diondo CT-Anlage mit igus dryve Steuerung zur Erforschung des Meeresbodens
Im Auftrag einer chinesischen Universität wurde durch die diondo GmbH eine industrielle Computertomographie-Anlage zur Prüfung von Bohrkernen entwickelt und gebaut. Das Besondere an dieser Anlage: das CT-System ist zur Installation auf einem Forschungsschiff vorgesehen. Anders als im komfortablen Labor muss es dabei den Herausforderungen der maritimen Einsatzbedingungen standhalten. Seegang, salzhaltige Atmosphäre und hohe Luftfeuchtigkeit sind harte Umgebungsbedingungen, insbesondere für die Elektronik und die Mechanik der Anlage. Die Bohrkerne, die zukünftig zerstörungsfrei untersucht werden, haben eine Länge von bis zu 2 m bei einem maximalen Durchmesser von etwa 50 mm. Auf Grundlage der CT-Ergebnisse wollen die chinesischen Wissenschaftler den strukturellen Aufbau des Sedimentgesteins im Meeresboden erforschen. Von besonderem Interesse hierbei ist u.a. das Vorkommen von sogenannten Gashydraten. Gashydrate sind kristalline Feststoffe, in denen verschiedene Gase eingeschlossen sind. Bedingt durch den hohen Druck und die niedrige Temperatur am Meeresboden sind die Gasmoleküle in einem aus Wassermolekülen bestehenden Molekülgitter gefangen. Vor dem Hintergrund des nahenden Endes der konventionellen fossilen Energieträger bieten Methan-Gashydrate ein vielversprechendes Potential als mögliche Energiequelle für die Zukunft. Allerdings wird der Meeresboden durch die Gashydrate stabilisiert. Einerseits durch die klimabedingte Erwärmung der Meere, andererseits durch eine unkontrollierte Förderung des Energieträgers besteht die Gefahr einer Destabilisierung der Gashydradschicht, was zu einem Abrutschen von Meeresboden speziell in Hangbereichen, schlimmstenfalls verbunden mit der Auslösung massiver Flutwellen, führen kann. Aus diesem Grund müssen die Vorkommen von Gashydraten bewertet, der strukturelle Aufbau der Sedimente untersucht, sowie die Bildungs-, Einlagerungs- und Transportmechanismen der Hydrate besser verstanden werden. Die industrielle Computertomographie stellt in diesem Zusammenhang das entscheidende Verfahren zur Beantwortung dieser für unsere Zukunft so wichtigen Fragestellungen dar.
Problem:
Neben den harschen maritimen Umgebungsbedingungen waren insbesondere die längliche Geometrie der Bohrkerne bei gleichzeitig sehr beengten Platzverhältnissen an Bord des Forschungsschiffes besondere Herausforderungen bei der Konzeption des CT-Systems. Basierend auf den Vorgaben der Universität wurde deshalb ein völlig neues Anlagenkonzept entworfen. Im Innern der Anlage werden Röntgenquelle und Röntgendetektor in einer Rotationsbewegung um den Bohrkern herumgeführt. Üblicherweise wird in der industriellen CT die Probe in einen Manipulator eingespannt und gedreht, was aus den oben genannten Gründen im vorliegenden Fall aber nicht möglich ist. Ein vergleichbares Prinzip kommt auch bereits in der medizinischen Computertomographie zum Einsatz. Um auch feinste Strukturen im Sedimentgestein sicher darstellen zu können, muss die Anlage darüber hinaus eine hohe Auflösung von 25 µm im Rahmen der Untersuchungen erlauben. Verbunden mit den sehr eingeschränkten finanziellen Mitteln des öffentlichen Forschungsinstitutes in China mussten unsere Entwickler den Spagat aus bestmöglicher technischer Performance bei gleichzeitig akzeptablen Anlagenkosten meistern.
Lösungidee:
Für die Automatisierung des Manipulators des CT-Systems kam diesmal erstmals die igus dryve Steuerung zum Einsatz. Das hervorragende Preis-Leistungsverhältnis, die Robustheit und die problemlose Integration in das bestehende Anlagenkonzept waren ausschlaggebend für die Auswahl. Die Erfahrungen sind so gut, dass wir die igus Steuerung auch bei zukünftigen CT-Systemen einsetzen werden.
Durch die Möglichkeit der Computertomographie, den inneren Aufbau des Gesteins in den Bohrkernen auch dreidimensional darstellen zu können, verfügt sie über einzigartige Vorteile gegenüber zweidimensionalen Schliffpräparaten bei gleichzeitig erheblicher Steigerung des Durchsatzes und der Effizienz. Letztlich sind die dreidimensionalen CT-Daten sehr wichtige Eingangsgrößen für eine spätere Strömungssimulation der Transportvorgänge der Hydrate im Sedimentgestein.
