DE330617C - Unterwasserschwimmkoerper - Google Patents

Description

Die Erfindung· betrifft einen Unterwasser-Schwimmkörper, z. B. eine Mine, einen Torpedo o. dgl., bei dem das spezifische' Gewicht des Schwimmkörpers in genauer Übereinstimmung zu dem spezifischen Gewicht des umgebenden Wassers selbsttätig geregelt wird, so daß der Schwimmkörper-in einer vorbestimmten Höhenlage unterhalb des Wasserspiegels im stabilen Gleichgewicht stehenbleibt, indem er sich durch selbsttätige Änderungen des spezifischen Gewichts äußeren Einwirkungen, die ihn aus der Gleichgewichtslage zu bringen suchen, widersetzt.
Zu diesem Zwecke ändert man bekanntlich das Volumen des Unterwasserschwimmkörpers, indem an diesem Körper ein nachgiebiges Druckglied vorgesehen ist, das durch eine hydraulische Vorrichtung gesteuert wird. Um bei einer selbsttätigen Regelung der ^J Tiefenlage . durch Volumenänderung ein Auf- und Abpendeln des-Schwimmkörpers nach Möglichkeit zu verhüten, hat man bereits vorgeschlagen, nach kurzer Auf- oder Abwärtsbewegung des Schwimmkörpers eine Gegenkraft zu erzeugen, durch welche die hydrostatische Vorrichtung so beeinflußt wird, daß die Bewegung des von ihr gesteuerten nachgiebigen Druckgliedes für die Volumenänderung selbsttätig unterbrochen wird. Auch hat man bereits das nachgiebige Druckglied für die Volumenänderung nicht unmittelbar durch die hydrostatische Vorrichtung gesteuert, sondern unter Zwischenschaltung eines Krafteinschalters für die Bewegung dieses Druckgliedes.

Die Gegenkraft hat man bei diesem bekannten Unterwasserschwimmkörper mit selbsttätiger Regelung der Tiefenlage durch Volumenänderung dadurch erzeugt, daß man das nachgiebige Druckglied der hydrostatischen Vorrichtung als Differentialkolben ausbildete und den zu Beginn der Regelung durch den äußeren Wasserdruck einseitig belasteten Kolben dadurch außer Wirkung setzte, daß man durch eine kleine, in diesem Kolben vorgesehene Öffnung das Außenwasser auf die andere Kolbenseite treten läßt und auf diese Weise den Kolben entlastet. Diese Entlastung tritt jedoch erst nach einer verhältnismäßig langen Zeit ein, da die kleine Öffnung einen schnellen Durchtritt des Wassers nicht zuläßt. Hierdurch entsteht der Übelstand, daß der Unterwasserschwimmkörper verhältnismäßig große Pendelbewegungen ausführt. Hinzu kommt noch, daß die Betriebssicherheit des Unterwasserschwimmkörpers bei dieser Art der Erzeugung der Gegenkraft dadurch sehr gefährdet ist, daß sich die kleine, zum Druckausgleich dienende Öffnung im Kolben der hydrostatischen Vorrichtung leicht durch Unreinigkeiten verstopfen kann, wodurch die Erzeugung der Gegenkraft verhindert wird.

Diese Übelstände sind nach der Erfindung dadurch vermieden, daß die Vorrichtung für die Volumenänderung bei ihrer Bewegung in der einen oder anderen Richtung die hydro-

statische Vorrichtung verschiebt und damit den Krafteinschalter zunächst in die unwirksame Lage zurückführt, die dann in eine auf Gegenbewegung wirkende Lage geändert wird, wenn sich die hydrostatische Vorrichtung bei Ausführung der regelnden Bewegung des Unterwasserschwimmkörpers wieder verstellt. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, daß die Bewegungen des Druckgliedes für die Volumenänderung stets sehr klein werden, indem der Hydrostat und der Krafteinschalter nur eine äußerst geringe Zeit in Wirksamkeit sind, um eine Volumenänderung herbeizuführen. Die Regelung erfolgt daher so schnell, daß der Schwimmkörper keine erheblichen Pendelungen ausführen kann. Auch kann das nachgiebige Druckglied der hydrostatischen Vorrichtung als volle Membran o. dgl. ausgebildet sein, so daß die Wirkungsweise nicht von dem Vorhandensein einer feinen Ausgleichöffnung abhängig ist. Die Vorrichtung für die Volumenänderung wird also zur Erzeugung der erforderlichen Gegenkraft ausgenutzt. Die Größe dieser Gegenkraft ist nach der Erfindung genau einstellbar, so daß eine schnelle und betriebssichere Regelung erreicht wird.

Die Erfindung ist durch die Zeichnungen veranschaulicht, die einige Ausführungsformen schematisch darstellen. Fig. 1 zeigt im teilweisen Schnitt eine Schwimmine, deren Kraftquelle ein unter Vermittlung einer Flüssigkeit wirkendes Druckgas ist. Fig. 2 zeigt eine Einzelheit der Regelungsvorrichtung nach Fig. 1 in größerem Maßstabe. Fig. 3 zeigt eine abgeän-35, derte Ausführungsform der Vorrichtung nach Fig. i. Fig. 4 zeigt einen teilweisen Querschnitt einer Schwimmine mit elektrischer Batterie und Motor als Kraftquelle. Fig. 5 ist eine weitere · Ausführungsform, deren Kraftquelle ein unter Vermittlung einer Druckflüssigkeit wirkender Federmotor ist.

Bei der in Fig. I dargestellten Ausführungsform bezeichnet 1 den Schwimmkörper, 2 eine Membran, einen Kolben oder ein ähnliches Druckglied, das einerseits dem äußeren Wasserdruck, anderseits einer Feder 3 o. dgl. ausgesetzt ist und eine hydrostatische Vorrichtung bildet, durch die die unten beschriebene Vorrichtung zur Änderung des spezifischen Gewichts des Schwimmkörpers geregelt wird.

Diese Vorrichtung besteht aus einem Zylinder 4 mit darin spielendem Kolben 5, der durch einen Winkelhebel 6 und eine Stange 7 mit einer dem Wasserdruck ausgesetzten Membran 8 ο. dgl. verbunden ist. Im Zylinder 4 mündet hinter dem Kolbens die Leitung 9 eines Druckmittels, z. B. einer Druckflüssigkeit, die in einem Behälter 10 aufgespeichert ist, dem durch eine Pumpe Gas zugeführt wird. Zum Regem des dem Zylinder 4 zugeführten Druckmittels dient ein in einem Gehäuse beweglicher, unter dem Einfluß der Membran 2 j stehender Schieber 11, der auch durch einen ' Dreiweghahn o. dgl. ersetzbar ist. 12 bezeichnet die Verbindungsleitung vonv Flüssigkeitsbehälter 10 zum Schieber 11, und 13 ist eine Leitung, durch die die Flüssigkeit aus dem Zylinder 4 durch Vermittlung des Schieberkanals 15 (Fig. 2) in das Innere des Schwimmkörpers oder in einen besonderen Behälter übertreten kann. Der Regelungsschieber 11 steht mittelbar auch unter dem Einfluß des Kolbens 5, der einen als Stütze des inneren Endes der Hydrostatfeder 3 dienenden Bügel 14 trägt. Die Spannung der Feder 3 ist somit von der Stellung des Kolbens 5 derart abhängig, daß eine Verschiebung des Kolbens ohne entsprechende Änderung des äußeren Wasserdruckes eine Verschiebung des Schiebers 11 von wirksamer zu unwirksamer Lage verursacht. In letzterer befindet sich der Schieberkanal 15 in einer Mittellage zwischen den Öffnungen der Leitungen 12, 13 im Schiebergehäuse (Fig. 2).

Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung ist folgende, wobei angenommen wird, daß der Körper sich im Gleichgewicht in einer gewissen Höhenlage befindet. Der Zylinder 4 ist dann mit Flüssigkeit teilweise gefüllt und hält die Membran 8 so weit nach außen gedrückt, daß das spezifische Gewicht des Schwimmkörpers dem spezifischen Gewicht des umgebenden Wassers genau entspricht. Die Membran 2 nimmt eine Mittellage und der Regelungsschieber 11 eine unwirksame Lage ein, wie in Fig. ι und 2 dargestellt. Wird nun der Körper durch äußere Einwirkung abwärts bewegt, so vergrößert sich der Wasserdruck auf die Membran 2, diese wird eingedrückt und verschiebt den Regelungsschieber 11 nach rechts, wodurch die Verbindung zwischen dem Behälter 10 und dem Zylinder 4 durch die Leitung 12, den Kanal 15 und die Leitung 9 hergestellt wird. Der Kolben 5 wird hierdurch nach links verschoben und die Membran 8 auswärts gedrückt, so daß das spezifische Gewicht des Schwimmkörpers vermindert wird. Gleichzeitig wird die Hydrostatfeder 3 durch die Verschiebung des Bügels 14 gespannt, so daß sie bestrebt ist, die Membran 2 in ihre Mittellage und damit auch den Regelungsschieber 11 in seine unwirksame Lage zurückzuführen. Wenn die Abwärtsbewegung des Körpers 1 nicht allzu schnell vor sich geht, geschieht die Verminderung des spezifischen Gewichts in einem bestimmten Verhältnis zur Veränderung der Höhenlage, indem der Regelungsschieber11 durch das Zusammenwirken zwischen der Membran 2 und dem Kolben 5 in einer Lage gehalten wird, in der der Kanal 15 nur wenig offen steht und der Kolben 5 stets bestrebt ist, die Verbindung zwischen dem Belälter 10 und dem. Zylinder 4 durch den Kanal

15 vollständig zu unterbrechen, während der Hydrostat je nach der Vergrößerung des äußeren Wasserdrucks bestrebt ist, diese Verbindung herzustellen. Je . tiefer der Körper ι durch äußere Einwirkung sinkt, desto mehr wird sein spezifisches Gewicht vermindert, und desto größeren Widerstand setzt er der Tauchbewegung innerhalb der gegebenen Regelungsmöglichkeiten entgegen. In ähnlicher Weise tritt

ίο bei einer durch äußere Einwirkung hervorgerufenen Steigung des Körpers ι eine Vergrößerung seines spezifischen Gewichts ein, indem die Hydrostatmembran 2 bei vermindertem äußeren Wasserdruck durch die Feder 3 auswärts gedrückt wird und den Schieber 11 nach links verschiebt, wodurch der Zylinder 4 mit der Auslaßleitung 13 durch den Kanal 15 in Verbindung gesetzt wird. Der auf die Membran 8 wirkende äußere Wasserdruck drückt hierbei den Kolben 5 zurück, je nachdem die Flüssigkeit durch den Schieberkanal 15 und die Leitung 13 abfließt. Gleichzeitig mit der zurückgehenden Bewegung des Kolbens 5 wird die Spannung der Feder 3 vermindert, wodurch die Verbindung zwischen dem Zylinder 4 und der Auslaßleitung 13 beim Übergang des Schiebers 11 in die Mittellage abgesperrt wird. Es ist klar, daß der im Gleichgewicht befindliche Schwimmkörper sich jeder durch äußere Einwirkung verursachten Verschiebung in senkrechter Richtung mit einer der Verschiebung entsprechend vergrößerten Kraft widersetzt. Falls die äußere Kraft nach Herbeiführung einer gewissen Verschiebung aufhört, besitzt der Schwimmkörper noch eine positive oder negative Schwimmkraft, die bestrebt ist, den Körper in die ursprüngliche Gleichgewichtslage zurückzuführen, wobei die Bewegung durch den Wasserwiderstand stark gedämpft wird. Gleich-

zeitig tritt hierbei eine ununterbrochene Änderung des spezifischen Gewichts des Schwimmkörpers ein. Besitzt der Körper beim Erreichen der Gleichgewichtslage noch eine gewisse lebendige Kraft, so setzt er freilich seine Bewegung über diese Lage hinaus fort, die Änderung des spezifischen Gewichts hält aber auch ununterbrochen an, so daß hierdurch der Bewegung entgegengewirkt wird. Beim Zurückgehen des Körpers wird der Regelungsschieber 11 unmittelbar umgestellt, wodurch die Änderung des spezifischen Gewichts auf das zur Herbeiführung des Zurückgehens erforderliche Maß begrenzt wird, während, dem Schwimmkörper keine positive Bewegüngskraft zugeführt wird, die eine pendelnde Bewegung unterhalten könnte. Aus diesem Grunde hört eine etwaige Pendelung des Körpers schnell auf.

Verschiebungen außer der Gleichgewichtslage in oben beschriebener Weise können durch zufällige Strömungen im Wasser verursacht werden. Tritt dagegen in einem Falle eine Änderung des spezifischen Gewichts des den Schwimmkörper umgebenden Wassers ein, so erhält der Körper eine positive oder negative Schwimmkraft, die das Steigen oder Sinken des Körpers verursacht, wobei das spezifische Gewicht des Körpers in der beschriebenen Weise allmählich vergrößert oder vermindert wird, bis es dem spezifischen Gewicht des umgebenden Wassers gleich wird. Dann bleibt der Körper in einer neuen Gleichgewichtslage stehen.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform wird ein Hydrostat benutzt, dessen Ausschlag in bekannter Weise innerhalb des ganzen Gebietes der Höhenregelung des Schwimmkörpers vermehrt wird. Die Verbindung zwischen dem Hydrostaten 2 und dem die Membran 8 belastenden Kolben 5 zur Umstellung des Regelungsschiebers 11 wird hierbei durch eine sogenannte Dreipunktsregelung bewirkt, indem mit dem Schieber ein Doppelhebel 16 verbunden ist, dessen eines Ende mit dem Hydrostaten 2 und dessen anderes Ende mit der Kolbenstange 17 verbunden ist. Beim Sinken des Schwimmkörpers wird der Ausschlag des Hydrostaten vergrößert, wobei der Schieber n so weit verschoben wird, bis die Verbindung zwischen dem Druckbehälter 10 und dem Zylinder 4 durch die Leitung 12, den Schieberkanal und die Leitung 9 herbeigeführt ist. Der Kolben 5 wird hierdurch nach unten go verschoben und drückt die Membran 8 auswärts, so daß das spezifische Gewicht des Schwimmkörpers vermindert wird. Gleichzeitig bewegt der Kolben 5 den Schieber 11 durch den Hebel 16 und sucht ihn in seine unwirksame Lage zurückzuführen. Wenn dagegen der Schwimmkörper steigt, wird der Hydrostat 2 zusammengezogen und zieht den Schieber 11 abwärts, wodurch die Verbindung zwischen dem Zylinder 4 und der Auslaßleitung 13 hergestellt wird. Der äußere Wasserdruck drückt dabei die Membran 8 nach innen, je nachdem die Flüssigkeit aus dem Zylinder 4 ausströmt, und gleichzeitig wird der Schieber 11 durch die Kolbenstange 17 und den Hebel 16 in Richtung gegen seine unwirksame Lage bewegt. Im übrigen ist die Wirkungsweise im wesentlichen dieselbe wie bei der Ausführungsform nach Fig. i.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Einrichtung wird ein verstellbarer elektrischer Serienmotor zur Änderung des spezifischen Gewichts des Schwimmkörpers benutzt. Die Membran 8 ist mit einer Schraubenspindel 18 versehen, auf der eine als Schraubenrad ausgebildete Mutter 19 sitzt, in die eine mittelbar oder unmittelbar von dem Serienmotor 21 angetriebene Schnecke 20 eingreift. Die Batterie 22 ist durch einen Pol mit der einen Bürste des Motors 21 verbunden, während der andere Pol mit einem Kontaktarm 23 verbunden ist, der in der einen oder anderen Richtung vom Hydrostaten 2

durch ein Zahngetriebe o. dgl. gedreht werden kann. Die andere Bürste des Motors 21 ist an die Mitte 24 der Feldwicklung _v angeschlossen, während die äußeren Klemmen 25, 26 der Feldwicklung mit je einem Kontakt 27, 28 verbunden sind, die an einer drehbaren Scheibe 29 sitzen und mit.dem Kontaktarm 23 zusammenwirken. Die Drehung der Scheibe 29 wird durch eine das spezifische Gewicht des Körpers ändernde Vorrichtung bewirkt, die z. B. mit der Schraubenspindel 18 durch Gelenkstange 30 und Winkelhebel 31 verbunden ist.

