EP3189296B1

EP3189296B1 - Ausstossrohr für unterseeboot

Info

Publication number: EP3189296B1
Application number: EP15744162.7A
Authority: EP
Inventors: Helmut Rademann
Original assignee: ThyssenKrupp Marine Systems GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Marine Systems GmbH
Priority date: 2014-09-04
Filing date: 2015-07-23
Publication date: 2018-09-12
Anticipated expiration: 2035-07-23
Also published as: ES2700373T3; EP3189296A1; DE102014217747A1; KR102012112B1; KR20170039708A; WO2016034331A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Unterseeboot mit den im Oberbegriff von Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Militärische Unterseeboote sind üblicherweise mit mehreren durch den Druckkörper des Unterseeboots geführten Ausstoßrohren ausgestattet, über die Ausstoßkörper wie Waffen, Täuschkörper oder Drohnen in die Außenumgebung des Unterseeboots ausgebracht werden können.
Zum Ausstoß eines Ausstoßkörpers aus einem Ausstoßrohr sind dem Stand der Technik diverse Ausstoßverfahren und Ausstoßeinrichtungen zu entnehmen. So ist es unter anderem aus DE 31 22 631 A1 und DE 34 02 619 A1 bekannt, einen in einem Ausstoßrohr gelagerten Ausstoßkörper mittels eines direkt in das Ausstoßrohr eingeleiteten Druckfluids aus dem Ausstoßrohr hinaus zu drücken. Zu diesem Zweck wird in DE 31 22 631 A1 vorgeschlagen, in dem Ausstoßrohr einen Druckgasbehälter anzuordnen, aus welchem das unter hohem Druck stehende Gas hinter dem in dem Ausstoßrohr gelagerten Ausstoßkörper ausströmen kann und auf diese Weise den Ausstoßkörper aus dem Ausstoßrohr hinaus drückt. Bei der aus DE 34 02 619 A1 bekannten Vorgehensweise wird zum Ausstoß eines Ausstoßkörpers Wasser über eine außerhalb des Ausstoßrohres angeordnete Kolben-Zylinder-Einheit hinter dem Ausstoßkörper in das Ausstoßrohr gepresst.
In DE 41 26 064 C1 ist eine Ausstoßeinrichtung beschrieben, die einen in einem Ausstoßrohr angeordneten Arbeitszylinder umfasst, dessen Kolben mit einem Schlitten zum Ausstoßen eines in dem Ausstoßrohr gelagerten Ausstoßkörpers bewegungsgekoppelt ist. Der Arbeitszylinder wird mit Wasser als Druckmedium betrieben, welches von einem Pneumatikzylinder in den ersten Arbeitszylinder gedrückt wird. Eine Gemeinsamkeit aller bislang zum Ausstoß eines Ausstoßkörpers aus einem Unterseeboot verwendeten Einrichtungen besteht darin, dass der Ausstoß eines Ausstoßkörpers mit mehr oder weniger lauten Geräuschen einhergeht, die insofern nachteilig sind, als sie die Position des Unterseeboots verraten.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung ausgehend von der DE 41 26 064 C1 darin, ein Unterseeboot zu schaffen, bei dem der Ausstoß eines Ausstoßkörpers aus einem Ausstoßrohr des Unterseeboots mit weniger Geräuschen verbunden ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Ausstoß eines Ausstoßkörpers aus einem Ausstoßrohr eines Unterseebootes zu schaffen, das einen geräuschärmeren Ausstoß des Ausstoßkörpers ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Unterseeboot mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch ein Verfahren zum Ausstoß eines Ausstoßkörpers aus einem Ausstoßrohr eines Unterseebootes mit den in Anspruch 12 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie der Zeichnung. Hierbei können die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale jeweils für sich, aber auch in geeigneter Kombination miteinander die erfindungsgemäße Lösung nach Anspruch 1 weiter ausgestalten.
Bei dem erfindungsgemäßen Unterseeboot handelt es sich vorzugsweise um ein militärisches Unterseeboot. Dieses Unterseeboot ist mit mindestens einem Ausstoßrohr zum Ausstoß eines darin gelagerten Ausstoßkörpers aus dem Unterseeboot und mit einer Ausstoßvorrichtung ausgestattet. Bevorzugt weist das Unterseeboot mehrere Ausstoßrohre auf, die beispielsweise in bekannter Weise bugseitig des Unterseeboots angeordnet sein können und dort den Druckkörper des Unterseeboots durchdringen. Bei Vorhandensein mehrerer Ausstoßrohre ist jedem dieser Ausstoßrohre jeweils eine Ausstoßvorrichtung zugeordnet.
Die Ausstoßvorrichtung weist einen mit dem Ausstoßkörper bewegungsgekoppelten Arbeitszylinder auf, welcher zweckmäßigerweise in dem Ausstoßrohr angeordnet ist. Der Arbeitszylinder ist bevorzugt mit einem feststehend angeordneten Zylinder und einem darin verschiebbar geführten Kolben ausgestattet, welcher mit dem Ausstoßkörper bewegungsgekoppelt ist, es sei aber darauf hingewiesen, dass gegebenenfalls auch ein Arbeitszylinder mit einem feststehenden Kolben und einem relativ dazu verschiebbaren Zylinder vorgesehen sein kann, wobei dann der Zylinder mit dem Ausstoßkörper bewegungsgekoppelt ist.
