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Unterwasser-Fahrzeug Die Erfindung betrifft ein Unterwasser-Fahrzeug,
das durch pluten von Regelzellen zum Abtauchen und durch Anblasen der Regelzellen
mit Preßluft zum Auftauchen gebracht wird.
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Der Auftrieb von Unterwasser-Fahrzeugen wird durch Fluten und Anblasen
der Regelzelle verändert. Zum ABtauchen wird
durch Pluten der Regelzellen
das Gewicht des Fahrzeugs größer gemacht als das Gewicht des durch das Fahrzeug
verdrängten Wassers, wodurch der Auftrieb negativ wird und damit das Fahrzeug abtaucht.
Umgekehrt wird zum Auftauchen der Auftrieb durch Anblasen der Regelzellen mit Preßluft,
die das eingedrungene Wasser hinausdrückt, positiv gemacht, wodurch das Fahrzeug
wieder auftaucht.
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Schwierigkeiten bereitet es jedoch bei diesen bekannten Systemen,
den Auftrieb des Fahrzeuges genau auf den Wert Null einzustellen, wel die Vorrichtung
zum Anblasen der Regelzellen nicht oder nur mit großem Aufwand feinregulierbar gemacht
werden kann. Das liegt zum einen daran, daß das Anblasmedium komprimierbar ist,
sich also bei Bewegung des Pahrzeugs nach oben oder nach unten in seinem Volumen
verändert, wodurch Wasser in die Regelzellen nachströmt bzw. ausgepreßt wird. Dieser
Vorgang erfolgt dabei stets so, daß-die Abweichung des Auftriebs vom Wert Null stets
zunimmt. Dieser Einfluß wird zwar durch Verschließen der von den Regelzellen nach
außen führenden Leitungen ausgeschaltet. Doch muß zum Verändern des Auftrieb dese
Leitung geöffnet werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Möglichkeit zur Feinregulierung
des Auftriebs zu schaffen. Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch,
daß eine Zusatzregelzelle vorgesehen ist, die mit einem Befüll- und Entleerungssystem
verbunden ist, das eine Arbeitsflüssigkeit enthält. Die Vorteile der Erfindung liegen
darin, daß auf diese Weise der Auftrieb sehr genau und vor allem unabhängig von
einer Bewegung des Fahrzeugs nach oben oder nach unten einstellbar ist. Diese Unabhängigkeit
von der Veränderung der Tauchtiefe des Fahrzeugs rührt daher, daß eine Arbeitsflüssigkeit
verwendet
ist, die praktisch inkompressibel ist.
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Da die Zusatzregelzelle nicht für das rasche Auf- und Abtauchen benötigt
wird, kann außerdem die Kapazität des Befüll- und Entleerungssystems klein gehalten
werden. Es ist mit dem erfindungsgemäßen System auch nicht zwingend erforderlich,
daß die eitung zwischen Zusatzregelzelle und Aur;senwasser verschließbar ist, weil
sich auch bei Änderung des Außendrucks keine Änderung der Wassermenge in der Zusatzzelle
einstellt.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist jedoch aus Sicherheitsgründen
die Zusatzzelle über ein Absperrventil mit dem Aussenwasser verbindbar; zur Verbindung
mit dem Füll- und Entleerungasystem ist ein Steuerventil vorgesehen. Dieses Steuerventil
kann als Handsteuerventil oder auch als fernbetätigtes beispielsweise magnetisch
betätigtes Ventil ausgebildet sein.
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Als Arbeitsflüssigkeit kann praktisch jede sich mit Wasser nicht mischende
Flüssigkeit verwendet werden, Ist das spezifische Gewicht der Arbeitsflüssigkeit
größer als das des umgebenden Wassers, dann wird die Zuleitung zum Aussenwasser
an der Oberseite der Zusatzzelle angeschlossen, wogegen die Zuleitung zu dem Befüll-
und Entleerungssystem im unteren Bereich an die Zusatzzelle angeschlossen ist. Bei
der Verwendung einer Arbeitsflüssigkeit mit einem spezifischen Gewidht, das geringer
ist als das des umgebenden Wassers, sind die Zuleitungsanschlüsse demgegenüber vertauscht.
Als Arbeitsflüssigkeit
wird bevorzugt im Wasser unlösliche Hydraulikflüssigkeit
verwendet. Von Vorteil ist hierbei, daß Hydraulikflüssigkeit in einem. Unterwasser-Fahrzeug
ohnedies zur Betätigung von Steuer-, Hilfs- oder Antriebssystemen verwen-et und
daher vorhanden ist.
