DE102019002409A1

DE102019002409A1 - Reduzierung der elektrischen Felder eines Wasserfahrzeuges

Info

Publication number: DE102019002409A1
Application number: DE102019002409.5A
Authority: DE
Inventors: Markus Pichlmaier
Original assignee: Bundesministerium der Verteidigung
Current assignee: Bundesministerium der Verteidigung
Priority date: 2019-04-02
Filing date: 2019-04-02
Publication date: 2020-10-08

Abstract

Die Erfindung offenbart ein Wasserfahrzeug, einen Stahlrumpf und Einrichtungen zur Korrosionsvermeidung aufweisend, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zur Korrosionsvermeidung Opferanoden sind, die Opferanoden eine geringere Potentialdifferenz zu Stahl WL 1.3964 wie Zink aufweisen und die Opferanoden eine Potentialdifferenz von min. 100 mV zum Stahl WL 1.3964 aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reduzierung der „Underwater Electric Potential Signaturen“ (UEP-Signaturen) von insbesondere U-Booten.
Aus der Dissertationsschrift „Vorhersage und Umrechnung korrosionsbedingter UEP-Signaturen von Wasserfahrzeugen“ (Fakultät für Ingenieurwissenschaften der Abteilung Elektrotechnik und Informationstechnik der Universität Duisburg-Essen, 2015) ist bekannt, dass die strategische Stärke von U-Booten darin liegt, sich unentdeckt in feindlichem Gebiet bewegen zu können und somit unvermittelt erscheinen und angreifen zu können. Auf diese Weise ist ein einzelnes U-Boot in der Lage eine große Anzahl gegnerischer Streitkräfte zu binden, weil diese z.B. zum Schutz von Versorgern im eigenen Gebiet verbleiben müssen. U-Boote sind demnach strategische Waffen, deren Funktion maßgeblich auf dem Prinzip einer schlechten Ortbarkeit beruht. Im Anti-Submarine Warfare (ASW) werden die UW-Signaturen teilweise noch fortschrittlicher/intensiver überwacht als beim MIW, weshalb bei U-Booten besonders hohe Anforderungen an die Signatur zu stellen sind.
Wie in vielen militärischen Themenbereichen findet bei der Ausnutzung von UW-Signaturen eine kontinuierliche, sich gegenseitig motivierende Verbesserung von Maßnahmen und Gegenmaßnahmen statt. Je ausgeklügelter die Sensortechnik für Seeminen oder für die U-Boot-Jagd wird, umso aufwändiger muss die Minimierung der Signaturen betrieben werden, was indirekt wiederum die Entwicklung der Minen vorantreibt.
Ein besonders großer Aufwand wurde in der Vergangenheit bei der Ausnutzung und respektive der Minimierung, der akustischen und magnetischen Signatur betrieben. Beispielsweise besitzen die modernen U-Boote der Klasse U 212A einen Rumpf aus nicht-magnetisierbarem, hochlegierten Edelstahl mit der Bezeichnung „WL 1.3964“. Die elektrische Signatur fand bisher jedoch weitaus weniger Beachtung. Mittlerweile existieren jedoch diverse Minen mit Sensoren zur Messung der elektrischen Signatur, so dass die Thematik notwendigerweise in den Vordergrund rückt.
Weiter ist aus der Veröffentlichung „Korrosionsverhalten des Stahls WL 1.3964“ (Wiley online Library, 2007) bekannt, dass trotz langjähriger positiver Praxiserfahrungen nach wie vor verschiedene Unsicherheiten hinsichtlich des Korrosionsverhaltens des Werkstoffes WL 1.3964 bestehen. Diese haben dazu geführt, dass aus diesem Werkstoff gefertigte Schiffe und Boote analog zu Schiffen aus niedriglegiertem Stahl kathodisch durch Zn-Opferanoden und zinkstaubhaltige Beschichtungssysteme geschützt werden.
Der Nachteil der Verwendung des Stahls WL 1.3964 zum Bau von U-Booten liegt darin, dass der Stahl WL 1.3964 ungeschützt nicht in Meerwasser eingesetzt werden kann, da er prinzipiell eine gewisse Anfälligkeit gegenüber Loch- aber auch Spaltkorrosion besitzt. Ein zinkstaubhaltiges Beschichtungssystem kann den Werkstoff vor Korrosion schützen. Der Stahl WL 1.3964 besitzt eine erhöhte Anfälligkeit in aufgeschmolzenen Bereichen bzw. in Bereichen mit Anlauffarben, die nicht ordnungsgemäß nachbehandelt wurden.
Zuletzt ist aus der US- Patentschrift US 2,805,198 B eine kathodische Schutzanode, geformt aus einem galvanisch aktiven Metall mit der folgenden Zusammensetzung in Gewichtsprozent, bekannt: Magnesium, mindestens 98,5 %; Mangan, 0,50 bis 1,3 %; Aluminium, nicht über 0,01 %; Zinn, nicht über 0,01 %; Blei, nicht über 0,01 %; Eisen, 0,001 bis 0,03 %; Nickel, nicht über 0,002; andere Metalle (jeweils), nicht über 0,05 %. Die Menge an Mangan in Gewichtsprozent beträgt entsprechend 0,5 + 60 Gew % von Aluminium.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die natürlichen Nachteile des Stahls WL 1.3964 hinsichtlich des Korrosionsverhaltens bei der Verwendung als Baustahl für Wasserfahrzeuge zu kompensieren und gleichzeitig die elektrische Signatur des Wasserfahrzeugs zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Anstatt der Verwendung von Opferanoden wäre beispielsweise auch die Installation eines elektrischen Spulensystems denkbar, um den korrosionsfördernden Elektronenabfluss zu verhindern. Die Verwendung einer Opferanode hat jedoch den Vorteil eines einfachen und kostengünstigen Systems, welches die Anforderungen an die Korrosionsunterbindung des Stahls erfüllt.
Die Größe des elektrischen Feldes ist abhängig von der Potentialdifferenz der verwendeten Materialien. Je geringer die Potentialdifferenz, desto geringer auch das entstehende elektrische Feld und umso kleiner die Wahrscheinlichkeit der Detektion des Wasserfahrzeugs aufgrund der elektrischen Signatur. Die Reduzierung der Potentialdifferenz hat jedoch ihre Grenze ab dem nicht mehr vollständig vorhandenen Korrosionsschutz, kann also nicht bis 0 mV ausgedehnt werden. Erfindungsgemäß wird eine Potentialdifferenz von mindestens 100 mV zwischen der Opferanode und dem verbauten Stahl gefordert, um eine Korrosionsbeständigkeit zu sichern.
Die aus dem Stand der Technik bekannten zinkstaubhaltigen Beschichtungssysteme weisen eine vielfach höhere Potentialdifferenz zum Stahl WL 1.3964 auf, die eine unnötig hohe elektrische Signatur erzeugt. Vorteilhaft ist es daher die Signatur durch die Auswahl eines gegenüber Zink Potentialdifferenz reduzierenden Materials zu verwenden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Unteranspruch 2 beschrieben. Manganstahl X50Mn20 weist gegenüber dem Stahl WL 1.3964 eine Potentialdifferenz von mehr als 100 mV auf und ist geeignet die Korrosionsbeständigkeit für die Nutzung des Stahls im Wasserfahrzeugbau zu sichern. Gleichzeitig liegt die Potentialdifferenz von dem Stahl X50Mn20 gegenüber dem Stahl WL 1.3964 unterhalb der von Zink. Manganstahl X50Mn20 ist vorteilhaft geeignet die Aufgabe zu erfüllen.
Zum besseren Verständnis wird folgender Funktionsablauf beschrieben. Manganstahlplatten X50Mn20 werden auf der Oberfläche des U-bootes aus dem Stahl WL1.3964 flächenkontaktierend verbunden. Der Manganstahl X50Mn20 wirkt als Opferanode und schützt aufgrund der angepassten Potentialdifferenz die Oberfläche des U-bootes vor Korrosion bei gleichzeitig verringerter elektrischer Signatur.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2805198 B [0007]

Claims

Wasserfahrzeug, einen Stahlrumpf und Einrichtungen zur Korrosionsvermeidung aufweisend, dadurch gekennzeichnet, dass a. die Einrichtungen zur Korrosionsvermeidung Opferanoden sind, b. die Opferanoden eine geringere Potentialdifferenz zu Stahl WL 1.3964 wie Zink aufweisen und c. die Opferanoden eine Potentialdifferenz von min. 100 mV zum Stahl WL 1.3964 aufweisen.
Wasserfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Opferanode Manganstahl X50Mn20 ist.
Verfahren zur Korrosionsvermeidung von Stahl WL 1.3964 bei der Verwendung zur Herstellung von Wasserfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Opferanode aus Manganstahl X50Mn20 an dem Schiffrumpf verschweißt wird.