EP2345577A2 - Verfahren zum Betrieb eines hydraulischen Systems eines Unterseebootes - Google Patents

Verfahren zum Betrieb eines hydraulischen Systems eines Unterseebootes Download PDF

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EP2345577A2
EP2345577A2 EP10014867A EP10014867A EP2345577A2 EP 2345577 A2 EP2345577 A2 EP 2345577A2 EP 10014867 A EP10014867 A EP 10014867A EP 10014867 A EP10014867 A EP 10014867A EP 2345577 A2 EP2345577 A2 EP 2345577A2
Authority
EP
European Patent Office
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pressure
submarine
hydraulic system
hydraulic
diving
Prior art date
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Ceased
Application number
EP10014867A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP2345577A3 (de
Inventor
Marten Callsen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Marine Systems GmbH
Original Assignee
Howaldtswerke Deutsche Werft GmbH
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Publication date
Application filed by Howaldtswerke Deutsche Werft GmbH filed Critical Howaldtswerke Deutsche Werft GmbH
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Publication of EP2345577A3 publication Critical patent/EP2345577A3/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a hydraulic system of a submarine and a submarine with a hydraulic system.
  • submarine flushing with seawater can, under unfavorable conditions during diving, cause water entry into the hydraulic system.
  • the hydraulic oil of the hydraulic system is then contaminated with seawater.
  • Such contaminated hydraulic oil causes corrosion damage to hydraulic valves, cavitation and the like.
  • the operating pressure of at least the part arranged outside the pressure hull is always kept above the submerged pressure or the nominal submerged pressure of the submarine.
  • water entries in the arranged outside of the pressure hull part of the hydraulic system which is surrounded by seawater in particular during dive trip, systematically and thus effectively avoided.
  • liquids always move from high to low pressure levels.
  • the penetration of seawater into the hydraulic system is systematically excluded because the hydraulic oil is always under a higher pressure than the surrounding seawater.
  • Nominal diving pressure in the sense of this invention is the maximum diving pressure for which the submarine is designed, d. H. the diving pressure at the maximum permissible depth of the submarine.
  • the nominal diving pressure is thus obtained by multiplying the maximum permissible diving depth in meters by 0.101 bar.
  • operating pressure may also refer to a part of the hydraulic pressure system, that is to say the lowest pressure of this part of the hydraulic pressure system.
  • a part of the hydraulic system may be arranged outside the pressure body and comprise a consumer and lines arranged outside the pressure body to and / or from this consumer.
  • the static pressure in such a line is the operating pressure of the arranged outside of the pressure hull part of the hydraulic system.
  • connections and connections there they are permanently exposed to seawater, especially critical with regard to the risk of water ingress.
  • the operating pressure of the part of the hydraulic system arranged outside the pressure body preferably also forms the operating pressure of the part arranged inside the pressure body, since then a hydraulic separation of the system parts is not required.
  • a part of the hydraulic system arranged within the pressure body is kept at a lower pressure than the operating pressure of the part arranged outside the pressure body.
  • a hydraulic tank arranged within the pressure hull of the hydraulic system can be kept at atmospheric pressure.
  • pressure limiting valves are provided within the pressure body whose opening pressure is equal to or greater than the intended operating pressure. In this way, a relaxation can be excluded to a lower pressure than the intended operating pressure of the arranged outside of the pressure hull part.
  • a pressurized hydraulic tank and / or a pressure accumulator is used as a source for the operating pressure.
  • the pressure in a return line of the hydraulic system is preferably maintained above the diving pressure or the nominal diving pressure of the submarine.
  • the control of the pressure based on the pressure in a return line of the hydraulic Systems is particularly advantageous because typically in the return line, so behind the consumer or, the lowest pressures occur in the system. So if it is ensured that in this area the pressure is always kept above the diving pressure or the nominal diving pressure, then penetration of seawater into the hydraulic system is excluded.
  • the pressure in the return line is preferably continuously monitored and compared with the diving pressure or the nominal diving pressure of the submarine. If the return pressure corresponds to the diving pressure or the nominal diving pressure, or if the return pressure is even lower than the diving pressure or the nominal diving pressure, the pressure on the input side is increased until it exceeds the rated diving pressure or the diving pressure of the submarine.
  • the pressure in the feed line is increased by a working pressure difference with respect to the lower return pressure.
