EP3145807B1 - Unterseeboot mit mindestens einer ruderanlage - Google Patents

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EP3145807B1
EP3145807B1 EP15722203.5A EP15722203A EP3145807B1 EP 3145807 B1 EP3145807 B1 EP 3145807B1 EP 15722203 A EP15722203 A EP 15722203A EP 3145807 B1 EP3145807 B1 EP 3145807B1
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EP
European Patent Office
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submarine
linear drive
housing
drive
movable part
Prior art date
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EP15722203.5A
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English (en)
French (fr)
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EP3145807A1 (de
Inventor
Christian Bruhn
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 AG
ThyssenKrupp Marine Systems GmbH
Original Assignee
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Marine Systems GmbH
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Application filed by ThyssenKrupp AG, ThyssenKrupp Marine Systems GmbH filed Critical ThyssenKrupp AG
Publication of EP3145807A1 publication Critical patent/EP3145807A1/de
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Classifications

    • 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
    • B63G8/14—Control of attitude or depth
    • B63G8/20—Steering equipment

Definitions

  • the application relates to a submarine with the features specified in the preamble of claim 1.
  • rudder systems In addition to hydraulic rudder systems, in which the piston of a piston-cylinder arrangement is coupled in motion to at least one rudder, in the case of submarines, rudder systems with an electric servomotor are also part of the state of the art.
  • a steering system is for example in DE 10 2010 015 665 A1 described.
  • the rotor of the electric servomotor is directly coupled in motion to a rotatable part of a spindle drive, while the linearly movable part of the spindle drive is rigidly connected to a push rod of an articulated linkage for controlling the movement of a rudder of the steering gear.
  • the invention is based on the object of creating a submarine with at least one steering system that causes significantly lower noise emissions than the steering systems previously used in submarines.
  • the submarine according to the invention is preferably a military submarine.
  • This submarine has at least one steering system with a linear drive.
  • the linear drive is designed as an electrically operated linear drive and has an electric servomotor and a spindle drive coupled with movement.
  • This spindle drive is optionally in operative connection with a rudder of the submarine, but preferably via an articulated linkage.
  • the rudder can be any desired rudder, for example a rudder, a down rudder or a combined rudder and down rudder of the submarine.
  • the linear drive is preferably arranged in the pressure hull of the submarine, but can also be arranged outside the pressure hull with appropriate pressure encapsulation.
  • a spindle nut of the spindle drive is preferably connected to a motor shaft of the servomotor so as to be rotatable.
  • the spindle of the spindle drive forms a linearly movable part of the linear drive.
  • the spindle nut of the spindle drive then forming the linearly movable part of the linear drive.
  • the basic idea of the invention is to elastically mount the linear drive of the steering gear in a mounting device opposite the boat structure, which is understood to mean a part of the submarine that is rigidly connected to the pressure hull of the submarine, at least in the direction of movement of the linearly movable part of the linear drive. It is accordingly provided according to the invention that the linear drive is not supported directly against the boat structure, but rather via the elastically designed mounting device. Since the linearly movable part of the linear drive can be moved both forwards and backwards, the direction of movement of the linearly movable part is typically to be understood as a first direction of movement and a second direction of movement opposite thereto.
  • the aim is to acoustically decouple the linear drive from the boat structure of the submarine, at least during the crawl speed of the submarine, ie when driving in a lower speed range, so that, in the best case, no structure-borne noise from the linear drive to the boat structure and from there is transmitted to the outside environment of the submarine.
  • the storage device is typically like this designed so that the rudder force required to control the rudder, which is comparatively low when the submarine is crawling, can be transmitted from the linearly movable part of the linear drive to the rudder.
  • the storage device is multi-stage so that it has at least two storage stages, from which a first storage stage has a higher elasticity than a second storage stage.
  • the first storage stage is used to transfer the rudder forces when the submarine is crawling, the higher elasticity then ensuring the acoustic decoupling of the linear drive from the boat structure and, at the same time, the transmission of the relatively low rudder forces in this case.
  • the second storage stage is provided for transferring the rudder forces when the submarine is traveling in a higher speed range than during crawling, the lower elasticity of the storage device then taking effect ensuring the power transmission from the linear drive from the rudder.
  • the storage device has at least one and preferably several storage elements, which form the first storage stage provided for acoustic decoupling of the linear drive from the boat structure during crawling, and at least one and preferably several storage elements, which are opposite to the storage elements forming the first storage stage a lower elasticity have in order in this way to enable a transmission of the rudder forces at speeds of the submarine above the speed at creep speed.
  • the latter storage elements thus form the second storage stage.
  • the storage elements which form the first storage stage can differ from one another in terms of their dimensions from the storage elements which form the second storage stage.
  • the bearing elements forming the first bearing stage can be made longer in the direction of movement of the linearly movable part of the linear drive than the bearing elements forming the second bearing stage, so that the linear drive is only supported by the bearing elements of higher elasticity when the submarine is creeping, which creates an acoustic decoupling of the linear drive guaranteed by the boat structure.
  • the linear drive is moved so far in the direction of the stiffer elastomer elements that it finally comes into contact with them, the greater stiffness or lower elasticity of this mounting element enabling the rudder forces to be transferred to the rudder.
  • the storage elements of the storage device are advantageously formed from elastomer elements. These are elements which, in the simplest case, are made entirely from an elastomer and preferably from rubber.
  • elastomer elements in the context of the invention are also to be understood as those elements that have a multilayer structure, layers of an elastomer and metallic layers preferably being arranged one above the other in alternating order in the direction of movement of the linearly movable part of the linear drive.
