DE10115194B4

DE10115194B4 - Boje sowie Unterseeboot mit Handhabungseinrichtung

Info

Publication number: DE10115194B4
Application number: DE10115194A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. Dirks; Hans-Jürgen Dipl.-Ing. Voermann; Reiner Dipl.-Ing. Oldewurtel
Original assignee: Nordseewerke GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Marine Systems GmbH
Priority date: 2001-03-27
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2021-03-28
Also published as: DE10115194A1

Abstract

Boje, die mindestens einen Schwimmkörper sowie ein Kopplungselement zur Verbindung mit einem Basiselement aufweist, sowie bei der der Schwimmkörper mindestens eine Antenne sowie mindestens einen Sensor derart haltert, dass im Schwimmzustand die Antenne in einem in lotrechter Richtung oberen Bereich und das Kopplungselement in einem in lotrechter Richtung unteren Bereich des Schwimmkörpers angeordnet sind und bei der das Kopplungselement mindestens einen Übertragungskanal für Daten bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (9) in einem druckfesten Dom (8) des Schwimmkörpers (7) angeordnet ist, dass der Dom (8) aus einem Kunststoff ausgebildet ist, der für Hochfrequenzstrahlung durchlässig ist und dass an das Kopplungselement (10) ein seilartiges Verbindungselement (4) anschließbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Boje, die mindestens einen Schwimmkörper sowie ein Kopplungselement zur Verbindung mit einem Basiselement aufweist sowie bei der der Schwimmkörper mindestens eine Antenne sowie mindestens einen Sensor derart haltert, dass im Schwimmzustand die Antenne in einem in lotrechter Richtung oberen Bereich und das Kopplungselement in einem in lotrechter Richtung unteren Bereich des Schwimmkörpers angeordnet sind und bei der das Kopplungselement mindestens einen Übertragungskanal für Daten bereitstellt.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Unterseeboot mit Handhabungseinrichtung, das mindestens eine Schleuse zum Aussetzen und zum Aufnehmen von Schwimmkörpern aufweist und bei dem die Handhabungseinrichtung im Bereich der Schleuse angeordnet ist sowie bei dem die Handhabungseinrichtung als eine Winde ausgebildet ist, die eine Windentrommel zur Bevorratung eines seilartigen Verbindungselementes aufweist, das mindestens einen Datenübertragungskanal zu einer Boje bereitstellt.
Moderne und konventionell angetriebene Unterseeboote ermöglichen aufgrund von außenluftunabhängigen Antriebssystemen eine Tauchzeit von deutlich mehr als einer Woche. Ein aus diesen langen Tauchzeiten resultierendes Problem stellt die exakte navigatorische Positionsbestimmung dar. Weiterhin ist auf Grund physikalischer Gegebenheiten die Kommunikation nach außen z. B. für den Empfang und das Absetzen von taktischen Kommandos im getauchten Zustand stark eingeschränkt möglich.
Zur Unterstützung einer möglichst genauen Positionsbestimmung werden derzeit an Bord der Unterseeboote Inertialplattformen verwendet, die sich durch eine hochgenaue Arbeitsweise auszeichnen. Mit zunehmendem zeitlichen Abstand zum letzten Kalibrierungszeitpunkt nimmt jedoch die Genauigkeit der Positionsbestimmung ab und mehrere Tage nach dem letzten Auftauchen liegen bereits relativ hohe Unsicherheitsbereiche vor.
Eine bekannte Maßnahme zu Erhöhung der Genauigkeit der Positionsbestimmung besteht darin, dass das Unterseeboot in bestimmten zeitlichen Abständen seine vorgesehene Tauchtiefe verlässt und sich der Wasseroberfläche zumindest auf Seerohrtiefe nähert, um mit Hilfe eines Ausfahrmastes Positionsdaten zu empfangen und/oder taktische Kommandos und weitere Daten empfangen und senden zu können.
Durch die Positionierung des Ausfahrmastes oberhalb der Wasseroberfläche ist es dem Unterseeboot zwar möglich, satellitengestützte Positionsinformationen zu empfangen sowie Daten- oder Fernsprechverbindungen mit Landstationen, Kommunikationssatelliten oder Verbänden aufzunehmen, es besteht aber gleichzeitig ein erhöhtes Risiko einer Fremddetektion.

