Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf einer Vorrichtung zur Entmagnetisierung von grossen Gegenständen, insbesondere Schiffen.

Stand der Technik

Die Ursachen für die Magnetisierung von Werkstücken sind sehr vielfältig und lassen sich in der Praxis nicht immer einfach ermitteln. Es sind aber in der Regel künstlich erzeugte oder natürliche Magnetfelder, welche in der unmittelbaren Umgebung der Gegenstände wirken. Diese können ungewollter Art oder gewollten Ursprungs sein, z. B. Magnettransport, Linearschwinger, Induktionshärtung, Magnetgreifer, Magnetspannvorrichtungen usw.

Mechanische Vibration und Kaltverformung unter Einwirkung dieser Magnetfelder verstärken oder begünstigen den Vorgang der Magnetisierung.

In einem ferromagnetischen Kristall ist eine grössere Anzahl von Atomen immer einheitlich ausgerichtet. Dieser einheitliche Bereich kann von aussen als ein Bezirk (Weissscher Bezirk) betrachtet werden. Haben diese Bezirke ebenfalls dieselbe Vorzugsausrichtung, ist das Werkstück messbar magnetisch. Für viele Anwendungen ist es wichtig, dass die verbauten Metallbauteile nicht magnetisch sind. Da diese jedoch nicht diese Eigenschaft aufweisen, ist ein Prozess einer Entmagnetisierung notwendig. Die Entmagnetisierung erfolgt dadurch, dass durch äussere Einflüsse die homogene Ausrichtung der Weissschen Bezirke zerstört und eine Unordnung erzeugt wird, damit sich die magnetische Wirkung der einzelnen Bezirke nach aussen hin neutralisiert. In der Praxis werden zum Entmagnetisieren vor allem die folgenden Methoden angewandt:

Der Gegenstand wird in ein starkes magnetisches Wechselfeld eingebracht, das in seiner Stärke langsam bis auf Null reduziert wird, oftmals

Pulsentmagnetisierung genannt.

Der Gegenstand wird mit langsamer und konstanter Geschwindigkeit durch ein starkes magnetisches Wechselfeld transportiert.

Der Gegenstand wird auf über 800 °C (über den Curie-Punkt) erwärmt und an einem magnetisch neutralen Ort (nur dem magnetischen Erdfeld ausgesetzt) langsam abgekühlt.

Da die Wirkung des entmagnetisierenden Wechselfeldes besonders optimal ist, wenn es dieselbe Richtung wie die längste geometrische Achse des Werkstückes hat, sind verschiedene Methoden zur Erzeugung des entmagnetisierenden Feldes notwendig.

Zur Entmagnetisierung von grossen Gegenständen, wie beispielsweise Schiffen werden derzeit sogenannte„Overrun Anlagen" eingesetzt, bei denen sich das Schiff über in der Regel eine Entmagnetisierspule bewegt, die ein starkes magnetisches Feld in vor allem vertikaler Richtung (senkrecht zu dem Schiff) erzeugt. Diese Entmagnetisierspule ist stationär im Boden verankert und befindet sich somit in einem gewissen Abstand zum Schiff, der durch die Bodengeometrie vorgegeben ist. Durch mehrfaches langsames Überfahren des Felds tritt eine Entmagnetisierung ein. Dieser Bearbeitungsprozess nimmt eine geraume Zeit ein, bis das gewünschte Ergebnis erreicht ist. Zudem kann die Lebensdauer der Anlage negativ beeinflusst werden, da die im Boden eingelassenen

