EP2713021B1 - Unterseeboot - Google Patents

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EP2713021B1
EP2713021B1 EP13181539.1A EP13181539A EP2713021B1 EP 2713021 B1 EP2713021 B1 EP 2713021B1 EP 13181539 A EP13181539 A EP 13181539A EP 2713021 B1 EP2713021 B1 EP 2713021B1
Authority
EP
European Patent Office
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resonator
resonator neck
neck
annular chamber
section
Prior art date
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Active
Application number
EP13181539.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2713021A3 (de
EP2713021A2 (de
Inventor
Claas Wilken
Dipl.-Ing. Roland Becker
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
ThyssenKrupp Marine Systems GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Marine Systems GmbH filed Critical ThyssenKrupp Marine Systems GmbH
Publication of EP2713021A2 publication Critical patent/EP2713021A2/de
Publication of EP2713021A3 publication Critical patent/EP2713021A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2713021B1 publication Critical patent/EP2713021B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N1/00—Silencing apparatus characterised by method of silencing
    • F01N1/02—Silencing apparatus characterised by method of silencing by using resonance
    • F01N1/023—Helmholtz resonators
    • 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
    • B63G8/28—Arrangement of offensive or defensive equipment
    • B63G8/34—Camouflage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/32—Arrangements of propulsion power-unit exhaust uptakes; Funnels peculiar to vessels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N1/00—Silencing apparatus characterised by method of silencing
    • F01N1/02—Silencing apparatus characterised by method of silencing by using resonance
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • 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
    • B63G8/08—Propulsion
    • B63G8/12—Propulsion using internal-combustion engines

Definitions

  • the invention relates to a submarine.
  • KR 2012 0044629 discloses a muffler for an exhaust pipe of an internal combustion engine in a ship, wherein a resonance frequency is varied in dependence on an exhaust gas temperature.
  • the object of the invention is now to provide a submarine, in which the frequency levels of the firing frequencies generated by arranged in the submarine combustion engines are reduced sufficiently.
  • the submarine according to the invention has at least one internal combustion engine with an exhaust pipe connected thereto.
  • the internal combustion engine may generally be any internal combustion engine used in a submarine.
  • this internal combustion engine is a diesel engine, which is connected upstream of a generator used for charging a battery system.
  • the exhaust pipe is coupled to a Helmholtz resonator.
  • Helmholtz resonators usually have a resonator neck, to which a resonator pot whose inner cross-section is larger than that of the resonator neck is connected.
  • one or more absorption silencers may be arranged in the exhaust pipe.
  • Helmholtz resonators are particularly suitable for reducing the level of a specific frequency.
  • the Helmholtz resonator coupled to the outside of the exhaust pipe is intended to reduce the exhaust noise caused by the ignition frequency of the internal combustion engine.
  • the frequency of this exhaust sound changes depending on the temperature during the startup phase of the engine and in dependence on the power of the internal combustion engine.
  • the resonant frequency of the Helmholtz resonator is controlled as a function of the exhaust gas temperature.
  • the length of the resonator pot, its cross section and the length or the cross section of the resonator neck can be made variable. Constructive designs of Helmholtz resonators that make this possible are well known in the art. In terms of design, the length of the resonator neck can be changed to control the resonance frequency of the Helmholtz resonator.
  • an embodiment is provided according to the invention, in which the resonator neck of the Helmholtz resonator has an adjustable length.
  • the length of the resonator neck is controlled so that it increases with an increase in temperature of the exhaust gas and decreases with a decrease in the exhaust gas temperature.
  • This adjustable length of the resonator neck is achieved in that the resonator neck is designed to be telescopic. Consequently, the resonator neck has at least two intermeshing sections, which are movable relative to one another to a certain extent, whereby the length of the resonator neck changes with a quasi-constant cross section of the resonator neck.
  • other constructive solutions are also conceivable which have an adjustable length of the resonator neck enable.
  • this adjustable length of the resonator neck can also be achieved in a design of the outer wall of the resonator neck, in which two sections of the resonator neck are connected to one another via a threaded connection.
  • a section of the resonator neck is formed by an annular chamber whose volume in the telescoping direction, d. H. is variable in the longitudinal direction of the Resonatorhalses.
  • the annular chamber is expediently delimited in the telescoping direction of the resonator neck by a wall which can be displaced by changing the volume of the annular chamber in a certain range in the telescoping direction of the resonator neck.
  • a second section of the resonator neck may be arranged on this wall, or this wall may be formed by a second section of the resonator neck, which engages in the annular chamber.
  • the resonator neck has a hollow-cylindrical, double-walled section.