Die Grundidee der Erfindung besteht darin, an einer zum Ausstoß des Ausstoßkörpers mit Druck zu beaufschlagenden Zylinderkammer des Arbeitszylinders zwei mit Absperrmitteln verschließbare Leitungen mit einem unterschiedlichen Leitungsquerschnitt münden zu lassen, über welche die Zylinderkammer, die nachfolgend als Ausstoßkammer bezeichnet wird, mit einer Druckgasquelle strömungsverbindbar ist. Das Ziel dieser Ausgestaltung besteht darin, ein Verfahren zum Ausstoßen eines Ausstoßkörpers aus einem Ausstoßrohr zu ermöglichen, bei dem in einer Anfangsphase des Ausstoßvorgangs das zum Ausstoß verwendete Druckfluid mit einem geringeren Volumenstrom in die Ausstoßkammer eingeleitet wird, um den Ausstoßkörper hierdurch in Bewegung zu versetzen und ihn über einen Großteil des Ausstoßrohres mit vergleichsweise geringer Geschwindigkeit bei einer allmählichen Beschleunigung in Richtung einer Mündung des Ausstoßrohres zu verschieben und dem Ausstoßkörper erst in einer Endphase des Ausstoßvorgangs durch Einleiten eines deutlich größeren Volumenstroms in die Ausstoßkammer die gewünschte Endgeschwindigkeit zu verleihen. Das heißt, zunächst wird eine erste Leitung, welche gegenüber der anderen, zweiten Leitung einen größeren Leitungsquerschnitt aufweist, von den in der ersten Leitung angeordneten Absperrmitteln verschlossen und das zum Ausstoß des Ausstoßkörpers erforderliche Druckfluid über die zweite Leitung mit geringerem Leitungsquerschnitt bei dort öffnend geschalteten Absperrmitteln in die Ausstoßkammer des Arbeitszylinders eingeleitet, wobei in einer Endphase des Ausstoßvorgangs, vorzugsweise dann, wenn ein in Ausstoßrichtung hinterer Teil des Ausstoßkörpers fast einen Mündungsverschluss des Ausstoßrohres erreicht hat, die in der ersten Leitung angeordneten Absperrmittel öffnend geschaltet werden, sodass über die erste Leitung dann ein deutlich größerer Volumenstrom an Druckfluid in die Ausstoßkammer des Arbeitszylinders einströmen kann. In diesem Zusammenhang ist bevorzugt vorgesehen, dass der in der Anfangsphase in die Ausstoßkammer des Arbeitszylinders einzuleitende Volumenstrom maximal halb so groß wie der in der Endphase des Ausstoßvorgangs in die Ausstoßkammer einzuleitende Volumenstrom ist. Der Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass die mit dem Ausstoßvorgang verbundenen Geräusche in der Anfangsphase des Ausstoßvorgangs durch das Einleiten eines geringeren Druckfluidvolumenstroms in die Ausstoßkammer des Arbeitszylinders deutlich reduziert werden.
Als Druckfluid zum Betrieb des zum Ausstoß des in dem Ausstoßrohr gelagerten Ausstoßkörpers vorgesehenen Arbeitszylinders wird bei dem erfindungsgemäßen Unterseeboot vorzugsweise Druckluft verwendet. Prinzipiell können die beiden an der Ausstoßkammer des Arbeitszylinders mündenden Leitungen hierbei jeweils an einen eigenen Druckluftspeicher oder beide gemeinsam an einem Druckluftspeicher angeschlossen sein. Bevorzugt ist bei dem erfindungsgemäßen Unterseeboot allerdings vorgesehen, dass die beiden Leitungen gemeinsam an einem Druckluftverteiler eines Druckluft-Bordnetzes des Unterseeboots angeschlossen sind, sodass besonders raumsparend auf Druckluftspeicher zur Versorgung des Arbeitszylinders verzichtet werden kann. Unter dem Druckluft-Bordnetz ist hierbei ein sich über das gesamte Unterseeboot erstreckendes, mit einem Drucklufterzeuger verbundenes Leitungsnetz zu verstehen, über welches alle Druckluft benötigenden Einrichtungen des Unterseeboots, worunter beispielsweise auch dessen Tauch- und Trimmzellen gehören, mit Druckluft versorgt werden.
Um die Kolbenbewegung des Arbeitszylinders nach dem Ausstoß des Ausstoßkörpers gedämpft abbremsen zu können, bildet vorteilhafterweise eine zweite Zylinderkammer des Arbeitszylinders eine Gasfeder. So teilt der in dem Arbeitszylinder angeordnete Kolben den Arbeitszylinder in die zum Ausstoß des Ausstoßkörpers mit dem Druckfluid zu befüllende Ausstoßkammer und eine gegenüber der Ausstoßkammer und der Außenumgebung des Arbeitszylinders gasdicht verschlossene bzw. verschließbare weitere Zylinderkammer, welche mit Gas gefüllt ist, das während der Kolbenbewegung zum Ausstoß des Ausstoßkörpers zunehmend komprimiert wird, wodurch die Kolbenbewegung verlangsamt wird und der Kolben dann, wenn der Druck in der zweiten Zylinderkammer dem Druck in der Ausstoßkammer entspricht, zum Stillstand kommt. Weiter vorteilhaft ermöglicht die Ausgestaltung der zweiten Zylinderkammer des Arbeitszylinders als Gasfeder bei einer Druckentlastung der Arbeitskammer des Arbeitszylinders auch eine Rückstellbewegung des Kolbens in dem Arbeitszylinder. Um den Verlauf der Abbremsbewegung des Kolbens genauer einstellen zu können, kann die zweite Zylinderkammer einen Gasauslass aufweisen, welcher von einem steuerbaren Ventil verschlossen wird, über welches das in der zweiten Zylinderkammer befindliche Gas bei Bedarf zur Steuerung des Druckaufbaus in der zweiten Zylinderkammer gesteuert aus der zweiten Zylinderkammer abgelassen werden kann und anschließend wieder in die zweite Zylinderkammer eingeleitet werden kann.