Die Wirkungsweise ist folgende: Beim Gleichgewicht des Schwimmkörpers ist die Lage der Membran 8 derart, daß das spezifische Gewicht des Körpers dem spezifischen Gewicht des umgebenden Wassers genau gleich ist. Die Kontaktscheibe 29 wird in einer entsprechenden Lage und der Kontaktarm 23 in unwirksamer Lage zwischen den beiden Kontakten 27, 28 gehalten. Sinkt der Körper, so wird der Hydrostat 2 eingedrückt und bringt den Kontaktarm 23 in Berührung mit dem Kontakt 27. Hierdurch wird der Motor 21 in solcher Richtung gedreht, daß die Membran 8 nach außen gedrückt und das spezifische Gewicht des Körpers vermindert wird, wodurch eine der Bewegung entgegengesetzte Kraft entsteht. Gleichzeitig wird die Scheibe 29 durch die Bewegung der Spindel 18 gedreht, so daß der Stromkreis unterbrochen wird, sobald die abwärtsgehende Bewegung des Schwimmkörpers und demzufolge die Bewegung des Hydrostaten nach innen aufhört. Steigt dagegen der Schwimmkörper, so zieht sich der Hydrostat 2 zusammen und bringt den Kontaktarm 23 in Berührung mit dem Kontakt 28. Hierdurch wird der Motor 21 in entgegengesetzter Richtung gedreht, die Membran 8 nach innen gezogen und das spezifische Gewicht des Körpers vergrößert, wodurch der Bewegung entgegengewirkt wird. Gleichzeitig wird die Scheibe 29 in derselben Richtung wie der Kontaktarm 23 gedreht, so daß die Berührung zwischen dem Kontakt .28 und dem Arm 23 aufhört, sobald der Körper stehenbleibt und die Bewegung des Hydrostaten demzufolge aufhört. War die Bewegungsursache eine zufällige, z. B. eine Strömung im Wasser, so kehrt der Schwimmkörper nach einigen Pendelungen mit abnehmenden Schwingungen in die ursprüngliche Gleichgewichtslage zurück; war sie dagegen eine konstante, z. B. eine Änderung des spezifischen Gewichts des Wassers, so bleibt der Körper in seiner neuen Lage im Gleichgewicht, wie dies bei der Ausführungsform nach Fig. ι der Fall war.

Der in Fig. 5 dargestellte Schwimmkörper unterscheidet sich von dem in Fig. 3 dargestellten noch dadurch, daß der Druck im Behälter 10 durch einen von einem Federmotor 32 bewegten Kolben 33 an Stelle von Druckgas S hergestellt wird. Der Federmotor 32, der durch j eine auf den Vierkant 34 zu setzende Kurbel aufgezogen werden kann, steht durch eine Übertragung mit einer zu einem Zahnrad ausgebildeten Mutter 35 in Verbindung, die auf der Schraubenspindel 36 des Kolbens 33 sitzt und den Kolben 33 je nach dem Verbrauch der Flüssigkeit bewegt. Die Anordnung und Wirkungsweise dieser Regelungsvorrichtung sind der Ausführungsform nach Fig. 3 entsprechend. Die Erfindung ist auf die dargestellten Ausführungsformen nicht beschränkt, da diese in verschiedener Weise abgeändert werden können. So z. B. kann die Membran 8 zur Änderung des spezifischen Gewichts des Schwimmkörpers durch einen Kolben, einen mit dem äußeren Wasser verbundenen Behälter oder eine gleichwertige Vorrichtung ersetzt werden. Der Regelungsschieber nach Fig. 1 kann durch einen Dreiweghahn und nach Fig. 3 und 5 durch zwei übereinander angebrachte Schieber oder durch einen Dreiweghahn mit drehbarem Gehäuse ersetzt werden, wobei der Hydrostat in den beiden letzterwähnten Fällen den einen Teil zum öffnen der Verbindung zu oder von dem Arbeitskolben bewegt, während der andere Teil von der das spezifische Gewicht ändernden Vorrichtung bewegt wird und zur Unterbrechung der Verbindung dient. Obwohl eine Druckflüssigkeit als kraftübertragendes Mittel bei den Ausführungsformen nach Fig.. 1 und 3 unter anderem wegen der Leichtigkeit der Regelung vorzuziehen ist, kann auch Druckgas als Treibmittel zum Hervorbringen der erforderlichen Änderungen des spezifischen Gewichts in an sich bekannter Weise verwendet werden.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Unterwasserschwimmkörper mit selbsttätiger Regelung der Tiefenlage vermittels eines durch eine hydrostatische Vorrichtung geregelten, die Vorrichtung für die Volumenänderung beeinflussenden Kraftschalters, dadurch gekennzzeichnet, daß die Vorrichtung (8) für die Volumenänderung bei ihrer Bewegung in der einen oder anderen Richtung die hydrostatische Vorrichtung (2, 3) verschiebt und damit den Krafteinschalter (11) zunächst in die unwirksame Lage zurückführt, die dann in eine auf Gegenbewegung wirkende Lage geändert wird, wenn sich die hydrostatische Vorrichtung bei Ausführung der regelnden Bewegung des Unterwasser-Schwimmkörpers wieder verstellt.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.