EP4334757A1 - Verbindungselement und verbindungssystem zum verbinden eines weiteren schleppantennenmoduls mit einem schleppantennenmodul oder mit einem zugmittel - Google Patents

Verbindungselement und verbindungssystem zum verbinden eines weiteren schleppantennenmoduls mit einem schleppantennenmodul oder mit einem zugmittel

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Publication number
EP4334757A1
EP4334757A1 EP22725407.5A EP22725407A EP4334757A1 EP 4334757 A1 EP4334757 A1 EP 4334757A1 EP 22725407 A EP22725407 A EP 22725407A EP 4334757 A1 EP4334757 A1 EP 4334757A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
connection
connecting element
antenna module
damping
designed
Prior art date
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Pending
Application number
EP22725407.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Kristann
Christoph Meyer
Mike Minschke
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.)
Tkms Atlas Elektronik GmbH
ThyssenKrupp AG
Original Assignee
ThyssenKrupp AG
Atlas Elektronik 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 AG, Atlas Elektronik GmbH filed Critical ThyssenKrupp AG
Publication of EP4334757A1 publication Critical patent/EP4334757A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B21/00—Tying-up; Shifting, towing, or pushing equipment; Anchoring
    • B63B21/56—Towing or pushing equipment
    • B63B21/66—Equipment specially adapted for towing underwater objects or vessels, e.g. fairings for tow-cables
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/16—Receiving elements for seismic signals; Arrangements or adaptations of receiving elements
    • G01V1/20—Arrangements of receiving elements, e.g. geophone pattern
    • G01V1/201—Constructional details of seismic cables, e.g. streamers
    • G01V1/202—Connectors, e.g. for force, signal or power
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/16—Receiving elements for seismic signals; Arrangements or adaptations of receiving elements
    • G01V1/20—Arrangements of receiving elements, e.g. geophone pattern
    • G01V1/201—Constructional details of seismic cables, e.g. streamers
    • G01V2001/205—Internal damping

Definitions

  • Connection element and connection system for connecting another towed antenna module to a towed antenna module or to a
  • the invention relates to the damping of vibrations on towed antennas.
  • a towed antenna is an arrangement of a large number of waterborne sound transducers that are mechanically connected to one another and arranged one behind the other.
  • the hydrophones are typically arranged in a common sleeve or hose.
  • the towed antenna is connected to a watercraft, e.g. a ship or a submarine, at least mechanically but typically also to a data connection (e.g. electrically or optically using fiber optic cables) by means of a traction device, e.g. a rope or a belt, so that the watercraft can pull the trailing antenna behind it using the traction mechanism.
  • the trailing antenna is connected to the traction means with a connecting element.
  • the towed antenna also includes one or more towed antenna modules. If the towed antenna has only one towed antenna module, the terms towed antenna and towed antenna module are equivalent. If the towed antenna has several towed antenna modules, these are also connected to one another with a connecting element, also referred to as a coupling, at least mechanically but typically also with a data connection. For example, by selecting the number of towed antenna modules, the length of the towed antenna can be adapted to the respective application.
  • a problem with towed antennas are vibrations that are caused, for example, by turbulence on the connecting elements.
  • the waterborne sound transducers pick up the noise caused by the vibrations and generate a corresponding electrical signal. This electrical signal is part of the noise of the hydrophones.
  • the greater the noise the more difficult it is for the waterborne sound transducers to detect any reflected waterborne noise (active sonar) or emitted waterborne noise (passive sonar).
  • the noise reduces both the range of the towed antenna, i.e. the maximum distance at which noises of a certain volume can be heard, and the bearing accuracy, i.e. the accuracy with which the direction of an incoming waterborne sound signal can be determined.
  • the object of the present invention is therefore to create an improved concept for towed antennas, in particular for damping vibrations on towed antennas.
  • Exemplary embodiments show a connecting element with a first and a second end area.
  • the first end area is designed to establish a connection with a further connecting element and the second end area has an anchorage which is mechanically anchored in a towed antenna module or in a traction device which connects the towed antenna module to a watercraft.
  • the anchorage has a damping element that is designed to dampen vibrations of the connecting element.
  • the first end region can be designed to produce a mechanical connection to the further connecting element, for example by having one connecting element having a plug and the other connecting element having a socket.
  • a fixing element that encloses both connecting elements can be used, for example form fit are produced.
  • the connecting element comprises, for example, two half-shells that can be connected to form a sleeve.
  • the first end area can establish a data connection with the further connection element.
  • the data connection is made, for example, electrically (eg by means of a cable) or optically (eg by means of an optical waveguide).
  • the anchoring connects the connecting element, more precisely the second end area of the connecting element, to the towed antenna module or to the traction means. Due to the damping element, this connection is not rigid, but can absorb and dampen vibrations.
  • a metal cushion also referred to as metal mesh
  • a (plastic or metal) foam or a fine-grained material is used as a damping element.
  • a metal foam is advantageously used in order to be able to withstand the large loads that occur.
  • the idea is to dampen the vibrations where they often occur, namely on the connecting element. This is done by means of the damping element, through which the connecting element is not rigidly but flexibly connected to the trailing antenna module or the traction means. In this way, the vibrations are dampened directly without being able to propagate via the towed antenna module. The influence of the vibrations on the waterborne sound transducer is thus significantly reduced.
  • the anchoring has a mechanically rigid projection, for example a bolt.
  • the projection absorbs the tensile forces of the trailing antenna module.
  • the projection is surrounded by the damping element in order to dampen the projection in relation to the towed antenna module or the traction mechanism.
  • a metal cushion or a (plastic or metal) foam can advantageously be used as the damping element.
