EP2394906B1 - Verschlusskörper zum Verschliessen einer Öffnung eines Wasserfahrzeuges - Google Patents

Verschlusskörper zum Verschliessen einer Öffnung eines Wasserfahrzeuges Download PDF

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EP2394906B1
EP2394906B1 EP11003482.4A EP11003482A EP2394906B1 EP 2394906 B1 EP2394906 B1 EP 2394906B1 EP 11003482 A EP11003482 A EP 11003482A EP 2394906 B1 EP2394906 B1 EP 2394906B1
Authority
EP
European Patent Office
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seal element
opening
frame
closure body
submarine
Prior art date
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Active
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EP11003482.4A
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English (en)
French (fr)
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EP2394906A2 (de
EP2394906A3 (de
Inventor
Axel Dipl.-Ing. Paul
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Marine Systems GmbH
Original Assignee
ThyssenKrupp Marine Systems GmbH
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Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Marine Systems GmbH filed Critical ThyssenKrupp Marine Systems GmbH
Publication of EP2394906A2 publication Critical patent/EP2394906A2/de
Publication of EP2394906A3 publication Critical patent/EP2394906A3/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B19/00—Arrangements or adaptations of ports, doors, windows, port-holes, or other openings or covers
    • B63B19/08—Ports or like openings in vessels' sides or at the vessels' bow or stern
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor

Definitions

  • the invention relates to a closure body for closing an opening of a watercraft with the features specified in the preamble of claim 1.
  • the invention has for its object to provide a closure body for closing an opening of a watercraft, which has a comparatively high pressure resistance at low mass.
  • the closure body according to the invention for closing an opening of a watercraft is formed from a fiber composite material.
  • the closure body can be provided for closing a bulkhead or a hatch and for this purpose in the usual ways, for example, be pivoted or slidably articulated to a wall bounding the opening to be closed.
  • the watercraft in which the closure body is used may be a manned or unmanned surface or underwater vehicle.
  • a fiber composite material is to be understood as meaning a fiber-plastic composite material such as, for example, carbon fiber, glass fiber, ceramic fiber or aramid fiber reinforced plastic. These materials are characterized by a comparatively low weight with good strength properties.
  • the closure body can withstand greater pressure and / or shock loads, it is provided according to the invention to align the fibers in an outer edge area of the closure body unidirectionally in the direction of the outer circumference of the closure body. That is to say, in a region adjacent to the outer circumference of the closure body, substantially all the fibers run parallel to one another in the direction of the circumference of the closure body around the latter.
  • the aim of this embodiment is to direct the pressure forces acting perpendicularly on the closure body in the outer edge region of the closure body, where these forces in the aligned in the direction of the outer circumference Fibers preferably produce tensile stresses. This is advantageous insofar as the fibers of fiber composite materials, in particular in the longitudinal direction of the fibers have a particularly high strength.
  • a closure body can be realized, which has a similar good or even better pressure resistance as the previously made of solid steel plates closure body, but this advantageously has a significantly lower weight.
  • This reduced weight of the closure body according to the invention leads to a lower load on any existing mechanism for moving the closure body, such as a door and a lower load on the components with which the closure body is hinged to the outer edge of the opening to be closed. Accordingly, these components can be made significantly simpler in terms of their dimensions and their construction when using the closure body according to the invention.
  • an inner region of the closure body enclosed by the outer edge region is preferably convexly curved in the direction of a pressure load which is expected to act on the closure body.
  • the curvature of the inner region of the closure body may correspond, for example, to the curvature of the dished or basket sheet floors used in pressure tank construction.
  • Such curved components have the property, also referred to as the membrane stress state, of absorbing only tensile forces or compressive forces under load, but no bending moments that are transmitted to the outer edges of these components.
  • a pressure load acting on the closure body according to the invention in the inner region of the closure body only generates tensile forces which are in the ones described above Be wise constructively reinforced outer edge region of the closure body forwarded.
  • the arching of the inner region contrary to the direction of possible compressive forces acting on this inner region, achieves increased security against the occurrence of undesired intermediate fiber fractures which would otherwise lead to a closure body failure, e.g. could lead to a so-called "Weeping".
  • the fibers of the fiber composite material may preferably be oriented transversely or obliquely to the fibers of the outer edge region.
  • the fibers of the fiber composite material can advantageously be aligned transversely to the fiber path of the fibers of the outer edge region on the two longitudinal sides of the closure body.
  • the fibers of the composite material can in principle be arranged unidirectionally in the inner region of the closure body, that is, they can all be arranged parallel to one another transversely or obliquely to the fibers of the outer edge region. In addition, however, it may also be advantageous to align the fibers in the interior crosswise to each other.
