DE4040863A1 - Verfahren zum auftrommeln eines schleppsonars und schleppsonarvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftrommeln eines Schleppsonars nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einer Schleppsonarvorrichtung zum Ausüben des Verfahrens.

Es sind Windeneinrichtungen für Schleppsonare bekannt, die auf dem Deck eines Wasserfahrzeugs angeordnet sind und eine Windentrommel mit horizontalliegender Drehachse aufweisen. Aufgrund des großen Gewichtes und des geringen zulässigen Krümmungsradiusses der Schleppsonare sind große und schwere Windenkonstruktionen erforderlich, um das gesamte Schleppsonar mit der notwendigen Decksfreiheit sicher und stabil zu lagern. Derartige Konstruktionen sind für kleine Wasserfahrzeuge ungeeignet, denn sie stellen zum einen eine große Gewichtsbelastung des Decks dar und haben zum anderen einen erheblichen Platzbedarf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum platzsparenden Auftrommeln eines Schleppsonars für kleine Wasserfahrzeuge anzugeben, mit dem eine Reduzierung der Decksbelastung erreicht wird.

Die Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Schleppsonare werden zur seismischen Vermessung des Meeresuntergrundes von Forschungsfahrzeugen, aber auch zur Ortung von Unterwasserfahrzeugen durch militärische Wasserfahrzeuge eingesetzt. Bei Durchmessern von einem bis zu mehreren Zoll kann die Länge dieser Antennen einige hundert Meter betragen. In ihrem Innern weisen die langgestreckten, kabelartigen Schleppsonare über die gesamte Länge verteilt elektro-akustische Wandler oder Hydrophone und Verstärker, aber auch Meßeinrichtungen zur Ortsbestimmung der Schleppsonarabschnitte sowie die erforderlichen Signal- und Versorgungsleitungen auf. Um Beschädigungen des inneren Aufbaus dieser Sonarantennen zu vermeiden, dürfen sie nur mit relativ großen Krümmungsradien aufgetrommelt werden, so daß die bislang üblichen Windenlösungen große Trommeldurchmesser und großen Decksabstand benötigen. Demgegenüber hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß mit vertikaler Drehachse parallel zum Deck beliebig große Windungen aufgetrommelt werden können und daß die erforderliche Trommel in einfacher Weise an Deck gelagert werden kann. Die Vermeidung aufwendiger Konstruktionen zum Aufstellen der Trommel sorgt darüber hinaus für eine erhebliche Verringerung des Belastungsgewichts für das Deck des Wasserfahrzeugs. Vorteilhaft ist auch, daß die Windeneinrichtung nicht unmittelbar am Heck montiert werden muß, sondern weiter mittschiffs angeordnet werden kann. Das Wasserfahrzeug erhält dadurch eine verbesserte Trimmlage.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ergibt sich auch aus Anspruch 2. Durch die Anordnung der Windentrommel um das Fundament von Aufbauten, z. B. eines Geschützes, wird eine besonders platzsparende Anordnung der Windentrommel erreicht. Durch verhältnismäßig große Radien der Windentrommel kann ihre Höhe begrenzt gehalten werden, so daß sich keine Einschränkung der Sicht bzw. des Schußbereichs des Geschützes ergibt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich auch durch Anspruch 5. Durch die Anordnung der flachbauenden Windentrommel unter Deck kann eine besonders geschützte Lagerung des Schleppsonars erreicht werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 6 bis 10.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 11 bis 16. Bei horizontal liegenden Windungen ist die Zugkraft in Längsrichtung des Schleppsonars für das korrekte Auftrommeln bzw. Abwickeln von besonderer Bedeutung. Durch den Einsatz der Zugentlastung lassen sich vorteilhaft diese Zugkräfte in weiten Grenzen in Verbindung mit dem Antrieb der Windentrommeln steuern bzw. regeln. Wirken darüber hinaus die Reibungskräfte im Eingriffsbereich durch flächenhafte Belastungen weitgehend verteilt auf das Schleppsonar ein, so ergibt sich eine schonende und Beschädigungen vermeidende Belastung des Schleppsonars.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1a Heckpartie eines Wasserfahrzeugs mit Schleppsonareinrichtung, Seitensicht,

Fig. 1b Heckpartie eines Wasserfahrzeugs mit Schleppsonareinrichtung, Draufsicht,

Fig. 2 Teilschnittbild einer Windentrommel,

Fig. 3 Schnittbild einer weiteren Ausführungsform einer Windentrommel,

Fig. 4 Prinzipskizze einer Zugentlastung mit Fördermittelsystemen,

Fig. 5 kettenförmige Förderbänder einer Zugentlastung.

