DE69912251T2

DE69912251T2 - Preiswerte auftriebsstruktur für tiefwassergebrauch

Info

Publication number: DE69912251T2
Application number: DE1999612251
Authority: DE
Inventors: Matthew Edward PATTON; Allen Jerry HENKENER; Jon Lawrence GOLAND; Stewart Timothy RENNICK
Original assignee: Saipem SpA
Current assignee: Saipem SpA
Priority date: 1998-03-05
Filing date: 1999-03-05
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2019-03-06
Also published as: PT1058643E; DK1058643T3; ES2209418T3; WO1999044881A1; US6153294A; NZ506257A; NO20004435D0; AU747483B2; BR9908503A; DE69912251D1; EP1058643A1; EP1058643B1; AU3329199A; NO20004435L; CA2321053A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf formbare Unterwasser-Schwimmstrukturen, die Metallkugeln in syntaktischem Schaumstoff umfassen, und auf ein Verfahren zur Herstellung dieser Strukturen.
Alle Unterwasserfahrzeuge und die meisten Unterwasserausrüstungen erfordern die Verwendung eines Auftriebssystems, um das Fahrzeug oder die Ausrüstung entweder in Gleichgewichtslage oder auftreibend schwimmend zu machen. Typischerweise wird ein giessbares Material, das syntaktischer Schaumstoff genannt wird, für diesen Zweck verwendet. Dies gilt besonders bei Unterwasserfahrzeugen wie etwa bei fernbetriebenen Fahrzeugen (ROV's) und bei Öl- und Gas-Fördersteigleitungen (das Rohrnetz, welches das Öl und/oder das Erdgas aus dem Meeresboden zu einer schwimmenden Förderplattform an der Oberfläche des Ozeans leitet).
Syntaktischer Schaumstoff ist ein Gemisch von Epoxid oder eines anderen geeigneten Harzes mit hohlen Mikrokugeln und manchmal "Makrokugeln", die typischerweise mit Glas hergestellt sind, das überall gleichmäßig mit Harz gemischt ist. "Makrokugeln" sind größer als Mikrokugeln mit Größen, die sich bis zu etwa 3 Zoll (7,5 cm) im Durchmesser erstrecken. Der syntaktische Schaumstoff wird gegossen und gehärtet, um einen Block zu bilden. Da die Harze bei Raumtemperatur flüssig sind, kann der Schaumstoff in sehr komplexe Formen gegossen werden.
Das Schwimmvermögen des syntaktischen Schaumstoffs ist als das Trockengewicht geteilt durch das Gewicht eines vergleichbaren Volumens des Seewassers definiert. Je kleiner die Schwimmvermögenszahl ist, desto wirksamer ist die Auftriebskraft des Schaumstoffs. In einer Nenntiefe im Ozean von 3000 Metern kann eine ausreichende Auftriebskraft geschaffen werden, wenn die Schaumstoffdichte etwa die Hälfte (0,5 g pro cm³ oder 32 Pfund pro Kubikfuß) der Dichte des Wassers beträgt. In tieferen Tiefen ist es notwendig, Schaumstoff zu verwenden, der eine bedeutend höhere Dichte hat, um eine ausreichende Festigkeit gegen das Zerquetschen zu schaffen; folglich ist das Volumen des Schaumstoffs, der benötigt wird, um einen gegebenen Betrag an Auftriebskraft zu erzielen, wesentlich vergrößert.
Dies bedeutet, dass – in der Tiefsee – erheblich mehr Schaumstoff benötigt wird, um denselben Betrag an Auftriebskraft zu erzielen. Bei einem ROV, das in 3000 bis 6000 Metern Meerwassertiefe (10.000 bis 20.000 Fuß) betrieben wird, kann die Höhe oder die Größe des Blocks aus syntaktischem Schaumstoff, der benötigt wird, um einen gewünschten Betrag an Auftriebskraft zu erzielen, ein erhebliches Problem werden. In einer Auslegungstiefe von 6000 Metern würde ein typisches ROV der Arbeitsgrößenklasse einen Schaumstoffblock erfordern, der fast zweimal so groß ist, wie der Schaumstoffblock, der in 3000 Metern erforderlich wäre.
