DE2060919A1

DE2060919A1 - Hochdruckfenster

Info

Publication number: DE2060919A1
Application number: DE19702060919
Authority: DE
Inventors: Hazlett Iii Lewis C; Hagan Richard H; William Watson
Original assignee: Sun Shipbuilding and Dry Dock Co
Current assignee: Sun Shipbuilding and Dry Dock Co
Priority date: 1969-12-10
Filing date: 1970-12-10
Publication date: 1971-06-16
Also published as: GB1314260A; US3611970A; SE371406B; CA919513A; JPS4924118B1

Description

Dl-4056

Beschreibung

zu der
Patentanmeldung

der
SUN SHIPBUILDIiIG & DRY DOOK COMPANY

Chester, Pennsylvania, USA betreffend

Hochdruckfenster
(Priorität! 10. Dezember 1969, USA, Nr. 883 833)

Die Erfindung betrifft ein lichtdurchlässiges Fenster sowie eine Befestigungseinrichtung für dieses Fenster, insbesondere zur Verwendung unter hohem Druck, d. η., bei einem hohen, am Fenster anliegenden Druckunterschied.

Die erfindungsgemäße Fensteranordnung dient insbesondere für bemannte Untersee-Fahrzeuge für Untersuchungen, Vermessungen 'und wissenschaftliche Zwecke in großen Tauchtiefen, beispielsweise in der Größenordnung von 300 m. Bs sei darauf hingewiesen, daß bei einer Tiefe von 300 m unterhalb des Meeresspiegels ein Druck von etwa 30 kg/cm² herrscht. Da das Innere des Fahrzeugs bei Atmosphärendruck gehalten wird, steht am Fenster ein beträchtlicher Druckunterschied an. Soll nämlich das Fenster für Beobachtungszwecke verwendet werden, so steht die äußere Oberfläche desselben direkt mit dem umgebenden. Wasser in Berührung. · · ,

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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fenster zur Verwendung unter Hochdruckbedingungen anzugeben, sowie ferner eine Befestigungseinrichtung und eine Dichtungseinrichtung für Unterwasserfenster.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß kurz in folgender Weise gelöst: Ein lichtdurchlässiges Fenster mit der Form einer ' kalottenförmigen Schale und aus einem geeigneten thermoplastisehen Material ist so an einer Öffnung in der metallischen Haut

eines Untersee-Fahrzeugs befestigt, daß es die Öffnung abdeckt, ; und zwar mittels eines starren Klemmringes, der an der äußeren ; gekrümmten Oberfläche des Fensters anliegt und angrenzend an die

Fensteröffnung an die Außenhaut des Untersee-Fahrzeuges angeschraubt ist. In einer Ringnut in der äußeren Oberfläche der

Außenhaut an der Fensteröffnung ist ein O-Rlng vorgesehen, der ^! an der ringförmigen Endfläche des kalottenförmigen Fensters an- ; liegt, so daß sich eine Niederdruckdichtung ergibt.

Anhand des in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht der Außenhülle eines

Untersee-Fahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Fenster; Fig. 2 eine Vorderansicht eines Untersee-Fensters oder -bullauges»

von außen auf das Untersee-Fahrzeug gesehen; und Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit In Fig. 1.

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In den Figuren ist mit 1 ein Teil der metallischen Außenhaut oder des Rumpfes eines Untersee-Fahrzeuges bezeichnet. Der Rumpf des Fahrzeuges ist beispielsweise insgesamt kugelförmig und besteht aus einm hochfesten Stahl, beispielsweise HY-100, so daß der Rumpf hohe Außendrücke aushält. Im vorderen Teil

j des kugelförmigen Rumpfes 1 ist eine kreisförmige Öffnung 2 . : · ■

für ein Bullauge vorgesehen. Bei kleinen Zwei-Mann-Fahrzeugen der oben genannten Art sind normalrweise zwei nach vorn gerichtete Öffnungen vorgesehen. Da jedoch bei beiden Öffnungen die j Konstruktion genau gleich ist, soll im folgenden nur ein der_j artiger Aufbau im einzelnen beschrieben werden.

In der äußeren Oberfläche des Rumpfes 1 befindet sich rings um die Öffnung 2 eine sehr schwach vertiefte (beispielsweise etwa

; 1,5 mm) ringförmige ebene Sitzfläche 3, deren Innendurchmesser gleich dem Durchmesser der Öffnung 2 ist, und deren Außendurchmesser zur Aufnahme eines halbkugelförmigen Fensters 4 ausreichend groß bemessen ist. Der Innendurchmesser des Fensters 4 beträgt beispielsweise etwa 20 cm (8 inch), seine Stärke etwa 1,9 cm (3/4 inch). Das Fenster 4 bedeckt die Öffnung 2, wobei seine praktisch ebene ringförmige Endfläche an der ringförmigen Sitzfläche 3 aufliegt.

