El sistema Schnorkel

Schnorkel, el respiradero de los U-Boot

A pesar de que fue la U-bootwaffe la que lo empleó su origen es holandés. Fue inventado por el capitán de corbeta J. J. Wichers, que lo planteó inicialmente en su país en 1939. Se trataba de un tubo, abatible, retráctil o fijo, que asomaba a la superficie estando el submarino en inmersión. Sin embargo sus orígenes podemos encontrarlos ya en el siglo XIX cunado Simon Lake instaló un sistema parecido en su sumergible Argonaut. Sus pasos fueron seguidos por los japoneses en 1910 que probaron una solución similar pero el submarino se hundió durante unas pruebas muriendo toda su tripulación. Los italianos también trabajaron en un sistema parecido fabricado por el ingeniero Pericle Rerretti en 1926 instalándose en el submarino H3, sin embargo el ingenio no tuvo mayor relevancia abandonándose poco después.

Por el interior del Schnorkel pasaban dos tuberías; una introducía en la cámara de motores del submarino el aire fresco necesario para hacer funcionar los motores diesel y el otro actuaba como escape de gases. De este modo el submarino podía navegar sumergido con sus motores de explosión, con lo que ganaba velocidad, tiempo de inmersión y carga de baterías.

El invento fue instalado en algunos submarinos holandeses que cayeron en manos de los alemanes cuando invadieron los Países Bajos. El primer submarino holandés que fue equipado con este sistema fue el O19 y el O20, ambos poseían los mástiles con válvulas en la cabeza y un motor era empleado para subir y bajarlos, sin embargo el mástil de expulsión de gases no era retráctil. El O19 fue utilizado durante la guerra contra Japón pero no se tiene constancia del empleo del sistema. La evolución del sistema continuó instalándose en el O21 y el O27 una nueva versión que podía ser elevada manualmente, al menos el de expulsión de gases. Finalmente estos procesos se llevaban a cabo de manera automática en 1940.

 

Este sistema fue estudiado por la U-bootwaffe que no se interesó en un primer momento por él, al igual que los ingleses que se hicieron con los mástiles del O21 y el O24. Mientras la acción de los aviones del Costal Command no amenazó la supervivencia de los U-Boot, los comandantes permanecían en inmersión durante el día y navegaban en superficie por la noche. A pesar de todo se hicieron pruebas con el O26 (renombrado como UD-4) encontrándose varios problemas sin embargo, y en contra de la opinión del Jefe de Construcción Naval, fueron desmantelados sin llegar a analizar más a fondo dichos problemas. Inicialmente consideraron que los mástiles solo podrían utilizar en mar gruesa para suministrar aire en superficie pero que no había futuro en desarrollarlo más allá.

La situación cambió con la entrada en la batalla de los aparatos llegados de Estados Unidos, como los B-24 Liberator dotados de radares centimétricos y proyectores de luz dejando la noche de ser segura para los Lobos Grises. El inminente ingeniero doctor H. Walter y sus colaboradores volvieron a pensar entonces en el Schnorkel (respiradero en alemán) tratando el asunto con Dönitz en marzo de 1943 aplicándolo por primera vez a los U-Boot de entrenamiento U-57 y U-58 en junio, a los que se les suprimió un periscopio. 

 U-889 Tipo IXC

Walter había ya realizado una propuesta en octubre de 1933 para la producción de un submarino de alta velocidad que incluía un sistema de inducción de aire del exterior mientras este permanecía sumergido. Fue durante estas fechas cuando Wichers patentó su idea original a la espera de ser mejorada. El concepto original fue cobrando cuerpo y mejoras en su diseño básico colocando en el extremo superior del mástil una cabeza con una válvula y un flotador esférico como parte de un dispositivo intermedio que amortiguase las variaciones de presión. En el interior tenía planeado colocar un contenedor de aire especial que estuviera conectado al mástil y a unas botellas de oxigeno.