  • the anchorage has a pin with a bolt which is arranged essentially perpendicularly to the pin, with the damping element being arranged between the pin and the bolt.
  • the pin is arranged essentially parallel to the pulling direction.
  • the pin can advantageously be hollow on the inside and can then also be referred to as a sleeve.
  • a connecting line can be routed through the hollow space in the pin in order to enable a data connection between the connecting element and the further connecting element.
  • the term "essentially” refers to the suitability of the bolt to be able to absorb the forces of the towed antenna module or the traction device and the suitability of the pin to be able to establish the connection with the further connection element in the main pulling direction.
  • a volume of fine-grained material can advantageously be used as the damping element, in particular sand or plastic balls or 3D printed metal powder (i.e.
  • the fine-grained material can have a diameter of less than 10 mm, advantageously less than 6 mm or less than 2 mm.
  • the grain size of the fine-grained material should not be too small either, for example larger than 5 ⁇ m (microns).
  • liquids, gels or casting resins can also be used.
  • damping effect by combining different substances, for example finer and coarser-grained substances (ie smaller and larger grain sizes of the fine-grained material), liquid substances and solids or hard substances and soft substances.
  • damping types are friction, wave scattering or compression.
  • the choice of damping material allows the damping effect to be adjusted as a function of the damping path that is available.
  • the damping path of the damping element is less than 15mm, in particular less than 10mm or less than 5mm.
  • the distance between two towed antenna modules must not change at will. It is particularly advantageous for direction formation if all Waterborne sound transducers of a towed antenna are arranged equidistantly and at a small distance from one another. The distance is, for example, in the two-digit centimeter range, for example between 10 cm and 60 cm. However, the distance can also change depending on the wavelengths that are to be detected with the towed sonar. This also applies to the hydrophones, which face each other at a connection between two towed antenna modules.
  • connection system for connecting a further towed antenna module to a towed antenna module or to a traction device.
  • the connection system comprises the aforementioned connection element and a further connection element.
  • the further connecting element has a first and a second end region, the first end region being designed to establish the connection with the first end region of the connecting element and the second end region having an anchorage which is mechanically anchored in the further towed antenna module.
  • the further connection element can have the same features as the connection element, with mating parts of the connection elements being correspondingly designed in such a way that they work together.
  • one connecting element can have a plug, while the other connecting element has a socket in order to be able to receive the plug.
  • the anchoring of the further connecting element can have a damping element which is designed to dampen vibrations of the further connecting element.
  • the connecting element and the further connecting element can be designed to establish a data connection.
  • the connecting element and the further connecting element can be positively connected to one another by means of a common fixing element. This ensures a secure mechanical connection between the connecting elements.
  • a method for producing the connection system by means of additive manufacturing includes additive manufacturing of the first and second end portions and the anchor by layering metal powder and selectively fusing (also referred to as sintering) the metal powder layer by layer to form the first and second end portions, wherein the first end portion is formed establish a connection with the further connecting element and wherein the second end region has the anchorage, which is designed to be mechanically anchored in the towed antenna module or in the traction means that connects the towed antenna module to the watercraft.
  • the anchoring also has the damping element, which is designed to dampen vibrations of the connecting element.
  • the layer-by-layer construction of the walls of the connection system is referred to as selective fusion. The areas where no wall is formed are not fused, leaving the metal powder there.
  • a volume is created as part of the anchoring using additive manufacturing.
  • the metal powder is removed from the connection system.
  • the area within the volume is excluded from this, so that the metal powder remains within the volume to form the damping element. Due to the manufacturing process, it is not possible using additive manufacturing to ensure that the volume is free of metal powder. This is applied in layers over a large area and the metal powder is melted at the points where a wall (or part of the connecting element) is to be created. However, the remaining metal powder remains in powder form.
  • another substance is now filled into the volume in order to adjust the damping effect of the damping element. For this purpose, for example, the volume limitation or a wall of the volume is opened at a (small) point and closed again after filling.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of a connecting element which is connected to a fixing element on one side and to a trailing antenna module on the other side;
  • Fig. 2 a schematic sectional representation of the representation of Fig. 1 along the section plane A-A, wherein Fig. 2a shows an embodiment of the connecting element with a damping element surrounded by a projection and Fig. 2b shows an embodiment of a connecting element with a volume of damping material between a pin and a bolt revealed; Fig. 3: a schematic sectional view of a connection system in the same sectional plane as Fig. 2.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective side view of a connecting element 20.
  • the connecting element 20 is mechanically connected to a trailing antenna module 22.
  • FIG. instead of the trailing antenna module, a traction device can also be provided with which a Towed antenna can be connected to a watercraft.
  • an optional fixing element 24 is shown, which receives the connecting element and is able to produce a form-fitting connection between the connecting element 20 and another connecting element.
  • the fixing element is shown in two parts, ie it has, for example, two flab shells which meet at a joint line 26 and are connected to one another, for example screwed. Corresponding screwing points are not disclosed to simplify the illustration.
  • the fixing element is explained in more detail with regard to FIG. 3 .
  • Fig. 2 shows the representation of Fig. 1 in a sectional view along the plane A-A.
  • the plane A-A lies in the butt line (26 in Fig. 1) where the two parts of the fixation element meet.
  • the fixing element 24 and the trailing antenna module 22 are shown in the sectional view.
  • the individual components of the connecting element 20 are shown in the sectional view.
  • Fig. 2 shows in Fig. 2a and Fig. 2b each an embodiment of the connecting element.
  • the connecting element 20 thus has a pin 28 .
  • the pin 28 forms part of the connecting element 20, which bridges the distance between the towed antenna module 22 or the traction mechanism and a connecting element of another towed antenna module (see FIG. 3).
