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Hintergrund
der Erfindung
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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Nutzlast-Startsystem. Sie betrifft
weiters ein Schiff, in dem ein derartiges Nutzlast-Startsystem eingebaut
ist. Die Nutzlast kann beispielsweise ein Torpedo sein.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Viele
herkömmliche
Torpedostartsysteme setzen einen Druckwasser-Impulstank ein, um
den Torpedo aus seinem Rohr zu drücken. Ein immer beliebter werdendes
Verfahren zum Starten von Torpedos ist das mit einer Druckluftturbinenpumpe
(ATP) betriebene Waffenabschusssystem (WDS).
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Der
Betrieb eines herkömmlichen
mit ATP-betriebenen Direktabschuss-Torpedostartsystem in einem Unterseeboot
ist in 1 der beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Torpedostartsystems,
das in der äußeren Ummantelung
(1) am Bugende eines U-Boots eingebaut ist. Die äußere Ummantelung
(1) weist eine Öffnung
im Bug, die mithilfe einer Bugklappe (2) abgedeckt werden
kann, und eine Wassereinlassöffnung
(3) hinter dem Bug auf. Ein Druck-Schiffskörper (4)
ist innerhalb der äußeren Ummantelung
angeordnet und umschließt
eine innere Kammer (5). Das vordere Schott des Druck-Schiffskörpers und
die äußere Ummantelung des
U-Boots definieren eine äußere Kammer
(6). Ein Impulstank (7) ist vor dem Druck-Schiffskörper in
der äußeren Kammer
(6) angebracht, und das vordere Schott des Druck-Schiffskörpers umfasst
die Rückwand
des Impulstanks. Ein Torpedorohr (8) erstreckt sich ausgehend
von der inneren Kammer (5), tritt durch den Druck-Schiffskörper und
den Impulstank hindurch, verläuft
weiter in die äußere Kammer
hinein und endet in der Nähe
der Bugklappe der äußeren Ummantelung.
Das Torpedorohr umfasst eine in der inneren Kammer angeordnete Rückwandtür (9), durch
welche ein Torpedo in das Rohr geschoben werden kann; ein im Impulstank
angeordnetes Einlassventil (10), das den Auslass des Impulstanks
bildet und dazu dient, das Strömen
von Wasser aus dem Impulstank in das Torpedorohr während dem Abschuss
zu ermöglichen;
und ein offenes Ende, das mit einer Mündungsklappe (11)
verschlossen werden kann, durch welches der Torpedo beim Abschuss
hinaustritt. Das Torpedorohr ist auf einer solchen Höhe angeordnet,
dass ein abgefeuerter Torpedo vom offenen Ende des Rohrs (wenn die
Mündungsklappe
offen ist) durch die Öffnung
in der äußeren Umhüllung tritt
(wenn die Bugklappe (2) offen ist).
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Ein
Druckluftbehälter
(12), ein programmierbares Zündventil (PFV) (13),
ein Regelkreis (14) und ein Schaltpult (15) sind
im Inneren des Druck-Schiffskörpers
angebracht.
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Das
Schaltpult (15) ist an den Regelkreis (14) angeschlossen,
der das PFV (13) steuert. Das PFV reguliert die Luftströmungsrate
und den Druck der Luft, die aus dem Druckluftbehälter (12) freigesetzt
wird.
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Hochdruckluft
treibt über
das PFV eine Druckluftturbine (16) an, die in der inneren
Kammer angebracht ist. Die Druckluftturbine ist mit einem Untersetzungsgetriebe
(17) verbunden. Eine Antriebswelle erstreckt sich vom Getriebe
durch den Druck-Schiffskörper, wobei
die Integrität
des Körpers durch
eine gegenüber
der Welle abgedichtete Körperdurchdringung
(18) beibehalten wird, und tritt am vorderen Schott an
einer Stelle im Inneren des Impulstanks aus, wo sie mit einem Impeller
(19) verbunden ist, der ebenfalls im Inneren des Impulstanks
angeordnet ist. Ein Wassereinlassrohr (20) verbindet die Aufnahmeseite
des Impellers mit der Wassereinlassöffnung (3) in der äußeren Ummantelung.
