DE3433397A1

DE3433397A1 - Einrichtung zur verminderung der schwingungen von sehrohren und aehnlichen vorrichtungen

Info

Publication number: DE3433397A1
Application number: DE19843433397
Authority: DE
Inventors: Reiner 2300 Kiel Jannusch; Eike Prof. Dr.-Ing. 2400 Lübeck Lehmann
Original assignee: Howaldtswerke Deutsche Werft GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Marine Systems GmbH
Priority date: 1984-09-12
Filing date: 1984-09-12
Publication date: 1986-03-20
Also published as: EP0177745A2; DE3577425D1; EP0177745B1; AU578366B2; AU5833986A; EP0177745A3; DE3433397C2; US4640216A

Description

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HOWALDTSWERKE-DEUTSCHE WEf(FT-AKrIfNGES-ELLSCHAkT HAMBURG UNO KIEL

Einrichtung zur Verminderung der Schwingungen von Sehrohren und ähnlichen Vorrichtungen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Verminderung der Schwingungen von Sehrohren und ähnlichen ausfahrbaren gegebenenfalls auch drehbaren Vorrichtungen, wie z.B. Geräteträgern und Antennen, bei Unterseebooten.

Werden Sehrohre oder ähnliche rohr- oder stangenförmige Vorrichtungen in ganz oder teilweise ausgefahrenem Zustand durch das Wasser bewegt, können an ihnen Schwingungen auftreten, die die Benutzung dieser Vorrichtungen erschweren oder sogar unmöglich machen. Eine der Ursachen für die Schwingungen ist in der Ablösung von Wirbeln zu sehen. Es kann sich unter bestimmten Bedingungen eine Kärmänsche Wirbelstraße bilden. Die Entstehung von Wirbeln hängt z.B. vom Durchmesser des Rohres, von der Anströmgeschwindigkeit und von der temperaturabhängigen Zähigkeit des Wassers ab. Außerdem kann die Wirbelbildung durch andere gleichzeitig ausgefahrene Geräte oder durch vom Turm des U-Bootes erzeugten Turbulenzen beeinflußt werden. Wenn die Frequenz der Wirbel sich bei zunehmender Wassergeschindigkeit beziehungsweise Fahrtgeschwindigkeit des Unterseebootes an die Eigenfrequenz des Sehrohres annähert, gerät das Sehrohr in Resonanzschwingungen, die auch bei weiterer Erhöhung der Geschwindigkeit noch andauern, so daß die Benutzung des Sehrohres über einen verhältnismäßig großen Geschwindigkeitsbereich, bei dem eine Beobachtung durch das Sehrohr erwünscht ist, beeinträchtigt wird.

Da sich die Wirbel abwechselnd an den beiden Seiten des Sehrohres ablösen, schwingt das Rohr stärker zu den

Seiten hin als in Fahrtrichtung. Bei einem Sehrohr, dessen ausgefahrene freie Länge etwa 4,20 m betrug, wurden bei einer bestimmten Geschwindigkeit seitliche Ausschläge von +_ 40 mm entsprechend einer Beschleunigung von 10 g und Ausschläge in Fahrtrichtung von etwa + 8 im beobachtet, wobei die Frequenz der Schwingungen etwa 7 bis 8 Hz betrug. Derartige Verbiegungen des Sehrohres beeinflussen dessen optisches System in nachteiliger Weise, so daß genaue Beobachtungen nicht mehr möglich sind.

Zur Dämpfung von Schwingungen an hohen, schlanken Bauwerken,wie ζ.Β Schornsteinen oder Masten,wurde bereits vorgeschlagen, ringförmige Dämpfermassen über federnde oder schwingungsdämpfende Elemente nahe dem oberen Ende dieser Bauwerke anzuordnen. Die bekannten Lösungen, bei denen die Schwingungen im wesentlichen durch Wind erregt werden, sind jedoch nicht ohne weiteres auf Sehrohre oder ähnliche Vorrichtungen an U-Booten übertragbar, bei denen die Schwingungen durch die Wasserströmung erzeugt werden und die besonderen Bedingungen auf einem Unterseeboot zu beachten sind.

