WO2017063924A1 - Aktivierung eines wasserfahrzeugs - Google Patents

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Sven Schmetzke
Christian Laube
Robert Munde
Andreas HOLLNAGEL
André SCHRÖTER
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Thyssenkrupp Marine Systems Gmbh
Thyssenkrupp Ag
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    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
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    • H01M10/61—Types of temperature control
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to a method for activating a watercraft, in particular a submarine.
  • Activation of a craft, particularly a military craft, and more particularly, the activation of a submarine involves a large number of operations, often in complex dependence on one another. This is due, for example, to the fact that many systems require electrical power but at the same time also use compressed air or hydraulics to carry out operations. Therefore, many crews have developed very different procedures, which are very different. This creates the risk of incorrect operation. Furthermore, a temporally optimal sequence is not guaranteed.
  • the object of the invention is to provide a method which enables a safe and rapid activation of a watercraft while avoiding incorrect operation.
  • the inventive method for activating a vessel, in particular a military vessel, especially a submarine comprises the following method steps:
  • compressed air and electrical energy are provided.
  • the compressed air for example, from compressed air cylinders or a compressed air reservoir to be provided.
  • the provision by compression is preferably made only after activation of other systems.
  • the hydraulic system is activated. This is needed because in many subsequent steps components, such as flaps and valves, are moved hydraulically. It is therefore necessary to activate the hydraulic system before carrying out the subsequent steps.
  • the hydraulic system preferably has an electrically operated compressor.
  • method step c) at least a first cooling water inlet is opened.
  • Many systems generate heat that must be dissipated in a timely manner. For example, a battery releases heat during discharge. Therefore, in method step d), the at least one first energy storage device is cooled.
  • step e at least a first inverter is started up.
  • the provision of electrical energy takes place in at least one first energy storage device in the form of direct current.
  • many systems rely on alternating current.
  • different systems often require different voltages, so possibly different electrical systems with different voltages must be provided, but not all electrical systems must be immediately available.
  • the first voltage is 115V at 60Hz.
  • the energy storage device provides a DC voltage of 900V.
  • the navigation distribution system comprises at least one device for detecting the position, at least one device for detecting a change in position and at least one device for detecting the environment.
  • the device for detecting the position may be a GPS device, a depth measuring system or a compass.
  • the device for detecting a change in position may be a speed measuring system.
  • the device for detecting the environment may be a sonar, a radar or a navigation sonar.
  • the navigation distribution system has a system clock, particularly preferably a system clock with high accuracy.
  • the ship's control station is also activated.
  • This is another important integrated system aboard a watercraft and is necessary for the monitoring and control of the most important systems. Therefore, early activation of the ship's control console is advantageous.
  • the ship's control center controls and monitors in particular the drive, power generation and auxiliary systems.
  • the auxiliary systems include, for example, hydraulic system, compressed air system, air conditioning, fire alarm and possibly fire extinguishing systems.
  • a monitoring system and the ship reporting system are also activated.
  • the monitoring system serves to ensure the safety of the crew by recording the necessary parameters. In the event of danger, this danger is reported to the crew via the ship reporting system so that it can take countermeasures or, in extreme cases, evacuate the vessel.
  • the monitoring system preferably has a fire alarm system.
  • the activation of the navigation distribution system, the ship-technical control station, the monitoring system and the ship reporting system is preferably but not necessarily in this order.
  • the activation can also be simultaneous or overlapping.
  • At least one first ventilation system is activated.
  • the ventilation system is used to supply fresh air, both for the crew and possibly for the operation of a future to be taken into operation combustion engine. Due to the often completed construction of a watercraft, in particular a military vessel and especially an underwater boat active ventilation to maintain the necessary breathing conditions is required. Although the breathing air can also be done via an internal supply, which is available for example on a submarine for diving trips. However, this resource is preferably spared until it is needed during the dipping process.
  • At least one second inverter for supplying electrical energy in at least one second vehicle electrical system is additionally started up with a second voltage in method step b).
  • the first voltage is 115 V at 60 Hz, the second voltage 220 V DC.
  • at least one third inverter is additionally started up in step at step b) to provide electrical energy in at least one third electrical system with a third voltage.
  • the first voltage is 115 V at 60 Hz, the second voltage 220 V DC and the third voltage 115 V at 400 Hz.
  • the activation of at least one first air conditioning system also takes place in method step g).
  • the air conditioner is advantageous because it also comes due to the already mentioned construction otherwise there is a strong warming, which is unfavorable for the crew.
  • the thermal signature would become larger due to the increased temperature, which is absolutely to be avoided in military vessels.
  • electrical energy is provided via a shore connection in method step b) and the shore connection is disconnected after method step b).
  • the at least one first energy storage device can be charged via the shore connection.
  • the shore connection can also provide additional media, such as compressed air and / or fresh water.
  • activating a monitoring system includes activating a fire alarm system and a system for monitoring the on-board atmosphere.
  • the on-board atmosphere is extremely important for several reasons. On the one hand, consumption can lead to an oxygen deficiency. However, other gases are also important. For example, most watercraft have an internal combustion engine, so that combustion gases, in particular carbon monoxide and carbon dioxide, are also relevant. Furthermore, when lead-acid batteries are used, hydrogen can be produced as at least one first energy storage device. Likewise, a watercraft may include a hydrogen powered fuel cell for power generation. In these cases, the monitoring of hydrogen in the on-board atmosphere is necessary. As another parameter, the pressure can be monitored.
  • the fire alarm system can, for example Have smoke detectors, in particular optically operating smoke detectors. Additionally or alternatively, the fire alarm system may include thermocouples.
  • the monitoring system can also have a fire extinguishing system.
  • a compressor for generating compressed air is activated in method step i).
  • a battery is selected as the energy storage device.
  • a lead-acid battery lead-sulfuric acid
  • a lead-gel accumulator or a lithium-ion accumulator.
  • a lithium polymer accumulator is selected as a lithium-ion accumulator as an energy storage device.
  • the method steps c) to h) proceed fully automatically.
  • the precise selection of the sequence of process steps makes automation possible in the first place.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aktivierung eines Wasserfahrzeugs, insbesondere eines Unterseeboots.

Description

Aktivierung eines Wasserfahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aktivierung eines Wasserfahrzeugs, insbesondere eines Unterseeboots. Bei der Aktivierung eines Wasserfahrzeugs, insbesondere eines militärischen Wasserfahrzeugs und ganz besonders bei der Aktivierung eines Unterseeboots müssen eine große Anzahl an Operationen durchgeführt, welche oftmals in komplexer Abhängigkeit voneinander erfolgen. Dieses liegt beispielsweise daran, dass viele Systeme elektrische Energie benötigen aber gleichzeitig auch Druckluft oder Hydraulik verwenden, um Vorgänge auszuführen. Daher haben viele Besatzungen ganz verschiedene Prozeduren entwickelt, welche sehr verschieden laufen. Hierdurch besteht das Risiko einer Fehlbedienung. Weiter ist ein zeitlich optimaler Ablauf nicht gewährleistet.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, welches ein sicheres und zügiges Aktivieren eines Wasserfahrzeugs ermöglicht und gleichzeitig Fehlbedienungen vermeidet.
Gelöst wird diese Aufgabe durch das Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Aktivierung eines Wasserfahrzeugs, insbesondere eines militärischen Wasserfahrzeugs, ganz besonders eines Unterseeboots, weist die folgenden Verfahrensschritte auf:
a) Bereitstellung von Druckluft und Bereitstellen von elektrischer Energie in wenigstens einer ersten Energiespeichereinrichtung,
b) Aktivieren wenigstens einer Hydraulikanlage,
c) Öffnen wenigstens eines ersten Kühlwassereintritts,
d) Kühlen der wenigstens einen ersten Energiespeichereinrichtung,
e) Hochfahren wenigstens eines ersten Inverters zur Bereitstellung elektrischer Energie in wenigstens einem ersten Bordnetz mit einer ersten Spannung,
f) Aktivieren einer Navigationsverteilungsanlage, Hochfahren eines schiffstechnischen Leitstands sowie Aktivieren eines Überwachungssystems und Aktivieren einer Schiffsmeldeanlage, g) Aktivieren wenigstens einer ersten Lüftungsanlage.
Zunächst werden in Verfahrensschritt a) Druckluft und elektrische Energie bereitgestellt. Hierbei kann die Druckluft beispielsweise aus Druckluftflaschen oder einem Druckluftreservoir bereitgestellt werden. Die Bereitstellung mittels Kompression wird vorzugsweise erst nach Aktivierung weiterer Systeme vorgenommen.
In Verfahrensschritt b) wird die Hydraulikanlage aktiviert. Diese wird benötigt, da in vielen folgenden Schritten Bauteile, zum Beispiel Klappen und Ventile, hydraulisch bewegt werden. Es ist daher notwendig, die Hydraulikanlage zu aktivieren, bevor die nachfolgenden Schritte ausgeführt werden. Bevorzugt weist die Hydraulikanlage einen elektrisch betriebenen Kompressor auf.
In Verfahrensschritt c) wird wenigstens ein erster Kühlwassereintritt geöffnet. Viele Systeme erzeugen Wärme, die zeitnah abgeführt werden muss. Beispielsweise gibt eine Batterie beim Entladen Wärme ab. Daher wird in Verfahrensschritt d) die wenigstens eine erste Energiespeichereinrichtung gekühlt.
In Verfahrensschritt e) wird wenigstens ein erster Inverter hochgefahren. Üblicherweise erfolgt die Bereitstellung von elektrischer Energie in wenigstens einer ersten Energiespeichereinrichtung in Form von Gleichstrom. Viele Systeme sind jedoch auf Wechselstrom angewiesen. Außerdem benötigen verschiedene Systeme oftmals verschiedene Spannungen, sodass ggf. verschiedene Bordnetze mit verschiedenen Spannungen bereitgestellt werden müssen, wobei jedoch nicht alle Bordnetze sofort zur Verfügung stehen müssen.
Vorzugsweise beträgt die erste Spannung 115 V bei 60 Hz. Vorzugsweise stellt die Energiespeichervorrichtung eine Gleichspannung von 900 V zur Verfügung.
In Verfahrensschritt f) wird die Navigationsverteilungsanlage aktiviert. Diese stellt ein wichtiges integriertes System an Bord eines Wasserfahrzeugs dar und ist für die Überwachung und Regelung der wichtigsten Systeme notwendig. Daher ist eine frühe Aktivierung der Navigationsverteilungsanlage vorteilhaft. Die Navigationsverteilungsanlage umfasst wenigstens eine Vorrichtung zur Erfassung der Position, wenigstens eine Vorrichtung zur Erfassung einer Positionsänderung und wenigstens eine Vorrichtung zur Erfassung der Umgebung. Beispielhaft kann die Vorrichtung zur Erfassung der Position eine GPS-Vorrichtung, eine Tiefenmessanlage oder ein Kompass sein. Beispielsweise kann die Vorrichtung zur Erfassung einer Positionsänderung eine Geschwindigkeitsmessanlage sein. Beispielsweise kann die Vorrichtung zur Erfassung der Umgebung ein Echolot, ein Radar oder ein Navigationssonar sein. Vorzugsweise weist die Navigationsverteilungsanlage eine Systemuhr auf, besonders bevorzugt eine Systemuhr mit hoher Ganggenauigkeit.
In Verfahrensschritt f) wird ebenfalls der schiffstechnische Leitstand aktiviert. Dieser stellt ein weiteres wichtiges integriertes System an Bord eines Wasserfahrzeugs dar und ist für die Überwachung und Regelung der wichtigsten Systeme notwendig. Daher ist eine frühe Aktivierung des schiffstechnischen Leitstands vorteilhaft. Der schiffstechnische Leitstand steuert und überwacht insbesondere den Antrieb, die Stromerzeugung sowie die Hilfssysteme. Die Hilfssysteme umfassen beispielsweise Hydrauliksystem, Druckluftsystem, Klimaanlage, Feuermelde- und ggf. Feuerlöschanlagen.