Zweckmäßigerweise erfolgt die Bewegungskopplung des Arbeitszylinders mit dem Ausstoßkörper nicht direkt über den beweglichen Teil des Arbeitszylinders. Stattdessen weist die Ausstoßvorrichtung vorteilhaft einen in dem Ausstoßrohr verschiebbar geführten Transportschlitten auf, der mit dem Kolben des Arbeitszylinders über einen einen Geschwindigkeitsübersetzer bildenden Seilzug bewegungsgekoppelt ist. In diesem Zusammenhang ist vorzugsweise in dem Ausstoßrohr eine in Längsrichtung des Ausstoßrohres bewegbare Verfahreinrichtung vorgesehen, die über eine an dem Arbeitszylinder herausgeführte Kolbenstange mit dem Kolben des Arbeitszylinders verbunden ist. Auf der Verfahreinrichtung ist ein Transportschlitten in Ausstoßrichtung des Ausstoßkörpers bewegbar geführt und an einem Ende eines an seinem anderen Ende in dem Ausstoßrohr festgelegten Seilzugs befestigt, welcher an zwei an der Verfahreinrichtung angeordneten Umlenkrollen derart geschert ist, dass der Verfahrweg des Transportschlittens dem doppelten Verfahrweg des Kolbens des Arbeitszylinders entspricht. Dies hat den Vorteil, dass der Kolben des Arbeitszylinders zur Erzielung der für den Ausstoßkörper geforderten Ausstoßgeschwindigkeit mit vergleichsweise geringer Geschwindigkeit in dem Arbeitszylinder bewegt werden muss, wodurch die Abdichtung des Kolbens gegenüber dem Zylinder weniger belastet wird.
In der ersten der beiden Leitungen, welche gegenüber der anderen, zweiten Leitung einen größeren Leitungsquerschnitt aufweist und über welche in der Endphase des Ausstoßes des Ausstoßkörpers aus dem Ausstoßrohr das Druckfluid in die Ausstoßkammer des Arbeitszylinders eingeleitet wird, ist bevorzugt eingangsseitig des Arbeitszylinders ein regelbares Drosselventil angeordnet. Mit diesem Drosselventil ist vorteilhafterweise die Geschwindigkeit regelbar, mit der das Druckfluid in die Ausstoßkammer des Arbeitszylinders einströmt.
Die Bauart des in der ersten Leitung angeordneten regelbaren Drosselventils ist grundsätzlich beliebig. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist als Drosselventil aber ein Zylinder mit zwei darin verschiebbar geführten Kolben vorgesehen, welche mittels einer Kolbenstange miteinander verbunden sind und den Zylinder in drei Zylinderkammern teilen, von denen eine erste, zwischen den beiden Kolben ausgebildete Zylinderkammer einen Durchströmpfad durch das Drosselventil bildet. Dieser Durchströmpfad ist mittels eines an der Kolbenstange angeordneten Schließkörpers verschließbar.
Um bei dem erfindungsgemäß bevorzugt vorgesehenen Drosselventil den Schließkörper in eine den Durchströmpfad durch das Drosselventil freigebende Stellung bewegen zu können, ist vorteilhaft von der ersten Zylinderkammer durch einen ersten Kolben getrennt, eine zweite Zylinderkammer ausgebildet, welche zur Ansteuerung des Drosselventils mit Druck beaufschlagbar ist. Hierzu ist an der zweiten Zylinderkammer eine Leitung angeschlossen, über welche die zweite Zylinderkammer des Drosselventils mit einer Druckfluidquelle verbindbar ist. Bevorzugt dient als Druckfluidquelle hierbei auch das Druckluft-Bordnetz des Unterseeboots.
In diesem Zusammenhang ist bevorzugt vorgesehen, dass die an der zweiten Zylinderkammer des Drosselventils mündende Leitung vorzugsweise von einem Leitungsabzweig der ersten der beiden an der Ausstoßkammer des Arbeitszylinders mündenden Leitungen gebildet wird.
Um den Kolben des Arbeitszylinders beim Ausstoß des Ausstoßkörpers aus dem Ausstoßrohr mit einer ausreichend großen Kraft beaufschlagen zu können, liegt an der ersten, an der Ausstoßkammer des Arbeitszylinders mündenden Leitung ein Druck an, der deutlich größer als 100 bar ist. Da ein solch großer Druck nicht zur Ansteuerung des Drosselventils benötigt wird, ist in dem von dem ersten, an der Ausstoßkammer des Arbeitszylinders mündenden Leitung ausgehenden und an der zweiten Zylinderkammer des Drosselventils mündenden Leitungsabzweig zweckmäßigerweise ein Druckbegrenzungsventil angeordnet, mit dem der Druck in dem Leitungsabzweig auf einen Druck deutlich unter 100 bar gesenkt wird. Des Weiteren sind in dem Leitungsabzweig zweckmäßigerweise Absperrmittel und ein Fluidauslass vorgesehen. Die Absperrmittel, bei denen es sich um eine Absperrarmatur oder um ein Absperrventil handeln kann, dienen dazu, in der Anfangsphase des Ausstoßes des Ausstoßkörpers aus dem Ausstoßrohr, wenn lediglich über die zweite an der Ausstoßkammer des Arbeitszylinders mündenden Leitung geringeren Querschnitts das Druckfluid in die Ausstoßkammer eingeleitet wird, eine Druckbeaufschlagung des ersten Kolbens des Drosselventils zu verhindern. Der in dem Leitungsabzweig angeordnete Fluidauslass ermöglicht es dann, wenn die in dem Leitungsabzweig angeordneten Absperrmittel schließend gestellt sind, das ausgangsseitig der Absperrmittel in dem Leitungsabzweig und der zweiten Zylinderkammer des Drosselventils befindliche Druckfluid aus dem Leitungsabzweig ableiten zu können, um den Schließkörper des Drosselventils in seine den Durchströmpfad durch das Drosselventil verschließende Stellung zurückbewegen zu können.
Die Regelung des Drosselquerschnitts des Drosselventils erfolgt zweckmäßigerweise durch Druckänderung an dem zweiten Kolben des Drosselventils. Hierzu ist an dem Drosselventil vorteilhaft von der ersten Zylinderkammer durch den zweiten Kolben getrennt, eine dritte Zylinderkammer ausgebildet, die mit einem Druckfluid gefüllt ist und mit einer Regeleinrichtung zur Regelung des Drosselquerschnitts des Drosselventils in Verbindung steht.
Zur Bildung dieser Regeleinrichtung weist die dritte Zylinderkammer des Drosselventils vorteilhaft einen Fluidauslass auf, an welchem ein einstellbares Stromregelventil angeordnet ist. Hierdurch ist der Druck in der dritten Zylinderkammer und damit einhergehend die Stellung des Schließkörpers des Drosselventils regelbar.
Zweckmäßigerweise ist der an der dritten Zylinderkammer ausgebildete Fluidauslass über eine Verbindungsleitung mit einem Membranspeicher verbunden, in dem das bei der Regelung des Drosselquerschnitts des Drosselventils aus der dritten Zylinderkammer des Drosselventils ausströmende Druckfluid aufgefangen wird. Nach dem Ausstoß eines Ausstoßkörpers aus dem Ausstoßrohr ist es für den Ausstoß eines weiteren Ausstoßkörpers aus dem Ausstoßrohr erforderlich, die dritte Zylinderkammer des Drosselventils wieder mit dem Druckfluid zu befüllen. Hierzu wird das in der zweiten Zylinderkammer des Drosselventils befindliche Druckfluid aus der zweiten Zylinderkammer abgelassen, wodurch das in dem Membranspeicher gespeicherte Druckfluid durch Entspannung des Membranspeichers wieder in die dritte Zylinderkammer des Drosselventils zurückströmen kann.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt jeweils schematisch stark vereinfacht und in unterschiedlichen Maßstäben:

Fig. 1 in einer Prinzipdarstellung ein Ausstoßrohr eines Unterseeboots mit einer Ausstoßvorrichtung zum Ausstoß eines in dem Ausstoßrohr gelagerten Ausstoßkörpers vor dem Ausstoß des Ausstoßkörpers,
Fig. 2 die in Fig. 1 dargestellte Anordnung während des Ausstoßes des Ausstoßkörpers,
Fig. 3 die in Fig. 1 dargestellte Anordnung nach dem Ausstoß des Ausstoßkörpers, und
Fig. 4 ein Drosselventil der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausstoßvorrichtung.

In den Fig. 1 bis 3 ist ein Ausstoßrohr 2 eines Unterseeboots dargestellt. Aus der Zeichnung nicht ersichtlich, ist das Ausstoßrohr 2 bugseitig des Unterseeboots durch den Druckkörper des Unterseeboots geführt, sodass sich ein erstes Ende des Ausstoßrohres 2, welches von einem Bodenverschluss 4 verschlossen wird, innerhalb des Druckkörpers des Unterseeboots befindet und ein zweites Ende des Ausstoßrohres 2, welches von einem in der Zeichnung nicht dargestellten Mündungsdeckel verschlossen wird, außerhalb des Druckkörpers angeordnet ist.
Das Ausstoßrohr 2 dient zum Ausstoß eines in dem Ausstoßrohr 2 angeordneten Ausstoßkörpers 6. Bei diesem Ausstoßkörper 6 handelt es sich um eine Waffe, wie beispielsweise einen Torpedo oder einen Flugkörper. In dem Ausstoßrohr ist der Ausstoßkörper 6 in einer Verfahreinrichtung 8 gelagert, welche in dem Ausstoßrohr 2 in Richtung dessen Längsausdehnung bewegbar ist. Die Verfahreinrichtung 8 trägt neben dem Ausstoßkörper 6 einen Transportschlitten 10, der an einem in Ausstoßrichtung des Ausstoßkörpers 6 hinteren Ende des Ausstoßkörpers 6 angreift und während des Ausstoßes des Ausstoßkörpers 6 aus dem Ausstoßrohr 2 einen Mitnehmer für den Ausstoßkörper 6 bildet.
Der Transportschlitten 10 ist auf der Verfahreinrichtung 8 in Bewegungsrichtung der Verfahreinrichtung 8 verfahrbar. Um den Transportschlitten 10 auf der Verfahreinrichtung 8 relativ zu der Verfahreinrichtung 8 bewegen zu können, ist der Transportschlitten in der Verfahreinrichtung 8 mit einem Seilzug 12 bewegungsgekoppelt, welcher an zwei an den beiden Längsenden der Verfahreinrichtung 8 angeordneten Umlenkrollen 14 und 16 doppelt geschert umgelenkt ist und auf diese Weise eine Weg- bzw. Geschwindigkeitsübersetzung bildet. Aus der Zeichnung nicht ersichtlich, ist der Seilzug 12 auch an dem Ausstoßrohr 2 festgelegt.
Neben der Verfahreinrichtung 8 ist in dem Ausstoßrohr 2 ein Arbeitszylinder 18 angeordnet. Eine mit einem Kolben 20 des Arbeitszylinders 18 verbundene Kolbenstange 22 ist aus dem Arbeitszylinder 18 herausgeführt und an ihrem außerhalb des Arbeitszylinders 18 angeordneten Ende mit der Verfahreinrichtung 8 bewegungsgekoppelt, sodass die Verfahreinrichtung 8 bei einer Ausfahrbewegung der Kolbenstange 22 aus dem Arbeitszylinder 18 in dem Ausstoßrohr 2 richtungsgleich mit der Kolbenstange 22 bewegt wird.
Der Kolben 20 teilt den Zylinder des Arbeitszylinders 18 in eine erste, zum Ausstoß des Ausstoßkörpers 6 aus dem Ausstoßrohr 2 mit Druck zu beaufschlagende Zylinderkammer 24, welche als Ausstoßkammer 24 bezeichnet wird, und eine zweite Zylinderkammer 26. Zum Druckaufbau in der Ausstoßkammer 24 münden an der Ausstoßkammer 24 eine erste Leitung 28 und eine zweite Leitung 30. Die erste Leitung 28 weist gegenüber der zweiten Leitung 30 einen deutlich größeren Leitungsquerschnitt auf. Sowohl die Leitung 28 als auch die Leitung 30 sind an einem Druckluftverteiler 32 eines Druckluft-Bordnetzes 34 des Unterseeboots angeschlossen. Eingangsseitig des Druckluftverteilers 32 ist in dem Druckluft-Bordnetz 34 ein Druckbegrenzungsventil 36 angeordnet, welches den Druck in den Leitungen 28 und 30 auf z. B. 150 - 230 bar begrenzt.
Sowohl in der Leitung 28 als auch in der Leitung 30 sind Absperrmittel angeordnet, mit denen eine Druckluftströmung über die Leitungen 28 und 30 zu der Ausstoßkammer 24 des Arbeitszylinders 18 verhindert werden kann. So ist in der Leitung 28 ein hydraulisch ansteuerbarer Kugelhahn 38 und in der Leitung 30 ein sowohl manuell als auch elektrisch betätigbares Absperrventil 40 angeordnet. Das Absperrventil 40 ist derart ausgebildet, dass es einerseits den Strömungspfad von dem Druckluftverteiler 32 zu der Ausstoßkammer 24 des Arbeitszylinders 18 durch die Leitung 30 freigeben bzw. verschließen kann, andererseits aber dazu verwendet werden kann, die in der Leitung 30 und der Ausstoßkammer 24 des Arbeitszylinders 18 befindliche Luft in den Druckkörper des Unterseeboots abzulassen. Zu letztgenanntem Zweck weist das Absperrventil 40 einen Auslass 42 auf, an dem eine in DE 10 2011 089 089 A1 beschriebene Vorrichtung 44 zur Schalldämpfung der Ausströmgeräusche angeordnet ist.
In der Leitung 28 ist ausgangsseitig des Kugelhahns 38 und eingangsseitig der Ausstoßkammer 24 des Arbeitszylinders 18 ein regelbares Drosselventil 48 angeordnet. Wie insbesondere aus Fig. 4 erkennbar ist, wird das Drosselventil 48 von einem Zylinder 50 gebildet, in welchem zwei mittels einer Kolbenstange 52 miteinander verbundene Kolben 54 und 56 verschiebbar geführt sind. Die Kolben 54 und 56 teilen den Zylinder 50 in drei Zylinderkammern 58, 60 und 62, von denen eine erste Zylinderkammer 58 zwischen den Kolben 54 und 56 angeordnet ist, eine zweite Zylinderkammer 60 durch den Kolben 54 von der ersten Zylinderkammer 58 getrennt angeordnet ist und eine dritte Zylinderkammer 62 durch den Kolben 56 von der ersten Zylinderkammer 58 getrennt angeordnet ist.
An dem Zylinder 50 des Drosselventils 48 ist im Bereich der Zylinderkammer 58 ein Einlass 64 ausgebildet, an welchem ein von dem Druckluftverteiler 32 kommender Teil der Leitung 28 angeschlossen ist. Des Weiteren ist an dem Zylinder 50 des Drosselventils 48 im Bereich der Zylinderkammer 58 ein Auslass 66 ausgebildet, an dem ein an der Ausstoßkammer 24 des Arbeitszylinders 18 mündender Teil der Leitung 28 angeschlossen ist. Auf diese Weise bildet die Zylinderkammer 58 einen Teil eines Überstrompfades durch das Drosselventil 48 von dem Druckluftverteiler 32 zu der Ausstoßkammer 24 des Arbeitszylinders 18.
Der Strömungsquerschnitt des Durchströmpfades durch das Drosselventil 48 ist einstellbar. Hierzu ist in der Zylinderkammer 58 des Drosselventils 48 zwischen dem Einlass64 und dem Auslass 66 eine Blende 68 angeordnet, deren Blendenöffnung 70 mittels eines an der Kolbenstange 52 angeordneten Schließkörpers 72 verschließbar ist. Durch eine Druckbeaufschlagung der Zylinderkammer 60 des Drosselventils 48 kann der Schließkörper 72 in eine die Blendenöffnung 70 freigebende Stellung bewegt werden und der Strömungsquerschnitt des Durchströmpfades durch das Drosselventil 48 vergrößert werden. Zu diesem Zweck ist an einem an der Zylinderkammer 60 ausgebildeten Einlass 74 ein von der ersten, an der Ausstoßkammer 24 des Arbeitszylinders 18 mündenden Leitung 28 ausgehender Leitungsabzweig 76 angeschlossen. In dem Leitungsabzweig 76 ist eingangsseitig ein Druckbegrenzungsventil 78 angeordnet, welches den Druck in dem Leitungsabzweig 76 auf einen Wert von z. B. 30 - 80 bar begrenzt. Abströmseitig des Druckbegrenzungsventils 78 ist in dem Leitungsabzweig 76 ein sowohl manuell als auch elektrisch betätigbares Absperrventil 80 angeordnet. Das Absperrventil 80 ist derart ausgebildet, dass es einerseits den Strömungspfad von der Leitung 28 zu der zweiten Zylinderkammer 60 des Drosselventils 48 durch den Leitungsabzweig 76 freigeben bzw. verschließen kann, andererseits aber dazu verwendet werden kann, die in der zweiten Zylinderkammer 60 des Drosselventils 48 und in dem Leitungsabzweig 76 ausgangsseitig des Absperrventils 80 befindliche Luft in den Druckkörper des Unterseeboots abzulassen. Hierzu weist das Absperrventil 80 einen Fluidauslass 82 auf, in dem ein Schalldämpfer 84 zur Minimierung der Ausströmgeräusche angeordnet ist.
Wie bereits angemerkt, ist das Drosselventil 48 regelbar. Zu diesem Zweck ist an einem an der dritten Zylinderkammer 62 des Drosselventils 48 ausgebildeten Fluidauslass 86 eine Regelungseinrichtung angeschlossen. Diese Regelungseinrichtung wird von einem elektrisch einstellbaren Stromregelventil 88 gebildet, welches in einer an dem Fluidauslass 86 der dritten Zylinderkammer 62 des Drosselventils 48 angeschlossenen Verbindungsleitung 90 angeordnet ist, wobei an dem von dem Drosselventil 48 abgewandten Ende der Verbindungsleitung 90 ein Membranspeicher 92 angeordnet ist. Das Stromregelventil 88 wird von einer Bypasseitung 94 überbrückt, in welcher eine Absperrarmatur 96 angeordnet ist. Die dritte Zylinderkammer 62 des Drosselventils 48 ist mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt, die zur Regelung des Drosselquerschnitts des Drosselventils 48 von dem Stromregelventil 88 geregelt über die Verbindungsleitung 90 in den Membranspeicher 92 überströmen kann.
Bei dem Arbeitszylinder 18 bildet dessen zweite Zylinderkammer 26 eine Gasfeder und ist dementsprechend mit Luft gefüllt. Diese Luft wird über die erste, an der Ausstoßkammer 24 des Arbeitszylinders 18 mündende Leitung 28 bereitgestellt. Hierzu zweigt von der Leitung 28 direkt ausgangsseitig des Druckluftverteilers 32 eine Leitung 98 ab, welche die Leitung 28 mit der zweiten Zylinderkammer 26 des Arbeitszylinders 18 verbindet. In der Leitung 98 ist ein Druckbegrenzungsventil 100 angeordnet, welches einen Anfangsdruck in der zweiten Zylinderkammer 26 des Arbeitszylinders 18 auf einen Wert von 2 bis 5 bar begrenzt. Ausgangsseitig des Druckbegrenzungsventils 100 ist in der Leitung 98 eine elektrisch steuerbare Absperrventilanordnung 102 angeordnet, mit welcher die Leitung 98 während des Ausstoßes des Ausstoßkörpers 6 aus dem Ausstoßrohr 2 abgesperrt wird. Nach dem Ausstoß des Ausstoßkörpers 6 kann die Druckluft bei geöffneter Absperrventilanordnung 102 wieder in die zweite Zylinderkammer 26 des Arbeitszylinders 18 eingeleitet werden.
Die Funktionsweise der beschriebenen Ausstoßvorrichtung zum Ausstoß eines Ausstoßkörpers 6 aus dem Ausstoßrohr 2 ist wie folgt:
Zu Beginn des Ausstoßvorgangs ist der in der Leitung 28 angeordnete Kugelhahn 38 die Leitung 28 verschließend geschaltet. Das in der Leitung 30 angeordnete Absperrventil 40 wird nun öffnend geschaltet, so dass Druckluft von dem Druckluftverteiler 32 in die Ausstoßkammer 24 des Arbeitszylinders einströmen kann. Hierdurch wird die in dem Ausstoßrohr 2 angeordnete Verfahreinrichtung 8 mit dem darin gelagerten Ausstoßkörper 6 langsam und geräuscharm in Richtung der Mündung des Ausstoßrohres 2 bewegt. Hierbei wird der Ausstoßkörper 6 durch die Kopplung des Transportschlittens 10 mit dem Seilzug 12 zusätzlich in der Verfahreinrichtung 8 in Richtung der Mündung des Ausstoßrohres 2 verschoben, so dass sich die Gesamtgeschwindigkeit des Ausstoßkörpers 6 aus der Summe der Geschwindigkeit der Verfahreinrichtung 8 und der Geschwindigkeit des Ausstoßkörpers 6 relativ zu der Verfahreinrichtung 8 ergibt.
Während der Bewegung des Ausstoßkörpers 6 wird dessen Position in dem Ausstoßrohr 2 mittels eines in dem Ausstoßrohr 2 angeordneten Wegsensors 104 überwacht. Sobald der Ausstoßkörper 6 in dem Ausstoßrohr 2 eine bestimmte Position nahe der Mündung des Ausstoßrohres 2 erreicht hat, wird der Kugelhahn 38 in der Leitung 28 öffnend geschaltet, so dass die Druckluft an dem Drosselventil 48 ansteht. Zuvor ist es aber erforderlich, an dem Kugelhahn 38 einen Druckausgleich vorzunehmen, so dass eingangsseitig und ausgangsseitig des Kugelhahns 38 der gleiche Druck ansteht. Hierzu wird ein Absperrventil 106 öffnend geschaltet, welches in einer den Kugelhahn 38 überbrückenden Leitung 108 angeordnet ist. Anschließend wird das in dem Leitungsabzweig 76 angeordnete Absperrventil 80 öffnend geschaltet, wodurch Druckluft in die zweite Zylinderkammer 60 des Drosselventils 48 einströmt. Hierdurch wird der an der Kolbenstange 58 angeordnete Schließkörper 72 in der ersten Zylinderkammer 58 des Drosselventils 48 von einer die Blendenöffnung 70 verschließenden Stellung in eine die Blendenöffnung 70 freigebende Stellung bewegt, wodurch Druckluft von dem Druckluftverteiler 32 über die Leitung 28 und durch die erste Zylinderkammer 58 des Drosselventils 48 in die Ausstoßkammer 24 des Arbeitszylinders 18 strömen kann. Hierbei gelangt ein deutlich größerer Volumenstrom als über die Leitung 30 in die Ausstoßkammer 24 des Arbeitszylinders, was dazu führt, dass die Verfahreinrichtung 8 und der Ausstoßkörper 6 in ausreichendem Maße beschleunigt werden.
Während die Druckluft durch die erste Zylinderkammer 58 des Drosselventils 48 strömt, wird der Drosselquerschnitt des Drosselventils 48 beispielsweise in Abhängigkeit einer Druckänderung in der Leitung 28 geregelt, indem die in der dritten Zylinderkammer 62 des Drosselventils 48 befindliche Hydraulikflüssigkeit gesteuert durch das Stromregelventil 88 in den Membranspeicher 92 strömt.
Während des Ausstoßvorgangs ist die in der Leitung 98 angeordnete Absperrventilanordnung 102 schließend geschaltet. Hierdurch wird verhindert, dass die in der zweiten Zylinderkammer 26 des Arbeitszylinders 18 befindliche Luft bei dem Ausfahrhub des Arbeitszylinders 18 aus der zweiten Zylinderkammer 26 herausgedrückt wird. Stattdessen wird die in der Zylinderkammer 26 befindliche Luft komprimiert, wodurch der Kolben 20 des Arbeitszylinders 18 abgebremst wird und dann, wenn der Druck in der zweiten Zylinderkammer 26 dem Druck in der ersten Zylinderkammer 24 entspricht, zum Stillstand kommt.
Nachdem der Ausstoßkörper 6 aus dem Ausstoßrohr 2 ausgestoßen worden ist, werden der Kugelhahn 38 und das Absperrventil 80 schließend geschaltet. Hierdurch kann die zuvor von der dritten Zylinderkammer 62 des Drosselventils 48 in den Membranspeicher 92 geleitete Hydraulikflüssigkeit durch Entspannung des Membranspeichers 92 über die Verbindungsleitung 90 und ein in dem Stromregelventil 88 integriertes Rückschlagventil wieder zurück in die dritte Zylinderkammer 62 des Drosselventils 48 zurückströmen, wodurch der Schließkörper 72 des Drosselventils 48 in seine die Blendenöffnung 70 verschließende Stellung bewegt wird. Hierbei strömt die in der zweiten Zylinderkammer 60 des Drosselventils 48 befindliche Luft über den an dem Absperrventil 80 ausgebildeten Fluidauslass 82 von dem Schalldämpfer 84 schallgedämpft in den Druckkörper des Unterseeboots. Anschließend wird auch das in der Leitung 30 angeordnete Absperrventil 40 schließend geschaltet, wobei die ausgangsseitig des Absperrventils 40 in der Leitung 30 und in der Ausstoßkammer 24 des Arbeitszylinders 18 befindliche Luft über den an dem Absperrventil 40 ausgebildeten Auslass in den Druckkörper des Unterseeboots strömen kann. Dies wird durch den in der zweiten Zylinderkammer 26 des Arbeitszylinders 18 während des Ausstoßvorgangs aufgebauten Druck bewirkt, der den Kolben 20 des Arbeitszylinders 18 wieder zurück in seine Anfangsposition drückt.