  • Pin 28 can carry a data line. If the pin 28 is hollow in order to pass the data line through, the pin 28 can also be referred to as a fluff.
  • the fixing element 20 has a first end area 30a and a second end area 30b.
  • the first end region 30a is designed to connect the connecting element 20 to a further connecting element (see FIG. 3).
  • the connecting element 20 can have a plug or a socket (not shown) to which a data line is connected in order to enable data to be exchanged with another connecting element.
  • the connecting element can have a projection 32 in the first end region. The projection 32 is firmly connected to the pin 30 and serves as a partner for the fixing element 24 in order to create the positive connection.
  • the first end region 30a of the connecting element 20 is designed to establish a mechanical connection and/or an electrical connection with a further connecting element.
  • An anchor 33 is also arranged in the second end region 30b.
  • the anchor 33 comprises a (further) protrusion 34 in a volume.
  • the volume is filled with a cushioning material to form the cushioning element 36 .
  • the anchor 33 in particular the projection 34, enables the mechanical connection of the connecting element 20 to the trailing antenna module 22 or the traction mechanism. If a fabric is used as the traction device (e.g. in the form of a rope or belt), the fabric can be woven with the projection or the anchorage to create the connection.
  • the projection 34 is, for example, a bolt which is inserted through the pin 28 and fixed to the pin 28 .
  • the projection 32 in the first end region 30a can be formed in the same way. However, it is also possible to produce the entire connecting element using additive manufacturing technology, for example in one piece.
  • FIGS. 2a and 2b now differ with regard to the damping element in the second end region 30b.
  • 2a shows that the projection 34 is surrounded by the damping element 36.
  • FIG. The damping element 36 thus creates play within which the projection and thus the connecting element can move relative to the towed antenna module 22 or the traction means.
  • a metal mesh or any (plastic or metal) foam, for example, is suitable here as a damping element.
  • the volume can also be filled with one or any combination of the following substances to form the cushioning element: fine-grained material, liquids, gels or casting resins
  • the projection 34 is arranged within a volume 36 filled with a damping material.
  • a damping material for example one or any combination of the following: fine-grained material, liquids, gels or casting resins.
  • fine-grained material as well as some gels or casting resins can be compressed, so that there is play between the pin 28 and the projection 34 and the material acts as a damping element.
  • the volume 36 is located between the projection 34 and the pin 28 .
  • the projection 34 is rigidly connected to the towed antenna module 22 or the traction mechanism, but the projection 34 can move relative to the pin 28 within the scope of the game.
  • sand or plastic balls, 3D printing metal powder, liquids or cast resins are suitable as damping elements.
  • FIG. 3 shows a connection system 38 by way of example using the exemplary embodiment from FIG. 2a.
  • the connection system 38 comprises the connection element 20 and a further connection element 20'.
  • the features of the further connecting element 20 ′ are the same as those of the connecting element 20 .
  • the same reference numbers have been chosen, with the reference numbers of the further connecting element 20' being provided with a floating comma (').
  • the functioning of the fixing element 24 can also be seen in FIG. 3 .
  • the fixing element 24 engages in the projections 32, 32' on both sides, so that both connecting elements 20, 20' are positively connected to one another.
  • the (water) sound transducers disclosed are designed for use under water, in particular in the sea.
  • the sound converters are designed to convert waterborne sound into an electrical signal (eg voltage or current) corresponding to the sound pressure, the waterborne sound signal.
  • the sound converters are designed to convert an applied electrical voltage into waterborne sound. Accordingly, the sound converters can be used as waterborne sound receivers and/or as waterborne sound transmitters.
  • the sound transducers have a piezoelectric material, for example a piezoceramic, as the sensory material.
  • the transducers can be used for (active and/or passive) sonar (sound navigation and ranging, dt.: sound navigation and distance determination) are used.
  • the transducers are not suitable for medical applications.
  • aspects have been described in the context of a device, it is understood that these aspects also represent a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Similarly, aspects described in connection with or as a method step also constitute a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device.

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Abstract

Es ist ein Verbindungselement (20) mit einem ersten und einem zweiten Endbereich (30a, 30b) gezeigt, wobei der erste Endbereich (30a) ausgebildet ist, eine Verbindung mit einem weiteren Verbindungselement (20') herzustellen und wobei der zweite Endbereich (30b) eine Verankerung (33) aufweist, die in einem Schleppantennenmodul (22) oder in einem Zugmittel, dass das Schleppantennenmodul (22) mit einem Wasserfahrzeug verbindet, mechanisch verankert ist. Die Verankerung weist ein Dämpfungselement (36) auf, das ausgebildet ist, Vibrationen des Verbindungselements (20) zu dämpfen.

Description

Verbindungselement und Verbindungssystem zum Verbinden eines weiteren Schleppantennenmoduls mit einem Schleppantennenmodul oder mit einem
Zugmittel
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf die Dämpfung von Vibrationen an Schleppantennen.
Als Schleppantenne wird eine Anordnung von einer Vielzahl mechanische miteinander verbundener, hintereinander angeordneter Wasserschallwandler bezeichnet. Die Wasserschallwandler sind typischerweise in einer gemeinsamen Hülle bzw. Schlauch angeordnet. Die Schleppantenne wird mittels eines Zugmittels, z.B. einem Seil oder einem Gurt, mit einem Wasserfahrzeug, beispielsweise einem Schiff oder einem U-Boot, zumindest mechanisch aber typischerweise auch mit einer Datenverbindung (z.B. elektrisch oder optisch mittels Lichtwellenleiter), verbunden, so dass das Wasserfahrzeug die Schleppantenne mittels des Zugmittels hinter sich herziehen kann.