In Verfahrensschritt f) wird ebenfalls ein Überwachungssystem und die Schiffsmeldeanlage aktiviert. Das Überwachungssystem dient der Sicherheit der Besatzung, indem die notwendigen Parameter erfasst werden. Im Gefahrenfall wird über die Schiffsmeldeanlage diese Gefahr an die Besatzung gemeldet, sodass diese Gegenmaßnahmen ergreifen oder im Extremfall das Wasserfahrzeug evakuieren kann. Das Überwachungssystem weist vorzugsweise eine Feuermeldeanlage auf.
Die Aktivierung der Navigationsverteilungsanlage, des schiffstechnischen Leitstands, des Überwachungssystems und der Schiffsmeldeanlage erfolgt vorzugsweise aber nicht zwingend in dieser Reihenfolge. Die Aktivierung kann auch gleichzeitig oder überlappend erfolgen.
In Verfahrensschritt g) werden wenigstens eine erste Lüftungsanlageaktiviert. Die Lüftungsanlage dient zur Versorgung mit Frischluft, sowohl für die Besatzung als auch ggf. für den Betrieb eines später in Betrieb zu nehmenden Verbrennungsmotors. Durch die oft abgeschlossene Bauweise eines Wasserfahrzeugs, insbesondere eines militärischen Wasserfahrzeugs und ganz besonders eines Unterwasserbootes ist eine aktive Belüftung zur Aufrechterhaltung der notwenigen Atembedingungen erforderlich. Zwar kann die Atemluft auch über eine interne Versorgung erfolgen, welche zum Beispiel auf einem Unterseeboot für Tauchfahrten vorhanden ist. Diese Ressource wird jedoch vorzugsweise geschont, bis diese beim Tauchvorgang benötigt wird.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird in Verfahrensschritt b) zusätzlich wenigstens ein zweiter Inverter zur Bereitstellung elektrischer Energie in wenigstens einem zweiten Bordnetz mit einer zweiten Spannung hochgefahren. Vorzugsweise beträgt die erste Spannung 115 V bei 60 Hz, die zweite Spannung 220 V Gleichstrom. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird in Verfahrensschritt b) zusätzlich wenigstens ein dritter Inverter zur Bereitstellung elektrischer Energie in wenigstens einem dritten Bordnetz mit einer dritten Spannung hochgefahren. Vorzugsweise beträgt die erste Spannung 115 V bei 60 Hz, die zweite Spannung 220 V Gleichstrom und die dritte Spannung 115 V bei 400 Hz.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt in Verfahrensschritt g) ebenfalls das Aktivieren wenigstens einer ersten Klimaanlage. Die Klimaanlage ist vorteilhaft, da ebenfalls aufgrund der bereits angesprochenen Bauweise es sonst zu einer starken Erwärmung kommt, welche für die Besatzung ungünstig ist. Darüber hinaus würde durch die erhöhte Temperatur die thermische Signatur größer werden, was bei militärischen Schiffen unbedingt zu vermeiden ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird in Verfahrensschritt b) elektrische Energie über einen Landanschluss bereitgestellt und nach Verfahrensschritt b) der Landanschluss getrennt. Über den Landanschluss kann beispielsweise die wenigstens eine erste Energiespeichereinrichtung aufgeladen werden. Über den Landanschluss können auch weitere Medien, beispielsweise Druckluft und/oder Frischwasser bereitgestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das Aktivieren eines Überwachungssystems das Aktivieren eines Feuermeldesystems und eines Systems zur Überwachung der Bordatmosphäre. Die Bordatmosphäre ist aus mehreren Gründen extrem wichtig. Zum einen kann es durch Verbrauch zu einem Sauerstoffmangel kommen. Wichtig sind jedoch auch andere Gase. Beispielsweise verfügen die meisten Wasserfahrzeuge über einen Verbrennungsmotor, sodass auch Verbrennungsgase, insbesondere Kohlenmonoxid und Kohlendioxid, relevant sind. Des Weiteren kann bei der Verwendung von Bleiakkumulatoren als wenigstens eine erste Energiespeichereinrichtung Wasserstoff entstehen. Ebenso kann ein Wasserfahrzeug eine mit Wasserstoff betriebene Brennstoffzelle zur Energieerzeugung aufweisen. In diesen Fällen ist auch die Überwachung von Wasserstoff in der Bordatmosphäre notwendig. Als weiterer Parameter kann der Druck überwacht werden. Beispielsweise beim Betrieb eines Verbrennungsmotors an Bord des Wasserfahrzeugs kann es zu einer Absenkung des Gesamtdrucks kommen, welcher regelmäßig auf dem Ausschleusen der entstehenden Verbrennungsgase sowie dem Sauerstoffverbrauch beruht. Fällt der Druck unter 80 kPa, so besteht ebenfalls Gefahr für die Besatzung. Das Feuermeldesystem kann beispielsweise Rauchmelder, insbesondere optisch arbeitende Rauchmelder aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann das Feuermeldesystem Thermoelemente aufweisen.