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In vielen Fällen ist es unerwünscht, daß sich Wasser und Arbeitsfliissicrkeit
unmittelbar berühren. Die Folge dieser unmittelbaren Berührung kann die Aufnahme
von Wasser durch dieiiydraulikflüssigkeit zu Hydraulikflüssigkeit sein, was zu Störungen
Anlaß eeben kann. Außerdem kann bei unachtsamer Handhabung durch Überfüllen der
Zusatzregelzelle mit Wasser oder mit Arbeitsflüssigkeit entweder ein Austreten von
Arbeitsflüssigkeit in das freie Wasser oder ein Eindringen von wasser in das Entleerungssystem
vorkommen, was unbedingt vermieden werden muß. Es ist daher bei bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindunc, als Zusatzzelle ein Hydraulik-Blasenspeicher verwendet, dessen Arbeitsflüssigkeitsraum
mit dem Steuerventil verbunden ist. Der Blaseninnenraum ist dagegen mit dem Aunsenwasser
verbunden. Der besondere Vorteil liegt hierbei darin, daß eine sichere Trennung
der Arbeitsflüssigkeit vom Wasser gewährleistet ist. Es fäLlt dadurch die Beschränkung
der möglichen Arbeitsflüssigkeiten auf solche, die sich nicht mit Wasser vermischen,
weg. außerdem ist ein Übertreten von Wasser in das Arbeitsflüssigkeitssystem und
umgekehrt sicher verhindert. Derartige Hydraulik-Blasenspeicher sind handelsüblich
und preiswert erhältlich.
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Das Steuerventil kann unterschiedlich, beispielsweise als Dreiwegeventil
ausgebildet sein. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist mittels des Steuerventils
eine Leitung zu dem hreitsflüssikeitsrum der Zusatzzelle wahlweise absperrbar oder
mit einem drucklosen Arbeitsflüssigkeitsvorratsbehälter oder einm unter )ruck stehenden
Arbeitsflüssigkeit enthaltendan Befüllsystem verbindbar. bevorzugt ist dabei in
die von dem
Befüllsystem zum Steuerventil führende Leitun eine Drossel
eingeschaltet. Diese Drossel kann test eingestellt oder in ihrer wirkung einstellbar
sein. Sie ermöglicht in gewünschter eise die Einstellung des Befülltempos der Zusatzzelle.
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Es kann anstelle der Drossel auch das Steuerventil als Drosselventil
ausgebildet sein, das nicht nur eine Offen-und eine Zu-Stellung aufweist, sondern
bei dem zwischen der Offen- und der Zu-Stellung Zwischenstellungen möglich sind.
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Das Befüllsystem kann beispielsweise einen Antriebamotor und eine
Pumpe umfassen. Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung weist das Befüllsystem
einen hydraulischen Energiespeicher auf. Ein solcher Energiespeicher besteht aus
einem Druckbehälter der teilweise mit Presegas und teilweise mit Rydraulikflüssigkeit
gefüllt ist, wobei zwischen Presvgas und Arbeitsflüssigkeit eine Trennmembran vorgesehen
sein kann.
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Vorteilhaft ist hierbei, daß ein solcher hydraulischer Energiespeicher
auch bei Ausfall anderer Systeme arbeitet. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, daß der
hydraulische Energiespeicher durch ein bordeigenes Hydrauliksystem aufladbar ist.
Es kann also, falls durch häufiges Feineinstellen des Auftriebes mit dem erfindungrssemäßen
System der Energiespeicher ganz oder weitgehend entleert ist, ein Aufladevorgang
durchgeführt werden. Es wird dabei Arbeitsflüssigkeit aus demdrucklosen Vorratsbehälter
in den hydraulischen Energiespeicher zurück gepumpt.
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Ein Vorteil einer einstellb ren Drossel in der Ölleitung zwischen
Befüllsystem und Steuerventil besteht darin, daß hicrdurch die Strömungsgeschwindigkeit
in der Befüll-Leitung auf einen konstanten Wert eingestellt werden kann unabhängig.
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von dem Fülldruck im hydraulischen Energiespeicher und unabhängig
von der momentanen Tauchtiefe. Die Strömungsgeschwindigkeit
in
der Befüll-Leitung hängt ab vom Differenzdruck zwischon hydraulischem Energisspeicher
und Aussendruck, der seinerseits direkt proportional der Tauchtiefe ist. Bs kann
auch die Drosseleinstellung in Abhängigkeit von diesem flifferenzdruck selbsttätig
vorgenommen werden.
