Druck von außen und innen

Das Bild zeigt die kompakte
Konstruktion mit Hydraulikkomponenten und Bohrgestängemagazin.

Welche großen klimatischen Veränderungen hat es in den verschiedenen Erdzeitaltern gegeben, wodurch wurden sie verursacht und welche Auswirkungen hatten sie? Wer diese Fragen beantworten will, muss am Grund der Ozeane oder sogar noch tiefer suchen, indem er Bohrproben vom Meeresgrund entnimmt.

Bohrungen dieser Art sind sehr aufwendig. Häufig nutzt man Bohrschiffe, die allerdings zunächst das Bohrgestänge bis zum Meeresgrund führen und dann konstant den Wellengang ausgleichen müssen. Als Alternative dazu wurde unter Federführung des Zentrums für marine Umweltwissenschaften (Marum) der Universität Bremen das Meeresboden-Bohrgerät Marum-MeBo entwickelt. Zu den Industriepartnern gehörte Prakla Bohrtechnik, ein Spezialist für anspruchsvolle Bohrgeräte. Das Unternehmen war für die Bohrmaschinen-Technologie und Hydraulik zuständig.

Ferngesteuerter Roboter

Dank kompakter Abmessungen und geringem Gewicht kann der
Unterwasser-Bohrroboter problemlos transportiert und von Forschungsschiffen aus zu Wasser
gelassen werden.

Das MeBo arbeitet nach einem grundsätzlich anderen Prinzip als die Bohrschiffe. Es wird als autarke Einheit – nur durch ein armiertes Spezialkabel mit dem Trägerschiff verbunden – auf dem Meeresboden abgesetzt und arbeitet dann, ähnlich wie ein Roboter, vom Schiff aus ferngesteuert in Tiefen bis zu 2000 Metern. Ein integriertes Handlinggerät entnimmt jeweils eine 2,50 Meter lange Bohreinheit aus einem Magazin und verlängert damit das Bohrgestänge.

Der Bohrkern wird ebenfalls in 2,50-Meter-Abschnitten mit Hilfe eines Innenkernrohrs entnommen und in einem Magazin zwischengelagert. Alle Operationen werden mithilfe von Sensoren und Kameras aus dem Kontroll-Container vom Schiff aus gesteuert und überwacht.

All diese Funktionen sind auf kompaktem Raum vereint. Das Gerät ist knapp 6,60 Meter lang und benötigt – ohne Abstützungen – eine Fläche von 2,30 mal 2,60 Metern. Deshalb findet es in einem Norm-Container Platz, ist somit weltweit transportfähig und kann an Bord von Forschungsschiffen wie der „Maria S. Merian“ oder der „Meteor“ betrieben werden.

Das Gewichtslimit von zehn Tonnen schafft die Voraussetzung dafür, dass das MeBo mit den an Bord befindlichen Winden nach getaner Arbeit wieder an die Meeresoberfläche befördert werden kann.

Typische Domäne der Hydraulik

Der Antrieb von Bohrgeräten ist eine typische Domäne der Hydraulik, die eine hohe Leistungsdichte bietet und sich auch unter ungünstigen Umgebungsbedingungen bewährt – sogar auf dem Meeresgrund. Der MeBo-Bohrroboter ist mit vier Hydraulikpumpen ausgestattet, die von zwei Hochspannungs-Elektromotoren mit insgesamt 130 kW Leistung versorgt werden.

Prakla verfügt über große Erfahrungen in der Bohrtechnik für extreme Umgebungsbedingungen und arbeitet bei der Entwicklung der hydraulischen Steuerblöcke häufig mit Ruppel Hydraulik zusammen. Dieses Unternehmen hat in den vergangenen 25 Jahren Hydraulikkomponenten und -systeme für zahlreiche maritime Applikationen entwickelt und gefertigt.

Das Unternehmen Ruppel Hydraulik – Hydraulik-Kompetenz offshore und onshore
Seit 1990 gehört es zu den Aufgabengebieten von Ruppel Hydraulik, Schiffe – vor allem Binnenschiffe – mit neuen Hydraulikanlagen auszurüsten. Neben Neubauten stehen auch viele Umbauten und Nachrüstungen auf der Referenzliste. Das Projektspektrum umfasst neben zahlreichen Ruderanlagen auch

Hydrauliksysteme für die Steuerhausabsenkungen sowie für hydrostatische Schiffsantriebe. Onshore, also im Hafen, sind ebenfalls viele hydraulische Systeme von Ruppel im Einsatz. Denn zu den zentralen Innovationen des Unternehmens gehört eine hydraulische Lastpendeldämpfung für Containerkrane. Dabei handelt es sich um ein ganz einfaches System – die Pendeldämpfung verkürzt bei jedem einzelnen Be- und Entladungsvorgang die Taktzeit und macht sich damit sehr schnell bezahlt.

Die Vorgaben in diesem Fall lauteten: Erzeugung eines Arbeitsdrucks von bis zu 210 bar und zugleich hermetische Abdichtung des Hydrauliksystems gegenüber dem Meerwasser und dem Außendruck von über 200 bar. Dies wird erreicht, indem faltenbalgähnliche Gehäuse genutzt werden, um die Hydraulik mit Öl zu versorgen und auch die Gehäuse für die Ventilansteuerung mit Öl zu befüllen. Der Druckausgleich ist gewährleistet, indem das System stets mit einem leichten Überdruck beaufschlagt wird. Auf diese Weise wird das Eindringen von Seewasser zuverlässig vermieden.

Leichtbau  unter Wasser

Seit einer Modifikation des MeBo im Jahr 2008 kann der Roboter die Bohrkerne im Seilkernverfahren einziehen. Das verkürzt die Betriebszeit des Bohrsystems. Im Zuge der Nachrüstung wurden auch die hydraulischen Steuerblöcke ausgetauscht. Dabei verbesserten die Konstrukteure von Ruppel Hydraulik auch die Ventilanordnung für einen geringeren Platzbedarf. Die Steuerblöcke sind aus seewasserbeständigem, leichterem Aluminium gefertigt.