Taucherglocke

Hintergrund

Kommerzielle Taucher, die Unterwasserkonstruktionen oder Bergungen durchführen, verwenden häufig eine Tauchglocke für den Transport zum Unterwasserstandort. Die Verwendung einer Taucherglocke (auch bekannt als Personal Transfer Capsule, PTC) und einer Druckkammer verlängert die Zeit, die ein Taucher sicher unter Wasser bleiben kann. Tauchglocken waren bereits im vierten Jahrhundert v. Chr. bekannt. , als sie vom antiken griechischen Philosophen Aristoteles beobachtet wurden. Anspruchsvollere Taucherglocken wurden im siebzehnten Jahrhundert entwickelt. Moderne Glocken für das kommerzielle Tauchen wurden nach dem Zweiten Weltkrieg mit dem Aufstieg der Offshore-Ölindustrie entwickelt.

Kommerzielles Tauchen (Tauchen gegen Bezahlung) ist in zwei Haupttypen unterteilt, oberflächenorientiertes Tauchen und Sättigungstauchen. Beim oberflächenorientierten Tauchen arbeiten Taucher mit Helmen unter Wasser, die an ein Atemschutzgerät an Land oder an Bord eines Schiffes, Lastkahns oder einer Plattform angeschlossen sind. Typischerweise arbeiten Taucher paarweise, einer unter Wasser und einer an der Oberfläche, um die Schläuche und die Ausrüstung zu pflegen. Oberflächenorientierte Taucher können in Tiefen von bis zu 91,5 m (300 Fuß) sicher arbeiten, Taucher können jedoch nur eine begrenzte Zeit unter Wasser verbringen. Die Auswirkungen des Wasserdrucks können zu Dekompressionskrankheit führen. Unter Druck sammelt sich Stickstoff im Körpergewebe des Tauchers und blockiert die Arterien und Venen. Wenn die Temperatur zu schnell ansteigt, bildet der Stickstoff Blasen im Gewebe, ähnlich wie eine Sodaflasche, wenn sie nicht verschlossen ist. Gasblasen im Gewebe verursachen Schmerzen, Lähmungen oder den Tod. Nach einem tiefen Tauchgang muss der Taucher allmählich dekomprimieren und sehr langsam zum Oberflächendruck zurückkehren, um die Dekompressionskrankheit zu vermeiden. Die Dekompressionszeit hängt von der Tiefe des Tauchgangs und der Dauer ab. Bei einem tiefen Tauchgang von nur einer Stunde kann die Dekompressionszeit Tage dauern. Oberflächenorientiertes Tauchen ist nur für kleine Jobs praktisch.

Die zweite Art des kommerziellen Tauchens, das Sättigungstauchen, ist nützlicher für große Bauprojekte. Beim Sättigungstauchen verwenden Taucher eine Druckkammer, die manchmal als Tieftauchsystem (DDS) bezeichnet wird und an einer Taucherglocke befestigt ist. Die Kammer und Glocke beginnen an Bord eines Schiffes. Ein Team von Tauchern besteigt die Kammer, die dann mechanisch unter Druck gesetzt wird, um die Umgebung in der Tiefe des geplanten Tauchgangs zu simulieren. Die Kammer ist eine komplette Wohnumgebung – ausgestattet mit Betten, Dusche und Möbeln — und in der Lage, ein Team von Tauchern für Wochen unterzubringen. Wenn die Taucher akklimatisiert sind, verlassen sie die Kammer durch einen passenden Tunnel und betreten die Tauchglocke, die ebenfalls unter Druck steht. Ein Kran hebt die Glocke vom Schiff und lässt sie auf die Unterwasserstelle fallen. Am Standort angekommen, verlässt ein Taucher die Glocke in Taucheranzug und Helm und beginnt zu arbeiten. Der andere Taucher bleibt in der Glocke und pflegt die Schläuche und Ausrüstung des ersten Tauchers. Nach einem Intervall von vielleicht zwei Stunden wechseln sie. Von einer Glocke aus können die Taucher einen achtstündigen Tag unter Wasser verbringen. Dann werden sie in der Glocke an die Oberfläche gebracht, betreten die Druckkammer und wechseln mit der nächsten Taucherschicht. Wenn der gesamte Job abgeschlossen ist, dekomprimiert sich das Team in der Druckkammer. Obwohl sie mehrmals untergetaucht sind, muss das Team nur einmal dekomprimieren.

