EP3209553B1 - Unterseeboot - Google Patents

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EP3209553B1
EP3209553B1 EP15771151.6A EP15771151A EP3209553B1 EP 3209553 B1 EP3209553 B1 EP 3209553B1 EP 15771151 A EP15771151 A EP 15771151A EP 3209553 B1 EP3209553 B1 EP 3209553B1
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EP
European Patent Office
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sound generator
exhaust
exhaust gas
line connection
line
Prior art date
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EP15771151.6A
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English (en)
French (fr)
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EP3209553A1 (de
Inventor
Norbert Hövelmann
Delf Sachau
Kai Simanowski
Philip Griefnow
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
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Publication date
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Publication of EP3209553A1 publication Critical patent/EP3209553A1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • G10K2210/321—Physical
    • G10K2210/3212—Actuator details, e.g. composition or microstructure

Definitions

  • the invention relates to a submarine.
  • a loudspeaker in fluid connection with an end piece of an exhaust system is used to generate the counter-sound. This is controlled by a control device to which a microphone, which is arranged on the exhaust system, preferably directly downstream of the fluid connection between loudspeaker and exhaust system, is signal-connected. On the basis of the sound determined by the microphone, the amplitude and frequency required in each case of the counter sound emitted by the loudspeaker are continuously reset.
  • the loudspeaker and the fluid connection of the loudspeaker with the exhaust system are customary to arrange the loudspeaker and the fluid connection of the loudspeaker with the exhaust system on the motor vehicle in such a way that the airflow cools the fluid connection and the loudspeaker sufficiently.
  • Such cooling of a loudspeaker of an exhaust gas compensation device of the type described above is typically not possible when this device is used inside a submarine.
  • the exhaust gas compensation devices used in motor vehicles are not suitable for compensating for the exhaust sound of the exhaust system of a submarine.
  • the DE 103 18 293 A1 shows a submarine with a diesel-electric drive.
  • An exhaust system is provided for the diesel engine through which the diesel exhaust gases are released into the surrounding water. Fluidic measures are described in the area of the outer skin, by means of which a reduced water pressure is achieved in some areas in order to expel the diesel exhaust gas in this area of reduced pressure.
  • the invention is based on the object of creating a submarine in which the exhaust noise generated by an internal combustion engine arranged in the submarine is reduced to a sufficient extent and in a manner adapted to the conditions of a submarine.
  • the submarine according to the invention which is preferably a military submarine, has an internal combustion engine with an exhaust pipe connected to it.
  • the internal combustion engine can generally be any internal combustion engine that can be used in a submarine.
  • this internal combustion engine is preferably a diesel engine which is connected upstream of a generator used to charge a battery system.
  • the submarine is equipped with a device for exhaust noise compensation.
  • This device has a sound generator arranged on a line connection with the exhaust line of the internal combustion engine.
  • the sound generator serves to generate a counter-sound which is equal in frequency and amplitude to the exhaust sound, but phase-shifted by 180 ° and which compensates for the exhaust sound.
  • the line connection on which the sound generator is arranged expediently forms a transmission path for airborne sound that is open towards the exhaust line. As a result, there is a flow of heat from the exhaust pipe into the pipe connection.
  • the basic idea of the invention is to arrange a heat transfer device in the line connection between the exhaust line and the sound generator, by means of which the thermal energy that has penetrated the line connection before reaching the sound generator from the line connection in one It is dissipated to the extent that the sound generator only has temperatures which do not impair the performance of the sound generator or which do not cause damage to the sound generator.
  • the heat transfer device used according to the invention preferably has a heat exchanger with a heat exchange body which is arranged within the line connection between the exhaust line and the sound generator and through which a coolant flows.
  • the thermal energy located in the line connection is transported to the outside of the line connection via the coolant flowing through the heat exchanger body, which can be, for example, water.
  • the heat exchange body arranged within the line connection is expediently designed in such a way that it hinders the propagation of the airborne sound emitted by the sound generator to the exhaust line as little as possible.
  • a heat exchange body which is formed by a helically shaped tube is advantageous.
  • a heat exchange body is preferably provided within the line connection, which is formed by a tube that has the shape of a helix. This helix expediently extends within the line connection in the longitudinal direction of the line connection so that the interior space enclosed by the helix and an intermediate space between the outside of the helix and an inner wall of the line connection forms a sufficiently large path for the airborne sound emitted by the sound generator to the exhaust line.
  • the heat transfer device In addition to the heat exchanger, the heat transfer device provided also has heat transfer means which operate on the principle of heat conduction.
  • the heat transfer device comprises a section of the line connection between the exhaust line and the sound generator that is filled with a heat-conducting and gas-permeable material.