In Fig. 1a und 1b ist ein Heck eines Wasserfahrzeugs 100 dargestellt, dessen Reling 101 steuerbordseitig teilweise bis zur Decksebene aufgeschnitten ist. Auf dem Deck 105 dieses Wasserfahrzeugs 100 sind als Aufbauten ein Geschütz 110 und weitere Decksaufbauten 115 vorhanden. Das Geschütz 110 ist teilweise in das Deck 105 eingelassen, wie es durch die gestrichelten Linien in der Fig. 1a dargestellt ist. Ein Teil des Geschützes 110 über Deck 105 ist von der Windeneinrichtung 150, die zur Auftrommelung des Schleppsonars 160 vorgesehen ist, konzentrisch umgeben. Diese Windeneinrichtung 150 weist eine Abdeckung 151 mit angeflanschter Antriebseinrichtung 152 und die horizontalliegende, zylindrische Windentrommel 155 auf, deren vertikale Drehachse mit der Drehachse 111 des Geschützes 110 übereinstimmt. Die Abdeckung 151 ist in Schiffsvorausrichtung teilweise aufgeschnitten dargestellt, so daß die Windentrommel 155 mit dem teilweise aufgetrommelten Schleppsonar 160 erkennbar wird. Außerdem ist im Bereich unterhalb der Windentrommel 155 ein Befestigungsflansch 112 des Geschützes 110 erkennbar, der unterhalb der Windentrommel 155 mit dem Deck 105 verbunden ist, so daß das Deck 105 im Bereich der Windentrommel 155 das Fundament des Geschützes 110 bildet. In diesem Bereich umschließt bzw. überschneidet sich die Windeneinrichtung 150 mit dem Fundament des Geschützes 110. Innerhalb der Antriebseinrichtung 152 sind eine Zugentlastung und Wickelführungseinrichtungen sowie ein Antriebsmotor mit zugehörigem Getriebe zum Drehen der Windentrommel 155 vorgesehen. Das aus der Antriebseinrichtung 152 austretende Schleppsonar 160 wird an Deck 105 über eine Heckrolle 165 ins Wasser geführt.

Fig. 2 zeigt als Teilschnittbild einen Teil einer weiteren Ausführungsform einer Windentrommel 156 mit kegelstumpfförmigem Kern 156.1 bei der die Abdeckung 151 nicht mit dargestellt ist. Auf die Windentrommel 156 ist das Schleppsonar 160 vollständig aufgetrommelt. Die Windentrommel 156 ist drehbar um das Geschütz 110 gelagert. Die strichpunktierte Linie 111 stellt die gemeinsame Drehachse von Geschütz 110 und Windentrommel 156 dar. Das Geschütz 110 ist über einen Befestigungsflansch 112 mit dem Deck 105 verbunden, das heißt, daß Deck 105 bildet im unmittelbaren Umgebungsbereich des Geschützes 110 das Fundament. Über diesem Fundament ist nunmehr die Windentrommel 156 angeordnet, ihr Auflager 157 am äußeren unteren Trommelrand 156.3 umschließt diesen Fundamentbereich vollständig.

Der kegelstumpfförmige Kern 156.1 der Windentrommel 156 hat eine gleichmäßige Steigung, so daß der Durchmesser des Kerns 156.1 von seiner Basis nahe dem Deck 105 nach oben hin abnimmt. Die dargestellten Windungen des Schleppsonars 160 sind von 1 bis 15 numeriert. Die Nummern kennzeichnen die Reihenfolge in der die Windungen aufgetrommelt worden sind. Es sind also in einer ersten Lage zunächst die Windungen 1 bis 5 unmittelbar am Kern 156.1 von unten nach oben und dann in zweiter Lage die Windungen 6 bis 9 zurückgewickelt worden. Beim Auftrommeln ist der durch die Windentrommel 156 auf das Schleppsonar 160 ausgeübte Zug gerade so einzustellen, das die Windungen 1 bis 5 aufgrund ihres Eigengewichts an dem Kern 156.1 anliegen und nicht nach oben hin abrutschen. Für die zweite Lage, die Windungen 6 bis 9, die nun von oben nach unten gewickelt wird, stellen die Windungen 1 bis 5 der ersten Lage im größten Teil ihres Umfangs eine stabile Grundfläche dar. Durch den sich in Wickelrichtung von oben nach unten vergrößernden Durchmesser und die vorhergehenden Wicklungen werden auch die zurückgewickelten Lagen stabilisiert und ein "Herunterfallen" verhindert. Die dritte, Windungen 10 bis 12, die vierte, Windungen 13 und 14, und die fünfte Lage, Windung 15, werden unter vergleichbaren Voraussetzungen auf dem Kern 156.1 angeordnet, enthalten aber jeweils eine geringere Anzahl von Windungen, da das Aufnahmevermögen durch die äußere zylindrische Form der Windentrommel 156 bestimmt wird.