Für einen ausfahrbaren Antennenträger eines U-Bootes wurde schon vorgeschlagen, den rohrförmigen Antennenträger mit einer ebenfalls ausfahrbaren Strömungsprofilverkleidung zu versehen. Da die eingefahrene Verkleidung eine feste Lagerung des Antennenträgers oben im Turm ausschließt, ist hier weiter vorgesehen, das obere Lager des Antennenträgers unterhalb der Verkleidung über eine Traverse mit einer festen Führung zu verbinden, an der entlang die Traverse beim Ausfahren nach oben verschoben wird. Obwohl die Strömungsprofilverkleidung die Wirbelbildung günstig beeinflussen kann, lassen sich Schwingungen nicht für alle in der

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Praxis auftretenden Bedingungen vermeiden. Nachteilig ist bei dieser Lösung der Aufwand für das Ausfahren von Antennenträgern und Verkleidung., die geringere Steifigkeit des an der Traverse befindlichen oberen Lagers und die sich aus der zusätzlichen Verkleidung ergebende Erhöhung des Schwerpunktes der gesamten Einrichtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, mit der bei einem Sehrohr oder einer ähnlichen aus einem Unterseeboot ausfahrbaren Vorrichtung auftretende Schwingungen weitgehend verhindert werden, wobei die Einrichtung einfach ausgebildet, direkt am Sehrohr angeordnet und gegebenenfalls auch noch nachträglich anbringbar sein soll und die die Drehbarkeit des Rohres so- wie das Ein- und Ausfahren desselben nicht behindern darf.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird an dem Sehrohr beziehungsweise an einer ähnlichen Vorrichtung eine Dämpfungsein-. richtung angeordnet, die eine in schwingungsdämpfender Weise bewegliche Dämpfungsmasse enthält, welche wenig-. stens einen Teil der Schwingungsausschläge, die insbesondere bei der niedrigsten Eigenfrequenz des Rohres unangenehm werden, in einem ausreichend breiten Frequenzbereich absorbiert. Die auch als Schwingungstilger zu bezeichnende Dämpfungseinrichtung ist entsprechend den besonderen Verhältnisses an einem Sehrohr von U-Booten ausgebildet und angeordnet. Vorzugsweise wird die Dämpfungseinrichtung am oberen Ende des Sehrohres angebracht. Optimal ist eine Anordnung oben auf dem Kopf des Sehrohres, gegebenenfalls unter Einbeziehung von dort befindlichen Einrichtungen wie z.B. einer Antenne, deren Masse in diesem Fall als Teil der Dämpfungsmasse wirksam werden kann. Auch eine Anordnung im Kopf des Sehrohres oder unmittelbar darunter innerhalb des Rohres wäre als sehr günstig anzusehen, Derartige Anordnungen

erfordern jedoch erhebliche konstruktive Änderungen am Sehrohr. Zur Verwendung bei Sehrohren üblicher Konstruktion wird daher die Anbringung einer schwingungsfähig gelagerten, ringförmigen, teilbaren Dämpfungsmasse unterhalb des Kopfes des Sehrohres vorgesehen. Die Dämpfungsmasse umgibt das Sehrohr und ist an einem oder mehreren Befestigungsringen schwingungsdämpfend elastisch gelagert, wobei die Befestigungsringe durch Klemmung oder in anderer geeigneter Weise an dem Rohr angebracht sind.

Die Dämpfungsmasse wird über Federn z.B. über federnde Elemente aus Gummi oder ähnlichem elastischen Material in hängender oder stehender Anordnung mit einem Befestigungsring verbunden oder zwischen zwei Befestigungsringen eingespannt. Zur Dämpfung der Schwingungen der Dämpfungsmasse relativ zum Rohr können geeignete federnde Elemente, in denen ausreichende Dämpfungseigenschaften integriert sind, oder zusätzliche Reibungsdämpfer oder eine hydraulische Dämpfung vorgesehen werden.

Die Masse der gedämpft schwingungsfähigen Dämpfungsmasse beträgt 0,5 bis 10%, vorzugsweise 1 bis 5% der Masse des ausgefahrenen Teils des Sehrohres oberhalb dessen oberen Lagers. Eine Dämpfungsmasse von 3% oder weniger wird als

• · besonders vorteilhaft insbesondere bezüglich der Anordnungsverhältnisse angesehen. Eine Dämpfung von 0,1 bis 0,3 vorzugsweise von etwa 0,2 der kritischen Dämpfung, bei der beispielsweise mittels einer festen Zusatzmasse die . Schwingung des Rohres bei der !.Eigenfrequenz zu 100% gedämpft wird, wird angestrebt, um die Dämpfung über einem Frequenzbereich zu optimieren, der auch durch die Dämpfungeinrichtung hervorgerufene weitere Resonanzfrequenzen in der Nähe der ursprünglichen Eigenfrequenz umfaßt.