  • This working pressure difference is then available to perform hydraulic work.
  • Particularly preferred flow pressure and return pressure form a working pressure difference of at least 60 bar.
  • silicone oil is used as the hydraulic fluid.
  • Silicone oil is relatively uncritical from an environmental point of view when it leaves the hydraulic system, in particular into the surrounding seawater.
  • silicone oil is used as the only hydraulic oil of the hydraulic system.
  • silicone oil is used only as a hydraulic fluid in the portion of the system outside the pressure hull, while conventional hydraulic oil is employed within the pressure hull.
  • silicone oil is then arranged within the pressure hull hydraulic lines via pressure transmitter with the silicone oil leading parts of the outside of the pressure hull part of the hydraulic system in combination, for example via pressure-transmitting Hubzyinder, separate the hydraulic oil filled areas and silicone oil filled areas of the hydraulic lines.
  • the operating pressure of the part arranged outside the pressure body is particularly preferably kept at at least 3, preferably 5, bar above the rated or actual diving pressure of the submarine.
  • the method prevents even low flow and / or pressure losses in the hydraulic system to a - lead, for example, area or in places - lowering the line pressure below the rated or the current diving pressure of the submarine.
  • the submarine according to the invention has a hydraulic system for carrying out the method according to the invention described above.
  • the submarine has means for detecting the diving pressure and means for controlling the operating pressure of at least the part of the hydraulic system arranged outside the pressure body as a function of the detected diving pressure.
  • the current diving pressure is detected and the operating pressure of the outside of the pressure body arranged part of the hydraulic system then controlled in dependence on the detected diving pressure and kept in this way above the detected diving pressure.
  • the means for detecting the diving pressure is or are one or more pressure sensors arranged outside the pressure body.
  • the one or more pressure sensors is or are suitably signal-connected with the means for controlling the operating pressure.
  • the means for controlling the operating pressure comprise a control unit for the motor of a hydraulic pump, which adjusts a flow pressure of the hydraulic system via changes in the pump power.
  • the means for controlling the operating pressure include a control unit which is connected to a controllable pressure relief valve, the keeps the operating pressure above the detected diving pressure.
  • the control unit is designed to set the opening pressure of the pressure relief valve.
  • the opening pressure is set equal to or above the intended operating pressure.
  • the submarine according to the invention comprises means for detecting the return pressure and means for controlling the flow pressure in dependence on the detected return pressure. In this way it can be ensured that the pressure in the area of the return line never drops below the diving pressure.
  • the supply pressure is maintained in a predetermined working difference to the return pressure.
  • submarine 5 has a hydraulic system in the form of a hydraulic system.
  • the hydraulic system has a part 10 arranged within the pressure hull 15 of the submarine 5 and a part 54 arranged outside the pressure hull 15.
  • the arranged within the pressure hull 15 part 10 of the hydraulic system is provided for the hydraulic supply of outside of the pressure hull 15 and disposed within the outer skin 20 consumer 25 in the form of a double-acting lifting cylinder 25.
  • the consumer 25 is thus exemplified here by a double-acting hydraulic cylinder, in which a piston 80, the two working chambers 40, 42 separated from each other formed.
  • the arranged within the pressure hull 15 part 10 of the hydraulic system comprises a pressure-resistant hydraulic tank 30, the hydraulic oil, here silicone oil 35 contains.
  • the hydraulic tank 30 and the silicone oil 35 located in it are under a Näufauchdruck the submarine 5 by 5 bar pressure exceeding.
  • the hydraulic tank 30 is connected to one of two working chambers 40, 42 of the lifting cylinder 25 via a return line 45.
  • the return line 45 connects within the pressure body 15 to a first port of a 4/2-way switching valve 50, which connects the return line 45 with one of two lines 52 which are passed through the Druck Economicswandung and each with a working chamber 40, 42nd the lifting cylinder 25 are connected.
  • the hydraulic tank 30 is further connected to a pressure accumulator 55 arranged within the pressure body 15 via a line 60.
  • the line 60 connects the output of a hydraulic pump 65, which conveys silicone oil 35 from the hydraulic tank 30, with the pressure accumulator 55.
  • Hydraulic pump 65 and pressure accumulator 55 are designed for a delivery and storage pressure, which the tank pressure in the hydraulic tank 30 by a hydraulic working pressure difference of z. B. exceeds 80 bar.