Der Antrieb 170, der den Motor und die erforderlichen Steuereinrichtungen enthält, ist unterhalb des Decks 105 angeordnet und wirkt über ein Zahnrad 172 und einem Zahnkranz 173 auf die Windentrommel ein. Der Zahnkranz 173 ist platzsparend innerhalb des Kerns 156.1 der Windentrommel 156 über ein Winkelprofil an der Innenwand des Kerns 156.1 befestigt.

Mögliche konstruktive Varianten für die Anordnung des Antriebs 170 sind für den Fachmann offensichtlich. So läßt sich der Antrieb 170 bei geeigneter Baugröße ebenfalls über Deck 105 im Innern des Kerns 156.1 zwischen Zahnkranz 173 und Befestigungsflansch 112 bzw. der Wandung des Geschützes 110 einbauen, so daß lediglich die notwendigen Kabelverbindungen durch das Deck 105 geführt werden müssen.

In einer anderen konstruktiven Lösung, insbesondere dann, wenn das Geschütz 110 eine solche Tiefe aufweist, daß sich erhebliche Teile noch unterhalb des Decks 105 befinden, wie z. B. in Fig. 1a angedeutet, kann auch die Windentrommel einschließlich der Antriebseinheit unterhalb des Decks 105 angeordnet werden. Bei einer derartigen Anordnung wird dann das Schleppsonar entweder unterhalb des Decks 105 über eine heckseitige Öffnung und eine tiefer liegende Heckrolle ausgefahren oder, wenn schiffbautechnisch aufgrund der Schiffsgröße unzulässig, über eine geeignete Decksöffnung oberhalb des Decks zur Heckrolle 165 geführt.

In Fig. 3 ist ein Schnitt durch den Teil einer weiteren Ausführungsform einer Windentrommel 159 dargestellt. Der Kern 159.1 ist ebenfalls kegelstumpfförmig, jedoch im Gegensatz zu dem Kern 156.1 der Windentrommel 156 in Fig. 2 treppenförmig ausgebildet. Die Treppenstufen des Kern 159.1 bilden bereits für die erste Lage Windungen 1 bis 5 des Schleppsonars 160 eine sichere Auflagefläche, auch wenn ein Übergangsbereich entsteht, in dem kein kontinuierlicher Übergang von einer zur anderen Stufe erfolgt. Die Windungen 6 bis 10, 11 bis 15 und 16 bis 20 der folgenden Lagen des Schleppsonars 160 legen sich dann ebenfalls stufenförmig auf die der jeweils vorhergehenden Lage.

In den Übergangsbereichen von einer zur anderen Stufe, insbesondere für die erste Lage müssen die Außenkanten der Stufen gebrochen oder mit einem geeigneten Kantenschutz versehen sein, so daß eine Einkerb- oder Knickbeschädigung des Schleppsonars 160 vermieden wird. Außerdem kann bei weiterer Ausgestaltung der Windentrommel 159 durch geeignete Führungselemente,die erforderlichenfalls für jede Lage an der oberen Trommelwand 159.2 vorgesehen sind, verhindert werden, daß die Übergangsbereiche der einzelnen Lagen stets an den gleichen Positionen auf dem Trommelumfang auftreten. Im Vergleich zur Windentrommel 156 hat die insgesamt kegelstumpfförmige Windentrommel 159 in den einzelnen Lagen eine gleiche Anzahl von Windungen und somit eine vergrößerte Aufnahmekapazität, so daß sich bei gleicher Länge des Schleppsonars 160 die Bauhöhe reduzieren läßt.

