DE3511364A1

DE3511364A1 - Druckbestaendiges auftriebsmaterial

Info

Publication number: DE3511364A1
Application number: DE19853511364
Authority: DE
Inventors: Katsumi Saitama Utsugi
Original assignee: Nichiyu Giken Kogyo Co Ltd; Nippon Oil and Fats Co Ltd
Current assignee: Nichiyu Giken Kogyo Co Ltd; NOF Corp
Priority date: 1984-11-09
Filing date: 1985-03-28
Publication date: 1986-05-22
Also published as: GB2167017A; FR2573026B1; NO851304L; JPH0377120B2; JPS61113590A; GB8507695D0; GB2167017B; FR2573026A1; US4598106A; NO162451C; DE3511364C2; NO162451B

Description

Die Erfindung betrifft ein druckbeständiges Auftriebsmaterial, das hauptsächlich unter Wasser in großer Tiefe benutzt wird (dies wird in dieser Beschreibung als "Tiefwasser-Benutzung'¹ bezeichnet) .

In jüngster Zeit werden fortgesetzt Anstrengungen unternommen zur Entwicklung der Verfahren zum Absenken verschiedener Beobachtungsinstrumente in große Meerestiefen, zum Betrieb derselben unter Wasser und zum späteren Anheben derselben an die Wasseroberfläche. Derartige Verfahren sind für Tiefwasser-Vermessungen bzw. -Untersuchungen erforderlich, die durch Unterseeboote aus wirtschaftlichen und aus akademischen Gründen durchgeführt werden. Die Verwendung derartiger Instrumente in der beschriebenen Weise macht ein druckbeständiges Auftriebsmaterial mit geringem spezifischem Gewicht und genügend hoher Festigkeit notwendig, um schwere Arbeitsbedingungen im Tiefwasser zu überstehen.

Als druckbeständige Auftriebsmaterialien, die gute Auftriebskraft im Tiefwasser ergeben, sind hohle Kunststoffkugeln, hohle Glaskugeln, syntaktische Schaummassen usw. eingesetzt worden.

Die Verwendung von Hohlkugeln aus metallischem Material ist ebenfalls denkbar. Solche Hohlkugeln sind jedoch als Auftriebsmaterial nicht so gut geeignet, da sie ein großes spezifisches Gewicht und damit geringe Auftriebskraft ergeben.

Unter dem handelsüblichen Auftriebsmaterial mit hohlen Plastikkugeln befindet sich ein Erzeugnis, das wirksam unter Wasser bis zu Tiefen von 1500 Metern eingesetzt werden kann, das von der Übe Resin Processing Co., Ltd. hergestellt und unter dem Handelsnamen "Cycolac Flöte" vertrieben wird. Diese hohlen Plastikkugeln bestehen aus ABS~Copolymeren mit einer Druckfestigkeit von 4,7 χ 10³ N/cm² (= 480 kg/cm²) mit einem Durchmesser von 360 mm, einem Gewicht von 10 kg und einem spzifischen Gewicht von 0,41.

Unter dem handelsüblichen Auftriebsmaterial mit hohlen Glaskugeln befindet sich ein Produkt der Firma Benthos Inc. in den USA, mit einem Durchmesser von 432 mm, einem Gewicht von 17,7 kg, einem spezifischen Gewicht von 0,42 und einer Betriebs-Wassertiefe von 6000 Metern. Der einem Hohlglaskugel-Material anhaftende größte Nachteil besteht in der mangelnden Stoß- und Schlagfestigkeit.

Als Mittel zur Verbesserung von Hohlglaskugeln zur Beseitigung dieses Nachteils wurde vom gleichen Erfinder ein druckbeständiges Auftriebsmaterial aus hohlen Keramikkugeln entwickelt und ein weiteres druckbeständiges Auftriebsmaterial aus hohlen Kefamikkugeln und einer syntaktischen Schaummasse (japanische Patentanmeldung SHO 58-204729).