Entmagnetisierungsspulen versanden. Ein aufwendiges Freihalten dieser

Entmagnetisierungsspulen ist notwendig. Da sich die Anordnung dieser Spulen häufig im Bereich des Ufers befindet, um auch die notwendige Energie

bereitzustellen, ist diese Gefahr der Versandung besonders hoch. Die Anlagen sind auch mit Magnetfeld-Simulationsspulen zur Konditionierung des Erdmagnetfeldes sowie mit Sensoren zur Signaturmessung ausgestattet. Dies bedeutet, dass die Entmagnetisierung derart konditioniert werden kann, dass ein vom natürlichen Umgebungsfeld unterschiedliches Erdmagnetfeld simuliert werden kann, um für dieses den gewünschten Entmagnetisierungszustand des Schiffs zu erreichen. Grund hierfür ist, dass das Erdmagnetfeld bzw. dessen Stärke an unterschiedlichen Orten unterschiedliche Werte in horizontaler und/oder vertikaler Richtung aufweist. Da diese Werte bekannt sind, kann mittels der Magnetfeld- Simulationsspulen diese Situation nachgestellt werden und so für diese Bereiche eine optimale Entmagnetisierung herbeigeführt werden.

Um jedoch festzustellen, wie die magnetischen Felder des zu entmagnetisierenden Gegenstands vorliegen, ist eine Analyse notwendig. Die sogenannte magnetische Signatur des Gegenstands kann mittels Sensoren aufgenommen und ausgewertet werden (Signaturmessung). Neben den magnetischen Signaturen sind

insbesondere bei Schiffen auch akustische und elektrische Signaturen von

Interesse, seismische und auch elektrostatische sowie optische Signaturen vorhanden, die es für den jeweiligen Anwendungszweck zu optimieren gilt. Die Signatur ist bei Schiffen ein Mass für die Entdeckbarkeit des Schiffes durch einen bestimmten Sensor, der den jeweiligen physikalischen Effekt ausnutzt

(beispielsweise Magnetminen). Die Entdeckbarkeit kann zum Beispiel bei einem Zielsuchkopf zum "Aufschalten" und damit mit grosser Wahrscheinlichkeit zu einem Treffer führen. Eine verbesserte Signatur des Schiffes, unter anderem durch eine optimierte Entmagnetisierung, führt unter anderem zur Verkleinerung der maximalen Aufschaltreichweite eines Suchkopfes.

Aus dem Stand der Technik sind auch käfigförmige Anlagen bekannt, bei denen das Schiff stationär angeordnet ist und sich im Zentrum des Käfigs befindet. Diese käfigförmigen Anlagen sind vor allem in der Ausbildung von Magnetfeld- Simulationsanlagen bekannt, die zwar die Magnetfeld-Simulatorspulen und Magnetfeldsensoren enthalten, aber keine Entmagnetisierungsspulen. Diese Anlagen sind ebenfalls nicht als mobile, kompakte, aus einem Stück bestehende Anlagen realisiert.

Alle zuvor beschriebenen Anlagen zur Entmagnetisierung von Schiffen sind stationär aufgebaut. Die Entmagnetisierspulen, die Magnetfeld-Simulationsspulen und die Magnetfeldsensoren sind jeweils separat im Erdboden beziehungsweise auf dem Meeresgrund fixiert und verankert.

Die käfigförmigen Anlagen sind sehr komplex in ihrem Aufbau, da sowohl die mechanischen Spulen und deren Halterungen als auch die Sensoren an genau festgelegten Orten auf dem Meeresboden verankert werden müssen und die Anlage im Meer oder einer Bucht aufgebaut werden muss, wobei die

Zufahrtsmöglichkeit, die gegebene Meerestiefe und die Stabilität des

Meeresgrundes, eine entscheidende Rolle für die Eignung des Aufstellungsortes spielen. Der Aufbau und die Integration einer solchen Anlage finden notwendigerweise am Aufstellungsort statt. Die dazu notwendige Nassbauweise erfordert den massiven Einsatz von kostenintensiver Arbeit unter Wasser durch Taucher. Ausserdem sind teure Verlege- und Integrationsschiffe für den Aufbau ebenso notwendig, wie die intensiven Bodenuntersuchungen zur Absicherung der Stabilität der Anlage und den Einbau der Sensoren. Aufgabe der Erfindung

Es besteht daher die Aufgabe der Erfindung, durch Bereitstellung eines neuen Verfahrens oder einer Vorrichtung zumindest einen Teil der Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden.

Lösung der Aufgabe

Die Lösung der Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 bereitgestellt.

