DE102010054754B4

DE102010054754B4 - Marineschiff mit Anordnungen zur zentralen Erfassung von Beschussschäden

Info

Publication number: DE102010054754B4
Application number: DE102010054754.9A
Authority: DE
Inventors: Wolfram Determann; Martin Hoppe
Original assignee: ThyssenKrupp Marine Systems GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Marine Systems GmbH
Priority date: 2010-12-13
Filing date: 2010-12-13
Publication date: 2017-10-12
Anticipated expiration: 2030-12-14
Also published as: DE102010054754A1

Abstract

Marineschiff mit Anordnungen zur zentralen Erfassung von Beschussschäden an einer Außenhaut (2) als Beplankung von Rumpf und/oder Aufbauten sowie freien Außendecks, wobei an der Innenseite der Außenhaut (2) einzelne zerstörbare Sensormatten (1) fest mit der Außenhaut (2) verbunden sind und die Sensormatten (1) jeweils durch mindestens zwei durch eine isolierende Lage (8) voneinander getrennte Lagen (5, 6) aus elektrisch leitendem Material gebildet sind und eine zusätzliche Isolierung (7, 9) in ihren Außenbereichen aufweisen, wobei jede Sensormatte (1) ein Sensorelement (10) mit einer Spannungsversorgung für die elektrisch leitenden Lagen (5, 6), einen Kurzschlussdetektor sowie eine Verbindung zu einer Datenverarbeitungseinheit (12) mit einer Adressierung aufweist, wobei durch die Adressierung ein Signal einer Zentraleinheit (14) zuführbar ist, wobei jede Sensormatte (1) mit ihren isolierten Lagen (5, 6) aus elektrisch leitendem Material, den isolierenden Lagen (7, 8, 9) mit einem Glasfaser-/Epoxidaufbau sowie dem Sensorelement (10) und einer Anschlussverbindung eine verklebte und/oder vergossene abgeschlossene Einheit bildet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Marineschiff mit Anordnungen zur zentralen Erfassung von Beschussschäden an einer Außenhaut als Beplankung von Rumpf und/oder Aufbauten sowie freien Außendecks durch Außeneinwirkungen.
Beschussschäden stellen bei Marineschiffen eine erhebliche Bedrohung dar. Die bekannten Systeme überwachen und detektieren nur die sekundären Schäden an Betriebssystemen, wie Wassereinbruch, elektrische Ausfälle, Feuer, Rauch, Temperatur und Druckverluste. Schäden an der Beplankung werden dagegen manuell durch Inspektionen der Besatzungsmitglieder vorgenommen, die eine Lokalisierung und Bewertung vornehmen. Schäden oberhalb der Wasseroberfläche können unentdeckt bleiben. Ferner besteht bei dieser Handhabung die Schwierigkeit, Treffer mit Geschossen kleiner Kaliber bei asymmetrischen Bedrohungen im Hafen oder auf See zu erfassen.
Die Druckschrift WO 2006/132 703 A2 offenbart ein Marineschiff mit einer geerdeten Sensoreinrichtung zur Erfassung eines Treffers. Die Sensoreinrichtung weist eine bestromte Gitterstruktur auf, die von einer Vielzahl sich kreuzender elektrischer Leitungen gebildet wird. Bei einer aus einem Treffer resultierenden Beschädigung der Gitterstruktur kann ein Spannungssprung gemessen werden. Anhand der Gitterstruktur lassen sich Zeile und Spalte des Treffers angeben.
Aus der Druckschrift DE 2337248 A1 ist eine Zielscheibe bekannt, die mehrere miteinander verklebte Schichten umfasst, von denen zwei Metallfolien, zwischen denen eine Kernschicht angeordnet ist, einen Plattenkondensator bilden. Bei einem Treffer werden die Metallfolien durch ein Geschoss elektrisch leitend miteinander verbunden. Hierdurch entsteht ein Kurzschluss, der gemessen werden kann.
Die Druckschrift US 2005/0 145 159 A1 betrifft ein Marineschiff in Faserverbundbauweise.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, auf einfache Weise eine sofortige Lokalisierung eines Schadensortes sowie seine Ausdehnung durch Geschosse oder Explosionen zentral zu erhalten, um zeitnahe Gegenmaßnahmen einzuleiten und dabei auch multiple Treffer zur schnellen Schadensbewertung zu erfassen.
Die Aufgabe wird durch ein Marineschiff mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.
Insbesondere sind dabei an der Innenseite der Außenhaut, wie in freien Feldern von Spanten und Stringern, einzelne zerstörbare Sensormatten fest mit der Außenhaut verbunden. Die Sensormatten sind durch mindestens zwei durch eine isolierende Lage voneinander getrennte Lagen aus elektrisch leitendem Material gebildet und weisen eine zusätzliche Isolierung in ihren Außenbereichen auf, wobei jede Sensormatte ein Sensorelement mit einer Spannungsversorgung für die elektrisch leitenden Lagen, einen Kurzschlussdetektor sowie eine Verbindung zu einer Datenverarbeitungseinheit mit einer Adressierung aufweist, wobei durch die Adressierung ein Signal einer Zentraleinheit zuführbar ist.
Mit ihren isolierten Lagen aus elektrisch leitendem Material, den isolierenden Lagen mit einem Glasfaser-/Epoxidaufbau sowie dem Sensorelement und einer Anschlussverbindung bildet jede Sensormatte eine verklebte und/oder vergossene abgeschlossene Einheit.
Hierdurch wird durch Geschosse oder Explosionen ein Kurzschluss der getrennten leitenden Lagen durch aktive Zerstörung der Außenhaut erzeugt. Die feste elektronische Adressierung jeder Sensormatte erlaubt mit Hilfe eines Netzwerkes und entsprechender Software die genaue Lokalisierung und Ausdehnung eines Schadens in Echtzeit.
Zur ortsfesten Anordnung ist vorgesehen, dass die Sensormatte über eine Klebeverbindung mit der Außenhaut verbunden ist.
Ferner ist vorgesehen, dass die Sensormatte Aussparungen für einen Durchtritt von Isoliernadeln zur Aufnahme einer Schiffsisolierung aufweisen.
Eine günstige Ausbildung besteht darin, dass die Sensormatten eine Gesamtstärke von weniger als 5 Millimetern aufweisen.
Um eine funktionsfähige, relativ dünne, anpassungsfähige Anordnung zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass die einzelnen Schichten der Sensormatte durch Folien gebildet sind.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 eine Teilansicht auf eine Innenseite einer Außenhaut mit einzelnen Sensormatten zwischen Spanten und Stringern,
2 eine perspektivische Darstellung des prinzipiellen Ausbaus einer Sensormatte und
3 eine prinzipielle Schaltungsanordnung mit einer elektronischen Verbindung zu einer Zentrale.
Bei der dargestellten Ausführung sind einzelne Sensormatten 1 an der Innenseite einer Außenhaut 2 als Beplankung in entsprechenden Feldern aus Spanten 3 und Stringern 4 fest mit der Außenhaut 2 verbunden.
Jede aufgebrachte Sensormatte 1 wird durch elektrisch leitende Lagen 5, 6, als positive Lage 5 und negative Lage 6 gebildet und durch isolierende Lagen 7, 8, 9 getrennt und abgedeckt.
Zusätzlich ist jede Sensormatte 1 mit einem Sensorelement 10 versehen, über das eine Spannungsversorgung der leitenden Lagen 5, 6 sowie einer galvanischen Trennung erfolgt und eine Detektorschaltung mit einer Adressierung und einer Verbindung zu einem Netzwerk beinhaltet.
Für die leitenden Lagen 5, 6 ist vorgesehen, ein Material zu verwenden, wie
Aluminium Gaze,
Niro Gaze,
Aluminiumfolie,
Kohlefaserleinwand/körper,
Kupfer
Während für die isolierenden Lagen 7, 8, 9 ein Glasfaser-/Epoxidaufbau bevorzugt wird und folgende Materialien verwendet werden, wie
Polyethylen,
EPDM,
Neopren^®,
NBR,
Glasfaserleinwand/körper,
Aramidfaserleinwand/körper,
Mylar^® Folie
Die Verbindung der Lagen 5 bis 9 erfolgt bevorzugt mit Epoxidharzen im Vakuumverfahren, um eine optimale mechanische Verbindung und Belastbarkeit des fertigen Bauteils bei minimiertem Gewicht zu erzielen. Alternativ ist ebenfalls eine durch Vulkanisation/Klebung verbundene Konstruktion denkbar.
Die Verbindung der Sensormatte 1 mit der Außenhaut 2 erfolgt nach der kompletten Konservierung der Metallstrukturen, bevorzugt mit einem Polyurehtan-Kleber auf ganzer Fläche, bevor mit Isolierarbeiten begonnen wird.
Zusätzlich besitzen die Sensormatten 1 durchgehende Aussparungen 16 für einen Durchtritt von Isoliernadeln zur Aufnahme einer Schiffsisolierung.
Das Sensorelement 10 ist an eine lokale Datenverarbeitungseinheit 12 angeschlossen. Die Datenübermittlung an eine Zentraleinheit 14 erfolgt über eine redundante Anbindung der Datenverarbeitungseinheiten 12 an ein Netzwerk 13. In der Zentraleinheit 14 erfolgt die Auswertung der Schadensereignisse, die Lokalisierung der Sensorelemente 10 und Sensormatten 11. Die Zentraleinheit 14 bildet eine Schnittstelle für die Anbindung an weitere Datenverarbeitungssysteme 15 des Schiffes.
Die einzelnen Sensorelemente 10 werden in der Datenverarbeitungseinheit 12 zusammengefasst und mit dem Netzwerk 13 verbunden. Die Anschlußleitung 11 zwischen einem Sensorelement 10 und der Datenverarbeitungseinheit 12 beinhaltet sowohl die für die Datenübermittlung als auch für die Spannungsversorgung der Sensorelemente 10 notwendigen Leitungen. Die Spannungsversorgung der Datenverarbeitungseinheit 12 erfolgt durch das Bordnetz. Die Datenverarbeitungseinheiten 12 und die Zentraleinheit 14 sind redundant an das Netzwerk 13 angeschlossen.
Die Funktion einer Sensormatte 1 besteht darin, dass ein durchschlagendes Projektil einer Waffe oder die durch eine äußere Detonation hervorgerufene Penetration der Beplankung 2 einen Kurzschluss der beiden leitenden Schichten 5, 6 verursacht. Ein Kurzschluss im Bereich von Millisekunden reicht für die sichere Meldung über das Sensorelement 10 an das Netzwerk 11. Die leitenden Schichten 5, 6 jeder Sensormatte 1 sind dabei galvanisch von der Versorgungsspannung getrennt. Durch die Adressierung wird ein Signal über die Datenverarbeitungseinheiten 12 und das Netzwerk 13 an die Zentraleinheit 14 zur Überwachung und Lokalisierung zugeführt. Hierdurch ist die Beschädigung relativ zeitnah überprüfbar und wird sowohl in Textform als auch grafisch im 3D Modell des Schiffes dargestellt.
Der Einsatz einer zweiten Lage Sensormatten 1 auf der Innenseite von Beschussschutzmaßnahmen erlaubt zusätzlich die Überwachung der Raumintegrität.

