DE2052392C3 - Elektrisches Schwimmkabel - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Schwimmkabel mit einem Kern aus Kunststoff, um den die Leiter wendelförmig geschlagen sind, und mit einem äußerem Mantel.

Solche Kabel werden im zunehmenden Maße für die Meerestechnik bzw. Meeresforschung unentbehrlich. Sie haben z. B. die Aufgabe, von einem Mutterschiff aus Meß-. Übertragungs- und/oder Sicherungssonden mit elektrischer Energie zu versorgen; andererseits übermitteln sie Meßdaten und übertragen diese zurück, und leiten Befehlsimpulse zu den verstreut liegenden Spezialsonden.

Für die genannten Zwecke ist es wichtig, daß zur Erzielung der Schwimmfähigkeit die Leiterquerschnitte, bzw. das Gesamtgewicht solcher Kabel in vorgegebenen Grenzen gehalten werden. Dies ist mit den üblichen Unterseekabeln aus Gründen wirtschaftlicher Fertigung nicht erfüllbar Außerdem müssen bei den üblichen Seekabeln schwere Bewehrungsmäntc! und andere Sicherheitsmaßnahmen vorgesehen sein, damit diese dem hydrostatischen Druck, den Wasserbewegungen und den dan.it verbundenen starken mechanischen Belastungen über einen längeren Zeitraum standhalten können. Das Gewicht dieser Kabel pro Längeneinheit ist dementsprechend so groß, daß dessen Kompensation bis zur Schwimmfähigkeit, wenn überhaupt, nicht zufriedenstellend durchgeführt werden kann.

Bei einem elektrischen Schwimmkabel der eingangs genannten Art treten andere konstruktive Probleme auf. Damit ein solches Kabel für den angegebenen Zweck optimal geeignet ist, ist es erforderlich, daß die Leiter im Kabel in Längsrichtung keiner irreversiblen Dehnungsverformung unterworfen sind, was insbesondere durch den weit größeren Wellenschlagdruck (Wasserströmung) zu erwarten ist. Zum anderen spielt dabei die niemals genau einzuhaltende Relativentfernung der verbundenen Gerätschaften eine sehr zu beachtende Rolle, dagegen kann bei diesen Kabeln der hydrostatische Wasserdruck gewöhnlich vernachläßigt werdea

Bei hohem Seegang unterliegen diese Kabel in der Längsrichtung Zugkräften die nahe der Reißfestigkeit der Kabel, bzw. des Materials ihrer elektrischen Leiter liegen. Dadurch erfahren sie beträchtliche prozentuale Dehnungen elastischer oder bleibender ArU die bis zu 1 bis 2 %. bezogen auf die Kabellänge, betragen können. Dies wäre vermeidbar, wenn die Leiter, die Isolation und der Außenlnantel durch Reibungsschluß fest miteinander verbunden werden könnten. Wegen mangelnder Reibung zwischen diesen Elemen en des Kabels kann es jedoch vorkommen, daß bei Dehnung und nachfolgender Zusammenziehung des Kabels die Leiter innerhalb der Isolation bzw. der Ummantelung des Kabels ihre ursprüngliche Länge nicht mehr erreichen und seitlich ausbrechen, mit den Folgen von Knickungen der Leiter und schließlich Durchstoßungen des Mantels. Dies kann durch Wendelung der Leiter um einen leichten Schwimmkörper verhindert werden, der radial verformbar ist. für die Leiter eine Enbettung zuläßt, und auß-irdem das Kabel schwimmfähig macht, wie dies beispielsweise der USA-Patentschrift 2 530 105 entnehmbar ist. Dabei ist jedoch die Ganghöhe der in Wendeln gelegten Leiter sehr kritisch, da zufolge des Dralleffektes bei geringer Ganghöhe das Kabel sich in Schleifen legen und verwinden kann.

Bei einem aus der britischen Patentschrift 585 446 bekannten Schwimmkabel sind die Leiter wendelför mig um einen zentral im Kabel angeordneten ge schäumten Kunststorfkörper herumgelegt, wobei ein Außenmantel vorgesehen ist. Nachteilig ist hierbei, daß das Material des tragenden und längsnachgiebigen Schaumkörpers in verhältnismäßig kurzer Zeit ermüdet und dieser daher seine ursprüngliche Form nicht wie de·- erlangt sowie die geringe mechanische Festigkeit des den zentralen Körper bildenden Schaumstoffes, vorzugsweise Schaumgummi, gegenüber Zugbeanspruchungen.