  • a plurality of fibers may extend parallel to each other in a first direction and a plurality of fibers also oriented parallel to one another in a second direction and optionally further directions transverse or oblique to the first direction, but these fibers are not must be interconnected by fiber intersection, but may optionally rest on each other in different orientations.
  • the inner region of the closure body according to the invention is designed in multiple layers.
  • the inner region of the closure body can consist of a plurality of fiber fabrics, fibrous layers or fiber mats arranged one above the other, which are embedded together in a plastic matrix.
  • all fiber layers may consist of the same fiber material or it is possible to combine fiber layers of different fiber materials together to further improve the strength properties of the closure body according to the invention via a combination of materials.
  • the individual layers are each aligned unidirectionally. Accordingly, in the individual layers, the pressure or shock forces acting on the inner region of the closure body are each directed in a same, common direction in accordance with the fiber orientation in the respective position into the stiffened outer edge region of the closure body.
  • the inner region of the closure body according to the invention may be formed from a plurality of layers of fiber material, wherein the fibers of all fibers have the same orientation.
  • the fibers of the individual layers may be oriented transversely and / or obliquely relative to one another with particular regard to a further increase in compressive strength and compressive rigidity.
  • a plurality of layers, each having a unidirectional fiber orientation be arranged one above the other so that the fibers of different layers are transverse or oblique to each other.
  • a frame forms the outer edge region of the closure body, wherein the wall thickness of the frame relative to the wall thickness of the inner region of the closure body is increased.
  • a modular construction of the closure body of a closed frame and a cup-shaped curved inner part are preferably connected to one another in a material-locking manner such that the inner part is supported on the inner side of the frame.
  • the frame can taper from an installation side to an outer edge region of the opening to be closed towards the outside in cross section. Accordingly, the inner cross section of the frame increases with increasing distance from the outer edge region of the opening to be closed.
  • the outer edge of the inner portion of the closure body according to the invention forming inner part is also formed chamfered, said chamfer corresponds to the chamfer of the inside of the frame. Due to the bevel of both the inside of the frame and the outer edge of the inner part acting on the inner part pressure forces are converted at the transition from the inner part to the frame in acting transversely to the circumferential direction of the frame clamping forces, which in turn advantageously generate tangential circumferential tensile stresses in the frame ,
  • a seal surrounding the frame On a side of the frame intended to bear against the outer edge region of the opening to be closed, it is expedient to arrange a seal surrounding the frame.
  • This seal may, for example, be glued to the side of the frame to be abutted against the outer edge region of the opening to be closed.
  • a groove running around the entire circumference of the frame can be formed on this side of the frame, into which the preferably annular seal partially engages and in this way is positively fixed to the frame in a certain manner.
  • This submarine has at least one closed against the ambient pressure of the submarine interior, wherein an opening defining this interior space defining wall.
  • This opening is closed pressure-tight with at least one closure body, as described above.
  • In the interior of the submarine may be the pressure hull of the submarine, wherein a trained on the Druck redesignwandung Luk with the closure body according to the invention is closed due to its high pressure resistance to the acting during dive water pressure.
  • any other opening within the pressure hull of a submarine can be closed with the closure body according to the invention.
  • the submarine according to the invention can be such a submarine which has a number of compartments which can be partitioned off against the ingress of water.
  • the opening to be closed can preferably be formed on a dividing wall which divides the pressure body of the submarine into two compartments, wherein a closure body for closing the opening is arranged on each outer side of the dividing wall.
  • the closure of such bulkhead designed much easier.
  • the two closure bodies used according to the invention are significantly lighter with comparable strength properties.
  • commercially available seals for sealing the closure body can be used, since these seals must seal the closure body only in one direction.
  • the two closure bodies are designed to bulge outward from the opening to be closed, so that, regardless of which compartment the ingress of water takes place, after a water ingress into the pressure body of the submarine, it is ensured that the closure body then retains the water in the direction of the water acting on the closure body water pressure is convex, so it is curved in the direction in which it has its greatest compressive strength.
  • This in Fig. 1 illustrated submarine has a pressure body 2.
  • This pressure body 2 is divided by a normal to the longitudinal extent of the submarine aligned partition 4 in a bow-side department 6a and a rear-side department 6b.
  • the opening 8 forms a passage from the section 6a of the pressure hull 2 to the section 6b and vice versa.
  • the opening 8 is bounded by an opening frame 10.
  • a closing body 12 occluding the opening 8 is arranged in each case.
  • This closure body 12 is in the FIGS. 2 and 3 shown.
  • the outer contour of the closure body 12, which is formed from a fiber composite material, here of a carbon fiber composite material, is formed by two substantially straight longitudinal sides, which are connected to two rounded sections.
  • the closure body 12 is formed from an outer edge region 14 adjoining its outer circumference and an inner region 16.