Ein Eimer oder Fass, das mit offenem Ende direkt ins Wasser abgesenkt wird, fängt Luft darin ein. Aristoteles schrieb von Tauchern, die luftgefüllte Kessel benutzen, um unter Wasser zu atmen. Alexander der Große soll 332 v. Chr. in einer Taucherglocke — angeblich ein Fass aus weißem Glas — zur See gegangen sein. Es gibt mehrere Hinweise auf Tauchglocken im Mittelalter. 1531 fertigte ein Italiener, Guglielmo de Lorena, eine funktionsfähige Taucherglocke an, mit der er versunkene antike römische Schiffe vom Grund eines Sees erholte. Andere Glocken wurden an verschiedenen Orten in Europa erfunden und verwendet, hauptsächlich um Schätze zu bergen. Der Vorläufer der modernen Tauchglocke wurde vom Engländer Edmund Halley erfunden, der vor allem für den nach ihm benannten Kometen bekannt ist. Im Jahr 1690 baute Halley eine Taucherglocke, die Lederrohre und mit Blei ausgekleidete Fässer verwendete, um frische Luft unter Wasser zu liefern. Seine Glocke war ein hölzerner, offener Kegel, mit Blei beschwert und mit einer Glasöffnung ausgestattet. Im Inneren hing Halley eine Plattform, auf der sich der Taucher ausruhen konnte, und eine Vorrichtung aus gewichteten Fässern. Die Fässer waren so befestigt, dass der Wasserdruck von unten sie zwang, frische Luft in die Glocke abzulassen, als der Taucher sie in die Glocke zog. Helfer an der Oberfläche füllten die Fässer mit frischer Luft. Halley und ein Team von Tauchern schafften es, mit seiner Glocke anderthalb Stunden lang in einer Tiefe von etwa 60 Fuß (18,3 m) unter Wasser zu bleiben.

Andere duplizierten Halleys Leistung, aber das Design wurde erst 1788 wesentlich verbessert. In diesem Jahr baute ein schottischer Ingenieur, John Smeaton, eine Tauchglocke, die mit einer Pumpe auf dem Dach frische Luft ins Innere drückte. Smeatons Glocke wurde von Tauchern bei der Reparatur von Unterwasserbrücken verwendet. Jahrhundert eine Vielzahl von Tauchausrüstungen erfunden, die zu funktionsfähigen Taucherhelmen führten, die durch Schläuche mit einer Luftzufuhr an der Oberfläche verbunden waren. Diese Ausrüstung war in der Regel schwer und sperrig und bestand aus Hunderten Pfund Metall, um dem tiefen Wasserdruck standzuhalten. Arbeiter auf Tunneln und Brücken gingen in riesigen gusseisernen Glocken oder aufzugsartigen Kammern, Caissons genannt, hinunter. Da wenig über die Gefahren des Drucks bekannt war, wurden viele dieser Arbeiter krank und starben an der sogenannten Caisson-Krankheit, die heute als Dekompressionskrankheit bekannt ist.

Der Grundstein für das zukünftige kommerzielle Tauchen wurde nach dem Zweiten Weltkrieg gelegt. Der Schweizer Taucher Hannes Keller benutzte 1962 eine Taucherglocke, um eine Tiefe von 984 ft (300 m) zu erreichen. Seine Glocke hatte einen etwas höheren Druck als sein Tauchplatz. Keller atmete eine Mischung aus Helium

Eine Halley-Glocke.

und Sauerstoff durch Schläuche, die an einer Maschine in der Glocke befestigt sind. Er zeigte, dass die Taucherglocke eine wertvolle Wegstation für einen Tieftaucher sein könnte, die nicht nur atmungsaktives Gas, sondern auch Strom, Kommunikationsgeräte und heißes Wasser zum Erhitzen des Taucheranzugs liefert.