  • the material, with which a section of the line connection is preferably filled over its entire inner cross-section, is expediently in contact with the outer wall of the line connection so that the heat absorbed by the material can be conducted to the outer wall of the line connection and from there to the outside of the line connection.
  • the section of the line connection filled with the heat-conducting and gas-permeable material is expediently provided directly adjacent to the opening of the line connection into the exhaust line.
  • the material can advantageously be a fiber or wire felt, which on the one hand only insignificantly influences the propagation of the airborne sound from the sound generator to the exhaust pipe due to the free spaces formed therein between the individual fibers or wires, but on the other hand has a comparatively large surface and thus forms contact surface with the gas in the line connection.
  • the fiber or wire fiber which is preferably used as a heat conductor is typically made of a material with high thermal conductivity.
  • Steel wool is preferably used as the material.
  • Steel wool made from a corrosion-resistant steel is expediently used in particular with regard to corrosion-producing pollutants that may be contained in the exhaust gas of the internal combustion engine.
  • the heat transfer device used has, in addition to a heat exchanger with a heat exchange body arranged within the line connection between the exhaust gas line and the sound generator, a further heat exchanger, the heat exchange body of which is arranged on the outside of the line connection.
  • This heat exchanger through which a coolant flows, is arranged in the area of the section of the line connection which is filled with a thermally conductive and gas-permeable material, so that the heat conducted by this material to the outer wall of the line connection can be transported away from the outer wall via the heat exchanger body arranged on the outside of the outer wall .
  • the heat exchanger can also be arranged in the region of the line connection in which the heat exchanger arranged within the line connection is provided.
  • the heat exchanger arranged inside the line connection and the heat exchanger arranged outside the line connection preferably have a common coolant supply.
  • the two heat exchangers can be arranged in parallel or in series.
  • a thermally resistant, preferably tensioned film in the line connection between the sound generator and the heat transfer device.
  • This film is typically an acoustically permeable film which forms a temperature barrier and also a mechanical barrier that prevents liquid and / or solid suspended particles contained in the exhaust gas from reaching the sound generator.
  • the film is preferably made from polyarylate.
  • the line connection between the exhaust line and the sound generator is expediently formed by a pipe which is connected laterally in the area of an opening formed on the circumferential wall of the exhaust line in the pressure hull of the submarine.
  • the position and orientation of the pipe connected to the exhaust line which can also be a number of pipe pieces connected to one another, depends primarily on the room conditions within the pressure hull.
  • An embodiment is preferably provided in which a transverse pipe is connected to the exhaust line, in which or at the end of which the sound generator is arranged.
  • a pipe forming the line connection is oriented in the flow direction of the exhaust gas in the exhaust gas line, tapering towards the exhaust gas line at an acute angle.
  • the sound generator used according to the invention is preferably designed as an electromagnetic or piezoelectric sound generator with a vibrating membrane. Since the sound generator is protected from thermal stress in the manner described above, a large number of commercially available loudspeakers with an electromagnetically or piezoelectrically excited vibrating membrane can be used as the sound generator, the only restriction being that these loudspeakers are used for the amplitude and amplitude required to compensate for the exhaust sound Frequency range must be designed.
  • a submarine is shown snorkeling below a water surface 2.
  • This submarine has an internal combustion engine 4 which is arranged in a pressure hull 6 of the submarine.
  • the internal combustion engine 4 is a diesel engine which is connected upstream of a generator used to charge a battery system.
  • the generator and the battery system which are not relevant to the invention and can be designed in a known manner, are not shown in the drawing for reasons of clarity.
  • an air supply line 8 is connected to the internal combustion engine 4, which is connected to an air supply mast 10, which can be extended from a tower 12 of the submarine arranged above the pressure hull 6 to above the water surface when snorkeling.
  • an exhaust pipe 14 is connected to the internal combustion engine 4. This has a section 16 which extends essentially in the vertical direction through the wall of the pressure body 6 into the tower 12 and is followed by a section 18 which is oriented essentially normal to it and opens on a side wall 20 of the tower 12. The exhaust gas generated by the internal combustion engine 4 when the submarine is snorkeling diving is discharged into the water outside environment of the submarine via the exhaust pipe 14.
  • the submarine is equipped with a device 22 for exhaust noise compensation, which is arranged in the interior of the pressure hull 6 of the submarine. How out Fig. 2 As is clear, the device 22 for exhaust sound compensation has a sound generator 24 which is arranged on a line connection 26 with the exhaust line 14.
  • the sound generator 24 is a loudspeaker with an electromagnetically excited vibrating membrane 28.
  • the airborne sound emitted by the sound generator 24, which is conducted through the line connection 26 to the exhaust gas line 14, and is there superimposed on the exhaust gas sound, is represented by one in the drawing
  • the control device, not shown, is controlled in such a way that it is always equal in amplitude and frequency to the exhaust sound and is 180 ° out of phase with it, so that the superimposition of the airborne sound generated by the sound generator 24 with the exhaust sound leads, in the best case, to complete sound cancellation.
