DE2617027A1

DE2617027A1 - Vorrichtung zum bewuchsschutz fuer insbesonders in seewasser ausgesetzte optisch transparente koerper mittels ultraschall

Info

Publication number: DE2617027A1
Application number: DE19762617027
Authority: DE
Inventors: Winfried Dr Ing Koehler; Karl-Frieder Dr Rer Nat Sahm
Original assignee: Dornier System GmbH
Current assignee: KOEHLER, WINFRIED, DR.-ING., 7759 HAGNAU, DE SAHM,
Priority date: 1976-04-17
Filing date: 1976-04-17
Publication date: 1977-10-27
Also published as: DE2617027C3; DE2617027B2

Description

DORNIER SYSTEM GMBH X Friedrichshafen

Reg. S 258

Vorrichtung zum Bewuchsschutz für insbesonders in Seewasser ausge- setzte optisch transparente Körper mittels Ultraschall

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bewuchsschutz für insbesonders in Seewasser ausgesetzte optisch transparente Körper (z. B. Glaskörper) mittels Ultraschall.

Bekanntlich werden alle Gegenstände, auch glatte Glasoberflächen, die mit Seewasser in Berührung kommen, schon nach kurzer Zeit von Bewuchsorganismen besiedelt und überwachsen.

Aus der Praxis und Literatur sind zahlreiche Antibewuchsmittel und Einrichtungen bekannt, mit denen die dem Seewasser ausgesetzten Flächen bestrichen, umgeben, bestrahlt oder mit denen das Material dieser Flächen durchsetzt ist. Hierzu gehören die in ihren Zusammensetzungen unterschiedlichen und auf die Meeresorganismen toxisch wirkenden Antifoulingfarben. Je nach ihrer Zusammensetzung und Dosierung der ihnen beigegebenen Giftstoffe haben sie eine unterschiedliche Wirkungsdauer. Diese Farben enthalten heute hauptsächlich metallorganische Verbindungen auf der Basis von Zinn, Zink, Blei und Quecksilber. Wegen der geringen Wirkungsdauer und ihrer großen Empfindlichkeit gegen mechanische Einwirkungen

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müssen diese Anstriche regelmäßig erneuert werden. Zum Beispiel sind aus der DT-OS 16 21 935 Verkleidungen, Beläge und überzüge bekannt, die gegen Bewuchs von Meeresorganismen beständig sind.

Auch sind aus den DT-OS 21 39 206 und 22 03 475 Antibewuchsmittel bekannt, bei denen der bewuchshindernde Effekt durch toxisch wirkende Metalle, z. B. Kupferlegierungen, ausgelöst wird.

Wie weiteres aus den DT-OS 24 13 587 und 24 11 619 bekannt ist, konnte der Bewuchsansatz auf Glasoberflächen durch Ausnutzung der Fernwirkung von Kupfer erfolgreich verhindert werden. Es gelingt hierdurch jedoch nur kleine Flächen bewuchsfrei zu halten, weil die Reichweite der Fernwirkung von Kupfer im günstigsten Falle nur ca. 5mm beträgt.

Bei verschiedenen in der letzten Zeit durchgeführten Untersuchungen haben sich außer den schon diskutierten bewuchshindernden Mittel und Methoden zur Bewuchsbekämpfung Ultraschallwellen erfolgversprechend erwiesen. Außer der Anwendung von Ultraschall in der Meerestechnik sei auch auf die Anwendung zur Reinigung von Geräten (z. B. medizinische Geräte) hingewiesen (siehe dazu DT-OS 24 23 214, 24 35 940, 24 55 964). Hierbei werden zu reinigende Gegenstände in eine Flüssigkeit getaucht und mechanischer Schwingungsenergie mit Ultraschallfrequenz ausgesetzt, um in der Flüssigkeit Kavitation zu erzeugen.

Ferner sind aus der US-PS 3 068 829 und DT-AS 10 31 166 Verfahren und Vorrichtungen zur Verhinderung des Unterwasserbewuchses-an Schiffen

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mittels eines bewegbaren bzw. einer Anzahl von am Schiffskörper angebrachten Ultraschallgebern bekannt, die durch einen gemeinsamen Generator angetrieben werden und die einzeln oder gruppenweise in zyklischer Folge an den Generator nacheinander angeschaltet und wieder abgeschaltet werden.