Aus der DE 44 40 150 A1 ist es bekannt, ein Unterseeboot mit einem fernlenkbaren Aufklärungsfahrzeug auszustatten, das über ein kabelartiges Kopplungselement während einer Erkundung mit dem Unterseeboot verbunden ist. Das Aufklärungsfahrzeug kann bojenartig teilweise aus dem Wasser auftauchen und mit Hilfe einer Antenne Erkundungen oberhalb der Wasseroberfläche durchführen. Erfaßte Daten können unmittelbar über das Kabel zum Unterseeboot übertragen werden.

In der DE 37 37 342 A1 wird ein Unterseeboot mit einem Geräteträger beschrieben, der über einen Schwenkarm oder einer Seilwindenvorrichtung aussetzbar ist. Zum Positionieren des Schwimmkörpers mindestens bereichsweise aus dem Wasser aufgetaucht muß das Unterseeboot selbst eine Schwimmpositionierung relativ dicht unterhalb der Wasseroberfläche einnehmen. Ein Aussetzen und Einholen des Schwimmkörpers in einem tiefen Tauchzustand ist nicht möglich.

Aus der DE 28 37 134 A1 ist ein weiterer Schwimmkörper bekannt, der bojenartig von einem Unterwasserfahrzeug ausgesetzt werden kann und der über ein Kabel mit dem Unterwasserfahrzeug in Verbindung steht. Auch bei dieser Vorrichtung wird die Boje vom Unterwasserfahrzeug in einem Schwimmzustand relativ dicht unterhalb der Wasseroberfläche ausgesetzt.

Die DE 312 211 beschreibt ein Unterseeboot, bei dem mit Hilfe einer Seilwinde eine Boje aus einem Transportschacht ausgesetzt und wieder in den Transportschacht eingeholt werden kann. Die Boje ist in einem oberen Bereich mit einem fotografischen Sensor versehen, um elektrisch eine Bildinformation zum getauchten Unterseeboot übertragen zu können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Boje der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, dass u. a. neben der Möglichkeit der externen Kommunikation eine Nutzung zur Positionsbestimmung für Unterseeboote ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Antenne in einem druckfesten Dom des Schwimmkörpers angeordnet ist, dass der Dom aus einem Kunststoff ausgebildet ist, der für Hochfrequenzstrahlung durchlässig ist und dass an das Kopplungselement ein seilartiges Verbindungselement anschließbar ist.

Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Unterseeboot der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, dass eine verbesserte Navigationsgenauigkeit und überhaupt externe Kommunikation auch auf größeren Tauchtiefen unterstützt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Boje im Bereich des Unterseebootes von einer Trichterwandung gehaltert ist.

Durch die Kombination des Unterseebootes mit einer aussetzbaren und einholbaren Boje, die mit entsprechenden Kommunikationseinrichtungen ausgestattet ist, wird eine Positionierung des Unterseebootes auf geringer Tauchtiefe vermieden. Die schwimmende Boje selbst verursacht nur ein relativ geringes Ortungsrisiko. Durch die Anordnung der Antenne in einem in lotrechter Richtung oberen Bereich und die Positionierung des Kopplungselementes in einem in lotrechter Richtung unteren Bereich wird eine automatische optimale Arbeitspositionierung der Boje erreicht, die eine Positionierung aller gegebenenfalls ortbaren Bauelemente relativ dicht oberhalb der Wasseroberfläche ermöglicht.

Zur Bereitstellung eines ausreichend großen Auftriebes für die Boje wird vorgeschlagen, dass der Schwimmkörper mindestens bereichsweise aus einem Schaumstoff ausgebildet ist.

