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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Diese Erfindung betrifft ein Kabelerdverlegungswerkzeug,
das in einem Kabelerdverlegungssystem verwendet wird, insbesondere
in der Anwendung der Erdverlegung von Unterwasserkabeln in dem Meeresboden.
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Ein wesentlicher Teil der weltweiten
transozeanischen Kommunikation wird mit Hilfe von Unterseekabeln
durchgeführt,
die im Meeresboden verlegt sind. Das Kabel umfasst normalerweise
Abschnitte eines Signalträgers
in einem Schutzmantel mit Zwischenverstärkern (Repeater genannt), die
im Fall eines langen Kabels entlang der Länge des Kabels angeordnet sind.
In der Vergangenheit wurden solche Kabel aus elektrischen Kupferträgern gebildet,
heutzutage werden jedoch in weitem Umfang ebenfalls optische Glasfaserkabel
verwendet. Kupferkabel weisen gewöhnlich einen Durchmesser von
2–4 Zoll auf.
Glasfaserkabel weisen typischerweise einen kleineren Durchmesser
als Kupferkabel auf, häufig haben
sie einen Durchmesser von nicht mehr als 1/2 Zoll oder weniger.
In beiden Fällen
sind die Repeater als radiale Ausbauchungen im Kabel vorhanden,
die entlang seiner Länge
angeordnet sind.
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Obwohl das Unterseekabel auf die
Oberfläche
des Meeresbodens gelegt werden kann, wird für die meisten Anwendungen bevorzugt,
das Kabel einen Fuß oder
mehr unter dem Meeresboden zu verlegen. Ein Kabel, das auf der Oberfläche des
Meeresbodens liegt, ist anfällig
für Beschädigungen
aufgrund von ungünstigen
Strömungen,
Meeresverschmutzung, Fischbissen und Fischfang-Aktivitäten. Ein
Verlegen des Kabels im Meeresboden vermeidet diese Arten von potenzieller
Beschädigung
des Kabels.
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Im Laufe der Jahre ist eine große Anzahl
von Verfahren zur Erdverlegung von Kabeln im Meeresboden verwendet
worden. Diese Verfahren erfordern das Ausheben eines Grabens im
Meeresboden, das Einführen
des Kabels in den Graben und das Schließen des Grabens. Das Verlegen
wird in Tiefen von bis zu mehreren tausend Fuß unterhalb der Wasseroberfläche ausgeführt. Die
Kabelerdverlegungsverfahren umfassen die Verwendung von geschleppten
Unterwasserfahrzeugen, wie beispielsweise Schlitten, ferngesteuerten
Fahrzeugen und Raupen, die auf der Oberfläche des Meeresbodens fahren.
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Die eropäische Patentschrift Nr. EP-A-801 176
offenbart eine Kabelverlegungsvorrichtung, die ein schwenkbares
anhebbares Versenkungsrad umfasst, das in einer Zufuhrdruckvorrichtung
angeordnet ist, die der Rille folgt, die von dem Pflug gegraben wird.
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Die amerikanische Patentschrift Nr. US-A-4,012,918
offenbart ein Unterseekabelverlegungssystem mit einer Unterwasserkabelverlegungsvorrichtung,
die von einem Kabelverlegungsschiff den Meeresboden entlang geschleppt
wird.
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Während
alle zur Verfügung
stehenden Verfahren betriebsfähig
sind, weisen sie Beschränkungen
auf, insbesondere wenn es sich bei dem zu verlegenden Kabel um ein
optisches Glasfaserkabel handelt. Wenn die optische Glasfaser im
Meeresboden verlegt wird, muss eine Maßnahme getroffen werden, um
die Repeater mit dem größeren Durchmesser
durch die Kabelerdverlegungsvorrichtung zu führen. Es bestehen typischerweise
Beschränkungen
hinsichtlich des Mindestbiegeradius und der Höchstbelastung, die auf das
optische Glasfaserkabel ausgeübt
werden dürfen
und die bei bestehenden Kabelerdverlegungsvorrichtungen nicht erfüllt werden.
Bestehende Kabelerdverlegungssysteme neigen zudem zu Komplexität, was zu
Problemen hinsichtlich der Zuverlässigkeit des Systems führt. Des Weiteren
verpflichten wirtschaftliche Erwägungen
zu einer Kabelerdverlegungsvorrichtung, die bei einer möglichst
hohen linearen Bewegungsgeschwindigkeit betrieben werden kann.
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Daher besteht ein Bedarf für ein verbessertes
Kabelerdverlegungssystem, insbesondere zur Verwendung bei der Erdverlegung
von faseroptischen Kabeln mit in regelmäßigen Abständen angeordneten Repeatern.
Die vorliegende Erfindung erfüllt
diesen Bedarf und stellt des Weiteren verwandte Vorteile bereit.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung schafft
ein Kabelerdverlegungswerkzeug und ein Kabelerdverlegungssystem,
die besonders nützlich
bei der Erdverlegung von Kabeln im Meeresboden sind. Das Kabelerdverlegungssystem
kann betrieben werden, um eine große Bandbreite von Unterwasserkabelarten zu
verlegen, einschließlich
solche mit einem relativ kleinen Durchmesser, wie beispielsweise
optische Glasfaserkabel, die typischerweise einen Durchmesser von
etwa 1,52 mm bis etwa 15,88 mm (etwa 0,06 Zoll bis etwa 0,625 Zoll)
aufweisen. Die Erdverlegung des Kabels wird in einer Tiefe von bis
zu einigen Fuß im
Meeresboden durchgeführt,
was für
die meisten Anwendungen ausreichend ist. Das Kabelerdverlegungssystem
kann verwendet werden, um Kabel mit radial vergrößerten Eigenschaften, wie beispielsweise
Repeater, zu verlegen, die in variierenden Abständen entlang der Länge des
Kabels angeordnet sind. Das in dem System verwendete Kabelerdverlegungswerkzeug
ist viel kleiner und weniger kostspielig als Erdverlegungsvorrichtungen
des Stands der Technik. Das Kabelerdverlegungswerkzeug weist weniger
bewegliche Teile und Stellglieder auf als Erdverlegungsvorrichtungen
des Stands der Technik und ist daher weniger komplex, weniger anfällig für Defekte
und widerstandsfähiger.
