DE443197C - Unterseekabel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ununterbrochen induktiv belastete Unterseekabel, besonders solche, bei welchen das Belastungsmaterial hohe Permeabilität bei niedrigen magnetisierenden Kräften besitzt, die auch beim Verlegen des Kabels in beträchtliche Wassertiefen erhalten bleiben soll.

In dem Patent 401 486 ist ein Kabel beschrieben, welches einen mit einem Material von hoher Permeabilität bei niedrigen magnetisierenden Kräften belasteten Leiter enthält. Damit die Permeabilität nach der Verlegung des Kabels keine Verminderung erfährt, ist das magnetische Material mit einer druckausgleichenden Masse umgeben, und zwar ist als solche die Chatterton-Mischung vorgeschlagen.

Nach dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird der ringförmige Raum zwischen ao dem Belastungsmaterial und der Isolation mit einer druckausgleichenden Masse angefüllt, welchedas Belastungsmaterial überschwemmt und alle Zwischenräume zwischen Leiter und Belastungsmaterial anfüllt. Diese druckausgleichende Masse besteht aus flüssigem Bitumen, welches im wesentlichen in Petroleumäther vollkommen löslich ist und in hohem Grade aus Maltha natürlichen Ursprungs besteht, das so gereinigt ist, daß es für eine Temperatur unterhalb 200⁰ C im wesentliehen frei ist von flüchtigen Bestandteilen.

Die Erfindung besteht ferner darin, daß man in das= Kabel eine größere Menge von Füllmaterial einbringt als nötig ist, um alle Zwischenräume im Kabelkern auszufüllen, so daß das Belastungsmaterial gewissermaßen überschwemmt wird und dieser Überschuß an Füllmaterial ein Reservoir, darstellt, aus welchem alle Zwischenräume wieder ausgefüllt werden, die sich während der Herste!- lung des Kabels, während seiner Lagerung, seiner Verlegung oder während seiner Benutzung bilden können. Dadurch wird das Belastungsmaterial unter ständig gleichmäßigem Druck gehalten und seine Permeabilität nicht beeinträchtigt.

Man hat nämlich gefunden, daß bei Unterseekabeln, die in üblicher Weise isoliert sind, das Belastungsmaterial die Neigung hat, unter dem sehr hohen Wasserdruck sich zu deformieren. Diese Deformation vermindert infolge der mechanischen Beanspruchung im Material die Permeabilität desselben.

Bei gewöhnlichem Eisen jedoch, welches

bis vor kurzem für die Belastung von Unterseekabeln verwendet wurde, ist die Änderung der Permeabilität sehr gering, solange sich die Beanspruchung innerhalb der elastischen Grenzen hält. Man hat z. B. gefunden, daß reines Eisen mit einer Anfangspermeabilität von weniger als 200 bei einer Beanspruchung bis zu ι 400 kg pro Quadratzentimeter eine Änderung seiner Permeabilität von weniger ίο als 5 Prozent erfährt. Zusammensetzungen von Nickel und Eisen, welche außerordentlich hohe Permeabilität bei niedrigen magnetisierenden Kräften zeigen, haben sich jedoch als besonders empfindlich für mechanische Beanspruchungen erwiesen. Wenn z. B. ein Band einer Legierung von 70 Prozent Nickel und 30 Prozent Eisen einer Beanspruchung von 420 kg pro Quadratzentimeter ausgesetzt wurde, so fiel die Permeabilität von ihrem sehr hohen Anfangswert von 2 000 auf einen Wert von annähernd roo, und eine Legierung von 78¹Z₂ Prozent- Nickel und 21¹Z₂ Prozent Eisen mit einer Anfangspermeabilität von ungefähr 3 500 wurde durch' mechanischen Druck so " verändert, daß bei einer Beanspruchung von 420 kg pro Quadratzentimeter die Permeabilität auf weniger als 1 000 fiel. Wenn dies auch ein sehr hoher Wert ist im Vergleich zu Eisen, so liegt hier doch eine sehr in Betracht kommende Veränderung der Permeabilität vor, sofern es sich um ein Be-* lastungsmaterial für Unterseekabel handelt. In diesen beiden Fällen und in allen Versuchsfällen hat sich herausgestellt, daß die ursprüngliche Permeabilität sich beim Aufhören der Beanspruchung wieder einstellte, solange das Material nicht über seine elastische Grenze hinaus beansprucht wurde. Bei den oben angegebenen Legierungen ist diese Grenze bei einem Druck von 3 160 kg pro Quadratzentimeter erreicht.