Vorteile der Erfindung

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, Simulationsspulen und

Entmagnetisierungsspulen, d.h. Felder zur Entmagnetisierung und zur

Magnetfeldkonditionierung in alle drei Richtungen als käfigartige Struktur bereitzustellen, wobei die käfigartige Struktur den gesamten zu

entmagnetisierenden Gegenstand umfasst und als mobile schwimmende

Einrichtung ausgelegt ist, die zusätzlich die Eigenschaft aufweist, durch geeignete Schwimmkörper sich heben oder senken zu können. Ferner sind Sensoren vorgesehen, die durch Messungen die Signatur des zu entmagnetisierenden Gegenstands feststellen, die das wesentliche Ergebnis der Entmagnetisierprozedur darstellt.

Die mobile Entmagnetisieranlage bietet gegenüber den herkömmlichen Anlagen einige Vorteile.

Die Vorrichtung kann an Land aufgebaut, integriert und getestet werden, da alle wesentlichen Teile wie Spulen und Sensoren und sogar die Stromquellen und Sensorverteiler in eine einzige kompakte Struktur integriert werden können. Damit ergibt sich ein erheblicher Kostenvorteil, der darin besteht, dass keine

Sondereinrichtungen geschaffen werden müssen, die vor Ort die einzelnen notwendigen Bauteile implementieren. Auch die notwendigen kostenintensiven Bodenuntersuchungen können entfallen, die vor jeder stationären Implementierung einer solchen Anlage erfolgen müssen.

Die käfigartige vollständig ausgebildete Struktur kann nach Integration und Test wie ein Schiffsdock zu Wasser gelassen und an den gewünschten Ort transportiert werden. Der Transport kann mit einem Schiff erfolgen.

Vor Ort besteht die Möglichkeit, dass diese auf den Meeresboden abgesenkt oder in einer gewünschten Tiefe verankert wird. Durch vorgesehene Auftriebskörper kann die Lage frei gewählt werden. Durch die mobile Anordnung ist auch ein

Versanden vor Ort nicht mehr möglich, da durch einfaches Anheben und wieder Absenken jegliche Ablagerung beseitigt wird. An Orten, die durch Versandung bedroht sind (zum Beispiel in Flussbuchten), kann die mobile Entmagnetisier- Anlage durch Aufschwimmen sich von Sand befreien und ein einfaches

Entsandungsverfahren gestatten.

Der Aufbau an Land erspart enorme Kosten, die zum Beispiel durch die

Taucherarbeiten entstehen, wenn die ganze Anlage im Wasserbau erstellt wird. Die mobile Entmagnetisieranlage bringt ebenfalls den Vorteil mit sich, dass diese ab beliebigen Orten eingesetzt werden kann, auch dann wenn diese bereits an einem Ort implementiert gewesen ist. Der Grund hierfür liegt in der mobilen Konstruktion, dass die Vorrichtung vergleichbar mit einem Trockendock

angehoben, bewegt und wieder gesenkt werden kann. Zudem sind alle

notwendigen Aggregate für den Betrieb der Vorrichtung Bestandteil der Anlage.

Es bestehen grosse Freiheiten bei der Wahl des Aufstellortes. Insbesondere ist ein Betrieb auch unter Wasser denkbar, so dass beispielsweise U-Boote in getauchtem Zustand entmagnetisiert werden können. Diese werden in die verankerte käfigartige Struktur eingefahren, vertäut und dann in Abhängigkeit des

Entmagnetisierungsprozesses mit den magnetischen Feldern in alle drei Richtungen beaufschlagt. Auch ein Betrieb im tiefen Wasser ist möglich, bei dem die Anlage in der für die zu entmagnetisierenden Überwasserschiffe optimalen Wassertiefe fest verankert wird.

Dieser Vorteil wird noch dadurch verstärkt, dass die Vorrichtung über alle notwendigen Mittel verfügen kann, die einen autarken Betrieb zulassen.