  • the linear drive can be moved to a certain extent at least in the direction of movement of its linearly movable part.
  • at least one stop is expediently provided which limits the movement path of the linear drive relative to the boat structure in the direction of the movement direction of the linearly movable part of the linear drive.
  • the submarine according to the invention preferably has several such stops, preferably of metallic design, which can be arranged in a particularly space-saving manner within the storage device.
  • the linear drive is surrounded on the outside by a drive housing rigidly connected to the boat structure, on which the bearing device is supported in the direction of movement of the linearly movable part of the linear drive.
  • This drive housing is particularly advantageously connected to the pressure hull of the submarine, it forming a pressure hull lead-through for a push rod connected to the linearly movable part of the linear drive, which is coupled outside of the pressure hull to the rudder to be controlled.
  • the drive housing is expediently at least partially, i. H. designed pressure-tight at least in an area located outside the pressure body.
  • the storage device preferably has a plurality of storage elements that are spaced apart from one another around the circumference of the linear drive.
  • the bearing device is preferably annular in shape, similar to an axial roller bearing, with several elastomer elements being supported as bearing elements in a type of cage between an annular contact surface connected to the boat structure and an annular contact surface connected to the linear drive.
  • at least one stop element is particularly advantageously arranged between adjacent bearing elements.
  • the storage device expediently has two elastic bearings spaced apart from one another in the direction of movement of the linearly movable part of the linear drive.
  • the distance between these two elastic bearings is as large as possible and advantageously selected so that the center of gravity of the linear drive is essentially in the middle between the two elastic bearings.
  • a radially outwardly directed annular collar is preferably formed on the outer circumference of a motor housing of the linear drive, ie on the outer housing of the electric servomotor, a first elastic bearing between this annular collar and a contact surface formed on the drive housing is arranged.
  • the contact surface formed on the drive housing can be formed in a simple manner in terms of design and manufacturing technology by a wall of the drive housing which delimits the drive housing at the end in the area of the electric servomotor.
  • a housing that surrounds the linearly movable part of the linear drive radially on the outside is connected to the motor housing.
  • This housing preferably forms part of an anti-rotation device for the linearly movable part of the linear drive.
  • a radially outwardly directed annular collar is preferably formed, between which and a contact surface formed on the drive housing a second elastic bearing of the bearing device is arranged.
  • the contact surface formed on the drive housing is preferably formed by a sleeve with an annular collar formed on the end face, the annular collar serving as a contact surface.
  • both the annular collar preferably formed on the motor housing and the annular collar preferably formed on the housing surrounding the linearly movable part of the linear drive are expediently each on one outer side with several stiffened around the circumference of the ring collar arranged ribs.
  • the ribs are typically formed on the side of the annular collar facing away from the elastic bearing.
  • the in Fig. 5 Submarine 100 shown is a military submarine.
  • This submarine 100 has four oars 120 arranged in the form of a St. Andrew's cross at the stern, of which in Fig. 5 only two oars 120 can be seen.
  • Each of these rudders 120 can be controlled by means of a rudder system 140.
  • the Figs. 1-4 show a linear drive 2 of a steering system 140 of the submarine 100.
  • This linear drive 2 has an electric servomotor 4 in the form of a synchronous torque motor.
  • a rotor 6 of the servomotor 4 is rotatably connected to a spindle nut 8 of a planetary roller drive.
  • the rotor 6 is designed as a hollow cylinder.
  • a planetary roller spindle 10 of the planetary roller drive which is guided through the spindle nut 8 and there is coupled in movement to it, engages in the interior of the rotor 6.
  • the planetary roller spindle 10 is connected to a push rod 14 via a coupling device 12.
  • the push rod 14 is part of an articulated linkage via which the linear drive 2 is connected to a rudder 120 of the submarine 100.
  • the spindle nut 8 of the planetary roller drive rotates with it, as a result of which the planetary roller spindle 10 and the push rod 14 are set in a translational movement along a central axis A of the planetary roller spindle 10.
  • the planetary roller spindle 10 forms a linearly movable part of the linear drive 2.
  • a substantially tubular housing 20 is flanged onto an end face 16 of a motor housing 18 of the servomotor 4, on which the planetary roller spindle 10 is led out of the servomotor 4.
  • the housing 20 forms a linear guide for the coupling device 12, which is slidably mounted in the housing 20.
  • the housing 20 forms an anti-twist device for the planetary roller spindle 10.
  • the linear drive 2 of the steering system 140 of the submarine 100 consisting of the servomotor 4 and the planetary roller drive, is almost completely arranged in a drive housing 22, with only a comparatively short end section of the motor housing 18 protruding from the drive housing 22.
  • a housing part 24 is attached to this end section, in which a device 26 for displaying the rudder position, components of an emergency drive for the steering gear 140 and a brake for the linear drive 2 of the steering gear 140 are arranged.
  • the drive housing 22 is designed in two parts and has a first, internally hollow-cylindrical housing part 28, which is closed at one end 30, an opening 32 being formed on this end 30, at which the end section of the motor housing 18 protrudes from the drive housing 22. In the longitudinal extension of the housing part 28, this is followed by a housing part 34 of the drive housing 22, in which the housing 20 connected to the motor housing 18 is arranged.
  • the drive housing 22 is guided through the wall of the pressure hull of the submarine 100 and thus forms a pressure hull feed-through for the push rod 14.
  • the linear drive 2 is elastically mounted in a mounting device in the direction of movement of the planetary roller spindle 10.
  • This mounting device has a first elastic bearing 36 which is arranged in the housing part 28 of the drive housing 22 and a second elastic bearing 38 which is arranged in the housing part 34 of the drive housing 22.
