KR101954488B1

KR101954488B1 - 잠수함

Info

Publication number: KR101954488B1
Application number: KR1020157015683A
Authority: KR
Inventors: 크리스티안 브루인
Original assignee: 티센크루프 마린 시스템즈 게엠베하
Priority date: 2012-11-15
Filing date: 2013-11-11
Publication date: 2019-03-05
Also published as: KR20150085021A; AU2013346967A1; AU2013346967B2; DE102012220918B3; EP2920063A1; TR201816337T4; ES2688524T3; WO2014076025A1; EP2920063B1

Abstract

잠수함은 내압선각, 상기 내압선각의 외측에 위치되는 러더 및 상기 내압선각에 배열되는 전기 서보 모터(2)를 포함하며, 상기 서보 모터는 상기 러더에 운동-결합된다. 보조 구동부(34)가 상기 서보 모터(2)에 제공된다.

Description

잠수함{SUBMARINE}

본 발명은, 청구항 1의 전제부에 표현된 특징들을 갖는 잠수함에 관한 것이다.

지금까지는, 잠수함에는 유압식 러더 엔진(hydraulic rudder engines)이 구비되어 있었다. 이들 러더 엔진은 잠수함의 중심에 배열된 유압장치에 의해 유압유를 공급받는다. 안전상의 이유로, 유압장치는 일반적으로 다중 가외성(multiple redundancy)을 가지고 설계된다. 그렇지만, 유압장치의 손상으로 러더 엔진에 유압유를 공급하는 것이 막히게 되면, 공기 작동식 유압 펌프가 부가로 일반적으로 이용될 수 있으며, 그것에 의해 러더 엔진에 유압유가 공급되는 것이 보장된다. 이 공기 작동식 유압 펌프가 손상될지라도, 필요한 유압유가 여전히 핸드 펌프들에 의해 러더 엔진에 공급될 수 있다.

유압식 러더 엔진에 대한 대안은 DE 10 2010 015 665 A1으로부터 공지된 종류의 전기 서보 모터를 갖는 러더 엔진이다. 이 서보 모터의 경우에, 서보 모터의 러더는 스핀들 구동부에 운동-결합되며(motion-coupled), 여기서 선형 운동이 가능한 스핀들 구동부의 부품은 스핀들 및 스핀들 너트 중 어느 하나일 수 있으며 러더의 관절식 링크부(articulated linkage)를 거쳐서 작용한다. 그러나, 서보 모터가 손상되면 그 후에는 러더의 작동이 더 이상 불가능하기 때문에 문제들이 일어난다.

본 발명의 근본적인 목적은, 이러한 배경 상황을 고려하여, 잠수함을 개량하는 데에 있으며, 상기 잠수함의 러더 장치(들)에는, 서보 모터가 손상되더라도 상기 러더(들)이 작동될 수 있도록, 전기 서보 모터가 구비된다.

이 목적은 청구항 1에 표현된 특징들을 갖는 잠수함에 의해 달성된다. 이 잠수함의 유리한 개량들은 종속항들, 하기의 설명 및 도면으로부터 분명해질 것이다. 여기서, 종속항들에 표현된 특징들은 각각 청구항 1에서 청구된 것과 같이 본 발명에 따라, 그것 자체로 또는 대안적으로 서로의 적절한 결합에 의해 해결책을 구축할 수 있다.

통상적으로, 본 발명에 따른 잠수함은 내압선각(pressure hull) 및 적어도하나의 러더 장치를 가지며, 이 러더 장치는 내압선각의 외측에 배열되며 수직 러더 또는 수평 러더일 수 있는 적어도 하나의 러더 및 이 러더에 운동-결합된 구동부를 포함한다. 이 구동부는 전기 서보 모터이고, 바람직하게는 동기식-토크 모터이며, 이 모터의 로터는 회전운동이 가능한 스핀들 구동부의 부품에 연결된다. 바람직하게는 스핀들인 선형 운동이 가능한 스핀들 구동부의 부품은 내압선각 관통부(leadthrough)를 통해 내압선각의 외측으로 이동되며, 스핀들 구동부의 상기 부품은 관절식 링크부에 의해 공지된 방식으로 러더의 러더 스톡(rudder stock)에 운동-결합된다.

서보 모터에 결함이 있을 때 또는 서보 모터로의 동력공급이 끊어졌을 때도 러더를 작동시키기 위해서, 서보 모터에 보조 구동부가 제공된다. 보조 구동부에 의해 제공된 토크가 전동부(transmission)를 거쳐 서보 모터의 로터에 직접적으로 또는 간접적으로 전달될 수 있도록 보조 구동부가 서보 모터에 배열되며, 따라서 러더가 보조 구동부에 의해 조절된다. 유리한 옵션으로서, 보조 구동부는 서보 모터의 일체부분이며, 그래서 서보 모터 및 보조 구동부는 공통유닛을 형성한다. 이에 대한 대안으로서, 보조 구동부는 서보 모터로부터 분리된 조립체일 수 있으며, 필요할 때만, 즉 서보 모터가 파괴되었을 때만 서보 모터에 결합되며, 여기서 후자의 경우에는 서보 모터는 이 목적에 적절한 결합장치를 갖는다.

원칙적으로, 목적에 적합한 어떠한 구동부도 보조 구동부로서 사용될 수 있다. 그래서, 예를 들면, 전기식 또는 유압식 작동 모터는 보조 구동부로서 로터에 연결되거나 또는 연결될 수 있다. 또한, 상기 로터에 연결된 핸드 휠 형태의 수동 구동부 또는 크랭크도 보조 구동부로서 가능하다. 그러나, 압축공기 모터가 바람직하게는 보조 구동부로서 제공된다. 적절한 가능성으로서, 이것은 잠수함들에 통상 존재하는 압축공기 장치에 연결된다. 압축공기 모터의 비교적 높은 동작속도들을 낮추기 위하여 압축공기 모터의 출력에 유성 전동부(planetary transmission)가 연결되는 것이 유리하다. 유성 전동부가 출력에 연결된 이러한 압축공기 모터는 소형 유닛으로서 상업적으로 이용될 수 있다.

보조 구동부와 서보 모터의 로터 사이의 연결 부가 로터의 구동단으로부터멀리 떨어진(remote from) 로터의 단부에 제공되는 것이 유용하다. 여기서, 로터의 구동단은 스핀들이 로터에 연결되는 로터의 단부를 의미하는 것으로 여겨져야 한다. 따라서, 바람직하게는 보조 구동부는 스핀들 구동부로부터 멀리 떨어진 로터의 단부에 연결되며, 상기 단부는 서보 모터의 스테이터로부터 적절하게 돌출된다.

보조 구동부는 바람직하게는 서보 모터의 로터에 직접 연결되지 않거나 또는 직접 연결될 수 없다. 대신에, 유리하게는 전동부가 보조 구동부를 서보 모터의 로터에 연결하도록 제공된다. 한 예로서, 전동부는 보조 구동부의 속력을 하부 로터 속력로 변환하고 동시에 로터에 작용하는 토크를 증가시키는 감소기어일 수 있다.

원리상으로, 목적에 적절한 어떠한 전동부들도 보조 구동부로부터 로터로토크를 전달하는데 사용될 수 있다. 그러나, 바람직하게는 전동부는 기어 기구(gear mechanism)이다. 이것은 바람직하게는 스퍼 기어 기구(spur gear mechanism)로 설계되며, 그 결과 보조 구동부의 구동 샤프트가 서보 모터의 로터에 평행하게 배열된다.

특히 보조 구동부가 서보 모터의 일체부분인 실시예의 경우에는, 서보 모터는 편의상 보조 구동부에 연결된 전동부 입력 트레인(transmission input train)과 로터에 연결된 전동부 출력 트레인 사이에 배열되는 해제식 클러치(releasable clutch)를 가진다. 유리하게는, 이 클러치는 보조 구동부와 서보 모터의 로터 사이의 연결을 해제하고 서보 모터가 파손된 경우에만 보조 구동부를 서보 모터의 로터에 연결할 목적으로 제공된다.