Insbesondere sind die bereits ab Werk installierten und kalibrierten Sensoren für die Messung der Signatur des Gegenstands sowie die zur Feststellung des

Erdmagnetfelds fix in der Vorrichtung angeordnet. Eine weitere Kalibrierung oder Justierung an einem Aufstellort ist nicht notwendig.

Da die Kühlung der Entmagnetisierspulen unter Wasser sehr effizient ist, können solche mobilen Entmagnetisieranlagen mit höherer Leistung und höheren

Magnetfeldern betrieben werden. Die mobile Entmagnetisierungsanlage kann so auch für Satelliten unsichtbar operieren.

Die besonders vorteilhafte Aufstellung in Ost-West Richtung bezüglich der Längsrichtung der Vorrichtung kann nahezu überall realisiert werden. Insbesondere kann auch die zeitliche Veränderung des Erdmagnetfeldes über Jahrzehnte durch Korrekturen im Standort bzw. durch Korrekturen bei der Einstellung der

Simulationsfelder ausgeglichen werden.

Da die mobile Entmagnetisierungsanlage mit der Möglichkeit ausgestattet ist, auch unebenen Meeresboden durch entsprechend höhenverstellbare Standbeine auszugleichen, ergeben sich weitere Vorteile:

Keine Infrastrukturarbeiten im Meeresboden. Bewegungen durch

Veränderung im Meeresboden können ausgeglichen werden.

Die Wassertiefe lässt sich an den Tiefgang des zu behandelnden Schiffes anpassen. Damit lassen sich auch Schiffe mit sehr grossem Tiefgang behandeln. Wenn besonders grosse beziehungsweise lange Schiffe zu entmagnetisieren sind, kann eine zweite Anlage angedockt werden. Somit ist das System frei skalierbar und kann für den entsprechenden Anwendungsfall angepasst werden.

Zum Schutz vor Tropenstürmen kann die Anlage vorübergehend abtauchen, um sich dem Einfluss dieser Umwelteinflüsse zu entziehen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen hervor.

Zeichnungen

Es zeigen

Fig.1 eine schematische Ansicht auf die erfindungsgemässe Vorrichtung mit integrierten Spulen und Sensoren;

Fig. 2 eine schematische Ansicht auf die erfindungsgemässe Vorrichtung gemäss Fig. 1 , jedoch im Unterschied zu Fig. 1 mit angeordneten Schwimmkörpern;

Fig. 3 eine schematische Ansicht auf die erfindungsgemässe Vorrichtung, jedoch im Unterschied zu den Fig. 1 und 2 mit Standelementen mit variabler Länge und Hilfseinrichtungen integriert in der Vorrichtung mit Schwimmkörpern, Spulen und Sensoren.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel gemäss der nachstehenden Fig. 1 -3 der Erfindung beschrieben.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung V besteht aus einem stabilen nicht magnetischen Gerüst 1 . Dieses Gerüst 1 ist käfigartig aufgebaut und derart ausgelegt, dass es einen umbauten Raum 1 0 bildet. Dieser umbaute Raum 1 0 ist derart bemessen, das er Gegenstände, wie beispielsweise ein U-Boot oder Schiff, das in den Zeichnungen nicht näher dargestellt ist, aufnehmen kann. Hierfür ist der umbaute Raum 1 0 bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel quaderförmig ausgebildet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Form beschränkt. Vielmehr sind alle Formen möglich, die die Eigenschaft haben, den zu bearbeitenden

Gegenstand vollständig aufzunehmen.

Die gerüstartige Struktur wird vorzugsweise durch eine Stab- oder

Rohrkonstruktion mit Stäben bzw. Rohren 1 1 gebildet, wobei Knotenelemente 1 2 die Verbindung der freien Enden der Stäbe 1 1 darstellen. Alternativ können auch die freien Enden miteinander fest, beispielsweise durch Schweissen verbunden sein. In das Gerüst 1 sind eine oder mehrere Entmagnetisierspulen 2 eingesetzt. Die Entmagnetisierspulen 2 sind nicht notwendigerweise auf die Längsrichtung der Vorrichtung V beschränkt. Zudem sind eine oder mehrere Magnetfeld- Simulationsspulen 3 vorgesehen. Diese Magnetfeld-Simulationsspulen 3, die Spulen für Longitudinalfelder 3a, Spulen für Querfelder 3b und Spulen für

Vertikalfelder 3c umfassen, sind mechanisch in das Gerüst 1 fest integriert.