  • control device for the sound generator 24 is signal-connected to a fault microphone, also not shown in the drawing, which can be arranged, for example, at a position 30 downstream of the connection of the exhaust line 14 with the line connection 26 on the exhaust line 14 ( Fig. 1 ).
  • connection flange 32 is formed on the outside thereof.
  • This connecting flange 32 which is oriented transversely to section 16 of exhaust gas line 14, surrounds an opening 34 formed on the circumferential wall of exhaust gas line 14.
  • a pipe section 36 is flanged to connecting flange 32 at its end facing away from exhaust pipe 14, to which a further pipe section 38 is connected, which is flanged to the pipe section 36.
  • a hollow connection part 40 is flanged, to whose end facing away from the exhaust line 14 the sound generator 24 is fastened by means of a flange connection.
  • connection part 40 has a hollow cylindrical section 42 adjoining the pipe section 38, to which a section 44 adjoins, which widens conically in the direction of the sound generator 24 beyond the maximum outer diameter of the vibrating diaphragm 28 of the sound generator 24.
  • the connecting flange 32, the pipe sections 34 and 36 and the connecting part 40 form the line connection 26, which is supported via a carrier 48 on a supporting structure 50 connected to the exhaust line 14.
  • a heat exchanger body 52 through which a coolant flows is arranged inside the pipe section 36.
  • the heat exchanger body 52 is formed by a helically shaped tube, the two ends 54 and 56 of which lead at a distance from one another in the longitudinal direction of the tube section 36 through the outer wall of the tube section 36 to the outside of the line connection 26.
  • the heat exchanger body 52 is connected to a coolant circuit of the heat exchanger, which is not shown in the drawing for reasons of clarity.
  • a heat exchanger 64 is arranged on the outside of the pipe section 36.
  • the heat exchanger 64 which is connected to the same coolant circuit as the heat exchanger body 52, has a coolant channel 66 which, starting from a coolant inlet 68, extends helically around the pipe section 36 to a coolant outlet 70.
  • a section 58 of the connecting flange 32 directly adjacent to the exhaust pipe 14 is filled with steel wool 60 over the entire inner cross-section of the connecting flange 32.
  • the steel wool 60 forms a heat conductor via which a first portion of the thermal energy of the exhaust gas within the line connection 26 is dissipated via the outer wall of the connecting flange 32 to the outside of the line connection 26.
  • a further proportion of the thermal energy that is still present is then transported out of the line connection via the heat exchanger with the heat exchanger body 52 and the heat exchanger 64.
  • the packing density of the section 58 with the steel wool 60 is selected such that the airborne sound emitted by the sound generator 24 can propagate essentially unhindered into the exhaust pipe 14.
  • a film 62 is clamped between the pipe section 38 and the connection part 40.
  • the film 62 consists of thermally resistant polyarylate. Its strength is measured in such a way that it is acoustically permeable.
  • the film 62 forms a further measure for protecting the sound generator from the thermal energy of the exhaust gas.
  • the film 62 forms a mechanical barrier which prevents floating bodies contained in the exhaust gas from reaching the sound generator 24.

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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.
  • Aus der Kraftfahrzeugtechnik ist es bekannt, den Abgasschall alternativ oder ergänzend zu der Verwendung eines Absorptionsschalldämpfers mit einem amplituden- und frequenzgleichen aber um 180° phasenverschobenen Gegenschall zu überlagern, was günstigstenfalls zu einer nahezu vollständigen Schallauslöschung führt. Zur Erzeugung des Gegenschalls wird ein in Fluidverbindung zu einem Endstück einer Abgasanlage stehender Lautsprecher verwendet. Dieser wird von einer Steuerungseinrichtung gesteuert, mit der ein an der Abgasanlage vorzugsweise unmittelbar abströmseitig der Fluidverbindung von Lautsprecher und Abgasanlage angeordnetes Mikrofon signalverbunden ist. Auf der Grundlage des von dem Mikrofon ermittelten Schalls werden die jeweils erforderliche Amplitude und Frequenz des von dem Lautsprecher emittierten Gegenschalls fortwährend neu eingestellt.
  • Zum Schutz des Lautsprechers vor der vergleichsweise hohen Abgastemperatur ist es üblich, den Lautsprecher und die Fluidverbindung des Lautsprechers mit der Abgasanlage so an dem Kraftfahrzeug anzuordnen, dass der Fahrtwind die Fluidverbindung und den Lautsprecher in ausreichendem Maße kühlt. Eine solche Kühlung eines Lautsprechers einer Abgaskompensationseinrichtung der oben beschriebenen Art ist bei Einsatz dieser Einrichtung innerhalb eines Unterseeboots typischerweise nicht möglich. Insofern sind die bei Kraftfahrzeugen verwendeten Abgaskompensationseinrichtungen zur Kompensation des Abgasschalls der Abgasanlage eines Unterseeboots nicht geeignet.
