Gleichstrommotor Roboterraupe macht Schiffe 10 km/h schneller

Eine Roboterraupe entfernt am Unterwasserteil eines Schiffes Biofilmschichten. So wird es schneller und spart Kraftstoff. Für die Raupe war die Auswahl der richtigen Gleichstrommotoren und Getriebe ein wichtiger Entwicklungsschritt.

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Biofilmschichten sammeln sich über die Jahre an vielen grossen Schiffen an. Dieses so genannte Fouling verringert massgeblich die Geschwindigkeit des Schiffes. Um diesem Ablagerungsprozess entgegenzuwirken werden heute häufig die Unterseiten der Schiffe mit giftigen Lacken beschichtet. Umweltfreundlich ist dieses Vorgehen jedoch nicht, denn die Farbe sondert ständig Kupfer und andere Schwermetalle in den Unterwasser-Lebensraum ab, wodurch die dort lebenden Organismen geschädigt werden. Erschwerend kommt noch hinzu, dass die Farbe alle fünf bis zehn Jahre abgestrahlt und erneuert werden muss. Hierbei entstehen Tonnen von Giftmüll. Der HullBug entfernt mittels eines Abstreifwerkszeugs die Biofilmschichten umweltfreundlich und effizient.

Ein Schiff, das mit sauberer Unterwasserfläche fährt, ist viel effizienter, so dass schon bei den Kraftstoffkosten über fünf Prozent eingespart werden können. Zudem wird ein grosses Schiff durch die effeziente Reinigung bis zu 10 km/h schneller. Entfällt das Problem mit den Biofilmschichten, kann die Unterwasserbeschichtung optimiert und der Fokus auf den Korrosionsschutz gelegt werden. Würde diese Methode an allen derzeit weltweit operierenden Schiffen praktiziert, könnten die erreichten Energieeinsparungen erheblich zur Reduktion von Treibhausgasen beitragen. Um die Verwendung von giftigen Lacken dauerhaft zu vermeiden, wurde eine Methode gesucht, die in der Lage ist, den Biofilm auf der Unterseite eines Schiffes effizient zu beseitigen. Aus diesen Überlegungen entstand das Konzept des Hullbug (Hull Bioinspired Underwater Grooming).

„Das wichtigste Merkmal des Hullbug ist seine geringe Grösse“, erklärt Dr. Kenneth Holappa, Forschungsingenieur bei Searobotics. Der Roboter ist nur etwa einen halben Meter lang. Dies war ein notwendiges Konstruktionskriterium, damit das Fahrzeug über die geschwungene Oberfläche der Schiffsunterseite manövrieren kann, ohne den Kontakt zur Oberfläche zu verlieren. Da mit dem Betrieb eines solchen Unterwassergerätes Gefahren verbunden sind und ein Hullbug in einer Hafenumgebung verloren gehen oder im Betrieb zerstört werden könnte, war es ein wichtiges Kriterium, die Grösse und die Kosten des Geräts gering zu halten. Von Beginn des Projekts an waren daher kleine Masse und geringe Kosten entscheidende Faktoren für die zufriedenstellende Umsetzung des Hullbug-Projekts. Diese besonderen Anforderungen an Grösse und Gewicht schlagen sich auch in der Auswahl der technischen Komponenten für den Hullbug nieder.

Gleichstrommotoren und Getriebe unterliegen konstruktiven Einschränkungen

Bei der Auswahl der Antriebsmotoren für den Hullbug kam eine Reihe entscheidender konstruktiver Einschränkungen und Kompromisse ins Spiel. So entschied sich Searobotics für die Herstellung von zwei Basismodellen, eines mit Rädern und ein weiteres mit Raupenketten. Für die Grössenbestimmung der Motoren mussten beispielsweise die Leistungs-, Drehzahl- und Drehmomentkennwerte der fertigen Geräte geschätzt werden. Berücksichtigt werden mussten unter anderem der Widerstand durch das Schieben des Abstreifwerkzeugs über den Schiffsrumpf, der hydrodynamische Widerstand des Fahrzeugs bei seiner Bewegung durch das Wasser, Reibungsverluste in den Wellendichtungen, die die Motoren vor Salzwasser schützen sowie – je nach Version – die Reibung der Räder oder Raupenketten.

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