Das transparente Fenster 4 ist aus einem geeigneten organischen warmhärtenden Harz geformt, beispielsweise aus als "Plexiglas" bekanntem Acrylharz. Dieses organische thermoplasti- ·

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sehe Material wiedersteht beträchtlichen äußeren Drücken und ist wesentlich zuverlässiger als anorganische Fenstermaterialien wie „

Glas. Aufgrund der Halbkugelform des Fensters 4 kann dasselbe bei gleicher Festigkeit wesentlich dünner sein, als dies bei ei-

ner flachen Platte möglich wäre. Infolge der Verringerung der Fensterstärke werden die SlchtmögliGhkeiten durch dasselbe we- ' sentlich verbessert. Ferner ergibt sich bei dem halbkugelförmigen Fenster ein größeres Gesichtsfeld als bei einem flachen Fenster.

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In der Außenfläche des Rumpfes 1 ist etwa in der Mitte zwischen dem Innen- und dem Außendurchmesser der Sitzfläche 3 eine Ringnut 5 vorgesehen, in der ein O-Ring 6 liegt. Der O-Ring 6 liegt an der ringförmigen Endfläche des halbkugelförmigen Fensters 4 an und wirkt an der Verbindung zwischen der Endfläche des Fensters 4 und dem Rumpf 1 als Grund- oder Niederdruckdichtung. Bei hohem Druck, wenn also das Unterwasser-Fahrzeug in größere Tiefen taucht, wird durch den gegen die Außenfläche des Fensters 4 wirkenden Wasserdruck die ringförmige Endfläche der Halbkugel an der Sitzfläche 3 gegen den Rumpf 1 gedrückt, so daß sich hierdurch eine Abdichtung ergibt. Unter diesen Umständen, also bei hohem Druck ist der O-Ring weniger wichtig.

Zur Befestigung des Fensters 4 an der Stelle, wo es die Öffnung 2 abdeckt, dient ein starrer Klemmring 7» Der Ring 7 kann beispielsweise etwa 12 mm (1/2 inch) stark sein und besteht vorzugsweise aus dem gleichen Material wie das Fenster 4. Die

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Innenfläche des Ringes 7 ist konusförmig und liegt an der äußeren gekrümmten Oberfläche des Fensters 4 an einer Stelle an, die etwas oberhalb (s. Fig. 1 und 3) der ringförmigen Endfläche der Halbkugel liegt. Im Ring 7 sind mehrere (beispielsweise 12) Öffnungen 9 vorgesehen, die auf einem Basiskreis um die Mitte ■ des Ringes in gleichen Abständen voneinander liegen. Hierzu passend sind in der Außenfläche des Rumpfes 1 Gewindebohrungen 10 vorgesehen. In den Ringöffnungen 9 steckt jeweils eine Kopfschraube 11, beispielsweise aus nichtrostendem Stahl. Die Schrauben 11 sind in jeweils mit einer Öffnung 9 fluchtende Gewindebohrungen 10 geschraubt, wobei der Kopf der Schrauben 11 jeweils an der Außenfläche (s. Fig. 1 und 3) des Klemmringes 7 anliegt. Im zusammengebauten Zustand sind die Kopfschrauben 11 so stark angezogen, daß der O-Ring 6 durch die auf ihn druckende ringförmige Endfläche des Fensters 4 unter Druck steht. ^!

. Von großer Bedeutung ist die Anordnung des Klemmringes 7 gegenüber dem Fenster 4 und dem Rumpf 1. Der Ring 7'muß weit genug von der metallenen Oberfläche (d. h. von der Außenfläche des Rumpfes 1) entfernt sein, daß durch ihn eine ausreichende Kraft (durch die Schrauben 11) auf das Fenster 4 ausgeübt wird, damit eich mit Hilfe des O-Ringes 6 eine Dichtung ergibt. Andererseits sollte der Klemmring 7 so nahe an der metalleneijOberfläche liegen, daß der Gesichtskreis durch das Fenster 4 nicht wesentlich beeinträchtigt wird. Unter Berücksichtigung dieser Gesichtspunkte wurde festgestellt, daß der optimale Abstand zwischen der

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Ι Außenfläche des Rumpfes 1 und der äußeren (d. h. oberen in Fig.3)

' Fläche des Ringes 7 etwa 2,5 cm (1 inch) beträgt. Bei einem Fen-

ster 4 mit einem Innendurchmesser von etwa 20 >cm (8 inch) bedeutet dies, daß der Winkel A zwischen der Ebene der ebenen Außenfläche des Rumpfes 1 (angrenzend an das Fenster 4) sowie einer durch den Krümmungsmittelpunkt der Halbkugel 4 verlaufenden Ebene und dem Mittelpunkt der Konusfläche 8 einen Werfe von 9 5' haben sollte.