Das Wassereinlassrohr erstreckt sich von der Aufnahmeseite des Impellers,
durchtritt die Wand des Impulstanks, vollzieht eine Biegung um 90
Grad und ist an der Wassereinlassöffnung angeschlossen.
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Hervorzuheben
ist, dass in der oben beschriebenen bekannten Anordnung der Impulstank am
Druck-Schiffskörper
angebracht ist. Es sind andere Anordnungen bekannt, in denen er
von Letzterem beabstandet angeordnet ist.
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Dieses
luftbetriebene Abschusssystem setzt Hochdruckluft zum Antrieb der
Druckluftturbine ein, die wiederum den Impeller antreibt.
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Der
Impulstank (7) fungiert als ein Verteiler rund für ein oder
mehrere, üblicherweise
viele, Torpedorohre.
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Eine
Zündfolge
beginnt gegebenenfalls mit verschlossener Mündungsklappe, Bugklappe und Rückwandtür, und mit
abgeleitetem Torpedorohr. Die Rückwandtür wird dann
geöffnet,
der Torpedo in das Rohr geschoben und darin mechanisch festgehalten, woraufhin
die Rückwandtür geschlossen
wird. Das Rohr wird geflutet und der Druck dem Fluiddruck außerhalb
der äußeren Umhüllung angeglichen.
Die Mündungsklappe
und die Bugklappe können
daraufhin geöffnet
und der Torpedo aus der mechanischen Halterung gelöst werden.
Das Einlassventil zum Rohr wird geöffnet und ein PFV-Profil ausgewählt. Hochdruckluft
treibt die Druckluftturbine über
das PFV an, die wiederum den Impeller antreibt, um den Impulstank
mit Druck zu beaufschlagen, wodurch im Tank ein Wasserdruck aufgebaut
wird, der über
das Einlassventil an das Innere des Torpedorohrs übertragen
wird. Dieser Wasserdruck zwingt den Torpedo aus seinem Rohr hinaus.
Das Betätigen
des Impellers weist zudem die Wirkung auf, über das Wassereinlassrohr zusätzliches
Wasser ("Folgewasser") in den Impulstank
zu ziehen.
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Die
Regulierung der Luftströmungsrate
und des Drucks der der Druckluftturbine zugeführten Luft stellt die Steuerung
der Abschussparameter des Torpedos bereit.
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Trotz
ihrer weit verbreiteten Verwendung und ihrer zweifellosen Wirksamkeit
weisen ATP-Systeme einige Nachteile auf.
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Ein
ATP-System setzt Hochdruckluft ein, was in einem U-Boot eine sekundäre Energiequelle
ist, und somit ist eine Energieumwandlung vonnöten, um eine zusätzliche
Versorgung bereitzustellen. Zudem muss nach dem Abschuss die freigesetzte
Luft erneut komprimiert werden.
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Systeme,
die auf Pneumatik oder Hydraulik basieren, benötigen einen zusätzlichen
Wartungsaufwand, was zu höheren
Kosten im Laufe der Lebensdauer führt.
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Systeme,
die den Druck-Schiffskörper
durchbohren, sind durch die Anforderungen an die strukturelle Integrität der Durchbohrung
häufig
in Bezug auf ihre Ausrichtung eingeschränkt. Dies kann (eine) zusätzliche
Einschränkung(en)
für das
Abschusssystem zur Folge haben, was zu einer nachteiligen Lösung für das U-Boot
und auch für
das Abschusssystem führt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einige der mit
den derzeitigen Startsystemen in Zusammenhang stehenden Nachteile
auszuräumen.
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Ganz
allgemein schlägt
die vorliegende Erfindung vor, dass der Impeller, der Meerwasser
in den Impulstank drückt
und der den Überdruck
bereitstellt, der die Nutzlast abfeuert, von einem Elektromotor
angetrieben wird und dass der Impulstank und der Motor zwischen
dem inneren und dem äußeren Körper des
Schiffs angeordnet sind.