  • a gap between an inner wall and an outer wall forms the annular chamber, in which engages an annular piston which forms the second portion of the Resonatorhalses.
  • the annular chamber formed between the inner and outer walls of the double-walled section of the resonator neck can advantageously be used to receive means with which its displaceable wall or the second section of the resonator neck can be moved as a function of the exhaust gas temperature.
  • the annular chamber is filled with a fluid.
  • the aim of this measure is to use a volume expansion of the fluid taking place when the fluid warms up, the volume of the annular chamber and concomitantly increase the length of the Resonatorhalses.
  • the type of fluid filled in the annular chamber is basically arbitrary, with the most suitable fluid typically being selected as a function of the structural design of the Helmholtz resonator and the required length change of the resonator neck.
  • the temperature of the fluid in the annular chamber should change in direct dependence on the exhaust gas temperature.
  • the annular chamber is preferably arranged in heat-conducting connection with the exhaust pipe. Ie. the annular chamber is arranged such that heat flow from the exhaust gas to the fluid in the annular chamber can take place.
  • the annular chamber is a section of the resonator neck directly adjacent to the exhaust gas line, so that the heat of the exhaust gas is transferred directly via the outer wall the exhaust pipe and an inner wall of the annular chamber can be transferred to the fluid in the annular chamber.
  • a bimetallic spring element is provided, which is coupled in motion to a section of the resonator neck in such a manner that this section of the resonator neck is motion-coupled Resonator neck is rotated by a temperature-induced deformation of the bimetallic spring element relative to the other portion of the Resonatorhalses, whereby the length of the Resonatorhalses changes.
  • the movement coupling of the Bimetallfederelements with the corresponding portion of the Resonatorhalses be made directly, the bimetallic spring element thus be connected directly to this portion of the Resonatorhalses, or there may be provided an indirect motion coupling of the Bimetallfederelements with this portion of the Resonatorhalses, wherein between the Bimetallfederelement and the telescopic portion of the Resonatorhalses a mechanism for transmitting motion is arranged.
  • a combustion engine 4 vibration-damped In the in Fig. 1 shown portion of a submarine is mounted on a foundation 2 a combustion engine 4 vibration-damped.
  • the internal combustion engine 4 is a diesel engine.
  • the foundation 2 is vibration-damped mounted on a deck 6 of the submarine.
  • About its drive shaft 8 of the engine 4 is coupled to a generator 10 which is placed on the foundation 2 vibration damped next to the engine 4.
  • the generator 10 serves to charge a battery system, not shown in the drawing of the submarine.
  • an exhaust pipe 12 is connected.
  • the exhaust pipe 12 is in Fig. 1 only partially shown and leads, from Fig. 1 not visible, by a Druck restructuringwandung 14 to the outside of the pressure hull of the submarine.
  • an absorption silencer 16 is arranged in the exhaust pipe 12.
  • the exhaust pipe 12 is coupled to a Helmholtz resonator 18.
  • the Helmholtz resonator 18 is used in particular to reduce the exhaust sound caused by the ignition frequency of the internal combustion engine 4 and at best to completely eliminate it.
  • the Helmholtz resonator 18 a resonator neck 20 which is connected directly to the exhaust pipe 12.
  • end of the resonator 20 joins a resonator 22 of the Helmholtz resonator 18, which is open to the resonator neck 20, but otherwise formed closed.
  • an opening 24 is formed on the exhaust pipe 12 ( Fig. 3 ). Via this opening 24, exhaust gas generated by the internal combustion engine 4 can flow in the substantially tubular resonator neck 20 and from there into the hollow-cylindrical resonator pot 22.
  • a directly adjoining the exhaust pipe 12 section of the resonator 20 is double-walled with an inner tubular wall 24 and a concentrically arranged outer tubular wall 26 designed for this purpose.
  • An intermediate space between the inner wall 24, which adjoins directly outside the opening 24 formed on the exhaust pipe 12, and the outer wall 26 forms an annular chamber 30.
  • This annular chamber 30 is closed at one end by the outside of the exhaust pipe 12. The other, remote from the exhaust pipe 12 end of the annular chamber 30 is open.
  • annular piston 32 In this open end of the annular chamber 30 engages an annular piston 32, which is disposed on a resonator neck 20 facing the end of the Resonatortopfes 22 and there surrounds an opening 34 which forms a flow connection from the Resonatorhals 20 to the Resonatordopf 22.
  • the piston 32 is movably guided in the annular chamber 30 with little play in the longitudinal direction of the resonator neck and forms a second section of the resonator neck 20.
  • a tubular projection 36 Surrounding the opening 34, a tubular projection 36 is formed on the end face of the resonator pot 22 facing the resonator neck 20 , radial play in the resonator 20 engages.
