Unterseeboot mit einem Drucklager zur Einkopplung der Vortriebskräfte aus der Antriebswelle in den Druckkörper

Die Erfindung betrifft ein Unterseeboot mit einem Drucklager, welches die durch den Propeller erzeugten Vortriebskräfte von der Welle aufnimmt und in den Druckkörper leitet.

Drucklager werden auch als Axiallager, Längslager oder Spurlager bezeichnet. Im Sinne der Erfindung dient ein Drucklager nicht lediglich zur Führung einer Welle, sondern dient auch zur Aufnahme von Kräften, die insbesondere entlang der Wellenachse gerichtet sind. Insbesondere bedeutet, dass es üblicherweise kleine Kraftanteile geben kann, die quer zur Achse der Welle auftreten, der größte Teil der Kraft (> 90 %, oft > 99 %) jedoch entlang der Achse der Welle laufen. Dieser Kraftvektor sorgt letztendlich für den Vortrieb des Unterseebootes.

Üblicherweise wird bei einem Unterseeboot eine Welle zentral mittig aus dem Druckkörper herausgeführt. Der Propeller erzeugt den Vortrieb. Die Kraft soll im Regelfall aber nicht auf den Motor und über den Motor auf das Unterseeboot übertragen werden, weshalb im Inneren des Druckkörpers ein Drucklager angeordnet ist, welches die Kräfte von der Welle aufnimmt und in die Schiffsstruktur umleitet.

Drucklager werden heute üblicherweise fest mit dem Boden verbunden, auf dem diese stehen. Die Kräfte werden somit über die Strukturen des Unterseebootes aufgenommen und primär nach unten in den Schiffskörper abgeleitet.

Nachteilig hierbei ist jedoch, dass durch die Verformung des Druckkörpers insbesondere bei großen Tauchtiefen es zu einer Lageänderung kommt, sodass Welle und Drucklager nicht mehr exakt parallel sind, sondern eine Verkippung auftritt. Dieses führt wiederum dazu, dass der Verschleiß im Drucklager erhöht ist. Weiter sinkt hierdurch die Betriebssicherheit.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein möglichst verschleißarmes und betriebssicheres Drucklager zur Verfügung zu stellen. Gelöst wird diese Aufgabe durch das Unterseeboot mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.

Das erfindungsgemäße Unterseeboot weist einen Druckkörper und ein Antriebssystem auf. Das Antriebssystem weist einen Motor, eine Welle und einen Propeller auf. Der im Inneren des Druckkörpers angeordnete Motor treibt die Welle an, auf der der Propeller sitzt. Durch die Drehung des Propellers wird der Vortrieb erzeugt. Die Welle ist durch den Druckkörper geführt. An dieser Stelle sitzt eine Dichtung, deren Hauptaufgabe es ist, dem Tauchdruck standzuhalten und zu verhindern, dass Wasser in den Druckkörper eindringen kann, die Welle aber gleichzeitig möglichst ungehindert rotieren kann. Daher ist diese Dichtung üblicherweise nicht dazu ausgebildet, Kräfte von der Welle aufzunehmen, welche durch den Vortrieb erzeugt werden und diese Kräfte dann in den Druckkörper zu leiten. Um diese Kräfte aufzunehmen wird die Welle im Inneren des Druckkörpers durch ein Drucklager geführt. Das Drucklager ist zur Abführung der durch den Propeller erzeugten Vortriebskraft auf das Unterseeboot ausgebildet. Neben dieser Primäraufgabe kann das Drucklager auch weitere Funktionalitäten haben.

Die Welle muss im Sinne der Erfindung nicht einstückig vom Motor bis zum Propeller ausgeführt sein. Vielmehr kann die Welle wie auch später in den Figuren gezeigt, beispielsweise eine erste Flanschverbindung zwischen Drucklager und Motor aufweisen. Ebenso kann die Welle wie ebenfalls später in den Figuren gezeigt, beispielsweise eine zweite Flanschverbindung zwischen dem Drucklager und dem Propeller, insbesondere zwischen dem Drucklager und der Dichtung im Druckkörper aufweisen.

Erfindungsgemäß ist das Drucklager mit dem Endboden des Druckkörpers verbunden ist. Durch diese Verbindung können die Vortriebskräfte sowie die Schwerkraft des Drucklagers auf den Endboden übertragen werden. Das Drucklager ist dabei unmittelbar, also direkt, und ausschließlich nur mit dem Endboden verbunden. Auf eine weitere Verbindung zu weiteren Schiffstrukturen wird absichtlich verzichtet. Es wird also nicht mehr mit dem Boden des Unterseebootes oder einem Deck verbunden. Dieses bedeutet, dass das Drucklager nicht mehr wie bisher einfach gemäß der Schwerkraft von unten gestützt wird, sondern es ist quasi seitlich am Endboden befestigt. Auf eine tragende Konstruktion zwischen dem Drucklager und dem unterhalb des Drucklagers befindlichen Deck oder der unten liegenden Unterseite des Druckkörpers wird vollständig verzichtet. Ebenso wenig ist das Drucklager an der darüber liegenden Oberseite des Druckkörpers aufgehängt.

Effekt hiervon ist, dass die Verformungen des Zylindermantels des Druckkörpers keinen direkten Einfluss auf das Drucklager in Bezug auf die Lage zur Welle haben. Der Endboden ist dabei der dem Propeller zugewandte Abschluss des Druckkörpers. Der Endboden ist üblicherweise gewölbt und vom Inneren gesehen konkav. Selbst wenn eine Verformung des Endbodens erfolgt ist diese üblicherweise symmetrisch zur Mittelachse, so dass durch die direkte Verbindung zwischen Endboden und Drucklager eben keine Verkippung des Drucklagers relativ zur Welle. Dadurch wird der Verschleiß deutlich reduziert.

Der Endboden ist beispielsweise halbkugelförmig. Ebenso kann der Endboden in Form eines Klöpperboden realisiert sein, wie diese zum Beispiel in der DIN 28011 beschrieben sind. Ein Klöpperboden weist zwei verschiedene Krümmungsradien auf, einen großen Radius im mittleren Bereich und im Randbereich einen um Faktor 10 geringeren Radius. Ebenso kann der Endboden beispielsweise als Korbbogenboden nach DIN 28013 oder als elliptisch geformte Endboden ausgeführt sein. Alle diesen Böden weisen eine Rotationssymmetrie auf, die dazu führt, dass Verformungen durch den Wasserdruck symmetrisch erfolgen. Die Welle des Propellers verläuft vorzugsweise entlang der Mittelachse des Druckkörpers. Das Drucklager ist vorzugsweise ebenfalls auf der Mittelachse angeordnet.

Als Mittelachse wird die Achse angesehen, um welche der Druckkörper rotationssymmetrisch aufgebaut ist. Da der Druckkörper bei Unterseebooten jedoch nicht zwingend in Form eines mathematischen Zylinders ausgebildet ist, ist die Mittelachse im Sinne der Erfindung aus der Sicht des Endbodens zu verstehen. Die Mittelachse ist die Rotationssymmetrieachse, um die der Endboden rotationssymmetrisch aufgebaut ist. Üblicherweise liegt die Welle auf der Mittelachse, welche die Rotationssymmetrieachse des Endbodens ist.

Dieses führt dazu, dass es zu keinem Verkippen des Drucklagers relativ zur Längsachse der Welle kommt, da die Ausrichtung zwischen Welle und Drucklager auch bei Verformung erhalten bleibt, wodurch Verschleiß minimiert wird.

Ein weiterer Effekt ist, dass so die gesamte Konstruktion sehr viel kleiner und leichter ausgeführt werden kann, da die Antriebskräfte nicht umgelenkt werden, sondern direkt entlang der Kraftwirkrichtung in den Endboden des Druckkörpers und somit über den Endboden in den gesamten Druckkörper und damit in die gesamte Schiffsstruktur eingeleitet werden können.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Drucklager über wenigstens vier Zugstäbe mit dem Endboden verbunden. Zwar müssen die Zugstäbe in Ruhe das Drucklager tragen, bei Fahrt sind die auftretenden Kräfte aber vorrangig in Richtung der Welle gerichtet, sodass eine hohe Belastung eben als Zug auftritt und hierdurch direkt und effizient in den Druckkörper eingeleitet werden können als über eine Anbindung des Drucklagers an das Deck oder den Boden des Unterseebootes.

Zugstab im Sinne der Verbindung ist eine Verbindung, welche insbesondere zur Aufnahme von Zugkräften und Druckkräften ausgelegt ist. Zugstäbe können insbesondere als Stäbe oder Rohre ausgeführt sein. Die Zugstäbe müssen aber natürlich nicht rund ausgeführt sein, sondern können auch einen eckigen Querschnitt aufweisen oder beispielsweise auch als Doppel-T-Träger ausgeführt sein. Die Zugstäbe können so ausgelegt oder verbunden sein, dass sie insbesondere zur von Momenten freien Aufnahme der Zug- und Druckkräfte ausgelegt sind. Der Zugstab kann dabei fest oder drehbeweglich mit dem Endboden verbunden sein. Der Zugstab kann auch beispielsweise als Augenstab ausgeführt sein.

Alternativ kann das Drucklager über einen Kegel, einen Kegelausschnitt oder über zwei oder mehr Kegelsegmente mit dem Endboden verbunden sein. Im Folgenden wird auf die Ausführungsform mit Zugstäben eingegangen. Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen lassen sich analog mit einem Kegel oder Kegelsegmenten realisieren. Ebenso können Zugstäbe und Kegelsegmente kombiniert werden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Zugstäbe drehbeweglich mit dem Drucklager verbunden. Beispielsweise und insbesondere sind die Zugstäbe über Zapfen am Drucklager drehbeweglich befestigt. Die Zapfen sind vorteilhafter Weise seitlich am Drucklager angeordnet, sodass eine Bewegung des Drucklagers innerhalb der vertikalen Mittelebene gegeben ist. Innerhalb der vertikalen Mittelebene liegt auch die Welle. Die vertikale Mittelebene ist somit die Ebene, welche bei Normallage des Unterseebootes senkrecht durch die Mitte des Unterseebootes und damit auch durch die Mitte der Wellen verläuft.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Zugstäbe auf einer kreisförmigen Bahn des Endbodens angeordnet. Vorzugsweise hat die kreisförmige Bahn ihren Mittelpunkt auf der Mittelachse des Druckkörpers. Damit erfolgt die Krafteinkopplung rotationssymmetrisch in den Endboden. Gerade durch die Anordnung auf einer Kreisbahn sind alle Verbindungsstellen rotationssymmetrischen angeordnet. Durch die rotationssymmetrische Form des Endbodens sind alle Verformungen des Endboden ebenfalls rotationssymmetrisch zu erwarten. Dadurch führt eine Verformung des Endbodens maximal zu einer Längsverschiebung des Drucklagers entlang der Wellenachse. Ein Verkippen zwischen der Welle und dem Drucklager, insbesondere den Lagerschalen des Drucklagers, und damit eine Erhöhung von Verschleiß tritt somit nicht auf.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Zugstäbe symmetrisch zur vertikalen Mittelebene angeordnet.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind wenigstens zwei Zugstäbe auf der horizontalen Mittelebene angeordnet. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Drucklager zwei gegenüberliegende Zapfen an der Längsseite auf, wobei die Zugstäbe jeweils an den Zapfen befestigt sind. Hierdurch kann das Drucklager drehbeweglich um die Querachse des Bootes gelagert werden.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Drucklager über einen ersten Zugstab mit dem Endboden verbunden, welcher in der vertikalen Mittelebene angeordnet ist und vom Drucklager in einem Winkel von beispielsweise 45 ° nach unten verläuft. Weiter ist das Drucklager über einen zweiten Zugstab mit dem Endboden verbunden, welcher in der vertikalen Mittelebene angeordnet ist und vom Drucklager in einem Winkel von beispielsweise 45 ° nach oben verläuft. Des Weiteren ist das Drucklager über zwei weitere Zugstäbe mit dem Endboden verbunden, welche horizontal angeordnet sind und ebenfalls in einem 45 ° Winkel verlaufen. Die Winkel sind jeweils zur Wellenachse angegeben. Somit sind alle Zugstäbe auf einer Kreisbahn am Endboden befestigt. Im Ruhezustand lastet auf dem ersten Zugstab eine Druckbelastung und auf dem zweiten Zugstab eine Zugbelastung durch die Schwerkraft. Bei Vortrieb kommt auf alle Zugstäbe eine Zugkraft durch den Vortrieb dazu.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Drucklager zwei seitlich angeordnete drehbewegliche Befestigungspunkte für Zugstäbe auf, welche beispielsweise in der Form von runden Zapfen ausgeführt sind. An beiden Zapfen des Drucklagers ist jeweils das Drucklager über einen ersten Zugstab mit dem Endboden verbunden, welcher parallel zur vertikalen Mittelebene angeordnet ist und vom Zapfen in einem Winkel von beispielsweise 45 ° nach unten verläuft. Weiter ist an beiden Zapfen des Drucklagers jeweils das Drucklager über einen zweiten Zugstab mit dem Endboden verbunden, welcher parallel zur vertikalen Mittelebene angeordnet ist und beispielsweise 45 ° nach oben verläuft. Des Weiteren ist das Drucklager über zwei weitere Zugstäbe mit dem Endboden verbunden, welche ebenfalls jeweils an den Zapfen befestigt sind. Diese Zugstäbe sind horizontal angeordnet und verlaufen ebenfalls in einem 45 ° Winkel. Somit sind alle Zugstäbe auf einer Kreisbahn am Endboden befestigt.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Drucklager zwei seitlich angeordnete drehbewegliche Befestigungspunkte für Zugstäbe auf, welche beispielsweise in der Form von runden Zapfen ausgeführt sind. An beiden Zapfen des Drucklagers ist jeweils das Drucklager über einen ersten Zugstab mit dem Endboden verbunden, welcher parallel zur vertikalen Mittelebene angeordnet ist und vom Zapfen in einem Winkel von beispielsweise 45 ° nach unten verläuft. Weiter ist an beiden Zapfen des Drucklagers jeweils das Drucklager über einen zweiten Zugstab mit dem Endboden verbunden, welcher parallel zur Welle angeordnet ist. Des Weiteren ist das Drucklager über zwei weitere Zugstäbe mit dem Endboden verbunden, welche ebenfalls jeweils an den Zapfen befestigt sind. Diese Zugstäbe sind horizontal angeordnet und verlaufen ebenfalls in einem 45 ° Winkel. In dieser Ausführungsform können die parallel zur Welle angeordneten Zugstäbe die Zugkraft, welche durch den Vortrieb des Propellers erzeugt wird, ohne Kraftumleitung besonders gut aufnehmen.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Drucklager zwei seitlich angeordnete drehbewegliche Befestigungspunkte für Zugstäbe auf, welche beispielsweise in der Form von runden Zapfen ausgeführt sind. An beiden Zapfen des Drucklagers ist jeweils das Drucklager über einen ersten Zugstab mit dem Endboden verbunden, welcher parallel zur vertikalen Mittelebene angeordnet ist und vom Zapfen in einem Winkel von beispielsweise 45 ° nach unten verläuft. Weiter ist an beiden Zapfen des Drucklagers jeweils das Drucklager über einen zweiten Zugstab mit dem Endboden verbunden, welcher parallel zur vertikalen Mittelebene angeordnet ist und von beispielsweise 45 ° nach oben verläuft. Des Weiteren ist das Drucklager über zwei weitere Zugstäbe mit dem Endboden verbunden, welche ebenfalls jeweils an den Zapfen befestigt sind. Diese Zugstäbe sind horizontal angeordnet und verlaufen ebenfalls in einem 45 ° Winkel. Zusätzlich ist an beiden Zapfen des Drucklagers jeweils das Drucklager über einen weiteren Zugstab mit dem Endboden verbunden, welcher parallel zur Welle angeordnet ist.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Zugstäbe mindestens dreiteilig ausgeführt. Der Zugstab weist einen vorderen Zugstabteil und einen hinteren Zugstabteil auf. Das vordere Zugstabteil und das hintere Zugstabteil werden über wenigstens eine Vorrichtung zur Anpassung der Länge miteinander verbunden. , Insbesondere kann diese Vorrichtung eine Gewindehülse sein, die ein Gewinde an dem vorderen Zugstabteil und dem hinteren Zugstabteil eingreift und durch Drehung die Länge verändert, wozu die beiden Gewinde bevorzugt gegenläufig sind. Hierdurch kann einfach eine Anpassung und Ausrichtung des Drucklagers an das individuelle Unterseeboot vorgenommen werden, also beispielsweise Variationen bei den Abmessungen des Endbodens oder der Welle beim Einbau ausgeglichen werden. Zusätzlich können aber auch Veränderungen, welche im Betrieb entstehen, erkannt und behoben werden.