본 실시예의 유리한 개량에 있어서, 위에 플랜지가 형성된 슬리브, 즉 슬리브의 전체 둘레에 걸쳐서 연장되는 반경방향으로 돌출한 칼러를 갖는 슬리브가 공동 회전(conjoint rotation)을 위해 로터에 연결된다. 기어 링이 플랜지의 평탄면에서 슬리브에 포지티브하게(positively) 연결될 수 있다. 이 경우에는, 바람직하게는 외부 기어날(external teeth)을 구비한 기어 링이 기어링의 면들 중 하나를 이용하여 플랜지의 평탄면에 놓여지게 되며, 여기서 기어 링 및 플랜지의 평탄면에 있는 포지티브 맞물림 요소들(positive engagement elements)에 의해 기어링와 플랜지 사이의 포지티브 연결이 이루어진다. 기어 링은 기어 기구의 일부이며 기어 기구에 의해 보조 구동부는 서보 모터의 로터에 연결될 수 있거나 또는 연결된다. 여기서, 기어 링 및 슬리브 형태의 플랜지는 해제식 클러치를 형성하며, 이 해제식 클러치에서 기어 링은 보조 구동부와 로터 사이의 연결을 분리하기 위하여 슬리브상에 형성된 플랜지로부터 멀어지게 이동된다. 반대로, 보조 구동부를 서보 모터의 로터에 연결하기 위해서는 기어 링과 연장부 사이의 포지티브 연결을 형성하기 위해 슬리브의 플랜지는 기어 링과 접촉하게 된다.

기어 링과 플랜지 사이의 포지티브 연결을 형성하기 위하여, 유리하게는 플랜지와 기어 링은 클로 클러치(claw clutch)를 형성한다. 따라서, 면(face) 및/또는 평탄면에서 돌출한 클로들(claws)가 기어 링 및/또는 플랜지에 제공되며, 상기 클로들은 기어 링 및 플랜지의 각자의 다른 부분에 있는 리세스들에 맞물리거나 거기에 형성된 돌출부의 뒤에서 포지티브하게 맞물린다. 그렇게 형성된 클로 클러치에 의해, 토크들이 보조 구동부로부터 슬리브로, 그리고 그 결과 서보 모터의 로터로 아주 효율적인 방식으로 전달될 수 있다.

동일하게 우수한 토크 전달이 세레이션(serrations)에 의해서도 가능하게 된다. 그래서, 클로 클러치를 형성하는 대신에, 플랜지와 기어 링은 또한 각각 유리하게는 평탄면에 세레이션을 갖는다. 전술한 이유에 의해, 각각의 세레이션들이 기어 링와 플랜지의 면들에 형성되며, 여기서 상기 두 세트의 세레이션은 기어 링과 플랜지의 포지티브 연결을 위해 서로 맞물리게 된다.

바람직하게는, 서보 모터가 통상적으로 동작할 때는 보조 구동부가 서보 모터의 로터에 연결되지 않도록 제공되어, 기어 링이 플랜지로부터 분리되며, 그 결과로 기어 링과 플랜지 사이에 어떠한 포지티브 맞물림도 없다. 이러한 목적을 위하여, 서보 모터는 바람직하게는 스프링 요소를 가지며 이 스프링 요소는 그것이 슬리브와 기어 링 사이의 포지티브 연결을 분리하도록 예하중 상태(preloaded manner)로 배열된다.

본 발명은 도면에 보여진 예시적 실시예를 통해 보다 상세하게 설명된다.
도 1은 보조 구동부가 배열된, 잠수함의 러더 장치의 서보 모터를 보여주는 개략적으로 단순화한 측면도이다.
도 2는 도 1의 절단선 Ⅱ-Ⅱ에 따른 단면도이다.
도 3은 도 1의 부분 Ⅲ의 상세 확대도이다.

도 1에 보여진 전기 서보 모터 (2)는 잠수함의 러더 장치의 일부이며, 이 러더 장치에 의해 잠수함의 내압선각(pressure hull)의 외측에 배열된 러더가 놓여진다. 러더는 잠수함의 수직 러더 또는 수평 러더 일 수 있다. 전체 러더 장치 중에서, 전기 서보 모터만이 보여진다.

서보 모터(2)의 모터 하우징은 중공의 원통형 본체(4)를 가진다. 서보 모터(2)의 스테이터(6) 및 중공 로터(8)는 서보 모터(2)의 본체(4)내에 배열되며, 상기 서보 모터는 동기식-토크 모터이다. 플랜지 부(10)는 도 1의 좌측에서 본체(4)와 접합되어 있다. 서보 모터(2)는 플랜지 부(10)의 플랜지(12)에 의해서 잠수함의 내압선각 관통부(pressure hull leadthrough)에 내압 유지되게(pressure tightly) 고정된다.

유성 롤러 스핀들 구동부의 스핀들 너트(14)는, 서보 모터(2)의 로터(8)에 견고하게 연결되어 있고, 본체(4)의 반대측을 향하는(facing away from) 플랜지(12) 측면에서 플랜지 부(10)으로부터 그리고 모터 하우징으로부터 돌출된다. 유성 롤러 스핀들 구동부의 유성 롤러 스핀들(16)이 스핀들 너트(14)를 통해 서보 모터(2)의 내부로 들어가며 상기 스핀들 너트는, 로터(8)가 회전될 때 서보 모터(2)의 로터(8)의 회전운동을 수행한다. 서보 모터(2)의 외측에 놓여있는 유성 롤러 스핀들(16)의 부품은 내압선각 관통부를 통해 잠수함의 내압선각의 외측으로 전달되고 거기서 관절식 링크부에 연결되며, 상기 관절식 링크부는 다시 러더 장치에 의해 위치될 러더에 운동-결합된다.

도 3에 예시된 바와 같이, 유성 롤러 스핀들 구동부로부터 멀리 떨어진 로터(8)의 단부가 스테이터(6)로부터 돌출된다. 슬리브(18)는 로터(8)의 이 단부에 장착되며 공동 회전(conjoint rotation)을 위해 로터(8)에 연결된다. 그러므로, 로터(8)이 회전할 때, 슬리브(18)는 로터(8)과 함께 회전한다. 스테이터(6)를 향하는 슬리브의 단부에서, 슬리브(18)는 플랜지(20)를 갖는다. 플랜지(20)는 환상 칼러이며, 이 환상 칼러는 슬리브(18)의 외주면으로부터 반경방향으로 외측으로 연장된다. 6개의 홀(22)이 플랜지(20)의 둘레에 균일하게 분포되어 있다. 이들 홀(22)은 나사들을 수용하도록 제공되며(미도시), 이 나사들에 의해 기어 링(24)이 플랜지(20)에 고정된다.

기어 링을 슬리브(18)의 플랜지(20)에 고정하기 위하여, 기어 링(24)은 유성 롤러 스핀들 구동부의 반대측을 향하는 면에 리세스(26)를 갖는다. 리세스(26)의 절단면은 플랜지(20)의 바깥 형상에 대응한다. 스테이터(6)의 반대측을 향하는 플랜지(20)의 평탄면이 기어 링(24)의 표면과 동일한 평면에 있도록(flushed) 리세스(26)의 깊이가 정해진다. 플랜지(20)에 형성된 홀들(22)의 위치와 대응되도록, 기어 링(24)이 플랜지(20)에 나사 결합될 수 있게 6개의 홀(28)이 또한 기어 링(24)에 형성되어 있다.

기어 링(24)는 그의 외주에, 기어 휠(30)과 맞물리게 되는 기어날들(teeth)이 제공된다. 기어 휠(30)은 키이-슬롯 연결 부(key-slot connection)에 의해 보조 구동부(34)의 구동 샤프트(32)에 연결된다. 보조 구동부(34)는 출력에 연결되는 유성 전동부를 갖는 압축 공기 모터이다.

보조 구동부(34)는 서보 모터(2)의 일체부분이 아니고 서보 모터(2)가 파손되었을 때만 기어 휠(30)에 결합된다. 이 경우에, 구동 샤프트(32)와 인접하는 보조 구동부(34)의 하우징(36)의 일부분이 연결 부(40)에 형성된 개구(aperture)(38)를 뚫고 파고들며, 상기 연결 부는 유성 롤러 스핀들 구동부로부터 멀리 떨어진 서보 모터(2)의 모터 하우징의 상기 단부에 있는 기어 휠(30)의 외측에 축 방향으로 배열된다. 보조 구동부(34)는 연결 부(40)에 고정된다.

