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EuroWire – Mai 2009
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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.
Außerdem
entwarf
Oceaneering
eine
Prüfungsanforderung
bezüglich
der
Schwimmfähigkeit,
um
die
geeignete
Schwimmfähigkeit
zu
erreichen.
Eine
spezielle
Prüfung
für
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.
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.