Die äußeren Abmessungen der Dämpfungseinrichtung werden so gewählt, daß die Einrichtung durch das oberste, am Aufbau des U-Bootes befindliche Lager hindurchgezogen werden kann. Es wird daher auch eine nur" verhältnismäßig kleine radiale Relativbewegung zwischen der Dämpfungsmasse und dem Rohr angestrebt. Zur Begrenzung dieser Relativbewegungen, insbesondere wenn sie nicht durch Schwingungen, sondern durch andere Kräfte hervorgerufen werden, sind einfache Anschlagpuffer zwischen Rohr und Dämpfungsmasse vorzusehen, die eine Beschädigung des Rohres durch die Dämpfungsmasse verhindern, den Durchmesser der Einrichtung aber nicht vergrößern. Bei bevorzugten Ausführungen der Dämpfungseinrichtung ist ferner eine äußere Form zu wählen, die nicht zu einem stärkeren Wasserauswurf hinter dem Sehrohr führt, wenn es durch die Wasseroberfläche während der Fahrt des U-Bootes ausgefahren wird. Ein äußerer Schutzmantel, der eine strömungsgünstige, den

Wasserauswurf gering haltende Form besitzen sollte, ist zweckmäßig, auch um die Einrichtung gegen Beschädigungen zu schützen. Der Schutzmantel kann als druckfestes Gehäuse ausgebildet sein und ein hydraulisches Dämpfungsmittel wie beispielsweise Siliconöl enthalten. In einer anderen, bevorzugten Ausführung ist der Schutzmantel mit öffnungen zum Eintritt und Austritt des Wassers versehen, wodurch sich wenigstens für die eingetauchte Dämpfungseinrichtung eine stärkere Dämpfung infolge des im Inneren vorhandenen Wassers ergibt.

Zur Verminderung des Strömungswiderstandes der Dämpfungseinrichtung und des Wasserauswurfs kann die Dämpfungsmasse in einer anderen bevorzugten Ausführung als drehbarer Strömungskörper ausgebildet sein, der sich unabhängig von der Drehung des Sehrohrs stets in Fahrtrichtung einstellt.

Weitere Einzelheiten sind in den Patentansprüchen ange-. geben und werden anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen, die Beispiele verschiedener Sehrohre zeigen, beschrieben. In diesen vereinfachten Zeichnungen ist eine Anzahl verschiedener Lösungsmöglichkeiten dargestellt. Die für einen einzelnen Anwendungsfall zweckmässige Ausführung einer Dämpfungseinrichtung ist unter Berücksichtigung des vorgesehenen Sehrohres o.a., der für notwendig gehaltenen Dämpfung und der Operationsbedingungen des Bootes usw. zu wählen, wobei auch Einzelheiten einer Ausführung bei einer anderen verwendet werden können.

Es zeigen:

Fig. 1 Eine Dämpfungseinrichtung an einem Sehrohr, wobei die Teile dieser Einrichtung vertikal

geschnitten sind, sowie das oberste Lager für

das ausgefahrene Sehrohr,

Fig. 2 einen horizontalen Schnitt durch einen Befestigungsring entsprechend II-II in Fig. 1, Fig. 3 eine andere Dämpfungseinrichtung, bei der zusätzliche Reibungsdämpfer verwendet werden, Fig. 4 die Anordnung eines Reibungsdämpfers gemäß

Einzelheit IV in Fig. 3,
Fig. 5 eine weitere Dämpfungseinrichtung mit einem Schutzmantel, der öffnungen für das Wasser aufweist,

Fig. 6 eine weitere Dämpfungseinrichtung mit einem

druckfesten Schutzmantel,
Fig. 7 eine weitere Dämpfungseinrichtung mit einem druckfesten Schutzmantel für die Aufnahme eines flüssigen Dämpfungsmittels und mit Bohrungen in der Dämpfungsmasse für die Beeinflussung des Durchflusses des Dämpfungsmittels, Fig. 8 eine weitere Dämpfungseinrichtung, die innerhalb des Rohres unter dem Kopf des Sehrohres angeordnet ist,

Fig. 9 eine weitere Dämpfungseinrichtung, bei der

die Dämpfungsmasse als um das Rohr drehbarer Strömungskörper ausgebildet ist,

Fig. 10 einen horizontalen Schnitt durch die Dämpfungsmasse entsprechend X-X in Fig. 9, Fig. 11 eine weitere Dämpfungseinrichtung, die oben

auf einem Sehrohr angeordnet ist, • Fig. 12 eine weitere Dämpfungseinrichtung, die unter einem oberen Zusatzgerät oben auf dem Sehrohr angeordnet ist,

Fig. 13 eine weitere Dämpfungseinrichtung mit Metallfedern,

Fig. 14 ein Diagramm mit zwei Kurven, die das frequenzabhängige Schwingungsverhalten eines Sehrohres mit und ohne Dämpfungseinrichtung zeigen.

In allen Zeichnungen werden nachstehende Bezugziffern für die Teile gleicher Funktion benutzt, auch wenn die äußere Form der Teile unterschiedlich ist: 1 = Kopf des Sehrohrs, 2 = Rohr des Sehrohrs, 3 = Dämpfungsmasse, 4 = unterer Befestigungsring, 5 = oberer Befestigungsring, 6 = federnde Elemente, 7 = Schutzmantel, 10 = Dämpf ungseinr.ichtung insgesamt. Soweit es zweckmäßig schien, wurden diese Teile durch zusätzliche kleine Buchstaben unterschieden.

Fig. 1 zeigt eine übliche Sehrohreinrichtung, an der eine "erfindungsgemäße Dämpfungseinrichtung 10 angebracht ist. Das Sehrohr besteht aus dem Kopf 1, einem hohlzylindrischen Rohr 2, das beispielsweise 4,20 m lang sein kann und_s im wesentlichen einen Durchmesser von etwa 18O mm hat, einem unteren Teil 12 mit größerem Durchmesser, der bei ausgefahrenem Sehrohr in einem oberen Lager 11 drehbar gelagert ist, das sich dicht unter der oberen Fläche 13 des Aufbaus oder Turms befindet. Der .untere Teil 12 kann in mehreren weiteren Lagern geführt sein, die nicht dargestellt sind. In eingefahrenem Zustand ist der Kopf 1 bis unter die Fläche 13 durch das Lager 11 hindurch zurückgezogen.

Bei der Ausführung nach Fig. 1 wird die-Dämpfungseinrichtung 10 möglichst dicht unter dem Kopf 1 an dem Rohr 2 angebracht. Zwischen einem unteren und einem oberen Befestigungsring 4,5 ist die ringförmige Dämpfungsmasse 3 mit Zwischenräumen oder Spalten mittels federnder Elemente 6 so eingespannt, daß sie in einer Ebene rechtwinklig zur Achse A-A des Rohres 2 nach jeder Richtung hin schwingen kann. Die federnden Elemente 6 lassen eine begrenzte Bewegung der Dämpfungsmasse 3 zu, dämpfen diese Bewegung aber zugleich. Die federnden Elemente 6 können aus natürlichem oder künst-

lichera Gummi mit einer hohen inneren Reibung bei Verformung bestehen. Die Elemente 6 werden in Vertiefungen in den Befestigungsringen 4,5 und in der Dämpfungsmasse 6 durch Einkleben oder Einpressen oder in ähnlieher Weise befestigt. Vorzugsweise werden wenigstens vier Elemente 6 von kreisförmigem Querschnitt jeweils zwischen einem Befestigungsring und der Dämpfungsmasse eingesetzt, wobei sie sich etwa parallel zur Achse A-A des Rohres 2 erstrecken.

Die Dämpfungsmasse 6 und die Befestigungsringe 4,5 sind zweiteilig, so daß sie jederzeit an einem Rohr 2 angebracht beziehungsweise von ihm z.B. zum Zwecke der Wartung gelöst werden können. Fig. 2 zeigt einen horizontalen Schnitt durch die beiden Hälften eines Befestigungsrings 4, der durch Schrauben 14 zusammengehalten und an dem Rohr 2 festgeklemmt wird.

In Fig. 1 ist unterhalb des Lagers 11 eine schockfeste Abstützung 15 vorgesehen, an der die Dämpfungseinrichtung 10 oder wenigstens die Dämpfungsmasse 3 bei eingefahrenem Sehrohr anliegen. Die Abstützung 15 kann aus einem elastischen, dämpfenden Material bestehen oder aus einer nicht dargestellten Einrichtung, die an die Dämpfungseinrichtung herangeschwenkt werden kann.

Das Einfahren des Sehrohres bis unter die obere Fläche 13 des Turms bedingt, daß die äußeren Abmessungen der Dämpfungseinrichtung 10 möglichst bei jeder Winkelstellung des Rohres nicht größer sind als der Innendurchmesser des Lagers 11.

Bei der Ausführung nach Fig. 3 ist die Dämpfungsmasse auf einem Befestigungsring 4 stehend angeordnet, wobei die Dämpfungsmasse 3a auch den sich kegelförmig erwei-

ternden oberen Teil des Rohres 2 teilweise umgibt. Zusätzlich zu den federnden Elementen 6 sind Reibungsdämpfer 31 verwendet, die in Fig. 4 vergrößert dargestellt sind. Auf dem Befestigungsring befindet sich ein Reibungsbelag 42 z.B. Polytetrafluoräthylen (Teflon). An diesen wird ein Reibschuh 43 durch einen Bolzen 44 mittels einer Druckfeder 45 angedrückt, die in einer Ausnehmung 46 untergebracht ist, welche durch eine Platte 47 abgeschlossen wird. Der Bolzen 44 wird in der Ausnehmung 46 und in einer Bohrung der Platte 47 geführt. Die Federelemente 6 sind bei dieser Ausführung auf Zug belastet und ziehen die Dämpfungsmasse 3a an den Befestigungsring 4. Die Reibungsdämpfer 31 dämpfen nicht nur die Bewegungen der Masse 3a, sondern tragen auch dazu bei, daß sich die Dämpfungsmasse 3a im wesentlichen nur radial verschieben kann. Zur Vermeidung eines direkten Kontaktes zwischen Masse 3a und Rohr 2 können als Anschlagpuffer 49 Plättchen aus Gummi oder Leder vorgesehen werden.