Ein guter Kompromiss zwischen einer hohen Auftriebskraft und einer mechanischen Stabilität kann dadurch erreicht werden, dass der Schaumstoff als ein Glasfaser-Kunststoff-Schaum mit Halterungsausnehmungen für aufzunehmende Bauelemente ausgebildet ist.

Eine besonders kompakte, stabile und zur Aufnahme von Sensoren und Antennen geeignete Ausführungsform lässt sich dadurch erreichen, dass der Schwimmkörper eine kugelartige Gestaltung aufweist.

Für die Durchführung einer hochgenauen Positionsbestimmung erweist es sich als vorteilhaft, dass die Antenne zum Empfang von GPS-Signalen ausgebildet ist.

Zur Erfassung der jeweiligen Isttiefe der Boje wird vorgeschlagen, dass der Sensor als ein Drucksensor ausgebildet ist.

Zur Erfassung der jeweiligen tiefenabhängigen Schallgeschwindigkeit des Wassers wird vorgeschlagen, dass ein Sensor als Schallgeschwindigkeitsmesser ausgebildet ist.

Eine visuelle Erfassung eines Umgebungsbereiches der Boje wird dadurch ermöglicht, dass der Sensor als ein optischer Sensor ausgebildet ist.

Eine Kommunikation mit anderen Landstationen, Kommunikationssatelliten oder Verbänden wird durch einbringen von geeigneten Antennen realisiert.

Zur Realisierung der Datenübertragung über das Verbindungselement ist vorgesehen, dass im Bereich des Schwimmkörpers mindestens ein Sender angeordnet ist, der über das Verbindungselement mit einem Empfänger im Bereich des Basiselementes kommuniziert.

Eine besonders günstige Positionierung des Bojenschwerpunktes lässt sich dadurch erreichen, dass die Antenne in einem druckfesten Dom des Schwimmkörpers angeordnet ist.

Eine zweckmäßige Einkopplung der Antennen/Sensoren kann dadurch erfolgen, dass der Dom aus einem Kunststoff ausgebildet ist, der für Hochfrequenzenstrahlung durchlässig ist. Bei Verwendung eines optischen Sensors wird ein entsprechender optischer Weg berücksichtigt.

Ein vorteilhafter mechanischer Aufbau kann dadurch erreicht werden, dass an das Kopplungselement ein seilartiges Verbindungselement anschließbar ist.

Verbesserte Möglichkeiten zur Datenübertragung können dadurch bereitgestellt werden, dass das Verbindungselement mindestens zwei voneinander unabhängige Datenübertragungskanäle bereitstellt.

Ein vorteilhafter Installationsort für die Handhabungseinrichtung kann dadurch bereitgestellt werden, dass die Handhabungseinrichtung in einem hinteren Oberdeckbereich angeordnet ist.

Darüber hinaus ist auch daran gedacht, dass die Handhabungseinrichtung in einem vorderen Oberdeckbereich angeordnet ist.

Im Hinblick auf die gegebene Geometrie eines Unterseebootes erweist es sich als besonders vorteilhaft, dass die Handhabungseinrichtung im Bereich eines Turmes angeordnet ist.

Eine definierte Positionierung und Arretierung der Boje an Bord des Unterseebootes wird dadurch bereitgestellt, dass die Boje im Bereich des Unterseebootes von einer Trichterwandung gehaltert ist.

Eine vorteilhafte Bevorratung der Boje an Bord des Unterseebootes wird auch dadurch unterstützt dass ein Aufnahmebereich für die Boje von einem Deckel verschließbar ist.