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Somit
stellt die vorliegende Erfindung ein Schiff mit einem Nutzlast-Startsystem
bereit, wobei das Schiff eine äußere Ummantelung
und einen inneren Schiffskörper
umfasst, wobei das Nutzlast-Startsystem zumindest ein Nutzlast-Startrohr,
einen Impulstank für
ein Fluid, wobei der Impulstank über
einen Einlass für
den Eintritt eines Fluids in den Impulstank und über einen Auslass in Kommunikation
mit dem Torpedorohr verfügt,
sowie einen Impeller im Inneren des Impulstanks zum Komprimieren
des Fluids im Impulstank aufweist, sodass das komprimierte Fluid über den
Auslass des Impulstanks dem Rohr zugeführt wird, um eine Nutzlast
aus dem Rohr heraus zu starten;
worin:
eine Elektromotoreinheit
mit dem Impeller zum Antrieb des Impellers verbunden ist, wobei
der Impulstank und der Motor zwischen dem inneren Schiffskörper und
der Umhüllung
angeordnet sind.
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Durch
die Verwendung eines Elektromotors besteht nunmehr keine Notwendigkeit
der Luftkompression, Speicherung und Regulierung, wodurch die Effizienz
des Systems gesteigert und wahrscheinlich die Menge der Gerätschaft
und des Volumens im Druck-Schiffskörper reduziert wird.
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Es
sollte festhalten werden, dass das Betätigen des Impellers beim Übermitteln
eines komprimierten Fluids an das Nutzlast-Startrohr normalerweise
auch die Wirkung hat, über
den Einlass des Tanks zusätzliches
Wasser ("Folgewasser") in den Impulstank
zu ziehen. Somit ist der Impulstank immer fluidgefüllt und
ein positiver Druck hinter der Waffe beim Starten aufrechterhalten.
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Es
ist möglich,
den Elektromotor im Impulstank selbst anzuordnen, da dies den Vorteil
bietet, dass die Ausrichtung des Impellers im Tank nicht durch die
Geometrie des Druckkörpers
des U-Boots eingeschränkt
ist. Natürlich
benötigt
der Elektromotor eine Stromquelle, und diese Stromquelle ist normalerweise
im Druckkörper
untergebracht und kann gegebenenfalls sogar die normale elektrische
Stromzufuhr des U-Boots
sein. Da der Motor ein Elektromotor ist, müssen sich nur die passenden
Kabel von der Stromzufuhr durch den Druckkörper hindurch zum Motor hin
erstrecken, und es ist relativ einfach, angemessene statische Druckdichtungen
bereitzustellen. Somit verbessert die vorliegende Erfindung die
Integrität
des Druckkörpers.
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Da
die Ausrichtung des Impellers nicht von einer Durchbohrung des Druckkörpers abhängig ist, kann
dieser so angeordnet sein, dass sein Einlass direkt zur benach barten
Außenwand
des U-Boot hin weist. Dies erlaubt die Verwendung eines kürzeren Wassereinlassrohrs
von außerhalb
des U-Boots bis zum Impellertank und bedeutet weiters, dass sich das
Rohr nicht um beispielsweise 90° biegen
muss, wie dies in der zuvor beschriebenen Anordnung aus 1 der
Fall ist. Der Impeller steht somit der Wassereinlassöffnung des
U-Boots direkt gegenüber.
Da der Motor eingetaucht ist, besteht ein weiterer Vorteil darin,
dass er vom Fluid im Tank (normalerweise Wasser) gekühlt wird.
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Es
ist jedoch nicht von wesentlicher Bedeutung, dass der Motor im Impulstank
angeordnet ist. Es ist gegebenenfalls bevorzugt, dass der Motor
außerhalb
des Tanks, jedoch oberhalb desselben angeordnet ist. Eine solche
Anordnung bietet den Vorteil, dass der Motor, beispielsweise für die Wartung
und den Einbau oder den Ausbau, leicht zugänglich ist. Im Besonderen ist
der Raum zwischen der äußeren Ummantelung
und dem Druckkörper
teilweise, jedoch mit einem Luftraum oberhalb, geflutet, wenn das
U-Boot an der Oberfläche
ist. Ist der Motor nun in diesem Luftraum angeordnet, so ist der
Motor für
die Wartung zugänglich,
während
das Schiff schwimmt, ohne dass es im Trockendock sein muss. Natürlich ist der
Luftraum nicht mehr vorhanden, wenn das U-Boot unter Wasser ist,
weshalb der Motor eingetaucht ist und wird gekühlt, wie zuvor beschrieben wurde.