  • annular collar 40 extending radially outward is formed at a comparatively small axial distance from the wall of the drive housing 22 forming the end face 30. Together with the wall of the drive housing 22 that forms the end face 30, the annular collar 40 forms a bearing cage of the first elastic bearing 36.
  • a sleeve 42 is fastened with an annular collar 44 formed thereon.
  • the annular collar 44 points radially in the direction of the center of the housing part 34, the inside of the annular collar 44 being spaced apart from the housing 20.
  • a radially outwardly directed annular collar 46 is formed on the outer circumference of the housing 20. This annular collar 46, together with the annular collar 44 of the sleeve 42, forms a bearing cage of the second elastic bearing 38.
  • the second elastic bearing 38 has ten elastic bearing elements 48, each of which is a cylindrical elastomer element. These bearing elements 48 are each supported between the annular collar 46 formed on the housing 20 and the annular collar 44 formed on the sleeve 42 in the direction of movement of the planetary roller spindle 10, being spaced apart from one another in the circumferential direction of the housing 20.
  • the storage elements 48 In order to equip the bearing 38 with two storage levels of different elasticity, the storage elements 48 have a different elasticity, ie there are several storage elements 48 with a comparatively high identical elasticity to form a first storage level and several storage elements 48 with a lower identical compared to the first-mentioned storage elements 48 Provided elasticity to form the second storage stage.
  • At least one stop 50 is arranged between adjacent storage elements 48.
  • the stops 50 serve to absorb any shock forces that may occur.
  • the stops 50 are each formed in two parts, a stop part 52 being arranged on the side of the ring collar 44 facing the ring collar 46 and a stop part 54 being arranged on the side of the ring collar 46 facing the ring collar 44.
  • the stop parts 52 and 54 of the individual stops 50 are arranged directly opposite one another at a small distance in the direction of movement of the planetary roller spindle.
  • the first elastic bearing 36 corresponds to the second elastic bearing 38 with regard to the arrangement of the bearing elements 48, which are supported in the bearing 36 between the annular collar 40 and the wall forming the end face 30 of the drive housing 22.
  • the first elastic bearing 36 is also in each case at least one stop is arranged.
  • the stops 56 arranged in the first elastic bearing 36 however differ from the stops 50 used in the second elastic bearing 38 in that they are designed in one piece, being formed on the inner wall of the drive housing 22 and extending from the end face 30 of the Drive housing 22 forming wall to form a free gap 58 in the direction of the annular collar 40 extend.
  • the annular collar 40 formed on the motor housing 18, the annular collar 46 formed on the housing 20 and the annular collar 44 of the sleeve 42 are acted upon by the rudder force.
  • the annular collars 40, 44 and 46 are each reinforced with ribs.
  • several ribs 60 arranged around the motor housing 18 are formed on the annular collar 40 on the side of the annular collar 40 facing away from the bearing elements 48 of the first elastic bearing 36.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Description

  • Die Anmeldung betrifft ein Unterseeboot mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
  • Neben hydraulischen Ruderanlagen, bei denen der Kolben einer Kolben-Zylinder-Anordnung mit zumindest einem Ruder bewegungsgekoppelt ist, zählen bei Unterseebooten auch Ruderanlagen mit einem elektrischen Stellmotor zum Stand der Technik. Eine solche Ruderanlage ist beispielsweise in DE 10 2010 015 665 A1 beschrieben. Bei dieser Ruderanlage ist der Rotor des elektrischen Stellmotors direkt mit einem drehbaren Teil eines Spindeltriebs bewegungsgekoppelt, während der linear bewegbare Teil des Spindeltriebs starr mit einer Schubstange eines Gelenkgestänges zur Bewegungssteuerung eines Ruders der Ruderanlage verbunden ist.
  • Um den bei militärischen Unterseebooten bestehenden hohen Anforderungen hinsichtlich der Vermeidung von Schallemissionen gerecht zu werden, wird in DE 10 2010 015 665 A1 die Verwendung eines rippelkraftfreien Torquemotors als Stellmotor und eines Planetenrollentriebs als Spindeltrieb vorgeschlagen. Allerdings hat sich gezeigt, dass diese Maßnahme allein nicht ausreichend ist, die von elektrisch betriebenen Ruderanlagen verursachten Geräusche auf ein bei Schleichfahrt des Unterseeboots wünschenswertes Maß zu verringern.
  • Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Unterseeboot mit mindestens einer Ruderanlage zu schaffen, die gegenüber den bislang in Unterseebooten eingesetzten Ruderanlagen deutlich geringere Schallemissionen verursacht.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Unterseeboot mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Unterseeboots ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie der Zeichnung. Hierbei können die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale jeweils für sich aber auch in geeigneter Kombination miteinander die erfindungsgemäße Lösung nach Anspruch 1 weiter ausgestalten.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Unterseeboot handelt es sich bevorzugt um ein militärisches Unterseeboot. Dieses Unterseeboot weist mindestens eine Ruderanlage mit einem Linearantrieb auf. Der Linearantrieb ist als ein elektrisch betriebener Linearantrieb ausgebildet und weist einen elektrischen Stellmotor und einen damit bewegungsgekoppelten Spindeltrieb auf. Dieser Spindeltrieb steht gegebenenfalls direkt, vorzugsweise aber über ein Gelenkgestänge mit einem Ruder des Unterseeboots in Wirkverbindung. Das Ruder kann prinzipiell ein beliebiges Ruder, beispielsweise ein Seitenruder, ein Tiefenruder oder ein kombiniertes Seiten- und Tiefenruder des Unterseeboots sein. Der Linearantrieb ist bevorzugt im Druckkörper des Unterseeboots angeordnet, kann aber bei entsprechender Druckkapselung auch außerhalb des Druckkörpers angeordnet sein. Zur Bewegungskopplung des Stellmotors mit dem Spindeltrieb ist bevorzugt eine Spindelmutter des Spindeltriebs drehbeweglich mit einer Motorwelle des Stellmotors verbunden. Die Spindel des Spindeltriebs bildet in diesem Fall einen linear bewegbaren Teil des Linearantriebs. Alternativ zu dieser Bewegungskopplung des Stellmotors mit dem Spindeltrieb besteht auch die Möglichkeit, die Spindel des Spindeltriebs drehbeweglich mit der Motorwelle des Stellmotors zu verbinden, wobei dann die Spindelmutter des Spindeltriebs den linear bewegbaren Teil des Linearantriebs bildet.