Es ist auch beispielsweise in der französischen Patentschrift 1 228 252 vorgeschlagen worden, das Gewicht des im Wasser liegenden Kabels durch dessen Auftrieb zu kompensieren, und zwar dadurch, daß die konzentrischen oder in gleichen Winkelabständen angeordneten Leiter auf oder zwischen Schwimmkörpern aus einem Material eingebettet sind, dessen Dichte klei ner ist als die des Wassers. Ein solches Kabel besitzt aber keine ausreichende Biegsamkeit, und auch die Längsdehnung ist für den vorgesehenen Zweck mehl ausreichend.

Auch ist durch die deutsche Auslegeschrift I 036 959 ein Verfahren zur Herstellung des Kernes eines schwimmfähigen Kabels bekanntgeworden, bei dem eine Anzahl von Stangen od. dgl. aus treibmiuelhaltigem Polyäthylen in eine Hülle eingeschlossen und sodann derart erhitzt werden, daß das Polyäthylen bei Füllung der Hohlräume zwischen den Stäben zu einem vielzelligen schaumstoffartigen Verbundkörper zusammengeschweißt wird. Der so entstandene Kern weist ausreichende Biegsamkeit und radiale Festigkeit auf, um zur Herstellung eines Schwimmkabel mittels üblicher Maschinen in einen Leiter ringförmigen Querschnittes eingebracht zu werden, der mit einer Schicht vulkanisierbaren Gummis umgeben werden kann. Ein mit einem solchen Kern aus aufgetriebenem Polyäthylen versehenes Schwirrmkabel weist jedoch im wesent-

Sehen die gleichen Mangel geringer Zugfestigkeit und Biegbarkeit auf, wie sie bereits vorausgehend in bezug auf andere bekannte Schw immkabel· mit Schaumstoffkern eingehend dargelegt worden sind, wobei der den Kern umgebende, im wesentlichen hülsetsförmige Lei- S ter air Erhöhung der Steifigkeit eines solchen KabeJs ringförmigen Querschnitt besitzt und die mechanische Festigkeit und elastische Dehnbarkeit des Leitermaterial überschreitenden Zugbeanspruchungen ausgesetzt sein kann. to

Ferner ist aus der französischen Patentschrift 1 531 037 ein elektrisches Schwimmkabel bekannt, das ebenfalls einen Schaumstoffkern geringeren spezifischen Gewichtes als Wasser aufweist, um den die Leiter wendelförmig herumgelegt sind und das von einem äußeren Mantel umgeben ist. Hierbei ist der geringen mechanischen Festigkeit, insbesondere Zugfestigkeit des den schwimmfähigen Kern bildenden Materials dadurch Rechnung getragen, daß zentral im Inneren des Kernes ein Metallseil großer mechanischer Festigkeit ao angeordnet ist. um die auf das Kabel einwirkenden Zugkräfte aufzunehmen. Es versteht sich, daß ein solches Metallseil — selbst wenn es aus Aluminiumdrähgen besteht — schwer und steif ist und daß, um das Gewicht des Seils zu kompensieren, ein relativ voluminöser Schaumstoffkörper erforderlich ist, der seinerseits die Biegbarkeit und Trommelbarkeit dieses bekannten Kabels sehr beeinträchtigt und die Verwendungsmöglichkeiten eines solchen Kabels weitgehend einschränkt. Nachteilig ist ferner die schlechte Verhaftung des Metallseils im Schaumstoffkern, die an diesem bei den unvermeidlichen Bewegungen des Kabels zu Schaden durch Zerstörung des Materials führen kann, deren Vermeidung die Anordnung des Metallseils in dem Kern bezweckt. Andererseits ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 109 228 ein biegsames elektrisches Kabel für die Signalübertragung zwischen einer Leitstelle und einem sich schnell bewegenden Flugkörper, mit einem zwischen den Leiterdrähten angeordneten Zugorgan bekannt, das aus vielen dünnen, parallelliegenden Natur- oder Kunstseidenfäden — oder auch Glasfaserb/w. Kunststoffäden — gebildet und gemeinsam mit den Leiterdrähten von einer für den genannten Zweck ausreichend dichten Umhüllung aus Natur- oder Kunstseidenfäden umgeben ist. Für maritime Verwendungszwecke ist ein derartiges Kabel nicht geeignet, da die als Fadenwickel ausgebildete Hülle nicht wasserdicht und das Fadenbündel, dessen spezifisches Gewicht etwa 1.3 bis 1.5 beträgt, an sich nicht schwimmfähig ist F.in wesentlicher Nachteil dieses bekannten Flugkör· persteuerkabels liegt auch darin, daß seine Leiterdrähte parallel zum Zugorgan angeordnet sind, wobei diese also zur Aufnahme der auf das Kabel einwirkenden Zugkräfte mit herangezogen sind. Dies aber kann wegen der gegenüber dem Material der Leiterdrähte größeren Elastizität des für das Zugorgan verwendeten Materials zu den eingangs erwähnten Schwierigkeiten führen, daß die Leiterdrähte zufolge der dauerhaften Verformung (Überdehnung) seitlich ausbrechen, geknickt werden und schließlich reißen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein für den eingangs angeführten Zweck geeignetes, schwimmfähiges, elektrisches Kabel zu schaffen, das zugleich drallfrei, zugfest und gut biegsam ist, und dessen Leiter zur Erhöhung der Lebensdauer, von auf das Kabel einwirkenden Zugkräften und durch diese hervorgerufenen irreversiblen Dehnungen frei sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist an einem Schwimmkabel mit einem Kern aus Kunststoff, um den die Lsiter wendelförmig geschlagen sinfl, und das mit einem äußeren Mantel versehen ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Ganghöhe jeder der von den Leitern gebildeten Wendeln so bemessen ist, daß deren Durchniesserverringerung bei Zugbelastung des Kabels kleiner ist als die Außendurchmesserverringerung des Kernes, daß der Kern aus vielen dünnen, parallelliegenden Fäden besteht daß die Anzahl und der Querschnitt der Fäden des Kernes in bezug auf den vom Mantel umschlossenen Raum einen Füllfaktor ergeben, der kleiner ist als 1 und daß der äußere Mantel wasserdicht ist.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Ganghöhe der Leiterwendelung wird erreicht daß bei einer durch Zugbeanspruchung des Kabels hervorgerufenen Dehnung des Kernes die elektrischen Leiter nicht mitgedehnt werden, sondern die axiale Verlängerung der Leiterwendelung allein durch deren radiale Verformung an der Kernoberfläche erfolgt. Demgemäß bleiben die Leiter des erfindungsgemäßen Kabels — ohne Beeinträchtigung von dessen Drallfreiheit — frei von Zug- und Dehnungsbeanspruchungen. Ferner weist das erfindungsgemäße Kabel den erheblichen Vorteil einer wesentlich erhöhten Lebensdauer sowohl seiner elektrischen Leiter als auch des ganzen Kabels — selbst bei intensivem Einsatz — auf.

Die erforderliche Biegsamkeit und absolute Drallfreiheit des erfindungsgemäßen Kabels wird in Verbindung mit der vorausgehend geschilderten besonderen Wendelung der elektrischen Leiter vor allem durch die an sich bekannte Maßnahme erzielt, den Kern des Kabels aus lose zu einem Bündel zusammengefaßten, unverseihen Fäden zu bilden, die sich parallel zueinander in der Längsrichtung des Kabels erstrecken. Die Schwimmfähigkeit des Kabels und der Zusammenschluß der Fäden des Kernes ist durch den wasserdichten Mantel gewährleistet. Hiervon trägt auch bei das relativ geringe spezifische Gewicht des für die Kernfäden verwendeten Kunststoffes, die Dimensionierung und Bestimmung der Anzahl der Fäden des den Kern des Kabels bildenden Fadenbündels sowie der elektrischen Leiter und der in gewissen Grenzen beliebig variierbare — bezogen auf den vom wasserdichten Mantel umschlossenen Raum — kleiner als 1 gewählte Füllfaktor.

Ähnlich läßt sich in Verbindung mit der Auswahl des für die Fäden des Kabelkernes verwendeten Kunststoffes die Zugfestigkeit und Dehnbarkeit des erfindungsgemäßen Kabels auch unter Berücksichtigung wirtschaftlicher Erwägungen den jeweiligen Erfordernissen anpassen. In den meisten Fällen wird sich die Verwendung fester oder hochfester Kunststoffe, beispielsweise aus der Gruppe der Polyamide oder Polyester empfehlen, die bei guter Dehnung eine wesentlich höhere Zugfestigkeit besitzen, als etwa Natur- oder Kunstseide.

Das erfindungsgemäße Schwimmkabel kann auch mit einem drahlbewehrten Mantel versehen sein, der den Leitern zusätzlichen Schutz gegen mechanische Beschädigung der Isolierung, insbesondere durch Fischbiß bietet. Die dünne Drahtbewehrung kann in das Mantelmaterial eingebettet sein. In diesem Falle oder auch wenn es erwünscht ist in dem Kabel Leiter größeren Querschnittes zu verwenden läßt sich die erforderliche erhöhte Schwimmfähigkeit nach einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch erreichen, daß innerhalb des Kernes ein zentraler Kanal vorgesehen ist, der mit Gas, Luft oder Schaumstoff gefüllt ist.

In einer anderen Ausführungsform besitzt das erfin-

dungsgemäße'Kabel zusätzlich noch einen im wesentlichen achssymmetrisch angeordneten Schwimmkörper, der als Innenmantel aus geschäumtem Kunststoff ausgebildet und zwischen dem · Fadenbündel· und dem Außenmantel angeordnet sein kann. Mit diesei Maßnähme läßt sich die Schwimmfähigkeit des erfindungsgemäßen Kabels noch weiter erhöhen, z. B: im Falle des gleichzeitigen Erfordernisses eines drahtbewehrten Mantels und elektrischer Leiter großen Querschnittes und/oder großer Anzahl. Da der zur Anpassung an extreme Verhältnisse zusätzlich in dem Kabel vorgesehene Schwimmkörper, ebenso wie die elektrischen Leiter von mechanischen Beanspruchungen, wie Zug und Dehnung frei ist, beeinträchtigt er bei entsprechender Anordnung und Werkstoffauswahl die vorausgehend beschriebenen guten Eigenschaften des erfindungsgemäßen Kabels sowie auch dessen hohe Lebendauer in keiner Weise.

Ein Ausfuhrungsbeispiel des Schwimmkabels gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch darge- ao stellt. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt des Schwimmkabels mit zwei Leitern,

F i g. 2 in räumlicher Darstellung das Schwimmkabel nach Fig. 1, »5

Fig.3 im Querschnitt ein Schwimmkabel mit vier Leitern und

Fig.4 ebenfalls im Querschnitt ein Schwimmkabel mit acht Leitern und einem zentralen Kanal.

Nach F i g. 1 besteht das von einem wasserdichten Mantel 1 umgebene Schwimmkabel aus einem Kern 2 in Form eines unverseilten Fadenbündels aus Kunststoff, um das zwei Leiter 3 wendelförmig, mit einer solchen Ganghöhe geschlagen sind, daß bei einer durch Zugbeanspruchung hervorgerufenen Verringerung des Keroidurehmessers, diese größer ist, als die Verringerung des Durchmessers der Leiterwendel, die als Folge von der durch Anpassung derselben an die Dehnung des Kernes auftretenden radialen Verforniung der Leiterwendel auftritt.'Daher.vermag die Leiterwendel selbst wenn sie fest auf den Kenn aufgewickelt oder sogar in dessen Oberfläche teilweise eingedrückt ist, allen Bewegungen und insbesondere auch den Dehnungen des Kernes zu folgen, ohne diese zu behindern oder selbst nennenswerten Zugkräften ausgesetzt zu sein. Der wendeiförmige Verlauf der Leiter 3 ist besonders gut in F i g. 2 zu erkennen, in der ein ummantelter und ein mantelfreier Abschnitt des Kabels gezeigt sind.

F i g. 3 zeigt im Querschnitt ein Schwimmkabel gleichen Aufbaus jedoch mit vier einander paarweise gegenüberliegend angeordneten Leitern 3.

Das Schwimmkabel nach Fig.4 besitzt zusätzlich einen zentral angeordneten Schwimmkörper 4, der als das den Kern 2 bildende Fadenbündel axial durchlau fender Kanal ausgebildet ist. Dieser kann mit Luft einem anderen leichten Gas, vorzugsweise Helium oder mit geschäumtem Kunststoff ausgefüllt sein. Dar über hinaus kann zwischen dem Kern 2 und dem wasserdichten Außenmantel 4 als zusätzlicher Schwimm körper ein hier nicht dargestellter Innenmantel aus einem elastisch biegsamen Kunststoff, z. B. elastisch ab gestellter Polyurethanschaum, angeordnet sein.

Patentschutz wird nur begehrt, jeweils für die Gesamtheit der Merkmale eines jeden Anspruchs, alsc einschließlich seiner Rückbeziehung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektrisches Schwimmkabel mit einem Kern aus Kunststoff, um den die Leiter wendelförmig geschlagen sind, und mit einem äußeren Mantel, d a durch gekennzeichnet, daß die Ganghöhe jeder der von den Leitern (3) gebildeten Wendeln so bemessen ist. daß deren Durchmesserverringerung bei Zugbelastung des Kabels kleiner ist als die Außendurchmesserverringening des Kernes (2), daß der Kern {2); aus vielen dünnen, parallel liegenden Fäden besteht, daß die Anzahl und der Querschnitt der Fäden des Kernes (2) in bezug auf den vom Mantel (I) umschlossenen Raum einen FüHfaktor ergeben, der kleiner ist als 1 und daß der äußere Mantel (I) wasserdicht ist.

2. Schwimmkabel nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Kernes (2) ein zentraler Kanal (4) vorgesehen ist. der mit Gas, Luft ao oder Schaumstoff gefüllt ist. und daß der wasserdichte Mantel (1) drahtbewehrt ist.

3. Schwimmkabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich einen im wesentlichen achssymmetrisch angeordneten as Schwimmkörper, z. B. in Form eines zwischen dem Kern (2) und dem Außenmantel (I) angeordneten Innenmantels aus geschäumten Kunststoff, bc-it.M.