DE1810016C - Elektrisches Unterwasserschlepp und Verbindungskabel mit Stromlimenprofil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Unterwasser- sitzt. Diese Drahtseile weisen einen relativ hohen schlepp- und -verbindungskabel mitStromlinienprofil, Torsionswiderstand auf und besitzen mechanische welches in seinem Inneren einen Kanal mit elektri- Eigenschaften eines Tragteils mit Kreisquerschnitt, sehen Adern aufweist und das einen am Bug abge- wobei Längsachse, Symmetrieachse und TorsionsrundeScn, undehnbaren, Zugkräfte aufnehmenden 5 achse durch den Flächenschwerpunkt der Quer-Tragteil, sowie einen eine geringere mechanische schnittsfläche verlaufen.

Festigkeit aufweisenden, fest damit verbundenen, Der funktioneile Zusammenhang zwischen der

spitz zulaufenden Heckteil besitzt. Geometrie des tragflügelförmigen Kabelquerschnittes

Kabel dieser Art werden sowohl als Schlepp- als sowie der Anordnung des Tragteils in diesem Kabel auch als Verbindungskabel für Unterwassersonden ίο führt dazu, daß der Druckpunkt des stromlinienförmimit und ohne eigenem Antrieb verwendet. Diese gen Querschnittes relativ dicht bei der Achse des Sonden werden eingesetzt bei der Unterwasserfor- Drahtseiles zu liegen kommt. Hierbei wird unter dem schung, Kartographierung, als Unterseebootspür- Begriff »Druckpunkt« in Übereinstimmung mit den geräte, sowie zum Auffinden anderer Unterwasser- Be£riffen aus der Aero- bzw. Hydrodynamik jene fahrzeuge und Unterwasserbauten, zum Studium 15 Stelle eines Tragflügels verstanden, an der sich die maritimer Pflanzen sowie tierischen Lebens im Meer Resultierende des aerodynamischen Auftriebes und u. dgl. mehr. des Strömungswiderstandes mit der Tragflügelsehne

Bs sind Kabel bekannt, welche durch entsprechende schneidet. Auf Grund der geometrischen Verhältnisse Cuerschnittsgestaltunu des Kabels einen möglichst bei den bekannten Kabeln ist die Größe der Korrekgeringen Schleppwiil-.'Stand darbieten sollen. So zeigt ao turkräfte relativ klein, und zwar begrenzt durch den Clie ILSA.-Patentschrift 3 176 646 ein Kabel der ein- kleinen Abstand zwischen dem Druckpunkt und der gangs näher bezeichneten Gattung, welches aus einem Torsionsachse. Außerdem ist der Strömungswiderius vielen Drähten hergestellten Schleppseil besteht, stand bei den bekannten Kabeln relativ groß, was in •n dem mit Hilfe einer Blechschelle fahiienförmige, erhöhtem Maße eine Turbulenz zur Folge hat, wenn einzelne Stromlinienkörper angebracht sind, die auf as das Kabel durch das Wasser gezogen wird. Dadurch dem Zugseil aufgefädelt und jeweils paarweise in werden auch die Eintauchtiefen der Kabel be-Ciien/en relativ zueinander beweglich miteinander schränkt.

gekuppelt sind. Die U-fürmige, als Halteschild die- Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein

giende Blechsehellc deckt den Zwischenraum zwi- elektrisches Unterw.i^serschlepp- und -verbindungsichen dem Zugseil ui,J den fahnenförmigen Profil- 30 kabel mit Stromlinienprofil der eingangs näher betörpcrn ab. indem ein elektrisches Ve-sorgungskabel, zeichneten Art so weiterzubilden, daß sich eine sehr !«stehend aus einer Vielzahl von bandförmigen Ein- hohe Stabilität des Kabels im Wasser auch bei hohen lelleitern mäanderförmig geführt ist. I adurch kann Schleppgeschwindigkeiten ergibt und das Kabel trotz tfei elektrische Leiter gegen den der Wickeltrommel- hoher Biegefestigkeit eine ausreichende Flexibilität •chse näher liegenden Zugseil beim Aufwickeln des 35 besitzt, so daß das Kabel leicht auf eine entsprechende Kabels in Längsrichtung nachgeben, während die Trommel aufgewickelt werden kann.
liihiienförniigen Prolilkörper hierbei fächerförmig Diese Aufgabe wird erfindungsgemäli dadurch ge-

• useinandeispreizen können. löst, daß das Tragteil aus einem U-förmigen Profil-

Aus der IJSA.-Patentschrift 3 304 364 ist ein elek- körper aus Kunstharz mit darin eingebetteten Betrisches Unterwasserschlepp- und -verbindungskabel 40 wehrungsfäden oder -drähten besteht, ein Drittel des bekannt, das einen aus Gummi oder Kunststoff be- längsten Kabcldurchmesscrs einnimmt, innen einen ■teilenden Kabelkörper aufweist. Dieser weist einen recktcckförmigen, nach rückwärts offenen Längskanal tragllügeiförmigen und zur Sehne symmetrischen besitzt und daß der Heckteil aus einem Kunstharz-(juei schnitt über seine ganze Länge auf. Dieser gemisch mit spezifisch leichterem Füllstoff besteht. Kahclkörper ist von der Vorderkante des Bugteils 45 Durch die geometrische Querschniltsgestaltung und

• η-, entlang der Tragllügelsehne geteilt ausgebildet Anordnung des Tragteils in bezug auf das gesamte lind weist nahe seiner Vorderkante einen in dem Bug- Tragflächenprofil wird hierbei ei reicht, daß die Tor teil eingebetteten Tiagteil in Form eines Zugseiles, sionsachsc des Kabels von dem Druckpunkt des low ic etwa in der Mitte der Tragllügelsehne einen Tragflächenprolils einen wesentlich größeren Abstand l.ängskanal auf, in welchem der aus mehreren Bau- :>t> als der Schwerpunkt der Oucrschnittsllächc des Ita!'- |l'. 111 gebildete elektiisehe leiter aufgenommen ist. teils von dein Diuckpimkl erhält Dadurch wird eine |)ir veiMeibende Raum dieses Kanals wird durch wesentliche Veibesseiung dei 'Stabilität und der Lage Si'haimriioli .uisgcfiilli. Auch hier dient eine entspie des Kabels auch bei hohen Gi'H.-hwmdii'kcite.ii, mit Chende Welhing. des elektrischen Leiters dazu, dall denen das Kabel durch das Wasser bewegt wird, dieser -ich beim Auf wickeln di", Kabels gegeniibei ,-,-, erzielt. Das neue Kabel eignet sieh daher nii.l't nur tfem /"iii'i'lied dehnen kann. /um Nachziehen von Sc hlepps.linien. Mindern auch

l)ie I'.rf aiming zeigt, dab bei Verwendung solchei zur Verbindung /.wischen einem VciMHgungs- ocki Kabel et liebliche Verluste durch Turbulenz der Strö- Meßschiff und einer selbsttätigen Unleiwassersonde. mum¹ im Wasser auftreten, so daß die erreichbare Schließlich werden mit dem neuen Kabel auch we-Maumaleeschwindigkeit, mit tier das Kabel bzw. die 60 sentlich grölleie Tauchtiefen als bei den bekannten daran aiii'rhangte Sonde durch das Wassei geschleppt Kabeln etteiclit, während die hohe Stabilität des werden kann, begrenzt wild, llicibci wird eine aus· Kabels die elekirischtr (Jbeilrapimg der Meßdaten reichende Stabilität des Kabels nicht erreicht, d.i die- wesentlich begünstigt.

vs (l:i/ii neigt, sich aiif'iiwickdn oder zu verdrehen. Durch die relativ hohe Flasli/iiät des Heckteils