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Gemäß der Erfindung umfasst ein
Kabelerdverlegungssystem ein Kabelerdverlegungswerkzeug, ein Erdverlegungsfahrzeug
wie beispielsweise einen Unterwasserschlitten, auf dem das Kabelerdverlegungswerkzeug
gestützt
wird, und eine Kabelzufuhrwinde, die das Kabel von einer Versorgungsvorrichtung
dem Kabelerdverlegungswerkzeug zuführt. Das Kabelerdverlegungswerkzeug
umfasst einen Grundrahmen und ein Schwert, das sich abwärts von
dem Grundrahmen erstreckt und eine externe Führungskante umfasst. Das Schwert
weist einen vertikal ausgerichteten inneren Schlitz mit einer Schlitzbreite
auf. Der Schlitz weist ein oberes Ende an der Oberseite des Schwertes
und ein unteres Ende an der Unterseite des Schwertes auf. Eine Zufuhrdruckvorrichtung
weist einen bogenförmigen
Zufuhrdruckvorrichtungsumfang und eine Zufuhrdruckvorrichtungsbreite
auf, die kleiner ist als die Schlitzbreite des Schwertes. Die Zufuhrdruckvorrichtung
ist gelenkig mit dem Grundrahmen verbunden und ist zwischen einer
abgesenkten Position, in der die Zufuhrdruckvorrichtung innerhalb
des Schlitzes liegt, und einer erhöhten Position, in der die Zufuhrdruckvorrichtung
außerhalb
des Schlitzes liegt, drehbar. Eine Führung dient zur Führung eines
Kabels in den Schlitz in Berührung
mit dem Zufuhrdruckvorrichtungsumfang, wenn sich die Zufuhrdruckvorrichtung in
der abgesenkten Position befindet.
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Die Führung umfasst vorzugsweise
einen Zufuhrtrichter, der am Grundrahmen befestigt ist, und ein
paar bewegliche Führungsplatten,
die benachbart zum oberen Ende des Schlitzes angeordnet und mittig
im Schlitz positioniert sind. Der Zufuhrtrichter weist ein Auslassende
benachbart zu einem oberen Ende der Führungsplatten und mittig an
dem Schwert angeordnet auf. Die Führungsplatten sind zwischen einer
geschlossenen Position mit einem ersten Abstand, der ausreichend
größer als
die Zufuhrdruckvorrichtungsbreite ist, um die Anordnung der Zufuhrdruckvorrichtung
dazwischen zu ermöglichen,
und einer offenen Position mit einem zweiten Abstand, der größer als
der erste Abstand ist, beweglich. Wenn die Führungsplatten geschlossen sind,
wird das Kabel in den Schwertschlitz und in Kontakt mit dem Zufuhrdruckvorrichtungsumfang
geführt.
Wenn die Führungsplatten
geöffnet
sind, können
das Kabel und eine radiale Vergrößerung,
wie beispielsweise der Repeater, durch die Zufuhrdruckvorrichtung,
jedoch nicht durch den Schlitz geführt werden.
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Bei Betrieb wird das Schwert in den
Meeresboden abgesenkt und daraufhin durch den Boden und die Felsen
auf dem Meeresboden vorwärts
gezogen. Wenn das Schwert vorwärts
bewegt wird, öffnet es
einen schmalen Graben im Boden. Das zu verlegende Kabel wird durch
den Zufuhrtrichter, zwischen die Führungsplatten und in den Abstand
zwischen der inneren Wand des Schlitzes und dem äußeren Umfang der Zufuhrdruckvorrichtung
geführt,
wenn sich die Zufuhrdruckvorrichtung in der abgesenkten Position
befindet. Das Kabel wird zum unteren Ende des Schlitzes geführt und
tritt aus dem Schwertschlitz in dem Freiraum unterhalb der Oberfläche des
Bodens aus, der durch die vertikale Position des unteren Endes des
Schlitzes definiert wird. Wenn das Schwert vorwärts bewegt wird, wird das Kabel
aus der nach hinten gerichteten Seite des Schwertes abgegeben. Der
Grundrahmen ist vorzugsweise gelenkig mit dem Erdverlegungsschlitten
verbunden, so dass der Winkel, in dem das Kabel aus dem Schwert austritt
und in den Meeresboden eintritt, durch Variieren des Drehwinkels
zwischen dem Grundrahmen und der Schleppverbindung des Erdverlegungsschlittens
gesteuert werden kann. Diese gelenkige Einstellung gleicht Abweichungen
unter Wasser in der Erdverlegungstiefe im Meeresboden aus und ermöglicht, dass
das Kabel stets parallel zu der Oberfläche des Meeresbodens verlegt
wird.
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Wenn das Kabel abgegeben und im Boden verlegt
wird und eine radiale Vergrößerung,
wie beispielsweise ein Repeater, das Kabelerdverlegungswerkzeug
erreicht, wird die Zufuhrdruckvorrichtung in die angehobene Position
gedreht und die Führungsplatten
werden in ihre geöffnete
Position bewegt. Der Repeater wird durch den Zufuhrtrichter, zwischen
die geöffneten
Führungsplatten
und über
die Basis des Rahmens geführt.
Der Repeater wird dabei durch das Kabelerdverlegungswerkzeug geführt, so
dass er auf der Oberfläche
des Meeresbodens liegt. Nachdem der Repeater durch das Kabelerdverlegungswerkzeug
geführt
wurde, werden die Führungsplatten
geschlossen, um das Kabel mit dem Schwertschlitz und dem Zufuhrdruckvorrichtungsumfang
auszurichten, und die Zufuhrdruckvorrichtung wird in die abgesenkte
Position heruntergedreht, wodurch das Kabel in den Schwertschlitz
zurückgeführt wird,
so dass es wiederum erdverlegt wird, wenn es nach hinten aus dem
Schwert abgegeben wird.
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Ein Problem ist der potenzielle Reibungsverschleißkontakt
zwischen dem Kabel und den in Kontakt stehenden Teilen des Kabelerdverlegungswerkzeugs.
Der Reibungsverschleißkontakt
sollte minimiert werden, um sowohl eine Beschädigung des Kabels zu vermeiden
als auch den Verschleiß des
Kabelerdverlegungswerkzeugs zu verringern. Um die Wirkungen von
Reibung und Verschleiß zu
verringern, wird ein Wasserlager auf dem Zufuhrdruckvorrichtungsumfang
erzeugt, das den größten Reibungskräften zwischen
dem Kabel und dem Kabelerdverlegungswerkzeug ausgesetzt ist. Um
ein solches Lager herzustellen, ist die Zufuhrdruckvorrichtung als
Verteiler konstruiert und es sind Düsen auf dem Zufuhrdruckvorrichtungsumfang
vorgesehen, der von dem Kabel berührt wird. Unter Druck stehendes
Wasser wird aus dem inneren Verteiler der Zufuhrdruckvorrichtung
und aus den Düsen
herausgedrückt
und drückt
gegen das Kabel, um als Flüssigkeitslager
zu dienen. Je größer der Wasserdruck durch
die Lagerdüsen,
desto größer die
Verringerung der Reibung des Kabels, das gegen den Umfang der Zufuhrdruckvorrichtung
drückt.
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Der vorliegende Lösungsweg ist für die Verwendung
mit einer Kabelzufuhrwinde geeignet, die entweder von einem Schiff
versorgt wird, das den Erdverlegungsschlitten und den Grundrahmen schleppt,
oder bei der es sich um eine Kabelzufuhrwinde handelt, die auf dem
Erdverlegungsschlitten angeordnet ist. Im ersten Fall kann die Kabelzufuhr so
konstruiert sein, dass sie dem Kabel eine bestimmte Form verleiht,
bevor es in die Führung
des Kabelerdverlegungswerkzeugs eintritt. In einem bevorzugten Fall
wird das Kabel in eine im Verhältnis
zu der Krümmung,
die das Kabel erfährt,
wenn es durch das Kabelerdverlegungswerkzeug geführt wird, umgekehrte, im Allgemeinen
gekrümmte
Seillinienform gedrückt.
Diese umgekehrte Seillinienkrümmung
verhindert ein Verwickeln und Verschmutzen des Kabels am Erdverlegungsschlitten
und am Erdverlegungswerkzeug.
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Das Kabelerdverlegungssystem der
Erfindung ermöglicht
die gesteuerte Erdverlegung von Kabeln unterschiedlicher Arten im
Meeresboden, einschließlich
Kabeln mit kleinem Durchmesser und radial vergrößerten Elementen, wie beispielsweise
Repeater, die entlang der Länge
des Kabels angeordnet sind. Die Vorrichtung ermöglicht die Erdverlegung von
Kabel sowohl bei niedriger als auch hoher Geschwindigkeit von 5
Knoten oder mehr. Andere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der folgenden ausführlicheren Beschreibung der
bevorzugten Ausführungsform
im Zusammenhang mit den beigefügten
Zeichnungen ersichtlich, die die Prinzipien der Erfindung beispielhaft
veranschaulichen. Der Bereich der Erfindung ist jedoch nicht auf
diese bevorzugte Ausführungsform
beschränkt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Seitenaufriss eines Unterwasserkabels;
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2 ist
eine schematische Ansicht eines Kabels, das mit Hilfe des Kabelerdverlegungssystems
der Erfindung in einem Unterwasserboden verlegt wird;
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3A–3B sind
schematische Seitenrisse eines Erdverlegungsschlittens und eines
Kabelerdverlegungswerkzeugs, wobei 3A das
Kabelerdverlegungswerkzeug zur Lagerung in einer angehobenen Position
veranschaulicht und 3B das
Kabelerdverlegungswerkzeug zur Erdverlegung des Kabels in einer
abgesenkten Position veranschaulicht;
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4 ist
eine perspektivische Ansicht des Kabelerdverlegungswerkzeugs, das
zur Erdverlegung von Kabel konfiguriert ist;
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5 ist
eine perspektivische Ansicht des Kabelerdverlegungswerkzeugs, das
so konfiguriert ist, dass ein Repeater durch dieses hindurch geführt werden
kann;
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6 ist
ein Aufriss der Zufuhrdruckvorrichtung, des Schwertes und des Kabels,
der entlang der Linie 6–6
aus 3A genommen ist,
wobei sich die Zufuhrdruckvorrichtung in der abgesenkten Position befindet;
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7 ist
eine Endansicht des Zufuhrtrichters, die entlang der Linie 7–7 aus 3A genommen ist; und
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8 ist
ein Ablaufblockdiagramm eines bevorzugten Verfahrens zur Erdverlegung
von Kabel gemäß der Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 stellt
ein Unterwasserkabel 20 der Art dar, die für die Erdverlegung
unter Verwendung des Kabelerdverlegungssystems der Erfindung geeignet ist.
Das Kabel 20 umfasst einen im Allgemeinen zylindrischen
Kabelkörper 22 mit
optischen Fasern 24 oder elektrischen Kupferleitern, die
in einem äußeren Schutzmantel 26 enthalten
sind. Das Kabel 20 ist entlang seiner Länge durch einen Repeater 38 radial vergrößert, der
im Wesentlichen ein Verstärker
für die Signale
ist, die in den optischen Fasern 24 oder den elektrischen
Leitern übertragen
werden. Bei einem typischen Fall eines faseroptischen Kabels, der
bevorzugten Anwendung, weist der Kabelkörper 22 einen Durchmesser
von etwa 0,152 bis etwa 1,588 cm (0,06 bis etwa 0,625 Zoll) auf,
und der Repeater 28 weist einen Durchmesser von etwa 7,62–22,86 cm (3–9 Zoll)
und eine Länge
von etwa 121,92 cm (48 Zoll) auf. Diese Maße sind zur Veranschaulichung der
bevorzugten Ausführungsform
und nicht zum Zweck der Beschränkung
bereitgestellt.
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2 stellt
ein bevorzugtes Kabelerdverlegungssystem 30 gemäß der Erfindung
zur Erdverlegung von Kabel, wie beispielsweise dem Kabel 20, unterhalb
eines Meeresbodens 32 dar. (Wie hierin im Zusammenhang
mit dem Kabelerdverlegungssystem der Erfindung verwendet, bezeichnet
ein „erdverlegtes"
Kabel ein Kabel, dessen Kabelkörper 22 unter der
Oberfläche
des Meeresbodens 32 verlegt ist und dessen Repeater 28 auf
der Oberfläche
des Meeresbodens 32 liegen. Der „Meeresboden" 32 umfasst den
Boden jedes Gewässers,
das zur Erdverlegung eines Kabels geeignet ist.) Das Kabelerdverlegungssystem 30 umfasst
einen Erdverlegungsschlitten 34, der mit Hilfe einer Versorgungsleitung 38 hinter
einem Oberflächenschiff 36 her
geschleppt wird. Der Erdverlegungsschlitten 34 wird in
Vorwärtsrichtung die
Oberfläche
des Meeresbodens 32 entlang geschleppt. Der Erdverlegungsschlitten 34 kann,
wie veranschaulicht, für
die vorliegenden Zwecke ebenfalls von einer Oberflächenplattform
aus geschleppt werden, mit einem eigenen Antrieb versehen sein oder
von einem Unterwasserfahrzeug geschleppt werden. Ein Kabelerdverlegungswerkzeug 40 ist
gelenkig mit dem Erdverlegungsschlitten 34 verbunden. Das
Kabel 20 wird von einer Kabelzufuhrwinde 42 zugeführt, die,
wie gezeigt, an dem Schift 36 befestigt ist oder an dem
Erdverlegungsschlitten 34 befestigt sein kann. Die Kabelzufuhrwinde 42 umfasst
eine Versorgungvorrichtung des Kabels 20, wie beispielsweise
eine Trommel, um die das Kabel 20 gewickelt ist, mit einem
regelbaren Motor, um die Geschwindigkeit zu steuern, mit der das
Kabel 20 von der Versorgungsvorrichtung zugeführt wird.
Die Kabelzufuhrwinde 42 führt das Kabel 20 vorzugsweise
so zu, dass es, wie veranschaulicht, einer umgekehrten, im Allgemeinen
seillinienförmigen
Krümmung
von der Kabelzufuhrwinde 42 zu dem Kabelerdverlegungswerkzeug 40 folgt.
Diese umgekehrte Seillinienkrümmung
wird beibehalten, indem das Kabel so zugeführt wird, dass eine übermäßige Länge des
Kabels über
die Länge
hinaus, die erforderlich ist, damit es sich in einer geraden Linie von
dem Schift 36 zum Kabelerdverlegungswerkzeug 40 erstreckt,
aufrecht erhalten wird. Die umgekehrte Seillinienkrümmung des
Kabels 20 zwischen dem Schiff 36 und dem Kabelerdverlegungswerkzeug 40 steht
im Verhältnis
zu der Krümmung,
die das Kabel 20 erfährt,
wenn es durch das Kabelerdverlegungswerkzeug 40 geführt wird,
was nachfolgend erörtert
wird. Die umgekehrte Seillinienkrümmung des Kabels verhindert,
dass sich das Kabel in der Versorgungsleitung 38, dem Erdverlegungsschlitten 34 oder
dem Kabelerdverlegungswerkzeug 40 verheddert oder verschmutzt.
Das Kabel 20 läuft
von der Kabelzufuhrwinde 42 zu dem Kabelerdverlegungswerkzeug 40,
das das Kabel 20 bis zu einigen Fuß unter der Oberfläche des
Meeresbodens 32 verlegt.
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3A und 3B stellen den Erdverlegungsschlitten 34 und
das Kabelerdverlegungswerkzeug 40 ausführlicher dar. (In 3A und 3B ist die Zufuhrdruckvorrichtung, die
im Folgenden erörtert
wird, in ihrer angehobenen Position gezeigt.) Der Erdverlegungsschlitten 34 ist
eine Stahlrahmenkonstruktion, die mit Hilfe der Versorgungsleitung 38 in
der in 3A und 3B angezeigten Vorwärtsrichtung
den Meeresboden 32 entlang geschleppt wird. Das Kabelerdverlegungswerkzeug 40 ist
an einem Drehbolzen 50 gelenkig mit dem Erdverlegungsschlitten 34 verbunden.
Die relative Winkelposition des Kabelerdverlegungswerkzeugs 40 und
des Erdverlegungsschlittens 34 wird durch ein Stellglied
bestimmt, das vorzugsweise einen Werkzeugwinkelsteuerzylinder 52a und
einen Schleppverbindungszylinder 52b umfasst, die zusammenwirkend
die Drehung des Kabelerdverlegungswerkzeugs 40 um den Drehbolzen 50 bewirken.
Die Winkelposition des Kabelerdverlegungswerkzeugs 40 bestimmt
den Winkel, in dem das Kabel 20 aus dem Kabelerdverlegungswerkzeug 40 abgegeben
wird, und damit seinen Winkel im Verhältnis zum Meeresboden 32.
Die Stellgliedzylinder 52a und 52b heben ebenfalls
zusammenwirkend das Kabelerdverlegungswerkzeug 40 in die
Lagerposition aus 3A an
oder senken es in die Kabelerdverlegungsposition aus 3B ab.
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Das Kabelerdverlegungswerkzeug 40 ist ausführlicher
in 4
–7 veranschaulicht.
Das Kabelerdverlegungswerkzeug 40 umfasst einen Grundrahmen 54,
der ein Konstruktionsrahmen ist, der den Rest des Kabelerdverlegungswerkzeugs 40 stützt. Ein
Schwert 56 erstreckt sich abwärts von dem Grundrahmen 54.
Bei Betrieb erstreckt sich das Schwert 56 in den Boden
des Meeresbodens 32. Die sich abwärts erstreckende Länge L des
Schwertes 56 bestimmt die Tiefe des Grabens, der in den
Meeresboden 32 gegraben wird, und folglich die Tiefe Lb , in der das Kabel 20 verlegt
wird. Das Schwert 56 ist nicht massiv, sondern weist vielmehr
einen vertikal ausgerichteten inneren Schlitz 58 mit einer
Schlitzbreite Wschlitz auf (6). Wenn das Kabelerdverlegungswerkzeug 40 durch
den Boden des Meeresbodens 32 gezogen wird (links in den 3–
5), wird die vordere Kante 60 des
Schwertes 56 bedeutenden Verschleißkräften von dem Boden, Felsen
im Boden und dergleichen ausgesetzt. Dementsprechend ist die vordere
Kante 60 mit einer Verschleißplatte 62 ausgestattet,
die aus einem harten Material, wie beispielsweise unlegiertem Pflugscharhartstahl,
besteht, um einen Widerstand gegen Verschleißbeschädigung des Schwertes 56 bereitzustellen.
Der Schlitz 58 weist ein oberes Ende 64 an der
Oberseite des Schwertes 56 und ein unteres Ende 66 an
der Unterseite des Schwertes auf. Wenn das Kabel 20 verlegt
wird, tritt es in das obere Ende 64 des Schlitzes 58 ein,
das sich dicht oberhalb der Oberfläche des Meeresbodens 32 befindet,
und tritt aus dem unteren Ende 66 des Schlitzes 58 aus,
das sich dicht oberhalb der Unterseite des Schwertes 56 in
einer Tiefe Lb unterhalb des Meeresbodens 32 befindet.
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Eine Zufuhrdruckvorrichtung 70 ist
eine plattenartige Konstruktion mit einer Breite Wdruckv., die
typischerweise etwa 2,54 cm (1 Zoll) beträgt, und einem bogenförmigen Zufuhrdruckvorrichtungsumfang 72.
Die Zufuhrdruckvorrichtung 70 ist durch eine hydraulische
Rotationsvorrichtung 74 gelenkig mit dem Grundrahmen 54 verbunden,
und der Umfang 72 erstreckt sich um etwa 90 Grad um den
Kreis, dessen Mitte die hydraulische Rotationsvorrichtung 74 ist. Ein
Abschnitt des Umfangs 72 weist einen konstanten Radius
von der Mitte, die durch die hydraulische Rotationsvorrichtung 74 definiert
ist, auf. Die hydraulische Rotationsvorrichtung 74 dreht
die Zufuhrdruckvorrichtung 70 um die Mitte der hydraulischen
Rotationsvorrichtung und damit im Verhältnis zum Grundrahmen 54 und
zum Schwert 56. In einer abgesenkten Drehposition der Zufuhrdruckvorrichtung 70,
die in 4 gezeigt ist,
liegt ein Abschnitt der Zufuhrdruckvorrichtung 70, der
Abschnitt mit dem konstanten Radius, innerhalb des Schlitzes 58 des
Schwertes 56. In einer angehobenen Drehposition der Zufuhrdruckvorrichtung 70,
die in 5 gezeigt ist,
liegt die Zufuhrdruckvorrichtung
70 außerhalb des Schlitzes 58.
Wdruckv. wird so gewählt, dass sie etwas kleiner als
Wschlitz ist, und zwar um einen Betrag,
der ausreicht, um einen Arbeitsabstand bereitzustellen, jedoch nicht
groß genug
dafür ist,
dass sich während des
Betriebs Steine in dem Spalt verklemmen können. Vorzugsweise ist Wdruckv.
etwa 0,152 cm (0,060 Zoll) kleiner als Wschlitz, so
dass der Abstand auf jeder Seite der Zufuhrdruckvorrichtung 70,
wenn sie in den Schlitz 58 eingeführt ist, etwa 0,76 cm (0,030
Zoll) beträgt.
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Die hydraulische Rotationsvorrichtung 74 dreht
die Zufuhrdruckvorrichtung 70 vorzugsweise in einem derartigen
Drehsinn aus der angehobenen Position in die abgesenkte Position,
dass der Umfang 72 der Zufuhrdruckvorrichtung 70 sich
tangential in derselben Richtung bewegt wie die Abgaberichtung des
Kabels 20, wenn der Umfang 72 in das Kabel 20 eingreift,
das ausgegeben wird, um es abwärts
in den Schlitz 58 zu drücken.
Die Zufuhrdruckvorrichtung ist daher in einer derartigen Drehrichtung
drehbar, dass sich der Zufuhrdruckvorrichtungsumfang in derselben
Richtung bewegt wie die Richtung der Abgabe des Kabels, wenn sich
die Zufuhrdruckvorrichtung aus der angehobenen Position in die abgesenkte
Position dreht. Das heißt,
das Kabel 20, das ausgegeben wird, bewegt sich in der Abgaberichtung
durch das Kabelerdverlegungswerkzeug 40 im Allgemeinen
abwärts
und nach rechts in 3A und 3B, und der Umfang 72 bewegt
sich ebenfalls abwärts
und nach rechts, wenn er sich aus der angehobenen Position in die
abgesenkte Position und an dem Punkt dreht, an dem er das Kabel 20 zuerst
berührt.
Anders ausgedrückt,
wird die Zufuhrdruckvorrichtung in dem linksseitigen Aufriss in 3A und 3B in einer dem Uhrzeigersinn entgegengesetzten
Richtung gedreht, wenn sie sich aus der angehobenen Position in
die abgesenkte Position bewegt. Diese Drehbewegung wickelt das Kabel
20 stufenweise auf den Umfang 72 der Zufuhrdruckvorrichtung 70,
unterstützt
die Abgabe des Kabels 20 und belastet das Kabel 20 nicht, während die
Abgabe fortgesetzt wird. Diese Drehbewegung unterstützt ebenfalls
die Reinigung von angesammeltem Schlamm und Steinen aus dem Schlitz 58 durch
Reinigung der Düsen 86b,
wie im Folgenden beschrieben wird, wenn die Zufuhrdruckvorrichtung
aus der angehobenen in die abgesenkte Position gedreht wird. Im
Gegensatz dazu würde
bei einer Drehung in entgegengesetzter Richtung aus der angehobenen
Position in die abgesenkte Position (im Uhrzeigersinn in 3A und 3B) das Kabel mit einer Bewegung, die
dazu neigen würde,
die Abgabe des Kabels zu behindern und das Kabel zu belasten, schlagartig
in den Umfang eingreifen. Eine derartige Überbeanspruchung ist potenziell
schädlich
für Kabel,
insbesondere für
faseroptische Kabel.
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Die Zufuhrdruckvorrichtung 70 ist
vorzugsweise als ein hohler Wasserverteiler mit Wasserdüsenöffnungen 86 auf
dem Umfang und an der Seite der Zufuhrdruckvorrichtung 70 gebildet.
Bei einer bevorzugten Form weist die Zufuhrdruckvorrichtung 70 eine
Konstruktion auf, wie sie in 6 gezeigt
ist. Diese Zufuhrdruckvorrichtung 70 weist ein Mittelgehäuse 78 mit
einem Paar Zufuhrdruckvorrichtungsplatten 80, eine auf
jeder Seite des Mittelgehäuses 78,
auf. Das Mittelgehäuse 78 und
die Zufuhrdruckvorrichtungsplatten 80 grenzen einen Verteiler 82 in dem
Mittelgehäuse 78 ab.
Das Mittelgehäuse 78 erstreckt
sich radial um einen kleineren Abstand als die Zufuhrdruckvorrichtungsplatten 80,
so dass das Mittelgehäuse 78 und
die Zufuhrdruckvorrichtungsplatten 80 zusammenwirkend einen
Kabelführungskanal 84 auf
dem Zufuhrdruckvorrichtungsumfang 72 abgrenzen. Das Mittelgehäuse 78 ist
in Querrichtung konkav entlang des Umfangs 72 etwa entsprechend dem
Radius des Kabels 20 gekrümmt, so dass eine gekerbte
Oberfläche
bereitgestellt wird, in der das Kabel 20 verläuft. Das
Kabel 20 wird in dem Kabelführungskanal 84 aufgenommen
und von diesem geführt.
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Die Zufuhrdruckvorrichtung 70 dreht
sich nicht fortwährend,
während
das Kabel 20 während des
Erdverlegungsvorgangs über
sie hinwegläuft, und
das Kabel 20 wird gegen den Zufuhrdruckvorrichtungsumfang 72 gedrückt. Das
Ergebnis sind Reibungskräfte,
die dazu neigen, sowohl den äußeren Schutzmantel 26 des
Kabels 20 als auch die Oberfläche des Zufuhrdruckvorrichtungsumfangs 72 zu
verschleißen.
Die Reibungskräfte
vergrößern ebenfalls
die axiale Kraft auf das Kabel 20. Um die Reibungsbelastung
zu minimieren, erstreckt sich eine Reihe von Düsen 86a, die sich
entlang des Umfangs des Zufuhrdruckvorrichtungsumfangs 72 befinden,
zwischen der äußeren Fläche des
Umfangs 72 und dem mittleren Hohlraum 82. Während des
Betriebs wird der Verteiler 82 mit Hilfe einer Wasserquelle
unter Druck gesetzt, so dass Druckwasser aus den Wasserdüsen 86a hinaus
und gegen die Oberfläche
des Kabels 20 fließt.
Die resultierende Kraft dient als Wasserlager zur Verringerung der
Reibungskraft und damit des Verschleißes des Kabels und der Zufuhrdruckvorrichtung
sowie der axialen Belastung auf das Kabel 20. Zusätzlich sind
Wasserreinigungsdüsen 86b entlang
der vorderen Kante der Zufuhrdruckvorrichtung 70 angeordnet,
die dazu dienen, angesammelten Schlamm und Steine aus dem Schlitz 58 zu
waschen, wenn die Zufuhrdruckvorrichtung 70 aus ihrer angehobenen
Position in die abgesenkte Position gedreht wird.
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Eine Führung 88 dient dazu,
das Kabel 20 in den Schlitz 58 und in Kontakt
mit dem Zufuhrdruckvorrichtungsumfang 72 zu führen, wenn
sich die Zufuhrdruckvorrichtung 70 in der abgesenkten Drehposition
befindet, die in 4 gezeigt
ist, jedoch zu ermöglichen,
dass der Repeater 28 durch das Kabelerdverlegungswerkzeug 40 geführt wird,
wenn sich die Zufuhrdruckvorrichtung 70 in der angehobenen Drehposition
befindet, wie in 5 gezeigt.
Die Führung 88 umfasst
zwei Hauptkomponenten. Die erste Komponente ist ein Zufuhrtrichter 90,
der am Grundrahmen 54 befestigt ist und im Allgemeinen
eine Trichterform mit einem großen
Einlassende 92 und einem kleineren Auslassende 94 aufweist.
Beide Enden 92 und 94 weisen eine ausreichende
Größe auf, um
zu ermöglichen,
dass sowohl das Kabel 20 als auch der Repeater 28 durch
sie hindurchgeführt
werden. Das Auslassende 94 ist benachbart zu und mittig
auf dem oberen Ende 64 des Schlitzes 58 angeordnet.
Das Kabel 20, das in den Zufuhrtrichter 90 eintritt,
bewegt sich durch das Auslassende 94 und zu der durch dieses
definierten Stelle.
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Der zweite Teil der Führung 90 besteht
aus einem Paar Führungsplatten 100,
die mittig auf dem Schlitz 58 und benachbart zu dem oberen
Ende 64 des Schlitzes 58 angeordnet sind. Eine
oder vorzugsweise beide Führungsplatten 100 sind
zwischen einer geschlossenen Position mit einem ersten Abstand,
der ausreichend größer als
die Breite der Zufuhrdruckvorrichtung 70 (Wdruckv.)
ist, um die Anordnung der Zufuhrdruckvorrichtung 70 dazwischen
zu ermöglichen,
und einer offenen Position mit einem zweiten Abstand, der größer als
der erste Abstand ist, beweglich. Der zweite Abstand wird so gewählt, dass
er ausreichend groß ist,
um zu ermöglichen, dass
alle radial vergrößerten Bereiche
des Kabels 20, wie beispielsweise der Repeater 28,
zwischen den beiden Führungsplatten 100 hindurchgeführt werden.
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Wie in 4 gezeigt,
wird das Kabel 20, wenn sich die Zufuhrdruckvorrichtung 70 in
der abgesenkten Position befindet und im Schlitz 58 liegt
und sich die Führungsplatten 100 in
ihrer geschlossenen Position befinden, in den Abstand zwischen dem äußeren Umfang
der Zufuhrdruckvorrichtung 72 und der inneren Fläche 96 des
Schwertes 56 gedrückt. Das
Kabel 20 wird in den Boden des Meeresbodens 32 verlegt,
während
sich die Zufuhrdruckvorrichtung 70 in dieser abgesenkten
Position befindet. Wenn sich die Zufuhrdruckvorrichtung 70 in
der angehobenen Position befindet und so gedreht wurde, dass sie außerhalb
und über
dem Schlitz 58 liegt, und sich die Führungsplatten 100 in
ihrer offenen Position befinden, wird der Abschnitt des Kabels 20,
der während dieses
Zeitraums durch das Kabelerdverlegungswerkzeug 40 läuft (typischerweise
der Repeater 28), wie in 5 gezeigt,
nicht im Boden des Meeresbodens 32 verlegt, sondern liegt
stattdessen auf der Oberfläche
des Meeresbodens.
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Die Führungsplatten 100 werden
zusammen mit der Zufuhrdruckvorrichtung 70 betrieben. Wenn sich
die Zufuhrdruckvorrichtung 70 in der abgesenkten Position
aus 4 befindet, befinden
sich die Führungsplatten 100 in
ihrer geschlossenen Position mit dem ersten kleineren Abstand. Dieser
kleine Abstand führt
das Kabel 20 vom Auslassende 94 des Zufuhrtrichters 90 in
den Kabelführungskanal 84 zwischen
der inneren Fläche 96 des
Schwertes 56 und dem äußeren Umfang 72 der
Zufuhrdruckvorrichtung 70. Wenn sich die Zufuhrdruckvorrichtung 70 in
der abgesenkten Position aus 4 befindet,
kann der Repeater 28 daher nicht durch das Kabelerdverlegungswerkzeug 40 geführt werden.
Nachdem die Zufuhrdruckvorrichtung 70 in die angehobene
Position aus 5 gedreht
worden ist, um das Kabel 20 aus dem Schlitz 58 zu
heben, werden die Führungsplatten 100 in
ihre offene Position mit dem zweiten, größeren Abstand bewegt, der ermöglicht,
dass der Repeater 28 zwischen ihnen hindurch und durch
das Kabelerdverlegungswerkzeug 40 geführt wird.
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Der Zufuhrtrichter 90 ist
vorzugsweise aus zwei zusammenlaufenden, sich längs erstreckenden Segmenten 90a und 90b gebildet,
von denen jedes eine Hälfte
der Länge
in Längsrichtung
des Zufuhrtrichters 90 bildet. Die beiden Segmente 90a und 90b werden
durch einen Segmentantrieb 104, der typischerweise ein
Hydraulikzylinder ist, zusammen- und auseinandergebracht. Die beweglichen
Segmente 90a und 90b ermöglichen, dass der Zufuhrtrichter 90 in
die beiden Längshälften geteilt
und getrennt wird. Wenn die Segmente 90a und 90b zusammengedrückt werden,
führt der
Zufuhrtrichter 90 das Kabel 20 in der zuvor beschriebenen
Weise. Wenn die Segmente 90a und 90b getrennt
sind, befinden sich die Führungsplatten 100 in
ihrer offenen Position, die Führungsvorrichtung 70 befindet
sich in ihrer zweiten Position und es besteht ein offener Pfad durch
das Kabelerdverlegungswerkzeug 40, der ermöglicht, dass
das Kabel 20 von der Seite und ohne dass ein Ende in das
Kabelerdverlegungswerkzeug 40 eingefädelt wird, in das Kabelerdverlegungswerkzeug 40 geladen
wird. Diese Fähigkeit
ist für
viele Anwendungen wichtig, bei denen das Kabel 20 in einer Zwischenposition
entlang der Länge
des Kabels 20 in das Kabelerdverlegungswerkzeug 40 geladen
werden muss.
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8 veranschaulicht
einen bevorzugten Lösungsweg
zur Ausführung
der Erfindung. Das Kabelerdverlegungssystem 30 ist, wie
oben beschrieben, bereitgestellt, Bezugsnummer 120. Das
Kabel 20 wird in das Kabelerdverlegungswerkzeug 40,
Bezugsnummer 122, geladen. Das Laden kann entweder unter
Verwendung eines freien Endes des Kabels 20 oder von der
Seite erfolgen, wobei die Segmente 90a und 90b getrennt
sind, die Führungsplatten 100 sich
in ihrer offenen Position befinden und die Führungsvorrichtung 70 sich
in ihrer zweiten Position befindet. Das Laden kann bei diesem Lösungsweg
entweder durch Taucher oder unter Verwendung eines Robotermanipulators
ausgeführt
werden. Das Kabel 20 wird durch die Kabelzufuhrwinde 42 zugeführt. Wenn
das Kabelzugeführt
wird, wird das Kabelerdverlegungswerkzeug 40 in einer von
zwei Betriebsarten betrieben. Um das Kabel 20 zu verlegen,
werden die Führungsplatten 100 geschlossen,
um das Kabel 20 dazwischen und am Umfang 72 der
Zufuhrdruckvorrichtung festzuklemmen. Die Zufuhrdruckvorrichtung 70 wird
daraufhin in ihre abgesenkte Position gedreht, wie in 4 gezeigt, Bezugsnummer 126, und
das Kabel 20 wird in der Tiefe Lb verlegt.
Um den Repeater 28 zu führen
und ihn auf dem Meeresboden 32 (d. h. nicht im Meeresboden
verlegt) ruhen zu lassen, wird die Zufuhrdruckvorrichtung in ihre
angehobene Position gedreht und die Führungsplatten 100 werden
geöffnet,
wie in
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5 gezeigt,
Bezugsnummer 128. Dieser Vorgang wird immer dann wiederholt,
wenn ein Repeater durch das Kabelerdverlegungswerkzeug 40 geführt werden
soll.
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Es ist ein Prototyp der vorliegenden
Erfindung konstruiert und getestet worden. Funktionelle faseroptische
Kabel 20 mit einer Länge
von etwa 1 1/2 Meilen und einem Durchmesser im Bereich von 0,152
cm bis 1,097 cm (0,06 Zoll bis 0,432 Zoll) mit Repeatern 28 mit
einem Durchmesser von 22,86 cm (9 Zoll) und einer Länge von
121,92 cm (48 Zoll) sind erfolgreich in einer Erdverlegungstiefe
von 60,96 cm (24 Zoll) im Meeresboden verlegt worden, wobei die Repeater 28 jedoch
auf der Oberfläche
des Meeresbodens ruhten, wie hierin beschrieben. Das Oberflächenschiff 36 bewegte
sich während
des Kabelerdverlegungsbetriebs mit einer Geschwindigkeit von bis zu
4,5 Knoten.
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Obwohl eine spezifische Ausführungsform der
Erfindung zum Zweck der Veranschaulichung ausführlich beschrieben wurde, können verschiedene
Modifikationen und Verbesserungen vorgenommen werden, ohne vom Bereich
der angehängten Ansprüche abzuweichen.