  • Aus Colin Hansen: Understanding Active Noise Control, London 2001, Spon Press, Seite 70, ISBN 0-415-23377, ist es bekannt, einen in Fluidverbindung mit einem Abgasschacht stehenden Lautsprecher dadurch vor einem warmen Abgasstrom zu schützen, dass das Lautsprechergehäuse mittels einer Wasserkühlung gekühlt wird und in die Fluidverbindung zwischen dem Lautsprecher und dem Abgasschacht ein kühler Luftstrom eingeleitet wird, wodurch sich eine Mischtemperatur einstellt, die für den Lautsprecher unproblematisch ist. Insbesondere die letztgenannte Bereitstellung eines gekühlten Luftstroms erweist sich in einem Unterseeboot als nachteilig.
  • Die DE 103 18 293 A1 zeigt ein Unterseeboot mit einem diesel-elektrischen Antrieb. Für den Dieselmotor ist ein Abgassystem vorgesehen, über das die Dieselabgase in das Umgebungswasser abgegeben werden. Es werden strömungstechnische Maßnahme im Bereich der Außenhaut beschrieben, durch die bereichsweise ein verminderter Wasserdruck erzielt wird, um das Dieselabgas in diesem Bereich des verminderten Drucks auszustoßen. Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Unterseeboot zu schaffen, bei dem der von einem in dem Unterseeboot angeordneten Verbrennungsmotor erzeugte Abgasschall in ausreichendem Maße und in an die Gegebenheiten eines Unterseeboots angepasster Weise verringert wird.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Unterseeboot mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. 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, bei dem es sich bevorzugt um ein militärisches Unterseeboot handelt, weist einen Verbrennungsmotor mit einer daran angeschlossenen Abgasleitung auf. Bei dem Verbrennungsmotor kann es sich generell um jeden in einem Unterseeboot einsetzbaren Verbrennungsmotor handeln. Vorzugsweise ist dieser Verbrennungsmotor aber ein Dieselmotor, der einem zum Aufladen einer Batterieanlage verwendeten Generator vorgeschaltet ist.
  • Ferner ist das Unterseeboot mit einer Einrichtung zur Abgasschallkompensation ausgestattet. Diese Einrichtung weist einen an einer Leitungsverbindung mit der Abgasleitung des Verbrennungsmotors angeordneten Schallerzeuger auf. Der Schallerzeuger dient zur Erzeugung eines zu dem Abgasschall frequenz- und amplitudengleichen jedoch um 180° phasenverschobenen Gegenschalls, welcher den Abgasschall kompensiert. Die Leitungsverbindung, an welcher der Schallerzeuger angeordnet ist, bildet zweckmäßigerweise eine zu der Abgasleitung hin offene Übertragungsstrecke für Luftschall. Dies hat zur Folge, dass es zu einem Wärmefluss von der Abgasleitung in die Leitungsverbindung kommt.
  • Um den Schallerzeuger vor der vergleichsweise hohen Abgastemperatur zu schützen, besteht die Grundidee der Erfindung darin, in der Leitungsverbindung zwischen der Abgasleitung und dem Schallerzeuger eine Wärmeübertragungseinrichtung anzuordnen, mittels derer die in die Leitungsverbindung eingedrungene thermische Energie vor dem Erreichen des Schallerzeugers aus der Leitungsverbindung in einem Maße in deren Außenumgebung abgeführt wird, dass an dem Schallerzeuger nur solche Temperaturen herrschen, welche die Leistungsfähigkeit des Schallerzeugers nicht beeinträchtigen bzw. keine Schädigung des Schallerzeugers verursachen.
  • Als Wärmeübertragungseinrichtung können grundsätzlich alle Einrichtungen verwendet werden, mit denen die in die Leitungsverbindung eingedrungene Abgaswärme in ausreichendem Maße aus der Leitungsverbindung über eine Grenzfläche zu dem in der Leitungsverbindung befindlichen Gas abgeführt wird. Besonders vorteilhaft erweisen sich in diesem Zusammenhang Wärmeübertragungseinrichtungen, die vorrangig nach dem Prinzip der Konvektion arbeiten. So weist die erfindungsgemäß verwendete Wärmeübertragungseinrichtung bevorzugt einen Wärmetauscher mit einem innerhalb der Leitungsverbindung zwischen der Abgasleitung und dem Schallerzeuger angeordneten Wärmetauschkörper auf, welcher von einem Kühlmittel durchflossen wird. Über das den Wärmetauschkörper durchströmende Kühlmittel, bei dem es sich beispielsweise um Wasser handeln kann, wird die in der Leitungsverbindung befindliche thermische Energie nach außerhalb der Leitungsverbindung transportiert.
  • Der innerhalb der Leitungsverbindung angeordnete Wärmetauschkörper ist zweckmäßigerweise derart auszugestalten, dass er die Ausbreitung des von dem Schallerzeuger emittierten Luftschalls zur der Abgasleitung möglichst wenig behindert. In dieser Hinsicht vorteilhaft ist ein Wärmetauschkörper, der von einem wendelförmig geformten Rohr gebildet wird. So ist innerhalb der Leitungsverbindung bevorzugt ein Wärmetauschkörper vorgesehen, welcher von einem Rohr gebildet wird, das die Form einer Helix aufweist. Diese Helix erstreckt sich innerhalb der Leitungsverbindung zweckmäßigerweise in Längsrichtung der Leitungsverbindung, sodass der von der Helix umschlossene Innenraum und ein Zwischenraum zwischen der Außenseite der Helix und einer Innenwandung der Leitungsverbindung einen ausreichend großen Ausbreitungspfad für den von dem Schallerzeuger emittierten Luftschall zu der Abgasleitung bildet.
  • Zusätzlich zu dem Wärmetauscher weist die vorgesehene Wärmeübertragungsvorrichtung auch Wärmeübertragungsmittel auf, die nach dem Prinzip der Wärmeleitung arbeiten.
    Erfindungsgemäss ist es vorgesehen, dass die Wärmeübertragungseinrichtung einen mit einem wärmeleitenden und gasdurchlässigen Material gefüllten Abschnitt der Leitungsverbindung zwischen der Abgasleitung und dem Schallerzeuger umfasst. Zweckmäßigerweise ist das Material, mit dem ein Abschnitt der Leitungsverbindung vorzugsweise über deren gesamten Innenquerschnitt gefüllt ist, in Kontakt mit der Außenwandung der Leitungsverbindung, sodass die von dem Material aufgenommene Wärme an die Außenwandung der Leitungsverbindung und von dort nach außerhalb der Leitungsverbindung geleitet werden kann. Um im Bereich des Übergangs der Leitungsverbindung zu der Abgasleitung durch den Abgasstrom verursachte Turbulenzen zu verhindern oder zumindest zu verringern, ist der mit dem wärmeleitenden und gasdurchlässigen Material gefüllte Abschnitt der Leitungsverbindung zweckmäßigerweise direkt an die Mündung der Leitungsverbindung in die Abgasleitung angrenzend vorgesehen.
    Bei dem Material kann es sich vorteilhaft um einen Faser- oder Drahtfilz handeln, welcher aufgrund der darin zwischen den einzelnen Fasern bzw. Drähten ausgebildeten freien Zwischenräume einerseits die Ausbreitung des Luftschalls von dem Schallerzeuger zu der Abgasleitung nur unwesentlich beeinflusst, andererseits aber eine vergleichsweise große Oberfläche und damit Kontaktfläche mit dem in der Leitungsverbindung befindlichen Gas bildet.
  • Der vorzugsweise als Wärmeleiter verwendete Faser- bzw. Drahtfiz ist typischerweise aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit ausgebildet. Bevorzugt wird als Material Stahlwolle verwendet. Insbesondere im Hinblick auf in dem Abgas des Verbrennungsmotors gegebenenfalls enthaltene korrosionserzeugende Schadstoffe wird zweckmäßigerweise Stahlwolle aus einem korrosionsbeständigen Stahl verwendet.
  • Die verwendete Wärmeübertragungseinrichtung weist zusätzlich zu einem Wärmetauscher mit einem innerhalb der Leitungsverbindung zwischen der Abgasleitung und dem Schallerzeuger angeordneten Wärmetauschkörper einen weiteren Wärmetauscher auf, dessen Wärmetauschkörper außenseitig der Leitungsverbindung angeordnet ist. Dieser von einem Kühlmittel durchströmte Wärmetauscher ist im Bereich des Abschnitts der Leitungsverbindung angeordnet, welcher mit einem wärmeleitenden und gasdurchlässigen Material gefüllt ist, sodass die von diesem Material zu der Außenwandung der Leitungsverbindung geleitete Wärme über den außenseitig der Außenwandung angeordneten Wärmetauschkörper von der Außenwandung wegtransportiert werden kann. Darüber hinaus kann der Wärmetauscher auch in dem Bereich der Leitungsverbindung angeordnet sein, in dem der innerhalb der Leitungsverbindung angeordnete Wärmetauscher vorgesehen ist. Bevorzugt weisen der innerhalb der Leitungsverbindung angeordnete Wärmetauscher und der außenseitig der Leitungsverbindung angeordnete Wärmetauscher eine gemeinsame Kühlmittelversorgung auf. Hierbei können die beiden Wärmetauscher parallel oder in Reihe angeordnet sein.
  • Als weitere Maßnahme zum Schutz des Schallerzeugers kann zudem vorteilhaft vorgesehen sein, in der Leitungsverbindung zwischen dem Schallerzeuger und der Wärmeübertragungseinrichtung eine thermisch widerstandsfähige, vorzugsweise gespannte Folie anzuordnen. Bei dieser Folie handelt es sich typischerweise um eine akustisch durchlässige Folie, welche eine Temperaturbarriere und zusätzlich eine mechanische Barriere bildet, die verhindert, dass in dem Abgas enthaltene flüssige und/oder feste Schwebeteilchen zu dem Schallerzeuger gelangen können. Bevorzugt ist die Folie aus Polyarylat ausgebildet.
  • Die Leitungsverbindung zwischen der Abgasleitung und dem Schallerzeuger wird zweckmäßigerweise von einem Rohr gebildet, welches seitlich im Bereich einer an der Umfangswandung der Abgasleitung ausgebildeten Öffnung in dem Druckkörper des Unterseeboots angeschlossen ist. Die Position und Ausrichtung des an der Abgasleitung angeschlossenen Rohres, bei dem es sich auch um mehrere miteinander verbundene Rohrstücke handeln kann, richtet sich vornehmlich nach den Raumbedingungen innerhalb des Druckkörpers. Bevorzugt ist eine Ausgestaltung vorgesehen, bei welcher an der Abgasleitung ein Querrohr angeschlossen ist, in dem oder an dessen Ende der Schallerzeuger angeordnet ist. Denkbar ist aber auch eine Ausgestaltung, bei der ein die Leitungsverbindung bildendes Rohr in Strömungsrichtung des Abgases in der Abgasleitung in spitzem Winkel auf die Abgasleitung zulaufend ausgerichtet ist.
  • Der erfindungsgemäß verwendete Schallerzeuger ist vorzugsweise als elektromagnetischer oder piezoelektrischer Schallerzeuger mit einer Schwingmembran ausgebildet. Da der Schallerzeuger in der vorab beschriebenen Weise vor thermischer Beanspruchung geschützt wird, kann als Schallerzeuger eine Vielzahl handelsüblicher Lautsprecher mit einer elektromagnetisch oder piezoelektrisch angeregten Schwingmembran verwendet werden, wobei lediglich die Einschränkung besteht, dass diese Lautsprecher für den zur Kompensation des Abgasschalls erforderlichen Amplituden- und Frequenzbereich ausgelegt sein müssen.
  • Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt jeweils in unterschiedlichen Maßstäben:
    • Fig. 1 in einer schematisch stark vereinfachten Prinzipskizze ein in einer Querschnittsansicht dargestelltes Unterseeboot, und
    • Fig. 2 in einer Seitenansicht einen Teil einer Abgasleitung des Unterseeboots nach Fig. 1 und
    • Fig. 3 in vergrößerter Darstellung einen Teilbereich von Fig. 2.
  • In Fig. 1 ist ein Unterseeboot in Schnorchelfahrt unterhalb einer Wasseroberfläche 2 dargestellt. Dieses Unterseeboot weist einen Verbrennungsmotor 4 auf, welcher in einem Druckkörper 6 des Unterseeboots angeordnet ist. Bei dem Verbrennungsmotor 4 handelt es sich um einen Dieselmotor, der einem zum Aufladen einer Batterieanlage verwendeten Generator vorgeschaltet ist. Der Generator und die Batterieanlage, welche nicht erfindungsrelevant sind und in bekannter Weise ausgebildet sein können, sind aus Gründen einer besseren Übersichtlichkeit in der Zeichnung nicht dargestellt.
  • Zur Luftzufuhr ist an dem Verbrennungsmotor 4 eine Luftzuführleitung 8 angeschlossen, welche mit einem Luftzuführmast 10 in Verbindung steht, der aus einem oberhalb des Druckkörpers 6 angeordneten Turm 12 des Unterseeboots bei Schnorchelfahrt bis oberhalb der Wasseroberfläche ausfahrbar ist. Ferner ist an dem Verbrennungsmotor 4 eine Abgasleitung 14 angeschlossen. Diese weist einen sich im Wesentlichen in vertikaler Richtung durch die Wandung des Druckkörpers 6 in den Turm 12 erstreckenden Abschnitt 16 auf, an den sich ein im Wesentlichen normal dazu ausgerichteter Abschnitt 18 anschließt, welcher an einer Seitenwandung 20 des Turms 12 mündet. Über die Abgasleitung 14 wird das von dem Verbrennungsmotor 4 erzeugte Abgas bei Schnorcheltauchfahrt des Unterseeboots in die Wasseraußenumgebung des Unterseeboots abgelassen.