  • the outer edge region 14 is formed by a closed frame 14.
  • the fibers 18 are unidirectionally aligned and all parallel to each other about the outer periphery of the closure body 12.
  • the closed position of the closure body 12 of the frame 14 abuts the opening frame 10.
  • an annular seal 22 is located.
  • the inner region 16 of the closure body 12 is formed by a shell-shaped curved inner part 16.
  • This inner part 16 is supported on an inner side 24 of the frame 14.
  • the wall thickness of the inner part 16 is significantly less than the wall thickness of the frame 14, which forms a particularly rigid structure.
  • the inner side 24 of the frame 14 is aligned over the entire inner circumference of the frame 14, starting from the opening frame 10 obliquely outwards.
  • the outer edge of the inner part 16 is formed corresponding bevelled, so that the frame 14 tapers from its contact side to the outside in cross section.
  • a compressive force acting on the inner part 16 generates a clamping force acting outwardly on the frame 14 and at the same time a force component acting in the closing direction of the closure body.
  • the curvature of the inner part 16 extends in the direction of an expected on the closure body (12) acting pressure load. This orientation is advantageous in that the inner part 16 can accommodate greater transverse compressive stresses than transverse tensile stresses.
  • the curvature of arranged in the section 6a closure body 12 extends away from the opening 8 in the department 6a in order to withstand a particularly strong water pressure in the division 6a water pressure.
  • the curvature of the inner part 16 of the closure body arranged in the section 6b extends away from the opening 8 into the compartment 6b. The bulge is thus convex toward the adjacent compartment 6a or 6b.
  • the inner region 16 or the inner part 16 of the closure body 12 is formed in multiple layers and consists of several superimposed fiber layers. Each of these fiber layers has unidirectionally oriented fibers, wherein the fiber layers are arranged one above the other such that the fibers of different fiber layers intersect. That's how it looks like Fig. 2 can be seen, a first fiber layer fibers 26, which are aligned substantially transversely to the longitudinal sides of the closure body 12. In a second fiber layer, fibers 28 are oriented obliquely to the fibers 26 of the first fiber layer. Finally, in a third fiber layer, fibers 30 are also oriented obliquely to the fibers 26 of the first fiber layer and substantially normal to the fibers 28 of the second fiber layer. Due to the different orientation of the fibers 26, 28 and 30 of the individual fiber layers, a particularly high strength and thus pressure resistance of the inner part 16 is achieved.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Verschlusskörper zum Verschließen einer Öffnung eines Wasserfahrzeugs mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
  • Insbesondere bei militärisch genutzten Wasserfahrzeugen ist eine massive Bauweise von Schotttüren, Lukendeckeln und dergleichen erforderlich, da diese Türen bzw. Deckel gegebenenfalls hohen Druck-und/oder Schockbelastungen ausgesetzt sein können. Daher ist es allgemein üblich, die Türen und Lukendeckel solcher Wasserfahrzeuge aus entsprechend starken Stahlplatten auszubilden. Insofern weisen diese Türen und Lukendeckel in der Regel eine vergleichsweise große Masse auf, die wiederum einen aufwendigen Bewegungsmechanismus zum Öffnen und Verschließen der Tür bzw. des Deckels erforderlich macht.
  • Diesen Nachteil weist eine aus US 7,213,528 B1 bekannte Schotttür nicht auf, da sie in Leichtbauweise aus einem Verbundwerkstoff hergestellt ist. Allerdings ist diese Schotttür wegen ihrer verhältnismäßig geringen Druckfestigkeit nicht in solchen Bereichen einsetzbar, in denen hohe Druck- oder Schockbelastungen der Schotttür zu erwarten sind. Ferner ist die DE 197 39 291 C1 zu nennen, die ein modular aufgebautes Rahmenelement zum Einbau in eine Leichtbauwand, z. B. eines Schiffes zeigt. Das Rahmenelement dient dazu, Lasten der Leichtbauwand aufzunehmen, so dass die mechanische Stabilität der Wand trotz Ausschnitt nicht beeinträchtigt ist. Das Rahmenelement besteht aus einem Faserverbundwerkstoff. Die US 2005/042410 A1 zeigt gleichermaßen ein faserverstärktes Rahmenelement aus einem Verbundmaterial. Die DE 10 2004 025378 A1 zeigt einen Fensterrahmen, der aus einem mit unidirektionalen Faserbündeln verstärktem Harz besteht.
  • Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Verschlusskörper zum Verschließen einer Öffnung eines Wasserfahrzeugs zu schaffen, der bei geringer Masse eine vergleichsweise hohe Druckbeständigkeit aufweist.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Verschlusskörper mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Verschlusskörpers ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie der Zeichnung. Hierbei können gemäß der Erfindung, die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale jeweils für sich aber auch in technisch sinnvoller Kombination die erfindungsgemäße Lösung gemäß Anspruch 1 weiter ausgestalten.