Las dotaciones no eran partidarias de este sistema por la incomodísima sensación de vacío que se producía en el interior del U-Boot cada vez que una ola cerraba momentáneamente la válvula de admisión de aire. No obstante se fue montando tanto en los U-Boot ya en servicio como los nuevos que estaban saliendo de los astilleros. El equipo entró en servicio en el Atlántico en la primavera de 1944. Walter había visto una serie de ventajas operativas tales como la posibilidad de su utilización para llegar a las zonas de caza a salvo de ser atacados durante sus travesías al mismo tiempo que evitaban delatar su fuerza al enemigo. También se sopesó la eliminación de la pieza artillera de cubierta, al poder navegar siempre sumergido, de forma que su velocidad punta sería aumentada en un 25%. Mientras tanto el desarrollo continuó con la disminución del tamaño de la cabeza incorporándose una válvula electro-neumática.

Las pruebas llevadas a cabo por el U-57 y U-58 fueron satisfactorias no mostrando problemas en su utilización de modo que en septiembre se instaló un mástil abatible experimental en dos U-Boot del Tipo VIIC, el U-235 y el U-236. Las nuevas pruebas fueron positivas aunque los más conservadores de los equipos técnicos y tripulaciones rechazaron de nuevo el sistema.

Estos recelos, no obstante, no estaban exentos de su lógica pues los trayectos realizados a la profundidad requerida por el Schnorkel se hacían muy pesados y se pensaba que un error en el mantenimiento de dicha profundidad podría provocar el envenenamiento de toda la tripulación. Esto podría llegar a suceder pues cada vez que se cortaba el suministro de aire, además de lo mencionado anteriormente, los motores tomaban el aire del interior del submarino lo que creaba una presión negativa. De prolongarse esta presión durante más de tres minutos provocaba vértigos, dificultades respiratorias, pérdida de consciencia, problemas en los oídos, caída de empastes y asfixia. Sin duda estos efectos negativos eran muy a tener en cuenta en el desarrollo del sistema Schnorkel y cargaba con un exceso del trabajo al ingeniero que debía vigilarlo constantemente para parar los motores si se producía un corte en el suministro de aire. Una de las modificaciones realizadas giró en torno a esto haciendo esta labor del ingeniero de modo automático.

A lo largo del invierno de 1943 se instaló el sistema en otros U-Boot, pero aún de forma experimental debido a los recelos a su funcionamiento. Debido a las diferencias propias a cada modelos de U-Boot la instalación del mástil cambiaba de uno a otro. Preferiblemente el sistema debía estar situado a la altura de la torre de mando, en la banda de estribo, aproximadamente a la altura del periscopio posterior. Esta ubicación era la idónea en los U-Boot Tipo IXC, en los Tipo XB se situaba en la popa de los periscopios, sin embargo la mejor de todas las ubicaciones para su instalación era en la mitad del U-Boot, a popa de los periscopios. Esta localización ideal solo era posible en los modelos desarrollados tras el Tipo XXIII mientras que la peor de todas era la que les quedaban al Tipo VIIC pues la cabeza del Schnorkel y los gases del escape oscurecían la visión frontal del periscopio, algo poco deseable para sus capitanes.

A pesar de esta mala ubicación para el sistema en los Tipo VIIC fueron los primeros en recibirlos y 20 de ellos recibieron sus Schnorkels en agosto de 1943. Un mes más tarde se le encargó al Arsenal Naval de Kiel y a la Kriegsmarinewerft de Wilhelmshaven, la producción de 100 schnorkels para los Tipo VIIC ya en servicio y 40 más para los Tipos IXC y IXD. Además de esto se intentó acelerar el programa para la fabricación e instalación, tanto en los U-Boot en servicio como en los nuevos, pero debido a los retrasos en la producción por la acción de los bombarderos aliados se produjo un cuello de botella que no se logró solucionar hasta el verano siguiente. 

Con este lastre arrastrándose por los astilleros a principios de 1944 se decidió la instalación del sistema en todos los U-Boot ya operativos en primer lugar y después en los destinados al entrenamiento de las nuevas tripulaciones y a los que estaban en reparación. Por último, serían los de nueva construcción los que serían equipados con el schnorkel. Otro hecho vino a complicar aún más la ya azorada vida del sistema schnorkel. El U-264 que estaba dotado con él fue el primer U-Boot operativo fue hundido en el Atlántico norte durante su primer viaje operativo. Como es lógico y de esperar este hecho vino a apoyar las voces contrarias al schnorkel. A pesar de todo el sistema fue ganando más adeptos y a partir del verano de 1944 los Lobos Grises que disponían de schnorkel reportaban más y más éxitos incluso en aguas que los ingleses habían declarado con soberbia como libres de U-Boot.

Una vez el sistema schnorkel estaba ya listo el siguiente paso era resolver el problema de su camuflaje y ocultación al radar enemigo para lo que se desarrollaron varios sistemas. El Leitwert-Sumpf (anillo flotante) disponía de una superficie cilíndrica hecha de materiales conductores de electricidad cuyo escudo estaba hecho de un material plástico de unos 70 mm de espesor que era capaz de reducir en un 65% las emisiones de ondas. Por su parte, el Lampenschirm (pantalla de lámpara) ofrecía una serie de ventajas sobre el anterior debido a que poseía una pantalla formada por una red hecha de acero y un material de caucho (perbunau) cuya superficie se asemejaba a la de un gofre y era capaz de absorber hasta el 50% de las ondas del radar. Sin embargo también se utilizaron otros sistemas menos elaborados como cubrir la válvula con una capa de madera o incluso recubrir el casco del submarino con fibra de vidrio. Todos estos sistemas de ocultación no podían evitar que fuera detectable a simple vista debido a la estela que dejaba en el mar lo que nos lleva a hablar de sus grandes desventajas que padecieron todos los schnorkels.

•  En el interior del U-Boot el ruido producido por los motores diesel hacían inútiles la utilización de los hidrofonos de modo que el comandante solo podía guiarse por el periscopio.

• El oxido aumentaba vertiginosamente debido a las prolongadas inmersiones y los materiales aislantes terminaban por romperse.

• El otro gran inconveniente era que la velocidad máxima con él era de 5 a 6 nudos y además el mástil producía vibraciones.

La mayor parte del tiempo que duraban las patrullas se empleaban en ir y volver de las zonas de caza de modo que era necesario el aumento de la velocidad usando el schnorkel. Por su parte las tripulaciones lo que demandaban del sistema era el de poder usar el periscopio de observación mientras se usaba el schnorkel. El principal problema era que usando ambos el periscopio vibraba de modo que se desarrolló el schnorkel Oelfken.

El schnorkel Oelfken se situaba en un contenedor de forma aerodinámica con un tubo hueco a través del cual podía pasar el periscopio cuando el schnorkel era izado y en posición fija. Sólo la cabeza con las lentes sobresalían de la cubierta exterior del respiradero schnorkel. Al finalizar la guerra tan solo dos U-Boot del Tipo VIIC llegaron a estar equipados con schnorkel equipado también con una cabeza con válvula electro-neumática pudiendo alcanzar velocidades en inmersión schnorkel de 10 a 11 nudos.

Este sistema prácticamente no ha sufrido modificaciones desde la contienda y en la actualidad sigue siendo utilizado por numerosos submarinos diesel-eléctricos convencionales en servicio en la mayoría de las flotas del mundo.

Fuentes:

TROJKA, W. “Ubootwaffe, Marine - Kleinkampfverbände 1939-1945”, 2004

RÖSSER, E. “The U-Boat. The Evolution and Technical History of German Submarines”

English version

Although it was the U-bootwaffe which it used its origin is Dutch. It was invented by Lieutenant Commander J. J. Wichers, who initially raised in his country in 1939. It was a tube, folding, retractable or fixed, protruding to surface the submarine while submerged. But we can find its origins in the nineteenth century and brother Simon Lake installed a similar system in their submersible Argonaut. His steps were followed by the Japanese in 1910 who tried a similar solution but the submarine sank during tests all its crew died. The Italians also worked on a similar system made by the engineer Pericle Rerretti in 1926 settling in the sub H3, but the most important talent was not abandoned soon after.

Schnorkel inside the two pipes passing, one introduced into the engine room of the submarine fresh air needed to run diesel engines and the other as exhaust. Thus the submerged submarine could sail with internal combustion engines, which gained speed, immersion time and battery charging.

The invention was installed on some Dutch submarines that fell to the Germans when they invaded the Netherlands. The first Dutch submarine which was equipped with this system was the O19 and O20, both had the masts with valves in the head and an engine was used to raise and lower them, but the expulsion of gases mast was retractable. The O19 was used during the war against Japan but there is no evidence of use of the system. The continued evolution of settling in the O21 and O27 a new version that could be raised manually, at least the expulsion of gases. Finally, these processes are carried out automatically in 1940.

This system was studied by the U-bootwaffe not interested at first he, like the British who took over the masts of the O21 and O24. While the action of Coastal Command aircraft did not threaten the survival of U-Boot, commanders remained in immersion during the day and sailed on the surface at night. Despite all the tests were O26 (renamed UD-4) found several problems however, and against the advice of the Chief of Naval Construction, were dismantled without further analysis to these problems. Initially considered that the mast could only be used in heavy seas to supply air at the surface but there was no future in developing it further.

The situation changed with the entry in the battle of the aircraft arrived in the United States, such as B-24 Liberator centimeter radars equipped with spotlights and leaving the night to be safe for the Grey Wolves. The impending engineer Dr. H. Walter and his colleagues then think again in Schnorkel (airing in German) the matter with Dönitz in March 1943, first applied to the U-Boot U-57 training and U-58 in June, to which I suppressed a periscope.

Walter had already made a proposal in October 1933 for the production of a high-speed submarine which included an air induction system from the outside while it remained submerged. It was during this time that Wichers original patented his idea waiting to be improved. The original concept was gaining body and improvements in basic design by placing in the top of the mast head with a ball valve and a float as part of an intermediate device that cushions the pressure variations. The interior had planned to place a special air container were connected to the mast and a few bottles of oxygen.

The allocations were not in favor of this system by the very uncomfortable feeling of emptiness that occurred inside the U-boat each time a wave momentarily closed air inlet valve. However it was riding in both the U-boats already in service as new ones were coming out of the yard. The team went into service in the Atlantic in the spring of 1944. Walter had seen a number of operational advantages such as the possibility of using them to reach hunting areas safe from being attacked during their journeys at the same time avoiding giving away their strength to the enemy. Also weighed the removal of the artillery piece of deck, always able to navigate underwater, so that its top speed would be increased by 25%. Meanwhile, development continued with decreasing size of the head incorporating an electro-pneumatic valve.

Tests carried out by the U-57 and U-58 were satisfactory showing no problems in its use so that in September a mast was installed in two experimental folding U-Boat Type VIIC, U-235 and U- 236. The new tests were positive but the most conservative of technical equipment and crews refused to back the system.

These misgivings, however, were not without its logic as the trips made to the depth required by the Schnorkel became very heavy and it was thought that an error in the maintenance of such depth could lead to poisoning of the entire crew. This could happen because every time he cut the air supply, in addition to the above, the engines took the air inside the submarine which created a negative pressure. From this pressure extended for more than three minutes caused dizziness, breathing difficulties, loss of consciousness, ear problems, loss of fillings and suffocation. Undoubtedly, these effects were very negative to consider in developing and carrying Schnorkel system with an excess of work the engineer to be monitored constantly to stop the engine if there was a cut in the air supply. One of the modifications focused on this work of the engineer doing this automatically.