Sättigungstauchen wurde durch die Arbeit von Dr. George Bond, Direktor des United States Navy Submarine Medical Center, Mitte der 1950er Jahre ermöglicht. Seine Experimente zeigten, dass das Gewebe eines Tauchers nach einer bestimmten Expositionszeit mit Stickstoff gesättigt wurde. Nachdem der Sättigungspunkt erreicht war, war die Dauer des Tauchgangs unwichtig. Ein Taucher kann wochen- oder monatelang unter Druck bleiben. Die für die Dekompression benötigte Zeit wäre dieselbe, unabhängig davon, ob der Taucher eine Stunde oder eine Woche am Sättigungspunkt blieb. Bonds Experimente führten zur Entwicklung von Tieftauchsystemen. Diese wurden häufig von Arbeitern in der Ölindustrie in den 1970er und 1980er Jahren verwendet, als tiefe Offshore-Ölbohrplattformen florierten.

Die Bathysphäre und der Bathyscaph

Zwei wichtige moderne Tauchglocken waren die Bathysphäre und der Bathyscaph. Dies waren Tiefseetaucher, die zur wissenschaftlichen Beobachtung gebaut wurden. Die Bathysphäre wurde 1930 von William Beebe, einem amerikanischen Zoologen, und dem Ingenieur Otis Barton gebaut. Beebe, fasziniert vom Unterwasserleben, konzipierte die Tauchmaschine, und Barton konnte sie entwerfen. Bartons Idee war es, die Kammer perfekt rund zu machen, um den Wasserdruck gleichmäßig zu verteilen. Es wurde aus Stahlguss etwas mehr als 1 in (2,5 cm) dick und 4,75 ft (1,5 m) im Durchmesser hergestellt. Die Bathysphäre wog enorme 5.400 lb (2.449 kg), fast zu schwer für den verfügbaren Kran zum Heben. Beebe und Barton machten mehrere Tauchgänge vor Bermuda in der Bathysphäre und erreichten 1932 eine Tiefe von 3.000 Fuß (900 m). Aufgrund der großen Stärke der Kugel waren die Taucher vor Druck geschützt, aber die Bathysphäre erwies sich als unhandlich und potenziell riskant. Es wurde 1934 aufgegeben.

Ein Jahrzehnt später entwarfen ein Schweizer Vater und Sohn, Auguste und Jacques Piccard, ein ähnliches Schiff namens Bathyscaph. Die bathyscaph widerstanden die auswirkungen von druck, wie die bathysphere, mit einem schweren stahl sphärische kammer. Die Kammer hing unter einem großen, leichten, mit Benzin gefüllten Behälter. Durch das Lösen von Luftventilen konnte der Bathyscaph aus eigener Kraft den Auftrieb verlieren und auf den Meeresboden sinken. Um wieder hochzukommen, gaben die Bediener Eisenballast frei, wodurch das Schiff langsam anstieg. Das erste Bathyscaph wurde 1946 gebaut, aber 1948 irreparabel beschädigt. Eine verbesserte Maschine stieg 1954 auf 4.000 m (13.000 ft) ab. Die Piccards bauten 1953 einen weiteren Bathyscaph namens Trieste. Die United States Navy kaufte die Trieste 1958. Jacques und Navy Lieutenant Donald Walsh erreichte eine Rekordtiefe von 35.810 ft (10.916 m) im Marianengraben im Pazifik im Jahr 1960.

Rohstoffe

Moderne Tauchglocken bestehen aus hochfestem, feinkörnigem Stahl. Die Fenster bestehen aus gegossenem Acryl einer speziellen Sorte für Druckbehälter. Die Glocke benötigt außerdem einen Außengurt aus dickem Aluminium, um sie vor Stößen zu schützen. Die Glocke ist mit einer hochwertigen Marine-Epoxidfarbe lackiert. Die Spezifikationen für Stahl und Aluminium variieren je nach erwarteter Tiefe des Schiffes.