Außer dem Problem der Größe ist der syntaktische Schaumstoff außerdem relativ teuer, wobei leichtere syntaktische Schaumstoffe mit größerem Schwimmvermögen bei den Drücken, die in der Tiefsee festgestellt werden, dem Zerquetschen unterworfen sind. Es sind preiswertere syntaktische Schaumstoffe erforderlich, die ein erhöhtes Schwimmvermögen besitzen und die eine größere Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Zerquetschen in der Tiefsee besitzen.
GB 2167017 offenbart ein druckbeständiges Auftriebsmittel, das eine Vielzahl von hohlen keramischen Kugeln umfasst, die in einem Block aus syntaktischem Schaumstoff eingebettet sind, wobei die Kugeln und der syntaktische Schaumstoff durch einen äußerlich verbundenen leeren Raum getrennt sind. Der leere Raum begrenzt jeden Verlust an Gesamtstrukturfestigkeit, der von dem syntaktischen Schaumstoff und von den hohlen keramischen Kugeln mit verschiedenen Volumen-Elastizitäten bewirkt wird.
Gemäß der Erfindung wird eine druckbeständige Schwimmstruktur geschaffen, die einen Block aus syntaktischem Schaumstoff und in den Schaumstoff eingebettete Kugeln umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln aus Metall sind und ein Gewicht pro Volumeneinheit besitzen, das niedriger als jenes des syntaktischen Schaumstoffs ist.
Die eingebetteten Metallkugeln können eine Festigkeit besitzen, die ausreichend ist, die Auftriebskraft der Struktur unter Drücken, denen die Struktur während der Verwendung ausgesetzt ist, aufrechtzuerhalten, wobei zu erwarteten ist, dass diese Drücke über 1.000 psi (70 kg/cm²) betragen.
Die Kugeln sind vorzugsweise im Wesentlichen hohl und können aus jeweils zwei Halbkugeln gebildet sein. Die Kugeln sind vorzugsweise aus einem präzisionsgeschmiedeten Hochleistungs-Maschinenbaustrukturmetall gebildet. Die Kugeln können z. B. aus einer Aluminiumlegierung, insbesondere aus einer der Legierungsgruppen 7075, 7175 oder 7050, gebildet sein. Die Kugeln und das Schaumstoffmaterial können einen im Wesentlichen gleichen Kompressionsmodul besitzen.
Die Kugeln sind vorzugsweise in dem Schaumstoff regelmäßig beabstan det. Die Packungsdichte der Kugeln ist vorzugsweise im Wesentlichen die höchstmögliche Packungsdichte.
Die Kugeln besitzen vorzugsweise einen Durchmesser von mehr als 20 cm und vorteilhafter einen Durchmesser, speziell einen Innendurchmesser, von mehr als 24 cm. Außerdem besitzen die Kugeln vorzugsweise eine Wanddicke, die verglichen mit ihrem Durchmesser klein ist. Die Kugeln können z. B. eine Wanddicke in der Größenordnung von 0,4 cm besitzen.
Die Struktur ist für Tiefseeeinsätze besonders geeignet. Vorzugsweise kann die Struktur einem Druck von 296 kg/cm² (4200 psi) und vorteilhafter einem Druck von 423 kg/cm² (6000 psi) widerstehen. Vorzugsweise können die Kugeln einer Wandbeanspruchung von 5.000 kg/cm² (70.000 psi) und vorteilhafter einer Wandbeanspruchung von 7.000 kg/cm² (100.000 psi) widerstehen.
Die Struktur kann ein niedrigeres Schwimmvermögen als ein Block mit gleicher Größe aus dem syntaktischen Schaumstoff ohne die Metallkugeln haben.
Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Bilden einer druckbeständigen Schwimmstruktur, das die folgenden Schritte umfasst: Vorsehen von Metallkugeln und Gießen von syntaktischem Schaumstoff um die Metallkugeln, um die Struktur zu bilden, wobei die Kugeln ein Gewicht pro Einheitsvolumen besitzen, das niedriger als jenes des syntaktischen Schaumstoffs ist.