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Die Feineinetellung des Auftriebes kann von Wnd nach Sicht vorgenommen
werden, wenn sich beispielsweise das Unterwasser-Fahrzeug an einem track oder einem
Untervrnsserbauwerk befindet, das durch ein Fenster sichtbar ist. Es ist dabei auch
ein geringer Auftrieb oder Abtrieb sofort erkennbar und durch Betätigen der erfindungsgemäßen
Vorrichtung kompensierbar. In freiem oder unsichtigem -fasser Jedoch ist es zwechmäßiger,
das erfindungagemäße System sebsttätig g arbeiten zu lassen. Das kann beispielsweise
dadurch erfolgen, daß eine vorgegebene Tauchtiefe, also ein bestitrnter Aussendruck
eingestellt wird und bei AbvJeichunoben von diesem Druck das Steuerventil der erfindungsgemäßen
Vorrichtung betätigt wird. Bs versteht sich, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung
erst in Betrieb gesetzt wird, wenn die gewünschte tauchtiefe durch entsprechendes
Steuern der Regelzellen annähernd erreicht ist.
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Vorteilhaft läßt sich r,iie erfindungsgemäße Vorrichtung auch zum
antriebs losen Mannbverieren in vertikaler Richtung verwenden, weil durch Betätigen
der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein langsames Steigen oder Sinken des Unterwasserfahrzeugs
erzielbar ist. Ein antriebsloses Mannöverieren in vertikaler Rich'ung ist beispielsweise
bei Beobachtungen der Unterwasserfauna vorteilhaft, weil hierbei keine Geräusche
verursacht werden und das Unterwasserfahrzeug sich wie ein Schwebekörper verhält.
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@eitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der vorliegenden
Erfindung
ergeben sich mus der nachfolgenden Beschreibung eines in der zeichnung starlc schematisiert
dargestellten Ausführungsbeispieles. Dabei sind die @egelzellen mit Inhalt um 900
gedreht in schematischer Darstellung tezeigt.
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In einem Druckkörper 1 eines Untorwasser-Fnhrzeuges ist eine backbordseitige
Regelzelle 2 und eine steuerbordseitige Regelzelle 3 vorgesehen. Die egelzellen
sind in ihrem unteren Bereich miteinander über eine Verbindungsleitung 4 verbunden.
In gleicher @eise sind die beiden Regelzellen 2 und 3 über eine Verbindungsleitung
5 miteinander verbunden, die Jeweils im obe.en Bereich an die beiden Regelzellen
2 und 3 aneschlossen ist. An die Verbindungsleitung 4 ist eine nach aussenbord geführte
Füll-Leitung 6 angeschlossen, in deren Verlauf ein Nagnetventil 7 und ein H:ndventil
8 geschaltet sind. Bei dem Magnetventil 7 und dem Handventil 8 handelt es sich um
übliche Durchgangsventile.
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An die Verbindungsleitung 5 ist eine Entlüftungsleitung 9 und eine
Anblasleitung 10 angeschlossen. In dem Verlauf der.
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beiden leitungen 9 und 10 sind jeweils ein Magnetventil 11 bz. 12
und ein Handventil 13 bzw. 14 geschaltet. 7ie Entlüftungsleitung 9 ist nach aussenbord
geführt, wogegen die Anblasleitung 10 zu einem nicht dargestellten Druckminderventil
führt, über das von einem Preseluftsystem Preßluft mit einstellbarem Druck zugeführt
werden kann.
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An die beiden Regelzellen 2 und 3 ist über Messleitungen 15, die über
Handventile 16 absperrbar sind und zum unteren und oberen Bereich der Regelzelle
führen, ein Druckmess-System 17 angeschlossen. Das Druckmess-System 17 erfaßt den
Differenzdruck und damit den Wasserstand in der Regelzelle. Über eine
Signalleitung
18 wird der gemessene Stand an cincn Anzeiger 19 zugeführt und dort angezeigt.
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Vor Jedem Abtauch- oder Auftauchvorgang viird zunpehst bei verschlossener
Fülleitung 6 entvreder durch Öffnen der Anblasleitung 10 eier der @ntlüftungsleitung
9 der T)ruck in den Regelzellen 2 und 3 etwa gleich dem Aussendruck gemacht.
