EoW May 2009

technischer artikel

Tiefsee-ROV-Kabel Von Jarrett S Shinoski Research & Development, CommScope Claremont, NC; DaveWeaver und TomTolman Oceaneering International Inc, Hanover, MD

Übersicht Tiefseekabel für ferngesteuerte Tauchroboter (Deep-Sea ROV cable) haben die Welt der Tiefseeforschung grundlegend verändert. Dank dieser Technologie haben Forscher und Historiker das Innere von Schiffswracks wie z. B. der Titanic und der Bismarck erkunden können. Dieses einzigartige Kabel wurde zur Datenübertragung zwischen dem Bediener und zwei speziell entworfenen ferngesteuerten Tauchrobotern (ROVs - Remote Operated Vehicle) eingesetzt, einem Tiefsee-Tauchroboter „Deep-Sea ROV“ und einem „Hybrid-AUV“ (Auto- nomous Underwater Vehicle)/ROV. Dieses Kabel weist einen Durchmesser von 900 Mikron auf und trägt eine Einzelfaser um Informationen zum und vom LWL-Telemetriesystem zu senden. Mike Cameron von Dark Matter LLC entwickelte diese Technologie ursprünglich 1999. Mike Cameron und sein Bruder James Cameron haben diese ROV-Technologie für Dokumentarfilme benutzt, bevor die Technologie im Januar 2005 von Oceaneering International erworben wurde. Oceaneering hat vor, diese Technologie als auf breiter Basis anzuwenden Hauptrichtung zu verfolgen, indem die beiden besonderen Möglichkeiten des ROV, für potentielle Einsätze wie z. B. die Prüfung von Unterwasserausrüstungen, Sicherheitsüberwachung in den Häfen sowie Such- und Rettungsmissionen genutzt werden. Die ROVs von Oceaneering sind revolutionär und haben einen Paradigmenwechsel im ROV-Entwurf geschaffen. Die zwei ROVs sind autonome Einheiten, in denen eigene Batterien für die Stromerzeugung und das Ausspulen ihrer Kommunikationskabel untergebracht sind. Ein typischer ROV überträgt Strom und Steuerbefehle über ein dickes Kabel, das den Weg eines Fahrzeugs einschränkt und bestimmt, wie tief das Fahrzeug in ein Wrack eindringen kann. Außerdem wird das Kabel üblicherweise von der zentralen Leitstelle aus durch eine sehr große Spule abgerollt. Da das LWL-Kabel nicht wiederverwendbar ist, weisen die ROVs von Oceaneering die besondere Fähigkeit auf in eine Öffnung hineinzufahren und aus einer anderen Öffnung herauszufahren, ohne durch die Ein- und Auslaufstellen sowie von der Eindringtiefe in einen Hohlraum eingeschränkt zu werden. Tiefsee-ROV-Kabel verleihen diesen ROVs ein Wettbewerbsvorsprung. Das Kabel wird durch ein selbst entworfenes mechanische Ablaufsystem ausgespult, das im ROV selbst eingebaut ist. Somit wird die Notwendigkeit eines LWL-Schleifrings vermieden. Tiefsee-ROV enthalten zirka 600 Meter dieses sehr dünnen 900 Mikron Kabel, während Hybrid-AUV/ROV 2.000 Meter enthalten.

Dieses Kabel enthält einen Lichtwellenleiter, besondere Tragorgane und Öl. Der Lichtwellenleiter ist eine typische Mono- modefaser mit einem Durchmesser von 255 Mikron, die für Steuerungen und Rückmeldungen eingesetzt wird. Die Tragorgane bieten eine Unterstützung für die Spannungsregelung und für die Haltbarkeit des Kabels. Das Öl verleiht dem Kabel seine inkompressiblen Eigenschaften bei Wassertiefen von 6.100 Metern (20.000 Fuß). Die Außenumhüllung ist eine spezielle Polymermischung, die benutzt wird, um die richtige Schwimmfähigkeit des Kabels in der Wassersäule zu erreichen. ROVs sind so klein und enthalten derart viele Kabel, daß ein unsachgemäß gewichtetes Kabel verheerenden Schaden an der Steuerung der Schwimmfähigkeit eines ROV anrichten würde. Dieses Kabel erwies sich sowohl als geeignet bei Verwendung der Standard-Prüfpraxis als auch besonders bei neuen Prüfmethoden. Mechanische und umweltbedingte Leistungen wurden getestet und das Kabel wurde den strengsten Anforderungen dreier verschiedener Standards unterzogen. Diese drei Standards waren: ANSI/ICEA S-87-640-2006, GR-20-CORE und EN 187105. Um sich eine bessere Vorstellung von der Leistung dieses Kabels machen zu können, wurde es einer Fehlerprüfung gemäß den allgemeinen Richtlinien der Spezifikationen unterzogen. Darüber hinaus wurden verschiedene Kundentests entwickelt, um die Zuver- lässigkeit des Kabels vorhersagen zu können. Oceaneering setzte einen speziellen hydrostatischen Druckprüfstand ein, um den Druck auf das Kabel bei extremen Ozeantiefen zu simulieren. spezielle die Verwicklung „hockling“ (Begriff in der Marine für Verknotung) wurde von CommScope kreiert, um jedem Kabel eine Bezugsgröße zur Verwindungsleistung zu geben. Aufgrund der Ergebnisse dieser Prüfungen konnten wir Oceaneering das bestmöglichste Kabel für ihre Sonderanwendung versichern. 1 Einleitung Das Tiefsee-ROV-Kabel wurde von den Herstellern sowie von den Endnutzern für zwei unterschiedliche, doch ähnliche, Anwendungen bewertet. Prüfung Außerdem entwarf Oceaneering eine Prüfungsanforderung Schwimmfähigkeit, Schwimmfähigkeit bezüglich der um die geeignete zu für erreichen. Eine

Dieses spezialisierte Kabel wurde bereits für Tiefsee-ROV eingesetzt, mußte jedoch optimiert werden, um in einer neueren Anwendung gute Leistungen zu zeigen. Diese neue Anwendung war ein Hybrid-AUV/ ROV mit autonomen sowie normalen ROV-Fähigkeiten. Viele Verkabelungs-, Labor- und Feldtests wurden durchgeführt um den passenden Kabelaufbau zu verbessern.

2 Kabelaufbau 2.1 Kundenanforderung Oceaneering fragte

forderte einen neuen Kabelaufbau Kabeldesign an, der nur eine Faser mit einem Durchmesser nahe 900 Mikron enthalten sollte. Diese Erfindung war ein Tiefsee-ROV-Kabel der 3. Generation. 2.1.1 Kabel der ersten Generation Das Kabel der ersten Generation war ein 2-Faser-Kabel, bestehend aus zwei Multimodenfaser mit einem Gesamtdurch- messer von ca. 1,4mm. Mit einer Faser sandte man Informationen an das ROV (um das ROV zu steuern) mit der anderen erhielt man vom ROV gesandte Informationen zurück (Live- Videofeedback). Dieses Kabel enthielt viele Enden von Tragorganen für eine erhöhte Zugfestigkeit. Das Team von Oceaneering ersetzte später die Lichtwellenleitersysteme, so daß Informationen in zwei Richtungen über eine Einzelfaser statt über zwei getrennte Fasern gesendet werden konnten. 2.1.2 Kabel der zweiten Generation Mit dem selben Durchmesser für die mechanische Verträglichkeit, enthielt dieses Kabel der zweiten Generation nur eine Einzelfaser. Das Kabel wies daher immer noch einen Durchmesser von 1,4mm auf, jedoch wurde eine zusätzliche Schutzummantelung hinzugefügt. Zwischen den zwei Mantelschichten befand sich eine Schicht von Tragorganen für eine zusätzliche Zugfestigkeit und Abriebfestigkeit. Die Kabel der ersten sowie jene der zweiten Generation mußten keine Anforderungen an die Schwimmfähigkeit erfüllen, sie mußten lediglich das Absinken garantieren. 2.1.3 Tiefsee-ROV-Kabel Diese dritte Generation von Kabeln unterscheidet sich von den vorherigen zwei Generationen anhand der nachfolgend beschriebenen verbesserten Eigenschaften: Kleinerer Durchmesser - Dieses Kabel 1 war fast halb so groß wie die beiden vorherigen Versionen, dies ermöglichte eine kompaktere Spule und demzufolge einen kleinerem ROV-Aufbau oder eben potentiell längere Kabeltrassen.

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EuroWire – Mai 2009