Eine Ausführungsform der Erfindung ist beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben, in der:
1A eine perspektivische Darstellung teilweise im Wegschnitt einer zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeigneten Metallkugel ist,
1B eine Explosionsdarstellung im Querschnitt eines bevorzugten Kantenverbindungsdetails für jede Halbkugel der in 1A gezeigten Kugel ist, und
2 eine perspektivische Darstellung von Metallkugeln in einer Gießform zum Bilden eines Schwimmblocks ist.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung betreffen besonders die Herstellung von leichten hohlen Metallkugeln hoher Festigkeit mit niedrigen Kosten, die direkt in einen syntaktischen Schaumstoffblock gegossen werden können. Die Kugeln besitzen vorzugsweise einen relativ großen Durchmesser und sind vorzugsweise dünnwandig. Die Kugeln sind in ihrem Gewicht pro Volumeneinheit leichter als der Schaumstoff, den sie ersetzen, kosten jedoch etwa dasselbe wie der Schaumstoff, den sie ersetzen.
Die Kugeln können aus irgendeinem Hochleistungs-Maschinenbaustruk turmetall hergestellt werden, das präzisionsgeschmiedet werden kann. Geeignete Metalle umfassen Aluminium und seine Legierungen, Stahl und Titan und seine Legierungen, sie sind jedoch nicht unbedingt auf diese beschränkt. Ein bevorzugtes Metall ist sowohl aus Kostengründen als auch aus Gründen der Bearbeitbarkeit eine hochfeste Aluminiumlegierung wie etwa die 7075er oder die 7175er oder eine der 7050er Legierungsgruppen.
Die Kugeln werden vorzugsweise durch das Schmieden von zwei Halbkugeln hergestellt, wobei die Verbindung zwischen den zwei Halbkugeln bearbeitet ist, damit sie zusammengefügt werden können, wobei anschließend die hohlen Kugeln in einen Block aus syntaktischem Schaumstoff gegossen werden. Der Durchmesser und die Dicke der Kugel werden von der Tiefenanforderung an den Schwimmschaumstoff bestimmt. Die Kugeln können im Wesentlichen irgendeinen Durchmesser besitzen; die bevorzugten Durchmesser bei Tiefseeumgebungen von über 3000 Metern erstrecken sich jedoch von etwa 10 Zoll (etwa 25 cm) bis zu etwa 24 Zoll (etwa 60 cm). Die Wanddicke der Kugel liegt typischerweise im Bereich von etwa 0,14 Zoll bis zu etwa 0,16 Zoll (0,35 cm bis zu 0,41 cm). In einem bestimmten Beispiel hat die Kugel einen Durchmesser von etwa 10 Zoll (25 cm) und eine Wanddicke von etwa 0,15 Zoll (0,38 cm).
In einer Tiefe von 3000 m beträgt der hydrostatische Druck etwa 4200 psi (296 kg/cm²); folglich ist die Beanspruchung in einem Block aus syntaktischem Schaumstoff in einer Tiefe von 3000 m etwa 4200 psi (296 kg/cm²). Weil die Metallkugeln hohl sind und eine sehr dünne Wand haben, wird die Wandbeanspruchung in den Kugeln jedoch wesentlich höher sein; z. B. ist im Fall einer Kugel mit 10 Zoll (25 cm) Durchmesser und einer Wanddicke von etwa 0,15 Zoll (0,38 cm) die Wandbeanspruchung, die sich aus einem hydrostatischen Druck von etwa 4200 psi (296 kg/cm²) ergibt, etwa 70.000 psi (etwa 4932 kg/cm²), und ebenso ist die Wandbeanspruchung, die sich aus dem hydrostatischen Druck bei einem hydrostatischen Druck von etwa 6.000 psi (423 kg/cm²) ergibt, etwa 100.000 psi (etwa 7046 kg/cm²). Eine derartige Kugel kann durch eine herkömmliche hochfeste Luft- und Raumfahrt-Aluminiumknetlegierung wie etwa 7175-T6 geschaffen werden.
Die Kugeln sollten vorzugsweise etwa denselben Kompressionsmodul wie der syntaktische Schaumstoff haben, in den sie gegossen werden, um die Grenzflächenspannung auf einem niedrigen Niveau zu halten.
Bei der Auswahl der Abmessungen kann bei der Kugel ein Sicherheitsfaktor von 1,5 verwendet werden. Wenn z. B. eine Kugel benötigt wird, die Wandbe anspruchungen standhalten soll, die sich in einer Tiefe von 5.000 m ergeben, kann sie anhand der Berechnungen der Beanspruchungen in einer Tiefe von 7.500 m gestaltet werden.
Die zwei Halbkugeln können mit Hilfe einer Anzahl von Verfahren geschmiedet werden, wobei das isotherme Präzisionsschmieden ein bevorzugtes Verfahren ist. Bei dem isothermen Präzisionsschmieden wird ein Schmiedegesenk mit der gewünschten halbkugelförmigen Konfiguration vorbereitet. Ein vorgeschmiedetes Werkstück eines zu schmiedenden Metalls wird in das Schmiedegesenk gelegt, und sowohl das Schmiedegesenk als auch das vorgeschmiedete Werkstück aus Metall werden bei derselben erhöhten Temperatur gehalten. Die erhöhte Temperatur sollte vorzugsweise ausreichend hoch sein, um das vorgeschmiedete Werkstück aus Metall ausreichend geschmeidig für das Formen durch die Gesenke zu machen. Jede Metalllegierung hat einen bevorzugten Temperaturbereich für das isotherme Präzisionsschmieden. Die Gesenke werden relativ langsam auf dem vorgeschmiedeten Werkstück aus Metall geschlossen. Wenn die Gesenke geschlossen sind, wird an die Gesenke eine hohe Tonnage angelegt, um die Halbkugel zu formen. Die Halbkugeln werden anschließend grob bearbeitet und gemäß dem entsprechenden Wärmebehandlungsplan für die verwendete Legierung vergütet. Der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet kennt den entsprechenden Wärmebehandlungsplan. Typische Wärmebehandlungspläne sind von dem Metalllieferanten erhältlich und in dem Metals Handbook, Bd. 5 (9-te Aufl. 1982), beschrieben, das hier durch Literaturhinweis eingefügt ist, und sie sind in verschiedenen Texten, die sich auf das Schmieden beziehen, beschrieben.
Nach dem Vergüten werden die Halbkugeln durch das Anbringen eines Kantenverbindungsdetails in ihre Endform bearbeitet, um die zwei Halbkugeln zu verbinden. Obwohl verschiedene Kantenverbindungskonfigurationen verwendet werden können, ist ein bevorzugtes Kantendetail in den 1A und 1B gezeigt.
In den 1A und 1B umfasst jede Kugel 10 zwei Halbkugeln 12, 14. Die Halbkugeln 12, 14 sind durch passende ringförmige Absätze und Flansche verbunden. Eine erste Halbkugel 12 hat einen inneren ringförmigen Absatz 15 und einen äußeren ringförmigen Flansch 16. Eine zweite Halbkugel 14 hat einen inneren ringförmigen Flansch 17 und einen äußeren ringförmigen Absatz 18. Der innere ringförmige Flansch 17 der zweiten Halbkugel 14 passt zu dem inneren ringförmigen Absatz 15 der ersten Halbkugel 12, und der äußere ringförmige Flansch 16 der ersten Halbkugel 12 passt zu dem äußeren ringförmigen Absatz 18 der zweiten Halbkugel 14.
Die inneren Oberflächen und die äußeren Oberflächen der Halbkugeln werden vorzugsweise in geschmiedetem Zustand ohne zusätzliches Bearbeiten verwendet. Nach dem Bearbeiten des Kantendetails werden die zwei Halbkugeln 12, 14 vorzugsweise mit Hilfe eines geeigneten Klebstoffs zusammen abgedichtet, und die bearbeitete Kugel wird in einen syntaktischen Schaumstoffblock gegossen. In 2 ist vorzugsweise ein kleiner Abstandsbetrag zwischen den Kugeln geschaffen, um den Metall-Metall-Kontakt zu vermeiden. Dieser Abstand kann entweder mit vor dem Guss auf die Kugeln geklebten Distanzstücken geschaffen werden, oder eine dünne Beschichtung aus dem syntaktischen Schaumstoffmaterial kann aufgetragen und gehärtet werden, bevor die Kugeln in der Blockgießform 20 angeordnet werden.