Die gerade erwähnten hohlen Keramikkugeln sind wirksam als Auftriebsmaterial in Wasser größerer Tiefe als die üblichen Hohl-Kunststoffkugeln und Hohl-Glaskugeln einzusetzen. Diese Hohlkugeln benötigen in Folge ihrer besonderen Form unvermeidlich spezielle Einrichtungen zum wirksamen Anbringen an Unterwassergeräten, die sehr komplizierte Außenformen besitzen, an denen die Kugeln anhaften sollen.

Als gut anzuwendendes Auftriebsmaterial für Unterwassergeräte ist deshalb ein syntaktischer Schaum oft eingesetzt worden, der aus Hohlglas-Mikrokugeln und Polyesterharz oder Epoxydharz gebildet ist. Verfahren zur Herstellung derartiger syntaktischer Schäume sind z.B. in der japanischen Offenlegungsschrift SHO 49-58162, US-PS 3,477,967 und in der japanischen Offenlegungsschrift SHO 57-28142 beschrieben.

Der syntaktische Schaum wird dadurch erhalten, daß ein Rohmaterial aus einem Gemisch aus Hohlglas-Mikrokugeln und einem warmaushärtenden Harz in eine Form gegossen und ausgehärtet wird. Damit kann der syntaktische Schaum in verschiedenen Formen erzeugt werden, die genau dem Hohlraum einer bestimmten Form entsprechen. Er hat sich deshalb als vorteilhaft für den Gebrauch mit Unterwassergeräten er-

wiesen, wenn ein Auftriebsmaterial komplizierter Gestalt, wie erwähnt, nötig war.

Die Eigenschaften des zuletzt bekanntgewordenen syntaktischen Schaumes, wie sie in dem Forschungsbericht JAMSTECTR 12 (1984)

des Ocean Science Technology Center veröffentlicht wurden,

sind in der nachfolgenden Tabelle dargestellt: ]

Hochfestigkeitstyp Typ geringer Wichte spezifisches Gewicht 0,561 0,545

Druckfestigkeit N/cm² 9,022 χ 10³ 8,5 χ ΙΟ³ (kgf/cm²) (920) (867)

Berstfestigkeit N/cm² 12,51 χ 10³ 12,14 χ ΙΟ³ (kgf/cm²) (1276) (1238)

Bei einem syntaktischen Schaum, der einen Gebrauch bei 6000 Meter Wassertiefe überstehen soll, müssen die Druckfestigkeit und die Berstfestigkeit bei etwa 8,826 N/cm² (900 kgf/cm²) bzw. 12,16 N/cm² (= 1240 kgf/cm²) liegen, wenn ein Sicherheitsfaktor 2 beachtet wird. Der in der Tabelle gezeigte Hochfestigkeitstyp genügt diesen Anforderungen. Die höchste spezifische Dichte, die auf diese Weise nach den jetzt üblichen Standards erreicht wurde, beträgt ca. 0,56.

Heute werden in noch größeren Tiefen auszuführende Meeresuntersuchungen erforderlich. Um die dabei entstehenden Anforderungen zu erfüllen, besteht die Notwendigkeit, ein Auftriebsmaterial, insbesondere einen syntaktischen Schaum, zu entwickeln, das bzw. der ein geringeres spezifisches Gewicht und höhere Festigkeit besitzt.

Aus diesem Grund wird als notwendig betrachtet:

(1) Hohlglas-Mikrokugeln mit geringerem spezifischen Gewicht und höherer Festigkeit zu benutzen,

(2) den Packungsfaktor (das Verhältnis der Massendichte zur wirklichen Teilchendichte) von Hohlglas-Mikrokugeln zu verbessern, und

(3) hochfestes Harz einzusetzen.

Um die Festigkeit der Hohlglaskugeln zu verbessern, ist es notwendig, Glas hoher Steifigkeit zu verwenden, und das ist mit der Forderung nach Reduzierung des spezifischen Gewichtes nicht zu vereinbaren. Der Packungsfaktor der Hohlglas-Mikrokugeln kann dadurch erhöht werden, daß Kugeln unterschiedlicher Durchmesser verwendet werden, jedoch besteht hier eine Begrenzung der zu erzielenden Kompaktheit. Wenn das Erzeugnis der Firma 3M Corp., das unter dem Handelsnamen "Glass Bubble F29x"erhältlich ist, verwendet wird und Materialien mit 10 0 Micron und 30 Micron in einem Verhältnis 60:40 gemischt werden (so daß das durchschnittliche spezifische Gewicht der Hohlglas-Mikrokugeln etwa 0,28 beträgt) so beträgt beispielsweise der Packungsfaktor 73 %. Wenn die benachbarten Hohlglas-Mikrokugeln trennenden Spalte mit Harz mit einem spezifischen Gewicht von 1,2 aufgefüllt werden, besitzt der so erzeugte syntaktische Schaum ein spezifisches Gesamtgewicht von 0,528. Falls das spezifische Gewicht dieses Harzes gesenkt wird, um das gesamtspezifische Gewicht des syntaktischen Schaumes zu erniedrigen, wird auch die Festigkeit des syntaktischen Schaumes selbst proportional abgesenkt. Wenn das spezifische Gewicht der Hohlglas-Mikrokugeln und das des bei dem syntaktischen Schaum benutzten Harzes verringert werden, wird entsprechend die Festigkeit des syntaktischen Schaumes abgesenkt. Es ist nicht möglich, die gewünschte Absenkung des spezifischen Gewichtes zu erzielen, ohne bei der Festigkeit des syntaktischen Schaumes Einbußen zu erleiden.

Es wurde eine Untersuchung im Hinblick auf die Entwicklung eines Auftriebsmaterials von verbessertem Verhalten fortgesetzt und damit das bereits erwähnte neuartige druckbeständige Auftriebsmaterial aus hohlkeramischen Mikrokugeln und einem syntaktischen Schaum entwickelt. Dieses Auftriebsmaterial wurde in Japan unter der

Patentanmeldungs-Nr. SHO 58-204729 eingereicht. Im Vergleich zu dem üblichen syntaktischen Schaum erlaubt dieses Auftriebsmaterial eine weitere Herabsetzung des spezifischen Gewichtes und eine weitere Erhöhung der Festigkeit, und es ist damit für den Tiefwassereinsatz geeignet. Wenn die hohlkeramischen Kugeln und der syntaktische Schaum nun in inniger gegenseitiger Berührung verwendet werden, ist die Volumenänderung unter Druckeinfluß unterschiedlich bei den beiden Komponenten des Auftriebsmaterials, da der Volumen-Elastizitätswert nicht gleich ist. Damit kann der so aufgebrachte Druck sehr leicht die einheitliche Spannungsverteilung stören und die Gesamtfestigkeit des Auftriebsmaterials verringern.

Bei der vorliegenden Erfindung wird nun ein Leerraum bei den Grenzflächen zwischen dem syntaktischen Schaum und den hohlkeramischen Kugeln vorgesehen und dadurch der Nachteil beseitigt, den übliches Auftriebsmaterial aus diesen beiden Komponenten zeigt.

Das erfindungsgemäße druckbeständige Auftriebsmaterial enthält druckbeständige Hohlkugeln und syntaktischen Schaum, wobei ein mit dem Außenraum in Verbindung stehender Leerraum zwischen die druckbeständigen Hohlkugeln und den syntaktischen Schaum eingefügt ist.

Bei einer typischen Ausführung der vorliegenden Erfindung enthält der syntaktische Schaum einen mit dem Außenraum des Schaumes in Verbindung stehenden Leerraum, der dazu dient, die druckbeständigen Hohlkugeln in frei beweglichem Zustand zu halten. Damit besitzen die druckbeständigen Hohlkugeln Bewegungsfreiheit in diesem Leerraum.

Damit ergibt sich als Ziel der Erfindung die Schaffung eines Auftriebsmaterials, das aus syntaktischem Schaum und druckbeständigen Hohlkugeln besteht und überragende Druckfestigkeit zeigt, ohne auch im Tiefwassereinsatz einen Festigkeitsverlust zu erleiden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert; in dieser zeigt:

Figur 1 eine schematische Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Auftriebsmaterials, und

Figur 2 eine Darstellung ähnlich Figur 1 eines in einem,Vergleichsversuch beschriebenen Auftriebsmaterials.

Es wird nachfolgend zunächst das erfindungsgemäße Auftriebsmaterial mit Bezug auf die Zeichnung erläutert. Figur 1 zeigt ein typisches erfindungsgemäßes druckbeständiges Auftriebsmaterial, während Figur 2 ein druckbeständiges Auftriebsmaterial zeigt, das zu Vergleichszwecken so hergestellt wurde, daß der Leerraum zwischen dem syntaktischen Schaum und den druckbeständigen Hohlkugeln gefüllt wurde. In beiden Figuren sind druckbeständige Hohlkugeln 1, ein syntaktischer Schaum 2 zu sehen, in Figur 1 ist ein Leerraum 3 zwischen dem syntaktischen Schaum 2 und die druckbeständigen Hohlkugeln 1 eingefügt mit einem Verbindungsweg 4 des Hohlraumes zu dem Außenraum um das druckbeständige Auftriebsmaterial, 5 bezeichnet in beiden Figuren eine Trennstelle zwischen benachbarten syntaktischen Schaumstücken, und in Figur 2 ist ein Klebemittel 6 zwischen die druckbeständigen Hohlkugeln und den syntaktischen Schaum eingefügt.

Der Unterschied zwischen dem erfindungsgemäßen Auftriebsmaterial nach Figur 1 und dem als Vergleichsmaterial gezeigten Auftriebsmaterial nach Figur 2 besteht darin, daß der in Figur 1 auftretende Leerraum 4 bei dem Material in Figur 2 nicht vorhanden ist, und die druckbeständige Hohlkugel in Figur 2 mittels des Klebers 6 an dem syntaktischen Schaum 2 befestigt ist.

Nun wird ein typisches Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Auftriebsmaterials beschrieben. Zunächst werden die druckbeständigen Hohlkugeln erzeugt. Dann wird das Rohmaterial für den syntaktischen Schaum in eine Gießform gegossen, in der eine benö-

tigte Anzahl von Halbkugeln eines Durchmessers eingesetzt wurde, der etwas größer als der Außendurchmesser der druckbeständigen Kugeln ist. Dann wird das Rohmaterial in der Gießform durch Wärmeeinfluß ausgehärtet. Nach dem Warmaushärten wird die Gießform mit den Halbkugeln entfernt, und es entsteht ein syntaktisches Schaumstück mit darin befindlichen halbkugelförmigen Hohlräumen. Durch Wiederholung des Vorganges wird ein weiteres syntaktisches Schaumstück mit insgesamt der gleichen Form erzeugt. Die beiden so erzeugten syntaktischen Schaumstücke werden, wie in Figur 1 gezeigt, miteinander verbunden, wobei die druckbeständigen Hohlkugeln einzeln in die vorhandenen Hohlräume eingesetzt werden. Schließlich werden die Verbindungswege, die von den Leerräumen zu der Außenseite führen, durch mechanische Bearbeitung hergestellt.

