Fallstudie: Kabel in Unterwassermissionen

GEOTRACES-Karusselleinsatz mit Cortland-Kabel. Bild: Cortland

GEOTRACES-Karusselleinsatz vom Schiff aus. Bild: Cortland

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Das US-amerikanische GEOTRACES-Programm dient der Sammlung von Spurenelementen und ihrer Isotope aus den Weltmeeren für wissenschaftliche Zwecke. Ozeanografische Arbeitsumgebungen können rau sein, weshalb langlebige Ausrüstung für erfolgreiche Unterwassermissionen unerlässlich ist.

Der elektromechanische Kabelspezialist Cortland liefert Geräte, die von Forschungseinrichtungen auf der ganzen Welt eingesetzt werden, um sich ändernde Meeresbedingungen zu überwachen und zu überwachen. Unser Team um den renommierten Biogeochemiker Dr. Greg Cutter, Professor für Meeres-, Erd- und Atmosphärenwissenschaften an der Old Dominion University, Virginia, entwickelte eine ozeanographische Lösung für US-GEOTRACES.

Um die wissenschaftlichen Herausforderungen zu bewältigen, musste ein geeignetes Kabel nicht-metallisch sein, um nicht verschmutzende Kriterien zu erfüllen, da jedes freiliegende Metall die Probenqualität von Spurenelementen wie Eisen und Zink bei der Rückkehr an die Oberfläche beeinträchtigen kann. Eine leichtere Lösung würde im Vergleich zu elektromechanischen Metallkabel, die normalerweise für Kampagnen verwendet werden, auch eine tiefere Probenahme auf See ermöglichen. Diese älteren Kabelmodelle gelten als zu schwer für Winden innerhalb sicherer Arbeitsgrenzen, wenn sie auf Tiefen von mehr als 5.000 Metern abgesenkt werden.

Im Idealfall musste die Lösung kein freiliegendes Metall aufweisen, das Gewicht senken und sich schnell entfalten. Es musste auch stark genug sein, um wechselnde Belastungen aufgrund der Schiffsbewegung zu bewältigen und dauerhaft zu sein. Das Kabel und die angeschlossene Hardware müssten pro Expedition mehr als 100 Bereitstellungen überstehen.

Cortlands Kabel wurde inzwischen in mehr als 600 Meeresforschungsanwendungen eingesetzt. Es hält das Gewicht von 500 Kilogramm Gewicht sicher, einschließlich eines Karussells von 24 12-Liter-Probenflaschen. Wenn es durch die Wassersäule auf 7.000 Meter Tiefe abgesenkt wird, kann es Faktoren wie Kälte, Biegung, Spannungswechsel, Korrosion, Meeresabrieb, Kompression und sogar Angriffe durch die Meeresbewohner aushalten. Es muss sich biegen und biegen, um Winden, Meeresströmungen und Drücken von mehr als 550 bar (55.000 kPa) standzuhalten.

Jedes Kabel bietet die physische Verbindung für Echtzeit-Stromversorgungs- und Kommunikationsverbindungen. Entwürfe müssen streng sein, und bei der Herstellung wird auf Details und bewährte Prozesse geachtet.

Wesentliche Gewinne
Die Anforderungen an die Unterwasserprobenahme und -überwachung sind vielfältig. Die Projekte können seismische Untersuchungen, Meereslebensstudien und die Überwachung der Umweltverschmutzung umfassen. Die Kabel werden anders als in allgemeinen Industrieversionen hergestellt und sind für oft einzigartige Zwecke handgefertigt. Insbesondere hat Cortland mit der School of Marine Science and Technology an der University of Massachusetts zusammengearbeitet, um ein speziell entwickeltes elektrisches Koaxialkabel herzustellen, um eine Zählung der Atlantik-Muscheln durchzuführen, und mit der National Oceanic and Atmospheric Administration, um die Bereitstellungsinfrastruktur und -kosten zu senken Tsunami-Warnbojen. Beide Projekte benötigten Kabel, die nicht im Handel erhältlich waren, um den erforderlichen Schutz, die Genauigkeit und die Haltbarkeit zu gewährleisten.

