömen oder aus der Kammer 131 durch die Leitung 130 in die Auslaßöffnung 132.
-
Die Servoeinrichtung B ist in der gleichen Weise ausgebildet und besitzt
dieselben Verbindungen wie die Servoeinrichtung A, außer daß die Kammer 135 im Zylinder
115 oberhalb des Servokolbens 114 der Einrichtung A durch eine Leitung 136
mit ihrer Kammer 126 oberhalb des oberen Endes 125 des Schiebers 120 verbunden ist.
Weiterhin führt im Gegensatz zur Einrichtung A die Leitung 102 zur Drossel 127 der
Einrichtung B.
-
Die konstruktive Ausbildung der Servoeinrichtung C ist ähnlich der
der Einrichtungen A und B,
jedoch sind die Ölleitungen anders angeschlossen.
Bei der Servoeinrichtung C steht die Drossel 127 in Verbindung mit der Ölleitung
101, und die Kammer 126 oberhalb des oberen Endes 125 des Schiebers 120 ist mit
der Leitung 136 verbunden, die von der Kammer 135 oberhalb des Servokolbens 114
der Servoeinrichtung B kommt. Der Öldruck der Leitung 87 wird mittels einer Leitung
140 über zwei Zweigleitungen 141 und 142 an die Hülse 122 des Steuerventils 110
der Servoeinrichtung C herangeführt, während die Leitung 89, die von der Einlaßseite
des Reduzierventils 84 kommt, über eine Leitung 143 an die Hülse 122 angeschlossen
ist. Die Kammer 131 unterhalb des Servokolbens 114 der Servoeinrichtung C ist mit
der Hülse 122 durch eine Leitung 130
verbunden, während die Kammer
135 oberhalb des Servokolbens 144 durch eine weitere Leitung 136 an die Hülse angeschlossen
ist.
-
Der Rückstellhebel 113 der Servoeinrichtung C ist durch einen Hebel
150 mit dem Ventilschaft 36 des Umschaltventils 7 verbunden.
-
Bei jeder der Servoeinrichtungen A, B oder C nimmt der Servokolben
114 automatisch eine Lage ein, die vom Öldruck in der Kammer 126 abhängt, der auf
das obere Ende 125 des Schiebers 120 wirkt. Bei den Servoeinrichtungen
A und B wird sich bei steigendem Öldruck in der Kammer 126 der Schieber
120 nach unten bewegen und Drucköl durch die Leitung 130 in die Kammer 131 unterhalb
des Servokolbens 114 eintreten lassen. Der Servokolben 114 wird daher nach oben
bewegt und schwenkt dadurch den Rückstellhebel 113 ebenfalls nach oben. Dadurch
wird das Folgeglied 112 angehoben, welches die Rückstellfeder 111 proportional der
Druckzunahme zusammendrückt und dann den Schieber 120 wieder in seine neutrale
Stellung bringt, so daß eine weitere Bewegung angehalten wird. Wenn der Schieber
120 sich bei einer Absenkung des Druckes in der Kammer 126 nach oben bewegt, wird
die Leitung 130 mit der Auslaßöffnung 132 in Verbindung gebracht, so daß die Kammer
131 geleert wird und sich der Kolben 114 nach unten bewegt. Der Rückstellhebel 113
wird dadurch nach unten geschwenkt, so daß das Folgeglied 112 sich ebenfalls nach
unten bewegt und die Rückstellfeder 111 sich proportional zur Druckabsenkung entspannen
kann. Dann kehrt der Schieber 120 wieder in seine neutrale Lage zurück und verhindert
eine weitere Bewegung. Die Servoeinrichtung C wirkt grundsätzlich in der gleichen
Weise; wenn hier jedoch der Schieber 120 sich nach oben bewegt, wird die Kammer
131 mit dem verhältnismäßig geringen Druck in der Leitung 141 verbunden,
während die Kammer 135 mit dem verhältnismäßig hohen Druck der Leitung 143 verbunden
wird, so daß der Servokolben 114 nach unten geht, und umgekehrt.
-
Das Anheben des Servokolbens 114 ist also stets proportional dem Steuerdruck,
der in der Kammer 126 auf das obere Ende 125 des Schiebers 120 wirkt. Die Mittelstellung
des Servokolbens entspricht einem vorbestimmten Druck in der Kammer 126 des Steuerventils,
der so gewählt wird, daß er der Druckhöhe von 31,7 m Seewasser entspricht.
-
Die drei Servoeinrichtungen A, B und C sind in Reihe geschaltet und
über den Hebel 150 mit dem Umschaltventil 7 gekuppelt. Diese Servoeinrichtungen
erzeugen ein Drucksignal, welches von der Lage des Kugelventils 88 abhängt und dem
Tiefenfehler des Unterseebootes, der Geschwindigkeit des Unterseebootes in senkrechter
Richtung und der Beschleunigung in senkrechter Richtung entspricht, wie im folgenden
erläutert wird.
-
über die Leitung 103 und die Drossel 127 wird die Kammer 126 der Servoeinrichtung
A mit einem Steuerdruck entsprechend einer Druckhöhe von 31,7 -f- h (in Metern)
beaufschlagt, so daß der Servokolben 114 aus. seiner Mittelstellung um einen Weg
verstellt wird, der dem Tiefenfehler h (m) proportional ist. Zur Vereinfachung soll
angenommen werden, daß h in .diesem Fall ein positiver Wert ist, d. h., daß sich
das Unterseeboot unterhalb der gewünschten Schwebetiefe befindet. Der Servokolben
wird demnach aus der Mittelstellung heraus nach oben verschoben. Wenn die Tiefe
zunimmt, wird das oberhalb des Servokolbens 114 befindliche Öl in. die Kammer 126
der zweiten Servoeinrichtung B gedrückt und gelangt durch die Drossel 127 in die
Leitung 102, in der der Druckabfall A - dh!dt (in Metern) beträgt, wobei
A eine von der Stellung der Drossel abhängige Konstante darstellt und dh/dt die
Sinkgeschwindigkeit des Unterseebootes bezeichnet. Wenn das Unterseeboot steigt,
erfolgt die Durchströmung der Drossel 127 der Servoeinrichtung B in umgekehrter
Richtung, und der Ableitungsdruck ist negativ.