Bei dem erfindungsgemäßen Auftriebsmaterial sind der syntaktische Schaum und die Hohlkugeln nicht miteinander verbunden, sondern voneinander durch zwischenliegenden Leerraum getrennt, die Hohlkugeln sind in einem frei beweglichen Zustand gehalten und der Leerraum kann mit dem Außenraum in Verbindung treten. Wenn dieses Auftriebsmaterial in Wasser eingetaucht wird, kann das unter Druck stehende Umgebungsmittel, wie das Meereswasser frei in die Leerräume eintreten. Damit erleidet das Auftriebsmaterial keinen Festigkeitsverlust, auch wenn es wiederholt einem Außendruck ausgesetzt wird. Die druckbeständigen Hohlkugeln werden erforderlicherweise aus einem Keramikmaterial mit einem Druckmodul (bulk modulus) von mindestens 88,26 χ 10³ N/mm (9 χ 10³ kgf/mm) gefertigt. Die Hohlkugeln sollten einen Durchmesser von nicht unter 20 mm und ein spezifisches Gewicht von 0,2 bis 0,5 besitzen. Wahlweise können auch statt der Hohlkugeln Hohlzylinder mit im wesentlichen den gleichen Werten benutzt werden. Der Grund für die getroffene Auswahl des genannten Kompressionsmoduls besteht darin, daß die Abnahme der Auftriebskraft bei Druckerhöhung durch Erniedrigung des Volumenschrumpfens verkleinert wird. Zur Erleichterung des Herstellverfahrens sollte der Durchmesser nicht weniger als 20 mm betragen, und das spezifische Gewicht nicht kleiner als 0,2 sein. Bei einem größeren spezifischen Gewicht als 0,5 ist die Auftriebskraft zu gering, und damit wird das Ziel, das spezifische Gewicht

abzusenken, nicht erreicht. Zur Art des verwendeten Keramikmaterials ist zu sagen, daß Keramikmaterial vom Aluminiumoxyd-Typ oder Circonoxyd-Typ sich im Gebrauch als vorteilhaft für die Erfindung erwiesen hat. Der syntaktische Schaum für das erfindungsgemäße Auftriebsmaterial kann durch irgendein auf diesem Fachgebiet bekanntes Verfahren erhalten werden, beispielsweise durch ein Vakuum-Mischverfahren oder Vakuum-Impräg-

nierungsverfahren, bei dem eine Kombination aus Hohlglas-Mikro- j kugeln und ungesättigtem Polyesterharz oder Epoxydharz verwendet wird. In dem Hohlraum des syntaktischen Schaumes sollte die druckbeständige Hohlkugel erforderlichenfalls 99,7 bis 95 % des Hohlraumvolumens einnehmen.

Mit anderen Worten, der Volumenunterschied des Hohlraumes im syntaktischen Schaum zu der druckbeständigen Hohlkugel, d.h. die genannten 0,3 bis 5 % des Hohlraumvolumens, stellen den Leerraum zur Einleitung des äußeren Druckmittels dar. Falls dieser Leerraum kleiner als 0,3 % ist,läßt der auf das Auftriebsmaterial einwirkende Druck den syntaktischen Schaum dicht an die druckbeständige Hohlkugel anlegen, da die Schrumpfung des syntaktischen Schaumes unter Druck größer als die der druckbeständigen Hohlkugel ist. Darüberhinaus springt oder reißt der syntaktische Schaum unter erhöhtem Druck. Falls der Leerraum größer als 5 % ist, wird die Auftriebskraft zu sehr abgesenkt.

Typische Zusammensetzungen des vorteilhaft für die Erfindung einsetzbaren syntaktischen Schaumes sind nachstehend zusammengefaßt:

1.1 Hohlglas-Mikrokugeln (spezifisches Gewicht 0,32), Erzeugnis der 3M Corp., "Glass Bubbles, D 32/4500" in handelsüblicher Form

32 Gewichtsprozent

1.2 Ungesättigtes Polyesterharz, Erzeugnis der Nippon Shokubai Kagaku Kogyo Co., Ltd., "Epolac G82" in handelsüblicher Form_

67 Gewichtsprozent

1.3 Härtemittel, Erzeugnis der Firma Nippon Oils & Fats Co., Ltd.,"Permec N" in handelsüblicher Ausführung ~

0,5 Gewichtsprozent

1.4 Aushärtebeschleuniger, Erzeugnis der Firma Japan Chemical Industry Co., Ltd., "Napthex Cobalt" (Co 6 %) in handelsüblicher Ausführung

0,5 Gewichtsprozent

Spezifisches Gewicht des ausgehärteten syntaktischen Schaumes

- 0,62

Berstfestigkeit des ausgehärteten syntaktischen Schaumes

- 13,24 χ 10³ N/cm² (1350 kgf/cm²)

2.1 Hohlglas-Mikrokugeln (spezifisches Gewicht 0,28) Erzeugnis der 3M Corp. "Glass Bubbles, F29x" in handelsüblicher Ausführung

35 Gewichtsprozent

2.2 Ungesättigtes Polyesterharz, Erzeugnis der Firma Nippon Shokubai Kagaku Kogyo Co., Ltd., "Epolac RFlOOl" in handelsüblicher Ausführung

53 Gewichtsprozent

2.3 Schrumpffestigkeits-Mittel für ungesättigtes Polyesterharz, Erzeugnis der Firma Nippon Shokubai Kogyo Co., Ltd., "Epolac ATlOO" in handelsüblicher Ausführung

10,0 Gewichtsprozent

2.4 Silan-Koppelmittel, Erzeugnis der Firma Nippon Unicar Co., Ltd., "Silocone A174" in handelsüblicher Ausführung

1,0 Gewichtsprozent

2.5 Härtemittel, Erzeugnis der Firma Nippon Oils & Fats Co., Ltd., "Permec N" in handelsüblicher Ausführung -

0,4 Gewichtsprozent

2.6 Aushärtebeschleuniger, Erzeugnis der = Firma Japan Chemical Industry Co., Ltd., "Naphtex Cobalt" (Co 6 %) in handelsüblicher Ausführung

0,6 Gewichtsprozent

Spezifisches Gewicht des ausgehärteten syntaktischen Schaums

- 0,54

Berstfestigkeit des ausgehärteten syntaktischen Schaums

- 12,36 χ 10³ N/cm² (1260 kgf/cm²)

Als Hohlkugelmaterial braucht nicht nur Keramik eingesetzt zu werden. Es hat sich bestätigt, daß auch dann, wenn die Hohlkugeln aus Glas genügend hoher Druckbeständigkeit gefertigt sind, die sonst unvermeidbare Festigkeitsverminderung infolge des Unterschiedes der Volumenelastizitäten der Kugeln gegen den syntaktischen Schaum durch Zwischensetzen des Leerraumes an die Begrenzung der beiden Komponenten verhindert werden kann.

Nun wird die Erfindung eingehend mit Bezug auf ein Arbeitsbeispiel und einem Vergleichsversuch beschrieben.

Arbeitsbeispiel

Druckbeständige Hohlkugeln mit einem Außendurchmesser von 96 mm, einem Gewicht von 171 g und einem spezifischen Gewicht von 0,37 wurden aus Aluminiumoxyd-Keramik mit einem Aluminiumgehalt von 84 % gefertigt. Die physikalischen Eigenschaften der Aluminiumoxyd-Keramik, bestimmt anhand von Probestücken, betrugen Druckfestigkeit 2,06 χ 10³ N/mm² (210 kgf/mm²)_/ Kompressionsmodul

215,7 χ ΙΟ³ N/mm (22 χ ΙΟ³ kgf/mm), Poisson-Verhältnis 0,19, und wahres spezifisches Gewicht 3,22. Jede Kugel wurde durch Ausbilden von zwei Halbkugeln durch übliches Drehen hergestellt, durch Sintern der ausgebildeten Halbkugeln, Abkühlen der gesinterten Halbkugeln, Abschleifen der Halbkugelkanten und Verbinden der Halbkugeln.

Ein syntaktischer Schaum wurde so hergestellt, daß im Vakuum gemischt wurde:

(1) 32 Gewichtsprozent Hohlglas-Mikrokugeln mit einem spezifischen Gewicht von 0,32, Erzeugnis der 3M Corp., "Glass Bubbles, D32/4500" in handelsüblicher Ausführung,

(2) 67 Gewichtsprozent ungesättigtes Polyesterharz, Erzeugnis der Firma Nippon Shokubai Kagaku Kogyo Co., Ltd., "Epolac G-82" in handelsüblicher Ausführung,

(3) 0,5 Gewichtsprozent Härtemittel, Erzeugnis der Firma Nippon Oils & Fats Co., Ltd., "Permec N" in handelsüblicher Ausführung, und

(4) 0,5 Gewichtsprozent Härtebeschleuniger, Erzeugnis der Firma Japan Chemical Industry Co., Ltd., "Naphtex Cobalt" (Co 6 %) in handelsüblicher Ausführung.