Entscheidend für die Funktion einer derartigen Windeneinrichtungen 150 gemäß Fig. 1a ist das Zusammenspiel der Systeme der Antriebseinrichtung 152, wie dem Antrieb der Trommel 155 und einer Zugentlastung (Rollen 180) des Schleppsonars 160, im Abwickel- und Aufwickelbetrieb. Es muß eine sorgfältige elektrische oder mechanische Kopplung und Regelung beider Systeme vorgesehen sein, um durch zu hohe Drehzahl der Trommel 155 beim Abwickeln ein "Herunterfallen" der Windungen aus den Lagen und beim Aufwickeln durch zu große Zugkraft ein "Heraufrutschen" der Windungen an die obere Trommelwand zu verhindern. Dazu ist eine dynamische Zugentlastung in der Antriebseinheit 152, beispielsweise mit drehbaren Rollen 180 vorgesehen, die mit dem Schleppsonar 160 in Eingriff stehen. Die Rollen 180 der Zugentlastung werden dann beim Auftrommeln motorisch angetrieben oder durch Getriebeverbindung mit dem Antrieb der Windentrommel 155 verbunden, wobei die Umdrehung der Rollen 180 zur Förderbewegung des Schleppsonars 160 so geregelt wird, daß zwischen der Zugentlastung und der Windentrommel 155 auf das Schleppsonar 160 kein bzw. nur der für den Wickelvorgang erforderliche minimale Zug ausgeübt wird. Beim Abwickeln, insbesondere dann, wenn der ausgefahrene Teil des Schleppsonars 160 eine ausreichende Zugkraft ausübt, wird die Zugentlastung im Bremsbetrieb betrieben. Der Bremsbetrieb ist dann abgestimmt auf die Umdrehung der Windentrommel 155 so geregelt, daß das Schleppsonar 160 ständig mit geringem Zug von der Windentrommel 155 abgewickelt wird.

In Fig. 4 ist das Prinzip einer Zugentlastung 200 dargestellt, die aus zwei Fördermittelsystemen 201 und 202 besteht. Das erste Fördermittelsystem ist mit örtlich fixierten Führungsrollen 210, den Umlenkrollen 211 und den Antriebsrollen 212 aufgebaut. Das zweite Fördermittelsystem 202 weist hingegen beweglich gelagerte Anpassungsrollen 220 und Antriebsrollen 222 auf, die jeweils über eine Feder - dargestellt durch die Zackenlinie - eine Krafteinwirkung in Richtung auf die gegenstehenden Rollen 210, 212 ausüben. Zwischen dem Fördermittelsystem 201 mit einem über die Rollen 210, 212 geführten Förderband 215 und dem Fördermittelsystem 202 mit einem über dessen bewegliche Rollen 220, 222 geführten Förderband 225 verläuft das Schleppsonar 160. Es wird durch die Krafteinwirkung des zweiten Fördermittelsystems 202 gegen das erste Fördermittelsystem 201 gedrückt und durch die dabei entstehenden Reibungskräfte an selbständiger Längsbewegung gehindert. Erst über die Drehbewegung der Antriebsrollen 212, 222 beider Fördermittelsysteme 201, 202 wird die bezüglich des Antriebs der Windentrommel gesteuerte oder geregelten Längsbewegung des Schleppsonars 160 zum Auftrommeln oder Abwickeln ermöglicht.

Eine Ausführungsvariante der Fördermittelsysteme 201, 202 ohne die Förderbänder 215, 225 wäre in gleicher Weise funktionsfähig, würde jedoch die durch die Förderbänder bewirkten Reibungskräfte und somit auch die maximal zulässigen Zugkräfte des Schleppsonars 160 verringern.

Die in Fig. 4 lediglich prinzipiell dargestellten Federn der Anpassungsrollen 220 und Antriebsrollen 222 sind außer als mechanische auch als hydraulische, pneumatische oder elektromagnetische Federn realisierbar. Sie werden abhängig vom Durchmesser des Schleppsonars und den zu erwartenden maximalen Zugkräften eingestellt. Bei aufwendigeren Windeneinrichtungen sind insbesondere elektrische oder hydraulische Federungen in das Regelsystem für den Antrieb der Windentrommeln mit einzubeziehen, um die Längsgeschwindigkeit des Schleppsonars 160 beim Auf- und Abtrommeln zu optimieren.

In Fig. 5 ist ein kettenförmiges Förderband 250 mit Strukturelementen 251 dargestellt, wie es in den Fördermittelsystemen 201, 202 statt der unstrukturierten Förderbänder 215, 225 gemäß Fig. 4 verwendbar wäre. Wie im Schnitt AB erkennbar, ist das Strukturelement 251 gabelförmig und zur Aufnahme des Schleppsonars 160 in der Gabel vorgesehen. Beim Förderband 250 sind die aufeinanderfolgenden Strukturelemente 251 durch eine Anzahl einfacher Kettenglieder 252 verbunden, wobei der Abstand der Strukturelemente 251 von den abzufangenden Zugkräften und den durch die Strukturelemente 251 auf das Schleppsonar 160 ausgeübten zulässigen Druckkräften abhängig.