Die Schleppantenne ist mit einem Verbindungselement mit dem Zugmittel verbunden. Die Schleppantenne weist ferner eines oder mehrere Schleppantennenmodule auf. Weist die Schleppantenne nur ein Schleppantennenmodul auf, sind die Begriffe Schleppantenne und Schleppantennenmodul äquivalent. Weist die Schleppantenne mehrere Schleppantennenmodule auf, sind diese ebenfalls mit einem Verbindungselement, auch als Kupplung bezeichnet, zumindest mechanisch aber typischerweise auch mit einer Datenverbindung, miteinander verbunden. Beispielsweise kann somit durch die Wahl der Anzahl von Schleppantennenmodulen die Länge der Schleppantenne an den jeweiligen Einsatzzweck angepasst werden.
Ein Problem von Schleppantennen sind jedoch Vibrationen, die z.B. durch Verwirbelungen an den Verbindungselementen entstehen. Die Wasserschallwandler nehmen die durch die Vibrationen entstehenden Geräusche auf und erzeugen ein entsprechendes elektrisches Signal. Dieses elektrische Signal ist Teil des Rauschens der Wasserschallwandler. Je größer das Rauschen ist, desto schlechter können die Wasserschallwandler etwaigen reflektierten Wasserschall (Aktivsonar) oder ausgesendeten Wasserschall (Passivsonar) detektieren. In anderen Worten reduziert sich durch das Rauschen sowohl die Reichweite der Schleppantenne, also die maximale Entfernung, aus der Geräusche einer bestimmten Lautstärke wahrgenommen werden können, als auch die Peilgenauigkeit, also die Genauigkeit mit der die Richtung eines einfallenden Wasserschallsignals bestimmt werden kann.
Zwar gibt es bereits Lösungen, das Zugmittel elastisch auszuführen um z.B. durch das Wasserfahrzeug erzeugte Vibrationen zu dämpfen. An der Schleppantenne selbst, insbesondere an den Verbindungselementen, entstehen jedoch immer noch unerwünschte Vibrationen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein verbessertes Konzept für Schleppantennen, insbesondere der Dämpfung von Vibrationen an Schleppantennen, zu schaffen.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind der Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Ausführungsbeispiele zeigen ein Verbindungselement mit einem ersten und einem zweiten Endbereich. Der erste Endbereich ist ausgebildet, eine Verbindung mit einem weiteren Verbindungselement herzustellen und der zweite Endbereich weist eine Verankerung auf, die in einem Schleppantennenmodul oder in einem Zugmittel, das das Schleppantennenmodul mit einem Wasserfahrzeug verbindet, mechanisch verankert ist. Die Verankerung weist ein Dämpfungselement auf, das ausgebildet ist, Vibrationen des Verbindungselements zu dämpfen.
Der erste Endbereich kann ausgebildet sein, eine mechanische Verbindung zu dem weiteren Verbindungselement herzustellen, beispielsweise indem ein Verbindungselement einen Stecker und das andere Verbindungselement eine Buchse aufweist. Zur Arretierung der mechanischen Verbindung kann z.B. mittels eines Fixierungselements, das beide Verbindungselemente umschließt, ein Formschluss hergestellt werden. Das Verbindungselement umfasst beispielsweise zwei Halbschalen, die zu einer Hülse verbunden werden können. Ergänzend kann der erste Endbereich eine Datenverbindung mit dem weiteren Verbindungselement hersteilen. Die Datenverbindung erfolgt z.B. elektrisch (z.B. mittels eines Kabels) oder optisch (z.B. mittels eines Lichtwellenleiters).
Die Verankerung verbindet das Verbindungselement, präziser den zweiten Endbereich des Verbindungselements, mit dem Schleppantennenmodul oder mit dem Zugmittel. Durch das Dämpfungselement ist diese Verbindung nicht starr, sondern kann Vibrationen aufnehmen und diese dämpfen. Als Dämpfungselement wird z.B. ein Metallkissen (auch als Metallgeflecht bezeichnet), ein (Kunststoff- oder Metall-) Schaum oder ein feinkörniges Material verwendet. Ein Metallschaum wird vorteilhaft verwendet, um den großen, auftretenden Lasten widerstehen zu können.
Idee ist es, die Vibrationen dort, wo sie häufig entstehen, nämlich an dem Verbindungselement, bereits zu dämpfen. Dies erfolgt mittels des Dämpfungselements, durch das das Verbindungselement nicht starr, sondern flexibel mit dem Schleppantennenmodul bzw. dem Zugmittel verbunden ist. Somit werden die Vibrationen direkt gedämpft, ohne dass diese sich über das Schleppantennenmodul ausbreiten können. Der Einfluss der Vibrationen auf die Wasserschallwandler wird somit deutlich reduziert.
In Ausführungsbeispielen weist die Verankerung einen mechanisch starren Vorsprung, beispielsweise einen Bolzen, auf. Der Vorsprung nimmt die Zugkräfte des Schleppantennenmoduls auf. Der Vorsprung ist von dem Dämpfungselement umgeben, um den Vorsprung gegenüber dem Schleppantennenmodul oder dem Zugmittel zu dämpfen. In diesem Ausführungsbeispiel kann als Dämpfungselement vorteilhafterweise ein Metallkissen oder ein (Kunststoff- oder Metall-) Schaum verwendet werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Verankerung einen Stift mit einem im Wesentlichen senkrecht zu dem Stift angeordneten Bolzen auf, wobei das Dämpfungselement zwischen dem Stift und dem Bolzen angeordnet ist.
