Druckneutrale Sensoren und Aktoren für den Dauereinsatz in Tiefseefahrzeugen
Um dem steigenden Interesse an der Tiefsee nachzukommen, werden kostengünstige und zuverlässige Bauteile für den Aufbau von Unterwasserfahrzeugen be¬nötigt. Dabei liefert die druckneutrale Bauweise völlig neue Möglichkeiten, diesen Anforderungen zu entsprechen. Dies zeigt die vorliegende Arbeit, die sich mit der Entwicklung und dem Aufbau druckneutraler Aktoren und Sensoren für Tiefseefahrzeuge beschäftigt. Insgesamt stellt sich heraus, dass der Aufbau druckneutraler Unterwassereinrichtungen für Tauchtiefen bis 6.000 m gegenüber herkömmlichen Druckkörpersystemen Vorteile bietet. Für die Systemintegration und Erprobung der druckneutralen Komponenten wurde ein AUV, die DNS Pegel aufgebaut und mit allen für den autonomen Betrieb nötigen Komponenten ausgerüstet. Sämtliche Bauteile sind ausschließlich in druckneutraler Technik ausgelegt. Labortests belegen, dass die rauen Umweltbedingungen der Tiefsee mit Drücken von über 600 bar und Temperaturen nahe dem Gefrierpunkt zu keinen Beeinträchtigungen der entworfenen Komponenten führen. Die Robustheit und gute Messgenauigkeit des in dieser Arbeit entwickelten Druck¬sensors zeigt, dass sich die druckneutrale Technologie auch auf Messgeräte anwenden lässt, wobei die druckneutrale Bauweise des Sensors wesentlich dazu beiträgt, die Herstellungskosten zu senken. Er ist im Vergleich zu üblichen Messgeräten leichter und weniger störanfällig, da beispielsweise keine Dichtungen vorhanden sind. Bei den gleichzeitig mit einer CTD-Sonde durchgeführten Messungen in der Tiefsee korrespondierten die Messwerte des Sensors sehr gut mit den Ergebnissen des wesentlich teureren Drucksensors in der CTD-Sonde. Somit bietet der druckneutrale Sensor der Wissenschaft ein neues, kleines und vor allem kostengünstiges Messinstrument, welches in der Meerestechnik seinesgleichen sucht. Das für die Versuchsplattform DNS Pegel entwickelte variable Auftriebstrimmsystem konnte nach umfangreichen Labortests sowie im Einsatz in der Ostsee in Funktion und Leistung überzeugen. Da es sich um eine abgeschlossene Einheit handelt, bietet es mit seinen druckneutralen Komponenten viele Einsatzmöglichkeiten. So ist es neben der Trimmung von Unterwasserfahrzeugen auch möglich, das System zur Erzeugung eines variablen Auftriebs in anderen meerestechnischen Geräten einzusetzen. Hierzu zählen beispielsweise Profilersysteme, die ohne anfällige bewegte Teile durch ein Auftriebstrimmsystem ihre Tauchtiefe ändern können. Anhand der im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Ruderanlage, die in der Versuchsplattform DNS Pegel zur Einstellung und Regelung des Fahrzeugkurses eingesetzt wurde, konnte nachgewiesen werden, dass sich druckneutrale Aktoren und druckneutrale Sensoren in einem geschlossenen Regelkreis erfolgreich in der Tiefsee verwenden lassen. Dabei bestehen die Ruderstellmodule aus einem druckneutralen Stellmotor, einem Spindelgetriebe mit geringer Steigung und einem druckneutralen Winkelsensor. Die Konstruktion aus Titan, Edelstahl sowie modernsten Hochleistungskunststoffen zeigte in der DNS Pegel im Verlauf einer Vielzahl von Missionen sowie einem Langzeittest keine Auffälligkeiten hinsichtlich Korrosion oder einer Beeinträchtigung der Funktion durch Biofouling.
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