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Mit
einer derartigen Anordnung ist es noch immer möglich, dass sich die passenden
Kabel für
dir Stromversorgung des Motors durch den Druckkörper hindurch erstrecken.
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Wie
zuvor mit Bezug auf 1 erwähnt wurde, weist ein U-Boot üblicherweise
eine äußere Ummantelung
und einen Druckkörper
innerhalb dieser äußeren Ummantelung
auf. Das Torpedorohr erstreckt sich normalerweise durch den Impulstank
und den Druckkörper,
sodass das Torpedorohr vom Inneren des Druckkörpers aus zugänglich ist.
Der Auslass des Impulstanks wird normalerweise von einem Einlassventil
in das Torpedorohr gebildet, sodass das Öffnen des Ventils einen Auslass
aus dem Impulstank schafft.
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In
einigen herkömmlichen
Anordnungen, wie beispielsweise die in 1 veranschaulichte,
und im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es üblich, dass der Impulstank
an der äußeren Oberfläche des Druckkörpers angebracht
ist. In der vorliegenden Erfindung ist diese jedoch nicht notwendig.
Wie zuvor bereits erwähnt
wurde, müssen
nur die Stromkabel für
den Motor durch den Druckkörper
hindurchtreten, und der Motor kann außerhalb des Druckkörpers angeordnet
sein. Wie zuvor erwähnt
kann der Motor im Inneren des Impulstanks oder an anderen Stellen zwischen
der äußeren Ummantelung
und dem Druckkörper
angeordnet sein. In einem solchen Fall ist es jedoch nicht notwendig,
dass der Impulstank an der Außenseite
des Druckkörpers
angebracht ist. Er könnte
beabstandet von diesem angeordnet sein. Diese letztere Anordnung
weist den Vorteil auf, dass der während des Starts des Torpedos
erzeugte Überdruck
im Impulstank nicht direkt an den Druckkörper übertragen wird.
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In
der vorliegenden Erfindung ist der Impeller, wie in den bekannten
Anordnungen, vorzugsweise ein Zentrifugalimpeller, und der Elektromotor
ein drehmomentstarker Elektromotor. Je nach der vom System abverlangten
Aufgaben kann ein oder kann kein Untersetzungsgetriebe zwischen
dem Motor und dem Impeller angeordnet sein.
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Obwohl
die Erfindung oben in erster Linie mit Bezug auf ein Torpedostartsystem
erörtert
wurde, stellt die Erfindung ein U-Boot bereit, das über ein solches
Torpedostartsystem verfügt.
Zudem ist die Erfindung nicht auf die Verwendung in U-Booten eingeschränkt, sondern
kann auch auf andere Schiffe angewendet werden. Obwohl es sich normalerweise bei
dem im Torpedostartsystem der vorliegenden Erfindung verwendeten
Fluid um Meerwasser handelt, ist die Verwendung anderer Flüssigkeiten
möglich. Zudem
kann das System unterschiedliche Größen aufweisen, um für unterschiedliche
Nutzlasten geeignet zu sein.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Nachstehend
werden ausschließlich
zu Beispielzwecken Ausführungsformen
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben,
in denen:
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1 die
Anordnung eines herkömmlichen ATP-Torpedostartsystems
zeigt, die bereits erörtert wurde;
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2 die
Anordnung eines elektrisch angetriebenen Torpedostartsystems zeigt,
wobei sich um eine erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung handelt; und
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3 die
Anordnung eines elektrisch angetriebenen Torpedostartsystems zeigt,
wobei sich um eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung handelt.
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Detaillierte
Beschreibung
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1 wurde
bereits in Zusammenhang mit bestehenden Torpedostartsystemen erörtert. 2, in
der eine schlussendliche Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt ist, behält das Nummerierungssystem
aus 1 bei. In den hierin beschriebenen Ausführungsformen
bleibt die Anordnung der äußeren Ummantelung,
des Druckkörpers und
des Torpedorohrs in Bezug auf bestehende Systeme unverändert und
werden nicht erneut beschrieben. Gleiche Referenzzahlen werden zur
Kennzeichnung gleicher Teile verwendet.