Ausführung

Taucherglocken werden nach Kundenspezifikation maßgefertigt. Der Kunde spricht den Hersteller mit einem Überblick darüber an, was benötigt wird. Abhängig von den Bedürfnissen gibt der Umriss die Glockenform, die Mindestanzahl der Insassen, die Anzahl der Fenster und andere spezielle Bedürfnisse an, z. B. Gestelle für die Aufbewahrung von Geräten. Der Hersteller schaut sich den Plan des Kunden an und erstellt dann ein endgültiges Design.

Die Herstellung und Konstruktion von Tauchglocken erfolgt nach spezifischen Vorschriften der American Society of Mechanical Engineers (ASME). ASME hat einen Unterabschnitt, der regelt, was allgemein als Druckbehälter für die menschliche Belegung oder PVHOs bezeichnet wird. PVHOs umfassen Tauchglocken sowie Tauchschiffe, Dekompressionskammern, Rekompressionskammern, Höhenkammern und andere. ASME legt strenge Standards für alle Aspekte von Tauchglocken fest, vom Design über die Herstellung bis hin zu Tests. Hersteller und ihre Subunternehmer müssen alle die ASME-Richtlinien Schritt für Schritt durch den Herstellungsprozess befolgen, um einen ASME-Stempel auf der fertigen Glocke zu erhalten.

Der Herstellungsprozess

Herstellung der Glocke

• 1 Der Körper der Glocke besteht aus starkem, feinkörnigem Stahl. Die gewalzte Stahlplatte wird auf ein Förderband gelegt und durch eine automatisierte Säge geschickt, die die Platte oben, unten und an den Seiten der Glocke schneidet.
• 2 Die Profile werden an eine für diese Bauart zertifizierte Schweißerei geschickt. Jeder Abschnitt wird manuell zusammengeschweißt. Die Schweißnähte müssen hohem Druck standhalten und absolut wasserdicht sein. Die Schweißerei folgt den von ASME festgelegten Richtlinien.
• 3 Gegossene Acrylfenster, entweder von einem Subunternehmer oder vom Glockenhersteller, werden eingebaut.

Inspektion und Prüfung

• 4 Nachdem die Abschnitte miteinander verschweißt sind, wird die Glocke inspiziert. Es kann verschiedenen Tests unterzogen werden, von der visuellen Inspektion der Schweißnähte bis hin zu Ultraschalluntersuchungen. Nach diesen Tests kommt der „Proof Test.“ Die Glocke wird mit Wasser gefüllt und eine Stunde lang mit dem anderthalbfachen Druck unter Druck gesetzt, dem sie standhalten sollte. Mit anderen Worten, wenn die Glocke so konstruiert wurde, dass sie dem Druck in einer Tiefe von 600 ft (183 m), 282 psi, standhält, unterwirft der Hersteller sie einem Druck von 900 ft (274,3 m) oder 415 psi. Die Glocke sollte dem Proof-Test problemlos standhalten können. Es ist entworfen worden, um einem Druck von viermal seinem allgemeinen Gebrauchsdruck, als Sicherheitsvorkehrung zu widerstehen.

Lackierung und Veredelung

• 5 Als nächstes wird die Glocke gemalt. Mechanische Sprühgeräte beschichten die Glocke mit einer hochwertigen Marine-Epoxidfarbe, die der rauen Verwendung der Glocke unter Wasser standhält.
• 6 Dann ist das Innere der Glocke fertig. Die Glocke hält eine Vielzahl von Geräten wie eine Heizung, Instrumente, Lichter, Kohlendioxidentferner und Ventilatoren. Halterungen für diese Geräte sind an der Innenseite der Glocke angeschraubt. Rohrleitungs- und Verdrahtungsgehäuse sind ebenfalls verschraubt. Die Glocke ist erst einsatzbereit, wenn alle Geräte vorhanden sind.