  • a space bounded by the outside of the exhaust pipe 12 and the end of the piston 32 is completely filled with a fluid. If, for example, an increase in the exhaust gas temperature occurs during the startup of the internal combustion engine 4, this also leads to an increase in the temperature of the fluid in the annular chamber 30. This in turn causes a thermal expansion of the fluid in the annular chamber 30, whereby the piston 32 engaging in the annular chamber 30 is pushed away from the fluid in the direction of the exhaust pipe 12, so that the length of the Resonatorhalses 20 increases, so the Resonatorhals 20 is telescoped.
  • resonator neck 20 ' is a piece of pipe 38 welded to the outside of the exhaust pipe 12 with this.
  • the pipe section 38 which forms a first stationary section of the resonator neck 20 ', in this case encloses the opening 24 formed on the exhaust pipe 12.
  • the sleeve 40 is rotatable about a central axis A of the resonator neck 20 '.
  • a projection 42 is formed which projects radially into the interior of the sleeve 40. This projection 42 engages in a on the outer circumference of the pipe section 38 formed groove 44 which extends around the entire circumference of the pipe section 38. This prevents the sleeve 40 from being able to move in the direction of the central axis A of the resonator neck 20.
  • the sleeve 40 Starting from a side facing away from the exhaust pipe 12 end of the sleeve 40, the sleeve 40 has an internal thread 46.
  • the internal thread 46 terminates at an undercut 48 formed on the inner periphery of the sleeve 40 adjacent to the projection 42.
  • a pipe section 50 is screwed on the internal thread 46 of the sleeve 40.
  • the pipe section 50 has an external thread 52.
  • the tube piece 50 forms a second section of the resonator neck 20 ', on which a resonator pot 22 is arranged, wherein an opening 34 forms a flow connection from the resonator neck 20' to the resonator pot 22.
  • a longitudinal groove 54 aligned parallel to the central axis A of the resonator neck 20 'is formed on the inside of the pipe section 50, starting from an end of the pipe section 50 facing the exhaust pipe 12, a longitudinal groove 54 aligned parallel to the central axis A of the resonator neck 20 'is formed. In this longitudinal groove 54 engages a key 56, which is fixed in a formed on the outer circumferential surface of the pipe section 38 recess 58. As a result, the pipe section 50 is secured against rotation about the center axis A of the resonator neck 20 '.
  • a lever 60 is disposed in a region adjacent to the exhaust pipe 12, which extends radially outwardly. How out Fig. 5 becomes clear, is connected to the lever 60 a fixed to the outside of the exhaust pipe 12 bimetallic spring element 62.
  • the bimetal spring member 62 is formed as a coil spring.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Unterseeboot.
  • Bei der Konzeption militärischer Unterseeboote gehört es zu den grundlegenden Aufgaben, an Bord befindliche Geräuschquellen zu eliminieren oder die Geräuschentwicklung zumindest in größtmöglichem Maße zu reduzieren. So ist es bei diesel-elektrisch angetriebenen Unterseebooten erforderlich, den während des Betriebs der Dieselmotoren entstehenden Abgasschall zu verringern. Hierzu werden bislang in die Abgasleitung eingebaute Absorptionsschalldämpfer verwendet. Zwar wird der Abgasschall mit diesen Absorptionsschalldämpfern in einem großen Frequenzbereich gedämpft, es hat sich aber gezeigt, dass die Zündfrequenzen von in dem Unterseeboot befindlichen Verbrennungsmotoren trotz der Absorptionsschalldämpfer in der Außenumgebung des Unterseeboots noch deutlich wahrnehmbar sind.
  • KR 2012 0044629 offenbart einen Schalldämpfer für eine Abgasleitung eines Verbrennungsmotors in einem Schiff, wobei eine Resonanzfrequenz in Abhängigkeit einer Abgastemperatur variiert wird.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, ein Unterseeboot zu schaffen, bei dem die Frequenzpegel der von in dem Unterseeboot angeordneten Verbrennungsmotoren erzeugten Zündfrequenzen in ausreichendem Maße verringert werden.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Unterseeboot mit den in Anspruch 1 und 5 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Unterseeboots ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie aus der Zeichnung. Hierbei können die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale jeweils für sich oder in geeigneter Kombination miteinander das Unterseeboot nach Anspruch 1 weiter ausgestalten.
