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Testroboter am Meeresboden

Hydraulik-Roboter im Härtetest in der Tiefsee

| Redakteur: Bernhard Richter

Komponenten in Tiefsee-Anwendungen müssen keine Sonderkonstruktionen sein, um den Bedingungen im Meer standhalten zu können. Auch Standardsysteme können unter Wasser funktionieren. Ein ferngesteuerter Unterwasser-Manipulator für Unterwasser-Ölplattformen zeigt, wie.

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Praxistest bestanden: In Tiefen bis mindestens 2.000 Meter kann ein solches ferngesteuertes Unterwasser-Arbeitsgerät weitgehend autark verschiedenste Aufgaben ausführen.
Praxistest bestanden: In Tiefen bis mindestens 2.000 Meter kann ein solches ferngesteuertes Unterwasser-Arbeitsgerät weitgehend autark verschiedenste Aufgaben ausführen.
(Bild: Bosch-Rexroth)

Tiefsee-Roboter verwenden für ihre Arbeit umfangreiche elektromechanische und elektrohydraulische Untersysteme. Entscheidend ist, dass sie bei Bedarf sofort einsatzbereit sind und ihre Ausfallzeit im Falle einer Störung auf ein Minimum begrenzt wird. Hier treten Vorteile der hydraulischen Antriebe erst richtig zutage: Sie sind leistungsstark, kompakt, präzise, intelligent und gleichzeitig robust. Dabei bieten sie eine ausgezeichnete Leistungsdichte und Flexibilität für eine ganze Reihe von Anwendungen. Auf dieser Basis versuchen Entwickler von ROVs und AUVs, die integrierten elektrohydraulischen Systeme noch leistungsfähiger und zuverlässiger zu gestalten.

Druckausgleich schützt Dichtungen

Ein Druckausgleich ist bei allen Systemen, die unter Wasser eingesetzt werden, notwendig. Er hilft dabei, den Druck zwischen dem externen Umfeld und dem Behälter konstant zu halten, da die Dichtungen normalerweise nur für einen begrenzten Druckabfall in eine bestimmte Richtung ausgelegt sind. Obwohl aufwändig und teuer, können Konstrukteure dieses Problem beispielsweise dadurch lösen, dass sie die druckempfindlichen Bauteile in einer Schutzkammer versiegeln. Dabei handelt es sich normalerweise um einen starren Behälter mit Hochleistungsdichtungen, die dem hohen Druck standhalten können. Eine noch wirkungsvollere Lösung ist jedoch der Druckausgleich. Bei dieser Methode wird im Bauteil Druck ausgeübt, der dem Umgebungsdruck draußen entspricht und ihm entgegenwirkt.

Verbesserte tribologische Eigenschaften von Kolbenstangen: Beschichtung mit Hochgeschwindigkeit-Flammspritzen oder Plasmaschweißen einer Kobalt-Legierung.
Verbesserte tribologische Eigenschaften von Kolbenstangen: Beschichtung mit Hochgeschwindigkeit-Flammspritzen oder Plasmaschweißen einer Kobalt-Legierung.
(Bild: Bosch-Rexroth)

Wichtig ist auch die Materialoberfläche – beispielsweise bei Hydraulikzylindern. Die Oberfläche der Zylinderkolbenstange muss anwendungsgerecht beschichtet sein, um mit ihren tribologischen Eigenschaften eine gute und dauerhafte Grundlage zu bieten. Im Bereich der Zylinderbeschichtungstechnologie sind erhebliche Fortschritte zu verzeichnen. Dazu gehören auch metallische/Metall-Mischsysteme, die mit Hochgeschwindigkeit-Flammspritzen (HVOF) oder Kobalt-Legierungsschichten, die mittels Plasmaschweißen aufgetragen werden.

Mehr Sicherheit und Zuverlässigkeit

Die meisten Hydrauliksysteme müssen besondere Sicherheitsstandards für einen absolut störungsfreien Betrieb erfüllen. Daher schaltet das Hydrauliksystem bei einem Ausfall der Stromversorgung dank Fernabschaltung automatisch in einen sicheren Modus. Diese Grundsätze der Risikobeurteilung und Funktionalen Sicherheit wurden anhand von internationalen Normen, wie ISO 12100, ISO 13849 und ISO 4413, festgelegt.

Betreiber im Öl- und Gassektor erwarten, dass die Tiefseeausrüstung während ihrer gesamten Nutzungsdauer, die bis 30 Jahre oder mehr betragen kann, mit minimalem Wartungsaufwand funktionsfähig bleibt. Das erfordert geeignete, druckbeständige Sensoren, um Systemstörungen zu entdecken und, wenn möglich, auch künftige Störungen dank Überwachung der Betriebszustände vorherzusagen.

So, wie sich Unternehmen in immer größere Tiefen vorwagen, erhöhen sich die grundlegenden technischen Anforderungen gerade an hydraulisch betriebene Systeme. Diese Anforderungen lassen sich durch eine Kombination von Standard-Bauteilen, die sich in rauen Bedingungen an Land bewährt haben, umsetzen. Dieser Ansatz ermöglicht Konstrukteuren die Entwicklung wirtschaftlicher Systeme, und damit die Erforschung der Potenziale in der Tiefsee.

Unterwasser-Arbeitsgerät für Ölplattform am Meeresboden

Die Tauglichkeit eines solchen Unterwassergeräts für Tiefen bis mindestens 2000 m ist mit einem Demonstrator im Maßstab 1:2 nachgewiesen. Im Rahmen des Projekts „Integrierte Systeme für die Unterwasser-Produktion von Öl und Gas“ (ISUP) realisierte Rexroth als Entwicklungs-Kooperationspartner die hydraulische Systementenentwicklung für ein ferngesteuertes Unterwasser-Arbeitsgerät. Einmal auf den Meeresboden positioniert, führt es weitgehend autark verschiedenste Aufgaben aus. Das Gerät ist auf einem Crawler montiert und bereitet mit einem Planierschild den Unterwasserboden für Installationen vor.

Ein fünfachsiger Großmanipulator greift herabgelassene Bauteile und platziert sie gezielt. Die eigens entwickelte kraftübertragende Multikupplung ermöglicht einen Werkzeugwechsel, ohne dass Wasser oder Schmutz in die hydraulischen-, elektrischen- und IT-Netzwerk-Systeme eindringen. Innerhalb der Kupplung werden sichere Verbindungen zum Hydraulikkreislauf, der Spannungsversorgung sowie der Signalübertragung per Lichtwellenleiter geschlossen. Offshore-Spezialisten des Antriebs- und Steuerungsherstellers haben es weitgehend aus Standardkomponenten aufgebaut und in Simulationen und in einer Druckkammer bis 600 bar überprüft. Rexroth entwickelt die Subsea-Hydraulik stetig weiter.

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