Die Gießform 20 wird vorzugsweise mit einem geeigneten Trennmittel behandelt, bevor die Kugeln in der Gießform befestigt werden. Beispiele für geeignete Trennmittel oder Trennfilme umfassen die Gießformtrennmittel FREEKOTE 700, 33 NC oder 815 NC, sie sind jedoch nicht unbedingt auf diese beschränkt. FREEKOTE ist ein US-bundesweit eingetragenes Warenzeichen der The Dexter Corp. Danach können die Kugeln mit Hilfe jedes geeigneten Mittels wie etwa einer an einer festen Deckelgießform 019 befestigten Gittereinheit, die das Fließen des syntaktischen Schaumstoffs zulässt, jedoch nicht zulässt, dass sich die Kugeln während des Gießens bewegen, örtlich in der Blockgießform angeordnet und befestigt werden. Um das Schwimmvermögen zu maximieren, sind die Kugeln vorzugsweise auf eine regelmäßige Art in ihrer höchsten Packungsdichte angeordnet.
Nachdem die Kugeln in der Gießform befestigt sind, wird der gesamte syntaktische Schaumstoffblock als eine einzige Einheit gegossen. Die Ausgangsmaterialien zum Herstellen des syntaktischen Schaumstoffs enthalten ein geeignetes Harz. Das Harz kann jedes geeignete Harz sein, das dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet bekannt ist, einschließlich syntaktischer organischer Harze wie etwa ein Epoxid-, ein Cyanatester- oder ein Polyimidharz, es ist jedoch nicht unbedingt auf diese beschränkt. Silikone, Dimaleimide und andere wärmeaushärtende und thermoplastische Harze können ebenfalls verwendet werden. Bevorzugte Harze sind Epoxidharze.
Ein bevorzugter Rohschaumstoff wird mit der Luft mitgerissen und ist handelsüblich unter dem Namen Low Cost Buoyancy Foam von Syntech Materials, P.O. Box 5242, Springfield, Virginia 22150, erhältlich. Die Mikrokugeln oder Makrokugeln (nachstehend "Mikrokugeln") sind mit dem Schaumstoff gemischt. Im Wesentlichen können irgendwelche verfügbaren Mikrokugeln verwendet werden. Geeignete Mikrokugeln enthalten Polymer-, Glas-, Quarz- oder Kohlenstoffkugeln, sie sind jedoch nicht unbedingt auf diese beschränkt, wobei die bevorzugten Kugeln hohle Glaskugeln sind, die mit einem Gas wie etwa Kohlendioxid gefüllt sind und einen Durchmesser im Bereich von etwa 5 bis zu etwa 200 Mikrometer besitzen. Die Mikrokugeln können mit dem Rohschaumstoff mit Hilfe irgendwelcher der im Stand der Technik bekannten Verfahren wie etwa z. B. des Unterdruckmischverfahrens oder des Unterdrucktränkungsverfahrens gemischt werden. Das Mischen kann entweder als ein Stapelverfahren oder als ein kontinuierliches Verfahren ausgeführt werden. Wenn der Rohschaumstoff und die Mikrokugeln gründlich vermischt sind, kann der Rohschaumstoff durch Gießen und Härten verarbeitet werden.
Das Rohschaumstoff/Mikrokugel-Gemisch wird in die Gießform geschüttet, bis der Rohschaumstoff die Harzbeschichtung oder die äußere Oberfläche der Kugeln umgibt und eng berührt. Anschließend wird ermöglicht, dass das Gemisch mit Hilfe von bekannten Verfahren aushärtet. Bei einem Schaumstoff, der mit einem Epoxidharz hergestellt ist, bei dem das Material eine Dicke im Bereich von etwa zwei Zoll (etwa 5 cm) bis zu etwa sechs Zoll (etwa 15 cm) hat, wird das Ausgangsmaterial allmählich [mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,18°C (1/2°F) pro Minute) auf etwa 49°C (120°F) erwärmt und etwa zwei Stunden gehalten, danach auf etwa 60°C (140°F) erwärmt und etwa zwei Stunden gehalten, wobei es anschließend für bis zu etwa vier Stunden auf etwa 71°C (160°F) erwärmt wird. Bei Materialdicken größer als sechs Zoll (15 cm) wird das Ausgangsmaterial allmählich [mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,18°C (1/2°F) pro Minute] auf etwa 41°C (105°F) erwärmt und etwa bis zu vier Stunden gehalten, danach für bis zu etwa zwei Stunden auf etwa 49°C (120°F) erwärmt, anschließend für bis zu etwa zwei Stunden auf etwa 60°C (140°F) erwärmt, wobei es anschließend für bis zu etwa vier Stunden auf etwa 71°C (160°F) erwärmt wird. Das Härtverfahren kann unter einem Unterdruck stattfinden. Wenn das Harz mitgerissene Luft enthält, findet das Härtverfahren nicht unter einem Unterdruck statt.