Wie oben erwähnt, besitzt ein Zwei-Mann-rFahrzeug der oben ι beschriebenen Art beispielsweise zwei nach vorn gerichtete Fen- ; ster oder Bullaugen, die je mit einem der vorstehend beschriebe-

! nen halbkugelförmigen Fenster versehen sind, welche mittels einer ; vorstehend beschriebenen Befestigungsanordnung befestigt sind.

! Diese beiden Fenster sind stationär oder verhältnismäßig fest : angebracht.

Das Unterwasserfahrzeug kann ferner ein Kopffenster aufweisen, das eine Öffnung in einer Luke abdeckt, welche im oberen

, Bereich des kugelförmigen Rumpfes schwenkbar angebracht ist. Dieses Kopffenster besitzt ebenfalls die Form einer halbkugelförmigen Schale und ist an der schwenkbar befestigten Lukenplatte mittels einer Befeatigungsanordnung angebracht, die der vorstehend beschriebenen genau gleicht. Das dem Fenster 4 gleiche oder ähnliche Fenster und sein dem Ring 7 entsprechender Klemmring beste-

hen vorzugsweise aus dem gleichen Material wie das Fenster 4 und

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der Ring 7. Der Innendurchmesser des Kopffensters beträgt jedoch etwa 400 cm ( 16 inch), seine Nennstärke 32 mm (1 1/4 inch). Der Durchmesser des Klemmringes für das Kopffenster ist entsprechend ^: ■ dem Durchmesser desselben bemessen. Beim Kopffenster beträgt der Winkel (entsprechend dem Winkel A in Fig. 1) zwischen der Ebene [ der ebenen Außenfläche der Lukenplatte (angrenzend an das Kopffenj ster) sowie ein einer durch den Krümmun__gsmittelpunkt des Kopff en- (I j sters verlaufenden Ebene und dem Mittelpunkt der Konusfläche des ί Klemmringes für das Kopffenster 2°. Hierbei ergibt sich der ■ .j " gleiche optimale Abstand von etwa 2,5 cm (1 inch) zwischen der '■

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j Außenfläche der metallenen Lukenplatte und der oberen Fläche des thermoplastischen Klemmringes für das Kopffenster. - I

• I

Im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das

Fenster als direkt am Rumpf 1 befestigt beschrieben. Ferner ist

Lukenplatte das größere Kopf fenster direkt an der schwenkbaren /im oberen Be- ^

reich des kugelförmigen Rumpfes des Unterwasser-Fahrzeuges befe- ; stigt. In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung können Jedoch beide Teile, d. h. der "Rumpf 1" und der obere Bereich des , Rumpfes, an dem die Lukenplatte befestigt ist, als metallische Einsätze hergestellt sein, die aus dem gleichen hochfesten Stahl wie der Rumpfkörper bestehen, und die beim Endzusammenbau durch Schweißungen an den Einsätzen in die öffnungen des Rumpfkörpers geschweißt werden. Da diese Einsätze aus dem gleichen Material wie der Rumpf des Unterwasser-Fahrzeugs bestehen und an diesem durch Schweißen fest angebracht sind, bilden sie wirkungsmäßig

Teile des Fahrzeugrumpf es. * ηοοοκ/ι//κ

1098 25/1445 Ansprüche

Claims

2Ü6Ü919 j A-N SPRÜCHE

1. J Lichtdurchlässiges Hochdruckfenster, insbesondere für Unterwasser-Fahrzeuge mit einem metallischen Außenrumpf, der hohen Außendrücken wiedersteht, wobei das Fenster über einer öffnung im Rumpf angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet , daß das Fenster (4) die Form einer halbkugelförmigen Schale besitzt und hohen Außendrücken wieder-"· steht, und daß Einrichtungen zur Befestigung des Fensters

■ vorgesehen sind, um dasselbe in einer Stellung zu halten, in der es die Öffnung abdeckt.

2. Hochdruckfenster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Fenster aus einem organischen thermoplastischen Material besteht.

3. - . Hochdruckfenster nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das thermoplastische Material aus Acrylharz besteht.

4. Hochdruckfenster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zur Halterung des Fensters eine Klemmeinrichtung (7) aufweist, die am Fenster (4) anliegt, sowie ferner eine Einrichtung zur Befestigung der Klemmeinrichtung am Rumpf(1).

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2ÜB0319

5· Hochdruckfenster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Klemmeinrichtung einen starren Klemmring (7) umfaßt, der an der äußeren gekrümmten Oberfläche des Fensters (4) anliegt, sowie ferner Einriehtngen zur Befestigung des Ringes am Rumpf.

6. Hochdruckf enst er nach Anspruch 5* dadurch g e k e η η -

zeichnet, daß der Klemmring (7) aus dem gleichen \ Material besteht wie das Fenster (4).

ί 7· Hochdruckfenster nach Anspruch 1, ge kennzeich-

; net durch eine Einrichtung (6) zur Abdichtung der Verbindungsstelle, zwischen der ringförmigen Bndfläche des halbkugelförmigen Fensters und dem Sumpf.

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