Anstelle der durch die Federn angedrückten Reibungsdämpfer können auch nicht dargestellte permanente oder einstellbare Magnete verwendet werden, die eine Dämpfung der Bewegung zwischen der Dämpfungsmasse 3 und dem Ring bewirken.

In der Ausführung gemäß Fig. 5 ist die Dämpfungseinrichtung 10 mit einem rotationssymetrischen, teilbaren Schutzmantel 7 versehen. In dem Schutzmantel 7 befindet sich eine Anzahl von Öffnungen 51,52, durch die Wasser in den vom Schutzmantel 7 umschlossenen Raum ein- oder ausströmen kann. Der Schutzmantel 7 braucht daher nicht druckfest ausgeführt zu sein. Bei dieser Ausführung ergibt sich, daß das im Innenraum befindliche Wasser eine zusätzliche Dämpfung ausüben kann, so daß die Schwingungen des Sehrohres beim Ausfahren, also am Beginn einer Beobachtung durch das Sehrohr, besonders klein sind. Es ist möglich, die unteren Öffnungen 51

durch nicht dargestellte Absperreinrichtungen verschließbar zu machen, so daß die Einrichtung je nach dem Grad der Füllung mit Wasser mit einer verschiedenen Dämpfungscharakteristik betrieben werden kann. Im gefüllten beziehungsweise getauchten Zustand ergibt sich eine hohe Dämpfung bei kleiner Eigenfrequenz, im entleerten beziehungsweise aufgetauchten Zustand dagegen eine kleinere Dämpfung bei höherer Eigenfrequenz der Dämpfungseinrichtung 10.

Fig. 6 zeigt eine andere Bauform eines Sehrohres, bei dem unter anderem über dem Kopf 1 noch ein Zusatzgerät 60, beispielsweise eine Antenne,angeordnet ist, und bei dem der Durchmesser des Rohres 2 nach oben kleiner wird.

Bei dieser Ausführung ist eine an einem Befestigungsring 5 hängende Dämpfungsmasse 3b dargestellt. Die Dämpfungseinrichtung 10 ist von einem Schutzmantel 7b umgeben , dessen äußere Form sowohl an das Sehrohr anzupassen ist, als auch hinsichtlich des Wasserauswurfs beim Ausfahren und bei Fahrt mit ausgefahrenem Sehrohr strömungsgünstig für alle vorkommenden Winkelstellungen des Rohres ausgebildet sein soll.

Der Schutzmantel 7b kann ein Gehäuse bilden, das auch noch bei der größten Tauchtiefe des U-Bootes druckfest ist. Das Gehäuse kann mit Öl oder einer anderen hydraulischen Dämpfungsflüssigkeit gefüllt sein. Siliconöl wird bevorzugt. Der Durchmesser des Schutzmantels 7b ist kleiner als der Durchmesser des unteren Teiles 12 des Rohres, so daß auch bei dieser Ausführung der Kopf 1 bis durch das hier nicht gezeigte obere Lager eingefahren werden kann.

Auch bei der in Fig. 7 gezeigten Ausführung bildet der - Schutzmantel 7c ein druckfestes Gehäuse, das mit Siliconöl gefüllt ist. Zur Beeinflussung der Dämpfung durch die

Flüssigkeit ist die Dämpfungsmasse 3c mit etwa radial verlaufenden Bohrungen 71 versehen. Die Form und Größe der Bohrungen 71 sowie der vorhandenen Zwischenräume und Spalte, die die Dämpfüngsmasse 3c umgeben, bestimmen das Ausmaß der Dämpfung.

Fig. 8 zeigt eine Einrichtung, bei der die Dämpfungsmasse 3 innerhalb des Rohres 2 angeordnet ist. In diesem Falle ist eine Einspannung zwischen einem oberen und einem unteren Befestigungsring 4,5 zweckmäßig, da der Raum im Rohr 2 nicht ausreichend ist, um größere Bewegungen der Masse 3 zuzulassen. Diese Ausführungsform wäre vorteilhaft, da sie keine Änderungen an der äußeren Form des Sehrohres erfordert, die bezüglich des Wasserauswurfs optimiert wurde. Die im Sehrohr vorhandenen optischen und sonstigen Einrichtungen lassen jedoch die Anordnung einer Dämpfungsmasse im Innern des Rohres nicht ohne weiteres zu.