Die gewöhnliche Methode, Unterseeleiter für Telegraphie und Telephonie für große Wassertiefen zu isolieren, besteht darin, daß man auf die Leiter zunächst einen Belag der Chatterton-Mischung auflegt, um so eine Art Adhäsion zwischen dem Leiter und der später aufzulegenden Guttapercha zu geben. Die Chatterton-Mischung wird gewöhnlich in der Weise aufgelegt, daß man den Leiter durch ein Bad der heißen Mischung hindurchzieht, und zwar kurz bevor er durch die Maschine geht, welche die Guttapercha in einer oder mehreren Lagen um den Leiter legt. Diese Methode gab zufriedenstellende Resultate für telephonische Unterseeleiter, welche ununterbrochen mit gewöhnlichem Eisendraht belastet waren, und es hat sich hierbei gezeigt, daß der Eisendraht seine magnetische Permeabilität behält, wenn das Kabel verlegt wird. Wenn jedoch Leiter mit Nickeleisenbelastung hoher Anfangspermeabilität in dieser Weise isoliert wurden und einem Druck ausgesetzt wurden, wie er der Meerestiefe entspricht, wurde die Induktanz des belasteten Leiters sehr reduziert. So erfuhr z. B. ein Leiter mit einer Belastung von 70 Prozent Nickel und 30 Prozent Eisen in Form eines spiralförmigen Bandes von annähernd 0,15 mm Dicke und annähernd 3,175 mm Breite, der in der üblichen Weise mit Chatterton-Mischung und Guttapercha isoliert war, eine Reduktion der Induktanz von ungefähr 30 Milhenry- pro Seemeile auf weniger als 5 Milhenry pro Seemeile, sofern man den Leiter einem Wasserdruck von 420 kg pro Quadratzentimeter aussetzte. In einem anderen Falle erfuhr ein mit 78¹I₂ Prozent Nickel und 2I¹Z₂ Prozent Eisen belasteter Leiter von gleichen Dimensionen und mit gleicher Isolation eine Reduktion von ungefähr 60 Milhenry pro Meile auf weniger als 20 Milhenry. Die Änderungen in der Induktanz, die die belasteten Leiter erfahren, entsprechen ungefähr den Änderungen, die die magnetischen Materialien in ihrer Permeabilität erfahren, wenn sie einem einfachen mechanischen Zug unterworfen werden. Hieraus hat man den Schluß gezogen, daß der Induktanzverlust von den Beanspruchungen herrührt, die sich als Resultat nicht gleichförmigen Druckes seitens der Guttapercha auf das Belastungsmaterial ergibt, wenn gleichförmiger Wasserdruck auf der Guttapercha liegt. Die Wirkung des nicht gleichförmigen Druckes besteht in einer Deformationsbeanspruchung des Belastungsmaterials. Daß dies der Fall ist, wird weiter aus der Tatsache geschlossen, daß, wenn der belastete Leiter einem Druck in einer Weise ausgesetzt ion wird, die einen gleichförmigen Druck auf das Belastungsmaterial gewährleistet, daß dann keine wesentliche Änderung der Induktanz hervorgerufen wird.

Die Erfindung beseitigt die Neigung des Belastungsmaterials, sich unter einen Druck, wie er bei der Benutzung des Kabels vorkommt, zu deformieren, und zwar dadurch, daß die Zvvischenräume nicht nur zwischen den benachbarten Windungen des Bandes und zwischen dem Band und dem Leiter, sondern auch zwischen den Litzen des Leiters selbst ausgefüllt w erden, sofern es sich um einen aus Litzen bestehenden Leiter handelt. Hierbei wird gemäß der Erfindung auf der Außenseite des Belastungsbandes ein verhältnismäßig dicker Belag von Füllmaterial vorgesehen, der ein Reservoir bildet, welches andauernd auf der ganzen Kabellänge irgendwelchen Punkten niedrigen Drucks Füllmaterial zuführt und die Zwischenräume ausfüllt, weiche vor Auflegen der Guttapercha nicht

ausgefüllt wurden, oder welche während der Fabrikation, während der Lagerung und Verlegung bzw. Benutzung des Kabels entstanden sind.

