In der Abteilung Unterwasserrobotik am Institutsteil Angewandte Systemtechnik (AST) des Fraunhofer-Instituts für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung (IOSB) in Ilmenau weiß man: Eine einzige Luftblase könnte Millionen kosten, falls eines der wertvollen autonomen Unterwasserfahrzeuge (AUVs), die dort für verschiedene Kunden entwickelt werden, aufgrund fehlerhafter Elektronikbauteile verloren ginge. Um dies auszuschließen, werden die Elektroniken in Silikongel vergossen und im Memmert Vakuumschrank VO101 vollständig ausgegast. An einem faszinierenden Tag im Institut wurden wir vom AUV-Team in die spannenden Herausforderungen der Unterwasserforschung eingeführt.
Vor rund 25 Jahren begann Professor Dr.-Ing. habil. Thomas Rauschenbach, Direktor des Fraunhofer IOSB-AST, und sein Team mit der Forschung im Unterwasserbereich und etablierte sich in dieser Spezialdisziplin. „Die Mondoberfläche ist besser erforscht als der Ozean“, erzählte er uns bei unserem Besuch und betonte, dass selbst der Weltraum geringere Anforderungen an die Haltbarkeit und Robustheit von Materialien stellt.
Die unerforschten Regionen und Ressourcen der Tiefsee haben in den letzten Jahrzehnten das Interesse von Wissenschaftlern weltweit geweckt und die Entwicklung autonomer Unterwasserfahrzeuge (AUVs) am Fraunhofer IOSB-AST vorangetrieben. Diese AUVs können mittlerweile in Tiefen von bis zu 6.000 Metern tauchen und dem Wasserdruck standhalten, der jedes herkömmliche Fahrzeug zermalmen würde.
In 10 Metern Tiefe herrscht ein Wasserdruck von 1 bar; am tiefsten Punkt der Erde, dem Marianengraben, beträgt der Druck beeindruckende 1.000 bar. Während frühere Unterwasserfahrzeuge mit einer druckfesten Außenhaut konstruiert wurden, sind die DEDAVE-Fahrzeuge (Deep Diving AUV for Exploration) aus Ilmenau druckneutral gestaltet. Das bedeutet, dass der Innendruck aller Komponenten dem Außendruck entspricht. Dank ihrer kompakteren Bauweise ermöglichen sie größere Tauchtiefen, längere Einsätze, effizientere Datenerhebungen und eine verbesserte Manövrierbarkeit. Ausgestattet mit modernsten Lithium-Ionen-Batterien, effizienten Elektroantrieben sowie hochmodernen Sensoren, Kameras und Kommunikationssystemen garantieren sie präzise Datenerfassung und Echtzeitübertragung. Jedes Elektronikbauteil wird sorgfältig kapselvergossen, um den rauen Bedingungen im Ozean wie Kälte und hohem Salzgehalt standzuhalten.
Die „kleineren Geschwister“ dieser AUVs, die ferngesteuerten Fahrzeuge (ROVs), werden in Ilmenau ebenfalls für spezifische Kunden oder Forschungszwecke entwickelt. Sie kommunizieren über ein bis zu 800 Meter langes Glasfaserkabel mit einem Steuerungsrechner, während das AUV die gesammelten Daten lokal speichert und nur seine Position über ein akustisches Unterwassermodem an die Basis sendet.
Jedes Fahrzeug wird entsprechend den Anforderungen des Kunden oder des Forschungsziels konzipiert. Kommerzielle Anwendungen umfassen z.B. die Kartierung des Meeresbodens, die Inspektion von Spundwänden, Talsperren, Schleusen, Offshore-Windanlagen und Pipelines oder die Forschung zu Unterwasser-Schweißverfahren.
Durch den Vakuumverguss im Memmert VO101 stellt das Team um Professor Rauschenbach sicher, dass die Elektronik vollständig und blasenfrei in Silikongel vergossen wird – eine wichtige Voraussetzung für die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit druckneutraler Unterwassersysteme. Der Prozess läuft bei 5 mbar und Raumtemperatur in 2-5 Minuten ab, ohne zusätzliche Wärme. Die Entgasung ist aus mehreren Gründen unerlässlich:
Vor der Anschaffung des Memmert Vakuumschrank VO101 wurden die Bauteile im Labor in Ilmenau mit einer Vakuumglocke und Pumpe vergossen. Nach eingehender Recherche fiel die Wahl auf dieses Modell wegen des großen Innenraums in kompaktem Design, des weiten Druckbereichs, der stabilen Druckregelung, der benutzerfreundlichen Oberfläche und der Wartungsarmut.
Professor Dr.-Ing. habil. Thomas Rauschenbach bemerkte: „Der Memmert Vakuumschrank war das größte Modell, das wir mit integrierter Vakuumpumpe und Steuerung beschaffen konnten. Der Vakuumbereich zwischen 5 und 1100 mbar gewährleistet präzise Druckbedingungen und Reproduzierbarkeit.“
„Wir haben Memmert als zuverlässigen und flexiblen Partner kennengelernt und freuen uns darauf, künftig über spezifische Eigenschaften und Konfigurationen mit ihnen zu sprechen,“ fügte er hinzu.
Memmert bedankt sich herzlich beim Team des Fraunhofer IOSB-AST, insbesondere bei Dr. Thomas Rauschenbach, Sebastian Matz und Martin Käßler, für die wertvollen Einblicke und die freundliche Unterstützung bei der Erstellung dieses Artikels.