I'ab·¹ isl diesen Kabeln gi mcinsam. dall in der Nähe 6j läßt sich das Kabel ohne Schwierigkeit auf ilen üb der Vorderkante des Hugtcils der Iragtcil in Form liehen Aufwickeltrommel)! aufwickeln. Andererseits fines Drahlst ilcs aus verdrillten Drahlslrängen auge- kann der Traglcil auf Grund seines Profils sowie auf

• t'dni'i ist und einen kreisförmigen Querschnitt be- Grund seiner Ht!stellung aus Kunstharz mit den dar

in eingebenden Bewehrungsfäden alle auftretenden Kräfte und Belastungen zuverlässig aufnehmen, Je nach dem Verwendungszweck können dabei aus den bekannten Kunststoffen und Elastomeren die geeigneten Kunstharze sowie die in Frage kommenden Bewehrungsfäden oder -drähte ausgewählt werden.

Als besonders vorteilhaft hat sich jedoch erwiesen, wenn der Tragteil zu 60 bis 80 Volumprozent aus Glasfaden und im übrigen aus einem Epoxy-, Polyurethan- oder Polyamidharz oder einer Mischung dieser Harze besteht.

Für den Heckteil hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn dieser aus Polyurethanharz und Mikro-Glaskugelii als Füllstoff besteht.

Auf Grund der Ausbildung lassen sich die spezifischen Gewichte von Tragteil und Heckteil, die unterschiedlich sind, leicht so aufeinander abstimmen, daß das gesamte spezifische Gewicht des Kabelkorpers in den Bereich des Schwebepunktes für Meerwasser gelangt und etwa in der Größenordnung zwischen i,2 und 1,4 liegt. Dabei kau.; der Tragteil ein spezifisches Gewicht zwischen 1,25 und 2,25 und das Heckteil ein solches zwischen 0,4 und 0,8 aufweisen.

Auf Grund der Profilgebung des Tragteils kommen die elektrischen Adern zwischen den U-Schenkeln des Tragleils zu liegen und verlaufen damit etwa entlang der Ouerschnittsniitte des Tragteils.

Durch den Verlauf der Adern entlang der neutralen Achse des Tragkörper* erfahren die Adern beim Aufwickeln des Kabels auf eine Trommel nur geringe Beanspruchungen, so daß die Adern nicht aus gewellten Drähten oder Bandern zu bestehen brauchen. Wenn zusätzliche elektrische Leiter benötigt werden, kann das Tnigteil vorteilhafterweise an den Stirnseiten der U-Selienkel Längsnuten zur Aufnahme dieser zusätzlichen elektrischen Leiter besitzen. Alle Leitcrkanale des Tragkörpers können durch einen elektrisch isolierenden Kunststoff ausgefüllt sein.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand schematischcr Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel liiiher erläutert.

Fig. 1 zeigt in Seitenansicht schematisch den Ein- $atz des neuen Kabels als Vcrbindungsk.'bel zwischen einer Untei wussersondi¹ und einem die Sonde steuernden Schiff;

Fig. 2 /cig! in perspektivischer Ansicht, teilweise liufgcschnittcn. das bei der Anordnung nach F i g. I verwendete neue Kabel,

F i i!. 2 a zeigt einen Schnitt durch den Tragteil des linien Kabels, und /war in einem vergrößerten Maßllabe; die

Fig. ' um! \ zeigen abgewandelte Aiisfiihrungsteispiele tür das neue Kabel.

In Fig. I ist da. lli.vk eines Schilfes 30, beispielsweise eines o/eam>i'iaphischcn Forschungsschiffes, gezeigt, das auf der Oberfläche eines Gewässers 31 schwimmt. Dieses Schiff 30 ist mit einer Windentrommel 32 versehen, die auf Lagerböcken 33 drehbar gelagert ist. Von dieser Windentrommel ist ein elektrisches Wnk·'wasserschlepp- ii-id -verbindungskabel 35 abgezogen und über eine Unilenkrolle 34 in das Wasser abgelassen. Die Enden dieses Kabels sind mit .Endkupphingen 36 versehen, die dazu dienen, das Kabcleude mit der Winde bzw. mit einer Unterwassersonde 37 zu verbinden.