  • Das Unterseeboot ist mit einer Einrichtung 22 zur Abgasschallkompensation ausgestattet, die im Inneren des Druckkörpers 6 des Unterseeboots angeordnet ist. Wie aus Fig. 2 deutlich wird, weist die Einrichtung 22 zur Abgasschallkompensation einen Schallerzeuger 24 auf, der an einer Leitungsverbindung 26 mit der Abgasleitung 14 angeordnet ist.
  • Bei dem Schallerzeuger 24 handelt es sich um einen Lautsprecher mit einer elektromagnetisch angeregten Schwingmembran 28. Der von dem Schallerzeuger 24 emittierte Luftschall, welcher durch die Leitungsverbindung 26 zu der Abgasleitung 14 geleitet wird, und sich dort dem Abgasschall überlagert, wird von einer in der Zeichnung nicht dargestellten Steuereinrichtung derart gesteuert, dass er immer amplituden- und frequenzgleich zu dem Abgasschall und zu diesem um 180° phasenverschoben ist, sodass die Überlagerung des von dem Schallerzeuger 24 erzeugten Luftschalls mit dem Abgasschall günstigstenfalls zu einer vollständigen Schallauslöschung führt. Um diese Steuerung zu ermöglichen, ist die Steuerungseinrichtung für den Schallerzeuger 24 mit einem ebenfalls in der Zeichnung nicht dargestellten Fehlermikrofon signalverbunden, welches beispielsweise an einer Position 30 abströmseitig der Verbindung der Abgasleitung 14 mit der Leitungsverbindung 26 an der Abgasleitung 14 angeordnet sein kann (Fig. 1).
  • Im Bereich des Abschnitts 16 der Abgasleitung 14 ist an deren Außenseite ein Anschlussflansch 32 ausgebildet. Dieser quer zum Abschnitt 16 der Abgasleitung 14 ausgerichtete Anschlussflansch 32 umgibt eine an der Umfangswandung der Abgasleitung 14 ausgebildete Öffnung 34. An den Anschlussflansch 32 ist an dessen von der Abgasleitung 14 abgewandten Ende ein Rohrstück 36 angeflanscht, an das sich ein weiteres Rohrstück 38 anschließt, welches an das Rohrstück 36 angeflanscht ist. Schließlich ist an dem von der Abgasleitung 14 abgewandten Ende des Rohrstücks 38 ein hohl ausgebildetes Anschlussteil 40 angeflanscht, an dessen von der Abgasleitung 14 abgewandten Ende der Schallerzeuger 24 mittels einer Flanschverbindung befestigt ist. Das Anschlussteil 40 weist einen an das Rohrstück 38 angrenzenden hohlzylindrischen Abschnitt 42 auf, an den sich ein Abschnitt 44 anschließt, der sich in Richtung des Schallerzeugers 24 über den maximalen Außendurchmesser der Schwingmembran 28 des Schallerzeugers 24 hinaus kegelförmig erweitert. Zusammen bilden der Anschlussflansch 32, die Rohrstücke 34 und 36 sowie das Anschlussteil 40 die Leitungsverbindung 26, welche sich über einen Träger 48an einer mit der Abgasleitung 14 verbundenen Tragstruktur 50 abstützt.
  • Zum Schutz des Schallerzeugers 24 vor der thermischen Energie des durch die Abgasleitung 14 strömenden Abgases ist innerhalb des Rohrstücks 36 ein von einem Kühlmittel durchströmter Wärmetauschkörper 52 eines Wärmetauschers angeordnet. Der Wärmetauschkörper 52 wird von einem wendelförmig geformten Rohr gebildet, dessen beide Enden 54 und 56 in Längsrichtung des Rohrstücks 36 voneinander beabstandet durch die Außenwandung des Rohrstücks 36 nach außerhalb der Leitungsverbindung 26 führen. An den Enden 54 und 56 ist der Wärmetauschkörper 52 an einen aus Übersichtlichkeitsgründen nicht in der Zeichnung dargestellten Kühlmittelkreislauf des Wärmetauschers angeschlossen. Außenseitig des Rohrstücks 36 ist ein Wärmetauscher 64 angeordnet. Der Wärmetauscher 64, der an demselben Kühlmittelkreislauf wie der Wärmetauschkörper 52 angeschlossen ist, weist einen Kühlmittelkanal 66 auf, der sich ausgehend von einem Kühlmitteleinlass 68 helixförmig um das Rohrstück 36 herum zu einem Kühlmittelauslass 70 erstreckt.
  • Als weitere Maßnahme zum Schutz des Schallerzeugers 24 vor der thermischen Energie des durch die Abgasleitung 14 strömenden Abgases ist ein direkt an die Abgasleitung 14 angrenzender Abschnitt 58 des Anschlussflansches 32 über den gesamten Innenquerschnitt des Anschlussflansches 32 mit Stahlwolle 60 gefüllt. Die Stahlwolle 60 bildet einen Wärmeleiter, über den ein erster Anteil der thermischen Energie des Abgases innerhalb der Leitungsverbindung 26 über die Außenwandung des Anschlussflansches 32 an die Außenumgebung der Leitungsverbindung 26 abgeführt wird. Ein weiterer noch vorhandener Anteil der thermischen Energie wird anschließend über den Wärmetauscher mit dem Wärmetauschkörper 52 sowie dem Wärmetauscher 64 aus der Leitungsverbindung heraustransportiert. Die Packungsdichte des Abschnitts 58 mit der Stahlwolle 60 ist so gewählt, dass sich der von dem Schallerzeuger 24 emittierte Luftschall im Wesentlichen ungehindert in die Abgasleitung 14 ausbreiten kann.
  • In dem Bereich der Anflanschung des Anschlussteils 40 an das Rohrstück 38 ist zwischen dem Rohrstück 38 und dem Anschlussteil 40 eine Folie 62 verspannt. Die Folie 62 besteht aus thermisch widerstandsfähigem Polyarylat. Ihre Stärke ist so bemessen, dass sie akustisch durchlässig ist. Die Folie 62 bildet eine weitere Maßnahme zum Schutz des Schallerzeugers vor der thermischen Energie des Abgases. Darüber hinaus bildet die Folie 62 eine mechanische Barriere, welche verhindert, dass in dem Abgas enthaltene Schwebekörper zu dem Schallerzeuger 24 gelangen können. Bezugszeichenliste
    2 - Wasseroberfläche
    4 - Verbrennungsmotor
    6 - Druckkörper
    8 - Luftzuführleitung
    10 - Luftzuführmast
    12 - Turm
    14 - Abgasleitung
    16 - Abschnitt
    18 - Abschnitt
    20 - Seitenwandung
    22 - Einrichtung
    24 - Schallerzeuger
    26 - Leitungsverbindung
    28 - Schwingmembran
    30 - Position
    32 - Anschlussflansch
    34 - Öffnung
    36 - Rohrstück
    38 - Rohrstück
    40 - Anschlussteil
    42 - Abschnitt
    44 - Abschnitt
    48 - Träger
    50 - Tragstruktur
    52 - Wärmetauschkörper
    54 - Ende
    56 - Ende
    58 - Abschnitt
    60 - Stahlwolle
    62 - Folie
    64 - Wärmetauscher
    66 - Kühlmittelkanal
    68 - Kühlmitteleinlass
    70 - Kühlmittelauslass

Claims (8)

  1. Unterseeboot mit einem Verbrennungsmotor (4) und mit einer Einrichtung (22) zur Abgasschallkompensation, welche einen in einer Leitungsverbindung (26) mit einer Abgasleitung (14) des Verbrennungsmotors (4) angeordneten Schallerzeuger (24) und eine in der Leitungsverbindung (26) zwischen der Abgasleitung (14) und dem Schallerzeuger (24) angeordnete Wärmeübertragungseinrichtung aufweist, wobei ein Abschnitt (58) der Leitungsverbindung (26) zwischen der Abgasleitung (14) und dem Schallerzeuger (24) mit einem wärmeleitenden, gasdurchlässigen Material gefüllt ist.
  2. Unterseeboot nach Anspruch 1, bei welchem die Wärmeübertragungseinrichtung einen Wärmetauscher mit einem innerhalb der Leitungsverbindung (26) zwischen der Abgasleitung (14) und dem Schallerzeuger (24) angeordneten Wärmetauschkörper (52) aufweist.
  3. Unterseeboot nach Anspruch 2, bei dem der Wärmetauschkörper (52) von einem wendeiförmig geformten Rohr gebildet wird.
  4. Unterseeboot nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Material Stahlwolle (60) ist.
  5. Unterseeboot nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Wärmeübertragungseinrichtung einen Wärmetauscher (64) mit einem außenseitig der Leitungsverbindung (26) zwischen der Abgasleitung (14) und dem Schallerzeuger (24) angeordneten Wärmetauschkörper aufweist.
  6. Unterseeboot nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem zwischen dem Schallerzeuger (24) und der Wärmeübertragungseinrichtung eine thermisch widerstandsfähige, vorzugsweise gespannte Folie (62) angeordnet ist.
  7. Unterseeboot nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem an der Abgasleitung (14) ein Querrohr angeordnet ist, in dem oder an dessen Ende der Schallerzeuger (24) angeordnet ist.
  8. Unterseeboot nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Schallerzeuger (24) als elektromagnetischer oder piezoelektrischer Schallerzeuger (24) ausgebildet ist und eine Schwingmembran (28) aufweist.
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