Eine automatische Durchführung der erforderlichen Handhabungsvorgänge lässt sich dadurch unterstützen, dass im Bereich der Trichterwandung ein Endlagenschalter zur Positionsbestimmung der Boje angeordnet ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung eines Unterseebootes, das eine Boje im Bereich der Wasseroberfläche ausgesetzt hat,
2 eine vergrößerte Prinzipdarstellung einer Boje,
3 eine vergrößerte Darstellung mit schematischem Querschnitt der Boje gemäß 2
4 eine Prinzipdarstellung eines Unterseebootes zur Veranschaulichung möglicher Einbauorte der Handhabungseinrichtung für die Boje und
1 zeigt ein Unterseeboot (1) mit einem Turm (2) und einem Antrieb (3), das über ein seilartiges Verbindungselement (4) mit einer Boje (5) gekoppelt ist. Die Boje (5) schwimmt im Bereich einer Wasseroberfläche (6).
Das Verbindungselement (4) kann als ein zugfestes Kabel ausgebildet sein und stellt mindestens einen Übertragungsweg für Daten von der Boje (5) zum Unterseeboot (1) bereit. Ebenfalls ist daran gedacht, mehrere Datenübertragungswege zu realisieren und zusätzlich auch eine Datenübertragung vom Unterseeboot (1) zur Boje (5) zu ermöglichen.
2 zeigt eine Ausführungsform der Boje (5), bei der ein kugelartiger Schwimmkörper (7) mit einem druckfesten Dom (8) zur Aufnahme mindestens einer Antenne und eines Sensors (12) versehen ist. Über ein Kopplungselement (10) erfolgt ein Anschluss an das Verbindungselement (4) und mit Hilfe eines Ballastgewichtes (11) werden ein niedriger Schwerpunkt der Boje (5) sowie eine optimale Positionierung der Antenne und des Sensors (12) unterstützt.
3 zeigt eine schematische Seitenansicht der Boje (5) gemäß 2 zur Veranschaulichung in einer größeren Detailliertheit. Der Schwimmkörper (7) wird vorzugsweise aus einem Glasfaser-Kunststoff-Schaum mit druckfester Eigenschaft ausgebildet. Die Konstruktion kann derart erfolgen, dass zunächst zwei halbkugelartige Gebilde hergestellt werden, die mit geeigneten Ausnehmungen für die Aufnahme der einzusetzenden Antennen/Sensoren ausgestattet werden (12). Nach einer Montage der Bauelemente werden die beiden kugelartigen Teile im Bereich einander zugewandter Trennflächen (13) zusammenlaminiert.
Der Dom (8) wird aus einem Material realisiert, das durchlässig für Hochfrequenzstrahlung ist. Die Elektronikeinheit (15) zur Verarbeitung der Signale der Antennen/Sensoren (12) werden in einem Innenraum (16) der Boje positioniert. Die Bauelemente (15) sind über eine Anschlussleitung (17) mit dem Kopplungselement (10) verbunden, das als ein zugfester Stecker ausgebildet ist und einen mechanisch belastungsfähigen Anschluss an das Verbindungselement (4) bereitstellt.
Im Bereich des Schwimmkörpers (7) wird ein Drucksensor (18) positioniert, um eine jeweilige Tauchtiefe der Boje (5) detektieren zu können. Ebenfalls ist es möglich, im Bereich der Boje (5) Sensoren für weitere physikalische Messwerte sowie Antennen für zusätzliche Kommunikationswege zu installieren. Ebenfalls ist daran gedacht, im Bereich der Boje (5) optische Sensoren und/oder Bildaufnehmer zu installieren, um visuelle Informationen über die Umgebung der Boje (5) an das Unterseeboot (1) übertragen zu können.
4 zeigt das Unterseeboot (1) um verschiedene Einbaumöglichkeiten für eine Handhabungseinrichtung (19) zu veranschaulichen, die beim Einsetzen und Aussetzen der Boje (5) Verwendung findet. Die Handhabungseinrichtung (19) umfasst eine Winde (29) mit Windentrommel (21), auf der das aufgewickelte Verbindungselement (4) bevorratet wird. Die Winde (20) ist mit einem Windenantrieb (22) ausgestattet. Als mögliche Einbauorte kommen insbesondere der Turm (2), ein hinterer Oberdeckbereich (23) oder ein vorderer Oberdeckbereich (243) in Frage, wobei zusätzlich eine Umlenkrolle (27) zum Einsatz kommt.
Eine Trichterwandung (30) des Turmeinlasses bzw. Oberdeckeinlasses (28) ist in einem unteren Bereich mit einem Endlagenschalter (31) versehen, der ein Aufliegen der Boje (5) signalisiert und hierdurch einen Schließvorgang des Deckels (29) frei gibt. Das zugfeste Kabel (4) wird über einen Trichterhals mit Rohr zur Winde gebracht. Die Winde ist druckwasserdicht ausgeführt. Zur Übertragung von elektrischer Energie, von Steuersignalen, dem jeweiligen Zustand der Endlagenschalter sowie der Daten von und zur Boje (5) werden vorzugsweise Druckkörperdurchführungen eingesetzt, um eine Kopplung zum übrigen Bereich des Unterseebootes (1) zu realisieren.