  • Die Grundidee der Erfindung besteht darin, den Linearantrieb der Ruderanlage in einer Lagerungseinrichtung gegenüber der Bootsstruktur, unter der ein in starrer Verbindung mit dem Druckkörper des Unterseeboots stehender Teil des Unterseeboots zu verstehen ist, zumindest in Bewegungsrichtung des linear bewegbaren Teils des Linearantriebs elastisch zu lagern. Es ist demnach erfindungsgemäß vorgesehen, dass sich der Linearantrieb nicht direkt sondern über die elastisch ausgebildete Lagerungseinrichtung gegenüber der Bootsstruktur abstützt. Da der linear bewegbare Teil des Linearantriebs sowohl vor als auch zurückbewegt werden kann, ist unter der Bewegungsrichtung des linear bewegbaren Teils typischerweise eine erste Bewegungsrichtung und eine hierzu entgegengesetzte zweite Bewegungsrichtung zu verstehen. Mit der elastischen Lagerung des Linearantriebs wird das Ziel verfolgt, den Linearantrieb hierüber zumindest während der Schleichfahrt des Unterseeboots, d. h. bei Fahrt in einem unteren Geschwindigkeitsbereich, akustisch von der Bootsstruktur des Unterseeboots zu entkoppeln, sodass günstigstenfalls kein Körperschall von dem Linearantrieb auf die Bootsstruktur und von dort in die Außenumgebung des Unterseeboots übertragen wird. Die Lagerungseinrichtung ist hierbei typischerweise so ausgelegt, dass die zur Steuerung des Ruders erforderliche Ruderkraft, die bei Schleichfahrt des Unterseeboots vergleichsweise gering ist, von dem linear beweglichen Teil des Linearantriebs auf das Ruder übertragen werden kann.
  • Aufgrund der elastischen Lagerung des Linearantriebs führt eine von dem Linearantrieb erzeugte Ruderkraft zwangsläufig in der Lagerungseinrichtung zu einer gewissen Bewegung des Linearantriebs in Bewegungsrichtung seines linear bewegbaren Teils. In Anhängigkeit von der Elastizität der Lagerungseinrichtung und dem Maß der von dem Linearantrieb zu erzeugenden Ruderkraft kann dies dann, wenn größere Ruderkräfte als bei Schleichfahrt erforderlich sind, zur Folge haben, dass diese Ruderkräfte nicht mehr auf das Ruder übertragen werden können. Um dies zu verhindern, d. h. um auch die bei Fahrt in einem höheren Geschwindigkeitsbereich des Unterseeboots, wie beispielsweise bei der Überwasserfahrt erforderlichen Ruderkräfte von dem linear bewegbaren Teil des Linearantriebs auf das Ruder übertragen zu können, ist vorteilhafterweise vorgesehen, die Lagerungseinrichtung mehrstufig auszubilden, sodass sie zumindest zwei Lagerungsstufen aufweist, von denen eine erste Lagerungsstufe eine höhere Elastizität als eine zweite Lagerungsstufe aufweist. Hierbei dient die erste Lagerungsstufe zur Übertragung der Ruderkräfte bei Schleichfahrt des Unterseeboots, wobei die dann höhere Elastizität die akustische Entkopplung des Linearantriebs von der Bootsstruktur und gleichzeitig die Übertragung der in diesem Fall vergleichsweise geringen Ruderkräfte gewährleistet. Die zweite Lagerungsstufe ist zur Übertragung der Ruderkräfte bei einer Fahrt des Unterseeboots in einem höheren Geschwindigkeitsbereich als bei Schleichfahrt vorgesehen, wobei die dann zur Wirkung kommende geringere Elastizität der Lagerungseinrichtung die Kraftübertragung von dem Linearantrieb aus das Ruder gewährleistet. Hierbei besteht gegebenenfalls keine akustische Entkopplung des Linearantriebs von der Bootsstruktur, was aber in von der Schleichfahrt abweichenden Fahrsituationen eine geringere bzw. gar keine Bedeutung hat.