Bei einer gegebenen Nenntiefe kann ein Block aus syntaktischem Schaumstoff mit den gewünschten Auftriebs- und Festigkeitseigenschaften mit Hilfe der eingebetteten Kugeln der vorliegenden Erfindung in kleineren Abmessun gen hergestellt werden. Wenn die Kugeln gut geschmiedet und eng mit dem Schaumstoff verbunden sind, hat ein Block mit eingebetteten Kugeln eine Zerquetschungstiefe, die nahe der Zerquetschungstiefe eines Blocks aus syntaktischem Schaumstoff ohne eingebettete Kugeln liegt.
Die Erfindung wird durch Bezugnahme auf das folgende Beispiel besser verstanden, das lediglich veranschaulichend ist und den Umfang der vorliegenden Erfindung, die durch die Ansprüche definiert ist, nicht einschränken soll.
Beispiel
Vorbereitung der hohlen Metallkugeln
Fünf hohle Metallkugeln werden mit Hilfe des isothermen Präzisionsschmiedens geschmiedet. Ein Schmiedegesenk mit einem Durchmesser von etwa 10 Zoll (25 cm) wird vorbereitet. Ein vorgeschmiedetes Werkstück von etwa 1450 g aus einer Aluminiumlegierung 7175 wird in das Schmiedegesenk gelegt, und sowohl das Schmiedegesenk als auch das vorgeschmiedete Werkstück aus Metall werden auf etwa 370°C erwärmt. Die Gesenke und die vorgeschmiedeten Werkstücke aus Metall werden bei dieser Temperatur gehalten, und die Gesenke werden relativ langsam auf dem vorgeschmiedeten Werkstück aus Metall geschlossen. Wenn die Gesenke geschlossen sind, werden etwa 2500 Tonnen an die Gesenke angelegt, um die Halbkugeln mit einer Dicke von etwa 0,15 Zoll (0,38 cm) zu formen.
Die Halbkugeln werden grob bearbeitet und durch das Erhöhen der Temperatur der Halbkugeln bis zur "Lösungs"-Temperatur oder bis zu dem Punkt, bei dem die Dispersion in der Legierung in eine Lösung im festen Aggregatzustand in dem Metall zurückgeht, vergütet. Die Halbkugeln werden anschließend rasch abgekühlt oder "abgeschreckt", um das Erhalten dieser Lösung sicherzustellen. Die Halbkugeln werden erneut auf eine "Alterungs"-Temperatur, die viel niedriger als die "Lösungs"-Temperatur ist, für eine angegebene Zeitspanne, bis das Metall seine Höchstfestigkeit erreicht, erwärmt.
Nach dem Vergüten wird das in den 1A und 1B gezeigte Kantenverbindungsdetail an die Kanten der entsprechenden gegenüber liegenden Halbkugeln gearbeitet. Die inneren Oberflächen und die äußeren Oberflächen des Schmiedestücks werden im geschmiedeten Zustand verwendet. Nach dem Bear beiten werden die "Außen- und die Innen" Kanten der beiden Halbkugeln zusammengefügt, wobei vorzugsweise ein Cyanacrylat-Klebstoff oder ein bei Raumtemperatur aushärtender Epoxid-Klebstoff verwendet wird.
Guss des Schaumstoffs um die Kugeln
Die Gießform wird mit FREEKOTE 700 behandelt, bevor die Kugeln in der Gießform befestigt werden. FREEKOTE ist ein US-bundesweit eingetragenes Warenzeichen der The Dexter Corp. Außerdem wird eine dünne Beschichtung aus syntaktischem rohem Schaumstoffmaterial auf die äußere Oberfläche der Kugeln aufgetragen und gehärtet, bevor die Kugeln in der Blockgießform befestigt sind. Die Kugeln werden vorzugsweise mit Hilfe eines Gitters örtlich gesichert, wobei sie in der Gießform durch das vollständige Einschließen des Fließformhohlraums, der die Kugeln enthält, gesichert werden. Um das Schwimmvermögen zu maximieren, werden die Kugeln in der Gießform in Abständen in ihrer höchsten Packungsdichte befestigt.