Insbesondere ist der Stift im Wesentlichen parallel zu der Zugrichtung angeordnet ist. Der Stift kann vorteilhafterweise innen hohl ausgeführt sein und kann dann auch als Hülse bezeichnet werden. Durch den Hohlraum in dem Stift kann eine Verbindungsleitung hindurchgeführt werden, um eine Datenverbindung zwischen dem Verbindungselement und dem weiteren Verbindungselement zu ermöglichen. Der Ausdruck „im Wesentlichen“ bezieht sich neben der Abweichung innerhalb von Fertigungstoleranzen auf die Eignung des Bolzens, die Kräfte des Schleppantennenmoduls bzw. des Zugmittels aufnehmen zu können und die Eignung des Stifts, in Hauptzugrichtung die Verbindung mit dem weiteren Verbindungselement hersteilen zu können. In diesem Ausführungsbeispiel kann als Dämpfungselement vorteilhafterweise ein Volumen eines feinkörnigen Materials verwendet werden, insbesondere Sand oder Kunststoffkugeln oder 3D Druck Metallpulver (also Metallpulver, dass für additive Fertigungsverfahren verwendet wird), das zwischen dem Stift und dem Bolzen angeordnet ist. Beispielweise kann das feinkörnige Material einen Durchmesser kleiner als 10mm, vorteilhafterweise kleiner als 6mm oder kleiner als 2mm aufweisen. Um die Dämpfungswirkung entfalten zu können, ist es jedoch vorteilhaft, dass sich zwischen den einzelnen Körnern Hohlräume befinden. Insoweit sollte die Körnung des feinkörnigen Materials auch nicht zu klein werden, beispielsweise größer als 5pm (Mikrometer) sein. Ergänzend oder alternativ können auch Flüssigkeiten, Gele oder Gießharze verwendet werden. Beispielsweise ist es so auch möglich, durch die Kombination von verschiedenen Stoffen, beispielsweise feiner und grober gekörnten Stoffen (d.h. kleinere und größere Korngrößen des feinkörnigen Materials), flüssigen Stoffen und Feststoffen oder harten Stoffen und weichen Stoffen die Dämpfungswirkung einzustellen. So ist es beispielsweise möglich, die Dämpfung einzeln oder durch beliebige Kombination von Dämpfungsarten einzustellen. Beispielhaft seien als Dämpfungsarten Reibung, Wellenstreuung oder Kompression genannt.
Insbesondere kann durch die Wahl des Dämpfungsmaterials die Dämpfungswirkung in Abhängigkeit vom zur Verfügung stehenden Dämpfungsweg eingestellt werden.
In Ausführungsbeispielen ist der Dämpfungsweg des Dämpfungselements kleiner als 15mm, insbesondere kleiner als 10mm oder kleiner als 5mm. Insbesondere wenn das Verbindungselement zwischen zwei Schleppantennenmodulen angeordnet ist, darf der Abstand zwischen zwei Schleppantennenmodulen sich nicht beliebig verändern. So ist es insbesondere für die Richtungsbildung vorteilhaft, wenn alle Wasserschallwandler einer Schleppantenne äquidistant und mit einem geringen Abstand zueinander angeordnet sind. Der Abstand liegt beispielsweise im zweistelligen Zentimeterbereich, beispielsweise zwischen 10cm und 60cm. Der Abstand kann sich aber auch in Abhängigkeit der Wellenlängen, die mit dem Schleppsonar detektiert werden sollen, ändern. Dies gilt auch für die Wasserschallwandler, die sich an einer Verbindung zwischen zwei Schleppantennenmodulen gegenüberliegen. Insoweit kann hier eine Abwägung zwischen dem Vorteil des ermöglichten Dämpfungswegs und der somit erzielten Dämpfungswirkung und dem Nachteil der schlechteren Richtungsbildung getroffen werden. Die o.g. Dämpfungswege haben sich hier als vorteilhaft herausgestellt. Der Abstand ist gering, wenn sich keine oder nur geringe Nebenkeulen ausbilden, die die Richtungsbildung (beamforming) nicht nachhaltig beeinträchtigen.
Weiter ist ein Verbindungssystem zum Verbinden eines weiteren Schleppantennenmoduls mit einem Schleppantennenmodul oder mit einem Zugmittel offenbart. Das Verbindungssystem umfasst das vorgenannte Verbindungselement und ein weiteres Verbindungselement. Das weitere Verbindungselement weist einen ersten und einen zweiten Endbereich auf, wobei der erste Endbereich ausgebildet ist, die Verbindung mit dem ersten Endbereich des Verbindungselements herzustellen und wobei der zweite Endbereich eine Verankerung aufweist, die in dem weiteren Schleppantennenmodul mechanisch verankert ist.
In Ausführungsbeispielen kann das weitere Verbindungselement die gleichen Merkmale aufweisen wie das Verbindungselement, wobei ineinandergreifende Teile der Verbindungselemente entsprechend so ausgestaltet sind, dass sie Zusammenwirken. So kann zum Aufbau einer Datenverbindung beispielsweise ein Verbindungselement einen Stecker aufweisen während das andere Verbindungselement eine Buchse aufweist, um den Stecker aufnehmen zu können. D.h. die Verankerung des weiteren Verbindungselements kann ein Dämpfungselement aufweisen, das ausgebildet ist, Vibrationen des weiteren Verbindungselements zu dämpfen. Ferner kann das Verbindungselement und das weitere Verbindungselement ausgebildet sein, eine Datenverbindung herzustellen. In Ausführungsbeispielen können das Verbindungselement und das weitere Verbindungselement mittels eines gemeinsamen Fixierungselements formschlüssig miteinander verbunden sein. Somit ist eine sichere mechanische Verbindung zwischen den Verbindungselementen gewährleistet.
