DE102005056765A1

DE102005056765A1 - Verfahren und Einrichtung zur Beeinflussung von durch galvanische Effekte im Unterwasserbereich von Objekten hervorgerufene elektrische und magnetische Wirkungen

Info

Publication number: DE102005056765A1
Application number: DE200510056765
Authority: DE
Inventors: Karl Dr. Knaack; Jens Dr. Doose; Hartmut Walter
Original assignee: Bundesrepublik Deutschland; Bundesministerium der Verteidigung
Current assignee: Bundesrepublik Deutschland; Bundesministerium der Verteidigung
Priority date: 2005-11-29
Filing date: 2005-11-29
Publication date: 2007-06-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung, die es ermöglicht, die elektrischen und magnetischen Gleich- und Wechselfelder im Unterwasserbereich eines Objektes, in der Hauptsache eines Schiffes, so zu beeinflussen, dass sich diese Erscheinungen gesteuert reduziert oder täuschend im Umfeld auswirken. DOLLAR A Die Beeinflussung erfolgt abhängig von der von Sensoren gemessenen aktuellen Wirkung elektrischer und magnetischer Felder mittels Strömen, die von einem Steuergerät geregelt über eine oder mehrere vorgegebene Kombinationen von Elektroden fließen. Die Elektroden sind auf der benetzten Oberfläche eines Objektes angebracht, so dass durch die Überlagerung des durch die Korrosion bedingten elektrischen und magnetischen Feldes mit den durch die Beschaltung der Elektroden erzeugten Wirkungen eine Signaturreduzierung bzw. manipulative Signaturverstärkung definiert gestaltet werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung, die es ermöglicht, die elektrischen und magnetischen Gleich- und Wechselfelder im Unterwasserbereich eines Objektes, in der Hauptsache eines Schiffes so zu beeinflussen, dass sich diese Erscheinungen gesteuert reduzieren oder täuschend im Umfeld auswirken.

Das elektrische Feld eines Objektes im Unterwasserbereich entsteht im Wesentlichen durch die Verwendung unterschiedlich leitfähiger i.d.R. metallischer Werkstoffe im durch Elektrolyten benetzten Bereich. Dies sind z.B. bei einem Schiff hauptsächlich seine Stahlhülle und dem üblicherweise aus einer Bronzelegierung gefertigte Propeller. Beide Werkstoffe befinden sich im Elektrolyten, so dass zwischen ihnen eine Ionenleitung besteht, die als eine Voraussetzung für einen geschlossenen Stromkreis gilt, in dem der unedlere Werkstoff anodisch reagiert und der am edleren Werkstoff im sauerstoffgesättigten Elektrolyten die Reduktion von O₂ als kathodische Teilreaktion ablaufen lässt. Die wirksamen verschiedenen Potentiale führen gemäß der elektrochemischen Spannungsreihe zu unterschiedlichen Potentialverteilungen an der Objektaußenhaut, die einen Strom treiben können. Sind diese unterschiedlichen Materialien wie beim Schiff über Welle, Wellenlager, Getriebe usw. elektrisch leitend miteinander verbunden, fließen die elektrische Ströme durch den Elektrolyten. Das damit verbundene elektrische Strömungsfeld erzeugt gleichzeitig durch den Ladungstransport ein magnetisches Feld. Das elektrische Feld wird UEP/UEF (Underwater Electrical Potential/Field), das dadurch erzeugte magnetische Feld wird als CRM-Signatur (Corrosion Related Magnetism) bezeichnet.

Diese Vorgänge können reduziert werden, indem versucht wird, die Stromkreise z.B. durch Schutzanstriche oder Beschichtungen mit elektrisch isolierenden Eigenschaften im Idealfall zu unterbrechen.

Bei kathodischen Schutzsystemen übernehmen zusätzlich angebrachte Werkstoffe die anodische Teilreaktion, so dass an den zu schützenden Materialien die kathodische Teilreaktion (O₂-Reduktion) abläuft. Die dadurch erzeugten Elektrolytströme entsprechen mindestens der gleichen Größenordnung wie die durch Korrosion hervorgerufenen elektrischen und magnetischen Wirkungen.

Die durch den natürlichen Korrosionsprozess bzw. durch die Korrosionsschutzsysteme hervorgerufenen elektrischen und magnetischen Felder sind detektierbar und werden z.B. in der Minentechnik dazu benutzt, eine Detonation im geeigneten Moment der Über- oder Vorbeifahrt eines Wasserfahrzeugs auszulösen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die durch den natürlichen Korrosionsprozess bzw. durch die Korrosionsschutzsysteme hervorgerufenen elektrischen und magnetischen Felder festzustellen und in gewünschter Weise zu beeinflussen.

