DE2617027C3 - Vorrichtung zum langfristigen Bewuchsschutz eines insbesondere dem Seewasser ausgesetzten Fensters eines ozeanographischen Sensors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum langfristigen Bewuchsschutz eines insbesondere dem Seewasser ausgesetzten Fensters eines ozeanographischen Sensors bei Erhaltung seiner vollen Lichtdurchlässigkeit.

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.

Wie aus der DE-OS 24 13 587 bekannt ist, kann der Bewuchsansatz auf Glasoberflächen durch Ausnutzung der Fernwirkung von Köpfer erfolgreich verhindert werden. Es gelingt hierdurch nur kleine Flächen bewuchsfrei zu halten, weil die Reichweite der Fernwirkung von Kupfer im günstigsten Falle nur ca. mm beträgt.

Aus der DE-PS 8 40 961 ist ein Verfahren zum Verhindern des Unterwasserbewuchses an Schiffen hs durch Meerestiere oder Organismen bekannt, bei dem der Bewuchs dadurch verhindert wird, daß der unter Wasser liegende Teil eines Schiffskörpers intermittierend oder kontinuierlich in Schwingungen im Ultraschallfrequenzbereich versetzt wird. Hierbei sind eine Anzahl von Schallgebern am Schiffskörper angeordnet, wobei die schallwirksamen Elemente mit dei Innenfläche des in Schwingungen zu versetzenden Schiffsteiles in Berührung stehen. Die Erregung der Schallgeber und des ihm ausgesetzten Schiffsteiles erfolgt durch Wechselstrom mit Ultraschallfrequenz.

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 ozeanographischen Sensoren (z. B. Freihalten der Fenster, Spiegel u. a. von Bewuchs) nicht oder nur sehr bedingt brauchbar und einsetzbar sind.

Davon ausgehend war es Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zum langfristigen Bewuchsschutz zu schaffen, die das Glasfenster eines ozeanographischen Sensors oder von Meßgeräten frei von Bewuchs hält. Insbesondere sollte für die dabei verwendeten Gläser eine hundertprozentige Lichtdurchlässigkeit gewährleistet sein, um die Meßfunktionen nicht störend zu beeinflussen oder unmöglich zu machen. Außerdem sollte ein direktes Anbringen von bewuchshindernden Schichten und mechanisch wirkenden Mitteln auf den Gläsern unterbleiben.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß das Fenster mit Hilfe eines piezoelektrischen Tauchschwingers mit Ultraschallwellen über das Wasser indirekt beschallt wird oder selbst als Teil eines piezoelektrischen Schwingers Ultraschallwellen aussendet.

In der vorteilhaften weiteren Ausgestaltung der Erfindung breiten sich die vom Fenster erzeugten Ultraschallschwingungen homogen über seine gesamte Oberfläche aus. Ferner ist der Tauchschwinger als Fensterschwinger ausgestaltet, dessen vordere, dem Seewasser zugewandte Schwingermasse ganz oder teilweise aus Glas besteht. Außerdem ist vorgesehen, daß die vom Tauchschwinger ausgehenden Ultraschallwellen von gegenüber angeordneten Reflektoren auf die Oberfläche des Fensters reflektiert werden. In einer anderen Ausgestaltung wird das Fenster zeitlich abwechseln zu Eigenschwingungen unterschiedlicher Frequenzen und Knotenlinien angeregt. Wegen der bei längerer Beschallung und höheren Intensitäten auftretenden Kavitationsschäden ist schließlich vorgesehen, daß das Fenster aus einem optisch transparenten Material hoher Kavitationsbeständigkeit, wie Saphir, besteht.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Fenster bzw. optisch transparenten Körper (z. B. Glas, Saphir), mit denen ozeanographische Meßgeräte und Meßsonden (z. B. 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. Β während einer Trübungsmessung) 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 den jeweils jahreszeitlich bedingten

Bewuchsintensitäten 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 Uhraschallwellen auf die von Bewuchs freizuhaltenden Oberflächen gerichtet Durch im SchjJIstrahJ angeordnete Reflektoren ist es möglich, mit den vom Tauchschwinger ausgehenden Ultraschallwellen mehrere Oberflächen gleichzeitig zu beschallen. Es ist feiner möglich, durch entsprechende Anordnung und Auslegung (Rahmen- oder 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 Ulitraschallschwingung erfolgt mittels piezokeramischer Materialien nach zwei 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 Schwingungsmoden mit unterschiedlichen Knotenlagen angeregt werden. Zum anderen 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.

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 seewasserbeständigen 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. huntertfach 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 Bewuchses 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.

Ausführungsbeispiele sind folgend beschrieben und durch Skizzen erläutert

F i g. 1 zeigt die Vorrichtung zur indirekten Beschallung der Fenster eines Trübungssensors,

F i g. 2 zeigt den Aufbau eines Fensterschwingers zur direkten Beschallung.

In F i g. 1 ist ein Rahmen 1 von Seewasser 2 umgeben. An seiner Oberseite ist ein Tauchschwinger 3 befestigt, der mit seinem oszillierenden Teil 4 nach innen ragt Auf der Unterseite des Rahmens 1 dem Teil 4 gegenüber, ist ein Reflektor 5 angeordnet dessen schräge Flächen 5' und 5" symmetrisch gegen die linke und rechte Seite 6, 6' des Rahmens 1 geneigt sind. An diesen Seiten 6, 6' sind an der Innenseite Fenster 7, T mit optisch transparenten Scheiben aus seewasserbeständigem Glas befestigt Hinter der Scheibe des Fensters T ist in einem wasserdichten Gehäuse 8 ein optischer Reflektor 9 angeordnet, der den von der hinter der Scheibe des Fensters 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" des Reflektors 5 symmetrisch geteilt und gegen die Scheibe des linken und rechten Fensters 7 und T reflektiert (siehe Schraffur). Durch diese indirekte Beschallung (z. B. mit 40 kHz intermittierend) der Scheiben dieser Fenster 7, T wird ein Ansetzen von Mikroorganismen des Seewassers 2 auf deren Oberflächen ve· hindert. Der Strahlengang U wird dadurch nicht gestört, da die Durchlässigkeit der beiden Glaskörper bzw. Scheiben 7, T vom Bewuchs nicht beeinträchtigt wird.

In F i g. 2 ist der prinzipielle Aufbau eines ringförmig gestalteten Fensterschwingers 13 zur direkten Beschallung dargestellt. Der optisch transparente Körper (z. B. Glas- oder Saphirkörper) des Fensters 14 ist Teil der vorderen, dem Seewasser ausgesetzten Schwingmasse eines Tauchschwingers. Der Körper des Fensters 14 ist auf der mit einem Flansch 15 versehenen vorderen Schwingmasse 16 durch eine Kontermutter 17 befestigt. Der Flansch 15 und die Kontermutter 17 bestehen aus seewasserbeständigem Material (z. B. rostfreier Stahl bzw. AI- 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 16 fest verschraubt ist. Bei Erregung des als Tauchschwinger ausgebildeten Fensterschwingers 13 schwingt der Körper 14 auf seiner gesamten Oberfläche nahezu homogen und senkrecht zu seiner Oberfläche.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum langfristigen Bewuchsschutz eines insbesondere dem Seewasser ausgesetzten Fensters eines ozeanographischen Sensors bei Erhaltung seiner vollen Lichtdurchlässigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (7, T bzw. 14) mit Hilfe eines piezoelektrischen Tauchschwingers (3, 13) mit Ultraschallwellen über das Wasser indirekt beschallt wird oder selbst als Teil eines piezoelektrischen Schwingers Ultraschallwellen aussendet

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die vom Fenster (7, T bzw. 14) erzeugten Ultraschallschwingungen homogen über seine gesamte Oberfläche ausbreiten.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchschwinger als Fensterschwinger (13) ausgestaltet ist, dessen vordere, dem Seewasser (2) zugewandte Schwingmasse ganz oder teilweise aus Glas (14) besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Tauchschwinger (3) ausgehenden Ultraschallwellen von gegenüber angeordneten Reflektoren (5) auf die Oberfläche(n) des Fensters (7, T) reflektiert werden.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (7, T bzw. 14) zeitlich abwechselnd zu Eigenschwingungen unterschiedlicher Frequenzen und Knotenlinien angeregt wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (7, T bzw. 14) aus einem optisch transparenten Material hoher Kavitationsbeständigkeit, wie Saphir, besteht.