Weiterhin ist ein Verfahren zur Herstellung des Verbindungssystems mittels additiver Fertigung (auch als 3D-Druck bezeichnet) offenbart. Das Verfahren umfasst die additive Fertigung von dem ersten und dem zweiten Endbereich und der Verankerung durch schichtweises Aufbringen von Metallpulver und schichtweises selektives Verschmelzen (auch als Sintern bezeichnet) des Metallpulvers um den ersten und den zweiten Endbereich zu formen, wobei der erste Endbereich ausgebildet ist, eine Verbindung mit dem weiteren Verbindungselement herzustellen und wobei der zweite Endbereich die Verankerung aufweist, die ausgebildet ist, in dem Schleppantennenmodul oder in dem Zugmittel, dass das Schleppantennenmodul mit dem Wasserfahrzeug verbindet, mechanisch verankert zu sein. Die Verankerung weist ferner das Dämpfungselement auf, das ausgebildet ist, Vibrationen des Verbindungselements zu dämpfen. Als selektives Verschmelzen wird das Schichtweise Aufbauen der Wände des Verbindungssystems bezeichnet. Die Bereiche, in denen keine Wand entsteht, werden nicht verschmolzen, so dass dort das Metallpulver zurückbleibt.
In Ausführungsbeispielen wird mittels der additiven Fertigung als Teil der Verankerung ein Volumen erzeugt. Nach dem Herstellen des Verbindungssystems wird das Metallpulver von dem Verbindungssystem, entfernt. Der Bereich innerhalb des Volumens ist hiervon jedoch ausgenommen, so dass das Metallpulver innerhalb des Volumens verbleibt um das Dämpfungselement zu bilden. Fertigungsbedingt ist es mittels additiver Fertigung nicht möglich, dass das Volumen frei von Metallpulver ist. Dieses wird schichtweise flächig aufgetragen und an den Stellen, an denen eine Wand (bzw. ein Teil des Verbindungselements) entstehen soll, wird das Metallpulver verschmolzen. Das restliche Metallpulver bleibt jedoch pulverförmig zurück. Durch dieses Ausführungsbeispiel erspart man sich somit das aufwendige Entfernen des Metallpulvers aus dem Volumen und nutzt dieses als Teil des Dämpfungselements. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird nunmehr ein weiterer Stoff in das Volumen eingefüllt, um die Dämpfungswirkung des Dämpfungselements einzustellen. Hierzu wird beispielsweise die Volumenbegrenzung bzw. eine Wand des Volumens an einer (kleinen) Stelle geöffnet und nach dem Befüllen wieder verschlossen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 : eine schematische Seitenansicht eines Verbindungselements, das an einer Seite mit einem Fixierungselement und an der anderen Seite mit einem Schleppantennenmodul verbunden ist;
Fig. 2: eine schematische Schnittdarstellung der Darstellung der Fig. 1 entlang der Schnittebene A-A, wobei Fig. 2a ein Ausführungsbeispiel des Verbindungselements mit einem einen Vorsprung umgebenen Dämpfungselements und Fig. 2b ein Ausführungsbeispiel eines Verbindungselements mit einem Volumen eines Dämpfungsmaterials zwischen einem Stift und einen Bolzen offenbart; Fig. 3: eine schematische Schnittdarstellung eines Verbindungssystems in der gleichen Schnittebene wie Fig. 2.
Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte und/oder Strukturen in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.
Fig. 1 zeigt eine schematische perspektivische Seitenansicht eines Verbindungselements 20. Das Verbindungselement 20 ist mit einem Schleppantennenmodul 22 mechanisch verbunden. Anstelle des Schleppantennenmoduls kann auch ein Zugmittel vorgesehen sein, mit dem eine Schleppantenne mit einem Wasserfahrzeug verbunden werden kann. Ferner ist ein optionales Fixierungselement 24 gezeigt, dass das Verbindungselement aufnimmt und eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Verbindungselement 20 und einem weiteren Verbindungselement herzustellen vermag. Das Fixierungselement ist zweiteilig dargestellt, weist also beispielsweise zwei Flalbschalen auf, die an einer Stoßlinie 26 aufeinandertreffen und miteinander verbunden, beispielsweise verschraubt, sind. Entsprechende Verschraubungspunkte sind zur Vereinfachung der Darstellung nicht offenbart. Das Fixierungselement wird im Hinblick auf Fig. 3 noch genauer erläutert.
Fig. 2 zeigt die Darstellung der Fig. 1 in einer Schnittdarstellung entlang der Ebene A-A. Die Ebene A-A liegt in der Stoßlinie (26 in Fig. 1), in der die beiden Teile des Fixierungselements aufeinandertreffen. In der Schnittdarstellung sind wie in Fig. 1 das Fixierungselement 24 und das Schleppantennenmodul 22 dargestellt. Ferner sind in der Schnittansicht die einzelnen Bestandteile des Verbindungselements 20 dargestellt. Fig. 2 zeigt in Fig. 2a und Fig. 2b jeweils ein Ausführungsbeispiel des Verbindungselements. Zunächst werden gemeinsame Merkmale beider Ausführungsbeispiele erläutert während abschließend auf die spezifischen Unterschiede der Ausführungsbeispiele eingegangen wird.
So weist das Verbindungselement 20 einen Stift 28 auf. Der Stift 28 bildet den Bestandteil des Verbindungselements 20, der die Entfernung zwischen dem Schleppantennenmodul 22 bzw. dem Zugmittel und einem Verbindungselement eines weiteren Schleppantennenmoduls (s. Fig. 3) überbrückt. Der Stift 28 kann eine Datenleitung führen. Ist der Stift 28 hohl ausgeführt, um die Datenleitung hindurchzuführen, kann der Stift 28 auch als Flülse bezeichnet werden.