  • Der erfindungsgemäße Verschlusskörper zum Verschließen einer Öffnung eines Wasserfahrzeugs ist aus einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet. Der Verschlusskörper kann zum Verschließen eines Schotts oder eines Luks vorgesehen sein und hierzu in den üblichen Weisen beispielsweise verschwenk- oder verschiebbar an einer die zu verschließende Öffnung begrenzenden Wand angelenkt sein. Bei dem Wasserfahrzeug, in dem der Verschlusskörper eingesetzt wird, kann es sich um ein bemanntes oder unbemanntes Über- oder Unterwasserfahrzeug handeln. Unter einem Faserverbundwerkstoff im Sinne der Erfindung ist ein Faser-Kunststoff-Verbundmaterial wie beispielsweise kohlenstofffaser-, glasfaser-, keramikfaser- oder aramidfaserverstärkter Kunststoff zu verstehen. Diese Materialien zeichnen sich durch ein vergleichsweise geringes Gewicht bei guten Festigkeitseigenschaften aus.
  • Damit der Verschlusskörper auch größeren Druck- und/oder Schockbelastungen standhalten kann, ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Fasern in einem Außenrandbereich des Verschlusskörpers unidirektional in Richtung des Außenumfangs des Verschlusskörpers auszurichten. D.h., in einem an dem Außenumfang des Verschlusskörpers angrenzenden Bereich verlaufen im Wesentlichen alle Fasern parallel zueinander in Richtung des Umfangs des Verschlusskörpers um diesen herum. Ziel dieser Ausgestaltung ist es, die senkrecht auf den Verschlusskörper wirkenden Druckkräfte in den Außenrandbereich des Verschlusskörpers zu lenken, wo diese Kräfte in den in Richtung des Außenumfangs ausgerichteten Fasern vorzugsweise Zugspannungen erzeugen. Dies ist insofern vorteilhaft als die Fasern von Faserverbundwerkstoffen insbesondere in Längsrichtung der Fasern eine besonders hohe Festigkeit aufweisen. Auf diese Weise lässt sich ein Verschlusskörper realisieren, der eine ähnlich gute oder sogar bessere Druckbeständigkeit wie die bislang aus massiven Stahlplatten gefertigten Verschlusskörper besitzt, hierbei vorteilhafterweise aber ein deutlich geringeres Gewicht aufweist. Dieses verringerte Gewicht des erfindungsgemäßen Verschlusskörpers führt zu einer geringeren Belastung eines gegebenenfalls vorhandenen Mechanismus zum Bewegen des Verschlusskörpers, beispielsweise einer Tür sowie zu einer geringeren Belastung der Bauelemente, mit denen der Verschlusskörper an dem Außenrand der zu verschließenden Öffnung angelenkt ist. Dementsprechend können diese Bauteile hinsichtlich ihrer Dimensionierung und ihres Aufbaus bei Einsatz des erfindungsgemäßen Verschlusskörpers deutlich einfacher ausgebildet sein.
  • Um die auf den Verschlusskörper wirkenden Belastungskräfte besonders wirkungsvoll zu dem Außenrand des Verschlusskörpers weiterleiten zu können, ist bevorzugt ein von dem Außenrandbereich umschlossener Innenbereich des Verschlusskörpers in Richtung zu einer erwartungsweise auf den Verschlusskörper wirkenden Druckbelastung konvex gewölbt ausgebildet.
  • Die Wölbung des Innenbereichs des Verschlusskörpers kann z.B. der Wölbung der im Drucktankbau verwendeten Klöpper- oder Korbbogenböden entsprechen. Derartig gewölbte Bauteile haben die auch als Membranspannungszustand bezeichnete Eigenschaft, bei einer Belastung nur Zugkräfte oder Druckkräfte, aber keine Biegemomente aufzunehmen, die an die Außenränder dieser Bauteile weitergeleitet werden. Korrespondierend hierzu erzeugt eine auf den erfindungsgemäßen Verschlusskörper wirkende Druckbelastung in dem Innenbereich des Verschlusskörpers lediglich Zugkräfte, die in den in der oben beschriebenen Weise konstruktiv verstärkten Außenrandbereich des Verschlusskörpers weitergeleitet werden.
  • Weiter vorteilhaft wird durch die Wölbung des Innenbereichs entgegen der Richtung möglicher auf diesen Innenbereich wirkender Druckkräfte eine erhöhte Sicherheit gegen das Auftreten unerwünschter Zwischenfaserbrüche erzielt, die ansonsten zu einem Verschlusskörperversagen, z.B. zu einem so bezeichneten "Weeping", führen könnten.