Die Lösung der Aufgabe gelingt mit einem Verfahren nach Anspruch 1 und einer Einrichtung wie sie im Nebenanspruch 6 angegeben ist. Die Erfindung wird durch Unteransprüche vorteilhaft weiter ausgebildet.

Die Erfindung sieht das Anbringen elektrisch leitender Beschichtungen auf den vom Elektrolyten benetzten Teilen des Objektes vor.

Durch eine steuerbare Einspeisung eines elektrischen Gleichstromes in die leitenden Flächen kann in der elektrolytischen Umgebung des Objektes zu seinem originären- ein zusätzliches elektrisches Feld – und damit auch magnetisches Feld – erzeugt werden, welches über die Steuerung des Stromflusses sowohl eine Beeinflussung der elektrostatischen als auch der magnetostatischen Signatur gestattet.

Dabei kann ein gewählter Gleichstrom von einem Wechselstromes überlagert sein, was in der elektrolytischen Umgebung des Objektes zu einem elektrisches Wechselfeld – und damit auch magnetisches Wechselfeld -führt, wodurch sowohl eine gewollte Beeinflussung der elektrischen als auch der magnetischen Wechselfeldsignatur möglich wird.

Diese Beeinflussung erfolgt abhängig der aktuellen Wirkung und gewollten Größe mittels eines Steuergerätes an eine oder mehrere vorgegebene Kombinationen von Elektroden, so dass durch die Überlagerung des durch die Korrosion bedingten elektrischen und magnetischen Feldes mit dem durch die Beschaltung der Elektroden erzeugten Feld eine Signaturreduzierung bzw. manipulative Signaturverstärkung definiert gestaltet werden kann.

Die Erfindung eröffnet damit die Möglichkeit, durch gezielte Maßnahmen elektrische und magnetische Sensoren, z.B. die einer Mine, in der Art zu täuschen, dass Ansprechschwellen für Zündkreise in einer Mine trotz unmittelbarer Nähe unterschritten bleiben oder bereits in einem Abstand zum Objekt überschritten werden, der noch außerhalb eines Gefährdungsbereiches liegt.

Ein Kalibrieren der neuen Einrichtung ist leicht möglich, indem zunächst das elektrische Feld außerhalb des Objektes auf einer Messstelle festgestellt wird und danach durch Einspeisen von gewählten Strömen in die erfindungsgemäßen Stromkreise eine optimale Kombination von Elektroden auffindbar ist, die als Grundeinstellung eine fortwährende Minimierung oder Kompensation der objekteigenen elektrischen und magnetischen Felder garantiert.

Die Erfindung wir nachstehend anhand von in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
die 1 – eine schematische Darstellung eines Schiffes/Bootes, wobei der Rumpf mit einer Anzahl von einzelnen elektrisch leitenden Flächen beschichtet ist bzw. eine optionale Gegenelektrode angebracht wird.
die 2 – die erfindungsgemäße Vorrichtung im Blockschaltbild
Die 1 zeigt ein Wasserfahrzeug bei dem auf der Rumpfoberfläche eine Anzahl von Elektroden 2 angebracht sind, die je nach Zusammenschaltung als Anoden oder Kathoden wirken. Die Anzahl der Elektroden 2 bestimmt die Gliederung und damit die Güte der Kompensation bzw. die erreichbare Manipulation der elektrischen und magnetischen Felder. Zum Aufbringen und Ausgestalten der Elektroden 2 wird auf der gesamten benetzten Oberfläche des Objektes zunächst eine elektrisch isolierende Beschichtung aufgetragen auf die mittels eines leitenden Klebers zur Stromverteilung eine gut leitfähige Schicht (z.B. Graphit- oder Metallfolie oder anderem leitfähigen Material) geklebt wird. Als äußere Strombegrenzung wird auf diese gut leitfähige Schicht eine weitere leitfähige Schicht aufgetragen, deren spezifischer Widerstand deutlich größer ist als der, der für die Stromverteilungsschicht gewählt wurde. Dies sorgt für eine gleichmäßige Stromverteilung über die Fläche und kann beispielsweise in einfacher Weise mit in Kunststoff eingelagertem Graphit realisiert werden.
Diese Elektroden 2 können einzeln oder in mehreren Teilflächen über die Länge des Objektes elektrisch voneinander isoliert aufgebracht sein bzw. aus einer geschleppten Gegenelektrode 9 bestehen.
Mindestens zwei der Elektroden 2/Gegenelektroden 9 sind jeweils an eine Gleichstrom- bzw. an eine Wechselstromquelle anzuschließen, so dass sie als Kathode und Anode über den Elektrolyten einen geschlossenen Stromkreis bilden.
Auf dem Rumpf können Sensoren 1 zur automatischen Ermittlung des Strömungsfeldes angeordnet werden, deren Messwert als Grundlage zur Steuerung der Ströme über die Elektroden 2 der Einrichtung dienen.
In einem ersten Schritt werden die objekteigenen elektrischen und magnetischen Felder an definierten Stellen über die Sensoren 1 oder extern auf einer Messstelle festgestellt.
Im folgenden Schritt werden die Ausgangssignale der einzelnen Sensoren 1 einem Steuergerät 3 zur Bewertung zugeleitet, nach der eine Einprägung von Strömen auf die mit den Elektroden 2 gebildeten Stromkreise erfolgt, die ihren Strompfad außerhalb der Objekthülle ausbilden, wobei die Ströme so eingestellt sind, dass das elektrische und magnetische Gesamtstörfeld minimiert oder auf einen anderen gewünschten Wert geführt wird.
Grundlage der jeweiligen Ströme sind einmal die Messwerte der Sensoren 1, daneben können aber auch in Datenspeichern 7 des Steuergeräts 3 abgelegte Korrekturfaktoren oder Kennfelder die z.B. Änderungen der Umweltparameter, wie die Leitfähigkeit des Seewassers bezogen auf die aktuellen Randbedingungen, betreffen, mit in die Einstellung der Ströme einbezogen werden. Neben der Speicherung im Steuergerät 3 ist aber auch eine Eingabe solcher Werte über ein Eingabemittel 8 wie eine Computertastatur möglich.

1: Sensor
2: Elektrode
3: Steuergerät
4: Stromleistungsstufe
5: Regelstufe
6: Bewertungsstufe
7: Datenspeicher
8: Anzeige- und Eingabemittel
9: Gegenelektrode (optional)

Claims

Verfahren zur Beeinflussung von durch galvanische Effekte im Unterwasserbereich von Objekten (z.B. Wasserfahrzeugen) hervorgerufene elektrische und magnetische Wirkungen, bei dem, a) mittels Sensoren auf der Außenhülle der Objekte die aktuell relevanten Parameter ermessen werden, b) die Ausgangssignale der einzelnen Sensoren einem Steuergerät zur Bewertung zugeleitet werden, nach der eine Einprägung von Strömen auf Stromkreise erfolgt, die einen Strompfad außerhalb der Objekthülle vorsehen, wobei die Ströme so eingestellt sind, dass das elektrische und magnetische Gesamtstörfeld minimiert oder auf einen anderen gewünschten Wert geführt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einprägung der Ströme abhängig von z.B. der Bordnetzfrequenz, einer Wellendrehzahl oder einer anderen wählbaren Frequenz so erfolgt, dass objekttypische Wechselfelder kompensiert, verändert oder überdeckt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einprägung der Ströme im Hinblick auf magnetische Gleich- und Wechselfelder derart erfolgt, dass sich eine Reduzierung oder Erhöhung des magnetischen Störfeldes im gesamten oder in Teilbereichen außerhalb der Objekthülle ergibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einprägung der Ströme in Bezug auf die objekteigene elektrische und magnetische Signatur so gesteuert wird, dass sie andere Objekte in deren Wirkungen nachbilden, dass Bewertungsstufen in gegen das Objekt gerichteten Bedrohungseinrichtungen zu einem falschen Resultat gelangen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einprägung der Ströme in bestimmter Größe erfolgt, so dass die erzielte elektrische und magnetische Wirkung durch Sensoren ermittelt und zur Steuerung der Ströme (Selbstvermessung) genutz werden kann.
Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch, auf der Objektülle im Unterwasserbereich angebrachte Sensoren (1) zum Messen der partiellen elektrischen und magnetischen Objektwirkung, einem Steuergerät (3) mit Bewertungsstufe (6), einer Regelstufe (5), einem Speicher (7) für Datenverarbeitungsprogramme und Kenngrößen, Anzeige- und Eingabemittel (8), mindestens einer Stromleistungsstufe (4), und als Anode und Kathode geschaltete Elektroden (2).
Einrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch, mindestens zwei sich flächig erstreckende geschichtete Elektroden, die auf der Oberfläche des benetzten Bereichs der Wasserfahrzeughülle mittels eines leitenden Klebers auf einer elektrisch isolierenden Schicht aufgetragen sind, mit einer der Klebeseite zugewandten ersten Schicht höherer Leitfähigkeit und einer weiteren dem Elektrolyten ausgesetzten Schicht minder Leitfähigkeit.
Einrichtung nach den Ansprüchen 6 oder 7, gekennzeichnet durch, eine erste aus Graphit oder Metallfolie bestehende Schicht.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch, eine aus Kunststoff bestehende äußere Schicht, in die Graphit eingelagert ist.