DE2316761C3 - Unterwasser-Arbeitsfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Unterwasser-Arbeitsfahrzeug mit einem Druckkörper mit angebautem Manipulator und mit ei.ier Trimmvorrichtung, bei dem zur Lageregelung die Position des Schwerpunktes durch Verschieben der Trimm-Massen veränderbar ist.

Ein derartiges Arbeitsfahrzeug ist bekannt (»Seewirtschaft«, 10/1972, S. 784). Dieses bekannte Fahrzeug weist einen Druckkörper mit angebautem Manipulator auf, der zur Aufnahme von Proben und zum Durchführen von Arbeiten dient. Das. Fahrzeug ist mit einer Trimm-Vorrichtung versehen, die innerhalb des Druckkörpers angeordnete, verschiebbare Trimm-Massen umfaßt. Durch Verschieben der Trimm-Massen können entweder Lageänderungen des Fahrzeugs hervorgerufen oder durch Bewegen der Mannschaft, des Manipulators oder sonstiger Teile hervorgerufene Abweichungen von der Soll-Lage korrigiert werden. Bei der Benutzung des Manipulators tritt jedoch noch zusätzlich der Effekt auf, daß nicht nur relativ geringfügige Verlagerungen des Schwerpunktes durch Massenverschiebungen ausgeglichen werden müssen, sondern daß durch Angreifen des Manipulators an fahrzeugunabhängigen Gegenständen unter Umständen erhebliche Kräfte auf das Fahrzeug übertragen werden, die sich auf den Trimm stark auswirken. Wird beispielsweise versucht, mit dem Manipulator ein Probenröhrchen in den Meeresgrund zu drücken, so versucht die Reaktionskraft, das Fahrzeug zu verschwenken. Da das Fahrzeug schwebt und gewichtslos ist, bewirken bereits relativ geringe Kräfte ein erhebliches Abweichen von der Soll-Lage. Ebenso

ίο verhält es sich, wenn mit dem Manipulator beispielsweise Arbeiten an Wracks, Bohrgestängen u. dgl. durchgeführt werden. Die übliche Trimm-Vorrichtung spricht auf diese relativ schnellen Lageveränderungen des Fahrzeuges zu langsam an, da sie erst auf die Abweichungen der Fahrzeuglage von der Soll-Lage anspricht.

Es ist auch ein Unterwasserfahrzeug bekannt (US-PS 11 88 842), bei dem als Trimm-Massen die Antriebsbatterien des Unterwasserfahrzeugs verwendet sind, die im Inneren des Druckkörpers in einem in Längsrichtung des Unterwasserfahrzeugs verschiebbaren Wagen untergebracht sind. Diese Anordnung weist nicht nur die Nachteile der oben beschriebenen Anordnung auf, sondern noch zusätzlich den Nachteil, daß der Raum, der für die Lageänderung des Wagens mit den Antriebsbatterien erforderlich ist, von dem nutzbaren R-MUi abgeht; es muß entweder sehr viel für die Lageänderung des Wagens erforderlicher, sonst nicht nutzbarer Raum zur Verfugung stehen oder es kann der Verschiebeweg des Wagens nur sehr klein sein.

Bei einem anderen bekannten Unterwasserfahrzeug (DT-AS 11 65 439) dienen zum Trimmen außerhalb des Druckbehälters angeordnete Behälter, die über eine Rohrleitung miteinander in Verbindung stehen und mit Quecksilber gefüllt sind. Durch Druckkolben wird zur Änderung des Trimms die Quecksilbermenge in einem Behälter verringert und entsprechend dem anderen erhöht. Bei d-eser bekannten Anordnung ist von Nachteil, daß zum Trimmen zusätzlicher toter Ballast in Form des Quecksilbers erforderlich ist, der einen zusätzlichen Auftrieb Und daher eine unnötige Vergrößerung des Druckkörpers des Unterwasserfanrzeugs erfordert. Man ist daher bei der bekannten Anordnung bestrebt, mit möglichst wenig Quecksilber auszukommen, wodurch jedoch wiederum die Trimm-Möglichkeiten beschränkt sind.