  • In dem Innenbereich des Verschlusskörpers können die Fasern des Faserverbundwerkstoffs vorzugsweise quer oder schräg zu den Fasern des Außenrandbereichs ausgerichtet sein. Bei einem Verschlusskörper mit einer im Wesentlichen rechteckigen Außenkontur, beispielsweise einer Schotttür, können die Fasern des Faserverbundwerkstoffs vorteilhaft quer zu dem Faserverlauf der Fasern des Außenrandbereichs an den beiden Längsseiten des Verschlusskörpers ausgerichtet sein.
  • Die Fasern des Verbundwerkstoffes können in dem Innenbereich des Verschlusskörpers prinzipiell unidirektional angeordnet sein, also alle parallel zueinander quer oder schräg zu den Fasern des Außenrandbereichs angeordnet sein. Daneben kann es allerdings auch vorteilhaft sein, die Fasern in dem Innenbereich kreuzweise zueinander auszurichten. In diesem Fall können z.B. ähnlich den Kett- und Schussfäden eines Gewebes mehrere Fasern parallel zueinander in eine erste Richtung verlaufen und mehrere ebenfalls parallel zueinander ausgerichtete Fasern in eine zweite Richtung und gegebenenfalls weitere Richtungen quer oder schräg zur ersten Richtung verlaufen, wobei diese Fasern allerdings nicht durch Faserverkreuzung miteinander verbunden sein müssen, sondern gegebenenfalls in unterschiedlichen Ausrichtungen aufeinander aufliegen können. Durch die kreuzweise Anordnung der Fasern kann die Druckbeständigkeit des erfindungsgemäßen Verschlusskörpers weiter erhöht werden.
  • Bevorzugt ist der Innenbereich des erfindungsgemäßen Verschlusskörpers mehrlagig ausgebildet. So kann der Innenbereich des Verschlusskörpers aus mehreren übereinander angeordneten Fasergeweben, Fasergelegen bzw. Fasermatten bestehen, die gemeinsam in einer Kunststoffmatrix eingebettet sind. Hierbei können alle Faserlagen aus dem gleichen Fasermaterial bestehen oder es besteht die Möglichkeit, Faserlagen aus unterschiedlichen Fasermaterialien miteinander zu verbinden, um über eine Werkstoffkombination die Festigkeitseigenschaften des erfindungsgemäßen Verschlusskörpers weiter zu verbessern.
  • Zweckmäßigerweise sind bei einer mehrlagigen Ausbildung des Innenbereichs des Verschlusskörpers die einzelnen Lagen jeweils unidirektional ausgerichtet. Dementsprechend werden in den einzelnen Lagen die auf den Innenbereich des Verschlusskörpers wirkenden Druck- oder Schockkräfte jeweils in einer gleichen, gemeinsamen Richtung entsprechend der Faserausrichtung in der jeweiligen Lage in den versteiften Außenrandbereich des Verschlusskörpers geleitet.
  • Der Innenbereich des erfindungsgemäßen Verschlusskörpers kann aus mehreren Lagen aus Fasermaterial ausgebildet sein, wobei die Fasern aller Fasern die gleiche Ausrichtung haben. Besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine weitere Steigerung der Druckfestigkeit und Drucksteifigkeit können die Fasern der einzelnen Lagen allerdings quer und/oder schräg zueinander ausgerichtet sein. Dementsprechend sind mehrere Lagen, die jeweils eine unidirektionale Faserausrichtung haben, so übereinander liegend angeordnet sein, dass die Fasern unterschiedlicher Lagen quer oder schräg zueinander verlaufen.
  • Vorteilhaft bildet ein Rahmen den Außenrandbereich des Verschlusskörpers, wobei die Wandstärke des Rahmens gegenüber der Wandstärke des Innenbereichs des Verschlusskörpers vergrößert ist. In diesem Zusammenhang ist ein modularer Aufbau des Verschlusskörpers aus einem geschlossenen Rahmen und einem schalenförmig gewölbten Innenteil bevorzugt. Der Rahmen und das Innenteil werden vorzugsweise stoffschlüssig derart miteinander verbunden, dass sich das Innenteil an der Innenseite des Rahmens abstützt.