Claims

Boje, die mindestens einen Schwimmkörper sowie ein Kopplungselement zur Verbindung mit einem Basiselement aufweist, sowie bei der der Schwimmkörper mindestens eine Antenne sowie mindestens einen Sensor derart haltert, dass im Schwimmzustand die Antenne in einem in lotrechter Richtung oberen Bereich und das Kopplungselement in einem in lotrechter Richtung unteren Bereich des Schwimmkörpers angeordnet sind und bei der das Kopplungselement mindestens einen Übertragungskanal für Daten bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (9) in einem druckfesten Dom (8) des Schwimmkörpers (7) angeordnet ist, dass der Dom (8) aus einem Kunststoff ausgebildet ist, der für Hochfrequenzstrahlung durchlässig ist und dass an das Kopplungselement (10) ein seilartiges Verbindungselement (4) anschließbar ist.
Boje nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmkörper (7) mindestens bereichsweise aus einem Schaumstoff ausgebildet ist.
Boje nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumstoff als ein Glasfaser-Kunststoff-Schaum mit Halterungsausnehmungen für aufzunehmende Bauelemente ausgebildet ist.
Boje nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmkörper (7) eine kugelartige Gestaltung aufweist.
Boje nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (12) zum Empfang von GPS-Signalen ausgebildet ist.
Boje nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (18) als ein Drucksensor ausgebildet ist.
Boje nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (18) als ein optischer Sensor ausgebildet ist.
Boje nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Schwimmkörpers (7) mindestens ein Sender angeordnet ist, der über das Verbindungselement (4) mit einem Empfänger im Bereich des Basiselementes kommuniziert.
Unterseeboot mit Handhabungseinrichtung, das mindestens eine Schleuse zum Aussetzen und zum Aufnehmen von Schwimmkörpern aufweist und bei dem die Handhabungseinrichtung im Bereich der Schleuse angeordnet ist, sowie bei dem die Handhabungseinrichtung als eine Winde ausgebildet ist, die eine Windentrommel zur Bevorratung eines seilartigen Verbindungselementes aufweist, das mindestens einen Datenübertragungskanal zu einer Boje bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Boje (5) im Bereich des Unterseebootes (1) von einer Trichterwandung (30) gehaltert ist.
Unterseeboot nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (4) mindestens zwei voneinander unabhängige Datenübertragungskanäle bereitstellt.
Unterseeboot nach Anspruch 9 oder 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Handhabungseinrichtung (19) in einem hinteren Oberdeckbereich (23) angeordnet ist.
Unterseeboot nach Anspruch 9 oder 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Handhabungseinrichtung (19) in einem vorderen Oberdeckbereich (24) angeordnet ist.
Unterseeboot nach Anspruch 9 oder 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Handhabungseinrichtung (19) im Bereich eines Turmes (2) angeordnet ist.
Unterseeboot nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aufnahmebereich für die Boje (5) von einem Deckel (29) verschließbar ist.
Unterseeboot nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Trichterwandung (30) ein Endlagenschalter (31) zur Positionsbestimmung der Boje (5) angeordnet ist.