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In
der schlussendlichen Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ersetzt eine drehmomentstarke Elektromotoreinheit
(21) die Druckluftturbine (16), die in herkömmlichen
ATP-Systemen eingesetzt wird, und ist auf ähnliche Weise an ein Untersetzungsgetriebe
und einen Impeller angeschlossen. Der Druckluftbehälter, das
programmierbare Zündventil
und der Regelkreis von bestehenden Torpedostartsystemen sind in
dieser Ausführungsform
nicht gegenwärtig.
Die Elektromotoreinheit wird von der Hauptelektrizitätsversorgung
(22) des U-Boots gespeist. Eine Motor steuerung (23),
die in der inneren Kammer angeordnet ist, reguliert das Strom/Spannungsprofil
der elektrischen Speisung des Motors. Ein ebenfalls in der inneren
Kammer angeordnetes Schaltpult (15) erleichtert den Betrieb
der Elektromotoreinheit, indem es elektrische Signale an die Motorsteuerung überträgt.
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In
der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist der Impulstank (7) innerhalb
der äußeren Ummantelung
eingebaut und vom Druckkörper
(4) beabstandet angeordnet. Die Elektromotoreinheit (21),
ein Untersetzungsgetriebe (17) und ein Impeller (19)
sind in der äußeren Kammer
(6) und innerhalb des Impulstanks (7) angeordnet.
In dieser Ausführungsform
sind die Elektromotoreinheit, das Untersetzungsgetriebe und der
Impeller in einer solchen Höhe
angeordnet, dass die Aufnahmeseite des Impellers zur Wassereinlassöffnung (3)
in der äußeren Ummantelung
des U-Boots weist. Festzuhalten ist, dass es durch eine geeignete
Wahl der Geschwindigkeit der Motoreinheit (21) gegebenenfalls möglich ist,
auf das Untersetzungsgetriebe (17) zu verzichten und den
Impeller (19) direkt an die Motoreinheit (21)
anzuschließen.
Die Motorsteuerung (23) kommuniziert elektrisch mit der
Elektromotoreinheit über
Strom- und Abfühlkabel
(30), die von der Motorsteuerung aus in einer Kabeldichtung
(24) durch das vordere Schott des Druckkörpers treten
und weiter durch die Rückwand
des Impulstanks in das Innere des Impulstanks verlaufen, wo sie
an die Elektromotoreinheit angeschlossen sind. Ein gerades Wassereinlassrohr
(20) ist an der Aufnahmeseite des Impellertanks an die
Wassereinlassöffnung
(3) angeschlossen.
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Das
Torpedostartsystem dieser Ausführungsform,
das in 2 dargestellt ist, ist feuerbereit, sobald ein
Torpedo oder eine andere Waffe (25) in das Torpedorohr
(8) geschoben wird, die Rückwandtür geschlossen ist und das Einlassventil
(10), die Mündungsklappe
(11) und die Bugklappe (2) offen sind. In diesem
Zustand wird das Rohr geflutet, wobei der Torpedo mechanisch festgehalten
wird. Nach Erhalt eines Zündsignals
vom Torpedoschaltpult (15) aktiviert die Motorsteuerung
(23) ein Strom/Spannungsprofil, das von der Hauptelektrizitätsversorgung
(22) stammt. Der elektrische Strom tritt durch die Kabeldichtung
(24) und speist die Elektromotoreinheit (21),
welche wiederum den Impeller (19) antreibt. Der Impeller
komprimiert das Wasser im Impulstank (7) sehr rasch, und
diese Druckwelle erreicht über
das Einlassventil das Torpedorohr. Der Torpedo wird aus der mechanischen
Halterung gelöst
und aus dem Rohr gedrückt.
