U-Boot-Automatisierung Kompakte Steuerungs- und Visualisierungstechnik erlaubt lange Tauchphasen in großen Tiefen

Autor / Redakteur: Eerke van der Glas / Wolfgang Leppert

Dass U-Boote nicht immer groß sein müssen und im militärischen Bereich eingesetzt werden, beweisen die vom niederländischen Unternehmen U-Boat Worx gebauten C-Quester. Die kompakten Tauchfahrzeuge für zwei oder mehrere Personen beeindrucken durch innovative Technik und einen hohen Sicherheitsstandard. Kleinsteuerungen und Bediensysteme von Phoenix Contact tragen zur zuverlässigen Funktion der Mini-U-Boote bei.

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Leistungsstarke Automatisierungstechnik macht den C-Quester zuverlässig und sicher
Leistungsstarke Automatisierungstechnik macht den C-Quester zuverlässig und sicher
( Archiv: Vogel Business Media )

Die niederländische Stadt Breda zählt etwa 170.000 Einwohner und liegt an der wichtigen Handelsstraße zwischen Rotterdam und Antwerpen. In ihren vielfältigen Industriebetrieben werden nicht nur Nahrungsmittel und Maschinenteile hergestellt, sondern auch Mini-U-Boote – und das weit von der Nordsee entfernt, mitten im Landesinneren. Firmengründer und Geschäftsführer Bert Houtman entwickelt und fertigt seit 2005 mit 18 Mitarbeitern Tauchfahrzeuge für private Eigentümer. Die innerhalb von vier bis zwölf Monaten in Serie gebauten Mini-U-Boote überzeugen unter anderem durch Agilität, Sicherheit, Zuverlässigkeit, eine geräumige und luxuriöse Innenausstattung, die leistungsfähige Klimaanlage sowie kompakte Abmessungen und ein geringes Gewicht. Neben dem Tourismus können die Tauchfahrzeuge beispielsweise zur Suche nach vermissten Personen im Küstenbereich sowie für Aufklärungsfahrten zum Umweltschutz genutzt werden.

U-Boat Worx fertigt mehrere Varianten des Mini-U-Boots: Während die zweisitzige C-Quester 2 speziell für den Super-Yacht-Markt konzipiert ist, eignet sich die C-Quester 3, die neben dem Piloten bis zu drei Passagiere befördern kann, für Luxus-Ferienanlagen und Hotels, die ihren Gästen ein besonderes Erlebnis bieten möchten. Die elektrisch angetriebenen U-Boote sind mit Lithium-Ionen-Akkus ausgerüstet, um die Betriebszeit zu verlängern. Sie können maximal 240 kg respektive 340 kg zuladen und bis zu einer Tiefe von 100 Metern tauchen. Versuche hinsichtlich größerer Tiefen laufen derzeit. Dabei beträgt die Geschwindigkeit zwei Knoten beim Ab- und vier Knoten beim Auftauchen.

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Das Ein-Atmosphären-Tauchboot kann derzeit bis zu 100 m tief tauchen und dort 96 Stunden bleiben (Archiv: Vogel Business Media)

Die C-Quester sind so genannte Ein-Atmosphären-Tauchboote. Das bedeutet, dass der Druck, dem die Passagiere während des gesamten Tauchgangs ausgesetzt sind, dem Druck an der Wasseroberfläche entspricht. Bei anderen Unterwasser-Fahrzeugen ändert sich dieser Innendruck, indem er sich wie beim Gerätetauchen dem Außendruck in der jeweiligen Tiefe anpasst. Ein-Atmosphären-Tauchboote können also im Gegensatz zu Umgebungsdruck-Modellen ohne Zwischenstopps wieder auftauchen. Zudem muss der Ohrendruck der Fahrzeuginsassen nicht ausgeglichen werden, und auch der Druck in den Lungen bleibt konstant. Da der Körper keinen Stickstoff absorbiert, entfällt das Risiko der Taucherkrankheit. Die Passagiere können daher bis zu 96 Stunden in größerer Tiefe ausharren. In einem Tauchboot mit Umgebungsdruck sind bei 40 Meter Tiefe beispielsweise nur neun Minuten Aufenthaltszeit möglich.

Hoher Sicherheitsstandard mit ausreichend Spielraum für den Notfall

Selbstverständlich spielen Sicherheitsaspekte in den C-Quester-Booten eine besondere Rolle. So sind die Tauchfahrzeuge mit mehreren, voneinander unabhängigen Tiefenkontroll-Systemen ausgestattet, die dafür sorgen, dass die maximal zulässige Tauchtiefe nicht überschritten wird. Ansonsten werden die Softtanks automatisch mit Luft gefüllt, sodass das Boot an die Oberfläche steigt. Ein Luftreinigungssystem liefert stets frische Atemluft. Dabei wird der Sauerstoff-Anteil permanent von zwei Sensoren gemessen. Zwei lasergesteuerte Sensoren erfassen den Kohlendioxid-Wert. Ein Spezialfilter hält das ausgestoßene Kohlendioxid auf dem erforderlichen Niveau. Für den Fall einer unerwarteten Panne sind für 96 Stunden Sauerstoff und Filtermaterial an Bord.

Zur weiteren Ausrüstung der C-Quester gehört eine Boje, die sich im Notfall hydraulisch auslösen lässt. So kann die Rettungsmannschaft ein havariertes U-Boot via Satellit genau orten. Die Tauchfahrzeuge verfügen außerdem über ein abwerfbares Ballastgewicht von 100 kg, ein Pinger-System und eine Unterwasser-Kommunikationsanlage. Die individuelle Zertifizierung der Tauchfahrzeuge durch die Schiffsklassifikations-Gesellschaft Germanischer Lloyd unterstreicht den hohen Sicherheitsstandard.