  • Zur mehrstufigen Ausgestaltung der Lagerungseinrichtung ist diese vorteilhaft mit Lagerungselementen unterschiedlicher Elastizität ausgestattet. In diesem Zusammenhang ist vorgesehen, dass die Lagerungsvorrichtung mindestens ein und vorzugsweise mehrere Lagerungselemente aufweist, welche die zur akustischen Entkopplung des Linearantriebs von der Bootsstruktur bei Schleichfahrt vorgesehene erste Lagerungsstufe bilden und mindestens ein und bevorzugt mehrere Lagerungselemente aufweist, welche gegenüber den die erste Lagerungsstufe bildenden Lagerungselementen eine geringere Elastizität aufweisen, um auf diese Weise eine Übertragung der Ruderkräfte bei Fahrgeschwindigkeiten des Unterseeboots oberhalb der Fahrgeschwindigkeit bei Schleichfahrt zu ermöglichen. Letztgenannte Lagerungselemente bilden somit die zweite Lagerungsstufe. Darüber hinaus können sich die Lagerungselemente, welche die erste Lagerungsstufe bilden, von den die zweite Lagerungsstufe bildenden Lagerungselementen hinsichtlich ihrer Abmessungen voneinander unterscheiden. So können die die erste Lagerungsstufe bildenden Lagerungselemente in Richtung der Bewegungsrichtung des linear bewegbaren Teils des Linearantriebs länger als die die zweite Lagerungsstufe bildenden Lagerungselemente ausgebildet sein, so dass sich der Linearantrieb bei Schleichfahrt des Unterseeboots nur über die Lagerungselemente höherer Elastizität abstützt, was eine akustische Entkopplung des Linearantriebs von der Bootsstruktur gewährleistet. Bei größeren Ruderkräften als bei Schleichfahrt des Unterseeboots wird der Linearantrieb soweit in Richtung der steiferen Elastomerelemente bewegt, dass er schließlich an ihnen zur Anlage kommt, wobei die größere Steifheit bzw. geringere Elastizität dieser Lagerungselement die Übertragung der Ruderkräfte auf das Ruder ermöglicht.
  • Die Lagerungselemente der Lagerungseinrichtung werden vorteilhaft von Elastomerelementen gebildet. Hierbei handelt es sich um solche Elemente, welche im einfachsten Fall vollständig aus einem Elastomer und vorzugsweise aus Gummi ausgebildet sind. Daneben sind aber unter Elastomerelementen im Sinne der Erfindung auch solche Elemente zu verstehen, die mehrschichtig aufgebaut sind, wobei Schichten aus einem Elastomer und metallische Schichten vorzugsweise in Bewegungsrichtung des linear bewegbaren Teils des Linearantriebs in abwechselnder Reihenfolge übereinander angeordnet sind.
  • Wie bereits erwähnt, ist der Linearantrieb aufgrund seiner elastischen Lagerung zumindest in Bewegungsrichtung seines linear bewegbaren Teils in einem gewissen Maße bewegbar. Insbesondere für den Fall, dass das Unterseeboot einer Schockbeanspruchung ausgesetzt ist, ist zweckmäßigerweise zumindest ein Anschlag vorgesehen, welcher den Bewegungsweg des Linearantriebs relativ zu der Bootsstruktur in Richtung der Bewegungsrichtung des linear bewegbaren Teils des Linearantriebs begrenzt. Bevorzugt weist das erfindungsgemäße Unterseeboot mehrere solcher vorzugsweise metallisch ausgebildeter Anschläge auf, die besonders raumsparend innerhalb der Lagerungseinrichtung angeordnet sein können.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Linearantrieb außenseitig von einem starr mit der Bootsstruktur verbundenen Antriebsgehäuse umgeben, an welchem sich die Lagerungseinrichtung in Bewegungsrichtung des linear bewegbaren Teils des Linearantriebs abstützt. Besonders vorteilhaft ist dieses Antriebsgehäuse mit dem Druckkörper des Unterseeboots verbunden, wobei es eine Druckkörperdurchführung für eine mit dem linear bewegbaren Teil des Linearantriebs verbundene Schubstange bildet, die außerhalb des Druckkörpers mit dem zu steuernden Ruder bewegungsgekoppelt ist. In diesem Fall ist das Antriebsgehäuse zweckmäßigerweise zumindest teilweise, d. h. zumindest in einem außerhalb des Druckkörpers befindlichen Bereich druckdicht ausgebildet.
  • Bevorzugt weist die Lagerungseinrichtung mehrere um den Umfang des Linearantriebs voneinander beabstandet verteilte Lagerungselemente auf. Demzufolge ist die Lagerungseinrichtung vorzugsweise ähnlich einem Axial-Wälzlager ringförmig ausgebildet, wobei sich in einer Art Käfig zwischen einer mit der Bootsstruktur verbundenen ringförmigen Anlagefläche und einer mit dem Linearantrieb verbundenen ringförmigen Anlagefläche mehrere Elastomerelemente als Lagerungselemente abstützen. Besonders vorteilhaft ist hierbei zwischen benachbarten Lagerungselementen jeweils zumindest ein Anschlagelement angeordnet.
  • Die Lagerungseinrichtung weist zweckmäßigerweise zwei in Bewegungsrichtung des linear bewegbaren Teils des Linearantriebs voneinander beanstandete elastische Lager auf. Der Abstand dieser beiden elastischen Lager ist möglichst groß und vorteilhaft so gewählt, dass sich der Schwerpunkt des Linearantriebs im Wesentlichen in der Mitte zwischen den beiden elastischen Lagern befindet.
  • Bei der bevorzugten Verwendung eines den Linearantrieb außenseitig umgebenden Antriebsgehäuses ist vorzugsweise an dem Außenumfang eines Motorgehäuses des Linearantriebs, d. h. an dem Außengehäuse des elektrischen Stellmotors ein radial nach außen gerichteter Ringkragen ausgebildet, wobei zwischen diesem Ringkragen und einer an dem Antriebsgehäuse ausgebildeten Anlagefläche ein erstes elastisches Lager angeordnet ist. Die an dem Antriebsgehäuse ausgebildete Anlagefläche kann hierbei konstruktiv und herstellungstechnisch einfach von einer Wandung des Antriebsgehäuses gebildet werden, die das Antriebsgehäuse im Bereich des elektrischen Stellmotors stirnseitig begrenzt.