Ferner sind einer oder mehrere Magnetfeldsensoren 4 innerhalb des Gerüsts 1 angeordnet.

Die einzelnen Entmagnetisierungspulen 2 sind räumlich unterschiedlich in dem Gerüst angeordnet und weisen die Funktion auf, den umschlossenen Gegenstand zu entmagnetisieren. Die Magnetfeld-Simulationsspulen 3 weisen die Funktion auf, das jeweilige Erdmagnetfeld zu simulieren, damit die gewünschte

Entmagnetisierung für das jeweilig vorliegende Erdmagnetfeld erreicht wird.

In Fig. 1 sind die Entmagnetisierungsspulen 2 in der dargestellten Ebene X-Y angeordnet. Diese erzeugen die entsprechenden Longitudinalfelder. Mehrere solcher Entmagnetisierungsspulen 2 sind im Abstand zueinander angeordnet. Eine alternative Ausführung schlägt vor, dass mehrere Entmagnetisierungsspulen 2 innerhalb des Gerüsts 1 angeordnet sind, wobei diese zum einen in der Ebene X-Y, X-Z und Y-Z angeordnet sind. Durch eine entsprechende Ansteuerung kann zudem bewirkt werden, dass diese Entmagnetisierungsspulen 2 gleichzeitig auch

Magnetfeld-Simulationsspulen 3 sind.

Die Spulen, insbesondere die Entmagnetisierspulen 2, können vorteilhafterweise auch direkt Teil der Gerüst-Struktur sein und tragende Funktionen übernehmen.

Ferner sind in der Gerüst-Struktur der Vorrichtung V Sensoren 4 fest angeordnet. Zur Analyse der Signatur des zu entmagnetisierenden Gegenstands sind

entsprechende Sensoren vorgesehen. Vorteilhafterweise werden zusätzlich zu diesen Sensoren für die Analyse der Signatur zum Beispiel auch elektrische

Sensoren, Akustiksensoren, Drucksensoren, Temperatursensoren, seismische

Sensoren, Strömungssensoren, Winkelsensoren, Drehratensensoren (Gyros) und Positionssensoren (GPS / DGPS, Global Positioning System) in die Struktur integriert. Diese Sensoren können auch zur Lagestabilisierung der gesamten Vorrichtung V herangezogen werden.

Die Vorrichtung V kann vorteilhafterweise auch so hergestellt werden, dass im Falle metallischer Konstruktionselemente grossflächige, elektrisch geschlossene Leiterbahnen vermieden werden, um das Auftreten von Wirbelströmen beim Betrieb der Anlage zu reduzieren.

Die Struktur besitzt vorzugsweise ein oder mehrere Schwimmelemente 5, die es erlauben, die Vorrichtung V zunächst an Land aufzubauen und zu kalibrieren, und dann auf dem Wasserweg schwimmend zu transportieren und gezielt am

gewünschten Ort abzusenken.

Die Schwimmelemente 5 können auch in die Gerüst-Struktur integriert oder zum Beispiel in Form von abgeschlossenen Rohren selbst Teile der Gerüst-Struktur sein. Die Schwimmelemente 5 können vorteilhafterweise auch mit einem variablen Auftrieb ausgestattet werden. Als Schwimmelemente 5 können auch aktive Auftriebselemente, wie zum Beispiel Propellerantriebe, Schraubenantriebe oder sonst bei Schiffen übliche Vortriebselemente eingesetzt werden. Die

Schwimmelemente 5 können auch von Transportschiffen gebildet werden, die nach dem Transport wieder von der Anlage gelöst werden.

Eine vorteilhafte Ausführung der Schwimmelemente 5 besteht darin, dass ein oder mehrere Elemente einen erheblichen Teil des Gewichts permanent tragen, und das Restgewicht von zusätzlichen Schwimmelementen, die in den Zeichnungen nicht näher dargestellt sind, übernommen wird, deren Hebekraft beim Absenken durch Kräne ersetzt werden, damit sich eine Absenkung ohne Kippen sicher realisieren lässt. Diese zusätzlichen Schwimmelemente können vorteilhafterweise auch als aktive Schwimmelemente ausgebildet sein.

Die Anlage kann über Schleppschiffe in schwimmendem oder getauchtem Zustand an den Platz geschleppt werden, an dem sie installiert werden soll. Zusätzlich zu den Schwimmelementen 5 können Steuerungselemente zum Steuern und

Positionieren der Vorrichtung V im Schwimmbetrieb sein. Es können aber auch die aktiven Auftriebselemente oder zusätzliche Vortriebselemente dazu verwendet werden, dass sich die Anlage autonom bewegen kann um den vorgesehenen Platz einzunehmen. Vorteilhafterweise besitzt die mobile Vorrichtung Standelemente 6 (Fig. 3) mit vorzugsweise einstellbarer Länge, um zum einen Bodenunebenheiten und

Bodenveränderungen auszugleichen und zum anderen den Wasserpegel in der Vorrichtung V einzustellen. So kann die Anlage dem unterschiedlichen Tiefgang der zu entmagnetisierenden oder zu vermessenden Schiffe angepasst werden.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn in die mobile Entmagnetisier-Anlage zum Beispiel auch eine oder mehrere der folgenden Hilfseinrichtungen 7 integriert sind: Stromquellen zum Betrieb der Entmagnetisierungs- und Simulationsspulen. Dadurch werden die Infrastrukturarbeiten vor Ort entscheidend reduziert. - Anschlusseinheit zum Anschluss der Sensoren, die für alle Sensoren die

Stromversorgung liefert und alle Sensordaten über eine Hochgeschwindigkeits- Datenverbindung an die Stelle liefert, wo die Datenaufzeichnung und

Datenauswertung stattfindet. - Befestigungseinheit zur Befestigung des Schiffes in der mobilen

Entmagnetisier-Anlage, die zum Beispiel aus Winden besteht.

Infrastruktur für die Stromversorgung der Schiffe während des Betriebs der Anlage.

Die Vorrichtung V kann modular aufgebaut werden, indem zum Beispiel mehrere kürzere Anlagen hintereinander aufgestellt werden und so eine Anlage für die Entmagnetisierung grosser Schiffe darstellen. Durch geeignete Konfiguration der Schwimmelemente 5 kann die Vorrichtung V auch tauchfähig ausgestaltet werden, wobei die Tauchtiefe entweder durch die Anordnung der Schwimmelemente 5 gegeben ist, die zum Beispiel durch Seile an der Struktur befestigt werden und sich oberhalb der Struktur befinden können, oder durch eine aktive Stabilisierung wie zum Beispiels durch dynamische

Variation der Auftriebskräfte eingestellt werden kann.

Die messtechnischen Effekte, die durch eine Bewegung der Struktur im

Erdmagnetfeld hervorgerufen werden, können durch eine entsprechende Korrektur bei der Verarbeitung der Magnetfelddaten korrigiert werden, insbesondere wenn die Vorrichtung V mit Winkel und Drehratensensoren ausgestattet ist. Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung V, wie sie zuvor beschrieben worden ist, wird eine Anlage bereitgestellt, mit der auf sehr effiziente Weise grosse

Gegenstände, wie beispielsweise Schiffe, entmagnetisiert werden können. Dabei kann die Vorrichtung sowohl über Wasser, als auch unter Wasser ihre technische Funktion ausüben. Aufgrund der gerüstartigen bzw. käfigartigen Struktur kombiniert mit Schwimmelementen handelt es sich um eine mobile Anlage, die an unterschiedlichen Orten, sogar unabhängig von der eigentlichen

Energieversorgung, eingesetzt werden kann.