Claims

Marineschiff mit Anordnungen zur zentralen Erfassung von Beschussschäden an einer Außenhaut (2) als Beplankung von Rumpf und/oder Aufbauten sowie freien Außendecks, wobei an der Innenseite der Außenhaut (2) einzelne zerstörbare Sensormatten (1) fest mit der Außenhaut (2) verbunden sind und die Sensormatten (1) jeweils durch mindestens zwei durch eine isolierende Lage (8) voneinander getrennte Lagen (5, 6) aus elektrisch leitendem Material gebildet sind und eine zusätzliche Isolierung (7, 9) in ihren Außenbereichen aufweisen, wobei jede Sensormatte (1) ein Sensorelement (10) mit einer Spannungsversorgung für die elektrisch leitenden Lagen (5, 6), einen Kurzschlussdetektor sowie eine Verbindung zu einer Datenverarbeitungseinheit (12) mit einer Adressierung aufweist, wobei durch die Adressierung ein Signal einer Zentraleinheit (14) zuführbar ist, wobei jede Sensormatte (1) mit ihren isolierten Lagen (5, 6) aus elektrisch leitendem Material, den isolierenden Lagen (7, 8, 9) mit einem Glasfaser-/Epoxidaufbau sowie dem Sensorelement (10) und einer Anschlussverbindung eine verklebte und/oder vergossene abgeschlossene Einheit bildet.
Marineschiff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Sensormatte (1) über eine Klebeverbindung mit der Außenhaut (2) verbunden ist.
Marineschiff nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Sensormatte (1) Aussparungen (16) für einen Durchtritt von Isoliernadeln zur Aufnahme einer Schiffsisolierung aufweisen.
Marineschiff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Sensormatte (1) eine Gesamtstärke von weniger als 5 Millimetern aufweisen.
Marineschiff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dass die einzelnen Schichten (5 bis 9) der mindestens einen Sensormatte (1) durch Folien gebildet sind.