Der in der Kammer
126 der -Servoeinrichtung B wirkende Druck beträgt daher 31,7 -f- h -I-
A - dhldt (in Metern Flüssigkeitssäule), und der zweite Servokolben 114 der
Einrichtung B wird aus seiner Mittelstellung um einen Weg nach oben geschoben, der
dem Wert h +A - dhldt proportional ist. Das oberhalb des zweiten Servokolbens
114 befindliche C51 wird durch die Drossel 127 der dritten Servoeinrichtung C in
die Leitung 101 gedrückt, wobei der Druckabfall in dieser Drossel den Wert
B - d (h -I- A - dhldt) oder B - dhldt + A - B - d2hldt2
besitzt, wobei B eine weitere, von der Stellung der Drossel 127 der Servoeinrichtung
C abhängige Konstante ist und d2hIdt2 die Sinkbeschleunigung des Unterseebootes
darstellt. Wenn das Unterseeboot steigt, wird wiederum die Strömung umgekehrt, und
der entsprechende, durch die Ableitung gegebene Druck ist negativ.
-
Der in der Kammer 126 der dritten Servoeinrichtung C wirksame Druck
beträgt daher 31,7 -I- h -I- B - dhldt -I- A - B - d2hldt2
(in Metern Flüssigkeitssäule) und der dritte Servokolben 114, d. h. der Servokolben
der Servoeinrichtung C, wird aus seiner Mittelstellung um einen Weg nach oben verschoben,
der dem Wert h -I- B - dhldt -I- A - B - d2hIdt2 proportional
ist, d. h., der Weg des Kolben ist proportional dem Tiefenfehler, der Sink- oder
Steiggeschwindigkeit und der Sink- oder Steigbeschleunigung des Unterseebootes.
-
Da. der Servokolben 114 der Servoeinrichtung C durch den Hebel 150
mit dem Ventilschaft 36 des Umschaltventils 7 verbunden ist, wird der verschiebbare
Steuerkolben 31 dieses Ventils daher um einen Weg verstellt, der der gewünschten
Kombination aus Tiefenfehler, Geschwindigkeit und Beschleunigung in senkrechter
Richtung proportional ist.
-
Es ist wünschenswert, daß das Unterseeboot die gewünschte Schwebetiefe
so schnell wie möglich erreicht. Aus diesem Grunde sind noch Glatt- oder Dämpfungseinrichtungen
vorgesehen, die als Druckdosenspeicher ausgebildet sind, wie bei 160 angedeutet
ist. Der Zweck dieser Einrichtungen ist der, die Wirkungen der Wellenbewegung in
der Tiefe zu glätten. Wenn die Einrichtungen nicht vorgesehen wären, würde man ein
Störsignal erhalten, welches unerwünschte Amplituden des Umschaltventils 7 erzeugen
könnte.
-
Um die Reibung innerhalb der Servoeinrichtungen A, B und C
möglichst gering zu halten, werden die Folgeglieder 112 durch ein Getriebe vom Antriebsmotor
86 der Pumpe 82 in Drehung versetzt und übertragen die Drehung über die Rückstellfedernlll
auf die entsprechenden Schieber. Durch diese Drehung wird die Reibung in den Steuerventilen
überwunden und die Empfindlichkeit erheblich gesteigert.
-
Für einen zufriedenstellenden Betrieb ist es wünschenswert, die Beiwerte
A und Bin vernünftigen Grenzen konstant zu halten. Ohne eine Temperaturregelung
würde sich die Zähigkeit des C)ls im Vorratsbehälter 81 und in den Leitungen der
Betätigungseinrichtung über einen großen Bereich ändern, so daß sich entsprechende
Änderungen der Beiwerte A und B einstellen würden, die möglicherweise
unzulässig groß werden könnten.
-
Deshalb wird die Temperatur der Steuereinrichtung durch zwei elektrische
Heizvorrichtungen 170 und 171 geregelt, die mit je einem Thermostaten
172
bzw. 173 und entsprechenden Schalteinrichtungen zusammenwirken, so daß
die Temperatur an den Drosseln 127 der Servoeinrichtungen A, B und C beispielsweise
auf 43° C konstant gehalten wird.
-
Um ein Unterseeboot in einer gewünschten Tiefe zum Schweben zu bringen,
wird das Boot zunächst in üblicher Weise unter Verwendung der Tiefenruder in diese
Tiefe gesteuert. Dann wird das Boot ausgetrimmt und die Ruder horizontal gelegt.
Anschließend wird die Pumpe 82 für die Steuereinrichtung in Betrieb gesetzt und
die Einstellung der Steuerfeder 96 entsprechend vorgenommen, bis die Anzeigevorrichtung
105 den Wert Null zeigt. Auf diese Weise wird die Steuereinrichtung auf die Tiefe
eingestellt, in der das Unterseeboot zunächst mittels der Ruder gehalten wird. Die
Antriebsmotoren des Bootes werden dann abgestellt. Beim Verlangsamen des Bootes
wird die Trimmung feineingestellt. Wenn die Tiefenlage durch die Ruder nicht mehr
eingehalten werden kann, wird die Pumpe 12 angelassen, und die automatische kontinuierliche
Regelung der Schwebetiefe wird wirksam.