DE555468C - Stetig induktiv belastetes und bewehrtes Unterseekabel - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM
23. JULI 1932

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVe 555468 KLASSE 21 c GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 1. März 1927 ab

ist in Anspruch genommen.

Die Erfindung¹ bezieht sich auf Unterseesignalgebung.

Ein Zweck der Erfindung ist, den Übertragungswirkungsgrad der Unterseekabel zu .erhöhen.

Ein weiterer Zweck der Erfindung ist, bei

Kabeln der erwähnten Art die Zunahme des wirksamen Widerstandes zu verringern, die durch das Vorhandensein von Schutzbändern gegen Bohrwürmer (Teredowürmer) entsteht.

Gewöhnlich wird bei den Teilen von Unterseekabeln, die in seichtem Wasser liegen, die Isolation aus Guttapercha o. dgl. mit einem dünnen Band aus Kupfer oder Messing versehen, das dicht auf dem Kern liegt und dessen Windungen einander weit überlappen, so daß die Bohrwürmer ferngehalten werden.

Man hat gefunden, daß bei einem Kabel mit stetiger Belastung und einer Würmerschutzschicht der Wirkungsgrad bedeutend abnimmt gegenüber solchen ohne Schutzschicht, weil eine beträchtliche Zunahme des wirksamen Widerstandes im Kabel auf Grund der Verluste im Würmerschutzband entsteht. Diese Verluste entstehen durch Wirbelströme, welche in dem Schutzband als Folge von elektromotorischen Kräften entstehen, die durch den veränderlichen magnetischen Fluß der Signalströme im Belastungsmaterial hervorgerufen werden.

Gemäß der Erfindung wird diese Zunahme des wirksamen Widerstandes durch die Verwendung eines Würmerschutzbandes oder eines ähnlichen Schutzbelages von hoher Widerstandsfähigkeit herabgesetzt. Eine weitere Verringerung der Zunahme des wirksamen Widerstandes wird erreicht durch Vergrößerung der Steigung des Bandes, beispielsweise durch Erhöhung seiner Breite, und dadurch, daß man benachbarte Windungen des Bandes voneinander isoliert. Im besonderen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein ununterbrochen belastetes, bewehrtes Unterseekabel, bestehend aus einem Leiter, aus einem den Leiter schraubenförmig umgebenden Belastungsmaterial, einer beide umhüllenden Isolation und aus einer die Isolation umgebenden metallischen Schutzschicht. Die Erfindung besteht darin, daß die Schutzschicht aus einem Material mit hohem spezifischem Widerstand besteht und derart mit dem Belastungsmaterial zusammenwirkt, daß die durch die axiale Komponente des im schraubenförmig gewickelten Belastungsmaterial erzeugten Magnetfeldes bedingte Vergrößerung des effektiven Leitwiderstandes des Kabels

geringer wird, als es der Fall sein würde, wenn das Material der Schutzschicht Messing wäre.

Dadurch, daß die Schutzschicht aus einem Material mit hohem Widerstand hergestellt ist, werden die Wirbelstromverluste in dieser Schicht im Vergleich zu denen in einei Schutzschicht aus Messing herabgesetzt und hierdurch die Dämpfung des Kabels vermindert.

Gemäß der Zeichnung besteht das Kabel aus einem Mittelleiter 5, einem Belastungsdralit 7, der den Leiter 5 umgibt, einer Isolationsschicht 9 aus Guttapercha o. dgl., die vorzugsweise eine Wandstärke von einem bis mehreren Millimetern hat und sowohl den Leiter 5 als die Belastungsschicht umschließt, einem Wurmschutzband 11, welches die Isolation 9 umgibt, und einer Schicht von schraubenförmig gelegten Stahlarmierungsdrähten 13, die in Jute 15 gelagert sind und sowohl das Wurmschutzband 11 als den aus den Teilen 5, 7 und 9 bestehenden Kern 17 umgeben. Die Drähte 13 können einzeln mit einem StofFband 19 bewickelt und dieses kann mit einem Konservierungsmittel imprägniert sein. Dieses Band hat den doppelten Zweck, die Drähte zu schützen und dem Kabel eine größere Biegsamkeit zu geben, dadurch, daß die Drähte 13 getrennt gehalten werden. Der Leiter besteht aus einem Mitteldraht 21, der von mehreren Deckleitern 23 derart umgeben ist, daß der gesamte Leiter eine glatte zylindrische Oberfläche erhält. Die induktive Belastung 7 besteht aus einer schraubenförmigen Hülle aus magnetischem Material mit hoher Permeabilität bei niedrigen magnetisierenden Kräften und mit hohem spezifischem Widerstand. Diese Hülle wird vorzugsweise aus einer Legierung hergestellt, die hauptsächlich aus Nickel und Eisen besteht. Das Wurmschutzband 11, welches die Isolation 9 gegen Angriffe von Bohrwürmern schützen soll, ist eine schraubenförmige Hülle, welche den Teil des Kerns umgibt, der an Orten des Meeresbodens liegt, an welchen Bohrwürmer vorhanden sind. Der mit dem Schutzband bewickelte Teil des Kabels liegt in Wassertiefen von weniger als etwa 180 m, denn die Bohrwürmer sind gewöhnlich nicht in größeren Tiefen vorhanden. Das Schutzband wird so um den Kern gewickelt, daß benachbarte Windungen einander so weit überlappen, daß keine Lücken in dem vom Band gebildeten metallischen Leiter entstehen. Aus Gründen, die in der weiteren Beschreibung erwähnt werden, ist erfindungsgemäß das Band aus einem Material hohen spezifischen Widerstandes, z. B. Nichrom (850/0 Nickel, 150/0 Chrom), Driver-Harris 193-Legierung (30 0/0 Nickel, 680/0 Eisen, 2 0/0 Chrom) oder Therlo (850/0 Kupfer, 130/0 Mangan, 2 0/0 Aluminium) hergestellt. Diese Legierungen haben einen Widerstand, der 5-bis ι of ach so groß wie derjenige des Messings ist, und sie rosten nicht, weshalb sie für Verwendung im Seewasser besonders geeignet sind. Das Schutzband hat eine Stärke von etwa 0,1 mm, und die Steigung ist zweckmäßig so groß, wie es möglich ist, ohne daß die Gefahr entsteht, daß das Isolationsmaterial des Kernes beschädigt wird. Gewöhnlich ist die Breite des Wurmschutzbandes gleich dem dreifachen Durchmesser des Kernes. Bei einem Kerndurchmesser von 1,3 cm ist somit die Bandbreite vorzugsweise etwa 3,8 cm.

In einem Leiter, der mit einem schraubenförmig aufgewickelten Band oder Draht aus magnetischem Material belastet ist, sind nun die magnetischen Induktionslinien, die der Strom im Leiter erzeugt, bestrebt, dem schraubenförmigen Weg, den das Band darbietet, zu folgen, und diese Bestrebung zeigt sich um so deutlicher, je höher die Permeabilität des Belastungsmaterials ist, d.h. die magnetischen Kraftlinien bilden keine geschlossenen Kreise um den Leiter, sondern haben die Form einer Schraubenlinie, die für jede Windung des Belastungsbandes viele Windungen um den Leiter bildet, bevor sie über einen Luftspalt auf eine benachbarte Windung übergeht; dabei ist die Steigung der Schraube der Induktionslinien geringer als die Steigung des Bandes, so daß eine Induktionslinie dem Band beispielsweise über 20 Windungen folgt, dann an die Hinterkante des Bandes gelangt und rückwärts über den engen Luftspalt auf die benachbarte Windung überspringt, worauf sie in der Ursprungliehen Richtung und dem ursprünglichen Sinn dem Bande wieder über etwa 20 Windungen folgt, darauf wieder einen Luftspalt nach rückwärts überspringt usw. Es ist also im Belastungsmaterial eine Komponente der magnetischen Induktion vorhanden, welche parallel zur Leiterachse liegt und welche man die longitudinale oder axiale Komponente der Induktion nennen kann. Diese Komponente ist annähernd proportional der Permeabilitat und der Stärke des Belastungsmaterials. Sie ist auch abhängig von dem Wicklungswinkel des Belastungsbandes. Wenn alle anderen Bedingungen dieselben sind, so ist die Komponente der magnetischen Induktion parallel zur Leiterachse um so größer, je größer die Breite des Belastungsbandes ist. Gehen Zeichenströme durch den Kabelleiter 5, so wird in dem schraubenförmig um diesen Leiter gewickelten Wurmschutzband 11 eine elektromotorische Kraft entstehen, die proportional ist der Änderungsgeschwindigkeit

der longitudinalen Komponente des magnetischen Feldes. Diese elektromotorische Kraft verursacht im Wurmschutzband einen Strom, und die durch diesen Strom entstehenden Energieverluste gehen zu Lasten der Stärke des Zeichenstromes im Leiter. Mit anderen Worten heißt dies, daß durch, die Verluste im Wurmschutzband der effektive Widerstand des Kabelleiters eine Vergrößerung erfährt.

ίο Diese Widerstandsvergrößerung kann als proportional dem Quadrat der Frequenz des sinusförmigen Stromes angegeben werden und verändert sich im umgekehrten Verhältnis mit der Stärke und dem Widerstand des Wurmschutzbandes. Ferner wird jene Widerstandszunahme um so geringer, je größer man die Steigung des Wurmschutzbandes nimmt, vorausgesetzt, daß benachbarte Windungen voneinander isoliert werden.

Durch Messungen an dralit- und bandbelasteten Leitern für Unterseekabel wurde ermittelt, daß die Zunahme des effektiven Widerstandes bei einem gewöhnlichen Wurmschutzband aus Messing und bei einer Frequenz von 60 Hz. 0,06 ülkm beträgt. Bei einem verhältnismäßig schweren Telegraphenkabel wirkt sich diese Widerstandserhöhung in einer mehr als dreiprozentigen Vergrößerung des Dämpfungsfaktors der bewickelten Abschnitte aus. Bei leichteren Kabeln wird der Einfluß auf den Dämpfungsfaktor geringer sein, da hier der Widerstand des zentralen Leiters ein höherer ist. Der Einfluß ist bei einem langen Telegraphenkabel nicht sehr nachteilig", da die Telegraphierfrequenz niedrig ist und gewöhnlich der mit Messingschutzwicklung versehene Teil des Kabels einen nur verhältnismäßig kleinen Bruchteil der Gesamtkabellänge ausmacht. Bei einem Telephonkabel, bei welchem die Betriebsfrequenzen wesentlich höher sind und die Bewicklung mit dem Wurmschutzband auf einem verhältnismäßig großen Teilder Gesamtlänge nötig ist, ist der Einfluß weit nachteiliger.

Auf jeden Fall kann aber das Maß der Widerstandsvergrößerung, welche durch die im Wurmschutzband induzierten elektromotorischen Kräfte bedingt ist, verringert werden, wenn an Stelle des üblichen Messingbandes ein Band aus einem obengenannten Material verwendet wird.

Die Isolation benachbarter, einander überlappender Windungen kann geschehen, indem man das Wurmschutzband z. B. mit einer isolierenden Oxydschicht versieht oder indem man beim Umwickeln eine Isoliermasse auf das Band aufträgt. Auf diese Weise wird der Widerstand für Strombahnen in Ebenen senkrecht zur Kabelachse vergrößert, der Strom wird also gezwungen, mehr in Richtung des Bandes zu fließen. Das wäre von Vorteil auch da, wo ein Messingband verwendet wird.

Obgleich der Metallmantel von hoher Widerstandsfähigkeit zum Schütze von Bohrwürmern als ein schraubenförmig gewickeltes Band dargestellt und beschrieben wurde, bleibt es selbstverständlich, daß mit dieser Ausführungsform der Erfindung nicht die Grenzen gesetzt sind.

Claims (3)

1. PatentAnsprüche:

   i. Stetig induktiv belastetes und bewehrtes Unterseekabel, bestehend aus einem Leiter, aus einem den Leiter schraubenförmig umgebenden Belastungsmaterial, einer beide umhüllenden Isolation und aus einer die Isolation umgebenden metallischen Schutzschicht, insbesondere zu Wurmschutzzwecken, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht aus einem Material mit hohem spezifischem Widerstand, beispielsweise einer Legierung aus 850/0 Nickel und 15 o/_o Chrom, besteht und derart mit dem Belastungsmaterial zusammenwirkt, daß die durch die axiale Komponente des im schraubenförmig gewickelten Belastungsmaterial erzeugten Magnetfeldes hervorgerufene Vergrößerung des effektiven Leiterwiderstandes go geringer ist, als es der Fall sein würde, wenn das Material der Schutzschicht Messing wäre.
2. 2. Ununterbrochen belastetes Unterseekabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht die Form eines schraubenförmig gewundenen Bandes hat, dessen Steigung größer ist als das Zweifache des Schraubenganginnendurchmessers.
3. 3. Ununterbrochen belastetes-Unterseekabel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht die Form eines schraubenförmig gewundenen Bandes hat, dessen Steigung größer ist als die des Belastungsbandes.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen