Ein bisschen Theorie...
Damit das Silly Duck Submarine Project nicht nur ein Geldverschlingendes Hobby ist, folgt nun auf diese Seite ein bisschen Tauchroboter Theorie. Schliesslich müssen ja nicht alle ständig die gleichen Fehler machen, deshalb veröffentliche ich hier meine Erkenntnisse.

Diese Seite ist auch für diejenigen gedacht, die mich ständig mit Fragen durchlöchern. Warum ich dies gemacht habe und obs anders nicht besser wäre... Ihr wisst schon. Schaut her und lernt !

Tauchgang vom 31.7.2001 im Zürichsee

(Bild 1) Dies ist eine massstabsgetreue Zeichnung der Grössenverhältnisse. Bis ca 12 Meter Tiefe ist das Wasser grün und trüb. In dieser Zone hat es so viele Algen und Schwebeteilchen, dass man gerade mal einen halben Meter weit sieht.

Unter 12 bis 15 Meter ist es stockdunkel. Für die Algen gibts kein Licht mehr und sie fallen wie braune Schneeflocken auf den Grund. In der Zone unter 12 Meter ist das Wasser eigentlich klar, abgesehen von den braunen Flocken. Die Sichtweite beträgt immerhin einige Meter. Mit einer 50 Watt Halogenlampe sieht man schon recht gut. 20 Watt sind eindeutig zu wenig.

Der Seegrund ist nicht so spektakulär. Das einzige was man sieht ist ein riesiger brauner Teppich aus toten Algen und anderem Gemüse. Ab und zu trifft man mal einen Fisch an. ( Siehe Bilder von 2. und 3. Tauchgang )

(Bild 2) Silly Duck 1 war eigentlich so geplant, dass sie einfach vom Boot mitgezogen wird und man so den See streifenweise "abscannen" kann. Leider funktionierte das nicht wie gewünscht, denn sobald sich das Boot vorwärts bewegt, wird SD1 nach oben gehoben und man verliert den Sichtkontakt zum Boden.

Also habe ich folgende Idee ausprobiert: An der Unterseite von SD1 wird ein dreibeiniges Stativ befestigt damit sie auf dem Grund stehen und ich unverwackelte Bilder schiessen kann.

Das funktioniert allerdings auch nicht, denn kein Schiff bleibt an der gleichen Stelle stehen. Wind und Strömung treiben einem langsam aber beständig irgendwo hin. Beim heutigen Tauchgang waren das etwa (geschätzt) 0.5 Meter pro Sekunde. Wenn also die Kamera auf dem Grund steht, geht es ein paar Sekunden und sie fällt um. Zuerst dachte ich, dass vielleicht ein Bein des Stativs eingesunken ist aber man erkannte schnell, dass die Kamera seitwärts über den Boden geschleift wurde.

Fazit: Stativ ist Käse ! Am besten wirds, wenn die Kamera knapp über dem Boden dahingleitet.

Das Stativ hatte aber trotzdem einen Vorteil: Die Kamera wird stabiler durch das zusätzliche Gewicht das unten dran hängt. Beim ersten Versuch hatten wir das Problem, dass die Kamera nach oben und unten schwenkte, je nachdem wie das Boot schaukelte. Dies führte zu Videobildern, bei denen es einem schlecht werden konnte. Mit dem Stativ sah man nur noch ein schwaches auf und ab um ein paar Zentimeter und das war zu verkraften.

Einige haben gefragt, wie ich denn den Motor dicht bekommen habe, immerhin herrschen in 30 Metern Tiefe 3Bar Druck (1Bar pro 10Meter). Ich habe mir auch einige Zeit den Kopf darüber zerbrochen dabei ist die Lösung so einfach: Eine Abdichtung ist gar nicht nötig !

Was passiert wenn Wasser in einen Elektromotor eindringt ?

Viele Leute denken sofort an Stromschlag, Funken und Feuer, Rauch etc. Wenn wir von 220Volt Motoren sprechen ist das auch richtig. Hier haben wir aber nur 12Volt Gleichstrom. Wasser leitet zwar elektrischen Strom einigermassen gut aber eben nicht so gut, dass es bei 12 Volt schon zu Feuerwerk kommt. (Mit Salzwasser sieht das vielleicht wieder anders aus)

Natürlich wird die Lebensdauer des Motors erheblich verkürzt, denn die Lager saugen sich mit Wasser voll und die Schmierung ist weitgehend dahin. Einen grösseren Einfluss hat aber die Elektrolyse der blanken Zuleitungen im Inneren des Motors. Sobald der Motor in Betrieb ist wird am Pluspol Material abgetragen und wandert zum Minuspol hin, Das Resultat dieser "Wanderung" ist, dass die positive Bürste irgendwann einfach abfällt. Dann ist der Motor tot. In meinem Fall wird der Motor aber mit wechselnder Polarität betrieben (mal nach links, mal nach rechts). Dies sollte die negativen Effekte der Elektrolyse ein wenig aufheben. Ausserdem läuft der Motor jeweils nur ein paar Sekunden.