I' is elektrische Unterwasserschlepp- und -verbinkabi I weist gciiuiß Fig. 2 einen tragfliigelprofilartigen Querschnitt auf, der zur Tragllügelsebne symmetrisch ausgebildet ist,

Das Kabel weist einen vorderen Bugteil und einen damit unlösbar verbundenen Heckteil auf. Im dargestellten Beispiel wird der Bugteil vollständig von einem Tragteil 38 eingenommen. Dieser Tragteil weist einen U-förmigen Querschnitt auf, bei dem zwischen den Schenkeln ein in Längsrichtung des Tragteils verlaufender Kanal 38« gebildet ist. In diesem Kanal

ίο 38 η ist in dem der Nase des Tragflügeiprofils nahegelegenen Abschnitt ein elektrischer Leiter 40 eingebettet, bei dem es sich um ein Haupt- oder Leistungskabel von großem Querschnitt handeln kann. Der nicht vom elektrischen Leiter 40 eingenommene

,₅ Querschnitt des Kanals 38 α ist mit einem Isoliermaterial 41 ausgefüllt, der sich bis zur Verbindungsebene zwischen dem Tragteil 38 und dem Heckteil 39 erstreckt.

Das Tragteil weist an dv ; freien Stirnflächen der Schenkel weitere in Längsridi'ung des Kabels verlaufende Kanäle oder Nuten 42 auf, in die weitere elektrische Verbindungsleiter 43 von kleinerem Querschnitt eingelegt werden können. Hierbei kann es sich ζ B. um die Signaliibertragungsleiter handeln.

Bei dem Alisführungsbeispiel nach F i g. 2 sind die elektrischen Leiter43 in den Nuten 42 lediglich durch das Material des Heckteils 39 des Kabels voneinander isoliert. Das den Kanal 38 a ausfüllende Isoliermaterial 41 kann jedoch gemäß Fig. 3 zugleich auch die Nuten 42 abdecken. In Fig. 3 ist das Isoliermaterial mit 41 α bezeichnet. Eine weitere Abwandlung der Anordnung des Isolicrmaterials 41 b ist bei dem Kabel 35 /> in Fig. 4 gezeigt. Bei beiden Ausführungsformen wird erreicht, daß ein und derselbe Isolierkörper dazu dient, den Hauptleiter40 zwischen den Schenkeln des Tragteils sowie die weiteren Leiter 43 an den Stirnflächen der Schenkel isolierend abzudecken. Insbesondere die Ausbildung der Isolierung 41 b nach F i g. 4 führt zu dem zusätzlichen Vorteil, daß in dem Kanal 38 a zwischen den Schenkeln erheblich größere Leiterquerschnitte untergebracht werden können, ohne daß dadurch eine Beeinträchtigung der Isolierung eintritt.

E)cr Tragteil 38 des neuen Kabels besieht im we-

4_S sentüchen aus einer Vielzahl kontinuierlicher und in Kabeiiangsrichtung orientierter paralleler Fäden 38', die eine hohe Steifigkeit und Festigkeit besitzen. Diese Fäden können beispielsweise aus Metall oder Glasfasern oder -fädwi bestehen. Diese Fäden sind in . inem entsprechenden Kunstharzbinder, insbesondere in Epoxyharz oder Epoxy-Polyi'relhaiiharz eingebettet oder zumindest mit einem solchen Harz imprägniert.

Die Zusammensetzung aus Hai/ und Bewehrungs· fäden oder · Irähten hängt im wesentlichen ab einmal von der maximal gewünschten Tragfähigkeit lies Kabels sowie von der Zugfestigkeit der verwendeten Bewehrungsfäden. Besonders vorteilhaft haben sich 60 bis 80 Volumprozent Glasfasern und etwa 40 bis 20 Volumprozent Uändeharz erwiesen.