Ein für diesen Zweck geeignetes Füllmaterial muß flüssig sein und während der Fabrikation, Lagerung und Verlegung des Kabels flüssig bleiben und diese Eigenschaft bei den Temperaturen und Drücken, wie sie ίο bei Benutzung des Kabels vorkommen, behalten. Das Material muß auch eine genügende Klebrigkeit haben, um eine Lage zu bilden, die dick genug ist, um das obenerwähnte Reservoir darzustellen und während der Herstellung des Kabels auf dem Belastungsmaterial zu haften. Das Material darf das Kupfer oder andere Metalle, aus welchen der Leiter besteht, nicht angreifen, ebensowenig das Belastungsmaterial oder die Guttapercha oder eine andere Isolation. Es muß auch isolierende Eigenschaften haben, welche den Eigenschaften der Guttapercha nahekommen. Wenn Guttapercha" benutzt wird, welche üblicherweise bei Temperaturen zwischen 50⁰ C und 75 ° C aufgelegt wird, so soll das Material so beschaffen sein, daß es sich in seiner Lage auf dem Leiter nicht ändert, während die Guttapercha aufgelegt wird. Ein Kabelkern dieser Art kann in Wassertiefen verlegt werden, in welchen Temperaturen bis —2⁰C vorkommen; um die Zwischenräume in der oben erläuterten Weise auszufüllen, muß das Füllmaterial auch bei solchen Temperaturen genügend flüssig sein. Es muß weiterhin so beschaffen sein, daß es nach langer Zeit noch genügend flüssig ist, um die Zwischenräume des Kerns auszufüllen und das Belastungsband zu überschwemmen, so daß dasselbe gegen mechanische Beanspruchungen oder Deformationen geschützt ist. Endlich darf sich das Material nicht leicht mit der Guttapercha oder einem sonstigen Isolationsmaterial vermischen oder infolge Vermischung seiner ; leichter beweglichen· Bestandteile mit dem Isolationsmaterial mit der Zeit hart werden. : Ein Material, das alle diese Voraussetzun- ' gen erfüllt, ist flüssiges Bitumen, welches zum großen Teil aus Maltha natürlichen Ursprungs besteht, das so gereinigt ist, daß es _: im wesentlichen von Bestandteilen frei ist, welche sich unterhalb 200° C verflüchtigen. ; Ein solches flüssiges Bitumen zeigt eine Penetration, die nicht kleiner ist als 25 Einheiten bei 0⁰C, gemessen mit einem Standard-Penetrometer, unter der \^Toraussetzung, daß 100 Gramm Belastung für die Dauer von 5 Sekunden auf eine Standardnadel einwirken. Ein derartiges Standard-Penetrometer ist beschrieben auf Seite 129S, 1299 und 1300 des Buches: »Standard

Methods of Chemical Analysis«, herausgegeben durch Wilfred W. Scott, Band 2, dritte Ausgabe, 1922, veröffentlicht durch D. Van Nostrand Company, New York. 65 Die bei diesen A^ersuchen verwendete Nadel ist zylindrisch, 50,8 mm lang und hat einen Durchmesser von 1,016 mm. Sie ist an dem einen Ende scharf umgebogen zu einer Spitze von 6,35 mm. Die Prüfung erfolgte bei einer 70 Belastung von 100 g 5 Sekunden lang und bei einer Temperatur von o° C. Die Einheiten der Penetration sind Hundertstel eines Zentimeters. Demzufolge entsprechen 25 Einheiten einer Penetration von 2,5 mm. 75 Flüssiges Bitumen dieser Art hat einen Aschengehalt unterhalb ein zehntel Prozent und ist in Petroleumäther bis zu 90 Prozent oder mehr löslich. Die unlöslichen Bestandteile bestehen aus harten, brüchigen, Asphalt 80 ähnlichen Substanzen. Diese können während des Reinigungsprozesses entfernt j werden.

LTm das Füllmaterial so anzuwenden, daß alle Zwischenräume des belasteten Leiters damit angefüllt werden, wird der letztere durch ein Bad des Füllmaterials gezogen und mit einem Wischer gereinigt, der einen solchen Durchmesser hat, daß ein Belag von dem Füllmaterial von ungefähr 0,127 bis 0,254 mm Dicke auf der Außenseite des Belastungsmaterials verbleibt. Die Guttapercha oder ein anderer isolierender Belag wird oben auf dieses Füllmaterial aufgelegt, und wenn das erstere sich zusammenzieht, so zwingt es das Füllmaterial in alle Zwischenräume des belasteten Leiters. Der Betrag an Füllmaterial ist jedoch so groß, daß ein Überschuß zwischen dem Band und der Guttapercha als Reservoir für den oben er- too läuterten Zweck verbleibt. In einzelnen Fällen mag es zweckmäßig sein, die Zwischenräume des belasteten Leiters nach dem Verfahren der Vakuumimprägnierung zu füllen. Hierbei wird zunächst aus den Zwischenräumen die Luft entfernt und dann das Füllmaterial in irgendeiner Weise eingedrückt. Kurz bevor der Leiter in die Maschine gelangt, welche die Guttapercha auflegt, wird er durch ein Bad mit der Füllmasse geschickt no und mit dem Wischer gereinigt, der einen Durchmesser hat, welcher genügend größer ist als der Leiter, um eine Lage von annähernd 0,127 bis 0,254 mm Dicke auf der Außenseite des Belastungsmaterials übrigzulassen.

In der Zeichnung stellt dar:
Abb. ι den belasteten Leiter nach der Erfindung, zum Teil in Ansicht und zum Teil im Längsschnitt,

Abb. 2 einen Querschnitt durch einen nach der Erfindung hergestellten Kabelkern.