Das Fixierungselement 20 weist einen ersten Endbereich 30a und einen zweiten Endbereich 30b auf. Der erste Endbereich 30a ist ausgebildet, das Verbindungselement 20 mit einem weiteren Verbindungselement (s. Fig. 3) zu verbinden. So kann das Verbindungselement 20 z.B. einen Stecker oder eine Buchse aufweisen (nicht gezeigt), mit dem eine Datenleitung verbunden ist, um einen Datenaustausch mit einem weiteren Verbindungselement zu ermöglichen. Weiterhin kann das Verbindungselement in dem ersten Endbereich einen Vorsprung 32 aufweisen. Der Vorsprung 32 ist fest mit dem Stift 30 verbunden und dient als Partner für das Fixierungselement 24, um den Formschluss herzustellen. Insoweit ist der erste Endbereich 30a des Verbindungselements 20 ausgebildet eine mechanische Verbindung und/oder eine elektrische Verbindung mit einem weiteren Verbindungselement herzustellen.
In dem zweiten Endbereich 30b ist ferner eine Verankerung 33 angeordnet. Die Verankerung 33 umfasst einen (weiteren) Vorsprung 34 in einem Volumen. Das Volumen ist mir einem Dämpfungsmaterial gefüllt, um das Dämpfungselement 36 zu bilden. Die Verankerung 33, insbesondere der Vorsprung 34, ermöglicht die mechanische Verbindung des Verbindungselements 20 mit dem Schleppantennenmodul 22 oder dem Zugmittel. Wird als Zugmittel ein Gewebe eingesetzt (z.B. in Form eines Seils oder Gurts), kann das Gewebe mit dem Vorsprung bzw. der Verankerung verwebt sein, um die Verbindung herzustellen. Der Vorsprung 34 ist z.B. ein Bolzen, der durch den Stift 28 hindurchgesteckt und mit dem Stift 28 fixiert ist. Der Vorsprung 32 in dem ersten Endbereich 30a kann gleichermaßen ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, das gesamte Verbindungselement mittels additiver Fertigungstechnik, beispielsweise einstückig, herzustellen.
Hinsichtlich des Dämpfungselements in dem zweiten Endbereich 30b unterscheiden sich die Ausführungsbeispiele der Fig. 2a und 2b nun. Fig. 2a zeigt, dass der Vorsprung 34 von dem Dämpfungselement 36 umgeben ist. Somit entsteht durch das Dämpfungselement 36 ein Spiel, innerhalb dessen sich der Vorsprung und somit das Verbindungselement relativ zu dem Schleppantennenmoduls 22 bzw. des Zugmittels bewegen kann. Als Dämpfungselement eignet sich hier beispielsweise ein Metallgeflecht oder ein etwaiger (Kunststoff- oder Metall-) Schaum. Alternativ kann das Volumen auch mit einem oder einer beliebigen Kombination der folgenden Stoffe gefüllt sein, um das Dämpfungselement zu bilden: feinkörniges Material, Flüssigkeiten, Gele oder Gießharze
Fig. 2b zeigt, dass der Vorsprung 34 innerhalb eines, mit einem Dämpfungsmaterial gefüllten, Volumens 36 angeordnet ist. Als Dämpfungsmaterial eignet sich beispielsweise eines oder eine beliebige Kombination der folgenden Stoffe: feinkörniges Material, Flüssigkeiten, Gele oder Gießharze. So ist beispielsweise feinkörnige Material wie auch einige Gele oder Gießharze komprimierbar, so dass ein Spiel zwischen dem Stift 28 und dem Vorsprung 34 entsteht und das Material als Dämpfungselement wirkt. Das Volumen 36 ist zwischen dem Vorsprung 34 und dem Stift 28 angeordnet. Somit ist zwar im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 2a der Vorsprung 34 starr mit dem Schleppantennenmodul 22 bzw. dem Zugmittel verbunden, der Vorsprung 34 kann sich jedoch im Rahmen des Spiels relativ zu dem Stift 28 bewegen. In diesem Fall eignet sich als Dämpfungselement z.B. Sand oder Kunststoffkugeln, 3D Druck Metallpulver, Flüssigkeiten oder Gießharze.
Fig. 3 zeigt, beispielhaft anhand des Ausführungsbeispiels aus Fig. 2a, ein Verbindungssystem 38. Das Verbindungssystem 38 umfasst das Verbindungselement 20 und ein weiteres Verbindungselement 20‘. Die Merkmale des weiteren Verbindungselements 20' sind die gleichen, die auch das Verbindungselement 20 aufweist. Insoweit sind die gleichen Bezugszeichen gewählt worden, wobei die Bezugszeichen des weiteren Verbindungselements 20' mit einem Flochkomma (') versehen sind.
In Fig. 3 ist ferner die Funktionsweise des Fixierungselements 24 ersichtlich. Das Fixierungselement 24 greift beidseitig in die Vorsprünge 32, 32' ein, so dass beide Verbindungselemente 20, 20' formschlüssig miteinander verbunden sind.