Kommunikative und wirtschaftliche Steuerungstechnik passt in den kaum vorhandenen Platz

U-Boat Worx produziert die Mini-U-Boote mit einer hohen Fertigungstiefe. Dazu gehört nicht nur die Hülle der Tauchfahrzeuge, sondern auch die Software-Entwicklung und die elektrotechnische Anbindung der verschiedenen Geräte. Eine besondere Herausforderung war hier die Integration der überwiegend mit einer CAN-Schnittstelle ausgestatteten Komponenten und Systeme — wie Sensoren, Antriebe, Drucktanks und Batterie-Ladeeinheiten – in die Steuerungstechnik. Das Einsammeln und Überwachen der Daten dieser Geräte wird von einer Kleinsteuerung ILC 150 ETH von Phoenix Contact übernommen. Laut Bert Houtman bietet der Controller die Funktionen einer High-End-Steuerung, lässt sich aber einfach handhaben und ist zudem kostengünstig. Er punktet zudem mit seiner kompakten Bauform, denn Platz ist in den Mini-U-Booten kaum vorhanden, sowie mit der Zulassung für Einsätze im maritimen Bereich. Insgesamt stehen acht direkte Ein- und vier direkte Ausgänge zur Verfügung. Werden weitere Ein-/Ausgänge oder Funktionen benötigt, können die Mitarbeiter von U-Boat Worx die Kleinsteuerung flexibel um die entsprechenden Klemmen aus dem Inline-Installationssystem erweitern.

CAN-basierte Komponenten und Systeme werden über eine CAN-Master-Klemme aus dem Inline-Installationssystem in die Kleinsteuerung integriert (Archiv: Vogel Business Media)

Der ILC 150 ETH kommuniziert über eine Ethernet-Schnittstelle mit der überlagerten zentralen Steuerung. IT-Standards wie HTTP, FTP, SNMP, SQL und OPC erlauben einen durchgängigen Datenaustausch. Da die Kleinsteuerung über einen integrierten FTP-Server verfügt, lassen sich beliebige Dateien im Flash-File-System der SPS ablegen oder hochladen. So können Parametrierungs- und Log-Dateien einfach ausgetauscht werden. Der eingebaute Webserver stellt auf der Kleinsteuerung kostenlos eine Homepage bereit. Deren Seiten können mit der Software WebVisit gezeichnet und über Daten ans SPS-Programm gekoppelt werden. Ein weiterer Vorteil des Controllers ist die Möglichkeit der Datenübertragung via Modbus/TCP — im Mini-U-Boot werden die Steuerungsdaten so an ein Display weitergeleitet. Programmiert wird die Kleinsteuerung mit der kostenfrei erhältlichen Engineering-Umgebung PC Worx Express in Kontaktplan oder Strukturierter Text. Auf Basis intuitiv bedienbarer Editoren lassen sich verschiedene Automatisierungslösungen einfach umsetzen.

Visualisierungslösung macht alle Bootsdaten und die Unterwasserwelt transparent

Damit der Fahrzeugführer alle wichtigen U-Boot-Daten stets im Blick hat, werden sie auf einem Industrie-PC der Produktlinie VMT von Phoenix Contact visualisiert. Dazu haben die Mitarbeiter von U-Boat Worx ein eigenes Programm geschrieben, das seine Aufgaben bislang zur vollsten Zufriedenheit der Käufer erfüllt. Auf dem VMT läuft außerdem die Sonar-Software, und es werden die Bilder angezeigt, die eine On-Board-Kamera von der Unterwasserwelt aufnimmt.

Beim VMT handelt es sich um einen PC, der leistungsstarke Technologie und industriegerechtes Design in einem leichten und schmalen Aluminium-Druckguss-Gehäuse vereint. Das geschlossene System in Schutzart IP65 macht einen Schaltschrank überflüssig und spart damit Platz im engen Cockpit. Der Industrie-PC mit Touch Screen ist in verschiedenen Display-Größen von 10 bis 15 Zoll sowie mit der im Schiffsbereich üblichen schwarzen Front erhältlich. Seine vielfältigen Montagemöglichkeiten – Tischfuß, VESA- oder Galgenadapter sowie Montagewinkel – erlauben eine ergonomische Bedienung. Bert Houtman zeigt sich auch von der energieeffizienten Arbeitsweise des PC begeistert: Der integrierte Atom-Prozessor benötigt nur 4 Watt. Bei gleichzeitigem Verzicht auf eine herkömmliche Festplatte lässt sich der Energieverbrauch erheblich senken, was die Lithium-Ionen-Batterien schont. Als vorteilhaft erweist sich zudem der lüfterlose und damit wartungsfreie Aufbau des VMT.

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Mit dem Bau der C-Quester hat Bert Houtman eine ungewöhnliche Idee in die Tat umgesetzt. Die Serienproduktion zeigt, dass sich nicht nur vermögende Privatpersonen ein Mini-U-Boot leisten, das in der kleinsten Ausführung rund 817.000 US-Dollar kostet. Die innovative Technik mit einer leistungsfähigen Kleinsteuerung und der kompakten Visualisierung überzeugt auch gewerbliche Anwender: In Zusammenarbeit mit der im englischen Berkshire ansässigen Hydro-Lek wird die C-Quester 3 mit einem kompakten Roboterarm ausgestattet, sodass das Mini-U-Boot zum Beispiel für Wartungsarbeiten eingesetzt werden kann.

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