Das Wasser, das mit dieser Druckwelle aus dem Impulstank austritt,
wird mit dem Wasser ersetzt, das vom Wassereinlassrohr (20)
mithilfe des Impellers eingesaugt wird. Hat die Waffe die äußere Ummantelung
(1) des U-Boots verlassen, so kann sie frei aus eigener
Kraft navigieren.
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3 veranschaulicht
eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, bei der es sich erneut um ein Torpedostartsystem
handelt. Die Ausführungsform
aus 3 ist im Allgemeinen jener aus 2 ähnlich,
und gleiche Bezugszeichen kennzeichnen erneut gleiche Teile.
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In
der Ausführungsform
aus 3 ist die Motoreinheit 21 jedoch nicht
im Impulstank 7 angeordnet. Statt dessen ist sie oberhalb
dessen angeordnet. Die Motoreinheit 21 liegt noch immer
zwischen dem Druckkörper 4 und
der äußeren Ummantelung 1 des U-Boots,
und die Kabel 30 treten erneut durch eine Dichtung 24,
um zur Stromzufuhr 22 des Motors zu gelangen. Da der Motor 21 oberhalb
des Impulstanks 7 angeordnet ist, ist es in dieser Ausführungsform
zudem praktisch, den Impeller 19 im oberen Teil des Impulstanks 17 angrenzend
an den Motor 21 anzuordnen, weshalb sich das Torpedorohr 8 in
der Nähe
des Bodens des Impulstanks 7 durch diesen erstreckt.
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Die
Anordnung der Motoreinheit 21 oberhalb des Impulstanks 7 bietet
den Vorteil, dass die Motoreinheit für die Wartung, den Einbau oder
den Ausbau schnell zugänglich
ist. Schwimmt das U-Boot an der Oberfläche, so enthält der Raum
zwischen der Ummantelung 1 und dem Druckkörper zwar
Wasser, jedoch füllt
die Oberfläche 26 des
Wassers, auf dem das U-Boot schwimmt, den Raum nur teilweise bis
zu einer gewissen Höhe
der Ummantelung 1, sodass sich ein Luftraum 27 oberhalb
der Oberfläche 26 bildet.
Da die Motoreinheit 21 in diesem Luftraum 27 angeordnet
ist, ist sie oberhalb der Wasseroberfläche zugänglich. Die Motoreinheit 21 ist
also zu Wartungszwecken zugänglich,
während
das U-Boot auf dem Wasser schwimmt, und es muss nicht ins Trockendock
gebracht werden. Im Vergleich zur Anordnung aus
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2,
mit der es wahrscheinlich notwendig ist, dass das U-Boot für die Wartung
der Motoreinheit 21 im Trockendock liegt, bietet dies einen Vorteil.
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Es
sollte festgehalten werden, dass das U-Boot während des Tauchgangs keinen
Luftraum 27 mehr aufweist und der Motor 21 in
Wasser eingetaucht ist. Das bedeutet, dass er während des Betriebs gekühlt wird.
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3 veranschaulicht
insofern eine weitere Variation der Ausführungsform aus 2,
als sich das Wassereinlassrohr nicht zu einer Einlassöffnung in
der Ummantelung 1 hin, sondern zu einer Öffnung 28,
die zu einem Bugklappenvolumen 31 führt innerhalb der Ummantelung 1 führt, erstreckt.
Das Bugklappenvolumen 31 liegt innerhalb der Ummantelung,
wird jedoch mit Wasser geflutet, weshalb Wasser aus diesem Raum 31 über das
Einlassrohr 20 zum Impeller 19 gepumpt werden
kann.
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Andere
Merkmale dieser Ausführungsform sind
der zweiten Ausführungsform
aus 2 ähnlich und
werden deshalb nicht detailliert beschrieben. Es sollte jedoch festgehalten
werden, dass 3 eine Anordnung zeigt, in der
die Ventilklappe 2 vom Auslass des Torpedorohrs 8 versetzt
angeordnet ist.
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Die
oben erörterten
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung veranschaulichen ein Torpedostartsystem
eines U-Boots. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf
eingeschränkt,
und das Startsystem kann auch in anderen Schiffen eingesetzt werden.
Auch können
andere Nutzlasten als Torpedos mithilfe der Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung abgefeuert werden.