EP4711259A1 - Verfahren zur anbringung der aussenhautplatten in einem unterseeboot - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Befestigung der Außenhautplatten 30 auf Abstandshaltern 20 um einen Druckkörper 10 herum.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Befestigung der Außenhautplatten auf Abstandshaltern um einen Druckkörper herum.
• Unterseeboote werden oftmals als Zweihüllenboote gebaut. Dieses bedeutet, dass im Inneren ein zumeist zylindrischer Druckkörper von einer zweiten, meist hydrodynamisch optimierten Außenhülle umgeben ist. Während ursprünglich die äußere Hülle beispielsweise beim Typ VII dazu diente, die Überwasserfahreigenschaften zu optimieren, dient heute die äußere Hülle dazu, beispielsweise die Ortungswahrscheinlichkeit zu beeinflussen. Aus der DE 10 2016 014 108 A1 ist ein Unterwasserfahrzeug mit reduzierter Detektionswahrscheinlichkeit über große Distanzen bekannt. Um ein Zweihüllenboot zu bauen, wird zunächst der meist zylindrische Druckkörper gebaut. Auf den Druckkörper werden dann Abstandshalter aufgesetzt und auf diese Abstandshalte dann Platten montiert, die die zweite Hülle bilden. In dem Platz zwischen den beiden Hüllen, der üblicherweise wasserdurchspült ist, sind beispielsweise Treibstofftanks, wie Wasserstofftanks, Sauerstofftanks, Sonarsensoren und dergleichen angeordnet.
• Bei der Fertigung ergibt sich nun die Herausforderung, dass alle Fertigungsschritte Fertigungstoleranzen haben, was sich besonders bei den Abstandshaltern durch den Hebel der Länge des Abstandshalters auswirkt. Daher ist es nicht einfach möglich, entsprechende Löcher in die Abstandshalter und in die Platten einzubringen und diese dann zu verbinden, da dabei eben nicht nur die Position der Löcher zueinander stimmen muss, sondern vielmehr auch der Winkel, damit ein Bolzen oder eine Schraube eben durch beide Löcher gerade hindurchgeht. Die Löcher müssen also nicht nur passgenau zueinander sein, sondern auch fluchtend. Da die Platten heutzutage üblicherweise aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff oder dergleichen bestehen, kann eine Winkelabweichung zwischen den Löchern in der Platte und im Abstandshalter dazu führen, dass die Platte beschädigt wird, wenn die Verbindung hergestellt wird.
• Aus der DE 305 093 A ist ein druckfester Körper für Tauchschiffe bekannt.
• Aus der CN 1 14 012 225 B ist eine druckfeste U-Boot-Hülle aus Volltitan und eine additive Fertigungsvorrichtung und ein Verfahren dafür bekannt.
• Aus der WO 2023/ 073 343 A1 ist ein Fertigungssystem zur Herstellung eines Trägerrahmens für einen Druckbehälter und ein Verfahren zur Herstellung eines Trägerrahmens für einen Druckbehälter mit einem solchen Fertigungssystem bekannt.
• Aus der CN 2 03 766 148 U ist eine Leichtmetall-Sandwich-Verbundstruktur bekannt.
• Aus Fluctus DE: Die Herstellung eines gigantischen high tech U-Boots. 18.04.2022, 0:00/10:16. https://www.youtube.com/watch?v=Awj55dfSQ9E [online]. ist die Herstellung eines Unterseebootes bekannt.
• Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren zur Einbringung der Löcher in die Abstandselemente auf dem Druckkörper zu optimieren, sodass eine Beschädigung der Platten zuverlässig vermieden wird, indem die Löcher der Außenhautplatten mit denen der Abstandselemente fluchten.
• Gelöst wird diese Aufgabe durch das Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
• Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Fertigung eines Unterseebootes. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
1. a) Bereitstellen eines Druckkörpers,
2. b) Anbringen von Abstandselementen auf dem Druckkörper,
3. c) Bereitstellen der Außenhautplatten,
4. d) Einbringung von Verbindungslöchern in die Außenhautplatten,
5. e) Anbringen eines Montagerahmens mit einem Erfassungs- und Bohrroboter,
6. f) Auflegen der Außenhautplatten benachbart zu dem Montagerahmen auf die Abstandselemente,
7. g) Erfassen der Position und der Richtung der Verbindungslöcher in den Außenhautplatten mittels des Erfassungs- und Bohrroboters,
8. h) Entfernen der Außenhautplatten,
9. i) Einbringen der Verbindungslöcher in die Abstandselemente entsprechend der in Schritt g) erfassten Position und Richtung mittels des Erfassungs- und Bohrroboters,
10. j) Erneutes Auflegen der Außenhautplatte auf die Abstandselemente,
11. k) Verbinden der Außenhautplatte mit Abstandselementen mittels in die Verbindungslöcher eingebrachter Verbindungselemente.
• Das Anbringen der Abstandselemente in Schritt b) erfolgt bevorzugt durch Schweißen. Hierbei können die Abstandselemente Punktfundamente sein, die nur jeweils an den vier Ecken der Außenhautplatten sind. Ebenso können die Abstandselemente streifenförmig ausgebildet sein. Wesentlich ist, dass durch die Abstandselemente die feste Verbindung zwischen Druckkörper und Außenhaut geschaffen wird und der Außenhaut damit deren äußere Form gegeben beziehungsweise stabilisiert wird.
• Hierbei muss der Schritt a) vor Schritt b) und Schritt c) vor Schritt d) erfolgen. Ebenso müssen die Schritte b) und d) vor Schritt e) erfolgen. Ansonsten kann die Reihenfolge der Schritte a), b), c) und d) auch verändert werden, so können die Außenhautplatten auch vor dem Druckkörper hergestellt und bereitgestellt werden und so weiter.
• Die Außenhautplatten werden heute oftmals aus glasfaser- oder kohlefaserverstärkten Kunststoffen hergestellt. Die Form ist an die heute oft gewünschte komplexe Außenhaut angepasst, wie diese beispielsweise aus der DE 10 2016 014 108 A1 bekannt sind. Die Außenhautplatten werden daher üblicherweise individuell gefertigt. Daher ist es auch vorteilhaft, zunächst in Schritt d) entsprechende Verbindungslöcher beispielsweise als Bohrungen einzubringen, da die Fertigung dort auf entsprechende Kunststoffe eingerichtet ist, während am eigentlichen Schiffsbau, also zum Beispiel am Druckkörper Verfahren zur Stahlbauweise üblich sind.
• Der Montagerahmen ermöglicht es, einen Erfassungs- und Bohrroboter in einfacher Weise an dem Unterseeboot anzuordnen. Bevorzugt weist der Montagerahmen die Größe einer oder mehrerer Außenhautplatten auf und kann somit selber in einfacher Weise an den Abstandselementen temporär fixiert werden. Montagerahmen und Erfassungs- und Bohrroboter können bevorzugt auch voneinander getrennt angeordnet werden, zunächst wird im diesen Fall der Montagerahmen montiert und erst danach der Erfassungs- und Bohrroboter auf den Montagerahmen gesetzt. Beispielsweise und bevorzugt ist der Montagerahmen waagerecht in Längsrichtung des Unterseebootes angeordnet. So kann der Erfassungs- und Bohrroboter nacheinander die nebeneinanderliegenden Platten reihenweise anfahren, wodurch die Rüstzeit verkürzt wird. Hierbei erfolgt das Anordnen im oberen Bereich bevorzugt tragend. Der Montagerahmen wird dabei derart den Abstandselementen temporär fixiert, sodass der Montagerahmen durch die Abstandselemente getragen wird. Im unteren Bereich erfolgt das Anordnen bevorzugt nur positionierend. Der Montagerahmen wird dabei derart den Abstandselementen temporär fixiert, sodass der Montagerahmen durch die Abstandselemente nur in Position gehalten wird, die tragende Funktion kann durch den Fußboden erfolgen.
• Von Schritt f) bis h) wird die Außenhautplatte vorzugsweise beispielsweise durch einen Sauggreifarm herangeführt und auch gehalten. Da zwischen der Außenhautplatte und dem Druckrumpf keine feste Verbindung besteht und ohne die erst zu erzeugenden Verbindungslöcher auch nicht hergestellt werden kann, muss die Außenhautplatte auf der geneigten Oberfläche aktiv gehalten werden, damit diese die Position hält. Dieses ist am einfachsten möglich, in dem ein Greifarm mit einer Saugvorrichtung die spätere äußere Oberfläche der Außenhautplatte gegriffen wird.
• Das Einbringen in Schritt i) kann beispielsweise mittels Bohren erfolgten, bevorzugt erfolgt dieses aber mittels Plasmaschneiden. Das Plasmaschneiden hat sich als besonders geeignet herausgestellt, um besonders präzise Verbindungslöcher mit geringem Rüst- und Materialaufwand zu erstellen. Zudem kann durch die automatisierte oder ferngesteuerte Betriebsweise eine hohe Plasmaenergie eingesetzt werden, deutlich höher als bei einer manuellen Arbeitsweise, was wiederum eine Verbesserung der Qualität der Verbindungslöcher bewirkt.
• Da eine große Anzahl an Außenhautplatten montiert werden muss und da das Verfahren auch nicht einfach für jede Platte einfach nur nacheinander durchgeführt werden kann, da dann für die Durchführung für die letzte Außenhautplatte kein Platz für das Anbringen des Montagerahmens bestünde, da alle Plätze schon von Außenhautplatten belegt wären, werden die Schritte für die einzelne Platte zwar in der Reihenfolge durchgeführt, für verschiedene Platten überscheiden sich die Schritte jedoch.
• In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Erfassungs- und Bohrroboter auf dem Montagerahmen verfahren. Zum einen kann der Erfassungs- und Bohrroboter verfahren werden, um beispielsweise die vier Ecken einer Außenhautplatte zu erreichen, da die Außenhautplatten üblicherweise recht groß sind und ein Verfahren einfacher ist, als ein ausreichend langer Mehrgelenksarm. Zum anderen kann, insbesondere wenn der Montagerahmen sich in Längsrichtung über die Länge mehrerer Außenhautplatten erstreckt, der Erfassungs- und Bohrroboter von einer Außenhautplatte zur nächsten verfahren werden. Hierdurch muss der Montagerahmen weniger häufig auf- und abgebaut werden.
• In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Schritte g) und i) optisch erfasst. Dieses dient dazu, die Genauigkeit zu erhöhen. Dazu werden die Bewegungen mit einer Kameras optisch erfasst. Damit kann ein Abgleich zwischen Soll und Ist erfolgen und somit der Erfassungs- und Bohrroboters gegebenenfalls nachkalibrieren werden.
• Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
• Fig. 1 erste Aufsicht
• Fig. 2 erster Querschnitt
• Fig. 3 zweite Aufsicht
• Fig. 4 zweiter Querschnitt
• Fig. 5 dritte Aufsicht
• Fig. 6 dritter Querschnitt
• Die Darstellungen sind stark vereinfach und schematisiert und nicht maßstabsgerecht und dienen nur der Veranschaulichung des Verfahrens. Jeweils zwei Figuren gehören zusammen und stellen eine Aufsicht und einen Querschnitt dar.
• In Fig. 1 und in Fig. 2 ist die Ausgangslage gezeigt. Auf einem Druckkörper 10 sind Abstandselemente 20 angeordnet. Auf die Abstandselemente 20 sollen Außenhautplatten 30 montiert werden, die daher hier noch gestrichelt angedeutet sind.
• In Fig. 3 und Fig. 4 ist dargestellt, wie der Montagerahmen 40 mit dem Erfassungs- und Bohrroboter 50 auf dem unteren Segment, auf dem später auch eine Außenhautplatte befestigt werden soll, angebracht ist.
• Wie in Fig. 5 und Fig. 6 dargestellt, wird nun auf das benachbarte obere Segment 30 eine Außenhautplatte 30 gelegt und der Erfassungs- und Bohrroboter 50 erfasst die nicht dargestellten Verbindungslöcher in der Außenhautplatte mit Lage und Winkel.
• Danach wird die Außenhautplatte 30 wieder entfernt, sodass sich wieder das in Fig. 3 und Fig. 4 gezeigte Bild ergibt und der Erfassungs- und Bohrroboter 50 kann in die Abstandshalter 20 bevorzugt mittels Plasmaschneiden die Verbindungslöcher in den exakt richtigen Positionen und Winkeln einbringen.
• Anschließend kann der Montagerahmen 40 beispielsweise auf das obere Segment gesetzt werden und das Verfahren für die untere Außenhautplatte 30 wiederholt werden. Anschließend kann der Montagerahmen 40 entfernt und beide Außenhautplatten 30 montiert werden.
Bezugszeichen

10

Druckkörper

20

Abstandselement

30

Außenhautplatte

40

Montagerahmen

50

Erfassungs- und Bohrroboter

Claims (4)

1. Verfahren zur Fertigung eines Unterseebootes, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

   a) Bereitstellen eines Druckkörpers (10),

   b) Anbringen von Abstandselementen (20) auf dem Druckkörper (10),

   c) Bereitstellen der Außenhautplatten (30),

   d) Einbringung von Verbindungslöchern in die Außenhautplatten (30),

   e) Anbringen eines Montagerahmens (40) mit einem Erfassungs- und Bohrroboter (50),

   f) Auflegen der Außenhautplatten (30) benachbart zu dem Montagerahmen (40) auf die Abstandselemente (20),

   g) Erfassen der Position und der Richtung der Verbindungslöcher in den Außenhautplatten (30) mittels des Erfassungs- und Bohrroboters (50),

   h) Entfernen der Außenhautplatten (30),

   i) Einbringen der Verbindungslöcher in die Abstandselemente (20) entsprechend der in Schritt g) erfassten Position und Richtung mittels des Erfassungs- und Bohrroboters (50),

   j) Erneutes Auflegen der Außenhautplatte (30) auf die Abstandselemente (20),

   k) Verbinden der Außenhautplatte (30) mit Abstandselementen (20) mittels in die Verbindungslöcher eingebrachter Verbindungselemente.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen in Schritt i) mittels Plasmaschneiden erfolgt.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Erfassungs- und Bohrroboter (50) auf dem Montagerahmen (40) verfahren wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte g) und i) optisch erfasst werden.