  • Das erfindungsgemäße Unterseeboot weist mindestens einen Verbrennungsmotor mit einer daran angeschlossenen Abgasleitung auf. Bei dem Verbrennungsmotor kann es sich generell um jeden in einem Unterseeboot eingesetzten Verbrennungsmotor handeln. Vorzugsweise ist dieser Verbrennungsmotor aber ein Dieselmotor, der einem zum Aufladen einer Batterieanlage verwendeten Generator vorgeschaltet ist.
  • Gemäß der Erfindung ist die Abgasleitung mit einem Helmholtz-Resonator gekoppelt. Helmholtz-Resonatoren weisen üblicherweise einen Resonatorhals auf, an dem sich ein Resonatortopf, dessen Innenquerschnitt größer als derjenige des Resonatorhalses ist, anschließt. Zusätzlich zu dem Helmholtz-Resonator können in der Abgasleitung ein oder mehrere Absorptionsschalldämpfer angeordnet sein.
  • Helmholtz-Resonatoren eignen sich in besonderem Maße dazu, den Pegel einer bestimmten Frequenz zu verringern. In dem erfindungsgemäßen Unterseeboot soll der an der Außenseite der Abgasleitung angekoppelte Helmholtz-Resonator den von der Zündfrequenz des Verbrennungsmotors verursachten Abgasschall verringern. Allerdings verändert sich die Frequenz dieses Abgasschalls temperaturabhängig während der Anlaufphase des Motors und in Abhängigkeit von der abgenommenen Leistung des Verbrennungsmotors. Um diesem Umstand Rechnung zu tragen, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die Resonanzfrequenz des Helmholtz-Resonators in Abhängigkeit von der Abgastemperatur gesteuert ist.
  • Es ist bekannt, die Resonanzfrequenz eines Helmholtz-Resonators durch Verändern des Volumens des Resonatorhalses und/oder des Resonatortopfes zu verändern. Dementsprechend ist gemäß der Erfindung vorgesehen, die Resonanzfrequenz des Helmholtz-Resonators dadurch zu steuern, dass das Volumen von Resonatorhals und/oder Resonatortopf in Abhängigkeit von der Abgastemperatur an die sich mit der Abgastemperatur ändernden Frequenz des Abgasschalls angepasst wird. Diese Maßnahme stellt sicher, dass der Abgasschall auch bei temperaturbedingten Frequenzänderungen, beispielsweise beim Anfahren des Verbrennungsmotors oder bei Änderung der abgenommenen Leistung des Verbrennungsmotors mit dem Helmholtz-Resonator in bestmöglicher Weise verringert wird und günstigstenfalls eliminiert wird.
  • Zur Steuerung der Resonanzfrequenz des erfindungsgemäß verwendeten Helmholtz-Resonators können die Länge des Resonatortopfes, dessen Querschnitt sowie die Länge oder der Querschnitt des Resonatorhalses veränderbar ausgebildet sein. Konstruktive Ausgestaltungen von Helmholtz-Resonatoren, die dies ermöglichen, sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Konstruktiv besonders einfach kann zur Steuerung der Resonanzfrequenz des Helmholtz-Resonators die Länge des Resonatorhalses veränderbar sein. Insofern ist erfindungsgemäß eine Ausgestaltung vorgesehen, bei der der Resonatorhals des Helmholtz-Resonators eine einstellbare Länge aufweist. Hierbei wird die Länge des Resonatorhalses derart gesteuert, dass sie sich bei einer Temperaturzunahme des Abgases vergrößert und sich bei einer Abnahme der Abgastemperatur verringert.
  • Diese einstellbare Länge des Resonatorhalses wird dadurch erreicht, dass der Resonatorhals teleskopierbar ausgebildet ist. Demzufolge weist der Resonatorhals zumindest zwei ineinandergreifende Abschnitte auf, die in gewissem Maße relativ zueinander bewegbar sind, wodurch sich die Länge des Resonatorhalses bei quasi gleichbleibendem Querschnitt des Resonatorhalses verändern. Neben der teleskopierbaren Ausgestaltung des Resonatorhalses sind auch andere konstruktive Lösungen denkbar, die eine einstellbare Länge des Resonatorhalses ermöglichen. Beispielsweise lässt sich diese einstellbare Länge des Resonatorhalses auch bei einer Ausgestaltung der Außenwandung des Resonatorhalses erzielen, bei der zwei Abschnitte des Resonatorhalses über eine Gewindeverbindung miteinander verbunden sind.