Der Tragteil 38 und der Heckteil 39 sind unmittelbar und unlösbar miteinander zu einer festen Einheit verbunden.

Bevorzugt wird ein Tragllügelprolil, bei dem die Flügeischtic etwa sechsmal so lang ist wie die größte Höhe des Profils. Hierdurch ergibt sich eine erhebliche Verkleinerung des hydrodynamischen Widerstandskoeffizienten. Auch die Wahl der Werkstoffe

(lägt wesentlich /u der Verminderung des Schleppwiilerslandcs des Kübels bei.

Aus der Draufsicht aus Fig. 2a wird die besondere Ausgestaltung des Tragteils im einzelnen deutlich Die Lage der Torsionsachsc wird durch die besondere Querschnittsgcstaltung des Traglcils erreicht. Besonders wichtig ist dabei, daß der Tragtcii als Holzträger B mit einem Nasenabschnitt W und zwei Schenkeln /·' ausgebildet ist, welche einen Kanal C begrenzen. Es ist bekannt, daß bei einem dünnen, hohlkörperartig ausgebildeten Träger die Torsionsachse nicht mit dem Flüchenschwcrpunkt des Trägerquerschnittes zusammenfällt, sondern oft außerhalb des Trägerquerschniltcs und häufig sogar auf der den Schenkeln abgewandten Seite außerhalb der Nase liegt. Bei dem in Fig. 2a gezeigten Querschnitt des Tiagtcils ergibt sich, daß sich die Torsionsachse in Fig. 2a rechts von der Nase befindet. Durch entsprechende Bemessung der Länge T der Nase W wird erreicht, daß die Torsionsachse aus ihrer theoretischen to Lage außerhalb des Trägers in Fig. 2a nach links bis nahe der Vorderkante des Tragteils verlagert wird.

Die besten Ergebnisse werden dann erreicht, wenn die Gesamtlänge L des Tragtcils38, gemessen entlang der Tragflügelsehne. etwa 30 bis 40⁰O, vorzugsweise «5 cm. Drittel der Gesamtflügelsehnenlänge des Kabels beträgt. Unter Tragflügelsehne wird hierbei die gerade Verbindungslinie zwischen Vorderkante und rückwärtiger Kante des Tragflächenprofils verstanden. Weiterhin ist wesentlich, wenn die Ausdehnung der Nase von der Vorderkante des Profils bis zum Boden des Kanals 38«. also die Länge der Strecke 7' in Fig. 2A, zwischen etwa 30 bis 40 »/0, vorzugsweise etwa ein Drittel der Gesamtausdehnung L des Tragteils ausmacht. Im allgemeinen sollte die Strecke L dreimal so groß sein wie die Strecke T. Dabei sollte die maximale Querschnittsbreite des Tragteils, also die Strecke D in F i g. 2 a, etwa 45 bis 55 °/o, vorzugsweise etwa 50 ⁰O der Gesamtflügelsehnenlänge L des Tragteils ausmachen. Das heißt, im wesentlichen ^₀ sollte die maximale Querschnittsbreite des Tragteils, also die Strecke D in F i g. 2 a, etwa 45 bis 55, vorzugsweise etwa 50 °/o der Gesamtflügelsehnenlänge L des Tragteils ausmachen. Das heißt, im wesentlichen sollte die Strecke L etwa doppelt so groß sein wie die Strecke D. wobei davon auszugehen ist, daß in eier Regel die größte Breitenabmessung an den Enden der Schenkel des Tragteils vorliegt.

Bei einem in der beschriebenen Weise aufgebauten Kabel erhält das komplette Kabel beispielsweise eine Fliigelschncnlängc von etwa 7,5 cm. Es wurde festgestellt, daß sich dann der Druckpunkt des Tragfliigelprofils und der Schwerpunkt auf etwa einem Viertel der Tiagfliigclsehne. von der Tragflügclnase aus gemessen, befindet, während die Torsionsachse in unmittelbarer Nähe der Vorderkante des Tragflügelqucrsclinittes des Kabels verläuft oder sich sogar geringfügig vor dieser Kante erstreckt. Das auf diese Weise gewonnene Kabel besitzt eine außerordentlich niedrige Torsionssteifiekeit und weist einen sehr niedrigen hydrodynamischen Widerstandskoeffizienten auf. Hs zeichnet sich durch ein nahezu neutrales Verhalten gegenüber Absinken oder Auftreiben im Wasser aus. Fs erhält eine hohe Stabilität, die auch d~.nn bestehen bleibt, wenn das Kabel mit relativ hoher Geschwindigkeit durch das Wasser bewegt wird.

Das Kabel besitzt auf Grund seiner Hohlkürperform eine hohe Biegesteifigkeit. Dennoch weist es trotz der relativ hoch belastbaren Fasern, die in dem Harzbinder eingebettet sind, eine ausreichend große Flexibilität auf, um ein Aufwickeln auf eine Windentrommel zu ermöglichen, ohne daß eine bleibende Verformung des Kabels zu befürchten ist.

Die elektrischen Leiter 40 und 43 müssen — abgesehen von ihren elektrischen Eigenschaften — entsprechende Verhältnisse von Streckbarkeit, Flexibilität und Widerstandsfähigkeit gegenüber Zusammendrücken aufweisen. Der elektrische Leiter 40 ist aus einem Kupferband hergestellt mit einer Querschnittsgröße von 1,1 X 1,9 cm, das für eine Spannung von Volt und eine Stromstärke von 285 Ampere ausgelegt ist und einen Widerstand von 0,866 MiILiohm pro Meter aufweist. Die geringste mechanische Dehnbarkeit beträgt 2,7 %. Außerdem besitzt das Kabel eine hohe Flexibilität und hohe Druckfestigkeit. Diese Forderungen erfüllt der in den Fig. 2 bis 4 gezeigte Leiter, der als zweischichtige Bandlitze ausgebildet ist.

Die gleichen Überlegungen sind auch für die Signalleiter 43 maßgeblich.

An Stelle der Glasfasern oder -fäden können auch andere hoch aste Fasern, beispielsweise Stahldrähte, verwendet werden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektrisches Unterwasserschlepp- und -verbindungskabel mit Stromlinienprofil, welches in seinem Inneren einen Kanal mit elektrischen Adern aufweist und das einen am Bug abgerundeten, undehnbaren, Zugkräfte aufnehmenden Tragteil sowie einen eine geringere mechanische Festigkeit aufweisenden, fest damit verbundenen, spitz zulaufenden Heckteil besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragteil (38) aus einem U-förmigen Profilkörper aus Kunstharz mit darin eingebetteten Bewehrungsfäden oder -drähten besteht, ein Drittel des längsten Kabeldurchmessers einnimmt, innen einen rechteckförmigen, nach rückwärts offenen Längskanal (38 a) besitzt und daß der Heckteil (39) aus einem Kunstharzgemisch mit spezifisch leichterem Füllstoff besteht.

2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragteil (38) zu 60 bis 80 Volumprozent aus Glasfäden (38'), im übrigen aus einem Epoxy-, Polyurethan- oder Polyamidharz (49) oder einer Mischung dieser Harze besteht.

3. Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Heckteil (39) aus Polyurethanharz und Mikro-Glaskugcln (39') als Füllstoff besteht.

4. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragteil (38) an den Stirnseiten der U-Schcnkc! Längsnuten (42) zur Aufnahme zusätzlicher elektrischer Leiter (43) besitzt.

5. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dnß die Leiterkanäle (38 n) des Tragkörpers (38) durch einen elektrisch isolierenden Kunststoff (41, A\ a. 41 r>) ausgefüllt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnunpen