EP4713251A1

EP4713251A1 - Schnittstelle für ein unbemanntes unterwasserfahrzeug

Info

Publication number: EP4713251A1
Application number: EP24725104.4A
Authority: EP
Inventors: Martin RADZIWILL; Andreas Bremer
Original assignee: Tkms Atlas Elektronik GmbH; ThyssenKrupp AG
Current assignee: Tkms Atlas Elektronik GmbH; ThyssenKrupp AG
Priority date: 2023-05-16
Filing date: 2024-05-06
Publication date: 2026-03-25
Also published as: WO2024235722A1; DE102023112937A1

Abstract

Es ist eine Schnittstelle (20) zur elektrischen Verbindung eines unbemannten Unterwasserfahrzeuges (12), insbesondere eines Unterwasserlaufkörpers, mit einer Plattform (14) zum Aussetzen des unbemannten Unterwasserfahrzeuges, während sich das unbemannte Unterwasserfahrzeug (12) an Bord der Plattform (14) befindet, offenbart. Die Schnittstelle weist eine Mehrzahl von Federkontakten (22) auf, die ausgebildet sind, korrespondierende Gegenstücke (24) zu kontaktieren, um die elektrische Verbindung herzustellen, wobei die elektrische Verbindung ausgebildet ist, eine elektrische Datenverbindung und/oder eine elektrische Spannungsversorgung für das unbemannte Unterwasserfahrzeug (12) bereitzustellen.

Description

Schnittstelle für ein unbemanntes Unterwasserfahrzeug

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schnittstelle zur Verbindung eines unbemannten Unterwasserfahrzeuges mit einer Plattform zum Aussetzen des unbemannten Wasserfahrzeuges. Die Schnittstelle kann eine Datenverbindung und/oder eine Spannungsversorgung mit der Plattform herstellen, während sich das unbemannte Unterwasserfahrzeug an Bord der Plattform befindet.

Unbemannte Unterwasserfahrzeuge werden beispielsweise mittels eines Kabels mit der aussetzenden Plattform verbunden. Nach dem Start kann das Kabel durch ein entsprechendes Messer abgeschnitten werden, so dass die Verbindung unmittelbar nach dem Start des unbemannten Unterwasserfahrzeuges unterbrochen wird. Alternativ kann auch ein Stecker aus dem Unterwasserfahrzeug gezogen werden, wenn das Kabel mittels eines Steckers mit dem unbemannten Unterwasserfahrzeug verbunden ist. Nachteilig hieran ist jedoch, dass sich das lose Kabel beispielsweise in Propellern, Rudern o.ä. verfangen kann und so zu Beschädigungen des unbemannten Unterwasserfahrzeuges führen kann. Ferner besteht keine oder nur eine eingeschränkte Wiederverwendbarkeit des Kabels und es wird entsprechender Bauraum zur Führung des Kabels benötigt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein verbessertes Konzept für die elektrische Kontaktierung von unbemannten Unterwasserfahrzeugen zu schaffen.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind der Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.

Ausführungsbeispiele zeigen eine Schnittstelle zur elektrischen Verbindung eines unbemannten Unterwasserfahrzeuges, insbesondere eines Unterwasserlaufkörpers, mit einer Plattform zum Aussetzen des unbemannten Unterwasserfahrzeuges. Es ist denkbar, die Schnittstelle beispielsweise in einem autonomen unbemannten Unterwasserfahrzeug (AUV), einem ferngesteuerten Unterwasserfahrzeug (ROV), einem Torpedo oder einem Torpedoabfanglaufkörper (auch als Anti-Torpedo Torpedo bezeichnet) zu verwenden. Als Plattform eignen sich beispielsweise Unterwasserfahrzeuge wie U-Boote, Überfasserfahrzeuge wie Schiffe oder ortsfeste Plattformen wie Hafenbefestigungsanlagen, Offshorewindräder, Bohrplattformen oder andere Schwimmkörper (z.B. Pontons). Die Schnittstelle kann die elektrische Verbindung zwischen Plattform und unbemanntem Unterwasserfahrzeug ermöglichen, während sich das unbemannte Unterwasserfahrzeug an Bord der Plattform befindet. Mittels der Schnittstelle kann eine Spannungsversorgung des unbemannten Unterwasserfahrzeuges erfolgen, während sich dieses an Bord der Plattform befindet. Ergänzend oder alternativ ist es möglich, eine Datenverbindung mittels der Schnittstelle herzustellen. Beispielsweise kann der Unterwasserlaufkörper so sein Startkommando und/oder Missionsdaten sowie Softwareupdates erhalten.

Unter der Spannungsversorgung wird die, insbesondere kontinuierliche, Versorgung des unbemannten Unterwasserfahrzeugs mit Energie verstanden, so dass interne Elektronik zumindest im Leerlauf aber auch wenn nötig unter Volllast betrieben werden kann, ohne eine interne Spannungsversorgung, d.h. Energieversorgung, des unbemannten Unterwasserfahrzeugs zu verwenden. Mittels der Spannungsversorgung ist z.B. sichergestellt, dass das unbemannte Unterwasserfahrzeug das Startkommando, die Missionsdaten oder Softwareupdates mittels einer elektrischen Datenverbindung empfangen kann, ohne die eigene, interne Spannungsversorgung zu verwenden. Somit wird die begrenzte Energie, die dem Unterwasserfahrzeug zur Verfügung steht, nicht bereits vor Start der Mission weiter reduziert.

Die Schnittstelle umfasst eine Mehrzahl von Federkontakten. Diese sind ausgebildet, korrespondierende Gegenstücke, beispielsweise eine Platine mit entsprechenden Kontaktflächen oder elektrisch kontaktierte, elektrisch leitfähige Kontaktplatten, zu kontaktieren, um die elektrische Verbindung herzustellen. D.h. die Federkontakte oder die Gegenstücke können elektrisch mit der Plattform verbunden sein. Die jeweils andere Komponente der Schnittstelle, d.h. die Gegenstücke oder die Federkontakte, können den Kontakt des unbemannten Unterwasserfahrzeuges bilden. Optional können die Gegenstücke Teil der Schnittstelle sein. Die Federkontakte können sich im Rahmen ihres Federhubs bewegen, sind aber darüber hinaus ortsfest an dem Unterwasserfahrzeug bzw. dem Behälter angeordnet. Die Gegenstücke sind bevorzugt ortsfest an dem Unterwasserfahrzeug bzw. dem Behälter angeordnet.

Idee ist es, mittels der Federkontakte eine zuverlässige, wiederverwendbare und robuste Schnittstelle zu einem unbemannten Unterwasserfahrzeug bereitzustellen. Wird das unbemannte Unterwasserfahrzeug gestartet, fährt dieses unter den Gegenstücken bzw. den Federkontakten hinweg und ein neues, unbemanntes Unterwasserfahrzeug kann in die Ausbringvorrichtung eingesetzt werden und mittels der Schnittstelle den Kontakt zu der Plattform herstellen.

In Ausführungsbeispielen umfassen die Federkontakte eine Öffnung zum Eindringen eines Fluides, insbesondere einer elektrisch nichtleitenden Flüssigkeit, hinter den Federkontakten, so dass die Federkontakte in Wasser vorderseitig und rückseitig den gleichen, insbesondere hydrostatischen, Fluiddruck aufweisen. Die Öffnung kann beispielsweise ein Spalt zwischen Federkontakt und Führung des Federkontaktes sein. Ergänzend oder alternativ ist es ebenfalls möglich, eine separate Bohrung in einem Gehäuse der Federkontakte, d.h. in der Schnittstelle, vorzusehen, durch die das Fluid zu der Rückseite der Federkontakte vordringen kann. Die Öffnung ist vorteilhaft, insbesondere in Kombination mit einer Flüssigkeit als Fluid, um die Schnittstelle bzw. die Federkontakte druckresistent zu gestalten. Andernfalls ist es möglich, insbesondere bei einem Unterwasserfahrzeug als Plattform und einem Druck weitergebenden Verschluss (z.B. Membran) an der Austrittsöffnung des Behälters, dass die Federkontakte hochgedrückt werden und den Kontakt zu ihrem Gegenstück verlieren oder dass die Schnittstelle durch den großen Wasserdruck in großen Tauchtiefen anderweitig beschädigt wird.

Ferner ist eine Vorrichtung zum Aussetzen des unbemannten Unterwasserfahrzeuges von der Plattform offenbart. Die Vorrichtung umfasst einen Behälter zur Aufnahme des unbemannten Unterwasserfahrzeuges sowie die vorbeschriebene Schnittstelle zur elektrischen Kontaktierung des unbemannten Unterwasserfahrzeuges. Der Behälter kann auch als Kanister bezeichnet werden. Der Behälter kann sich beispielsweise dazu eignen, in ein Torpedorohr, z.B. eines Unterwasserfahrzeuges wie einem bemannten U-Boot oder einer Überwasserplattform wie einem Schiff, einer Bohrinsel oder einer Hafenbefestigungsanlage, eingeschoben zu werden, so dass das unbemannte Unterwasserfahrzeug aus dem vorhandenen Torpedorohr ausgebracht werden kann. Es ist ebenso möglich, dass der Behälter das unbemannte Unterwasserfahrzeug unabhängig von einem Torpedorohr, beispielsweise von Deck eines Schiffes oder allgemein außerhalb des Druckkörpers des Unterwasserfahrzeuges, in das umgebende Wasser ausbringen kann. Für die Verwendung außerhalb des Torpedorohrs können optional eine Mehrzahl von Behältern in einem Container, beispielsweise einem Standard Seecontainer, zusammengefasst werden.

Wie bereits eingangs beschrieben, kann der Behälter die Mehrzahl von Federkontakten aufweisen, wobei die Federkontakte der Mehrzahl von Federkontakten elektrisch mit der Plattform verbunden sind. Ergänzend oder alternativ kann die Vorrichtung auch das unbemannte Unterwasserfahrzeug umfassen. Das unbemannte Unterwasserfahrzeug kann dann die Mehrzahl von Federkontakten aufweisen, wobei der Behälter die zu den Federkontakten korrespondierenden Gegenstücke aufweist, wobei die Gegenstücke elektrisch mit der Plattform verbunden sind.

Bevorzugt weist das unbemannte Unterwasserfahrzeug in Hauptfahrtrichtung hinter den Gegenstücken bzw. hinter den Federkontakten maximal einen Durchmesser auf, der dem Durchmesser an der Position der Gegenstücke bzw. Federkontakte entspricht. Vorteilhafterweise sind die Gegenstücke oder die Federkontakte zwischen einem Bug und einer Antriebseinheit, beispielsweise den Propellern oder einem Auslass für ein Fluid eines Antriebs, der auf dem Prinzip der Rückstoßkraft (z.B. ein Raketenantrieb oder ein Wasserstrahlantrieb) beruht. Durch die Verwendung der beschriebenen Schnittstelle mit den Federkontakten ist es möglich, den Abstand zwischen unbemanntem Unterwasserfahrzeug und Behälterwand sehr gering auszuführen. Zumindest jedoch ist der Abstand zwischen Federkontakten und korrespondierenden Gegenstücken auf den geringen maximalen Hub der Federkontakte begrenzt. Alternativ müssten die Federkontakte die Konturänderung durch den Federweg ausgleichen können. D.h., es besteht eine Toleranz des Durchmessers, der dem Federhub entspricht. Verbreitert sich das unbemannte Unterwasserfahrzeug hinter der Schnittstelle um mehr als die Toleranz, so besteht die Gefahr, dass zumindest die Schnittstelle beim Herausfahren des unbemannten Unterwasserfahrzeuges aus dem Behälter beschädigt wird. Insbesondere kann das unbemannte Unterwasserfahrzeug optional auch nicht mehr in den Behälter passen.

In Ausführungsbeispielen ist der Behälter elektrisch leitfähig, d.h. besteht überwiegend aus elektrisch leitfähigen Materialien. Somit wird eine Abschirmung des unbemannten Unterwasserfahrzeuges erreicht. Die Abschirmung kann einen Schutz vor elektromagnetischen Manipulationen des Unterwasserfahrzeuges bieten. Ferner kann der Behälter so das Abstrahlen von Informationen, beispielsweise von Daten, die über die Schnittstelle übermittelt werden, verhindern.

In weiteren Ausführungsbeispielen ist der Behälter mit einem elektrisch nichtleitenden Fluid gefüllt. Dies ist vorteilhaft, um einen Kurzschluss zwischen den Federkontakten zu verhindern. Über Wasser kann es sich bei dem Fluid z.B. um ein Inertgas oder elektrisch gering leitfähige Gase bzw. Gasgemische handeln. Unter Wasser wird bevorzugt eine, im Wesentlichen inkompressible, nichtleitende Flüssigkeit bevorzugt. Als Flüssigkeit kann z.B. destilliertes Wasser oder ein Öl verwendet werden. Ein vollständig mit der Flüssigkeit befüllter Behälter hält auch großen Tauchtiefen stand. Bevorzugt ist der Behälter jedoch derart, d.h. so weit, mit dem Fluid, bevorzugt der Flüssigkeit, gefüllt, dass die Federkontakte von dem Fluid umschlossen sind.

Um kleine Druckänderungen ausgleichen zu können und das Ausfahren des unbemannten Unterwasserfahrzeuges zu ermöglichen, kann der Behälter, insbesondere eine Öffnung des Behälters zum Austritt des unbemannten Unterwasserfahrzeuges aus dem Behälter in das Wasser, mittels einer Membran wasserdicht verschlossen sein. Bei Verwendung der Membran ist das Befüllen des Behälters mit einer Flüssigkeit von Vorteil.

Analog ist ein Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung mit dem mit der Membran verschlossenen Behälter offenbart, wobei die elektrische Verbindung elektrisch getrennt wird, bevor die Membran zerstört wird. Somit wird sichergestellt, dass kein leitendes Fluid zu einem Kurzschluss der Federkontakte führen kann.

Vorteilhafterweise wird die elektrische Verbindung durch den Vortrieb des gestarteten Unterwasserfahrzeugs getrennt. D.h., das Unterwasserfahrzeug fährt los und die Federkontakte weisen gegenüber den Gegenstücken die gleiche Relativgeschwindigkeit wie das Unterwasserfahrzeug zu dem Behälter auf. Nachdem das Unterwasserfahrzeug den Behälter verlassen hat, weist der Federkontakt seine maximale Entspannung auf, ist also maximal ausgefahren. Einzig wenn die Federkontakte an dem Unterwasserfahrzeug angeordnet sind, kann der Wasserdruck der Federkraft der Federkontakte entgegenstehen, so dass die Federkontakte nicht maximal ausgefahren sind.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegende Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 : eine schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung umfasst einen Behälter und ein unbemanntes Unterwasserfahrzeug mit einer Schnittstelle zur elektrischen Kontaktierung des Unterwasserfahrzeuges, wobei Fig. 1a das unbemannte Unterwasserfahrzeug innerhalb des Behälters zeigt und Fig. 1 b das unbemannte Unterwasserfahrzeug während der Ausfahrt aus dem Behälter offenbart.

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 Schnittdarstellung einer Vorrichtung 10 zum Aussetzen eines unbemannten Unterwasserfahrzeuges 12 von einer Plattform 14. Die Vorrichtung umfasst einen Behälter 16 und einer Schnittstelle 20 zur elektrischen Kontaktierung des unbemannten Unterwasserfahrzeuges 12. Fig. 1a und Fig. 1 b unterscheiden sich darin, dass das unbemannte Unterwasserfahrzeug in Fig. 1a vollständig in dem Behälter ist und in Fig. 1b gerade gestartet ist und den Behälter gerade verlässt.

Die Schnittstelle 20 weist eine Mehrzahl von Federkontakten 22 auf, wobei in der Schnittdarstellung vier Federkontakte sichtbar sind. Die Federkontakte 22 kontaktieren elektrische Gegenstücke 24. Typischerweise existiert pro Federkontakt 22 ein korrespondierendes Gegenstück 24. Bewegungspfeil 26 zeigt die Bewegungsrichtung der Federkontakte 22. Es sei angemerkt, dass die Schnittstelle 22 beispielsweise in eine Wand des Behälters integriert oder flach auf der Wand aufliegen kann. Somit kann der Abstand zwischen unbemanntem Unterwasserfahrzeug 12 und der Behälterwand auf einen Abstand verringert werden, der in der Größenordnung des Federweges der Federkontakte 22 liegt.

Unter wasser kann das unbemannte Unterwasserfahrzeug 12, wenn der Behälter 16 mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, diesen mit seinem eigenen Antrieb verlassen.

Alternativ kann die Austrittsöffnung des Behälters, hier beispielhaft durch eine Membran 28 verschlossen, geöffnet werden, so dass der Behälter mit Meerwasser geflutet wird. Vorteilhafterweise wird die Schnittstelle 20 vor der Öffnung der Austrittsöffnung, sei es durch das Unterwasserfahrzeug oder manuell, spannungsfrei geschaltet. Somit wird ein Kurzschluss zwischen den Federkontakten 22 durch das elektrisch leitfähige Salzwasser vermieden. Über Wasser kann das unbemannte Unterwasserfahrzeug z.B. durch eine Neigung des Behälters aus diesem herausrutschen oder durch ein Ausstoßsystem herausbefördert werden.

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:

10 Vorrichtung

12 unbemanntes Unterwasserfahrzeug 14 Plattform

16 Behälter

20 Schnittstelle

22 Federkontakte

24 Gegenstück 26 Bewegungspfeil

28 Membran

Claims

Patentansprüche

1 . Schnittstelle (20) zur elektrischen Verbindung eines unbemannten Unterwasserfahrzeuges (12), insbesondere eines Unterwasserlaufkörpers, mit einer Plattform (14) zum Aussetzen des unbemannten Unterwasserfahrzeuges, während sich das unbemannte Unterwasserfahrzeug (12) an Bord der Plattform (14) befindet, mit folgenden Merkmalen:

- einer Mehrzahl von Federkontakten (22), die ausgebildet sind, korrespondierende Gegenstücke (24) zu kontaktieren, um die elektrische Verbindung herzustellen, wobei die elektrische Verbindung ausgebildet ist, eine elektrische Datenverbindung und/oder eine elektrische Spannungsversorgung für das unbemannte Unterwasserfahrzeug (12) bereitzustellen.

2. Schnittstelle (20) gemäß Anspruch 1 , umfassend eine Öffnung zum Eindringen eines Fluids, insbesondere einer elektrisch nichtleitenden Flüssigkeit, hinter die Federkontakte, so dass die Federkontakte (22) in dem Fluid vorderseitig und rückseitig den gleichen Fluiddruck aufweisen.

3. Schnittstelle (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche umfassend die korrespondierenden Gegenstücke (24).

4. Vorrichtung (10) zum Aussetzen eines unbemannten Unterwasserfahrzeuges von einer Plattform (14) mit folgenden Merkmalen:

- einem Behälter (16) zur Aufnahme des unbemannten Unterwasserfahrzeuges;

- der Schnittstelle (20) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2 zur elektrischen Kontaktierung des unbemannten Unterwasserfahrzeuges, wobei a) der Behälter (16) die Mehrzahl von Federkontakten (22) aufweist, wobei die Federkontakte (22) der Mehrzahl von Federkontakten elektrisch mit der Plattform (14) verbunden sind; oder b) die Vorrichtung (10) das unbemannte Unterwasserfahrzeug (12) umfasst, wobei das unbemannte Unterwasserfahrzeug (12) die Mehrzahl von Federkontakten aufweist, wobei der Behälter (16) die zu den Federkontakten korrespondierenden Gegenstücke (24) aufweist, wobei die Gegenstücke (24) elektrisch mit der Plattform (14) verbunden sind.

5. Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 4, wobei der Behälter (16) mit einem elektrisch nichtleitenden Fluid, insbesondere einer elektrisch nichtleitenden Flüssigkeit, gefüllt ist.

6. Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 5, wobei der Behälter derart mit dem Fluid gefüllt ist, dass die Federkontakte von dem Fluid umschlossen sind.

7. Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei eine Öffnung des Behälters zum Austritt des unbemannten Unterwasserfahrzeuges aus dem Behälter (16) in das Wasser mittels einer Membran (28) wasserdicht verschlossen ist.

8. Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 7,

- wobei der Behälter (16) für die Verwendung unter Wasser, insbesondere in einem Torpedorohr, ausgelegt ist;

- wobei das nichtleitende Fluid eine Flüssigkeit umfasst.

9. Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei das unbemannte Unterwasserfahrzeug (12) in Hauptfahrtrichtung hinter den Gegenstücken (24) maximal einen Durchmesser aufweist, der dem Durchmesser der Position der Federkontakte (24) zuzüglich einer Toleranz entspricht oder wobei das unbemannte Unterwasserfahrzeug (12) in Hauptfahrtrichtung hinter den Federkontakten maximal einen Durchmesser aufweist, der dem Durchmesser an der Position der Gegenstücke (24) zuzüglich einer Toleranz entspricht, wobei die Toleranz der Höhe des Federhubs entspricht.

10. Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei der Behälter (16) elektrisch leitfähig ist.

11 . Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei die elektrische Verbindung getrennt wird, bevor die Membran (28) zerstört wird.

12. Verfahren gemäß Anspruch 11 , wobei die elektrische Verbindung durch den Vortrieb des gestarteten Unterwasserfahrzeugs getrennt wird.