Mit ι ist der zentrale Kupferdraht des Leiters bezeichnet, welcher von einer Anzahl spiralig angeordneter segmentförmiger Streifen 2 umgeben ist. Diese bilden zusammen mit dem Draht ι einen Leiter, wie er allgemein für lange Unterseekabel Verwendung findet. Den Leiter umgibt das Belastungsmaterial 3, vorzugsweise in Form eines Spiralbandes, welches um den Leiter herumgewickelt ist. Das Füllmaterial 4 füllt alle Zwischenräume des Leiters und des Belastungsmaterials und bildet um das Belastungsmaterial eine Lage. Das Ganze ist von der Isolierung 5 umgeben, die in üblicher Weise aus Guttapercha besteht. Die Lage des Füllmaterials auf der Außenseite des Belastungsmaterials hat eine Dicke von annähernd 0,127 bis 0,254 mm, so daß sie ein Reservoir bildet, aus welchem irgendwelche Lücken im oder um den Leiter und das Belastungsmaterial gefüllt werden, sofern solche Lücken nicht bei der Zuführung des Füllmaterials gefüllt werden. Auch solche Lücken werden gefüllt, welche während der Fabrikation, der Lagerung, der Verlegung und Benutzung des Kabels sich gebildet haben. Das Füllmaterial ist in solcher Menge vorhanden, daß es das Belastungsband überschwemmt und es während der Herstellung oder Lagerung bei den vorkommenden Temperaturen und Drücken gegen Deformation schützt.

Das Kabel ist weiterhin in bekannter Weise mit Jute und Armierungsdrähten versehen. Die Erfindung ist an Hand eines verlitzten Leiters beschrieben und dargestellt; jedoch ist die Erfindung auf dieses Ausführungsbeispiel nicht beschränkt, ebenso nicht auf die oben beschriebene Methode für die Zuführung des Füllmaterials. Es sind eine Reihe von Versuchen gemacht worden mit einer Anzahl verschiedener Kerne, welche in der oben beschriebenen Weise mit flüssigem Bitumen behandelt wurden. Der Belag hatte hierbei eine Dicke von annähernd 0,127 bis 0,254 mm auf der Außenseite des Belastungsmaterials. Nach Auflegung der Guttapercha wurde die Permeabilität des Belastungsmaterials gemessen und ergab einen Durchschnitt zwischen 2_:000 und 3 000. Nach Abkühlung auf Temperaturen zwischen 1⁰C und 5⁰C wurden die Kerne hydrostatischen Drücken von 365 bis 420 kg pro Quadratzentimeter unterworfen. In keinem Falle ergab sich hierbei, daß die Permeabilitat um mehr als 35 Prozent herunterging.

Bei einigen Kernen zeigte die Permeabilität nach den erwähnten Versuchen keine Abnahme, und in den Fällen, in welchen eine Abnahme eintrat, erholte sich die Permeabilität währenid der Ausübung der Drücke auf annähernd den ursprünglichen Wert, d. h. auf 2 000 bis 3 000, und zwar innerhalb von Zeitperioden, welche zwischen 30 Minuten bis 2 Stunden lagen.

Belastete Kerne, in der oben beschriebenen Weise mit flüssigem Bitumen gefüllt, wurden auf die Dauer von 2¹J₂ Monat gelagert. Nachdem man diese Kerne Drücken von kg pro Quadratzentimeter ausgesetzt hatte, und zwar bei Temperaturen von 2° C bis 5°C, ergab sich eine geringe Abnahme der Permeabilität; jedoch erholte sie sich wieder auf die ursprünglichen Werte während Vornahme der Drücke in wenigen Stunden.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Unterseekabel, dessen Leiter mit einem magnetischen Material von hoher Permeabilität bei niedrigen magnetisierenden Kräften ununterbrochen induktiv belastet ist, dadurch gekennzeichnet, daß alle Zwischenräume zwischen dem Leiter, dem Belastungsmaterial und der beispielsweise aus Guttapercha bestehenden Isolation mit bei allen Temperaturen und Drücken, denen das Kabel ausgesetzt wird, flüssig bleibendem Bitumen ausgefüllt sind, welches das Belastungsmaterial gewissermaßen überschwemmt und die bei der Fabrikation und Verlegung des Kabels auftretenden Druckunterschiede ausgleicht.
2. 2. Unterseekabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die druckausgleichende Masse Maltha von natürlichem Ursprung enthält.
3. 3. Unterseekabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der druckausgleichenden Masse zwischen dem Belastungsmaterial und der Isolation ¹^o 0,25 mm oder weniger beträgt.
4. 4. Unterseekabel nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Maltha so gereinigt ist, daß es unterhalb 2oo° C im wesentlichen frei von flüchtigen Bestandteilen ist.
5. 5. Unterseekabel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bitumen im wesentlichen in Petroleumäther vollkommen löslich ist. uo

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.