  • In vorteilhafter Weiterbildung kann sich der Rahmen ausgehend von einer Anlageseite an einem Außenrandbereich der zu verschließenden Öffnung nach außen hin im Querschnitt verjüngen. Dementsprechend vergrößert sich der Innenquerschnitt des Rahmens mit zunehmendem Abstand von dem Außenrandbereich der zu verschließenden Öffnung. Zweckmäßigerweise ist der Außenrand des den Innenbereich des erfindungsgemäßen Verschlusskörpers bildenden Innenteils ebenfalls abgeschrägt ausgebildet, wobei diese Abschrägung mit der Abschrägung der Innenseite des Rahmens korrespondiert. Aufgrund der Abschrägung sowohl der Innenseite des Rahmens als auch des Außenrandes des Innenteils werden auf das Innenteil wirkende Druckkräfte an dem Übergang von dem Innenteil zu dem Rahmen in quer zur Umfangsrichtung des Rahmens wirkende Klemmkräfte umgewandelt, die in dem Rahmen wiederum vorteilhafterweise tangentiale Umfangs-Zugspannungen erzeugen.
  • An einer zur Anlage an den Außenrandbereich der zu verschließenden Öffnung vorgesehenen Seite des Rahmens kann zweckmäßigerweise eine den Rahmen umgebende Dichtung angeordnet sein. Diese Dichtung kann beispielsweise an der zur Anlage an den Außenrandbereich der zu verschließenden Öffnung vorgesehenen Seite des Rahmens aufgeklebt sein. Vorteilhafter kann an dieser Seite des Rahmens eine um den gesamten Umfang des Rahmens verlaufende Nut ausgebildet sein, in die die vorzugsweise ringförmig ausgebildete Dichtung teilweise eingreift und auf diese Weise an dem Rahmen in gewisser Weise formschlüssig festgelegt ist.
  • Besonders vorteilhaft ist der Einsatz des erfindungsgemäßen Verschlusskörpers in einem Unterseeboot. Dieses Unterseeboot weist mindestens einen gegen den Umgebungsdruck des Unterseeboots abgeschlossenen Innenraum auf, wobei an einer diesen Innenraum begrenzenden Wandung eine Öffnung ausgebildet ist. Diese Öffnung ist mit mindestens einem Verschlusskörper, wie er oben beschrieben ist, druckdicht verschließbar. Bei dem Innenraum des Unterseeboots kann es sich um den Druckkörper des Unterseeboots handeln, wobei ein an der Druckkörperwandung ausgebildetes Luk mit dem erfindungsgemäßen Verschlusskörper aufgrund dessen hoher Druckbeständigkeit gegen den bei Tauchfahrt wirkenden Wasserdruck verschließbar ist. Daneben kann auch jede andere Öffnung innerhalb des Druckkörpers eines Unterseeboots mit dem erfindungsgemäßen Verschlusskörper verschlossen werden.
  • Weiter vorteilhaft kann es sich bei dem erfindungsgemäßen Unterseeboot um ein solches Unterseeboot handeln, das mehrere gegen einen Wassereinbruch abschottbare Abteilungen aufweist. In diesem Fall kann die zu verschließende Öffnung vorzugsweise an einer den Druckkörper des Unterseeboots in zwei Abteilungen teilenden Trennwand ausgebildet sein, wobei an jeder Außenseite der Trennwand ein Verschlusskörper zum Verschließen der Öffnung angeordnet ist.
  • Bislang werden diese an einer den Druckkörper in zwei Abteilungen teilenden Trennwand ausgebildeten Öffnungen mittels Stahltüren verschlossen, die nach einem Wassereinbruch in den Druckkörper je nach dem, in welcher Abteilung der Wassereinbruch erfolgt, von beiden Seiten mit Druck belastbar sein müssen. Entsprechend massiv müssen diese Stahltüren und ihre Verriegelungen ausgebildet sein. Darüber hinaus ist die Flüssigkeitsabdichtung solcher Stahltüren aufwendig, da hierfür vorgesehene Dichtungen ein Abdichten in zwei entgegen gesetzten Richtungen ermöglichen müssen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Unterseeboot gestaltet sich der Verschluss solcher Schotts deutlich einfacher. Im Gegensatz zu Verschlusskörpern aus Stahl sind die gemäß der Erfindung eingesetzten beiden Verschlusskörper bei vergleichbaren Festigkeitseigenschaften deutlich leichter. Des Weiteren können aufgrund des Einsatzes von zwei Verschlusskörpern deutlich einfachere, handelsübliche Dichtungen zum Abdichten der Verschlusskörper eingesetzt werden, da diese Dichtungen die Verschlusskörper jeweils nur in eine Richtung abdichten müssen.
  • Zweckmäßigerweise sind die beiden Verschlusskörper ausgehend von der zu verschließenden Öffnung nach außen gewölbt ausgebildet, so dass nach einem Wassereinbruch in den Druckkörper des Unterseeboots unabhängig davon, in welcher Abteilung der Wassereinbruch erfolgt, sichergestellt ist, dass der dann das Wasser aufhaltende Verschlusskörper jeweils in Richtung des auf den Verschlusskörper wirkenden Wasserdrucks konvex gewölbt ist, also in die Richtung gewölbt ist, in der er seine größte Druckfestigkeit aufweist.
  • Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
    • Fig. 1
    schematisch stark vereinfacht ein Unterseeboot in einer Schnittdarstellung,
    Fig.2
    schematisch stark vereinfacht einen Verschlusskörper in einer Frontansicht und
    Fig. 3
    vergrößert den Verschlusskörper nach Fig. 2 in einer Schnittansicht entlang der Schnittlinie III - III in Fig. 2.
  • Das in Fig. 1 dargestellte Unterseeboot weist einen Druckkörper 2 auf. Dieser Druckkörper 2 wird von einer normal zur Längsausdehnung des Unterseeboots ausgerichteten Trennwand 4 in eine bugseitige Abteilung 6a und eine heckseitige Abteilung 6b geteilt. An der Trennwand 4 ist eine Öffnung 8 ausgebildet. Die Öffnung 8 bildet einen Durchgang von der Abteilung 6a des Druckkörpers 2 zu der Abteilung 6b und umgekehrt. Die Öffnung 8 wird von einem Öffnungsrahmen 10 begrenzt.
  • Sowohl an der der Abteilung 6a zugewandten Außenseite des Öffnungsrahmens 10 als auch an dessen der Abteilung 6b zugewandten Außenseite ist jeweils ein die Öffnung 8 verschließender Verschlusskörper 12 angeordnet. Dieser Verschlusskörper 12 ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Die Außenkontur des Verschlusskörpers 12, der aus einem Faserverbundwerkstoff, hier aus einem Kohlefaserverbundwerkstoff ausgebildet ist, wird von zwei im Wesentlichen geraden Längsseiten gebildet, die mit zwei abgerundeten Abschnitten verbunden sind. Der Verschlusskörper 12 ist aus einem an dessen Außenumfang angrenzenden Außenrandbereich 14 und einem Innenbereich 16 ausgebildet.
  • Der Außenrandbereich 14 wird von einem geschlossenen Rahmen 14 gebildet. In dem Außenrandbereich 14 bzw. Rahmen 14 sind die Fasern 18 unidirektional ausgerichtet und verlaufen alle parallel zueinander um den Außenumfang des Verschlusskörpers 12. In der Schließstellung des Verschlusskörpers 12 liegt der Rahmen 14 an dem Öffnungsrahmen 10 an. Zur Abdichtung des Verschlusskörpers 12 gegenüber dem Öffnungsrahmen 10 an der in der Schließstellung des Verschlusskörpers 12 an dem Öffnungsrahmen 10 anliegenden Seite des Rahmens 14 ist eine sich um den gesamten Umfang des Rahmens 14 erstreckende Nut 20 ausgebildet, in der eine ringförmige Dichtung 22 liegt.
  • Der Innenbereich 16 des Verschlusskörpers 12 wird von einem schalenförmig gewölbten Innenteil 16 gebildet. Dieses Innenteil 16 stützt sich an einer Innenseite 24 des Rahmens 14 ab. Die Wandstärke des Innenteils 16 ist deutlich geringer als die Wandstärke des Rahmens 14, der eine besonders steife Struktur bildet. Die Innenseite 24 des Rahmens 14 ist über den gesamten Innenumfang des Rahmens 14 ausgehend von dem Öffnungsrahmen 10 schräg nach außen ausgerichtet. Korrespondierend hierzu ist auch der Außenrand des Innenteils 16 entsprechend abgeschrägt ausgebildet, so dass sich der Rahmen 14 von seiner Anlageseite nach außen hin im Querschnitt verjüngt. Dies hat zur Folge, dass eine auf den Innenteil 16 wirkende Druckkraft eine nach außen auf den Rahmen 14 wirkende Klemmkraft und gleichzeitig eine in Schließrichtung des Verschlusskörpers wirkende Kraftkomponente erzeugt.
  • Die Wölbung des Innenteils 16 erstreckt sich in Richtung einer erwartungsweise auf den Verschlusskörper (12) wirkenden Druckbelastung. Diese Ausrichtung ist insofern vorteilhaft, als das Innenteil 16 größere Quer-Druckspannungen als Quer-Zugspannungen aufnehmen kann. So erstreckt sich die Wölbung des in der Abteilung 6a angeordneten Verschlusskörpers 12 von der Öffnung 8 weg in die Abteilung 6a hinein, um bei einem Wassereinbruch in der Abteilung 6a dem Wasserdruck besonders gut standhalten zu können. Korrespondierend erstreckt sich die Wölbung des Innenteils 16 des in der Abteilung 6b angeordneten Verschlusskörpers von der Öffnung 8 weg in die Abteilung 6b hinein. Die Wölbung ist also zu der angrenzenden Abteilung 6a oder 6b hin konvex.