In Fig. 9 und 10 ist eine als Strömungsprofil ausgebildete, drehbar am Rohr 2 angeordnete Dämpfungsmasse 3d dargestellt. Die Masse 3d ist mittels Kugellagern 91,92 auf einem Befestigungsring Ud gelagert. Sie wird durch federnde Elemente 6d auf einem mit dem einten Kugellager 91 verbundenen Ring 94 radial beweglich abgestützt und wird durch die Elemente 6d zentriert. Ein Reibring 93 wird durch Federn 95 gegen das "andere Kugellager 92 gedrückt. Damit sind gedämpfte radiale Bewegungen der Dämpfungsmasse 3d möglich, ohne daß die Drehbarkeit um das Rohr 2 behindert wird. Fig. 10 zeigt, daß auch in diesem Fall die Dämpfungsmasse 3b zweiteilig ist und daß der Dämpfungsmasse 3d ein strömungsgünstiger horizontaler Querschnitt gegeben werden kann, bei dem sie sich, wenigstens solange sie ganz oder teilweise im Wasser ist, in der durch den Pfeil B angegebenen

Fahrtrichtung einstellt. Auch dieser Querschnitt muß so bemessen sein, daß er durch das obere Lager einziehbar ist.

In einer weiteren nicht dargestellten Ausführung kann eine drehbare Dämpfungseinrichtung gemäß Fig. 9 und auch auf dem Rohr höhenverschiebbar angeordnet sein, so daß es möglich ist, sie stets in der Höhe der Wasseroberfläche zu halten und so den Wasserauswurf des Rohres durch das sich in Fahrtrichtung einstellende Strömungsprofil der Dämpfungsmasse 3d sehr klein zu halten.

Bei der Ausführung nach Fig. 11 ist die Dämpfungseinrichtung 10 auf dem Kopf eines Sehrohres angeordnet.

Ein als Ring oder Platte 4e ausgebildetes Befestigungselement trägt an federnden Elementen 6 die Dämpfungsmasse 3e. Auch hier ist ein Schutzmantel 7e zweckmäßig, der mit Öffnungen für den Durchlaß von Wasser versehen sein kann oder der druckfest ausgeführt ist und in seinem Innenraum eine dämpfende Flüssigkeit enthält.

Die Ausführung gemäß Fig. 12 ist für ein Sehrohr vorgesehen, auf dessen Kopf 1 ein Zusatzgerät 60 z.B.

eine Radarwarnantenne angeordnet ist. Auf dem Kopf 1 wird ein Befestigungsring 4f angebracht, der mittels federnder Elemente 6 eine Dämpfungsmasse 3f trägt, auf der das Zusatzgerät 60 befestigt wird. Das Zusatzgerät 60 kann sich somit mit der Dämpfungsmasse 3f bewegen und bildet einen Teil der für die Dämpfung der Schwingungen des Sehrohres wirksamen Masse, so daß die Dämpfungsmasse 3f selbst entsprechend kleiner ausgeführt werden kann. Auch bei dieser Ausführung kann ein Schutz-

— mantel 7f vorgesehen sein, der den Zwischenraum zwischen der Dämpfungsmasse 7f und dem Befestigungsring 4f nach

ein außen abschließt. Es ist jedoch'balgartiger, flexibler Schützmantel 7f erforderlich, der schwingende Bewegungen der Dämpfungsmasse 3f nicht ausschließt, aber gegebenenfalls selbst noch zur Dämpfung der Schwingungen beitragen kann.

Alle im Zusammenhang mit einer Dämpfungseinrichtung 10 verwendeten Werkstoffe müssen korrosionsbeständig und seewasserfest sein. Für die Dämpfungsmasse 3 wird ein schweres Metall, wie z.B. eine Bleilegierung, bevorzugt, jedoch kommen auch geeignete seewasserfeste und nicht rostende Stähle sowie Sondermetalle, wie Bronze und ähnlich, infrage.

In Fig. 13 sind als federnde Elemente zwischen der Därapfungsmasse 3g und dem Sehrohr 2 Spiralfedern 6g aus Metall dargestellt, deren Achsen in einer Ebene lie-" gen, die rechtwinklig zur Achse A-A des Sehrohres 2 ist. Es sind vier um 90° versetzte, gerade Federn 6gangedeutet, die einerseits an einer Platte 100 an der Innenseite der Dämpfungsmasse 3g und andererseits an einer weiteren Platte 101 anliegen, die an einem rohrförmigen mittleren Teil 104 des Befestigungsrings 4g angebracht sind und deren Enden mittels Schrauben 102 und Befestigungsplatten 103 an einer der Platten 100,101 gehalten werden. Bei radialen Bewegungen der Dämpfungsmasse 3g werden die Federn 6g aus ihrer neutralen Stellung aüsgelenkt und wechselweise auf Zug und Druck beansprucht, wobei auch Verformungen des kreisförmigen Federcfuer-Schnitts möglich sind, wenn die Bewegungsrichtung etwa quer zur Achse einer Feder liegt.