  • Bei einer teleskopierbaren Ausgestaltung des Resonatorhalses ist vorgesehen, dass ein Abschnitt des Resonatorhalses von einer Ringkammer gebildet wird, deren Volumen in Teleskopierrichtung, d. h. in Längsrichtung des Resonatorhalses veränderbar ist. In diesem Fall wird die Ringkammer zweckmäßigerweise in Teleskopierrichtung des Resonatorhalses von einer Wandung begrenzt, die unter Veränderung des Volumens der Ringkammer in einem gewissen Bereich in Teleskopierrichtung des Resonatorhalses verschiebbar ist. Auf dieser Wandung kann ein zweiter Abschnitt des Resonatorhalses angeordnet sein oder diese Wandung kann von einem zweiten Abschnitt des Resonatorhalses gebildet sein, welcher in die Ringkammer eingreift.
  • In diesem Zusammenhang ist vorteilhaft eine Ausgestaltung vorgesehen, bei der der Resonatorhals einen hohlzylindrischen, doppelwandigen Abschnitt aufweist. Hierbei bildet ein Zwischenraum zwischen einer inneren Wandung und einer äußeren Wandung die Ringkammer, in welcher ein ringförmiger Kolben eingreift, der den zweiten Abschnitt des Resonatorhalses bildet. Die zwischen der inneren und äußeren Wandung des doppelwandigen Abschnitts des Resonatorhalses ausgebildete Ringkammer kann vorteilhaft zur Aufnahme von Mitteln dienen, mit denen dessen verschiebbare Wandung bzw. der zweite Abschnitt des Resonatorhalses in Abhängigkeit von der Abgastemperatur bewegt werden kann.
  • Die Ringkammer ist mit einem Fluid gefüllt. Ziel dieser Maßnahme ist es, eine bei Erwärmung des Fluids stattfindende Volumenausdehnung des Fluids dazu zu nutzen, das Volumen der Ringkammer und damit einhergehend die Länge des Resonatorhalses zu vergrößern. Die Art des in der Ringkammer gefüllten Fluids ist grundsätzlich beliebig, wobei das geeignetste Fluid typischerweise in Abhängigkeit von der konstruktiven Ausgestaltung des Helmholtz-Resonators und der erforderlichen Längenänderung des Resonatorhalses zu wählen ist.
  • Zweckmäßigerweise sollte sich die Temperatur des in der Ringkammer befindlichen Fluids in direkter Abhängigkeit von der Abgastemperatur ändern. Um dies sicherzustellen, ist die Ringkammer vorzugsweise in wärmeleitender Verbindung mit der Abgasleitung angeordnet. D. h. die Ringkammer ist derart angeordnet, dass ein Wärmefluss von dem Abgas zu dem Fluid in der Ringkammer stattfinden kann.
  • In besonders einfacher Weise wird dieser Wärmefluss von dem Abgas zu dem Fluid dann möglich, wenn, wie es gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen ist, die Ringkammer ein direkt an die Abgasleitung angrenzender Abschnitt des Resonatorhalses ist, sodass die Wärme des Abgases direkt über die Außenwandung der Abgasleitung und eine Innenwandung der Ringkammer auf das Fluid in der Ringkammer übertragen werden kann.
  • Alternativ zu einem in einem in einer Ringkammer mit veränderbarem Volumen angeordneten Fluid ist bei einer teleskopierbaren Ausgestaltung des Resonatorhalses, bei der zwei Resonatorhalsabschnitte über eine Gewindeverbindung miteinander verbunden sind, ein Bimetallfederelement vorgesehen, das mit einem Abschnitt des Resonatorhalses derart bewegungsgekoppelt ist, dass dieser Abschnitt des Resonatorhalses durch eine temperaturbedingte Verformung des Bimetallfederelements relativ zu dem anderen Abschnitt des Resonatorhalses verdreht wird, wodurch sich die Länge des Resonatorhalses ändert. Hierbei kann die Bewegungskopplung des Bimetallfederelements mit dem entsprechenden Abschnitt des Resonatorhalses direkt erfolgen, das Bimetallfederelement also direkt mit diesem Abschnitt des Resonatorhalses verbunden sein, oder es kann eine indirekte Bewegungskopplung des Bimetallfederelements mit diesem Abschnitt des Resonatorhalses vorgesehen sein, wobei zwischen dem Bimetallfederelement und dem teleskopierbaren Abschnitt des Resonatorhalses eine Mechanik zur Bewegungsübertragung angeordnet ist.