Zertifizierung

• 7 Wenn die Glocke alle Tests und Inspektionen besteht, ist sie mit einem ASME-Siegel versehen. Dies bedeutet, dass es gemäß den ASME-Standards gebaut wurde und für den menschlichen Gebrauch als sicher gilt. Die einzelne Glocke erhält außerdem ein Zertifikat, aus dem hervorgeht, wo, wann und von wem sie gebaut wurde. Es werden auch andere Aufzeichnungen geführt, z. B. die Herkunft des für die Karosserie verwendeten Stahls.
• 8 Der Hersteller liefert die Glocke als „rohes“ Gefäß. Der Kunde stattet es dann mit allen benötigten Maschinen wie Tracking-Geräten, Kameras und Funksendern aus.

Qualitätskontrolle

Qualitätskontrolle ist extrem wichtig für ein Schiff, das für inhärent gefährliche Unterwasserarbeiten verwendet wird. Die Qualitätskontrolle ist in den Herstellungsprozess der Tauchglocke integriert, da die Hersteller die von ASME festgelegten Standards einhalten. Die Glocke wird nicht nur nach dem Bau getestet, sondern auch die vorläufige Konstruktion wurde so durchgeführt, dass sie den ASME-Regeln entspricht. Die gesamte Regulierungsbehörde über das Tauchen, einschließlich

Eine moderne Personnel Transfer Capsule (PTC).

kommerzielles Tauchen, in den Vereinigten Staaten ist die Küstenwache.

Die Zukunft

Die United States Navy testet auch verschiedene Tauchausrüstungen für den eigenen Gebrauch. Es betreibt eine experimentelle Taucheinheit, die vorhandene Ausrüstung testet und modernste Tauchtechnologie ausprobiert. Die experimentelle Taucheinheit beschäftigt auch Ärzte und Forscher, die die physiologischen Auswirkungen des Tauchens untersuchen. Einige dieser Untersuchungen können zu Vorschriften führen, die kommerzielle Taucher betreffen. Dies wiederum kann sich auf Sicherheitsverfahren und Qualitätskontrolltests für Tauchglocken und andere Tauchgeräte auswirken.

Kommerzielle Taucher verlassen sich täglich auf Tauchglocken für den Transport zwischen einer Druckkammer und einem Tiefseestandort. Die Entwicklung des Sättigungstauchens führte zu einer viel effizienteren Art, umfangreiche Unterwasserarbeiten durchzuführen, da Taucher am Ende des Jobs nur einmal dekomprimieren müssen. Einige aktuelle Forschungen untersuchen jedoch Möglichkeiten, ganz auf Dekompression zu verzichten. Einige Forscher haben die Möglichkeit untersucht, Taucher mit künstlichen Kiemen auszustatten, damit sie Sauerstoff direkt aus dem Wasser atmen können. Eine weitere mögliche neue Technologie heißt Liquid Breathing. Wenn die Lungen bei tiefem Druck mit einer sauerstoffhaltigen Flüssigkeit gefüllt sind, können sie theoretisch weiter funktionieren. Hypothetisch könnte ein Taucher in der Lage sein, sauerstoffhaltigen flüssigen Fluorkohlenstoff aus einem tragbaren Tank zu atmen. Dies würde es einem Taucher ermöglichen, tiefer zu tauchen, ohne eine Druckkammer und eine Taucherglocke zu verwenden. Ein weiterer Untersuchungsweg ist die sogenannte biologische Dekompression. Ein spezielles Bakterium im Körper könnte verwendet werden, um die im Gewebe eingeschlossenen Gase zu metabolisieren, die die Dekompressionskrankheit verursachen. Dies würde die Notwendigkeit einer Dekompression in einer Kammer beseitigen. Wenn eine dieser Technologien für kommerzielle Taucher rentabel wird, kann sich das bestehende System aus Druckkammer und Tauchglocke ändern.