Theoretisch könnte man diesen Prozess verhindern indem man alle stromführenden Teile mit einem Lacküberzug isoliert. Allerdings müssen die Kontaktflächen der Bürsten und der Kollektor blank bleiben.

So viel Aufwand lohnt sich allerdings kaum, denn so ein Motor kostet gerade mal 15 bis 20 Sfr. Man kann annehmen, dass er einige Stunden Betrieb übersteht und dann kauft man eben einen neuen. Das ist auf jeden Fall billiger als jede Art von druckfestem Gehäuse.

Der Flüssigkeitsgefüllte Tauchroboter
Das grosse Problem bei allen Tauchfahrzeugen ist der grosse Druck, der in der Tiefe herrscht. Wenn ein Hohlkörper mit einem Gas (wie zB Luft) gefüllt ist, muss die Wand des Hohlkörpers diesem Druck widerstehen. Das Material aus dem der Körper gemacht ist muss also einen Gegendruck erzeugen können, der gleich gross ist wie der Druck des Wassers. Wenn er das nicht schafft, wird er zerdrückt.

Bei Ubooten, in denen Menschen leben sollen ist es absolut notwendig, dass das Boot mit Luft gefüllt ist. Aber ein Tauchroboter, in dem sich nur Elektronik und Mechanik befindet, muss nicht unbedingt mit Luft gefüllt sein. Es könnte genausogut eine Flüssigkeit sein. Diese hätte den Vorteil, dass sie den äusseren Druck übernimmt und somit die nötige Gegenkraft erzeugt. Gase können stark komprimiert werden und stellen dem Wasserdruck nur einen kleinen Widerstand entgegen. Flüssigkeiten jedoch können so gut wie gar nicht komprimiert werden. Sie verhalten sich also fast wie ein massiver Körper. Die Hülle eines Flüssigkeitsgefüllten Tauchfahrzeugs könnte also theoretisch aus einem Gummiballon bestehen...

Die Frage ist nun, was für eine Flüssigkeit denn dafür geeignet wäre. Sie sollte folgende Eigenschaften aufweisen:

- Elekrisch nicht leitend, damit die oben erwähnten Elektrolyse-Erscheinungen nicht vorkommen.

- Umweltfreundlich, falls es mal ein Leck gibt.

- Ungiftig

- Dünnflüssig, damit mechanische Komponenten nicht behindert werden.

- Nicht schmierend, damit die Bürsten von DC Motoren den Kontakt nicht verlieren und damit es nicht so eine Sauerei gibt wenn mal was repariert werden muss.

- Chemisch neutral, Metalle und Kunststoffe dürfen nicht angegriffen werden.

Es gibt nicht viele Flüssigkeiten, die diese Eigenschaften aufweisen aber es gibt sie. Die Firma 3M stellt sie unter dem Namen FLUORINERT her. Normalerweise verwendet man diese Flüssigkeiten zur Kühlung von Elektronischen Bauteilen. Der Legendäre Cray 2 Supercomputer wurde mit Fluorinert gekühlt. Die Flüssigkeit umströmte alle Bauteile und sorgte so für gleichmässige Kühlung bis in die hintersten Ecken. Dieser Saft sollte sich also sehr gut für einen Tauchroboter eignen.

Bei einem flüssigkeitsgefüllten Tauchroboter zu beachten ist, ist dass ser Druck nun auf den einzelnen Bauteilen lastet. Speziell Bauteile mit Gasfüllung oder gar Vakuum (Glühlampen) könnten hier zerdrückt werden. Auch bei der Kamera gibt es Probleme, denn die Optik ist für Luft ausgelegt und nicht für Flüssigkeit. Die Kamera würde also nur noch unscharfe Bilder liefern wenn man sie eintaucht.

Diese beiden Lampen haben eine simulierte Tauchfahrt von 200 Metern ( 20 Bar ) hinter sich. Der kleinen ist gar nichts passiert und bei der grösseren hat sich lediglich der Reflektor mit Wasser gefüllt. Dies ist schlecht für den Reflektor aber zumindest wäre das Licht nicht ausgegangen. Als nächstes werde ich mal eine grössere Lampe testen...
Die "Silly Duck Submarine Project" Druckkammer
Demnächst an dieser Stelle.....