Besonders bevorzugt kann das Überwachungssystem auch eine Feuerlöschanlage aufweisen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird in Verfahrensschritt i) ein Kompressor zur Erzeugung von Druckluft aktiviert.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung eine Batterie als Energiespeichereinrichtung ausgewählt wird. Besonders bevorzugt wird ein Bleiakkumulator (Blei-Schwefelsäure), Blei-Gel- Akkumulator oder ein Lithium-Ionen-Akkumulator ausgewählt. Ganz besonders bevorzugt wird ein Lithium-Polymer-Akkumulator als Lithium-Ionen-Akkumulator als Energiespeichereinrichtung ausgewählt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung laufen die Verfahrensschritte c) bis h) vollautomatisch ab. Durch die präzise Auswahl der Reihenfolge der Verfahrensschritte ist eine Automatisierung überhaupt erst möglich.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird vor der Ausführung eines Verfahrensschrittes geprüft, ob der vorhergehende Verfahrensschritt vollständig abgeschlossen worden ist. Hierdurch wird die größtmögliche Sicherheit erreicht.

Claims

1 Patentansprüche
1. Verfahren zur Aktivierung eines Wasserfahrzeugs, insbesondere eines Unterseeboots, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist:
a) Bereitstellung von Druckluft und Bereitstellen von elektrischer Energie in wenigstens einer ersten Energiespeichereinrichtung,
b) Aktivieren wenigstens einer Hydraulikanlage,
c) Öffnen wenigstens eines ersten Kühlwassereintritts,
d) Kühlen der wenigstens einen ersten Energiespeichereinrichtung,
e) Hochfahren wenigstens eines ersten Inverters zur Bereitstellung elektrischer Energie in wenigstens einem ersten Bordnetz mit einer ersten Spannung,
f) Aktivieren einer Navigationsverteilungsanlage, Hochfahren eines schiffstechnischen Leitstands sowie Aktivieren eines Überwachungssystems und Aktivieren einer
Schiffsmeldeanlage,
g) Aktivieren wenigstens einer ersten Lüftungsanlage.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt b) zusätzlich wenigstens ein zweiter Inverter zur Bereitstellung elektrischer Energie in wenigstens einem zweiten Bordnetz mit einer zweiten Spannung hochgefahren wird.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in
Verfahrensschritt g) ebenfalls das Aktivieren wenigstens einer ersten Klimaanlage erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in
Verfahrensschritt b) elektrische Energie über einen Landanschluss bereitgestellt wird und nach Verfahrensschritt b) der Landanschluss getrennt wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktivieren eines Überwachungssystems das Aktivieren eines Feuermeldesystems und eines Systems zur Überwachung der Bordatmosphäre umfasst.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in
Verfahrensschritt i) ein Kompressor zur Erzeugung von Druckluft aktiviert wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Batterie als Energiespeichereinrichtung ausgewählt wird. 2
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Verfahrensschritte b) bis g) vollautomatisch ablaufen.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Ausführung eines Verfahrensschrittes geprüft wird, ob der vorhergehende
Verfahrensschritt vollständig abgeschlossen worden ist.
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