Throughout the winter of 1943 the system was installed in other U-Boot, but still experimentally because of fears its operation. Due to the differences inherent to each model U-Boot installation of mast changed each other. Preferably the system should be positioned at the height of the control tower, the band clamp at about the height of the periscope back. This location was ideal in the Type IXC U-boat in the Type XB stood at the stern of the periscopes, but the best of all locations for installation was in the middle of the U-Boot, aft of periscopes. This ideal location was only possible in the models developed after the Type XXIII while the worst of all was that they were the type VIIC Schnorkel as the head of the exhaust and obscured the front view of the periscope, which is undesirable for their captains.

Despite this bad location for the system in the Type VIIC were first received and 20 of them received their Schnorkels in August 1943. A month later he was commissioned Naval Arsenal Kriegsmarinewerft Kiel and Wilhelmshaven, producing 100 schnorkels for Type VIIC already in service and 40 more for IXC and IXD Types. In addition to this program was on speed for the manufacture and installation, both the U-boats in service and the new, but due to delays in production by the action of the Allied bombers was a bottleneck that achieve a settlement until the following summer.

With this ballast crawling shipyards in early 1944 it was decided to install the system at all U-boats already operating first and then those for the training of new crews and those who were under repair. Finally, the new construction would be those who would be equipped with Schnorkel. Another came to complicate the already embarrassed Schnorkel system life. The U-264 was equipped with it was the first operational U-boat was sunk in the North Atlantic during his first trip OS. As is logical to expect this actually came to support the voices against the Schnorkel. Yet the system was gaining more followers and from the summer of 1944 the Gray Wolves Schnorkel available to more and more successes reported even in waters that the British had declared free from arrogance and U-Boot.

Once the system was ready Schnorkel the next step was to solve the problem of camouflage and concealment to enemy radar for what is developed various systems. The Leitwert-Sumpf (floating ring) had a cylindrical surface made of electrically conductive material whose coat was made of a plastic material of about 70 mm thick, which could reduce emissions by 65% ​​of waves. For his part, Lampenschirm (lampshade) offered a number of advantages over the former because they had a display consisting of a net made of steel and a rubber material (perbunau) whose surface resembled that of a waffle and could absorb up to 50% of the radar waves. But other systems were also used less elaborate as the valve cover with a layer of wood or even coat the underwater hull of fiberglass. All these systems of concealment could not prevent it from being detectable by the naked eye due to the wake left in the sea which leads us to talk about their big disadvantage suffered by all schnorkels.

• Inside the U-Boot noise from diesel engines were useless use of hydrophones so that the commander could only be guided by the periscope.

• Oxide soared due to prolonged dives and ended up broken insulation.

• The other major drawback was that the maximum speed he was 5 to 6 knots and the mast also produced vibrations.

Most of the time it lasted patrols were used in getting to and from hunting areas so it was necessary to increase the speed using the Schnorkel. Meanwhile the crew demanded that the system was able to use the periscope observation while using the Schnorkel. The main problem was that using both the periscope so that it vibrated Schnorkel Oelfken developed.

The Schnorkel Oelfken was placed in a container aerodynamic shape with a hollow tube through which could happen when the periscope was raised Schnorkel and fixed position. Only the head with the lens protruding from the exterior vent cover Schnorkel. After the war only two U-Boat Type VIIC came to be equipped with Schnorkel also equipped with a head with electro-pneumatic valve can reach speeds of 10 Schnorkel dip to 11 knots.

This system has hardly been changed since the war and today is still used by many conventional diesel-electric submarines in service in most of the fleets in the world.

 In the hands of dockyard workers, U-235 (type VIIC) completes modifications. The schnorkel is seen here in raised position. Being out of commission for refit, the U-boat has been re-assigned to the1.U-Flottille, a training unit, and carries that unit’s diablo Insignia on its radar housing.

Sources:

TROJKA, W. “Ubootwaffe, Marine - Kleinkampfverbände 1939-1945”, 2004

RÖSSER, E. “The U-Boat. The Evolution and Technical History of German Submarines”