Obwohl vier gerade Spiralfedern ausreichend sind, in jeder Richtung auftretende Schwingungen zu dämpfen, -können auch mehr Federn verwendet werden. In einer

nicht dargestellten Ausführung kann auch eine Spiralfeder ringförmig zwischen dem mittleren Teil 104 des Befestigungsrings 4g und der ringförmigen Dämpfungsmasse ' 3g eingesetzt werden.
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Die Federn 6g bestehen aus seewasserbeständigen, rostfreien Stahl. Für die in Fig. 13 gezeigte Dämpfungsanordnung· ist daher ein Schutzmantel nicht erforderlich, da auch alle anderen Teile aus seewasserbeständigem Material hergestellt werden.

Die Federn 6g können als Drahtseilfedern ausgebildet sein, die infolge der Reibung zwischen den einzelnen Drähten bereits eine gute Dämpfung der Schwingungen bewirken.

Eine Dämpfung kann auch oder zusätzlich dadurch erreicht werden, daß die Dämpfungsmasse 3g auf einem Reibbelag 106 aufliegt, der auf eine etwa horizontale Fläche des Befestigungsringes 4g aufgebracht ist. Ein weiterer Reibbelag 107 ist an einem losen oberen Ring 108 vorgesehen. Der Ring 108 wird durch Einstellschrauben 109 angedrückt, die im oberen Teil 105 des Befestigungsrings 4g angeordnet sind. Mit Hilfe der Schrauben 109 läßt sich die Reibung an den Reibbelägen 106,107 und damit auch die Dämpfung einstellen.

Auch die in Fig. 13 dargestellten ringförmigen Teile der Dämpfungseinrichtung 10 sind zweiteilig, wobei z.B.

der Befestigungsring 4g durch Schrauben 110 zusammengehalten und an das Sehrohr 2 festgeklemmt wird. Um den Ablauf von Wasser aus dem Raum zwischen der Dämpfungsmasse 3g und dem mittleren Teil 104 des Befestigungsringes 4g zu ermöglichen, können im Befestigungsring Bohrungen 111 vorgesehen sein.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Beispiele beschränkt. Es können nicht nur Einzelheiten der verschiedenen Ausführungen in anderer als der dargestellten Weise kombiniert werden, sondern es sind z.B. abweichende Anordnungen der federnden und dämpfenden Elemente möglich, die sich in den dargestellten Beispielen im wesentlichen parallel zur Achse des Sehrohres erstrecken, damit ein möglichst kleiner Durchmesser der Dämpfungseinrichtung erhalten werden kann. 10

In Fig. 14 sind zwei bei einem Test ermittelte Kurven dargestellt. Ein Sehrohr mit einer freien Länge von etwa 4,2 m oberhalb eines Lagers und mit einer Masse von etwa 260 kg auf dieser freien Länge wies eine Eigenfrequenz von etwa 8,8 Hz auf. An diesem Rohr wurde unterhalb des Kopfes ein Schwingungstilger in Form einer hohlzylindrischen Dämpfungsmasse von etwa 6,2 kg mit einer Eigenfrequenz von 8 Hz angebracht, der auf einem Befestigungsring auf vier Gummifedern von 15 mm Durchmesser (Gummihärte 55 shore) stand. Rechnerisch ergab sich eine Dämpfung von 0,168 der kritischen Dämpfung. Die Meßeinrichtung zeigte nicht den tatsächlichen Ausschlag oder einen ähnlichen Wert, sondern nur einen Faktor TRANS an. Ohne Dämpfung wurde, wie die Kurve C1 zeigt, dieser Faktor mit dem größten Wert 60 bei 8,8 Hz ermittelt, mit der angebauten Dämpfungsmasse ergab sich ein Faktor 3,5 bei 8.8 Hz, wobei allerdings bei den Frequenzen von 7,8 Hz und 9,7 Hz für den Faktor Werte bis etwa 6,5 auftraten, die hier etwas höher lagen als ohne Dämpfung wie Kurve C2 erkennen läßt. Wenn der Faktor TRANS r 60 einem ungedämpften maximalen Ausschlag von 40 mm entspricht, bewirkt die in diesem Test vorgenommene Dämpfung, daß der maximale Ausschlag auf etwa 4,5 mm reduziert werden kann. Dieser Test zeigte, daß mit verhältnismäßig geringem Aufwand eine erheb-

liehe Verbesserung des Schwingungsverhaltens von Sehrohren erzielbar ist. Die Testanordnung wird jedoch noch nicht als eine optimale Lösung angesehen, diese ist vielmehr erst im Rahmen der vorliegenden Erfindung durch weitere praktische Untersuchungen für bestimmte U-Boote, Fahrtbedingungen und Sehrohre zu ermitteln, wobei die Möglichkeiten der Hersteller und die Anforderungen der Benutzer aufeinander abzustimmen sind.