  • From the line 60 branches off a flow line 70, which connects the line 60 via one of the lines 52 with one of the working chambers 40, 42 of the lifting cylinder 25.
  • the supply line 70 closes to a second port of the 4/2-way switching valve 50, so that the 4/2-way switching valve 50 each one of the lines 52 to the return line 45 and the other line 52 to the flow line 70 connects and vice versa, depending on the direction in which the piston rod 80 of the lifting cylinder 25 is driven.
  • the system is operated in such a way that the silicone oil 35 in the hydraulic tank 30 is pressurized to a pressure which exceeds the nominal diving pressure of the submarine by 5 bar.
  • the hydraulic pump 65 additionally increases the pressure of the silicone oil 35 in the supply line 70 by the working pressure difference of 80 bar.
  • both the flow line 70, the return line 45 and the working chambers 40, 42 are kept at pressures above the nominal diving pressure of the submarine 5.
  • the current diving pressure of the submarine 5 which is always below the nominal diving pressure, thus never sufficient to enter water into the working chambers 40, 42, the supply line 70 or the return line 45, since the nominal diving pressure and thus the operating pressure above it is always higher.
  • the opening pressure in the amount of the operating pressure to be maintained is selected in the pressure limiting valve 85 '.
  • the submarine 5 "of the hydraulic system 30" of the part 10 "of the hydraulic system located within the pressure body 15 is pressure-resistant Fig. 1 and 2 illustrated submarines 5 and 5 ', the pressure in the return line 45 and in the flow line 70 is not kept above the nominal diving pressure of the submarine 5 ", but above the current diving pressure of the submarine 5".
  • a controllable pressure limiting valve 85 is provided on the return line 45 between 4/2-way switching valve 50 and hydraulic tank 30, which increases the pressure in the return line 45 to a pressure higher by 5 bar than that of the current diving pressure of the submarine 5
  • the current diving pressure is detected by means of a pressure gauge 90 "arranged outside the pressure body 15 in the form of a pressure sensor, which is signal-connected to a control unit 95" the measured via the pressure gauge 90 "pressure and controls the pressure relief valve 85" with a 5 bar higher opening pressure.
  • the pressure relief valve 85 is further provided with a pressure gauge (not shown in the drawing), which returns a signal which corresponds to the pressure setting in the return line 45 to the control unit 95" as a controlled variable.
  • the control unit 95 as also detects the pressure prevailing in the line 60 memory pressure.
  • control unit 95 controls a motor 100" of the hydraulic pump 65 "in response to the detected pressures in the line 60 and in the return line 45 of the motor 100 "and thus also the speed and the pressure of the hydraulic pump 65” caused thereby are increased until a prespecified working pressure difference of 60 to 80 bar is established between the pressures prevailing in the line 60 and in the consumer-side part of the return line 45 ,
  • the pressure in the working chambers 40, 42 always kept above the prevailing seawater pressure, so that seawater entries in the flow line 70, in the working chambers 40, 42 and in the return line 45 are reliably avoided.

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Abstract

Bei dem Verfahren zum Betrieb eines hydraulischen Systems eines Unterseebootes (5) ist zumindest ein Teil (54) des hydraulischen Systems außerhalb des Druckkörpers (15) angeordnet. Dabei wird der Betriebsdruck zumindest des außerhalb des Druckkörpers (15) angeordneten Teils (54) stets über dem Tauchdruck oder dem Nenntauchdruck des Unterseebootes (5) gehalten.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines hydraulischen Systems eines Unterseebootes sowie ein Unterseeboot mit einer Hydraulikanlage.
  • Bei hydraulischen Systemen von Unterseebooten kann die Umspülung des Unterseebootes mit Seewasser unter ungünstigen Umständen bei Tauchfahrt Wassereinträge in das hydraulische System bewirken. Dabei wird das Hydrauliköl des hydraulischen Systems dann mit Seewasser kontaminiert. Derart kontaminiertes Hydrauliköl verursacht Korrosionsschäden an Hydraulikventilen, Kavitation und dergleichen.
  • Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb eines hydraulischen Systems eines Unterseebootes zu schaffen, das zuverlässig und langzeitlich ein Eindringen von Seewasser in das hydraulische System vermeidet. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Unterseeboot mit einer Hydraulikanlage zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren zum Betrieb eines hydraulischen Systems eines Unterseebootes mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie mit einem Unterseeboot mit den in Anspruch 6 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines hydraulischen Systems eines Unterseebootes, bei dem zumindest ein Teil des hydraulischen Systems außerhalb des Druckkörpers angeordnet ist, wird der Betriebsdruck zumindest des außerhalb des Druckkörpers angeordneten Teils stets über dem Tauchdruck oder dem Nenntauchdruck des Unterseebootes gehalten. Auf diese Weise werden Wassereinträge in den außerhalb des Druckkörpers angeordneten Teil des hydraulischen Systems, welcher insbesondere bei Tauchfahrt von Seewasser umgeben ist, systembedingt und somit wirksam vermieden. So bewegen sich Flüssigkeiten beim Vorliegen unterschiedlich hoher Druckniveaus stets vom hohen zum niedrigen Druckniveau. Somit ist das Eindringen von Seewasser in das Hydrauliksystem systembedingt ausgeschlossen, da das Hydrauliköl stets unter einem höheren Druck steht als das umgebende Seewasser.
  • Nenntauchdruck im Sinne dieser Erfindung ist der maximale Tauchdruck für den das Unterseeboot ausgelegt ist, d. h. der Tauchdruck bei maximal zulässiger Tauchtiefe des Unterseebootes. Der Nenntauchdruck ergibt sich somit durch Multiplikation der maximal zulässigen Tauchtiefe in Metern mit 0,101 bar.
  • Unter Betriebsdruck im Sinne dieser Erfindung ist der statische Druck des hydraulischen Drucksystems im statischen Zustand zu verstehen. Der Begriff Betriebsdruck kann sich dabei auch auf einen Teil des hydraulischen Drucksystems beziehen, d. h. den niedrigsten Druck dieses Teils des hydraulischen Drucksystems bezeichnen. Z. B. kann ein Teil des hydraulischen Systems außerhalb des Druckkörpers angeordnet sein und einen Verbraucher sowie außerhalb des Druckkörpers angeordnete Leitungen zu und/oder von diesem Verbraucher umfassen. Dabei ist der statische Druck in einer solchen Leitung der Betriebsdruck des außerhalb des Druckkörpers angeordneten Teils des hydraulischen Systems. Gerade in diesem Bereich sind Anschlüsse und Verbindungen, da sie dauerhaft Seewasser ausgesetzt sind, hinsichtlich der Gefahr von Wassereinträgen besonders kritisch.
  • Vorzugsweise bildet der Betriebsdruck des außerhalb des Druckkörpers angeordneten Teils des hydraulischen Systems zugleich auch den Betriebsdruck des innerhalb des Druckkörpers angeordneten Teils, da dann eine hydraulische Trennung der Systemteile nicht erforderlich ist.
  • In einer alternativen Weiterbildung wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein innerhalb des Druckkörpers angeordneter Teil des hydraulischen System unter einem niedrigeren Druck als dem Betriebsdruck des außerhalb des Druckkörpers angeordneten Teils gehalten. Beispielsweise kann ein innerhalb des Druckkörpers angeordneter Hydrauliktank des hydraulischen Systems bei atmosphärischem Druck gehalten werden. Dabei muss eine Entspannung von außerhalb des Druckkörpers angeordneten und unter Betriebsdruck stehenden Teilen des hydraulischen Systems auf den niedrigeren Druck des innerhalb des Druckkörpers angeordneten Teils vermieden werden. Beispielsweise sind dazu innerhalb des Druckkörpers Druckbegrenzungsventile vorgesehen, deren Öffnungsdruck gleich oder größer als der vorgesehene Betriebsdruck ist. Auf diese Weise kann eine Entspannung auf einen niedrigeren Druck als dem vorgesehenen Betriebsdruck des außerhalb des Druckkörpers angeordneten Teils ausgeschlossen werden.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein druckbeaufschlagter Hydrauliktank und/oder ein Druckspeicher als Quelle für den Betriebsdruck genutzt.
  • Bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Druck in einer Rücklaufleitung des hydraulischen Systems über dem Tauchdruck oder dem Nenntauchdruck des Unterseebootes gehalten. Die Steuerung des Drucks anhand des Drucks in einer Rücklaufleitung des hydraulischen Systems ist besonders vorteilhaft, da typischerweise in der Rücklaufleitung, also hinter dem oder den Verbrauchern, die niedrigsten Drücke im System auftreten. Wenn also sichergestellt wird, dass in diesem Bereich der Druck stets über dem Tauchdruck oder dem Nenntauchdruck gehalten wird, dann ist ein Eindringen von Seewasser in das hydraulische System ausgeschlossen. Dabei wird gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Druck in der Rücklaufleitung bevorzugt kontinuierlich überwacht und mit dem Tauchdruck bzw. dem Nenntauchdruck des Unterseebootes verglichen. Entspricht der Rücklaufdruck dem Tauchdruck bzw. dem Nenntauchdruck oder ist der Rücklaufdruck sogar niedriger als der Tauchdruck bzw. der Nenntauchdruck, so wird der Druck eingangsseitig erhöht, bis dieser den Nenntauchdruck bzw. den Tauchdruck des Unterseebootes übersteigt.
  • Zweckmäßigerweise ist der Druck in der Vorlaufleitung gegenüber dem niedrigeren Rücklaufdruck um eine Arbeitsdruckdifferenz erhöht. Diese Arbeitsdruckdifferenz steht dann zur Verrichtung hydraulischer Arbeit zur Verfügung. Besonders bevorzugt bilden Vorlaufdruck und Rücklaufdruck eine Arbeitsdruckdifferenz von mindestens 60 bar.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Silikonöl als Hydraulikflüssigkeit verwendet. Silikonöl ist bei einem Austritt aus dem hydraulischen System insbesondere in das umgebende Seewasser unter Umweltgesichtspunkten relativ unkritisch. Bevorzugt wird Silikonöl als einziges Hydrauliköl des Hydrauliksystems verwendet. Alternativ wird Silikonöl nur im außerhalb des Druckkörpers befindlichen Teils des Systems als Hydraulikflüssigkeit verwendet, während innerhalb des Druckkörpers konventionelles Hydrauliköl eingesetzt wird. Beispielsweise stehen dann innerhalb des Druckkörpers angeordnete Hydraulikleitungen über Druckübertrager mit den Silikonöl führenden Teilen des außerhalb des Druckkörpers befindlichen Teils des hydraulischen Systems in Verbindung, beispielsweise über druckübertragende Hubzyinder, die mit Hydrauliköl gefüllte Bereiche und mit Silikonöl gefüllte Bereiche der Hydraulikleitungen voneinander trennen.
  • Besonders bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Betriebsdruck des außerhalb des Druckkörpers angeordneten Teils, insbesondere der Rücklaufdruck, um zumindest 3, vorzugsweise 5 bar über dem Nenn- oder dem aktuellen Tauchdruck des Unterseebootes gehalten. In dieser Weiterbildung des Verfahrens wird verhindert, dass bereits geringe Strömungs- und/oder Druckverluste im hydraulischen System zu einer - beispielsweise bereichs- oder stellenweisen - Absenkung des Leitungsdrucks unter den Nenn- oder den aktuellen Tauchdruck des Unterseebootes führen.
  • Das erfindungsgemäße Unterseeboot weist eine Hydraulikanlage zur Durchführung des vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens auf. Das Unterseeboot weist hierzu Mittel zum Erfassen des Tauchdrucks sowie Mittel zum Steuern des Betriebsdrucks zumindest des außerhalb des Druckkörpers angeordneten Teils der Hydraulikanlage in Abhängigkeit vom erfassten Tauchdruck auf. Dabei wird der aktuelle Tauchdruck erfasst und der Betriebsdruck des außerhalb des Druckkörpers angeordneten Teils der Hydraulikanlage dann in Abhängigkeit vom erfassten Tauchdruck gesteuert und auf diese Weise oberhalb des erfassten Tauchdrucks gehalten. Beispielsweise ist oder sind die Mittel zum Erfassen des Tauchdrucks ein oder mehrere außerhalb des Druckkörpers angeordnete Drucksensoren. Der oder die Drucksensoren ist bzw. sind zweckmäßigerweise mit den Mitteln zum Steuern des Betriebsdrucks signalverbunden. Vorzugsweise umfassen die Mittel zum Steuern des Betriebsdrucks eine Steuereinheit für den Motor einer Hydraulikpumpe, welche über Änderungen der Pumpleistung einen Vorlaufdruck des hydraulischen Systems einstellt. Alternativ oder zusätzlich umfassen die Mittel zum Steuern des Betriebsdrucks eine Steuereinheit, die mit einem steuerbaren Druckbegrenzungsventil verbunden ist, das den Betriebsdruck über dem erfassten Tauchdruck hält. Zweckmäßigerweise ist die Steuereinheit zur Einstellung des Öffnungsdrucks des Druckbegrenzungsventils ausgebildet. Geeigneterweise wird der Öffnungsdruck gleich dem oder oberhalb des vorgesehenen Betriebsdrucks eingestellt.