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Anschließend wird die Füll-Leitung 6 durch Öffnen der Ventile 7 und
8 @eöffnet und zum Abtauchen wird die Entlüftungsleitung 9 durch Öffnen der Ventile
11 und 13 geöffnet. Daraufhin strömt Wasser durch die Füll-Leitung 6 und clie Verbindungsleitung
4 in die beiden Regelzellen 2 und 3 und es wird die Luft aus den ReiMelzellen 2
und 3 über die Verbindungsleitung 5 und die Entlüftungsleitung 9 verdrängt, bis
das Unterwasser-Fahrzeug den gewünschten negativen Auftrieb hat. Soll dagegen aufgetaucht
werden, so ist die Entlüftungsleitung 9 geschlossen und es wird bei geöffneter Füll-Leitung
6 über das nicht dargestellte Druckminderventil Pressluft bei geöffneten Ventilen
12 und 14 in die Verbindungsleitung 5 und damit in die Regelzellen 2 und 3 gepreßt,
wo durch das in den Regelzellen 2 und 3 befindliche Wasser durch die Verbindungsleitung
4 und die Füll-Leitung 6 nach außen gedriickt wird, sobald der gewünschte Auftrieb
erreicht ist, wird die Füll-Leitung 6 und die Anblasleitung 10 verschlossen. Nach
jeder Veränderung der Tauchtiefe des Unterwasser-Fahrzeuges wird vor dem Öffnen
der Fäll-Leitung 6 entweder über die Anblasleitung 10 oder über die Entlüftungsleitung
9 der gleiche Druck in den Regelzellen 2 und 5 eingestellt, wie er aussenbords herrscht.
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Das beschriebene System eignet sich jedoch insbesondere wegen der
Druckabhängigkeit der Wasserfüllmenge in den Regelzellen nicht zu einem feinen austarieren
des Auftriebes des Unterwasser-Fahrzeuges. Es ist daher außerdem eine Zusatzregelzelle
20 vorgesehen, die aus einem Hydraulik-nlasen-
Speicher besteht.
Die Zusatzregelzelle 20 umfaßt einen druckfes en Kessel 21, an den eine Zulaufleitung
22 angeschlossen ist. In dem Kessel 21 ist eine elastische Blase 23 eingebaut, deren
Innenraum mit einer durch die Kesselwand hindurchgeführten Leitung 24 verbunden
ist. Die Leitung 24, in deren Verlauf ein @ boperrventil 25 eingeschaltet ist, führt
au@senbords. Die Zulaufleitung 22 ist zu einem Steuerventil 26 geführt, das unter
der Wirkung von Federn 27 eine mittlere Ruhelage ainniinmt. Durch das Jteuerventil
26 ist in der einen Arbeitslage die Lulaufleitung 22 mit einer Speiseleitung 28
und in der anderen Arbeitslage mit einer Rücklauflcitung 29 verbindbar. Die Speise
leitung 28 ist mit einer einstellbaren Drossel 30 versehen und fiihrt zu einem hydraulischen
Energiespeicher 31, der teilweise mit inertem Druckgas und teils mit trbeitsflüssi;keit
gefüllt ist. Die Arbeitsflüssigkeit wird über eine Zuleitung 32 von einem nicht
dargestellten Aggregat über ein Rückschlagventil 53 geliefert, Die Rücklaufleitung
29 führt zu einem drucklosen Vorratsbehälter 34.
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Weicht der Auftrieb des Unterwasser-Fahrzeuges von dem gewünschten
Wert, vorzugsweise dem Wert null ab, so wird zum Vermindern des Auftriebes das Steuerventil
26 in die trbeitsstellung gebracht, in der die Zulufleitung 22 mit der Rücklaufleitung
29 verbunden ist. Das Absperrventil 25 ist praktisch ständig geöffnet. Es strönt
dann wasser von aussen durch die Leitung 24 in die Blase 23, wobei die die Blase
23 umgebende und den Raum zwischen Blase 23 und Kessel 21 ausfüllende hydraulische
Arbeitsflüssigkeit in den Vorratsbehälter 34 überführt wird. Dadurch nimmt das Gewicht
des Unterwasser-Fahrzeuges zu und es wird dadurch der Auftrieb vermindert. Soll
umgekehrt der Auftrieb vergrößert werden bzw. ein negativer Auftrieb vermindert
werden, so wird das Steuerventil 26 in die Arbeitslage gebracht, in
der
die Zul.aufleitung 22 mit der mit der Drossel 30 versehenen Speiseleitung 28 verbunden
ist. Bs strömt dann, durch die Drossel in der Strömungsgeschwindigkeit begrenzt,
hydraulische Arbeitsflüssigkeit von dem unter einem erheblichen Überdruck stehenden
Energiespeicher 31 in den Kessel 21, wodurch die Blase 23 zusammengedrückt und dadurch
das in ihr befindliche Wasser teilwise durch die Leitung 24 aussenbords gedrückt
wird.
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Es versteht sich, daß die erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt ist, sondern Abweichungen davon möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung
zu verlassen. Insbesondere ist Gß möglich, einzelne der Erfindungsmerkmale für sich
oder zu mehreren kombiniert zu verwenden,