  • Bei Einsatz eines Bimetallfederelements ist dieses in wärmeleitender Verbindung mit der Abgasleitung angeordnet. So ist das Bimetallfederelement bevorzugt direkt an der Außenseite der Abgasleitung angeordnet. Hierbei ist das Bimetallfederelement bevorzugt außenseitig des Resonatorhalses angeordnet, sodass die Bewegungskopplung des Bimetallfederelements mit dem teleskopierbaren Abschnitt des Resonatorhalses außenseitig des Resonatorhalses erfolgt. Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt jeweils schematisch stark vereinfacht
    • Fig. 1 in einer Prinzipskizze einen Abschnitt eines Unterseeboots mit einem darin angeordneten Verbrennungsmotor mit daran angeschlossener Abgasleitung, welche mit einem Helmholtz- Resonator gekoppelt ist,
    • Fig. 2 den in Fig. 1 dargestellten Helmholtz-Resonator in vergrößerter perspektivischer Darstellung und
    • Fig. 3 in einer vergrößerten Schnittdarstellung einen Resonatorhals des in den Figuren 1 und 2 dargestellten Helmholtz- Resonators.
    • Fig. 4 in einer vergrößerten Schnittdarstellung einen Resonatorhals eines Helmholtz-Resonators mit gewindeartiger Teleskopiereinrichtung und
    • Fig. 5 Schnittansicht entlang einer Schnittlinie V - V in Fig. 4
  • In dem in Fig. 1 dargestellten Abschnitt eines Unterseeboots ist auf einem Fundament 2 ein Verbrennungsmotor 4 schwingungsgedämpft gelagert. Bei dem Verbrennungsmotor 4 handelt es sich um einen Dieselmotor. Das Fundament 2 ist schwingungsgedämpft auf einem Deck 6 des Unterseeboots gelagert. Über seine Antriebswelle 8 ist der Verbrennungsmotor 4 mit einem Generator 10 gekoppelt, der auf dem Fundament 2 schwingungsgedämpft neben dem Verbrennungsmotor 4 aufgestellt ist. Der Generator 10 dient zum Aufladen einer in der Zeichnung nicht dargestellten Batterieanlage des Unterseeboots.
  • An dem Verbrennungsmotor 4 ist eine Abgasleitung 12 angeschlossen. Die Abgasleitung 12 ist in Fig. 1 nur teilweise dargestellt und führt, aus Fig. 1 nicht ersichtlich, durch eine Druckkörperwandung 14 nach außerhalb des Druckkörpers des Unterseeboots. Direkt ausgangsseitig des Verbrennungsmotors 4 ist in der Abgasleitung 12 ein Absorptionsschalldämpfer 16 angeordnet.
  • Ausgangsseitig des Absorptionsschalldämpfers 16 ist die Abgasleitung 12 mit einem Helmholtz-Resonator 18 gekoppelt. Der Helmholtz-Resonator 18 dient insbesondere dazu, den von der Zündfrequenz des Verbrennungsmotors 4 verursachten Abgasschall zu verringern und günstigstenfalls vollständig zu eliminieren. Wie insbesondere aus Fig. 2 deutlich wird, weist der Helmholtz-Resonator 18 einen Resonatorhals 20 auf, der direkt an der Abgasleitung 12 angeschlossen ist. An dem von der Abgasleitung 12 abgewandten Ende des Resonatorhalses 20 schließt sich ein Resonatortopf 22 des Helmholtz-Resonators 18 an, der zu dem Resonatorhals 20 hin offen, ansonsten aber geschlossen ausgebildet ist. Zur Schaffung einer Strömungsverbindung von der Abgasleitung 12 in den Helmholtz-Resonator 18 ist an der Abgasleitung 12 eine Öffnung 24 ausgebildet (Fig. 3). Über diese Öffnung 24 kann von dem Verbrennungsmotor 4 erzeugtes Abgas in dem in Wesentlichen rohrförmig ausgebildeten Resonatorhals 20 und von dort in den hohlzylindrisch ausgebildeten Resonatortopf 22 strömen.
  • Um die Resonatorfrequenz des Helmholtz-Resonators 18 in Abhängigkeit von der Temperatur des Abgases steuern zu können, ist dessen Resonatorhals 20 teleskopierbar ausgebildet. Hierzu ist ein direkt an die Abgasleitung 12 anschließender Abschnitt des Resonatorhalses 20 doppelwandig mit einer inneren rohrförmigen Wandung 24 und einer hierzu konzentrisch angeordneten äußeren rohrförmigen Wandung 26 gestaltet. Ein Zwischenraum zwischen der inneren Wandung 24, die sich direkt außenseitig der an der Abgasleitung 12 ausgebildeten Öffnung 24 anschließt, und der äußeren Wandung 26 bildet eine Ringkammer 30. Diese Ringkammer 30 wird an einem Ende von der Außenseite der Abgasleitung 12 verschlossen. Das andere, von der Abgasleitung 12 abgewandte Ende der Ringkammer 30 ist offen ausgebildet. In dieses offene Ende der Ringkammer 30 greift ein ringförmiger Kolben 32 ein, der an einer dem Resonatorhals 20 zugewandten Stirnseite des Resonatortopfes 22 angeordnet ist und dort eine Öffnung 34 umgibt, die eine Strömungsverbindung von dem Resonatorhals 20 zu dem Resonatortopf 22 bildet. Der Kolben 32 ist in der Ringkammer 30 mit geringem Spiel in Längsrichtung des Resonatorhalses beweglich geführt und bildet einen zweiten Abschnitt des Resonatorhalses 20. Die Öffnung 34 umgebend ist an der dem Resonatorhals 20 zugewandten Stirnseite des Resonatortopfes 22 ein rohrförmiger Vorsprung 36 ausgebildet, der mit geringem, radialem Spiel in den Resonatorhals 20 eingreift.
  • In der Ringkammer 30 ist ein Raum, der von der Außenseite der Abgasleitung 12 und dem Ende des Kolbens 32 begrenzt wird, vollständig mit einem Fluid gefüllt. Kommt es beispielsweise während des Anfahrens des Verbrennungsmotors 4 zu einer Zunahme der Abgastemperatur, führt dies auch zu einer Temperaturzunahme des in der Ringkammer 30 befindlichen Fluids. Dies wiederum bewirkt eine Wärmeausdehnung des in der Ringkammer 30 befindlichen Fluids, wodurch der in der Ringkammer 30 eingreifende Kolben 32 von dem Fluid in Richtung von der Abgasleitung 12 weggedrückt wird, sodass sich die Länge des Resonatorhalses 20 vergrößert, der Resonatorhals 20 also teleskopiert wird. In umgekehrter Weise bewirkt eine Verringerung der Abgastemperatur aufgrund der damit verbundenen Abnahme der Fluidtemperatur eine Volumenverringerung des Fluids in der Ringkammer 30, wodurch sich der Kolben 32 in Richtung der Abgasleitung 12 bewegt, sodass sich die Länge des Resonatorhalses verringert. Bei geeigneter konstruktiver Auslegung des Helmholtz-Resonators 18 sowie bei Wahl eines geeigneten Fluids ermöglicht dies die Resonanzfrequenz des Helmholtz-Resonators 18 derart zu steuern, dass der von der Zündfrequenz des Verbrennungsmotors 4 hervorgerufene Abgasschall günstigstenfalls eliminiert wird, zumindest aber in ganz erheblichem Maße verringert wird.
  • Bei dem in den Figuren 4 und 5 dargestellten Resonatorhals 20' ist ein Rohrstück 38 an der Außenseite der Abgasleitung 12 mit dieser verschweißt. Das Rohrstück 38, welches einen ersten feststehenden Abschnitt des Resonatorhalses 20' bildet, umschließt hierbei die an der Abgasleitung 12 ausgebildete Öffnung 24.
  • Um das Rohrstück 38 herum ist eine Hülse 40 angeordnet. Die Hülse 40 ist um eine Mittelachse A des Resonatorhalses 20' drehbar. Im Bereich eines an die Abgasleitung 12 angrenzenden Endes der Hülse 40 ist ein Vorsprung 42 ausgebildet, der radial in das Innere der Hülse 40 ragt. Dieser Vorsprung 42 greift in eine an dem Außenumfang des Rohrstücks 38 ausgebildete Nut 44 ein, die sich um den gesamten Umfang des Rohrstücks 38 erstreckt. Dies verhindert, dass sich die Hülse 40 in Richtung der Mittelachse A des Resonatorhalses 20 bewegen kann. Ausgehend von einem an der Abgasleitung 12 abgewandten Ende der Hülse 40 weist die Hülse 40 ein Innengewinde 46 auf. Das Innengewinde 46 endet an einem an dem Innenumfang der Hülse 40 angrenzend an den Vorsprung 42 ausgebildeten Freistich 48.
  • An dem Innengewinde 46 der Hülse 40 ist ein Rohrstück 50 verschraubt. Hierzu weist das Rohrstück 50 ein Außengewinde 52 auf. Das Rohrstück 50 bildet einen zweiten Abschnitt des Resonatorhalses 20', an dem ein Resonatortopf 22 angeordnet ist, wobei eine Öffnung 34 eine Strömungsverbindung von dem Resonatorhals 20' zu dem Resonatortopf 22 bildet. An der Innenseite des Rohrstücks 50 ist ausgehend von einem der Abgasleitung 12 zugewandten Ende des Rohrstücks 50 eine parallel zur Mittelachse A des Resonatorhalses 20' ausgerichtete Längsnut 54 ausgebildet. In diese Längsnut 54 greift eine Passfeder 56 ein, die in einer an der äußeren Mantelfläche des Rohrstücks 38 ausgebildeten Ausnehmung 58 festgelegt ist. Hierdurch ist das Rohrstück 50 gegen ein Verdrehen um die Mittelachse A des Resonatorhalses 20' gesichert.
  • An der äußeren Mantelfläche der Hülse 40 ist in einem an die Abgasleitung 12 angrenzenden Bereich ein Hebel 60 angeordnet, der sich radial nach außen erstreckt. Wie aus Fig. 5 deutlich wird, ist mit dem Hebel 60 ein an der Außenseite der Abgasleitung 12 befestigtes Bimetallfederelement 62 verbunden. Das Bimetallfederelement 62 ist als eine Spiralfeder ausgebildet.
  • Erhöht sich die Temperatur in der Abgasleitung 12, führt dies zu einer Erwärmung des Bimetallfederelements 62, welches sich daraufhin ausdehnt. Hierdurch wird eine Kraft auf den Hebel 60 ausgeübt, die bewirkt, dass sich das Rohrstück 50 aus dem Innengewinde 46 der Hülse 40 herausschraubt, so dass sich die Länge des Resonatorhalses 20' und damit dessen Volumen vergrößert. In umgekehrter Weise hat eine Verringerung der Abgastemperatur zur Folge, dass sich das Bimetallfederelement 62 zusammenzieht, wodurch sich das Rohrstück 50 weiter in die Hülse 40 einschraubt und sich Länge und Volumen des Resonatorhalses 20' verringern.
    • Bezugszeichenliste
    • 2
    Fundament
    4
    Verbrennungsmotor
    6
    Deck
    8
    Antriebswelle
    10
    Generator
    12
    Abgasleitung
    14
    Druckkörperwandung
    16
    Absorptionsschalldämpfer
    18
    Helmholtz-Resonator
    20, 20'
    Resonatorhals
    22
    Resonatortopf
    24
    Öffnung
    26
    Wandung
    28
    Wandung
    30
    Ringkammer
    32
    Kolben
    34
    Öffnung
    36
    Vorsprung
    38
    Rohrstück
    40
    Hülse
    42
    Vorsprung
    44
    Nut
    46
    Innengewinde
    48
    Freistich
    50
    Rohrstück
    52
    Außengewinde
    54
    Längsnut
    56
    Passfeder
    58
    Ausnehmung
    60
    Hebel
    62
    Bimetallfederelement
    A
    Mittelachse

Claims (5)

  1. Unterseeboot mit mindestens einem Verbrennungsmotor (4) und einer daran angeschlossenen Abgasleitung (12), wobei die Abgasleitung (12) mit einem Helmholtz-Resonator (18) mit einem in der Länge teleskopierbaren Resonatorhals (20) gekoppelt ist, wobei ein Abschnitt des Resonatorhalses (20) von einer Ringkammer (30) gebildet wird, deren Volumen in Teleskopierrichtung des Resonatorhalses (20) veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkammer (30) mit einem bei Erwärmung sich in seinem Volumen ausdehnenden Fluid gefüllt ist, um die Resonanzfrequenz des Helmholtz-Resonators (18) über die Länge des Resonatorhalses (20) in Abhängigkeit von der Abgastemperatur zu steuern.
  2. Unterseeboot nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonatorhals (20) einen hohlzylindrischen, doppelwandigen Abschnitt aufweist, wobei ein Zwischenraum zwischen einer inneren Wandung (26) und einer äußeren Wandung (28) die Ringkammer (30) bildet, in welche ein ringförmiger Kolben (32) eingreift, welcher einen zweiten Abschnitt des Resonatorhalses (20) bildet.
  3. Unterseeboot nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkammer (30) in wärmeleitender Verbindung mit der Abgasleitung (12) angeordnet ist.
  4. Unterseeboot nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkammer (30) ein direkt an die Abgasleitung angrenzender Abschnitt des Resonatorhalses (20) ist.
  5. Unterseeboot mit mindestens einem Verbrennungsmotor (4) und einer daran angeschlossenen Abgasleitung (12), wobei die Abgasleitung (12) mit einem Helmholtz-Resonator (18) mit einem in der Länge einstellbaren Resonatorhals (20) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bimetallfederelement (62) vorgesehen ist, welches mit einem teleskopierbaren Abschnitt des Resonatorhalses (20) bewegungsgekoppelt und in wärmeleitender Verbindung mit der Abgasleitung (12) angeordnet ist, um die Resonanzfrequenz des Helmholtz-Resonators (18) über die Länge des Resonatorhalses (20) in Abhängigkeit von der Abgastemperatur zu steuern.
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