Claims

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Einrichtung zur Verminderung der Schwingungen von Sehrohren und ähnlichen Vorrichtungen

Patentansprüche

1. Einrichtung zur Verminderug der Schwingungen von Sehrohren und ähnlichen Vorrichtungen insbesondere bei Unterseebooten, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dämpfungseinrichtung (10) eine am oberen Ende des Sehrohres (1,2) o.a. angebrachte Dämpfungsmasse (3) umfaßt, die in einer rechtwinklig zur Sehrohrachse (A-A) befindlichen Ebene an federnden Elementen (6) schwingungsdämpfend beweglich angeordnet ist, wobei die äußeren Abmessungen der Einrichtung (10) bei jeder Winkelstellung des Sehrohres den Innendurchmesser des oberen Lagers (11) nicht überschreiten.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse der Dämpfungsmasse (3) 0,5% bis 10%, vorzugsweise 1% bis 3% der Masse des ausfahrbaren Teiles des Sehrohres (1,2) oberhalb des oberen Lagers (11) beträgt.

3· Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Dämpfung bewirkenden Elemente (6,42,45,71,106,107) so ausgebildet sind, daß die Dämpfung 0,1 bis 0,3 vorzugsweise etwa 0,2 der kritischen Dämpfung beträgt.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine ringförmige Dämpfungsmasse (3) um das Sehrohr (2) herum angeordnet ist und von wenigstens einem am Sehrohr (2) angebrachten Befestigungsring (4,5) gehalten wird, wobei alle das Sehrohr

(2) umgebenden Teile teilbar sind und die Befestigungsringe (4,5) durch Klemmung an dem Sehrohr (2) befestigt sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsmasse (3d) auf dem Befestigungsring (4d) drehbar gelagert ist und die äußere Form der Dämpfungsmasse (3d) ein für die Strömung günstiges Profil besitzt, so daß sich die Dämpfungsmasse als Strömungskörper unabhängig von der Winkelstellung des Sehrohres in eine Stellung drehen kann, die für die am Sehrohr vorbeifließenden Strömung günstig ist. (Fig. und 10)

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsmasse (3) und die Befestigungsringe (4,5) von einem in möglichst jeder Winkelstellung strömungsgünstigen Schutzmantel (7) umkleidet sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzmantel (7) druckfest ist und der Raum innerhalb des Schutzmantels (7), in dem die Dämpfungsmässe (3) beweglich gelagert ist, mit einem Öl, vorzugsweise mit Siliconöl, als dämpfender Flüssigkeit gefüllt ist. (Fig. 6)

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Dämpfungsmasse (3c) mit radialen Bohrungen (71) oder ähnlichen dämpfungswirksamen Öffnungen versehen ist. (Fig. 7)

9. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzmantel (7) mit Öffnungen (51,52) für den Ein- und Austritt von Seewasser versehen ist, die

vorzugsweise oberhalb und unterhalb des die Dämpfungsmasse (3) umgebenden Teils des Schutzmantels angeordnet sind. (Fig. 5)

10 Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsmasse (3) innerhalb des Sehrohres (2) angeordnet ist. (Fig. 8)

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsmasse (3e) auf dem Kopf (1) des Sehrohres angeordnet ist. (Fig. 11)

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsmasse (3f) auf dem Kopf (1) des Sehrohres unter einem oben befindlichen Zusatzaggregat

(60) angeordnet ist, wobei die Dämpfungsmasse mit dem Zusatzaggregat fest verbunden ist, so. daß das Zusatzaggregat einen Teil der Dämpfungsmasse bildet. (Fig. 12)

13· Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Elemente (6) Gummifedern sind oder aus einem gummiähnlichen Material bestehen.

1²*. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Elemente (6) Federn aus Metall sind, die vorzugsweise als Spiralfedern (6g) ausgebildet und in der Weise um das Rohr (2) herum angeordnet sind, daß sich die Mittelachsen der Spiralfedern in einer Ebene befinden, die rechtwinklig zur Achse (A-A) des Rohres (2) liegt. (Fig. 13)

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den federnden EIementen (6) Dämpfungsmittel zwischen der Dämpfungsmasse

(3) und wenigstens einem Befestigungsring (4,5) angeordnet sind.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Dämpfungsmittel ein Reibbelag (42,106,107)vorgesehen ist, an dem ein Teil der Dämpfungsmasse (3) angedrückt wird. (Fig. 4 und 13)

17· Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Dämpfungsmittel Magnete vorgesehen sind.

18. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhaltung der Parallelität der Achsen der Dämpfungsmasse (3) und des Rohres (2) federnde Elemente (6) und/oder gegebenenfalls mit Reibbelägen (106,107) versehene Flächen der Befestigungsringe (4,5) in den beiden achsialen Richtungen an der Dämpfungsmasse (3) angreifen.

19- Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nahe dem oberen Lager (11) für das ausgefahrene Rohr (2,12) eine schockfeste-Abstützung (15) angeordnet ist, an der die Dämpfungseinrichtung (10) bei eingefahrenem Rohr abstützbar ist.