Drucktank
Final Report Abstract
Die bisher im Drucktank durchgeführten wissenschaftlichen Arbeiten beinhalteten sowohl phänomenologische Analysen an Werkstoffen aus synthetischen Polymeren als auch das Verhalten von vorrangig 3D-gedruckten dünnwandigen Strukturen unter dem Einfluss eines hohen Umgebungsdrucks. Bei den Werkstoffen handelte es sich um Isolationsmaterialien für die Kabelherstellung sowie um silikonartige Vergussmaterialien als Basiswerkstoffe für die Entwicklung so genannter druckneutraler Unterwassersysteme und -komponenten. Isolations- und Mantelmaterialien bestehen aus hybriden Kunststoffen; sie sind aus polymeren Grundstoffen, Füllwerkstoffen, Stabilisatoren sowie Prozessunterstützern zusammengesetzt. Während die Eigenschaften der reinen Polymere weitgehend bekannt sind, gibt es insbesondere bzgl. der Langzeitstabilität der Isolationsmaterialien bei unterschiedlicher Zusammensetzung der beigemischten Stoffe erhebliche Unsicherheiten. Im Ergebnis systematischer quantitativer Analysen konnte nicht nur nachgewiesen werden, dass die Alterung von Isolationsmaterialien unterschiedlicher Komposition in verschiedener Weise durch Umweltparameter wie Temperatur, Salinität, Bio-Fouling, Umgebungsdruck u.a. voranschreitet und damit die mechanischen und elektrischen Eigenschaften (z.B. Isolationswiderstand, elektrische Durchschlagsfestigkeit) von Kabeln unmittelbar beeinträchtigt. Es konnte auch beispielhaft gezeigt werden, dass sowohl die Amplitude als auch die Frequenz, mit der sich der Druck ändert, einen signifikanten Einfluss haben. Bei den Untersuchungen an silikonartigen Vergussmassen standen Fragen zur Wasseraufnahme und zum elastischen Verhalten von Silikonen in Bezug angrenzende metallische oder nichtmetallische Flächen. Letzte treten bei den eingebetteten elektronischen Bauelementen, Kabeldurchführungen und an schützenden Gehäusen auf. Auch hier konnte beobachtet werden, dass die Druckhöhe und die Frequenz, mit der sich der Druck verändert, bei Stoffen erheblich voneinander abweichenden Kompressionsmoduln ausschlaggebend dafür sind, ob sich Baudelemente und Gehäuse von der Vergussmasse trennen oder nicht. Die Untersuchungen an 3D-gedruckten dünnwandigen Strukturen (bisher vorrangig Titanschalen) haben in der internationalen Fachwelt ein großes Echo hervorgerufen. Die Idee besteht darin, zukünftig 3D-gedruckte Gehäuse sowohl passgerecht für Sensoren im Tiefwassereinsatz, ggf. in Kopplung mit druckneutralen Systemen zu entwickeln und einzusetzen als auch als hydrostatische Auftriebselemente geringer Masse für den Tiefseeeinsatz zu nutzen. Neben 3D-gedruckten Strukturen stehen ebenso 3D-gewickelte Strukturen aus Faserverbundwerkstoffen im Interesse laufender Untersuchungen. Ziel ist es, 3D-gewickelte Strukturen als Hülle von unbemannten Unterwasserfahrzeugen für den Tiefseeeinsatz herzustellen. Die dafür notwendigen experimentellen Analysen im Drucktank stehen noch am Anfang. Ergebnisse liegen noch nicht vor. Im Rahmen industriefinanzierter Vorhaben ging es u.a. um die Mitwirkung bei der Entwicklung von Hydraulikgetrieben, von Kabel-Stecker-Verbindungen sowie um druckbelastete Bauteile für bemannte Unterwasserfahrzeuge. Diese Projekte dienen vorrangig Studienzwecken, um daraus zukünftige grundlagenorientierte Forschungsprojekte ableiten zu können.
Publications
- (2013): Evaluation of a measurement circuit to investigate the insulation resistance of soft compounds under high pressure. Proceedings of the 11th International Workshop on Methods for the Development and Evaluation of Maritime Technologies, Oct. 9th – 12th 2013 (Contributions on the Theory of Fishing Gears and Related Marine Systems, Vol. 8), Shaker Verlag Aachen, ISBN 978-3-8440-2251-3
Kissmann, P.; Breddermann, K.; Körner, G.; Paschen, M.
- (2014): Drucktank für die Entwicklung von Tiefseetechnik. Schiff & Hafen (66. Jahrgang), Mai 2014, Nr. 5
Paschen, M.; Schreier, S.
- (2014): Meerestechnik – Jedes Teil ein Unikat. Meer & Küste, Nr. 5 / 2014. Herausgeber: EUCC – Die Küsten Union Deutschland e.V.
Schreier, S.
- (2016): Isolationseigenschaften von silikonartigen Vergusswerkstoffen und Isoliermaterialien für den Einsatz in der Tiefsee (Monographie) Rostocker Meerestechnische Reihe, Band 11, Shaker Verlag Aachen, ISBN 978-3-8440-4472-0, 86 Seiten, 59 Abb.
Paschen, M.; Kissmann, P.; Breddermann, K.
- (2016): Printed pressure housings for underwater applications. Ocean Engineering 113 (2016) 57–63, Elsevier
Breddermann, K.; Drescher, P.; Polzin, C.; Seitz, H.; Paschen, M.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2015.12.033)