  • Vor allem im Zusammenhang mit der Verwendung eines den Linearantrieb außenseitig umgebenden Antriebsgehäuses ist weiter vorteilhaft vorgesehen, dass sich an das Motorgehäuse ein den linear bewegbaren Teil des Linearantriebs radial außenseitig umgebendes Gehäuse anschließt. Dieses Gehäuse bildet bevorzugt einen Teil einer Verdrehsicherung für den linear bewegbaren Teil des Linearantriebs. An dem Außenumfang dieses Gehäuses ist vorzugsweise ein radial nach außen gerichteter Ringkragen ausgebildet, zwischen dem und einer an dem Antriebsgehäuse ausgebildeten Anlagefläche ein zweites elastisches Lager der Lagerungseinrichtung angeordnet ist. Die an dem Antriebsgehäuse ausgebildete Anlagefläche wird bevorzugt von einer Hülse mit einem daran stirnseitig ausgebildeten Ringkragen gebildet, wobei der Ringkragen als Anlagefläche dient.
  • Um eine ausreichend steife Abstützung des Linearantriebs an dem Antriebsgehäuse sicherzustellen und insbesondere um einer Schockbeanspruchung standzuhalten, ist zweckmäßigerweise sowohl der bevorzugt an dem Motorgehäuse ausgebildete Ringkragen als auch der vorzugsweise an dem den linear bewegbaren Teil des Linearantriebs umgebenden Gehäuse ausgebildete Ringkragen jeweils an einer Außenseite mit mehreren um den Umfang des Ringkragens verteilt angeordneten Rippen versteift. Hierbei sind die Rippen typischerweise an der von dem elastischen Lager abgewandten Seite des Ringkragens ausgebildet.
  • Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt jeweils schematisch vereinfacht und in unterschiedlichen Maßstäben:
    • Fig. 1 in einer Frontansicht ein in dem Druckkörper eines Unterseeboots angeordnetes Ende eines Linearantriebs einer Ruderanlage,
    • Fig. 2 den Linearantrieb nach Fig. 1 in einem Längsschnitt entlang der Schnittlinie II-II in Fig. 1,
    • Fig. 3 einen Teil einer Schnittansicht entlang der Schnittlinie III-III in Fig. 1,
    • Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie IV-IV in Fig. 4 und
    • Fig. 5 in einer Prinzipskizze ein Unterseeboot.
  • Bei dem in Fig. 5 dargestellten Unterseeboot 100 handelt es sich um ein militärisches Unterseeboot. Dieses Unterseeboot 100 weist heckseitig vier in Form eines Andreaskreuzes angeordnete Ruder 120 auf, von denen in Fig. 5 nur zwei Ruder 120 erkennbar sind. Jedes dieser Ruder 120 ist mittels einer Ruderanlage 140 steuerbar.
  • Die Fig. 1 - 4 zeigen einen Linearantrieb 2 einer Ruderanlage 140 des Unterseeboots 100. Dieser Linearantrieb 2 weist einen elektrischen Stellmotor 4 in Form eines Synchron-TorqueMotors auf. Ein Rotor 6 des Stellmotors 4 ist drehbeweglich mit einer Spindelmutter 8 eines Planetenrollentriebs verbunden. Der Rotor 6 ist hohlzylindrisch ausgebildet. In das Innere des Rotors 6 greift eine durch die Spindelmutter 8 geführte und dort mit dieser bewegungsgekoppelte Planetenrollenspindel 10 des Planetenrollentriebs ein. An ihrem außerhalb des Stellmotors 4 angeordneten Ende ist die Planetenrollenspindel 10 über eine Kupplungsvorrichtung 12 mit einer Schubstange 14 verbunden. Die Schubstange 14 ist Teil eines Gelenkgestänges, über welches der Linearantrieb 2 mit einem Ruder 120 des Unterseeboots 100 verbunden ist. Bei einer Betätigung des Stellmotors 4 dreht sich die Spindelmutter 8 des Planetenrollentriebs mit, wodurch die Planetenrollenspindel 10 und die Schubstange 14 in eine translatorische Bewegung entlang einer Mittelachse A der Planetenrollenspindel 10 versetzt werden. Insofern bildet die Planetenrollenspindel 10 einen linear bewegbaren Teil des Linearantriebs 2.
  • An einer Stirnseite 16 eines Motorgehäuses 18 des Stellmotors 4, an welcher die Planetenrollenspindel 10 aus dem Stellmotor 4 herausgeführt ist, ist ein im Wesentlichen rohrförmiges Gehäuse 20 angeflanscht. Das Gehäuse 20 bildet eine Linearführung für die Kupplungsvorrichtung 12, welche in dem Gehäuse 20 gleitend gelagert ist. Darüber hinaus bildet das Gehäuse 20 eine Verdrehsicherung für die Planetenrollenspindel 10.
  • Der aus dem Stellmotor 4 und dem Planetenrollentrieb bestehende Linearantrieb 2 der Ruderanlage 140 des Unterseeboots 100 ist nahezu vollständig in einem Antriebsgehäuse 22 angeordnet, wobei lediglich ein vergleichsweise kurzer Endabschnitt des Motorgehäuses 18 aus dem Antriebsgehäuse 22 herausragt. An diesem Endabschnitt ist ein Gehäuseteil 24 befestigt, in dem eine Einrichtung 26 zur Ruderlageanzeige, Komponenten eines Notantriebs für die Ruderanlage 140 und eine Bremse für den Linearantrieb 2 der Ruderanlage 140 angeordnet sind.