Schließlich sind aus den Japanischen und russischen Veröffentlichungen (M. Mori, F. Yamaguchi u. a. „The Antifouling Effect of Ultrasonic Waves on Hulls" in Japanese Technical Review 6 (1969) Nr 6; P. Stscherbakow, Ju. Sobatschew u. a. „Ultraschall - ein wirksames Mittel gegen Bewuchs" in Mor.flot. 54 (1972) 8) eine Reihe von Vorrichtungen bekannt, die mittels Ultraschall den Bewuchs an Schiffen verhindern. Hierbei werden zur Schallerzeugung Ferrit- und Nickeloszillatoren verwendet, die an der Schiffswand in regelmäßigen Abständen angeordnet werden. Der Nachteil hierbei ist, daß sehr hohe Energien aufgewendet werden müssen.

Allen diesen bekannten Verfahren und Vorrichtungen haftet der Nachteil .an, daß sie aufgrund ihrer Wirkungsweise, Wirkungsdauer, Haltbarkeit (Anstriche und Einlagerungen von giftwirksamen Stoffen) und konstruktiven Maßnahmen (Größe, Anzahl von Ultraschallgebern) für die Bewuchsverhinderung auf Glas im Langzeiteinsatz von ozeanografischen Sensoren (z. B. Freihalten der Fenster, Spiegel u.a. von Bewuchs) nicht oder nur sehr bedingt brauchbar und einsetzbar sind.

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Davon ausgehend war es Aufgabe der Erfindung, die Glasfenster von ozeanografischen Sensoren und Meßgeräten langfristig frei von Bewuchs zu halten. Insbesondere sollte flir die dabei verwendeten Gläser eine hundertprozentige Lichtdurchlässigkeit gewährleistet sein, um die Meßfunktionen nicht störend zu beeinflussen oder unmöglich zu machen. Ein direktes Anbringen von bewuchshindernden Schichten und mechanisch wirkenden Mitteln sollte unterbleiben. Außerdem sollten dadurch keine langen und kostspieligen Entwicklungen für spezielle bewuchshindernde Gläser notwendig sein.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß der optisch transparente Körper bzw. dessen Oberfläche mit Ultraschallwellen bestrahlt wird oder selbst Ultraschallschwingungen aussendet. In der weiteren Ausbildung der Erfindung breiten sich die vom optisch transparenten Körper erzeugten Ultraschallschwingungen homogen Über seine gesamte Oberfläche aus. Ferner ist dieser Körper Teil eines Tauchschwingers und als Fensterschwinger ausgestaltet. Dabei, besteht die vordere, dem Seewasser zugewandte Schwingermasse ganz oder teilweise aus einem optisch transparenten Körper. Außerdem ist vorgesehen, daß die vom Tauchschwinger ausgehenden Ultraschallwellen von gegenüber angeordneten Reflektoren auf die Oberfläche des optisch transparenten Körpers reflektiert werden. In einer anderen Ausfuhrungsart wird der optisch transparente Körper zeitlich abwechselnd zu Eigenschwingungen unterschiedlicher Frequenzen und Knotenlinien angeregt. Die Ultraschallschwingungen sind bzw. werden intermittierend geschaltet bzw. erzeugt.

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Wegen der bei längerer Beschallung und höheren Intensitäten auftretenden Kavitationsschäden ist schließlich vorgesehen, daß der optisch transparente Körper aus einem optisch transparenten Material hoher Kavitationsbeständigkeit (z. B. Saphir) besteht.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Fenster bzw. optisch transparenten Körper (z. B. Glas, Saphir u. a.),mit denen ozeanografische Meßgeräte und Meßsonden (ζ. Β. Trübungssensoren) ausgerüstet sind, von maritimen Bewuchs Über längere Zeit völlig frei gehalten werden. Das heißt, die optische Durchlässigkeit bleibt zu 100 % erhalten, wodurch die Meßfunktionen und erhaltenen Meßdaten (ζ. B. während einer TrUbungsmeßung) von unerwünschten Absorptionen, hervorgerufen durch Mikroorganismen (z. B. Bakterien oder Schleimschichten) nicht störend beeinflußt und nicht verfälscht werden; dieser Bewuchs wird durch den Ultraschall entfernt bzw. gehindert, sich anzusetzen. Ferner sind von Vorteil, daß die Beschallungszeiten und Beschallungsintensitäten der jeweils jahreszeitlich bedingten Bewuchsintensität angepaßt werden können und daß die Wirkung, im Gegensatz z. B. zu Antifoulingfarben, zeitlich unbegrenzt ist.

Bei indirekter Beschallung werden die von einem Tauchschwinger herkömmlicher Bauart abgestrahlten Ultraschallwellen auf die von Bewuchs frei zu haltenden Oberflächen gerichtet. Durch im Schallstrahl angeordnete Reflektoren ist es möglich, mit den vom Tauchschwinger ausgehenden Ultraschallwellen mehrere Oberflächen gleichzeitig zu beschallen. Es

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ist ferner möglich, durch entsprechende Anordnung und Auslegung (Rahmenoder Kastenbauweise, z. B. eines Trübungssensors) stehende Schallwellen zu erzeugen und damit die Wirkung des Ultraschallschwingers zu erhöhen. Die Beschallung der Oberflächen wird zweckmäßigerweise intermittierend vorgenommen, wobei Beschallungszeiten von ca. 1 bis 120 see und Pausenzeiten von ca. 0,5 bis 24 Stunden verwendet werden. Günstige Ultraschallfrequenzen liegen zwischen 20 und 100 kHz, wobei höhere Frequenzen durchaus möglich sind.

Bei direkter Beschallung werden die von Bewuchs freizuhaltenden Oberflächen selbst zu mechanischen Schwingungen angeregt. Um die gleiche Wirkung zu erhalten, wie bei indirekter Beschallung, ist hierbei wesentlich weniger Energie erforderlich.

Die Erzeugung der Ultraschallschwingung erfolgt mittels piezokeramischer Materialien nach zwei von verschiedenen Methoden: zum einen werden die betrachteten Objekte (z. B. Glasoberflächen) zu Eigenschwingungen angeregt. Da hiermit eine inhomogene Verformung der Oberfläche verbunden ist, die zur Folge hätte, daß der Bewuchs in den Schwingungsknoten nicht entfernt wird, müssen je nach Bedarf nacheinander mehrere Schwingungsmethoden mit unterschiedlichen Knotenlagen angeregt werden. Zum andern ist es möglich, daß das betrachtete Objekt (z. B. eine Glasscheibe) Teil eines Ultraschallschwingers ist derart,·daß an seiner Oberfläche die Schwingungsamplituden möglichst maximal und homogen sind. Die Beschallungszeiten und Beschallungsfrequenzen entsprechen der indirekten Beschallung.

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Werden mit einem so ausgerüsteten Sensor Messungen durchgeführt, so wird die Beschallung jeweils in den Meßpausen vorgenommen.

Die beschallten Glaskörper können prinzipiell aus einem beliebigen seewasserbeständigem Glasmaterial bestehen. Dabei können bei längerer Beschallungszeit und höherer Intensität Kavitationsschäden auftreten. Dieser Effekt kann durch die Verwendung von Saphir als Fenstermaterial anstelle von Glas verhindert werden. Saphir weist eine ca. hundertfach größere Beständigkeit gegenüber Erosions- und damit Kavitationsbeanspruchung auf.

Die Bekämpfung des Bewuchses mit Ultraschall ist besonders wirkungsvoll, wenn sie bereits vor bzw. im Anfangsstadium des Bewachsens eingesetzt wird. Dies hat den Vorteil, daß schon mit geringeren Intensitäten und Beschallungszeiten ein Erfolg erzielt wird, weil bekanntlich Larven und Keime gegenüber äußeren Einflüssen empfindlicher reagieren als durch Kalkschalen geschützte fertig entwickelte Organismen.

Ausfuhrungsbeispiele sind folgend beschrieben und durch Skizzen erläutert : Fig. 1 zeigt die Anordnung zur indirekten Beschallung der Fenster eines

Trübungssensors mittels Tauchschwinger, Fig. 2 zeigt den Aufbau eines Fensterschwingers zur direkten Beschallung.

In Fig. 1 ist ein rahmenförmiger Träger 1 von Seewasser 2 umgeben. An seiner Oberseite ist ein Taucbschwinger 3 befestigt, der mit seinem

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oszillierenden Teil 4 nach innen ragt. Auf der Unterseite des Trägers 1 dem Teil 4 gegenüber, ist ein Reflektor 5 angeordnet, dessen schräge Flächen 5¹ und 5" symmetrisch gegen die linke und rechte Seite 6, 6¹ des Trägers 1 geneigt sind. An diesen Seiten 6, 6* sind an der Innenseite optisch transparente Scheiben 7, 7' aus seewasserbeständigem Glas befestigt. Hinter der Scheibe 7' ist in einem wasserdichten Gehäuse 8 ein optischer Reflektor 9 angeordnet, der den von der hinter der Scheibe 7 angeordneten Optik 10 ausgehenden Meßstrahl 11 reflektiert. Die vom oszillierenden Teil 4 des Tauchschwingers 3 in das Seewasser 2 abgestrahlten Ultraschallwellen 12 werden von den beiden gegenüberliegenden schrägen Flächen 5', 5" symmetrisch geteilt und gegen die linke und rechte Scheibe 7 und 7¹ reflektiert (siehe Schraffur). Durch diese indirekte Beschallung (z.B. mit 40 kHz intermittierend) dieser Scheiben 7, 7¹ wird ein Ansetzen von Mikroorganismen des Seewassers 2 auf deren Oberflächen verhindert. Der Strahlengang 11 wird dadurch nicht behindert bzw. gestört, da die Durchlässigkeit der beiden Glaskörper bzw. Scheiben 7, 7' vom Bewuchs nicht beeinträchtigt wird.

In Fig. 2 ist der prinzipielle Aufbau eines ringförmig gestalteten Fensterschwingers 13 zur direkten Beschallung dargestellt. Der optisch transparente Körper (z. B. Glas- oder Saphirkörper) 14 ist Teil der vorderen, dem Seewasser ausgesetzte Schwingmasse eines Tauchschwingers. Der Körper 14 ist auf der mit einem Flansch 15 versehenen vorderen Schwingmasse 16 durch eine Kontermutter 17 befestigt. Der Flansch 15

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und die Kontermutter 17 bestehen aus seewasserbeständigem Material (z. B. rostfreier Stahl bzw. Al- oder Ti-Legierung). Unterhalb der oberen Schwingmasse 16 sind durch eine ringförmige Elektrodenscheibe 18 voneinander getrennt, je eine ringförmige piezokeramische Scheibe 19, 19' angeordnet. Gegen die untere Scheibe 19' ist eine zweite ringförmige Schwingmasse 20 angeordnet, die mit der oberen Schwingmasse fest verschraubt ist. Bei Erregung des Fensterschwingers 13 schwingt der Körper 14 auf seiner gesamten Oberfläche nahezu homogen und senkrecht zu seiner Oberfläche.

14. April 1976 KJ 10/Kr/ke

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Claims

-yf-

Reg. S 258

Pate nt ansprüche :

Π J Vorrichtung zum Bewuchsschutz fUr insbesondere in Seewasser ausgesetzte optisch transparente Körper.(z. B. Glaskörper) mittels Ultraschall, dadurch gekennzeichnet, daß der optisch transparente Körper bzw. dessen Oberflöche (7, 7" bzw. 14) mit Ultraschallwellen bestrahlt wird oder selbst Ultraschallschwingungen aussendet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die vom optisch transparenten Körper (7, 7* bzw. 14) erzeugten Ultraschallschwingungen homogen über seine gesamte Oberflöche ausbreiten,

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der optisch transparente Körper (7, 7' bzw. 14) Teil eines Tauchschwingers (13) ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchschwinger als Fensterschwinger (13) ausgestaltet ist, dessen vordere, dem Seewasser (2) zugewandte Schwingmasse ganz oder teilweise aus einem optisch transparenten Körper (14) besteht.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Tauchschwinger (3) ausgehenden Ultraschallwellen von gegenüber angeordneten Reflektoren (5 bzw. 5¹, 5") auf die Oberfläche (n) des optisch transparenten Körpers (7, 7") reflektiert werden.

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6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der optisch transparente Körper (7, 7' bzw. 14) zeitlich abwechselnd zu Eigenschwingungen unterschiedlicher Frequenzen und Knotenlinien angeregt wird.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallschwingungen intermittierend schaltbar sind bzw. erzeugt werden,

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der optisch transparente Körper (7, 7' bzw. 14) aus einem optisch transparenten Material hoher Kavitationsbeständigkeit (z. B. Saphir) besteht.

14. Apiil 1976
KJ lO/ljir/ke

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