Bei einer derartigen Zugentlastung ergibt sich eine besonders sichere Führung des Schleppsonars, wenn - wie in Fig. 5 dargestellt - die Strukturelemente 251 und 251′ etwa in Gegenüberstellung, d. h. nur um ein Kettenglied 252 bzw. 252′ versetzt auf das Schleppsonar 160 einwirken.

Claims (16)

1. Verfahren zum Auftrommeln eines langgestreckten Schleppsonars an Deck von Wasserfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleppsonar (160) um eine zum Deck (105) vertikale Achse (111) aufgetrommelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleppsonar (160) beim Auftrommeln raumsparend einen Aufbau (Geschütz 110) oder ein Fundament von Aufbauten (Geschütz 110) umschließend angeordnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleppsonar (160) im wesentlichen zugentlastet aufgetrommelt wird.

4. Schleppsonarvorrichtung für ein Wasserfahrzeug zum Ausüben des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer mit dem Deck verbundenen Windeneinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Windeneinrichtung (150) eine Windentrommel (155, 156, 159) mit vertikal zum Deck (105) des Wasserfahrzeugs (100) ausgerichteter Drehachse (111) aufweist.

5. Schleppsonarvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Windentrommel (155, 156, 159) derart drehbar gelagert ist, daß sie ein Fundament von Aufbauten (Geschütz 110), wie Waffen-, Ortungseinrichtungen oder Krananlagen, umschließt, ohne deren Beweglichkeit und Sichtbedingungen zu beeinträchtigen.

6. Schleppsonarvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Windentrommel unterhalb des zur Befestigung dienenden Decks (105) angeordnet ist und daß das Deck (105) oder die Bordwand des Fahrzeugs eine Durchführungsöffnung für das Schleppsonar (160) aufweist.

7. Schleppsonarvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Windentrommel (156, 159) einen Kern (156.1, 159.1) aufweist, der zur stabilen Lagerung des Schleppsonars (160) kegelstumpfförmig ausgebildet ist.

8. Schleppsonarvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der kegelstumpfförmige Kern (159.1) stufenförmig ausgebildet ist und daß die Stufenbreite zur definierten Aufnahme des Schleppsonars (160) etwa gleich dem Durchmesser des Schleppsonars (160) ist.

9. Schleppsonarvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Antrieb (170) der Windentrommel (156) über einen innerhalb des Kerns (156.1) vorgesehenen Zahnkranz (173) erfolgt.

10. Schleppsonarvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Windeneinrichtung (150) eine Antriebseinheit (152) zugeordnet ist, daß die Antriebseinheit (152) einen Antrieb für die Windentrommel (155) und eine dynamische Zugentlastung (180) für das Schleppsonar (160) aufweist und daß der Antrieb und die Zugentlastung (180) derart mechanisch oder elektrisch gekoppelt sind, daß das Schleppsonar (160) beim Auf- und Abtrommeln im wesentlichen zugentlastet auf die bzw. von der Windentrommel (155) gewickelt wird.

11. Schleppsonarvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugentlastung (200) aus einer Anordnung von mindestens zwei Fördermittelsystemen (201, 202) besteht, daß das eine Fördermittelsystem (201) wellenförmig fixiert ist und daß die Führung des Schleppsonars (160) durch Krafteinwirkung des anderen Fördermittelsystems (202) quer zur Zugrichtung des Schleppsonars (160) erfolgt.

12. Schleppsonarvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Fördermittelsystem (201) ortsfeste Führungsrollen (210) aufweist und daß die Krafteinwirkung des anderen Fördermittelsystems (202) durch federgelagerte Anpassungsrollen (220) aufgebracht wird und daß die Fördermittelsysteme (201, 202) ein oder mehrere Antriebsrollen (212, 222) aufweisen.

13. Schleppsonarvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördermittelsysteme (201, 202) Förderbänder (215, 225, 250, 250′) aufweisen.

14. Schleppsonarvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördermittelsysteme als Ketten (250, 250′) mit gabelförmigen Strukturelementen (251, 251′) zur Aufnahme des Schleppsonars (160) ausgebildet sind.

15. Schleppsonarvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Krafteinwirkung steuerbar ist.

16. Schleppsonarvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsrollen (212, 222) der Zugentlastung (200) durch elektrische oder mechanische Kopplung mit dem Antrieb der Windentrommel steuerbar oder regelbar sind.