  • Das Antriebsgehäuse 22 ist zweiteilig ausgebildet und weist ein erstes, innen hohlzylindrisch ausgebildetes Gehäuseteil 28 auf, welches an einer Stirnseite 30 verschlossen ist, wobei an dieser Stirnseite 30 eine Durchbrechung 32 ausgebildet ist, an welcher der Endabschnitt des Motorgehäuses 18 aus dem Antriebsgehäuse 22 herausragt. In Längsverlängerung des Gehäuseteils 28 schließt sich an dieses ein Gehäuseteil 34 des Antriebsgehäuses 22 an, in welchem das mit dem Motorgehäuse 18 verbundene Gehäuse 20 angeordnet ist. Das Antriebsgehäuse 22 ist durch die Wandung des Druckkörpers des Unterseeboots 100 geführt und bildet so eine Druckkörperdurchführung für die Schubstange 14.
  • In dem Antriebsgehäuse 22 ist der Linearantrieb 2 in Bewegungsrichtung der Planetenrollenspindel 10 in einer Lagerungseinrichtung elastisch gelagert. Diese Lagerungseinrichtung weist ein erstes elastisches Lager 36 auf, welches in dem Gehäuseteil 28 des Antriebsgehäuses 22 angeordnet ist und ein zweites elastisches Lager 38 auf, welches in dem Gehäuseteil 34 des Antriebsgehäuses 22 angeordnet ist.
  • An dem Außenumfang des Motorgehäuses 18 des Stellmotors 4 ist in vergleichsweise geringem axialen Abstand von der die Stirnseite 30 bildenden Wandung des Antriebsgehäuses 22 ein sich radial nach außen erstreckender Ringkragen 40 ausgebildet. Zusammen mit der die Stirnseite 30 bildenden Wandung des Antriebsgehäuses 22 bildet der Ringkragen 40 einen Lagerkäfig des ersten elastischen Lagers 36.
  • An der Innenseite des Gehäuseteils 34 des Antriebsgehäuses 22 ist eine Hülse 42 mit einem daran stirnseitig ausgebildeten Ringkragen 44 befestigt. Der Ringkragen 44 weist radial in Richtung der Mitte des Gehäuseteils 34, wobei die Innenseite des Ringkragens 44 von dem Gehäuse 20 beabstandet ist. In vergleichsweise geringem Abstand von dem Ringkragen 44 ist an dem Außenumfang des Gehäuses 20 ein radial nach außen gerichteter Ringkragen 46 ausgebildet. Dieser Ringkragen 46 bildet zusammen mit dem Ringkragen 44 der Hülse 42 einen Lagerkäfig des zweiten elastischen Lagers 38.
  • Wie insbesondere aus Fig. 4 deutlich wird, weist das zweite elastische Lager 38 zehn elastische Lagerungselemente 48 auf, bei denen es sich jeweils um zylindrisch ausgebildete Elastomerelemente handelt. Diese Lagerungselemente 48 stützen sich jeweils zwischen dem an dem Gehäuse 20 ausgebildeten Ringkragen 46 und dem an der Hülse 42 ausgebildeten Ringkragen 44 in Richtung der Bewegungsrichtung der Planetenrollenspindel 10 ab, wobei sie voneinander in Umfangsrichtung des Gehäuses 20 beanstandet sind. Um das Lager 38 mit zwei Lagerungsstufen unterschiedlicher Elastizität auszustatten, weisen die Lagerungselemente 48 eine unterschiedliche Elastizität auf, d. h. es sind mehrere Lagerungselemente 48 mit einer vergleichsweise hohen identischen Elastizität zur Bildung einer ersten Lagerungsstufe und mehrere Lagerungselemente 48 mit einer gegenüber den erstgenannten Lagerungselementen 48 geringeren identischen Elastizität zur Bildung der zweiten Lagerungsstufe vorgesehen.
  • Zwischen benachbarten Lagerungselementen 48 ist jeweils zumindest ein Anschlag 50 angeordnet. Die Anschläge 50 dienen dazu, gegebenenfalls auftretende Schockkräfte aufzufangen. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, dass die Anschläge 50 jeweils zweiteilig ausgebildet sind, wobei an der dem Ringkragen 46 zugewandten Seite des Ringkragens 44 ein Anschlagteil 52 und an der dem Ringkragen 44 zugewandten Seite des Ringkragens 46 ein Anschlagteil 54 angeordnet ist. Die Anschlagteile 52 und 54 der einzelnen Anschläge 50 sind einander mit geringem Abstand in Bewegungsrichtung der Planetenrollenspindel direkt gegenüberliegend angeordnet.
  • Das erste elastische Lager 36 entspricht hinsichtlich der Anordnung der Lagerungselemente 48, die sich bei dem Lager 36 zwischen dem Ringkragen 40 und der die Stirnseite 30 des Antriebsgehäuses 22 bildenden Wandung abstützen, dem zweiten elastischen Lager 38. Auch bei dem ersten elastischen Lager 36 ist jeweils zumindest ein Anschlag angeordnet. Die in dem ersten elastischen Lager 36 angeordneten Anschläge 56 (Fig. 3) unterscheiden sich allerdings von den in dem zweiten elastischen Lager 38 eingesetzten Anschlägen 50 dahingehend, dass sie einteilig ausgebildet ist, wobei sie an der Innenwandung des Antriebsgehäuses 22 ausgebildet sind und sich von der die Stirnseite 30 des Antriebsgehäuses 22 bildenden Wandung unter Bildung eines freien Spaltes 58 in Richtung des Ringkragens 40 erstrecken.