Bezugszeichenliste

2: - Ausstoßrohr
4: - Bodenverschluss
6: - Ausstoßkörper
8: - Verfahreinrichtung
10: - Transportschlitten
12: - Seilzug
14: - Umlenkrolle
16: - Umlenkrolle
18: - Arbeitszylinder
20: - Kolben
22: - Kolbenstange
24: - Zylinderkammer, Ausstoßkammer
26: - Zylinderkammer
28: - Leitung
30: - Leitung
32: - Druckluftverteiler
34: - Druckluft-Bordnetz
36: - Druckbegrenzungsventil
38: - Kugelhahn
40: - Absperrventil
42: - Auslass
44: - Vorrichtung
48: - Drosselventil
50: - Zylinder
52: - Kolbenstange
54: - Kolben
56: - Kolben
58: - Zylinderkammer
60: - Zylinderkammer
62: - Zylinderkammer
64: - Einlass
66: - Auslass
68: - Blende
70: - Blendenöffnung
72: - Schließkörper
74: - Einlass
76: - Leitungsabzweig
78: - Druckbegrenzungsventil
80: - Absperrventil
82: - Fluidauslass
84: - Schalldämpfer
86: - Fluidauslass
88: - Stromregelventil
90: - Verbindungsleitung
92: - Membranspeicher
94: - Bypassleitung
96: - Absperrarmatur
98: - Leitung
100: - Begrenzungsventil
102: - Absperrventilanordnung
104: - Wegsensor
106: - Absperrventil
108: - Leitung

Claims

Unterseeboot mit mindestens einem Ausstoßrohr (2) zum Ausstoß eines Ausstoßkörpers (6) aus dem Unterseeboot und mit einer Ausstoßvorrichtung, welche einen mit dem Ausstoßkörper (6) bewegungsgekoppelten Arbeitszylinder (18) oder einen mit dem Ausstoßkörper (6) bewegungsgekoppelten Kolben (20) eines Arbeitszylinders (18) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass an einer zum Ausstoß des Ausstoßkörpers (6) mit Druck zu beaufschlagenden Zylinderkammer (24) des Arbeitszylinders (18) zwei mit jeweiligen Absperrmitteln (38, 40) verschließbare Leitungen (28, 30) mit unterschiedlichem Leitungsquerschnitt münden, über welches ein Druckfluid in die Zylinderkammer (24) eingeleitet werden kann und über welche die Zylinderkammer (24) mit einer Druckgasquelle strömungsverbindbar ist.
Unterseeboot nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Leitungen (28, 30) gemeinsam an einem Druckluftverteiler (32) eines Druckluft-Bordnetzes (34) des Unterseeboots angeschlossen sind.
Unterseeboot nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Zylinderkammer (26) des Arbeitszylinders (18) eine Gasfeder bildet.
Unterseeboot nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausstoßvorrichtung einen in dem Ausstoßrohr (2) verschiebbar geführten Transportschlitten (10) aufweist, welcher mit dem Kolben (20) des Arbeitszylinders (18) über einen, einen Geschwindigkeitsübersetzer bildenden Seilzug (12) bewegungsgekoppelt ist.
Unterseeboot nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten (28) der beiden Leitungen (28, 30), welche gegenüber der anderen, zweiten Leitung (30) einen größeren Leitungsquerschnitt aufweist, eingangsseitig des Arbeitszylinders (18) ein regelbares Drosselventil (48) angeordnet ist.
Unterseeboot nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Drosselventil (48) ein Zylinder (50) mit zwei darin verschiebbar geführten und mittels einer Kolbenstange (52) miteinander verbundenen Kolben (54, 56) vorgesehen ist, wobei die beiden Kolben (54, 56) den Zylinder (50) in drei Zylinderkammern (58, 60, 62) teilen, von denen eine erste zwischen den beiden Kolben (54, 56) ausgebildete Zylinderkammer (58) einen Durch-strömpfad durch das Drosselventil (48) bildet, welcher mittels eines an der Kolbenstange (52) angeordneten Schließkörpers (72) verschließbar ist.
Unterseeboot nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass von der ersten Zylinderkammer (58) durch einen ersten Kolben (54) getrennt eine zweite Zylinderkammer (60) ausgebildet ist, welche zur Ansteuerung des Drosselventils (48) mit Druck beaufschlagbar ist.
Unterseeboot nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass von der ersten Zylinderkammer (58) durch einen zweiten Kolben (56) getrennt eine dritte Zylinderkammer (62) ausgebildet ist, welche mit einem Druckfluid gefüllt ist und mit einer Regeleinrichtung zur Regelung des Drosselquerschnitts des Drosselventils (48) in Verbindung steht.
Unterseeboot nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass von der ersten Leitung (28) ein Leitungsabzweig (76) ausgeht, welcher an der zweiten Zylinderkammer (60) des Drosselventils (48) mündet, wobei in dem Leitungsabzweig (76) vorzugsweise ein Druckbegrenzungsventil (78), eine Absperrarmatur und ein Fluidauslass (82) vorgesehen sind.
Unterseeboot nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Zylinderkammer (62) des Drosselventils (48) zur Bildung der Regeleinrichtung zur Regelung des Drosselquerschnitts des Drosselventils (48) einen Fluidauslass (86) aufweist, an welchem ein einstellbares Stromregelventil (88) angeordnet ist.
Unterseeboot nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der an der dritten Zylinderkammer (62) ausgebildete Fluidauslass (86) über eine Verbindungsleitung (90) mit einem Membranspeicher (92) verbunden ist, wobei das in der Verbindungsleitung angeordnete Stromregelventil (88) mittels einer verschließbaren Bypassleitung (94) überbrückt ist.
Verfahren zum Ausstoßen eines Ausstoßkörpers (6) aus einem Ausstoßrohr (2) eines Unterseebootes nach Anspruch 1 mittels eines mit dem Ausstoßkörper (6) bewegungsgekoppelten Arbeitszylinders (18), bei welchem ein Druckfluid in eine zum Ausstoß des Ausstoßkörpers (6) mit Druck zu beaufschlagende Zylinderkammer (24) des Arbeitszylinders (18) eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckfluid in einer Anfangsphase des Ausstoßvorgangs mit einem geringeren Volumenstrom als in einer Endphase des Ausstoßvorgangs in die Zylinderkammer (24) eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Anfangsphase des Ausstoßvorgangs in die Zylinderkammer (24) einzuleitende Volumenstrom maximal halb so groß wie der in der Endphase des Ausstoßvorgangs in die Zylinderkammer (24) einzuleitende Volumenstrom ist.