Räumlich Beziehungen in diesem Text beziehen sich immer auf eine Normallage des Druckkörpers, also einer horizontalen Ausrichtung der Mittelachse des Druckkörpers, also die Normallage bei ruhiger See im aufgetauchten Zustand ohne Fahrt.

Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Unterseeboot anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 erste beispielhafte Ausführungsform

Fig. 2 zweite beispielhafte Ausführungsform

In Fig. 1 ist eine erste beispielhafte Anordnung eines Drucklagers 10 in einem Unterseeboot gezeigt. Von dem Druckkörper des Unterseebootes ist zur Vereinfachung ein Ausschnitt des Endbodens 30 mit dem daran befestigten Drucklager 10 gezeigt. Das Drucklager 10 weist an den beiden Seiten jeweils einen Zapfen 70 auf. An den Zapfen 70 sind jeweils drei Zugstäbe 20, je einer im Winkel von 45 ° nach unten, einer im 45 ° Winkel nach oben und einer in einem kleineren Winkel als 45° zur Seite. Alle sechs Zugstäbe 20 sind mit dem Endboden 30 verbunden, wobei die Verbindungspunkte zwischen den Zugstäben 20 und dem Endboden 30 auf einer Kreisbahn liegen und somit alle gleich weit vom der Rotationsachse der Welle entfernt sind. Um die Zugstäbe 20 leicht einpassen zu können, weisen die Zugstäbe 20 jeweils eine Gewindehülse 60 auf. Durch Drehen der Gewindehülse 60 kann die Länge des jeweiligen Zugstabes 20 verändert werden.

Weiter weist der Endboden 30 eine Druckkörperdurchführung 40 auf, durch die die Welle vom Inneren des Druckkörpers nach außen geführt wird, Die Druckkörperdurchführung 40 ist gegen den Tauchdruck abgedichtet, ermöglicht aber die freie Drehbarkeit der Welle. Auf der anderen Seite des Drucklagers 10 weist die Welle einen Kupplungsflansch 50 auf, um über ein weiteres Teilstück der Welle mit dem Motor verbunden zu werden. Insbesondere wird an den Kupplungsflansch zunächst ein in axialer und radialer Richtung elastisches Kupplungselement angeordnet. Hierdurch wird der Fahrmotor geschützt. Durch das Drucklager 10 wirkt die Vortriebskraft des Propellers eben nicht mehr auf den Kupplungsflansch 50 und damit nicht mehr auf den Motor.

Fig. 2 ist eine zweite alternative beispielhafte Anordnung eines Drucklagers 10 in einem Unterseeboot gezeigt. Der Unterschied zum in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel ist, dass die beiden in Fig. 1 nach oben gerichteten Zugstäbe 20 im diesem hier gezeigten Ausführungsbeispiel parallel zur Welle verlaufen. Hierdurch können diese beiden parallel verlaufenden Zugstäbe die Zugkräfte aus dem Vortrieb durch den Propeller ohne Kraftumlenkung gut auf den Endboden leiten.

Bezugszeichen

10 Drucklager

20 Zugstab

30 Endboden

40 Druckkörperdurchführung

50 Kupplungsflansch

60 Gewindehülse

70 Zapfen