Bild: Cortland

Für US-GEOTRACES wurde ein 14-mm-Vectran-Kabel von Cortland für die ozeanographische Tiefwasserforschungsanwendung entwickelt, hergestellt und geliefert. Die Verwendung von Vectran, einer synthetischen Hochleistungsfaser, bietet die hochfesten, dehnungsarmen und flexiblen Eigenschaften, die für das Kabel des Kabels erforderlich sind.

Innerhalb des Kerns lieferte Cortland elektrische und Kommunikationskabel mit der Fähigkeit, Signale durch tiefe Tiefen des Ozeans weiterzuleiten. Die gesamte Kabelkonstruktion wurde von einem abriebfesten Außenmantel aus extrudiertem Polyester umgeben.

Die verwendeten Materialien waren stark, aber leicht und flexibel. Die äußere Beschichtung war langlebig genug, um Deck- und Überbordaktivität auf dem Schiff zu bewältigen und potenziellen Schäden durch Temperaturänderungen, Spannungswechsel und ultraviolettem Licht standzuhalten.

Diese Schutzelemente ermöglichten ununterbrochene Signale zwischen der Oberfläche und dem Karussell für die Echtzeitüberwachung von Daten. US GEOTRACES kann während des Absenkvorgangs Temperatur, Druck, Leitfähigkeit und andere erfasste Parameter überwachen und während des Aufstiegs Probenflaschen auslösen. Die synthetische Version von Cortland wurde so konzipiert, dass sie alle Funktionen und Möglichkeiten der Stahlkabelalternativen bietet, jedoch ein geringeres Gewicht aufweist und gleichzeitig Metallverunreinigungen eliminiert.

Zukünftiger Gebrauch
US GEOTRACES hat die Fähigkeit erreicht, das Karussell ohne Gewichtsprobleme tiefer als je zuvor zu senken. Die Forscher können schneller mehr Proben entnehmen und es besteht praktisch keine Kontaminationsgefahr durch freiliegende Metallteile.

Die Organisation hat das kundenspezifische Kabel jetzt für Dutzende von Missionen verwendet, in so unterschiedlichen Regionen wie der Arktis und den tropischen Gewässern von Polynesien. Es hat sich als ideal für die Expeditionen erwiesen, die seit 2008 alle zwei Jahre durchgeführt werden. 2021 soll es wieder eingesetzt werden. In China, Deutschland, Indien und der Antarktis sind nahezu identische Kabel im Einsatz.

Aus Erfahrung haben wir gelernt, dass Kabel, die in dynamischen Unterwasserumgebungen verwendet werden, für die spezifischen harten Umgebungsbedingungen, mit denen unsere Kunden konfrontiert sind, maßgeschneidert werden müssen. Die Eigenschaften von synthetischen Verstärkungselementen und Außenmänteln können den Unterschied zu wissenschaftlichen Expeditionen machen, insbesondere solche, die über längere Zeiträume an abgelegenen Orten und mit großem Aufwand durchgeführt werden. Unsere Teams wollen ein erweiterter Teil dieser Missionen sein und stolz auf ihre Erfolge sein.

Über den Autor

Chad Murdock ist leitender Anwendungstechniker bei Cortland Company. Er unterhält Beziehungen zu strategischen Schlüsselkunden in einer Vielzahl von Branchen, um hochentwickelte kundenspezifische elektromechanische Kabellösungen bereitzustellen. Tschad verfügt über Erfahrung in der Entwicklung, Fertigung und Prüfung von mechanischen Produkten für kundenspezifische Kabelanwendungen, die von der ozeanographischen Forschung bis hin zur Luft- und Raumfahrt reichen. Angetrieben von technischem Know-how und einem Problemlösungsansatz bietet er innovative Lösungen und Support für Kunden auf der ganzen Welt. Er hat auch dazu beigetragen, Bauteile aus synthetischen Festigkeitselementen als Teil von Kabellösungen anstelle von Stahl zu fördern, und bietet die Vorteile einer hohen Temperaturbeständigkeit, eines hohen Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht, hervorragender Schnittfestigkeit, niedriger elektrischer Leitfähigkeit und geringer Interferenzeigenschaften, geringer Dehnung und guter Eigenschaften chemische Resistenz.