Nachdem die Kugeln in der Gießform gesichert sind, wird das von Syntech Materials erhaltene Rohschaumstoffmaterial, das mitgerissene Luft erhält, in die Gießform geschüttet, und das Ausgangsmaterial wird allmählich (mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,18°C (1/2°F) pro Minute) auf etwa 41°C (105°F) erwärmt, danach für bis zu etwa zwei Stunden auf etwa 49°C (120°F) erwärmt, anschließend für bis zu etwa zwei Stunden auf etwa 60°C (140°F) erwärmt, wobei es anschließend für bis zu etwa vier Stunden auf etwa 71°C (160°F) erwärmt wird.
Der entstehende Block kann hydrostatischen Drücken widerstehen und hat ein Schwimmvermögen von etwa 0,40.

Claims

Druckbeständige Schwimmstruktur, die einen Block aus syntaktischem Schaumstoff und in den Schaumstoff eingebettete Kugeln (10) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (1) aus Metall sind und ein Gewicht pro Volumeneinheit besitzen, das niedriger als jenes des syntaktischen Schaumstoffs ist.
Struktur nach Anspruch 1, bei dem die Metallkugeln (10) im wesentlichen hohl sind.
Struktur nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Metallkugeln (10) aus einem präzisionsgeschmiedeten Hochleistungs-Maschinenbaustrukturmetall gebildet sind.
Struktur nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der die Metallkugeln (10) aus einer Aluminiumlegierung gebildet sind.
Struktur nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der die Metallkugeln (10) und der syntaktische Schaumstoffblock im wesentlichen den gleichen Kompressionsmodul besitzen.
Struktur nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der die Metallkugeln (10) in dem Schaumstoff regelmäßig beabstandet sind.
Struktur nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der die Pakkungsdichte der Kugeln (10) die im wesentlichen höchstmögliche Dichte ist.
Struktur nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der die Metallkugeln (10) Kugeln mit einem Durchmesser von mehr als 20 cm enthalten.
Struktur nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der die Metallkugeln (10) einen Innendurchmesser von wenigstens etwa 24 cm besitzen.
Struktur nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der die Metallkugeln (10) Wanddicken besitzen, die im Vergleich zu ihren Durchmessern klein sind.
Struktur nach Anspruch 10, bei der die Metallkugeln (10) jeweils eine Wanddicke in der Größenordnung von 0,4 cm besitzen.
Struktur nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Struktur einem Druck von 296 kg/cm² (4200 psi) widerstehen kann.
Struktur nach Anspruch 12, wobei die Struktur einem Druck von 423 kg/cm² (6000 psi) widerstehen kann.
Struktur nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der die Metallkugeln (10) einer Wandbeanspruchung von 5000 kg/cm² (70000 psi) widerstehen können.
Struktur nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der die Metallkugeln (10) einer Wandbeanspruchung von 7000 kg/cm² (100000 psi) widerstehen können.
Struktur nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Struktur ein geringeres Schwimmvermögen als ein Block mit gleicher Größe aus dem syntaktischen Schaumstoff ohne die Metallkugeln (10) hat.
Verfahren zum Bilden einer druckbeständigen Schwimmstruktur, das die folgenden Schritte umfaßt: Vorsehen von Metallkugeln (10) und Gießen von syntaktischem Schaumstoff um die Metallkugeln (10), um die Struktur zu bilden, wobei die Kugeln (10) ein Gewicht pro Einheitsvolumen besitzen, das niedriger als jenes des syntaktischen Schaumstoffs ist.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die Struktur eine Struktur nach einem der Ansprüche 2 bis 16 ist.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, das die folgenden Schritte umfaßt: Befestigen von Kugeln (10) in einer Gießform, Schütten von rohem Schaumstoffmaterial in die Gießform und um die Kugeln (10) und Härten des syntaktischen Schaumstoffs.