도면에 보여진 실시예의 대안으로서, 기어 링(24)은 로터(8)에 고정된 슬리브(18)의 플랜지(20)에 나사 결합에 의해 견고하게 연결되어 있지 않다. 대신에, 플랜지(20)와 기어 링(24)는 기어 링(24)에 형성된 리세스(26)의 접촉 부위(42)에서 해제식 클러치를 형성한다. 이 목적으로, 리세스(26)의 바닥표면에 그리고 상기 바닥표면과 접촉을 이루는 플랜지(20)의 부위에 클로 클러치 또는 세레이션들을 형성하기 위한 클로 날(claw toothing)이 형성될 수 있다. 이 경우에는, 보조 구동부가 서보 모터(2)의 일체부품일 수 있으며, 즉, 서보 모터(2)의 통상 동작 시에, 기어 링(24)과 슬리브(18)의 플랜지 또는 로터(8) 사이에 어떠한 포지티브 연결이 없을지라도, 보조 구동부는 연결 부(40)에 영구적으로 고정될 수 있다. 이 목적으로, 슬리브(18)을 반경방향으로 둘러싸는 덮개 하우징 (46)과 기어 링(24) 사이에서 예하중 상태로(in a preloaded manner) 지지되며 또한 기어 링(24)을 플랜지(20)으로부터 멀어지게 밀어내는 스프링 요소(도시되지 아니함)는 기어 링(24)와 플랜지(20) 사이에 어떠한 포지티브 연결도 없도록 보장하면서, 공간(44)에 배열되며 여기서 상기 공간은 플랜지(20)의 측면 및 유성 롤러 스핀들 구동부의 반대측을 향하는 기어 링(24)의 측면에 형성되고 덮개 하우징(46)에 의해서 외측에서 경계가 정해진다. 서보 모터(2)가 파손되면, 압축공기가, 기어 휠(30) 측에 그리고 유성 롤러 스핀들 구동부와 대면하는 기어 링(24) 측에 형성된 자유 공간(48)으로 보조 구동부(34)의 압축공기 모터에 의해 전달되고 따라서 기어 링(24)은 플랜지(20)의 방향으로 공간(44)에 배열된 스프링 요소의 스프링력과 반대로 밀리게 되고, 여기에서 기어 링(24)는 플랜지(20)에 포지티브하게 연결된다. 그 결과로 이후에 보조 구동부(34)가 서보 모터(2)의 로터(8)에 운동 결합하게 된다.

2: 서보 모터
4: 본체
6: 스테이터
8: 로터
10: 플랜지 부
12: 플랜지
14: 스핀들 너트
16: 유성 롤러 스핀들
18: 슬리브
20: 플랜지
22: 홀
24: 기어 링
26: 리세스
28: 홀
30: 기어 휠
32: 구동 샤프트
34: 보조 구동부
36: 하우징
38: 개구
40: 연결 부
42: 접촉 부위
44: 공간
46: 덮개 하우징
48: 공간

Claims

내압선각을 가지고, 상기 내압선각의 외측에 위치되는 적어도 하나의 러더를 가지며, 상기 내압선각에 배열되고 상기 러더에 운동-결합된 전기 서보 모터(2)를 가지는 잠수함에 있어서, 보조 구동부(34)가 상기 서보 모터(2)에 제공되고,
상기 보조 구동부(34)를 상기 서보 모터(2)의 로터(8)에 연결하기 위하여 전동부가 제공되며,
상기 서보 모터(2)는 상기 보조 구동부(34)에 연결된 전동부 구동 트레인과 상기 로터(8)에 연결된 전동부 구동 트레인 사이에 배열된 해제식 클러치를 갖는 것을 특징으로 하는 잠수함.
제1항에 있어서,
상기 보조 구동부(34)와 상기 서보 모터(2)의 로터(8) 사이의 연결부가 상기 로터(8)의 구동단으로부터 멀리 떨어진 상기 로터(8)의 단부에 제공되는 것을 특징으로 하는 잠수함.
삭제
제1항에 있어서,
상기 전동부는 기어 기구인 것을 특징으로 하는 잠수함.
제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보조 구동부(34)는 상기 서보 모터(2)의 일체부품인 것을 특징으로 하는 잠수함.
삭제
제1항에 있어서,
상기 보조 구동부(34)는 압축 공기 모터를 갖는 것을 특징으로 하는 잠수함.
제7항에 있어서,
플랜지(20)를 갖는 슬리브(18)가 공동 회전을 위해 상기 로터(8)에 연결되
며, 기어 링(24)이 상기 플랜지(20)의 평탄면에서 상기 슬리브(18)에 클러치 작용에 의해 포지티브하게 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 잠수함.
제8항에 있어서,
상기 플랜지(20)와 상기 기어 링(24)은 클로 클러치를 형성하는 것을 특징으로 하는 잠수함.
제8항에 있어서,
상기 플랜지(20)과 상기 기어 링(24) 각각은 평탄면에 세레이션을 갖는 것을 특징으로 하는 잠수함.
제10항에 있어서,
상기 서보 모터(2)는 스프링 요소를 가지며, 상기 스프링 요소는 상기 슬리브(18)와 상기 기어 링(24) 사이의 포지티브 연결을 분리하도록 예하중 상태로 배열되는 것을 특징으로 하는 잠수함.