Die Gießform für den syntaktischen Schaum war ein Klotz mit einer Abmessung von 110 mm χ 60 mm χ 505 mm, an der fünf Halbkugeln mit 97 mm Durchmesser in regelmäßigem Abstand angebracht waren. Das erwähnte Rohmaterial für den syntaktischen Schaum wurde durch Erhitzen aufgeschmolzen, in diese Gießform eingegossen und dann ausgehärtet. Dadurch wurde ein syntaktischer Schaum mit halbkugelförmigen Hohlräumen zum Einsetzen der Hohlkugeln erhalten. Dieser syntaktische Schaum wurde zu den sichtbaren Abmessungen 100 mm χ 50 mm χ 500 mm durch Zuschneiden der rauhen Seitenflächen endbearbeitet. Ein weiterer syntaktischer Schaumklotz mit insgesamt der gleichen Gestalt wurde durch Wiederholen der beschriebenen Prozedur hergestellt. Die beiden syntaktischen Schaumstücke wurden an den in der Zeichnung mit 5 bezeichneten Flächen vereinigt, wobei die erwähnten druckbeständigen Hohlkugeln aus Aluminiumoxyd-Keramik

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einzeln in die kugelförmigen Hohlräume eingesetzt wurden. Die durch die Halbkugeln gebildeten Kugeln bestanden in der in Figur 1 gezeigten Form. Demzufolge ~trat ein Leerraum 3 zwischen den druckbeständigen Hohlkugeln und dem syntaktischen Schaum 2 auf. Zur Endbearbeitung des erfindungsgemäßen Auftriebsmaterials wurden Verbindungswege 4 zwischen den Hohlräumen 3 und dem Außenraum hergestellt. Das gesamtspezifische Gewicht des Auftriebsmaterials betrug 0,500 und das scheinbare spezifische Gewicht einschließlich des Leerraumes betrug bei diesem Auftriebsmaterial 0,493.

Dieses Auftriebsmaterial wurde in einen Hochdruck-Wassertank eingeführt und der auf das Auftriebsmaterial ausgeübte Wasserdruck wurde schrittweise erhöht, um die Berstfestigkeit zu untersuchen. Der syntaktische Schaum des Materials wurde zum Bersten gebracht, wenn der Wasserdruck auf 13,239 χ 10³ N/cm² (= 1350 kgf/cm²) erhöht wurde. Bei diesem Druck blieben jedoch die druckbeständigen Hohlkugeln aus Aluminiumoxyd-Keramik intakt. Ein weiteres Auftriebsmaterial, das auf gleiche Weise hergestellt wurde, wurde einem Druck-Zyklus-Test unterzogen, bei dem nacheinander das Material einem Druck bis zu 5,884 χ 10³ N/cm² (600 kgf/cm²) ausgesetzt und dann vollständig entlastet wurde, und es trat bei einer Versuchsdurchführung bis zu 2500 Zyklen keine abnormale Erscheinung im Material auf.

Vergleichsversuch

Druckbeständige Hohlkugeln aus Aluminiumoxyd-Keramik und ein syntaktischer Schaum wurden durch getreue Beachtung der bei dem Arbeitsbeispiel angegebenen Werte und Rezeptur erzeugt. Es wurden drei Auftriebsmaterialien erzeugt unter Benutzung der Hohlkugeln und Stücke aus syntaktischem Schaum, wobei wie in Figur 2 gezeigt, Klebemittel 6 den Leerraum zwischen den druckbeständigen Hohlkugeln 1 und dem syntaktischen Schaum 2 ausfüllte.