Die offenbarten (Wasser-) Schallwandler sind für den Einsatz unter Wasser, insbesondere im Meer, ausgelegt. Die Schallwandler sind ausgebildet, Wasserschall in eine dem Schalldruck entsprechenden elektrischen Signal (z.B. Spannung oder Strom), das Wasserschallsignal, umzuwandeln. Überdies sind die Schallwandler ausgebildet, eine anliegende elektrische Spannung in Wasserschall umzuwandeln. Die Schallwandler können demnach als Wasserschallempfänger und/oder als Wasserschallsender verwendet werden. Als sensorisches Material weisen die Schallwandler ein piezoelektrisches Material, beispielsweise eine Piezokeramik, auf. Die Schallwandler können für (Aktiv- und/oder Passiv-) Sonar (sound navigation and ranging, dt.: Schall-Navigation und -Entfernungsbestimmung) eingesetzt werden. Die Schallwandler sind nicht für medizinische Anwendungen geeignet.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
Bezugszeichenliste:
20 Verbindungselement
22 Schleppantennenmodul 24 Fixierungselement
26 Stoßlinie
28 Stift
30 Endbereich
32 (erster) Vorsprung 33 Verankerung
34 (zweiter/weiterer) Vorsprung
36 Dämpfungselement
38 Verbindungssystem

Claims

Patentansprüche
1. Verbindungselement (20) mit folgenden Merkmalen: einem ersten und einem zweiten Endbereich (30a, 30b), wobei der erste Endbereich (30a) ausgebildet ist, eine Verbindung mit einem weiteren Verbindungselement (20‘) herzustellen und wobei der zweite Endbereich (30b) eine Verankerung (33) aufweist, die in einem Schleppantennenmodul (22) oder in einem Zugmittel, dass das Schleppantennenmodul (22) mit einem Wasserfahrzeug verbindet, mechanisch verankert ist; wobei die Verankerung (33) ein Dämpfungselement (36) aufweist, das ausgebildet ist, Vibrationen des Verbindungselements (20) zu dämpfen.
2. Verbindungselement (20) gemäß Anspruch 1 , wobei die Verankerung einen mechanisch starren Vorsprung (34b), insbesondere einen Bolzen, aufweist, der ausgebildet ist, die Zugkräfte des Schleppantennenmoduls aufzunehmen, wobei der Vorsprung (32) von dem Dämpfungselement (36) umgeben ist, um den Vorsprung (32) gegenüber dem Schleppantennenmodul (22) oder dem Zugmittel zu dämpfen.
3. Verbindungselement (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Dämpfungselement (36) ein Metallkissen oder ein Kunststoffschaum aufweist.
4. Verbindungselement (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Verankerung einen Stift (28) mit einem im Wesentlichen senkrecht zu dem Stift (28) angeordneten Bolzen aufweist, wobei das Dämpfungselement (36) zwischen dem Stift (28) und dem Bolzen angeordnet ist, insbesondere wobei der Stift (28) im Wesentlichen parallel zu der Zugrichtung angeordnet ist.
5. Verbindungselement (20) gemäß Anspruch 4, wobei das Dämpfungselement (36) ein Volumen eines feinkörnigen Materials umfasst, insbesondere Sand oder Kunststoffkugeln.
6. Verbindungselement (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein Dämpfungsweg des Dämpfungselements kleiner als 15mm, insbesondere kleiner als 10mm oder kleiner als 5mm ist.
7. Verbindungssystem (38) zum Verbinden eines weiteren Schleppantennenmoduls (22‘) mit einem Schleppantennenmodul (22) oder mit einem Zugmittel mit folgenden Merkmalen: dem Verbindungselement (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche; dem weiteren Verbindungselement (20‘), das einen ersten und einen zweiten Endbereich (30a‘, 30b‘) aufweist, wobei der erste Endbereich (30a‘) ausgebildet ist, die Verbindung mit dem ersten Endbereich (30) des Verbindungselements (20) herzustellen und wobei der zweite Endbereich (30b‘) eine Verankerung (34‘) aufweist, die in dem weiteren Schleppantennenmodul (22‘) mechanisch verankert ist.
8. Verbindungssystem (38) gemäß Anspruch 7, wobei die Verankerung des weiteren Verbindungselements (20‘) ein Dämpfungselement (36) aufweist, das ausgebildet ist, Vibrationen des weiteren Verbindungselements (20‘) zu dämpfen.
9. Verbindungssystem (38) gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei das Verbindungselement (20) und das weitere Verbindungselement (20‘) ausgebildet sind, eine Datenverbindung herzustellen.
10. Verbindungssystem (38) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Verbindungselement (20) und das weitere Verbindungselement (20‘) mittels eines gemeinsamen Fixierungselements (24) formschlüssig miteinander verbunden sind.
11. Verfahren zur Herstellung eines Verbindungssystems mit folgenden Schritten: additive Fertigung von einem ersten und einem zweiten Endbereich (30a, 30b) und einer Verankerung durch schichtweises Aufbringen von Metallpulver und schichtweises selektives Verschmelzen des Metallpulvers um den ersten und den zweiten Endbereich zu formen, wobei der erste Endbereich (30a) ausgebildet ist, eine Verbindung mit einem weiteren Verbindungselement (20‘) herzustellen und wobei der zweite Endbereich (30b) die Verankerung (33) aufweist, die ausgebildet ist, in einem Schleppantennenmodul (22) oder in einem Zugmittel, dass das Schleppantennenmodul (22) mit einem Wasserfahrzeug verbindet, mechanisch verankert zu sein; wobei die Verankerung ein Dämpfungselement (36) aufweist, das ausgebildet ist, Vibrationen des Verbindungselements (20) zu dämpfen.
12. Verfahren gemäß Anspruch 11 , wobei mittels der additiven Fertigung als Teil der Verankerung ein Volumen erzeugt wird; mit dem weiteren Schritt: Entfernen des Metallpulvers von dem Verbindungssystem, wobei der Bereich innerhalb des Volumens ausgenommen ist, so dass das Metallpulver innerhalb des Volumens verbleibt um das Dämpfungselement zu bilden.
13. Verfahren gemäß Anspruch 12, mit dem weiteren Schritt: Einfüllen eines weiteren Stoffs in das Volumen um die Dämpfungswirkung des Dämpfungselements einzustellen.
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