  • Der Innenbereich 16 bzw. das Innenteil 16 des Verschlusskörpers 12 ist mehrlagig ausgebildet und besteht aus mehreren übereinander liegenden Faserlagen. Jede dieser Faserlagen weist unidirektional ausgerichtete Fasern auf, wobei die Faserlagen derart übereinander angeordnet sind, dass sich die Fasern unterschiedlicher Faserlagen kreuzen. So weist, wie aus Fig. 2 ersichtlich, eine erste Faserlage Fasern 26 auf, die im Wesentlichen quer zu den Längsseiten des Verschlusskörpers 12 ausgerichtet sind. In einer zweiten Faserlage sind Fasern 28 schräg zu den Fasern 26 der ersten Faserlage ausgerichtet. Schließlich sind in einer dritten Faserlage Fasern 30 ebenfalls schräg zu den Fasern 26 der ersten Faserlage und im Wesentlichen normal zu den Fasern 28 der zweiten Faserlage ausgerichtet. Durch die unterschiedliche Ausrichtung der Fasern 26, 28 und 30 der einzelnen Faserlagen wird eine besonders hohe Festigkeit und somit Druckbeständigkeit des Innenteils 16 erzielt.
    • Bezugszeichenliste
    • 2
    - Druckkörper
    4
    - Trennwand
    6a, 6b
    - Abteilung
    8
    - Öffnung
    10
    - Rahmen
    12
    - Verschlusskörper
    14
    - Außenrandbereich, Rahmen
    16
    - Innenbereich
    18
    - Faser
    20
    - Nut
    22
    - Dichtung
    24
    - Innenseite
    26
    - Faser
    28
    - Faser
    30
    - Faser

Claims (13)

  1. Verschlusskörper (12) zum Verschließen eines Schotts oder Luks eines Wasserfahrzeugs, welcher aus einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (18) in einem Außenrandbereich (14) des Verschlusskörpers (12) unidirektional in Richtung des Außenumfangs des Verschlusskörpers (12) ausgerichtet sind.
  2. Verschlusskörper (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein von dem Außenrandbereich (14) umschlossener Innenbereich (16) des Verschlusskörpers (12) in Richtung einer erwartungsweise auf den Verschlusskörper (12) wirkenden Druckbelastung gewölbt ist.
  3. Verschlusskörper (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (26, 28, 30) des Faserverbundwerkstoffs in dem Innenbereich (16) quer oder schräg zu den Fasern (18) des Außenrandbereichs (14) ausgerichtet sind.
  4. Verschlusskörper (12) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (26, 28, 30) in dem Innenbereich (16) kreuzweise zueinander ausgerichtet sind.
  5. Verschlusskörper (12) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbereich (16) mehrlagig ausgebildet ist.
  6. Verschlusskörper (12) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (26, 28, 30) der den Innenbereich (16) des Verschlusskörpers (12) bildenden Lagen jeweils unidirektional ausgerichtet sind.
  7. Verschlusskörper (12) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (26, 28, 30) der einzelnen Lagen quer und/oder schräg zueinander ausgerichtet sind.
  8. Verschlusskörper (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rahmen (14) den Außenrandbereich (14) des Verschlusskörpers (12) bildet, wobei die Wandstärke des Rahmens (14) gegenüber der Wandstärke des Innenbereichs (16) des Verschlusskörpers (12) vergrößert ist.
  9. Verschlusskörper (12) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Rahmen (14) ausgehend von einer Anlageseite an einem Außenrandbereich der zu verschließenden Öffnung (8) nach außen hin im Querschnitt verjüngt.
  10. Verschlusskörper (12) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass an einer zur Anlage an den Außenrandbereich der zu verschließenden Öffnung (8) vorgesehenen Seite des Rahmens (14) eine den Rahmen (14) umgebende Dichtung (22) angeordnet ist.
  11. Unterseeboot mit mindestens einem gegen den Umgebungsdruck des Unterseeboots abgeschlossenen Innenraum, wobei an einer diesen Innenraum begrenzenden Wandung eine Öffnung (8) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass diese Öffnung (8) mit mindestens einem Verschlusskörper (12) nach den Ansprüchen 1 bis 10 druckdicht verschließbar ist.
  12. Unterseeboot nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verschließende Öffnung (8) an einer einen Druckkörper (2) des Unterseeboots in zwei Abteilungen (6a, 6b) teilenden Trennwand (4) ausgebildet ist, wobei an jeder Außenseite der Trennwand (4) ein Verschlusskörper (12) zum Verschließen der Öffnung (8) angeordnet ist.
  13. Unterseeboot nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Verschlusskörper (12) ausgehend von der zu verschließenden Öffnung (8) nach außen gewölbt ausgebildet sind.
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