  • Bei der Steuerung des Ruders des Unterseeboots durch den Linearantrieb 2 der Ruderanlage werden der an dem Motorgehäuse 18 ausgebildete Ringkragen 40, der an dem Gehäuse 20 ausgebildete Ringkragen 46 und der Ringkragen 44 der Hülse 42 von der Ruderkraft druckbeaufschlagt. Um dieser Druckbeaufschlagung standhalten zu können, sind die Ringkragen 40, 44 und 46 jeweils mit Rippen versteift. So sind an dem Ringkragen 40 an der von den Lagerungselementen 48 des ersten elastischen Lagers 36 abgewandten Seite des Ringkragens 40 mehrere um das Motorgehäuse 18 herum angeordnete Rippen 60 ausgebildet. An dem Ringkragen 44 sind im Inneren der Hülse 42 um deren Innenumfang herum mehrere Rippen 62 ausgebildet, während an dem Ringkragen 46 an der von den Lagerungselementen 48 des zweiten elastischen Lagers 38 abgewandten Seite des Ringkragens 46 um das Gehäuse 20 herum mehrere Rippen 64 ausgebildet sind
    • Bezugszeichenliste
    • 2
    Linearantrieb
    4
    Stellmotor
    6
    Rotor
    8
    Spindelmutter
    10
    Planetenrollenspindel
    12
    Kupplungsvorrichtung
    14
    Schubstange
    16
    Stirnseite
    18
    Motorgehäuse
    20
    Gehäuse
    22
    Antriebsgehäuse
    24
    Gehäuseteil
    26
    Einrichtung
    28
    Gehäuseteil
    30
    Stirnseite
    32
    Durchbrechung
    34
    Gehäuseteil
    36
    Lager
    38
    Lager
    40
    Ringkragen
    42
    Hülse
    44
    Ringkragen
    46
    Ringkragen
    48
    Lagerungselement
    50
    Anschlag
    52
    Anschlagsteil
    54
    Anschlagsteil
    56
    Anschlag
    58
    Spalt
    60
    Rippen
    62
    Rippen
    64
    Rippen
    100
    Unterseeboot
    120
    Ruder
    140
    Ruderanlage
    A
    Mittelachse

Claims (10)

  1. Unterseeboot (100) mit mindestens einer Ruderanlage (140), welche einen Linearantrieb (2) mit einem elektrischen Stellmotor (4) und einem damit bewegungsverbundenen und über ein Gestänge mit einem Ruder (120) in Wirkverbindung stehenden Spindeltrieb aufweist, wobei der Linearantrieb (2) in einer Lagerungseinrichtung gegenüber der Bootsstruktur zumindest in Bewegungsrichtung eines linear bewegbaren Teils des Linearantriebs (2) elastisch gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Anschlag (50, 56) vorgesehen ist, welcher einen Bewegungsweg des Linearantriebs (2) relativ zu der Bootsstruktur in Richtung der Bewegungsrichtung des linear bewegbaren Teils des Linearantriebs (2) begrenzt.
  2. Unterseeboot (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerungseinrichtung mehrstufig ausgebildet ist, mit zumindest einer ersten Lagerungsstufe, welche eine höhere Elastizität als eine zweite Lagerungsstufe aufweist.
  3. Unterseeboot (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerungseinrichtung elastische Lagerungselemente (48) mit unterschiedlicher Elastizität aufweist.
  4. Unterseeboot (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerungselemente (48) von Elastomerelementen gebildet werden.
  5. Unterseeboot (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearantrieb (2) radial außenseitig von einem starr mit der Bootsstruktur verbundenen Antriebsgehäuse (22) umgeben ist, in welchem sich die Lagerungseinrichtung in Bewegungsrichtung des linear bewegbaren Teils des Linearantriebs (2) abstützt.
  6. Unterseeboot (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerungseinrichtung mehrere um den Umfang des Linearantriebs (2) voneinander beabstandet verteilte Lagerungselemente (48) aufweist, wobei zwischen benachbarten Lagerungselementen (48) zumindest ein Anschlag (50, 56) angeordnet ist.
  7. Unterseeboot (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerungseinrichtung zwei in Bewegungsrichtung des linear bewegbaren Teils des Linearantriebs (2) voneinander beabstandete elastische Lager (36, 38) aufweist.
  8. Unterseeboot (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Außenumfang eines Motorgehäuses (18) des Linearantriebs (2) ein radial nach außen gerichteter Ringkragen (40) ausgebildet ist, wobei zwischen dem Ringkragen (40) und einer an dem Antriebsgehäuse (22) ausgebildeten Anlagefläche ein erstes elastisches Lager (36) angeordnet ist.
  9. Unterseeboot (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich an das Motorgehäuse (18) ein den linear bewegbaren Teil des Linearantriebs (2) radial außenseitig umgebendes Gehäuse (20) anschließt, an dessen Außenumfang ein radial nach außen gerichteter Ringkragen (46) ausgebildet ist, wobei zwischen dem Ringkragen (46) und einer an dem Antriebsgehäuse (22) ausgebildeten Anlagefläche ein zweites elastisches Lager (38) angeordnet ist.
  10. Unterseeboot (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der an dem Motorgehäuse (18) ausgebildete Ringkragen (40) als auch der an dem den linear bewegbaren Teil des Linearantriebs (2) umgebenden Gehäuse (20) ausgebildete Ringkragen (46) jeweils an einer Außenseite mit mehreren um den Umfang des Ringkragens (40, 46) verteilt angeordneten Rippen (60, 64) versteift ist.
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