In der gleichen Weise wie im Arbeitsbeispiel wurden die drei Auftriebsmaterialien auf Berstfestigkeit untersucht. Bei allen Auf-

fib*

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triebsmaterialien wurden die Hohlkugeln aus Aluminiumoxyd-Keramik bei einem Druck von 1,96 χ 10³ N/cm² (200 kgf/cm²) zerdrückt.

Alle verwendeten druckbeständigen Hohlkugeln aus Aluminiumoxyd-Keramik wurden vor dem Einsetzen für das Auftriebsmaterial einer Untersuchung unterworfen, bei dem 5 mal hintereinander ein Druck von 7,845 χ 10³ N/cm² (800 kgf/cm²) ausgeübt wurde. Keine Kugel wurde zum Bersten gebracht. Auf diese Weise ist der Unterschied zwischen dem Arbeits- und dem Vergleichsbeispiel sehr deutlich sichtbar.

Da das erfindungsgemäße Auftriebsmaterial mit Wegen 4 versehen wurde, welche die Leerräume 3 zwischen den druckbeständigen Hohlkugeln aus Aluminiumoxyd-Keramik und dem syntaktischen Schaum 2 eine Verbindung mit dem Außenraum des Materials verbinden, wird eine bemerkenswerte Verbesserung der Berstfestigkeit bei gleichzeitig großer Absenkung des spezifischen Gewichtes des syntaktischen Schaums auf 0,500 erzielt, wobei dieser letztere Wert auch unter der Untergrenze 0,54 liegt, die für den üblichen syntaktischen Schaum festgestellt wurde.

Damit ermöglicht die vorliegende Erfindung die Herstellung eines Auftriebsmaterials mit geringerem spezifischem Gewicht und höherer Festigkeit als das übliche Auftriebsmaterial· Damit ist der Aufbau von Unterwassergeräten und -fahrzeugen zum Abstieg in größere Tiefen möglich.

Obwohl die bei dem erwähnten Arbeitsbeispiel und dem Vergleichsversuch verwendeten druckbeständigen Hohlkugeln aus Aluminiumoxyd-Keramik bestanden, kann für die Erfindung auch ein anderes Material für die druckbeständigen Hohlkugeln eingesetzt werden.

- Leerseite -

Claims

- Patentansprüche -

1. Druckbeständiges Auftriebsmaterial, das aus druckbeständigen Hohlelementen (1) und einem syntaktischen Schaum (2) besteht, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen den druckbeständigen Hohlelementen und dem syntaktischen Schaum ein Leerraum (3) besteht, der über Wege (4) mit dem Außenraum um das Auftriebsmaterial in Verbindung steht.

2. Druckbeständiges Auftriebsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die druckbeständigen Hohlelemente (1) in dem mit dem Außenraum des Auftriebsmaterials in Verbindung stehenden Leerraum (3) in frei bewegbarem Zustand gehalten sind.

MANl U ■ FINSTF.RWALD - HEVM MORGAN 8000 MÜNCHEN 22· ROBERT-KOCH-STRASSE 1 ■ TEL- (089) 22 4211 TELEX 5 3967? ΡΛΓΜΙ- FA* .r HANNS JoR(J ROTERMUND 7000SrUrTGARTSO(BADCANNSTATT) SEFl BFfRGSTR <?3/2·"> TEI (07 It) iiHi'P'ii

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3. Druckbeständiges Auftriebsmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die druckbeständigen Hohlelemente (1) aus Keramikmaterial gefertigt sind und einen Kompressionsmodul von mindestens 88,26 χ 10³ N/mm (= 9 χ 10³ kgf/nun) besitzen.

4. Druckbeständiges Auftriebsmaterial nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Hohlelemente (1) aus Keramikmaterial einen Durchmesser von mindestens 20 mm und ein spezifisches Gewicht im Bereich von 0,2 bis 0,5 besitzen.

5. Druckbeständiges Auftriebsmaterial nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Keramikmaterial Aluminiumoxyd-Keramik oder Zirconoxyd-Keramik ist.