Bei dieiien bekannten Unterwasserfahrzeugen ist kein Manipulator vorgesehen, so daß das Problem der Korrektur des Trimms aufgrund von durch den Manipulator auf das Fahrzeug ausgeübten Reaktionskräften sich nicht stellt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Unterwasiser-Arbeitsfahrzeug zu schaffen, dessen Trimm-Vorrichtung in der Lage ist, auch durch Arbeiten

mit dem Manipulator bedingte Änderungen der Schwerpunktslage bzw. des Kräftegleichgewichts so rasch zu !kompensieren, daß nur kleine Lage-Änderungen der Vertikalachse des Fahrzeuges von der tatsächlichen Vertikalen auftreten.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch, daß ein Steuerkreis vorgesehen ist, der Bewegungen des Manipulators erfaßt und dementsprechend eine Verschiebung der Trimm-Massen in der Weise veranlaßt, daii der Trimm unverändert bleibt. Auf diese Weise gelingt es, mit einem Unter wasser-Arbeitsfahrzeug auch schwerere Arbeiten durchzuführen, ohne daß ein verhältnismäßig großes Fahrzeug mit großer Trägheit und erheblichen Massen verwendet werden

muß oder größere ungewollte Lageänderungen während des Arbeitens in Kauf genommen werden müssen. Durch die Verschiebung der Trimm-Massen in Abhängigkeit von der Manipulatorbewegung lassen sich auch relativ große, durch Angriff des Manipulators an festen Teilen, wie Gestein, oder an schwimmenden Gegenständen erzeugte Kräfte ausgleichen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Meßmittel vorgesehen, die auf das Gewicht eines durch den Manipulator transponierten Gegenstandes ansprechen, und die den Steuerkreis so beeinflussen, daß der Trimm unabhängig vom Gewicht des transportierten Gegenstandes bei einer Bewegung des Manipulators beibehalten wird.

Zusätzlich zum oder im Steuerkreis kann in an sich bekannter Weise ein neigungsempfindliches Steuerglied zum Verschieben der Trimm-Massen vorgesehen sein, das vorzugsweise als durch ein Pendel betätigter Schalter ausgebildet ist Dabei ergibt sich eine zusätzliche Verbesserung dann, wenn gemäß Ausführungsformen der Erfindung ein auf die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung der Änderung der Lage des Unterwasserfahrzeuges ansprechendes Steuerglied vorgesehen ist. Es wird dadurch ein sehr viel rascheres Ansprechen der Trimm-Vorrichtung erzielt, weil nicht nur die Bewegung des Manipulators und die Lageänderung selbst sondern auch die Geschwindigkeit der Lageänderung bzw. deren Beschleunigung erfaßt werden. Dadurch kann die Trimm-Vorrichtung bereits ansprechen ehe größere Lageänderungen aufgetreten sind.

Um die nachteilige Verwendung zusätzlicher Massen zu vermeiden sind gemäß bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung in an sich bekannter Weise ah Trimm-Massen die Antriebsenergie speichernde Akkumulatoren verwendet und in in Führungen verschiebbar geführten Karten angeordnet, wobei jedoch die Trimm-Masse., n einem außerhalb des Druckkörpers vorgesehenen zyünderförmigen Behälter untergebracht sind. Dadurch wird neben Nutzraumgewinn im Inneren des Druckbehälters ein relativ großes Schwenkmoment erzielt, weil der Abstand der Trimm-Massen vom Schwerpunkt bei außerhalb des Druckkörpers angeordneten Trimm-Massen größer ist als bei innerhalb des Druckkörpers angeordneten Trimm-Massen. Ein solches großes Schwenkmoment ist aber für Fahrzeuge mit Manipulatoren erforderlich, soll der Trimm jeweils rasch wiederhergestellt werden.

In der Zeichnung ist ein Unterwasser-Arbeitsfahrzeug mit verschiebbaren Trimm-Massen dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch ein Unterwasser-Arbeitsfahrzeug mit Trimm-Vorrichtung unter Weglassen aller für das Verständnis nicht erforderlichen Teile, und

Fig.2 in stark schematisierter Darstellung die Betätigungsanlage der Trimm-Vorrichtung, die in Abhängigkeit von der Bewegung des (nicht dargestellten) Manipulators steuerbar ist.

Ein zylindiischer Druckkörper 1 mit an beiden Enden angesetzten gewölbten Abschlüssen ist an seiner Außenseite im unteren Bereich symmetrisch zu seiner vertikalen Längsmittelebene mit zwei Stelzen 2 und 3 versehen. An den Stclzenenden sind zylindrische Behälter 4 u'id 5 befestigt. Die Längsachsen der Behälter 4 und 5 verlaufen parallel zueinander und zur Längsachse des Druckkörpers 1. Bevorzugt sind an der Behälter 4 und 5 zwei Stelzen 2 bzw. zwei Stelzen 3 angebracht, wodurch ein sicherer Stand des Unterwasserfahrzeuges auf einem Transportschiff, einem Kai oder auch dem Grund des Gewässers gewährleistet ist Die Behälter 4 und 5 sind an ihren Enden mit halbkugelförmigen Kappen 6 abgeschlossen. Der Innenraum der Behälter 4 und 5 ist über ein nicht dargestelltes System zu entlüften. ü> den Behältern 4 und 5 sind Kästen 7 untergebracht, die in Führungen aus Profilschienen 8 mit Kugelführungen 9 in Längsrichtung

ίο der Behälter 4 und 5 verschiebbar sind. In den Kästen 7 sind elektrische Akkumulatoren 10 untergebracht, von deren Polen 11 nicht dargestellte Leitungen durch die Stelzen 2 bzw. 3 in den Druckkörper 1 geführt sind, um Antriebsmotoren zu speisen.

Die Akkumulatoren 10, die eine große Masse aufweisen, sind durch ihre verschiebbare Anordnung als Trimm-Massen verwendbar. Zum Verschieben der Trimm-Massen dient die nachstehend beschriebene Einrichtung. Eine nicht weiter dargestellte Vorrichtung zur Versorgung mit Druckflüssigkeit speist eine Zuführungsleitung 12. Diese Versorgungsvorrichtung kann entweder aus einem Druckspeicher (Windkessel) oder aus einem Motor-Pumpen-Aggregat bestehen. Die Zuführungsleitung 12 führt zu einem Umschaltventil 13.

Das Umschaltventil 13 verbindet in der einen seiner beiden möglichen Lagen die Zuführungsleitung 12 mit einer Speiseleitung 14, wogegen es in der anderen seiner beiden Schaltlagen eine Handpumpe 15 mit der Speiseleitung 14 verbindet. An die Saugseite der Pumpe,

3c deren Druckseite mit dem Umschaltventil 13 verbunden ist, ist über eine Saugleitung IC c:r. V^..a*^cbehälter 17 für Hydraulikflüssigkeit angeschlossen. Von dem Vorratsbehälter 17 führt eine Rücklaufleitung 18 zu einem Steuerventil 19. In dem Verlauf der Rücklaufleitung 18 ist eine Drossel 20 eingeschaltet, die gegebenenfalls in

ihrer Drosselwirkung einstellbar ist. Die Speiseleitung 14 führt von dem Umschaltventil 13 ebenfalls zum Steuerventil 19.

Das Steuerventil 19 weist insgesamt vier Anschlüsse

₄q auf, an die die Rücklaufleitung 18 und die Speiseleitung 14 sowie zwei Steuerleitungen 21 und 22 angeschlossen sind. Die Steuerleitungen 21 und 22 sind durch die Stelzen 2 und 3 hindurchgeführt zu den Behältern 4 und 5. Das Steuerventil 19 weist drei verschiedene Schaltstellungen auf. In seiner mittleren Ruhestellung, die durch Rückstellfedern 23 und 24 im Ruhezustand eingehalten wird, sind alle vier Anschlüsse voneinander getrennt. Es ist kein Durchfluß möglich. In einer zweiten Stellung ist die Speiseleitung 14 mit der Steuerleitung 22 und die Steuerleitung 21 mit der Rücklaufleitung 18 verbunden. In der dritten möglichen Stellung des Steuerventil 19 ist die Speiseleitung 14 mit der Steuerleitung 21 und die Steuerleitung 22 mit der Rücklaufleitung 18 verbunden. Es sind also die beiden

5_S Steuerleitungen 21 und 22 wahlweise mit der Speiseleitung 14 oder der Rücklaufleitung 18 verbunden.

Die Stelzen sind vorzugsweise nicht druckdicht ausgeführt. Die Steuerleitungen 21 und 22 sowie eine weitere, von dem Behälter 4 unmittelbar zu dem

no Behälter 5 führende Ausgleichsleitung 25 sind jeweils durch druckdichte Durchführungen 26 hindurchgeführt, um das Eindringen von Wasser in die Behälter 4 und 5 bzw. den Druckkörper 1 zu verhindern.

In jedem der Behälter 4 und 5 ist ein Hydraulikarbeitszylinder 27 bzw. 28 vorgesehen. Die Hydraulikzylinder 27 bzw. 28 sind an den fahrbaren Kästen 7 befestigt. In den Hydraulikzylindern 27 und 28 ist je ein Arbeitskolben 29 und 30 verschiebbar geführt, der an

seinen beiden Stirnflächen mit je einer Kolbenstange 31 versehen ist, die an einem Ende am Behälter 4 bzw. 5 befestigt ist. Die Ausgleichsleitung 25 ist bei dem einen der beiden Hydraulikzylinder an dem anderen Ende vorgesehen als bei dem im anderen Behälter befindli- s chen Hydraulikzylinder. An das jeweils freie Ende der Hydraulikzylinder sind die Steuerleitungen 21 und 22 angeschlossen. An die Ausgleichsleitung 25 ist noch ein Entlüftungsventil 32 angeschlossen.

Weicht der Trimm von dem vorgegebenen oder ,₀ gewünschten Wert ab, veranlaßt eine Steuerung, daß das Steuerventil 19 aus der dargestellten mittleren Ruheposition herausbewegt wird. Ist beispielsweise das Unterwasserfahrzeug so geneigt, daß das Ende der beiden Behälter 4 und 5, an dem die Kolbenstange 31 _]5 befestigt ist, tiefer im Wasser liegt als das andere Ende, so müssen die Trimm-Massen, also die Kästen 7 mit den Akkumulatoren 10 von diesem Befestigungspunkt wegbewegt werden. Es wird hierzu das Steuerventil 19 in die Position bewegt, in der aus der Speiseleitung 14 durch das Steuerventil 19 hindurch Hydraulikflüssigkeit in die Steuerleitung 21 gedrückt wird. Diese Hydraulikflüssigkeit bewegt den Hydraulikzylinder 27 und damit den Kasten 7 im Behälter 4 in der gewünschten Richtung. Die gleiche Menge an Hydraulikflüssigkeit, die durch die Leitung 21 in den Hydraulikzylinder 27 einfließt, wird auf der anderen Seite herausgedrückt. Diese herausgedrückte Hydraulikflüssigkeit fließt durch die Ausgleichsleitung 25 in den Hydraulikzylinder 28, wodurch, da die Flüssigkeitsmengen und die Abmessungen der beiden Hydraulikzylinder gleich sind, auch der Hydraulikzylinder 28 um die gleiche Strecke und mit gleicher Geschwindigkeit bewegt wird wie der Hydraulikzylinder 27. Die aus dem Hydraulikzylinder 28 herausgedrückte Hydraulikflüssigkeit fließt durch die Steuerleitung 22 und das Steuerventil 19 in den Rücklauf

18. Die Drossel 20 im Rücklauf 18 ergibt ein sanftes Arbeilen der Vorrichtung. Ist die Trimmung in der entgegengesetzten Richtung erforderlich, so wird das Steuerventil in die andere Lage bewegt, in der die Steuerleitung 21 mit dem Rücklauf 18 und die Steuerleitung 22 mit der Speiseleitung 14 verbunden ist. Die Drossel 20, die in beiden Betriebslagen in gleicher Weise wirksam ist, ergibt einen vom Durchfluß an Hydraulikflüssigkeit abhängigen Druckanstieg in der Rücklaufleitung 18 und damit in gewünschter Weise das stoßfreie, sanfte Arbeiten der Trimm-Vorrichtung.

Falls das die Hydraulikflüssigkeit in die Zuführungsleitung 12 speisende Aggregat ausfällt wird das Umschaltventil 13 umgeschaltet und es kann die Trimm-Vorrichtung mit der Handpumpe 15 betrieben werden.

Um eine feinfühlige Einstellung des Trimms vornehmen zu können ist die Drossel 20 vorzugsweise verstellbar. Bevorzugt ist das Steuerventil 19 als Magnetventil aufgebaut, das nur für Notfälle auch von Hand verstellbar ist. Es wird mit Hilfe einer Steuerung geschaltet, der in bekannter Weise ein Neigungsschalter zugeordnet ist. Außerdem ist in der Steuerung ein Steuerkreis vorgesehen, der Bewegungen des Manipulators erfaßt. Da eine bestimmte Bewegung des Manipulators, beispielsweise eine Verschwenkung, eine gleichbleibende, vorherbestimmbare Änderung der Schwerpunktslage bewirkt, ist es möglich, diese Änderung in unmittelbarer Abhängigkeit von der Bewegung des Manipulators sogleich durch eine entsprechende Verschiebung der Trimm-Massen auszugleichen. Dadurch ist rs möglich, dafür zu sorgen, daß bei einer Bewegung des Manipulators keine Änderung des Trimms auftritt, weil durch den Steuerkreis bei einer Bewegung des Manipulators zwangsläufig eine entsprechende Bewegung der Trimm-Massen erzeugt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Unterwasser-Arbeitsfahrzeug mit einem Druckkörper mit angebautem Manipulator und mit einer Trimm-Vorrichtung, bei dem zur Lageregelung die Position des Schwerpunktes durch Verschieben von Trimm-Massen veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuerkreis vorgesehen ist, der Bewegungen des Manipulators erfaßt und dementsprechend eine Verschiebung der Trimm-Massen (10) in der Weise veranlaßt, daß der Trimm unverändert bleibt._/.·_ _{; yi} ._:.--_;.

2. Unterwasserfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Gewicht eines durch den Manipulator transportierten Gegenstandes ansprechende Meßmittel vorgesehen sind, die den Steuerkieis so beeinflussen, daß der Trimm unabhängig vom Gewicht des transportierten Gegenstandes bei einer Bewegung des Manipulators beibehalten wird.

3. Unterwasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum oder im Steuerkreis in an sich bekannter Weise ein neigungsempfindliches Steuerglied (37) zum Verschieben der Trimm-Massen (10) vorgesehen ist, das insbesondere als durch ein Pendel betätigter Schalter ausgebildet ist.

4. Unterwasserfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung der Änderung der Lage des Unterwasserfahrzeugs (1) bezüglich seiner Trimm-Achse ansprechendes Steuerglied vorgesehen ist.

5. Unterwasserfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise als Trimm-Massen die Antriebsenergie speichernde Akkumulatoren (10) verwendet und in in Führungen (8. 9) verschiebbar geführten Kästen (7) angeordnet sind, und daß die Trimm-Massen in mindestens einem außerhalb des Druckkörpers (1) vorgesehenen zylinderförmigen Behälter (4,5) untergebracht sind.