  • Bevorzugt weist das erfindungsgemäße Unterseeboot Mittel zum Erfassen des Rücklaufdrucks und Mittel zum Steuern des Vorlaufdrucks in Abhängigkeit vom erfassten Rücklaufdruck auf. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass der Druck auch im Bereich der Rücklaufleitung nie unter den Tauchdruck abfällt. Bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Unterseeboot der Vorlaufdruck in einer vorbestimmten Arbeitsdifferenz zum Rücklaufdruck gehalten.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    in schematischer Darstellung den Aufbau eines hydraulischen Systems eines Unterseebootes,
    Fig. 2
    in schematischer Darstellung den Aufbau eines weiteren hydraulischen Systems eines Unterseebootes und
    Fig. 3
    in schematischer Darstellung eine weitere Variante des Aufbaus eines hydraulischen Systems eines Unterseebootes.
  • Das in Figur 1 dargestellte Unterseeboot 5 weist ein hydraulisches System in Form einer Hydraulikanlage auf. Die Hydraulikanlage weist einen innerhalb des Druckkörpers 15 des Unterseebootes 5 angeordneten Teil 10 sowie einen außerhalb des Druckkörpers 15 angeordneten Teil 54 auf. Der innerhalb des Druckkörpers 15 angeordnete Teil 10 der Hydraulikanlage ist zur hydraulischen Versorgung des außerhalb des Druckkörpers 15 und innerhalb der Außenhaut 20 angeordneten Verbrauchers 25 in Form eines doppelt wirkenden Hubzylinders 25 vorgesehen. Der Verbraucher 25 ist hier also beispielhaft durch einen doppelt wirkenden Hydraulikzylinder, bei welchem ein Kolben 80 die beiden Arbeitskammern 40, 42 voneinander trennt, gebildet.
  • Der innerhalb des Druckkörpers 15 angeordnete Teil 10 der Hydraulikanlage umfasst einen druckfesten Hydrauliktank 30, der Hydrauliköl, hier Silikonöl 35, enthält. Der Hydrauliktank 30 sowie das in ihm befindliche Silikonöl 35 stehen unter einem den Nenntauchdruck des Unterseebootes 5 um 5 bar übersteigenden Druck. Der Hydrauliktank 30 ist mit einer von zwei Arbeitskammern 40, 42 des Hubzylinders 25 über eine Rücklaufleitung 45 verbunden. Die Rücklaufleitung 45 schließt innerhalb des Druckkörpers 15 an einen ersten Anschluss eines 4/2-Wege-UmschaltVentils 50 an, welches die Rücklaufleitung 45 mit einer von zwei Leitungen 52 verbindet, die durch die Druckkörperwandung hindurch geführt sind und mit jeweils einer Arbeitskammer 40, 42 des Hubzylinders 25 verbunden sind. Auf diese Weise wird diejenige Arbeitskammer 40, 42 des Hubzylinders 25, die mit der Rücklaufleitung 45 verbunden ist, stets mit einem über dem Nenntauchdruck des Unterseebootes 5 liegenden Druck beaufschlagt. Dieser Druck bildet den Betriebsdruck auch des außerhalb des Druckkörpers 15 angeordneten Teils 54 der Hydraulikanlage, welche durch den Hubzylinder 25 und die außerhalb des Druckkörpers 15 befindlichen Abschnitte der Leitungen 52 gebildet ist.
  • Der Hydrauliktank 30 ist ferner mit einem innerhalb des Druckkörpers 15 angeordneten Druckspeicher 55 über eine Leitung 60 verbunden. Die Leitung 60 verbindet den Ausgang einer Hydraulikpumpe 65, die Silikonöl 35 aus dem Hydrauliktank 30 fördert, mit dem Druckspeicher 55. Hydraulikpumpe 65 und Druckspeicher 55 sind dabei für einen Förder-und Speicherdruck ausgebildet, welcher den Tankdruck im Hydrauliktank 30 um eine hydraulische Arbeitsdruckdifferenz von z. B. 80 bar übersteigt. Von der Leitung 60 zweigt eine Vorlaufleitung 70 ab, die die Leitung 60 über eine der Leitungen 52 mit einer der Arbeitskammern 40, 42 des Hubzylinders 25 verbindet. Die Vorlaufleitung 70 schließt dazu an einen zweiten Anschluss des 4/2-Wege-Umschalt-Ventils 50, sodass das 4/2-Wege-Umschalt-Ventil 50 jeweils eine der Leitungen 52 mit der Rücklaufleitung 45 und die andere Leitung 52 mit der Vorlaufleitung 70 verbindet und umgekehrt, je nachdem in welche Verfahrrichtung der Kolbenstange 80 der Hubzylinder 25 angesteuert wird.
  • Das System wird so betrieben, dass das Silikonöl 35 im Hydrauliktank 30 unter einen den Nenntauchdruck des Unterseebootes um 5 bar übersteigenden Druck gesetzt wird. Die Hydraulikpumpe 65 erhöht den Druck des Silikonöls 35 in der Vorlaufleitung 70 zusätzlich um die Arbeitsdruckdifferenz von 80 bar. Damit werden sowohl die Vorlaufleitung 70, die Rücklaufleitung 45 und die Arbeitskammern 40, 42 auf Drücken über dem Nenntauchdruck des Unterseebootes 5 gehalten. Der aktuelle Tauchdruck des Unterseebootes 5, der stets unter dem Nenntauchdruck steht, reicht somit nie aus, Wasser in die Arbeitskammern 40, 42, die Vorlaufleitung 70 oder die Rücklaufleitung 45 einzutragen, da der Nenntauchdruck und somit der darüber liegende Betriebsdruck stets höher ist.
  • Der Aufbau der Hydraulikanlage des in Figur 2 dargestellten Unterseebootes 5' entspricht im Wesentlichen dem Aufbau der Hydraulikanlage des in Figur 1 dargestellten Unterseebootes 5. Abweichend vom zuvor beschriebenen Unterseeboot 5 weist das Unterseeboot 5' keinen druckfesten Hydrauliktank 30 auf, sondern einen unter lediglich atmosphärischem Druck stehenden Hydrauliktank 30' auf. Stattdessen weist die Rücklaufleitung 45' zwischen Hydrauliktank 30' und 4/2-Wege-UmschaltVentil 50 ein Druckbegrenzungsventil 85' auf. Dieses Druckbegrenzungsventil 85' verhindert einen Druckabfall in der Rücklaufleitung 45 unter den Betriebsdruck. Hierzu ist bei dem Druckbegrenzungsventil 85' der Öffnungsdruck in Höhe des zu haltenden Betriebsdrucks gewählt.
  • Bei dem in Figur 3 dargestellten Unterseeboot 5" ist der Hydrauliktank 30"des innerhalb des Druckkörpers 15 befindlichen Teils 10" der Hydraulikanlage druckfest ausgebildet. Anders als bei den in Fig. 1 und 2 dargestellten Unterseebooten 5 und 5' wird der Druck in der Rücklaufleitung 45 und in der Vorlaufleitung 70 nicht oberhalb des Nenntauchdrucks des Unterseebootes 5" gehalten, sondern oberhalb des aktuellen Tauchdrucks des Unterseebootes 5".
  • Dazu ist an der Rücklaufleitung 45 zwischen 4/2-Wege-Umschalt-Ventil 50 und Hydrauliktank 30" ein steuerbares Druckbegrenzungsventil 85" vorgesehen, welches den Druck in der Rücklaufleitung 45 auf einen um 5 bar höheren Druck als den des aktuellen Tauchdrucks des Unterseebootes 5" hält. Dieser (variable) Druck bildet bei der Hydraulikanlage den Betriebsdruck. Dazu wird der aktuelle Tauchdruck über einen außerhalb des Druckkörpers 15 angeordneten Druckmesser 90" in Form eines Drucksensors erfasst, welcher mit einer Steuereinheit 95" signalverbunden ist. Die Steuereinheit 95" enthält den über den Druckmesser 90" gemessenen Druck und steuert das Druckbegrenzungsventil 85" mit einem 5 bar höheren Öffnungsdruck an. Das Druckbegrenzungsventil 85" ist ferner mit einem Druckmesser (in der Zeichnung nicht dargestellt) versehen, welcher ein Signal, welches mit dem sich in der Rücklaufleitung 45 einstellenden Druck korrespondiert, an die Steuereinheit 95" als Regelgröße zurückliefert. Die Steuereinheit 95" als erfasst ferner den in der Leitung 60 herrschenden Speicherdruck.
  • Zur Aufrechterhaltung einer zum Antrieb des Hubzylinders 25 erforderlichen Arbeitsdruckdifferenz steuert die Steuereinheit 95" in Abhängigkeit von den erfassten Drücken in der Leitung 60 und in der Rücklaufleitung 45 einen Motor 100" der Hydraulikpumpe 65" an. Die Drehzahl des Motors 100" und damit auch die Drehzahl und der hierdurch verursachte Druck der Hydraulikpumpe 65" werden dabei solange erhöht, bis sich zwischen den in der Leitung 60 und in dem verbraucherseitigen Teil der Rücklaufleitung 45 herrschenden Drücken eine vorgesehene Arbeitsdruckdifferenz von 60 bis 80 bar einstellt. Somit wird der Druck in den Arbeitskammern 40, 42 stets über dem jeweils vorherrschenden Seewasserdruck gehalten, so dass Seewassereinträge in die Vorlaufleitung 70, in die Arbeitskammern 40, 42 und in die Rücklaufleitung 45 zuverlässig vermieden werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 5, 5', 5"
    - Unterseeboot
    10, 10', 10"
    - Teil der Hydraulikanlage
    15
    - Druckkörper
    20
    - Außenhaut
    25
    - Verbraucher, Hubzylinder
    30, 30', 30"
    - Hydrauliktank
    35
    - Silikonöl
    40
    - Arbeitskammer
    42
    - Arbeitskammer
    45
    - Rücklaufleitung
    50
    - 4/2-Wege-Umschalt-Ventil
    52
    - Leitungen
    54
    - Teil der Hydraulikanlage
    55
    - Druckspeicher
    60
    - Leitung
    65, 65"
    - Hydraulikpumpe
    70
    - Vorlaufleitung
    80
    - Aktorkolben
    85',85"
    - Druckbegrenzungsventil
    90"
    - Druckmesser
    95"
    - Steuereinheit
    100"
    - Motor

Claims (7)

  1. Verfahren zum Betrieb eines hydraulischen Systems eines Unterseebootes, bei dem zumindest ein Teil (54) des hydraulischen Systems außerhalb des Druckkörpers (15) angeordnet ist und bei welchem der Betriebsdruck zumindest des außerhalb des Druckkörpers (15) angeordneten Teils (54) stets über dem Tauchdruck oder dem Nenntauchdruck des Unterseebootes gehalten wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem ein innerhalb eines Druckkörpers (15) angeordneter Teil (10, 10', 10") des hydraulischen Systems unter einem niedrigeren Druck als dem Betriebsdruck des außerhalb des Druckkörpers angeordneten Teils gehalten wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem ein Rücklaufdruck des hydraulischen Systems über dem Tauchdruck oder dem Nenntauchdruck des Unterseebootes gehalten wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei welchem Silikonöl (35) als Hydraulikflüssigkeit verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Betriebsdruck des außerhalb des Druckkörpers (15) angeordneten Teils (54), insbesondere der Rücklaufdruck, um zumindest 3, vorzugsweise 5, bar über dem Nenn- oder dem aktuellen Tauchdruck des Unterseebootes gehalten wird.
  6. Unterseeboot mit einer Hydraulikanlage (10"; 54) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit Mitteln (90") zum Erfassen des Tauchdrucks und mit Mitteln (95") zum Steuern des Betriebsdrucks des außerhalb des Druckkörpers angeordneten Teils (54) der Hydraulikanlage in Abhängigkeit vom erfassten Tauchdruck.
  7. Unterseeboot nach Anspruch 6 mit Mitteln (85") zum Erfassen des Rücklaufdrucks und Mitteln (95") zum Steuern des Vorlaufdrucks in Abhängigkeit vom erfassten Rücklaufdruck.
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