DE69617466T2

DE69617466T2 - Unterwasserkabelspulenträger

Info

Publication number: DE69617466T2
Application number: DE69617466T
Authority: DE
Inventors: W. Olivier; G. Rau; E. Rouquette
Original assignee: Ion Geophysical Corp
Current assignee: Ion Geophysical Corp
Priority date: 1995-09-22
Filing date: 1996-09-20
Publication date: 2002-07-11
Anticipated expiration: 2016-09-21
Also published as: NO328473B1; WO1997011395A2; US7206254B2; EP0877959B1; CA2232570C; CA2232570A1; US20040008579A1; NO981286D0; EP0877959A2; DE69617466D1; AU7375196A; WO1997011395A3; AU722852B2; US6091670A; NO981286L

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Spulenträgeranordnung für den Einsatz in einem Unterwasserkabel,

2. Beschreibung des Stands der Technik (EP-A2-330 784)

Bei mariner seismischer Untersuchung wird ein Unterwasserkabel, im allgemeinen als Streamerkabel bezeichnet, von einem Schlepper, bspw. einem Überwasserschiff, durch das Wasser gezogen. Ein Feld von Unterwasserschallempfängern ist innerhalb des Kabels montiert und eine Schallquelle oder Kanone wird abgefeuert, um einen Impuls komprimierter Luft in das Wasser zu zwingen, der eine Blase erzeugt. Das Zusammenfallen der Blase erzeugt akustische Pulse, die durch das Wasser und in den Boden hineinstrahlen. Reflexionen der Pulse an geologischen Strukturen werden von den Unterwasserschallempfängern aufgefangen und die Daten, die die detektierten Reflexionen darstellen, werden zum Schlepper übermittelt. Durch das Analysieren dieser Reflexionen ist es möglich, unterseeische Öl- oder Gasformationen zu entdecken.
Verschiedene Einrichtungen, die elektrische Energie für ihre Funktion benötigen, sind auf der Außenseite des Unterwasserkabels montiert. Zum Beispiel werden, um exakt die Tiefe des Kabels zu kontrollieren, während es durch das Wasser gezogen wird, verschiedene Kontrollmechanismen, im allgemeinen als "Kabelhaltevögel" bezeichnet, am Kabel in Intervallen entlang seiner Länge befestigt. Die Tiefenkontrollmechanismen sind mit anpassbaren Tauchflügeln versehen, deren Angriffswinkel durch Motoren in den Tiefenkontrollmechanismen verändert werden können, so dass das Kabel in einer gewünschten Tiefe gehalten wird. Ein anderer Typ äußerer Einrichtungen, die häufig an Unterwasserkabeln montiert werden, ist eine akustische Reichweiteneinrichtung, die zusammen mit anderen akustischen Reichweiteneinrichtungen verwendet werden, um die Positionen verschiedener Punkte entlang des Unterwasserkabels bezüglich des Schleppers zu bestimmen, um zu erlauben, dass die genaue Form des Kabels während des Schleppprozesses bestimmt werden kann. Noch ein weiterer Typ üblicherweise verwendeter äußerer Einrichtungen stellt ein magnetischer Sensorkopf (auch als magnetischer Kompass bezeichnet) dar, der es erlaubt, den Kurs des Unterwasserkabels an dem Punkt festzustellen, wo der Sensor an dem Unterwasserkabel befestigt ist.
Es ist möglich, verschiedene solcher äußerer Einrichtungen mit einer Energiequelle an Bord des Schleppers durch Leitungen zu verbinden, die durch die Hülle des Kabels gehen, jedoch kann die Notwendigkeit, Löcher in der Hülle für die Leitungen auszubilden, zu einer höchst unerwünschten Leckage führen, die es dem Wasser erlaubt, in das Innere des Kabels einzudringen. Daher sind die äußeren Einrichtungen gewöhnlich durch ihre eigenen inneren Batterien mit eigener Stromquelle versehen. Jedoch zeigen Batterien eine Reihe ernster Nachteile. Zunächst haben Batterien eine begrenzte Lebensdauer und müssen alle drei Monate ersetzt werden. Nicht nur das Ersetzen der Batterien ist zeitaufwendig, vielmehr besteht das Risiko, dass der elektrische Stromkreis im Inneren der Einrichtung während des Ersetzens Seewasser ausgesetzt wird. Hinzu kommt, dass Lithiumbatterien, die aufgrund ihrer längeren Lebensdauer, verglichen mit anderen Batterien, verwendet werden, teuer sind und verbrauchte Batterien zurückgenommen werden müssen, um eine saubere Verwendung zu gewährleisten und nicht wahllos weggeworfen werden dürfen. Weiterhin wird das Kabel jedes Mal, wenn es eingeholt wird, um die Batterien in den äußeren Einrichtungen zu ersetzen, Spannungen ausgesetzt, die häufig in einem Schaden des Kabels resultieren. Daher ist es wünschenswert, das Kabel so selten wie möglich einzurollen.
Ein weiterer Nachteil konventioneller äußerer Einrichtungen, die in Verbindung mit Unterwasserkabeln verwendet werden, ist, dass die vollständige Einrichtung vom Kabel entfernt werden muss, bevor das Kabel auf eine Bandrolle auf dem Deck des Schleppers aufgerollt wird, um Schäden der äußeren Einrichtungen und des Kabels zu vermeiden. Wenn das Kabel wieder ausgelegt wird, müssen die äußeren Einrichtungen erneut an ihm befestigt werden. Bei rauher See kann es äußerst schwierig und oft gefährlich für die Arbeiter sein, die äußeren Einrichtungen vom Kabel zu entfernen oder dieselben am Kabel auf Deck des Schleppers zu befestigen. Weiterhin muss Speicherplatz, an Bord oft ein kostbares Gut, für die äußeren Einrichtungen an Bord des Schleppers zur Verfügung gestellt werden. Hinzu kommt, dass das Aufrollen oder Auslegen des Unterwasserkabels während der Abnahme oder erneuten Befestigung der äußeren Einrichtungen gestoppt werden muss, so dass das Einziehen und Auslegen des Kabels zeitaufwendig ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung liefert weiter eine Spulenträgeranordnung, um eine Spule zu halten, die einen Kern innerhalb eines Unterwasserkabels einschließt, wobei die Spulenträgeranordnung für den Einsatz in einem Unterwasserkabel vorgesehen ist, umfassend eine Spulenhalteeinrichtung zur Installation im Kabel, wobei die Spulenhalteeinrichtung eine längliche Tasche, die sich in einer Längsrichtung der Spulenhalteeinrichtung erstreckt, und eine Spule aufweist, die in der Tasche angeordnet ist, wobei die Spule einen Kern einschließt, der von den inneren Wänden der Tasche derart beabstandet ist, dass die inneren Wände der Tasche während aller Betriebszustände des Kabels im wesentlichen keine Belastungen auf den Kern ausüben.
Gemäß der Erfindung ist die Spulenhalteeinrichtung geeignet, eine Spule innerhalb eines Unterwasserkabels so zu tragen, dass im Wesentlichen keine Biegespannungen auf den Kern der Spule während des Arbeitens mit dem Unterwasserkabel ausgeübt werden, sogar wenn das Kabel gebogen wird, bspw. wenn es über eine Rolle auf einem Deck eines Schleppers gezogen wird, oder wenn es Schlägen ausgesetzt ist. Daher kann sogar eine Spule, die einen zerbrechlichen Eisenkern trägt, vor Schaden geschützt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungen der Spulenträgeranordnung werden durch die Fig. 20, 25, 28 gegeben.
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Unterwasserkabelanordnung, die mit einer Vielzahl von äußeren Einrichtungen versehen ist.
Fig. 2 ist eine schematische Ansicht einer Ausführung einer äußeren Einrichtung, die auf dem Unterwasserkabel gemäß Fig. 1 montiert ist.
Fig. 3 ist eine vergrößerte Seitenschnittansicht der äußeren Einrichtung gemäß Fig. 2.
Fig. 4 ist eine Explosionsseitenansicht der äußeren Einrichtung gemäß Fig. 2.
Fig. 5 ist eine aufgebrochene Frontansicht der äußeren Einrichtung gemäß Fig. 2.
Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht einer der Einlagen der äußeren Einrichtung gemäß Fig. 2.
Fig. 7 ist eine Seitenansicht einer anderen Ausführung einer äußeren Einrichtung in Form einer Tiefenkontrolleinrichtung, die auf dem Kabel gemäß Fig. 1 montiert ist.
Fig. 8 ist eine Draufsicht auf die Tiefenkontrolleinrichtung gemäß Fig. 7.
Fig. 9 ist eine Draufsicht der Tiefenkontrolleinrichtung mit einer abgenommenen Flügeleinheit.
Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils der Flügeleinheit.
Fig. 11 ist eine schematische Ansicht des Schnitts des Teils der Flügeleinheit gemäß Fig. 10, die das Prinzip zeigt, nach dem die Flügel durch die Roll- und Neigungsstellorgane kontrolliert werden.
Fig. 12 ist eine perspektivische Ansicht eines Schlittens für die Befestigung an einem Neigungsstellorgan.
Fig. 13 ist eine Endansicht des inneren Rohres der Tiefenkontrolleinrichtung.
Fig. 14 ist eine perspektivische Ansicht einer Verkleidung für eine der Aushöhlungen des inneren Rohres gemäß Fig. 13.
Fig. 15 ist ein Blockdiagramm der elektrischen Komponenten der Tiefenkontrolleinrichtung gemäß Fig. 7.
Fig. 16 ist eine perspektivische Ansicht eines der Abschlüsse für das innere Rohr.
Fig. 17 ist eine transversale Querschnittansicht des inneren Rohres entlang einer Ebene, die durch den ersten Schlitz verläuft.
Fig. 18 ist eine teilweise Explosionsdraufsicht einer Ausführung einer äußeren Einrichtung, die mit einer akustischen Reichweiteneinrichtung versehen ist.
Fig. 19 ist eine teilweise Querschnittsfrontansicht des akustischen Übertragungsfeldes der Reichweiteneinrichtung gemäß Fig. 18.
Fig. 20 ist eine schematische Längsquerschnittansicht einer Ausführung einer Spulenhalteeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 21 ist eine transversale Querschnittansicht einer Ausführung gemäß Fig. 20, bei der die inneren Spulen entfernt sind.
Fig. 22 ist eine Längsquerschnittansicht einer der inneren Spulen.
Fig. 23 ist eine vergrößerte Draufsicht eines der Polsterteile der Spule gemäß Fig. 22.
Fig. 24 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels der Kräfte, die auf eine Spulenhalteeinrichtung wirken, wenn sie über eine Bandrolle an Deck eines Schleppers läuft.
Fig. 25 ist eine Längsquerschnittansicht einer anderen Ausführung einer Spulenhalteeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 26 ist eine transversale teilweise Explosionsquerschnittansicht einer Ausführung gemäß Fig. 25.
Fig. 27a bis 27c sind perspektivische Schnittansichten weiterer Beispiele von Stützteilen, die verwendet werden können, um den Kern der inneren Spule zu tragen.
Fig. 28 ist eine transversale Querschnittansicht einer anderen Ausführung einer Spulenhalteeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 29 ist eine Längsquerschnittansicht der Spulenhalteeinrichtung gemäß Fig. 28, wobei die inneren Spulen entfernt sind.
Fig. 30 ist eine perspektivische Ansicht, die die Installation einer inneren Spule in einer der Taschen der Spulenhalteeinrichtung gemäß Fig. 28 zeigt.
Fig. 31 ist eine aufgebrochene Seitenansicht einer Ausführung einer äußeren Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die frei um die Achse eines Unterwasserkabels rotieren kann, auf welchem sie montiert ist.
Fig. 32 ist eine teilweise Querschnittendansicht einer Ausführung gemäß Fig. 31.
Fig. 33 und Fig. 34 sind Blockdiagramme eines Beispiels eines Kontrollsystems für eine äußere Einrichtung.
Fig. 35 ist ein Blockdiagramm, das eine Kontrollanordnung für eine Tiefenkontrolleinrichtung zeigt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungen

Fig. 1 zeigt schematisch eine Unterwasserkabelanordnung. Die Anordnung umfasst ein Unterwasserkabel 11, das durch einen Schlepper 10, bspw. einen gewöhnlichen Überwasserschlepper, durch das Wasser gezogen wird, obgleich das Kabel 11 auch durch einen Unterwasserschlepper oder durch ein Flugzeug gezogen werden kann. Eine oder mehrere äußere Einrichtungen 12 sind an dem Unterwasserkabel 11 in Intervallen entlang seiner Länge befestigt. Vereinfachend sind nur drei äußere Einrichtungen 12 gezeigt, aber es besteht keine Beschränkung der Zahl oder des Typs der Einrichtungen, die am Kabel 11 befestigt sind. Hinzufügend, obwohl nur ein einzelnes Kabel 11 gezeigt ist, kann der Schlepper 10 eine Vielzahl von Kabeln gleichzeitig ziehen.
Die Fig. 2 bis 6 zeigen eine erste Ausführung einer äußeren Einrichtung 30, die an einem Unterwasserkabel 20 montiert werden kann. Die Fig. 2 und 3 zeigen die äußere Einrichtung 30, wie sie ausgeführt wäre, wenn sie vom Kabel 20 nach links durch das Wasser gezogen werden würde. Die äußere Einrichtung 30 umfasst einen Körper in Form einer Düse 45, der ein elektrisch betriebenes Teil der äußeren Einrichtung 30 aufnimmt, bspw. eine Sensoreinheit 51, ein Klemmteil 31, das lösbar um das Kabel 20 geklemmt werden kann, um die äußere Einrichtung 30 mit dem Kabel 20 zu sichern, und ein stromlinienförmiges Verbindungsteil 47, das sich zwischen dem Klemmteil 31 und der Düse 45 erstreckt. Die Düse 45 ist von dem Klemmteil beabstandet, wenn es gewünscht ist, die Sensoreinheit 51 oder andere elektronische Geräte in der äußeren Einrichtung 30 vom Unterwasserkabel 20 zu beabstanden, um magnetische Interferenzerscheinungen zwischen beiden zu vermeiden (magnetische Interferenzerscheinungen umfassen beides: elektromagnetische Interferenz und den magnetischen Effekt permeabler Materialien im Kabel). Jedoch, wenn magnetische Interferenzerscheinungen nicht gewünscht sind, können das Klemmteil 31 und die Düse 25 zu einem einzelnen Körper kombiniert werden. Das Verbindungsteil 47 ist vorzugsweise so geformt, dass es so wenig Fließgeräusche wie möglich erzeugt, wenn es mit dem Kabel 20 durch das Wasser gezogen wird, da die Geräusche die Unterwasserschallempfänger und verschiedene akustische Einrichtungen, die auf dem Kabel 20 montiert sind, stören können. Es kann, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, zurückgekippt werden, um Wasser abzustoßen und Verwicklungen zu vermeiden. Vorzugsweise sind alle Komponenten, die mit Wasser in Kontakt stehen, so geformt, dass Hohlraumbildung minimiert wird und niedrige Reynoldszahlen vorliegen. Vorzugsweise weist die äußere Einrichtung 30 nahezu keinen Auftrieb in Seewasser auf.
Fig. 3 zeigt das Unterwasserkabel 20, auf dem die äußere Einrichtung 30 montiert ist. Das Kabel 20 muss keine besondere Struktur aufweisen, aber oft umfasst es eine flexible, wasserfeste Hülle 21, die ein Leitungsbündel 22 umgibt, das elektrische Energie und/oder Daten zwischen dem Schlepper und den elektrischen Komponenten innerhalb des Kabels 20 sowie innerhalb der äußeren Einrichtung 30 überträgt. In vielen Fällen wird das Kabel 20 eines oder mehrere sich längs erstreckende Belastungsteile 23 wie Drähte, Stäbe, Seile oder Ketten enthalten, um Spannungsbelastungen, die auf das Kabel 20 ausgeübt werden, Stand zu halten. Die Anzahl, Form und Positionierung der Belastungsteile 23 kann abhängig vom Hersteller des Kabels 20 variieren. Manchmal kann das Kabel 20 mit einer Flüssigkeit wie Öl auf Kerosinbasis gefüllt sein, um den Auftrieb des Kabels 20 einem gewünschten Wert anzupassen.
Elektrische Energie und/oder Datensignale werden zwischen dem Inneren des Kabels 20 und der äußeren Einrichtung 30 durch eine oder mehrere innere Spulen 170, die innerhalb des Kabels 20 angeordnet sind (siehe Fig. 5), und einer oder mehreren korrespondierenden äußeren Spulen 55, die in der äußeren Einrichtung 30 angeordnet und induktiv mit den inneren Spulen 170 gekoppelt sind, übertragen. Die inneren Spulen 170 sind elektrisch mit dem Leitungsbündel 22 innerhalb des Kabels 20 verbunden. Vorzugsweise wird jede innere Spule 170 im Kabel 20 von einer Spulenhalteeinrichtung 160 gemäß vorliegender Erfindung getragen, die die inneren Spulen 170 davor schützen kann, während der Verwendung des Kabels 20 beschädigt zu werden. Der Aufbau der Spulenhalteeinrichtung 160 wird im Detail später beschrieben. In dieser Ausführung trägt die Spulenhalteeinrichtung 160 zwei innere Spulen 170 und die äußere Einrichtung 30 ist mit zwei äußeren Spulen 55 versehen, von denen jede mit einer der inneren Spulen 170 in der Spulenhalteeinrichtung 160 korrespondiert. Jede äußere Spule 55 ist in einer Aussparung 36, die im unteren Teil 33 des Klemmteils 31 ausgebildet ist, montiert.
Die Form der Düse 45 kann in Übereinstimmung mit dem Typ der Einrichtung, der für die Unterbringung beabsichtigt ist, gewählt werden. Vorzugsweise ist das Äußere der Düse 45 stromlinienförmig, um Zerren und Lärm zu reduzieren, wenn die Düse 45 durch das Wasser gleitet. In dieser Ausführung hat die Düse 45 eine zylindrische Bohrung, die sich zum rückwärtigen Ende der Düse 45 öffnet, und die elektrische Einrichtung, die es aufnimmt ist ein magnetischer Kurssensor (auch Kompass genannt), der entfernbar innerhalb des hohlen Zentrums der Düse 45 aufgenommen wird. Ein Beispiel eines geeigneten Kurssensors ist ein Modell 321 Optical Digital Compass, das von Digicourse of Harahan, Louisiana hergestellt wird. Es ist jedoch nicht problematisch, welcher Typ der elektronischen Einrichtung in der Düse 45 aufgenommen ist. Das offene Ende der Bohrung kann in flüssigkeitsdichter Weise durch eine entfernbare Abdeckung versiegelt werden, die mit einer oder mehreren Versiegelungsteilen, bspw. O-Ringen, versehen ist. Der Kurssensor 51 innerhalb der Düse 45 ist elektrisch mit dem inneren des Klemmteils 31 durch Leitungen verbunden, die durch einen Durchgang 48 gehen, der sich durch das Verbindungsteil 47 erstreckt, verbunden.
Das Klemmteil 31 wird durch eine Vielzahl von Teilstücken gebildet, die so geformt sind, dass sie das Kabel 20 umgeben und das Kabel 20 hinreichend fest umgreifen, um eine relative Drehung zwischen der äußeren Einrichtung 30 und dem Kabel 20 zu vermeiden. Vorzugsweise kann das Klemmteil 31 vollständig vom Kabel 20 entfernt werden, um zu ermöglichen, dass die äußere Einrichtung 30 vom Kabel 20 entfernt werden kann, wenn das Kabel 20 auf den Schlepper aufgezogen wird. In der vorliegenden Ausführung umfasst das Klemmteil 31 erste und zweite Teilstücke 32 und 33, die drehbar miteinander durch Scharniere 40 so verbunden sind, dass die Teilstücke gegeneinander zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung verdreht werden können. Vorzugsweise enthält schließlich eines der Scharniere 40 eine rückziehbare, leicht entfernbare Drehachse 42 aus einem geeigneten Material (bspw. rostfreiem Stahl), die ohne die Verwendung von Werkzeugen zurückgezogen werden kann, um zu erlauben, dass das Klemmteil 31 geöffnet werden kann. Beispiele von geeigneten Scharnieren und Drehachsen werden im US-Patent Nr. 5 529 011 beschrieben.
Zuzüglich zu der elektronischen Einrichtung in der Düse 45, können zusätzliche elektrische Einrichtungen in einer oder beiden Teilstücken 32, 33 des Klemmteils 31 untergebracht werden. In dieser Ausführung ist eine elektronische Tafel 50 in einer Aussparung 34, die in dem Unterteil 33 ausgebildet ist, untergebracht. Die elektronische Tafel 50 kommuniziert mit den äußeren Spulen 55 über Durchgänge 37, die im unteren Teil 33 zwischen der Aussparung 34 für die elektronische Tafel 50 und der Aussparung 36 für die äußeren Spulen 55 ausgebildet sind. Die elektronische Tafel 50 kommuniziert außerdem mit dem Kurssensor 51 innerhalb der Düse 45 über den Durchgang 48, der sich durch das Verbindungsteil 47 erstreckt. Die elektronische Tafel 50 kann eine Vielzahl von Komponenten enthalten, bspw. ein Paar von Beschleunigungsmessern (bspw. piezoelektrische Festkörperbeschleunigungsmesser), um den Rollwinkel des Kabels 20 hinsichtlich der Horizontalen zu bestimmen, indem Beschleunigungen um zwei orthogonale Achsen detektiert werden, einen geeigneten Regelmechanismus um den Betrieb des Kurssensors 51 zu regeln, und einen Energieversorgungskreis, um die Energieversorgung von den äußeren Spulen 55 zu den verschiedenen elektrischen Komponenten innerhalb der äußeren Einrichtung 30 zu regeln.
Wenn der Sensor und die elektrischen Teile der äußeren Einrichtung 30 ausreichend klein sind, um vollständig in das Klemmteil 31 zu passen, können die Düse 45 und das Verbindungsteil 47 weggelassen werden, in diesem Fall kann die äußere Einrichtung 30 jederzeit mit dem Kabel 20 verbunden bleiben und muss nicht entfernt werden, wenn das Kabel 20 auf dem Schlepper 10 gelagert wird. Alternativ, abhängig von seiner Größe, kann die komplette äußere Einrichtung 30 mit dem Kabel 20 verbunden bleiben, wenn das Kabel 20 zur Lagerung aufgewunden wird.
In dieser Ausführung werden die elektrischen Einrichtungen innerhalb der äußeren Einrichtung 30 vollständig durch die induktive Kopplung zwischen den inneren Spulen 170 innerhalb des Kabels 20 und den äußeren Spulen 55 innerhalb der äußeren Einrichtung 30 mit Energie versorgt. Daher besteht keine Notwendigkeit für irgendwelche Batterien in der äußeren Einrichtung 30. Es ist möglich, wiederaufladbare Hilfsbatterien auf der äußeren Einrichtung 30 zu installieren, um die elektrischen Einrichtungen in der äußeren Einrichtung 30 für den Fall eines temporären Verlustes der Energieübertragung vom Kabel 20 mit Energie zu versorgen. Jedoch, da die Hilfsbatterien während einer normalen Operation der äußeren Einrichtung 30 nicht gebraucht werden, und da sie kontinuierlich wieder aufgeladen werden können, können sie eine kleine Größe aufweisen und bedürfen keines häufigen Austauschs.
Die ersten und zweiten Teilstücke 32, 33 des Klemmteils 31 können direkt in die äußere Oberfläche des Unterwasserkabels 20 greifen. Alternativ können die Teilstücke 32, 33 mit entfernbaren Einlagen versehen werden, die das Kabel 20 ergreifen. In der vorliegenden Ausführung sind das erste und zweite Teilstück 32, 33 mit einem Paar halbzylindrischer Einlagen 60 und 61 versehen, die an dem Inneren der Teilstücke 32, 33 befestigt und so ausgebildet sind, dass sie die Spulenhalteeinrichtung 160 umgeben, wenn das Klemmteil 31 um das Kabel 20 geschlossen wird. Fig. 6 zeigt die untere Einlage 60 im Detail. Die Einlage 60 ist ein üblicherweise halbzylindrisches Rohr, das eine halbzylindrische Aussparung 62, die in ihrem Mittelteil ausgebildet ist, aufweist und über den Umfang der Spulenhalteeinrichtung 160 passt. Anschlussflächen 64, die an jedem Ende der Aussparung 62 ausgebildet sind, haben einen kleineren Radius als die Aussparung 62, so dass die Anschlussflächen 64 die Längsenden der Spulenhalteeinrichtung 160 in radialer Richtung überlappen können, um die axiale Bewegung der Spulenhalteeinrichtung 160 hinsichtlich der Einlagen zu vermeiden. Wenn die Düse 45 der äußeren Einrichtung 30 einen Kurssensor beinhaltet, ist die Passung zwischen der Aussparung 62 und der Spulenhalteeinrichtung 160 vorzugsweise so, dass ein konstanter, vorbestimmter Winkel (bspw. 0 Grad) zwischen der Längsachse des Kabels 20 und der Längsachse des Klemmteils 31 der äußeren Einrichtung 30 erhalten wird, d.h. so, dass vermieden wird, dass das Klemmteil 31 bezüglich der Spulenhalteeinrichtung 160 um die Längsachse des Kabels 20 wackelt. Eine der Einlagen (die untere Einlage 60 in dieser Ausführung) weist einen Vorsprung 63 zwischen ihren Enden auf, der sich von ihrem äußeren Umfang radial nach innen erstreckt, um einen Eingriff mit einer korrespondierenden Aussparung 164, die im äußeren Umfang der Spulenhalteeinrichtung 160 ausgebildet ist, zu bewirken. Der Eingriff zwischen dem Vorsprung 63 und der Aussparung 164 verhindert die Rotation der Spulenhalteeinrichtung 160 um die Achse des Kabels 20 bezüglich sowohl des Kabels 20 als auch der äußeren Einrichtung 30. Hinzu kommt, dass das Vorsehen des Vorsprungs 63 es sehr leicht macht, die Spulenhalteeinrichtung 160 so zu installieren, dass die inneren Spulen 170 den äußeren Spulen 55 gegenübergestellt werden, weil das Klemmteil 31 nur geschlossen werden kann, wenn die Aussparung 164 im Eingriff mit dem Vorsprung 63 ist. Vorzugsweise sind die Einlagen entfernbar mit dem oberen (ersten) und unteren (zweiten) Teilstück 32 und 33 des Klemmteils 31 verbunden, so dass verschiedene Einlagen mit derselben äußeren Einrichtung 30 verwendet werden können. Bspw. ist es möglich, durch das Ersetzen eines Paares der Einlagen mit einem anderen Paar, das einen unterschiedlichen inneren Durchmesser aufweist, die gleiche äußere Einrichtung 30 mit einem Kabel 20 unterschiedlichen Durchmessers zu verwenden. (n dieser Ausführung ist die obere Einlage 61 an dem oberen Teilstück 32 des Klemmteils 31 so mit Schrauben befestigt, dass sie mit dem oberen Teil 32 bewegt werden kann, wenn das Klemmteil 31 geöffnet und geschlossen wird. Die untere Einlage 60 wird am Bewegen hinsichtlich des unteren Teils 33 durch einen steifen Rand gehindert, der sich von der unteren Oberfläche der unteren Einlage 60 erstreckt und in die Aussparung 34 für die elektronische Tafel 50 passt. Ein Dichtungsteil 67, bspw. ein O-Ring, kann auf den Rand 66 montiert werden, um die Aussparung 34 in flüssigkeitsdichter Weise abzudichten und zu verhindern, dass Wasser in die Aussparung 34 eindringt. Die Einlagen 60 und 61, die entweder metallisch oder nichtmetallisch sein können, sind vorzugsweise aus einem Material gefertigt, das keinerlei magnetische Interferenzen zwischen den inneren Spulen 170 im Kabel 20 und den äußeren Spulen 55 in der äußeren Einrichtung 30 induziert.
Um die Übertragung zwischen den inneren und äußeren Spulen 55 zu verbessern, ist die Beabstandung zwischen jeder inneren Spule 170 innerhalb der Spulenhalteeinrichtung 160 und der korrespondierenden äußeren Spule 55 in der äußeren Einrichtung 30 vorzugsweise so klein wie möglich. Wie in Fig. 6 gezeigt, ist die untere Einlage 60 in dieser Ausführung mit einem Paar gegenüberliegender Fenster 65 ausgebildet, die die äußeren Spulen 55 aufnehmen. Wie in Fig. 5 gezeigt, können die äußeren Spulen 55 der äußeren Einrichtung 30 durch die Fenster 65 eingefügt werden, so dass sie direkt an der äußeren Oberfläche des Kabels 20 anlehnen, wobei die Distanz zwischen den inneren und äußeren Spulen 55 minimiert wird.
Die obere Einlage 61 in dieser Ausführung ist in ihrer Form ähnlich zu der unteren Einlage 60, die in Fig. 6 gezeigt ist, außer dass sie keinen Vorsprung 63, keine Fenster 65 oder keinen Rand 66 umfasst. Wenn die äußeren Spulen 55 jedoch im oberen Teilstück 32 des Klemmteils 31 zurechtgelegt werden, kann die obere Einlage 61 ebenso mit Fenstern versehen werden.
Die äußeren Spulen 55 können jegliche Form haben, die es ihnen erlaubt, induktiv an die inneren Spulen 170 anzukoppeln. In dieser Ausführung hat jede äußere Spule 55 einen umwundenen ferromagnetischen Kern und ist in einem elastischen Harz eingeschlossen, um die Spule zu polstern und vor der Umgebung zu schützen. Die äußeren Spulen 55 sind beide im unteren Teilstück 33 des Klemmteils 31 positioniert gezeigt. Es ist möglich, die äußeren Spulen 55 im oberen Teilstück 32 anzuordnen oder die zwei äußeren Spulen 55 in verschiedenen Teilstücken 32 und 33 anzuordnen, wobei eine Anordnung beider Spulen 55 im unteren Teilstück 33 den Vorteil hat, dass die Leitungen der äußeren Spulen 55 nicht zwischen zwei Teilen verlaufen.
Die Fig. 7 bis 17 zeigen ein weiteres Beispiel einer äußeren Einrichtung. Die Ausführung ist eine Tiefenkontrolleinrichtung 70, die in der Lage ist, die Tiefe zwischen der Wasseroberfläche und dem Unterwasserkabel 20 zu regeln. Hinzu kommt, dass sie verwendet werden kann, um das Kabel 20 zu steuern und die horizontale Position des Kabels 20 innerhalb des Wassers zu kontrollieren. Fig. 7 ist eine Seitenansicht, die die Tiefenkontrolleinrichtung 70 zeigt, wie sie vorliegen würde, wenn sie nach links durch das Wasser gezogen würde.
Wie in diesen Figuren gezeigt, umfasst die Tiefenkontrolleinrichtung 70 ein inneres Rohr 71, welches bezüglich des Kabels 20 herumgeklappt und stationär angeordnet ist, und eine Flügeleinheit 110, die rotierbar auf dem inneren Rohr 71 montiert ist und in der Lage ist, sich bezüglich des inneren Rohres 71 um die Längsachse des Kabels 20 zu drehen oder gedreht zu werden. Die Flügeleinheit 110 ist mit einem oder mehreren Flügeln 120 versehen, die eine Kraft auf das Kabel 20 ausüben können, um das Kabel 20 in eine gewünschte Richtung zu bewegen. Das innere Rohr 71, welches vorgesehen ist, auf dem Kabel 20 während einer Lagerung zu verbleiben, umfasst Stellglieder 130 und 135, um die Position und Stellung der Flügel 120 der Flügeleinheit 110 zu regeln, und kann verschiedene elektrische Komponenten umfassen, um die Position der Tiefenkontrolleinrichtung 70 zu bestimmen und die Stellglieder der Flügel 120 zu regeln.
Das innere Rohr 71 kann irgendeine Struktur aufweisen, die es ihr erlaubt, die Flügeleinheit 110 zu tragen und den Spannungen zu widerstehen, die auf das innere Rohr während einer Verwendung und Lagerung des Kabels 20 ausgeübt werden, in der vorliegenden Ausführung hat es eine Struktur, die der des Klemmteils der vorigen Ausführung ähnelt. Es umfasst zwei üblicherweise halbzylindrische Teilstücke 72, die das Kabel 20 umgeben und drehbar miteinander durch ein Paar von Scharnieren 73, von denen jedes eine oder mehrere entfernbare Drehachsen aufweist, verbunden sind. Wenn die Drehachse(n) 74 eines der Scharniere 73 aus den Scharnierbüchsen gezogen wird, kann das Teil 72 aufgeschwungen werden, in dem es um das andere Scharnier 73 gedreht wird, um zu ermöglichen, dass das innere Rohr 71 vom Kabel 20 entfernt wird. Halbzylindrische Einlagen 100 und 102 ähneln denen, die in der vorigen Ausführung verwendet wurden und sind mit dem inneren der Teilstücke 72 des inneren Rohres 71 z.B. durch Schrauben verbunden und sind so geformt, dass sie mit einer Spulenhalteeinrichtung 160 innerhalb des Kabels 20 so in Eingriff stehen, dass vermieden wird, dass das innere Rohr 71 sich dreht oder eine axiale Bewegung bezüglich der Spulenhalteeinrichtung 160 durchführt. Z.B. kann eine der Einlagen 100 mit einem inwärtigen Vorsprung 101 ausgebildet sein, der mit einer korrespondierenden Aussparung in der Spulenhalteeinrichtung 160 korrespondiert. Das innere Rohr 71 kann aus einer Vielzahl von Materialien gefertigt sein und könnte beides, Metalle oder polymere Materialien umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein. Ein Kunststoff, der einen guten Widerstand gegen Schläge aufweist, ist besonders geeignet.
Jedes der Teilstücke 72 enthält einen oder mehrere innere Hohlräume 85 zur Aufnahme verschiedener Komponenten. In der vorliegenden Ausführung enthält jedes Teilstück 72 zwei längliche Hohlräume 85, von denen jeder ein abgeschlossenes inneres Ende und ein offenes Ende hat, welches sich zu einem Ende der Oberfläche des Teilstücks 72 hin öffnet. Wie in Fig. 13 gezeigt ist, die eine Endansicht des Teilstücks 72 ist, sind die Hohlräume 85 üblicherweise nierenförmig geformt und erstrecken sich in Umfangsrichtung um das hohle Zentrum des inneren Rohres 71. Um dem inneren Rohr 71 Stabilität in der Region der Hohlräume 85 zu geben, kann jeder Hohlraum 85 in dieser Ausführung durch eine Metallverkleidung 86, bspw. aus Aluminium, verstärkt werden. Wie in Fig. 14 gezeigt ist, ist jede Metallverkleidung 86 ein Rohr mit zwei offenen Enden und einem länglichen Versteifungssteg 87. Im Bereich der Hohlräume 85 können die Metallverkleidungen 86 die hauptsächlichen Lastaufnehmer des inneren Rohres 71 sein. Die Stellglieder 130 und 135 für den Betrieb der Flügel 120 und verschiedene elektrische Komponenten können innerhalb der Metallverkleidungen 86 angeordnet werden und werden dadurch gegen Kräfte geschützt, die auf das innere Rohr 71 während seines Gebrauchs ausgeübt werden.
Wie in Fig. 15 gezeigt ist, kann das innere Rohr 71 eine Vielzahl von Komponenten aufnehmen. In der vorliegenden Ausführung enthält das innere Rohr 71 zusätzlich zu den Stellgliedern 130 und 135 für den Betrieb der Flügeleinheit 110 einen Tiefensensor 142 (der wie eine Spannungspegelbrücke arbeitet) zur Messung der Tiefe der Tiefenkontrolleinrichtung 70, eine Hilfsbatterie 141 (eine Ni- CadNiMH oder Li-Ionen-Batterie), um die Tiefenkontrolleinrichtung 70 mit Energie zu versorgen während temporärer Unterbrechungen der Energieübertragung vom Kabel 20, ein Ladegerät (nicht gezeigt), um die Hilfsbatterien 141 aufzuladen, Flügelpositionssensoren 143, wie Hall-Effektsensoren, um den Dreh- und Steigungswinkel der Flügel 120 bezüglich des inneren Rohres 71, genauso wie den Angriffswinkel festzustellen, einen Stellungssensor 144 (ein Paar Beschleunigungsmesser), um die Stellung des inneren Rohres 71 hinsichtlich der Horizontalen zu bestimmen, einen Regler 140, um die Stellglieder 130 und 135 zu regeln, basierend auf Eingaben von Sensoren, und eine oder mehrere äußere Spulen 145, die induktiv mit einer oder mehreren korrespondierenden inneren Spulen gekoppelt sind, die innerhalb einer Spulenhalteeinrichtung 160 innerhalb des Kabels 20 angeordnet sind, so dass die elektrische Energie und Datensignale zwischen dem Kabel 20 und der Tiefenkontrolleinrichtung 70 übertragen werden können. Während normaler Arbeitsbedingungen wird die gesamte elektrische Energie für die Tiefenkontrolleinrichtung 70 durch die äußeren Spulen 150 zur Verfügung gestellt.
Wenn die Übertragung der Energie vom Kabel 20 unterbrochen wird oder die Spannung unter einen vorgegebenen Wert fällt, verbindet der Regler 140 automatisch die elektrischen Komponenten mit der Hilfsbatterie 141, um sicherzustellen, dass der Betrieb fortgesetzt wird. Weil die Tiefenkontrolleinrichtung 70 keine Batterien für normalen Betrieb erfordert, benötigt sie keinen häufigen Batterieaustausch und kann über lange Perioden ohne Wartung arbeiten.
Wie in Fig. 17 gezeigt ist, die eine transversale Querschnittansicht des inneren Rohres 71 entlang des ersten Schlitzes 75 ist, sind die äußeren Spulen, wie sie in Fig. 5 gezeigt sind, genauso wie die äußeren Spulen 145 dieser Ausführung in Aussparungen 87 untergebracht, die im inneren Umfang eines der Teilstücke 72 des inneren Rohres 71 ausgebildet sind, und liegen den korrespondierenden inneren Spulen 170 in der Spulenhalteeinrichtung 160 direkt gegenüber. Die anderen elektrischen Komponenten der Tiefenkontrolleinrichtung 70 sind innerhalb der Hohlräume 85 und innerhalb des inneren Rohres 71 untergebracht. Die Leitungen der äußeren Spulen 145 erstrecken sich durch nicht gezeigte Durchgänge im inneren Rohr 71 zwischen den Aussparungen 87 und den Hohlräumen 85.
Die offenen äußeren Enden der Hohlräume 85 im inneren Rohr 71 sind gegen die Umgebung durch geeignete Verschlüsse 90 versiegelt. Fig. 12 zeigt einen der Verschlüsse 90, die in der vorliegenden Ausführung verwendet werden. Das längsweise innere Ende jedes Verschlusses 90 ist so geformt, dass es fest in das äußere Ende eines jeden nierenförmigen Hohlraumes 85 im inneren Rohr 71 passt. Ein Dichtungsteil 91, wie ein O-Ring, kann auf den Verschluss 90 montiert werden, um eine flüssigkeitsdichte Versiegelung des Hohlraumes 85 zu erzeugen. Die zwei Verschlüsse 90 an jedem Ende des inneren Rohres 71 erstrecken sich zusammen im Wesentlichen vollständig um den Umfang des Kabels 20 und definieren einen Puffer 92, 93, der die Längsenden des inneren Rohres 71 gegen Stöße schützt. Wie in Fig. 8 gezeigt ist, weist der Puffer 92, der durch die Verschlüsse 90 an den vorderen Enden des inneren Rohres 71 ausgebildet ist, vorzugsweise einen maximalen äußeren Durchmesser auf, der größer ist als der äußere Durchmesser der längsweisen Frontenden des inneren Rohres 71, so dass der radial innere Teil der Führungskanten der Flügel 120 gegen Stöße geschützt wird. Ausparungen können in den Puffern 92, 93 ausgebildet werden, um zu erlauben, dass die Drehachsen 74 für das innere Rohr 71 so eingefügt und entfernt werden können, dass das innere Rohr 71 geöffnet und geschlossen werden kann, ohne die Puffer 92, 93 zu entfernen. Vorzugsweise passt der innere Umfang der Puffer 92, 93 bequem gegen die äußere Oberfläche des Kabels 20, um fremde Objekte daran zu hindern, zwischen die äußere Oberfläche des Kabels 20 und den inneren Umfang des inneren Rohres 71 zu gelangen. Vorzugsweise sind die Verschlüsse 90 aus einem elastischen Material, wie Gummi ausgebildet, welches das innere Rohr 71 gegen Stöße polstern kann.
Zwei sich umfänglich erstreckende Schlitze 75 und 80 sind im äußeren Umfang des inneren Rohres 71 ausgebildet, um die korrespondierenden Teile der Flügeleinheit 110 drehbar aufzunehmen. Vorzugsweise erstrecken sich die Schlitze um den kompletten Umfang des inneren Rohres 71, um der Flügeleinheit 110 zu ermöglichen, sich um 360 Grad um das innere Rohr 71 zu drehen, obgleich es auch möglich ist, dass sich die Schlitze nur teilweise um den Umfang erstrecken, wenn ein geringerer Drehwinkel der Flügeleinheit 110 adäquat ist. Die Drehachsen 74 für das innere Rohr 71 sind radial innerhalb der Schlitze 75 und 80 angeordnet, so dass sie mit der Drehbewegung der Flügeleinheit 110 innerhalb der Schlitze nicht interferieren.
Die Flügeleinheit 110 umfasst einen Ring 111, welcher auf dem inneren Rohr 71 so montiert ist, dass er in der Lage ist, sich bezüglich des inneren Rohres 71 um die Längsachse des Kabels 20 zu drehen, und ein Paar Flügel 120, die auf dem Ring 111 in einer solchen Weise montiert sind, dass der Angriffswinkel jedes Flügels 120 angepasst werden kann. Vorzugsweise hat der Ring 111 eine solche Struktur, dass er vollständig vom inneren Rohr 71 entfernt werden kann, um zu ermöglichen, dass die Flügel 120 vom Kabel 20 entfernt werden können, wenn das Kabel 20 auf dem Schlepper aufgerollt wird. In der vorliegenden Ausführung umfasst der Ring 111 zwei im Wesentlichen halbzylindrische Teile, die drehbar durch ein Paar von Scharnieren 113 miteinander verbunden sind, wobei jedes Scharnier 113 einen oder mehrere Drehachsen 115 umfasst. Die Drehachse 115 zumindest eines der Scharniere 113 ist vorzugsweise von einem Typ, der teilweise oder komplett herausgezogen werden kann, um die Büchsen 114 der Scharniere 113 voneinander zu trennen und dem Ring 111 zu erlauben, sich durch Drehung der Ringteile 112 um das andere Scharnier 113 zu öffnen. Ein Beispiel eines Rings, der Scharniere dieses Typs hat, wird in US-Patent Nr. 5 529 011 beschrieben. Solch ein Ring ist besonders geeignet, weil er schnell ohne die Verwendung irgendwelcher Werkzeuge geöffnet und geschlossen werden kann, und weil die Drehachsen mit dem Ring verbunden bleiben und nicht verloren gehen können.
Ein sich umfänglich erstreckendes spornartiges Zahnradringteil 116 weist innere Zähne auf und ist auf der inneren Oberfläche eines der Ringteile 112 ausgebildet. Wenn das Zahnradringteil 116 um die Längsachse des Kabel 20 gedreht wird, wird die komplette Flügeleinheit 110 gedreht, um die Richtung der transversalen Kraft auf das Kabel 20 zu ändern, die durch die Flügel 120 erzeugt wird. Je weiter das Zahnradringteil 116 sich um den Umfang des Rings 111 erstreckt, desto größer ist die gerichtete Reichweite, über die die durch die Flügel 120 ausgeübte Kraft geregelt werden kann. In der vorliegenden Ausführung ist jedes Ringteil 112 mit einem Zahnradringteil 116 ausgebildet, und wenn die Ringteile 112 miteinander verbunden werden, bilden die Zahnradringteile 116 zusammen einen Zahnradring, der sich im Wesentlichen 360 Grad um den Umfang des Kabels 20 erstreckt. Dies erlaubt der Flügeleinheit 110, sich um volle 360 Grad um die Längsachse zu drehen. Jedoch können sich die Zahnradringteile 116 um eine kleinere Zahl an Grad um den Umfang drehen. Die Zahnradringteile 116 werden gleitend in dem ersten Schlitz 75 des inneren Rohres 71 aufgenommen. Die Weite des ersten Schlitzes 75 ist größer als die Weite des Zahnradringteils 116, um dem Zahnradringteil 116 zu ermöglichen, sich innerhalb des ersten Schlitzes 75 in Längsrichtung des Kabels 20 vor und zurück zu bewegen.
Jeder Flügel 120 ist an einem Stab 121 befestigt, der wiederum an der Mitte einer Scheibe befestigt ist, die als eine Neigungsscheibe 122 bezeichnet wird, die drehbar auf einem der Ringteile 112 montiert ist. Ein Stift 123, der von der Drehachse der Neigungsscheibe 122 beabstandet ist, erstreckt sich von jeder Neigungsscheibe 122 inwärts zum Mittelpunkt des Rings 111 und steht gleitend in Eingriff mit dem zweiten Schlitz 80 im inneren Rohr 71. Wenn der Ring 111 um die Längsachse des Kabels 20 gedreht wird, kann der Stift 123 bequem im zweiten Schlitz 80 gleiten, ohne eine Drehung der Neigungsscheibe 122 um ihre Drehachse zu erzeugen. Wenn der Ring 111 bezüglich des inneren Rohres 71 in Längsrichtung des Kabels 20 bewegt wird, erzeugt der Eingriff zwischen dem zweiten Schlitz 80 und dem Stift 123 eine Verdrehung des Stifts 123 um die Drehachse der Neigungsscheibe 122 und bewirkt, dass die Neigungsscheibe 122 sich dreht und der Angriffswinkel der Flügel 120 (Winkel θ in Fig. 7) sich ändert. Abhängig von der Reichweite der Längsbewegung des Rings 111 (d.h. der Größe, um die das Zahnradringteil 116 sich vor und zurück im ersten Schlitz 75 bewegen kann), kann die Neigungsscheibe 122 den Angriffswinkel bis zu 180 Grad verändern, obwohl üblicherweise eine viel kleinere Reichweite der Änderung des Winkels adäquat ist. Bspw. kann er komplett positiv oder komplett negativ oder er kann sowohl positive als auch negative Angriffswinkel umfassen, wie es in der vorliegenden Ausführung gezeigt ist. Vorzugsweise kann der Angriffswinkel auch auf 0 Grad gesetzt werden, wenn es nicht notwendig ist, dass die Flügel 120 eine Hebebewegung erzeugen.
Die gezeigte Ausführung umfasst zwei Flügel 120, aber die Flügeleinheit 110 kann eine viel größere Anzahl von Flügeln aufweisen. Bspw. können zwei Flügel auf dem Ring 111 montiert werden, so dass ihr Angriffswinkel angepasst werden kann, und ein dritter Flügel der längs der Längsachse des Kabels 20 angelegt ist, um einen fixen 0-Angriffswinkel zu haben, kann in der Mitte zwischen den zwei veränderbaren Flügeln montiert sein.
Die Form der Flügel 120 kann gemäß der erwarteten Betriebsbedingungen der Tiefenkontrolleinrichtung 70 gewählt werden, wie der Geschwindigkeit, mit der das Kabel 20 erwartungsgemäß durch das Wasser gezogen wird, Bspw. kann die Form so gewählt werden, dass die Zugkraft minimiert wird. Vorzugsweise wird die Form der Flügel 120 so gewählt, dass Fließgeräusche minimiert werden, die während des Betriebs der Unterwasserschallempfänger und akustischen Einrichtungen, die entlang dem Kabel 20 montiert sind, mit diesen interferieren könnten. Die Flügel 120 können komplett koplanar zueinander angeordnet oder sie können in V-Form angeordnet sein.
Die Stellglieder für den Betrieb der Flügeleinheit 110 umfassen eines, das im allgemeinen als Rollstellglied 130 bezeichnet wird und eine anderes, das als Neigungsstellglied 135 bezeichnet wird. Die Flügeleinheit 110 kann um die Achse des Kabels 20 durch das Rollstellglied 130 gedreht werden, welches treibend mit einem Ritze) 132 verbunden ist, das mit dem Zahnradringteil 116 der Flügeleinheit 110 in Eingriff steht. Wie in Fig. 17 gezeigt, ist das Ritzel 132 in einer Aussparung 76 angeordnet, die mit der inneren Oberfläche des ersten Schlitzes 75 kommuniziert, und ein Teil des Ritzels 132 erstreckt sich radial in den ersten Schlitz 75. Wenn die Flügeleinheit 110 mit dem Zahnradringteil, welches im ersten Schlitz 75 angeordnet ist, auf das innere Rohr 71 montiert wird, steht das Ritzel 132 mit dem Zahnradringteil 116 in Eingriff. Die Flügeleinheit 110 kann in Längsrichtung des Kabels 20 durch das Neigungsstellglied 135 bewegt werden, welches treibend mit einem Schlitten 137 verbunden ist. Fig. 12 zeigt die Struktur des Schlittens 137. Er umfasst einen kanalförmigen oberen Teil, der mit Flanschen 137a versehen ist, die gleitend in axial sich erstreckenden Schlitzen 78 aufgenommen werden, die in der äußeren Oberfläche des inneren Rohres 71 ausgebildet sind und im ersten Schlitz 75 anliegen. Ein inneres mit Gewinde versehenes Loch 137b ist im unteren Teil des Schlittens 137 ausgebildet, um mit einem äußeren Gewinde, das auf einem nach außen stehenden Stab 136 des Neigungsstellglieds 135 ausgebildet ist, in Eingriff zu kommen. Der Eingriff zwischen den Flanschen 137a des Schlittens 137 und den Schlitzen 78 im inneren Rohr 71 verhindert, dass der Schlitten 137 sich mit dem nach außen stehenden Stab 136 des Neigungsstellgliedes 135 dreht, aber erlaubt, dass der Schlitten 137 sich bezüglich des inneren Rohres 71 in Längsrichtung des Kabels 20 bewegt. In der vorliegenden Ausführung, wie in Fig. 17 gezeigt, wird der Schlitten 137 in einer Aussparung 77 aufgenommen, die am radialen inneren Umfang des ersten Schlitzes 75 angrenzt. Wenn der nach außen stehende Stab 136 des Neigungsstellglieds 135 gedreht wird, wirkt der nach außen stehende Stab 136 als eine Führungsschraube und bewirkt, dass der Schlitten 137 in Längsrichtung des Kabels 20 bewegt wird. Der Schlitten 137 steht in Eingriff mit dem Ring 111 der Flügeleinheit 110, so dass die Flügeleinheit 110 sich zusammen mit dem Schlitten 137 bezüglich das inneren Rohres 71 in Längsrichtung des Kabels 20 bewegt, aber so, dass der Schlitten 137 nicht mit der Drehung der Flügeleinheit 110 um die Achse des Kabels 20 interferiert. In der vorliegenden Ausführung ist der Schlitten 137 mit einem Schlitz 137c in seiner oberen Oberfläche ausgebildet, der gleitend das Zahnradringteil 116 aufnimmt, und eine Tiefe hat, die größer als die Höhe der Zähne des Zahnradringteils 116 ist. Wenn das Zahnradringteil 116 sich dreht, können die Zähne des Zahnradringteils 116 durch den Schlitz 137c greifen, ohne dass der Schlitten 137 mit der Drehung des Zahnradringteils 116 interferiert. Wenn der Schlitten 137 sich in Längsrichtung des Kabels 20 bewegt, drückt eine der Seiten des Schlitzes 137c gegen eine Seitenfläche des Zahnradringteils 116 und drückt die gesamte Flügeleinheit 110 in Längsrichtung des Kabels 20. Der Schlitten 137 kann mit dem Ring 111 auf andere Weise in Eingriff sein. Bspw. kann der Schlitten 137 mit einem Stift ausgebildet sein, welcher gleitend in Eingriff mit einem umgebenden Schlitz steht, der in der inneren Umgebung des Rings 111, so wie der zweite Schlitz 80, ausgebildet ist.
Andere Mechanismen als das Ritzel 132 und ein Zahnradringteil können verwendet werden, um die Flügeleinheit 110 um die Längsachse des Kabels 20 zu drehen. Bspw. kann das Ritzel 132 durch eine Rolle ersetzt werden, die in rollendem Kontakt mit der inneren Umfangsfläche des Ringes 111 steht und die die Flügeleinheit 110 durch Reibung eher dreht als durch den Eingriff von Zahnrädern.
Die Stellglieder 130 und 135 benötigen überhaupt keine besondere Struktur. In der vorliegenden Ausführung umfasst jedes Stellglied einen elektrischen Motor (bspw. einen Permanentmagnet-Gleichstrommotor), der treibend mit einem nach außen stehenden Stab und einer nicht gezeigten Stellungsanzeige (bspw. einer Stab- Winkel-Codierung), um die Drehstellung des austretenden Stabs festzustellen, verbunden ist. Sie kann ebenso verschiedene andere Komponenten umfassen, wie eine Zahnradbox, die zwischen dem Motor und dem austretenden Stab angeschlossen ist und einer torsionsschockabsorbierenden Anordnung (wie eine Oldham Kupplung mit einem Torsionsdämpfer), die zwischen dem Motor und dem austretenden Stab angeschlossen ist, um die Übertragung von Stößen zum Motor zu vermeiden, die auf die Flügel 120 während des Betriebs der Tiefenkontrolleinrichtung 70 ausgeübt werden. Stellglieder, die einen Motor haben, eine Zahnradreduziereinheit und einen Codierer, der mit einer einfachen Packung kombiniert ist, sind kommerziell erhältlich und können in der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Die Hall-Effektsensoren 143 werden verwendet, um die Stellung der Flügel 120 hinsichtlich des inneren Rohres 71 beim Rollen und Neigen zu ermitteln. Ein erster der Hall-Effektsensoren 143 erzeugt ein Signal, wenn der Ring 111 eine Referenzdrehposition hinsichtlich des inneren Rohres 71 einnimmt, während ein zweiter der Hall-Effektsensoren 143 ein Signal erzeugt, wenn der Ring 111 in einer Referenzstellung in Längsrichtung des inneren Rohres 71 verläuft. Die Referenzstellung in der Längsrichtung korrespondiert mit einem vorbestimmten Referenzangriffswinkel der Flügel 120. Nicht gezeigte magnetische Teile, wie magnetische Scheibchen, können auf dem Ring 111 oder den Flügeln 120 montiert werden, um von den Hall-Effektsensoren 143 wahrgenommen zu werden. Durch das Zählen der Anzahl der Drehungen des Rollstellgliedes 130 seit der Erzeugung eines Outputsignals durch den ersten Hall-Effektsensoren 143, kann der Regler 140 den aktuellen Drehwinkel des Rings 111 und der Flügel 120 hinsichtlich der Referenzdrehstellung errechnen. Basierend auf dem Winkel hinsichtlich der Horizontalen, die durch den Output des Stellungssensors 144 festgestellt wird, kann der Regler 140 den aktuellen Rollwinkel der Flügel 120 um die Längsachse des Kabels 20 hinsichtlich der Horizontalen bestimmen. In ähnlicher Weise kann der Regler 140 durch das Zählen der Anzahl der Drehungen des Neigungsstellglieds 135 seit der Erzeugung eines Outputsignals durch den zweiten Hall-Effektsensoren 143 den Angriffswinkel der Flügel 120 errechnen.
Viele andere Typen neben Hall-Effektsensoren, wie optische oder mechanische Sensoren, können als Stellungssensoren für das Ermitteln der Stellung der Flügel 120 verwendet werden.
Wenn das Rollstellglied 130 in Betrieb ist, dreht sich das Ritzel 132 mit dem austretenden Stab 131 des Rollstellgliedes, und der Eingriff zwischen dem Zahnradringteil 116 und dem Ritzel 132 bewirkt, dass die gesamte Flügeleinheit 110 sich um die Längsachse des Kabels 20 dreht, wobei die Winkel der Rotationsachsen der Flügel 120 hinsichtlich der Vertikalen angepasst werden. Wenn das Neigungsstellglied 135 in Betrieb ist, wird der Schlitten 137, der gleitend auf dem inneren Rohr 71 montiert ist, in Längsrichtung des Kabels 20 durch die Drehung des austretenden Stabs 136 in Längsrichtung des Kabels 20 bewegt. Der Eingriff zwischen dem Schlitten 137 und den Zahnradringteilen 116 bewirkt, dass die gesamte Flügeleinheit 110 sich in Längsrichtung des Kabels 20 bewegt. So sich die Flügeleinheit 110 bewegt, erzeugt der Eingriff zwischen dem exzentrischen Stift 123 auf der Neigungsscheibe 122 und dem zweiten Schlitz 80 des inneren Rohres 71 eine Kraft auf den Stift 123, die bewirkt, dass die Neigungsscheibe 122 sich um ihre Achse dreht. Die Drehung der Neigungsscheibe 122 bewirkt, dass sich beide Flügel 120 um ihre Drehachsen drehen, wobei der Angriffswinkel der Flügel 120 verändert wird. Weil das Ritzel 132 und das Zahnradringteil 116 Spornräder sind, können sie miteinander vernetzt bleiben, wenn die Flügeleinheit 110 sich in Längsrichtung des Kabels 20 bewegt, so dass es möglich ist, das Rollstellglied 130 in Betrieb zu nehmen und das Neigungsstellglied 135 auch unabhängig oder zur gleichen Zeit in Betrieb zu nehmen.
Die Richtung und Größe der auf das Kabel 20 durch die Flügel 120 ausgeübten Kraft kann durch Variieren des Winkels der Drehachsen der Flügel 120 hinsichtlich der Vertikalen und/oder des Angriffswinkels der Winkel 120 angepasst werden. Um eine horizontale Querkraft auf das Kabel 20 auszuüben, um es seitlich zu bewegen, kann das Rollstellglied 130 betrieben werden, um die Flügeleinheit 110 zu drehen, bis die Drehachsen der Flügel 120 im Wesentlichen vertikal stehen. Um eine vertikale Kraft auf das Kabel 20 auszuüben, um die Tiefe des Kabels 20 im Wasser anzupassen, kann das Rollstellglied 130 in Betrieb genommen werden, um die Flügeleinheit 110 so zu drehen, bis die Achsen der Flügel 120 im wesentlichen horizontal stehen. Bei einem Winkel der Achsen zwischen der Horizontalen und der Vertikalen können die Flügel 120 eine transversale Kraft auf das Kabel 20 ausüben, die eine horizontale und eine vertikale Komponente hat. Wenn das Kabel 20 in einer gewünschten Tiefe und horizontalen Stellung ist, kann das Neigungsstellglied 135 den Angriffswinkel der Flügel 120 auf 0 setzen, so dass die Flügel 120 keine transversale Kraft auf das Kabel 20 ausüben.
Der Regler 140 kann den Betrieb der Tiefenkontrolleinrichtung 70 auf verschiedene Weisen regeln. Bspw. basierend auf dem Eingangssignal des Stellungsmessers 144, der den Rollwinkel des inneren Rohrs 71 hinsichtlich der Horizontalen anzeigt, können die Hall-Effektsensoren 143 und der Codierer für das Rollstellglied 130, der Regler 140, das Rollstellglied 130 so regeln, dass der Rollwinkel der Flügel hinsichtlich der Horizontalen konstant bleibt. Hinzu kommt, basierend auf dem Eingangssignal vom Tiefensensor 142, dass der Regler 140 das Neigungsstellglied 135 regeln kann, so dass die Tiefenkontrolleinrichtung 70 auf einer konstanten Tiefe gehalten wird.
Der in der vorliegenden Ausführung eingesetzte Mechanismus für das Einstellen der Drehung der Flügeleinheit 110 und des Angriffswinkels der Flügel 120 ist nicht auf die Tiefenkontrolleinrichtung 70 begrenzt, da er eine abnehmbare Flügeleinheit aufweist und bei jedem anderen Typ einer Tiefenkontrolleinrichtung verwendet werden kann.
Bei den meisten konventionellen Tiefenkontrolleinrichtungen sind die Flügel 120 wie ein Pendel unterhalb des Kabels 20 aufgehängt, auf welchem die Einrichtung montiert ist, so dass die Schwerkraft auf die Flügel 120 so wirkt, dass sie in einer horizontalen Position gehalten werden. In vielen Fällen umfasst die Tiefenkontrolleinrichtung ein Auftriebsfloß, das an der unteren Seite des Kabels 20 angeordnet ist, die Auftriebskraft wirkt so auf das Floß, dass die Flügel 120 horizontal gehalten werden. Das Aufhängen der Flügel 120 zwischen dem Kabel 20 und/oder die Verwendung eines Floßes erhöht jedoch die Zugkraft auf das Anhängsel der Tiefenkontrolleinrichtung, genauso wie es hydrodynamischen Lärm erzeugt, der die Auflösung der akustischen Komponenten, die auf dem Kabel 20 montiert sind, vermindert. Wenn es vorgesehen ist, die Flügel 120 horizontal zu halten, so können sie weiterhin nicht so orientiert werden, dass sie das Kabel 20 horizontal steuern.
Im Gegensatz dazu sind die Flügel 120 in einer Tiefenkontrolleinrichtung 70 gemäß der vorliegenden Erfindung so nah am Kabel 20, ohne die Verwendung irgendwelcher Anhängsel, um sie mit dem Kabel 20 zu verbinden, montiert, dass hydrodynamische Zugkraft und Lärm weitgehend reduziert sind. Weil es keine Anhängsel gibt, ist das Risiko von Verstrickungen der Tiefenkontrolleinrichtung 70 mit Objekten im Wasser ebenso reduziert. Weil die Flügel 120 in jeden Winkel hinsichtlich der Horizontalen gedreht werden können, können sie weiterhin verwendet werden, um eine transversale Kraft auf das Kabel 20 in jeder gewünschten Richtung auszuüben.
Die Fig. 18 und 19 illustrieren eine andere Ausführung einer äußeren Einrichtung. Fig. 18 ist eine Seitenansicht der äußeren Einrichtung, wie sie sich zeigen würde, wenn sie nach links durch das Wasser gezogen würde. Die äußere Einrichtung umfasst ein inneres Rohr 71, welches identisch zum inneren Rohr 71 der Tiefenkontrolleinrichtung, die in Fig. 9 gezeigt ist, sein kann. Die Flügeleinheit der vorigen Ausführung wurde durch eine ringförmige akustische Reichweiteneinrichtung 150 ersetzt, die im ersten Schlitz 75 auf der Außenseite des inneren Rohres 71 sitzt.
Typischerweise sind eine Vielzahl von akustischen Reichweiteneinrichtungen an bestimmten Positionen am Unterwasserkabel befestigt. Die Reichweiteneinrichtungen können Überträger oder Empfänger umfassen. Die Reichweiteneinrichtungen übertragen und/oder empfangen akustische Pulse durch das Wasser untereinander. Die Daten, die die Zeiten der Übertragung und die Zeiten der Empfänge der akustischen Pulse repräsentieren, werden gewöhnlich durch die Reichweiteneinrichtungen über eine Kommunikationsverbindung durch das Kabel zu einem Regler an Bord des Schleppers übertragen. Die Übertragungszeiten der Pulse zwischen Paaren der Reichweiteneinrichtungen und daher die Abstände zwischen den Positionen der Paare auf dem Kabel, zwischen dem Schlepper oder zwischen der seismischen Quelle, können festgestellt werden. Aus dieser Sammlung von Abständen kann die Form des Kabels (und der Unterwasserschallempfänger im Kabel) abgeschätzt werden. Eine exakte Abschätzung der Form des Unterwasserschallempfängerfeldes innerhalb des Kabels ist nötig, um eine exakte Karte der geologischen Verhältnisse unter dem Meeresgrund zu erstellen.
In der vorliegenden Ausführung umfasst die Reichweiteneinrichtung 150 eine Vielzahl von bogenförmigen Teilen 151, die auf dem äußeren Umfang des inneren Rohres 71 montiert sind. In der vorliegenden Ausführung umfasst die Einrichtung 150 zwei im wesentlichen halbkreisförmige Teile 151, die zusammen einen aufgeteilten Ring definieren. Jedes der Teile 151 enthält eine Vielzahl zylindrischer piezoelektrischer Elemente 153, die erste und zweite Abstrahlflächen auf ihren radialen inneren und äußeren Enden aufweisen. Die piezoelektrischen Elemente 153 sind im Wesentlichen radial hinsichtlich der Längsachse des Kabels 20 angeordnet. Vorzugsweise sind die piezoelektrischen Elemente 153 so in Umfangsrichtung um den gesamten Umfang des Kabels 20 beabstandet, dass das Abstrahlungsmuster, das durch die piezoelektrischen Elemente 153 erzeugt wird, konstant bleibt, wenn das Kabel 20 um seine Längsachse gedreht wird. Die Anzahl der piezoelektrischen Elemente 153 und ihre Betriebsfrequenzen können in Abstimmung mit den Betriebsbedingungen ausgewählt werden. In der vorliegenden Ausführung enthält jedes der Teile 151 12 piezoelektrische Elemente 153, die einen Durchmesser von 3/8 Zoll und eine Betriebsfrequenz von 50 bis 100 kHz aufweisen. Die Abstrahloberflächen der Elemente sind unterhalb der äußeren Oberfläche des inneren Rohres leicht zurückgesetzt angeordnet.
Jedes der Teile 151 umfasst ein Gehäuse 152 aus einem geeigneten Material, bspw. aus Aluminium, um dem Teil 151 eine strukturelle Steifigkeit zu geben. Die Elemente 153 innerhalb des Gehäuses 152 sind in einem elastischen Vergussmaterial 154 eingegossen, welches als Druckentlastungsgrenzfläche wirkt, um die Elemente 153 mechanisch ebenso zu polstern als sie auch vor der Umgebung zu schützen. Das Vergussmaterial 154 wird vorzugsweise so gewählt, dass der Signalverlust minimiert wird und es vorzugsweise eine akustische Dämpfung aufweist, die näherungsweise der von Seewasser gleichkommt. Ein Beispiel eines geeigneten Vergussmaterials ist Polyurethan. Um die Wechselwirkung zwischen den Elementen 153 zu reduzieren, können Dämpfungsteile 155, wie Teile aus Kork, in das Vergussmaterial 154 zwischen den angrenzenden Elementen 153 und entlang der radialen inneren Oberfläche jedes Teils 151 eingebettet werden.
Die umgebenden Enden der Teile 151 der Reichweiteneinrichtung 150 sind vorzugsweise so geformt, dass das innere Rohr 71 geöffnet und geschlossen werden kann, wenn die Reichweiteneinrichtung 150 auf ihm montiert ist. Wenn die Teile 151 der Reichweiteneinrichtung 150 im ersten Schlitz 75 des inneren Rohres 71 angeordnet sind, ist der radiale äußere Umfang der Teile 151 vorzugsweise hinsichtlich der äußeren Oberfläche des inneren Rohres 71, das am ersten Schlitz 75 angrenzt, zurückgesetzt. Das Ritzel 132 und der Schlitten 137 können vom inneren Rohr 71 entfernt werden, wenn sie mit dem Einfügen der Reichweiteneinrichtung in den ersten Schlitz 75 interferieren würden.
Jedes der Teile 151 hat einen sich radial inwärts erstreckenden Hals 156, der in ein korrespondierendes Loch 79 passt, das im ersten Schlitz 75 des inneren Rohres 71 ausgebildet ist. Leitungskabel 158 für die Elemente 153 führen durch die Hälse 156 und sind mit geeigneten Reglern verbunden, die innerhalb der Hohlräume des inneren Rohres 71 angeordnet sind. Jeder der Hälse 156 wird mit einem Dichtungsteil 157 eingepasst, so bspw. einem Dichtring, um das Loch 79 abzudichten und das Innere des inneren Rohres 71 gegen die Umgebung zu schützen. Wenn die Reichweiteneinrichtung 150 vom inneren Rohr 71 abgenommen wird, können die Löcher 79 im ersten Schlitz 75 durch geeignete Verschlüsse verschlossen werden.
Die piezoelektrischen Elemente 153 der Reichweiteneinrichtung 150 können durch geeignete Stromkreise, die in den Hohlräumen des inneren Rohres 71 angeordnet sind, geregelt werden. Die piezoelektrischen Elemente 153 können elektrisch parallel verbunden sein, in diesem Fall wären sie elektrisch äquivalent mit dem Überträger, der im US-Patent Nr. 5 031 159 beschrieben wird, das mit "Hydroakustisches Reichweitensystem" betitelt ist. Die Trägerelektronik und Signalprozessoren können so ausgebildet sein, wie sie in diesem Patent und im US-Patent Nr. 5 359 575 beschrieben sind, das mit "Unterwasserpuls Spursystem" betitelt ist.
Während normalen Betriebs empfangen die piezoelektrischen Elemente und elektronischen Stromkreise 153 Energie von den äußeren Spulen innerhalb des inneren Rohres 71. Zusammen mit dem inneren Rohr 71 kann die Reichweiteneinrichtung auf dem Unterwasserkabel 20 montiert bleiben, wenn das Kabel 20 aufgerollt wird und an Bord des Schleppers gelagert wird, falls das Gehäuse 152 und das Vergussmaterial 154 die piezoelektrischen Elemente 153 vor Schaden beschützen kann. Wenn es gewünscht ist, das innere Rohr 71 als Teil einer Tiefenkontrolleinrichtung zu verwenden, können die Teile 151 der Reichweiteneinrichtung 150 vom ersten Schlitz 75 entfernt werden, die Löcher 79 im ersten Schlitz 75 können abgedichtet werden und eine Flügeleinheit, wie die der vorigen Ausführung, kann dann auf dem inneren Rohr 71 montiert werden. Wenn die Reichweiteneinrichtung 150 mit dem Kabel 20 während der Lagerung verbunden bleiben kann, ist es effizienter, diese zu nutzen als eine konventionelle Reichweiteneinrichtung, die vom Kabel 20 entfernt werden muss, bevor das Kabel 20 zur Lagerung aufgerollt wird. Die einrichtungsspezifische Elektronik und andere Komponenten werden ebenso ausgetauscht.
Die Reichweiteneinrichtung 150, die in Fig. 19 gezeigt ist, ist nicht auf den Einsatz mit dem inneren Rohr 71, welches in Fig. 18 gezeigt ist begrenzt, und kann auf ein Unterwasserkabel 20 in jeder anderen gewünschten Art montiert werden. Weiterhin kann sie ein kontinuierlicher Ring anstelle eines geteilten Rings sein.
Die Fig. 20 bis 23 zeigen eine Ausführung einer Spulenhalteeinrichtung 160 im Detail. Die Spulenhalteeinrichtung 160 trägt jede der inneren Spulen 170 auf eine Weise, die die inneren Spulen 170 vor Schaden während des Betriebs des Kabels 20 schützt, und besonders wenn das Kabel 20 ausgelegt und aufgerollt wird.
Wie in diesen Figuren gezeigt, hat die Halteeinrichtung 160 üblicherweise einen zylindrischen äußeren Umfang, ähnlich der Querschnittsflächenform des Kabels 20. Sie umfasst einen zentrale Bohrung 161, durch die die Leitungsbündel durchgehen können, die bspw. Datenkommunikationsleitungen und/oder Energieüberträger und Verteilerleitungen enthalten. Wenn es gewünscht ist, kann die zentrale Bohrung 161 durch ein Verstärkungsrohr oder ein ähnliches Teil, das entlang seines inneren Umfangs angeordnet ist, verstärkt werden. Wenn das Kabel 20 von einem solchen Typ ist, der eine Vielzahl von Belastungsteilen verwendet, kann eine Vielzahl von sich längs durch die gesamte Länge der Halteeinrichtung 160 erstreckenden Löchern 162, die um die zentrale Bohrung 161 angeordnet sind, für dis Belastungsteile ausgebildet werden, die durch diese hindurchgehen. Alternativ, kann eines oder mehrere Belastungsteile durch die zentrale Bohrung 161 hindurchgehen. Die Belastungsteile werden gewöhnlich steif mit der Halteeinrichtung 160 befestigt, bspw. durch einen verbindenden Wirkstoff. Für diese Aufgabe ist eine Vielzahl radialer Löcher 163 zwischen der äußeren Oberfläche der Halteeinrichtung 160 und den Löchern 162 für die Belastungsteile ausgebildet, um einen verbindenden Wirkstoff in die Löcher 162 einzufügen. Jedoch können ebenso mechanische Einrichtungen, wie Stopfen oder Stifte, verwendet werden, um die Belastungsteile mit der Halteeinrichtung 160 zu befestigen.
Die zentrale Bohrung 161 und die Löcher 162 für die Belastungsteile müssen keine besondere Form haben, aber sie sind vorzugsweise geformt, um Belastungskonzentrationen zu vermeiden, wenn die Halteeinrichtung 160 Stoß- oder Biegebelastungen ausgesetzt wird. Für eine leichte Herstellung sind sie in der gezeigten Ausführung kreisförmig ausgebildet.
Jede der inneren Spulen 170 wird in einer sich längs erstreckenden Tasche 165 aufgenommen, die in der Spulenhalteeinrichtung 160 ausgebildet ist. Die winkligen Stellungen der Taschen 165 hinsichtlich der Längsachse der Spulenhalteeinrichtung 160 sind vorzugsweise so gewählt, dass die inneren Spulen 170 so nahe wie möglich und vorzugsweise direkt gegenüber den korrespondierenden äußeren Spulen in der äußeren Einrichtung angeordnet sind. Der Winkel zwischen den Taschen 165 ist jedoch nicht auf einen besonderen Wert beschränkt. In der gezeigten Ausführung sind die zwei Taschen 165 voneinander durch etwa 145 Grad beabstandet, für den Gebrauch mit einer äußeren Einrichtung, die äußere Spulen aufweist, die ähnlich beabstandet sind, aber wenn die Halteeinrichtung 160 mit einer unterschiedlichen äußeren Einrichtung verwendet wird, kann der winklige Abstand einen unterschiedlichen Wert aufweisen. Die kreuzweise Ankopplung zwischen den inneren Spulen 170 in verschiedenen Taschen 165 kann üblicherweise dadurch minimiert werden, dass die winklige Beabstandung zwischen den Taschen 165 vergrößert wird. So kann im Fall zweier Taschen 165 die kreuzweise Ankopplung minimiert werden, wenn die Taschen 165 180 Grad voneinander beabstandet sind.
Die Taschen 165 können irgendeine Querschnittsform aufweisen, die es ihnen ermöglicht, die inneren Spulen 170 aufzunehmen. In dieser Ausführung sind die inneren Spulen 170 üblicherweise zylindrisch, und die Taschen 165 haben einen kreisförmigen transversalen Querschnitt.
Die Anzahl der Taschen 165 und der inneren Spulen 170 kann basierend auf der Anzahl der äußeren Spulen in der äußeren Einrichtung, mit denen die inneren Spulen 170 gekoppelt werden sollen, und in Abhängigkeit davon, ob die Halteeinrichtung 160 und die äußeren Einrichtungen in der Lage zur relativen Drehung um die Längsachse des Kabels 20 sind, gewählt werden. Wenn die äußere Einrichtung und die Spulenhalteeinrichtung 160 von einer Drehung gegeneinander abgehalten werden, ist es üblicherweise ausreichend, eine einzelne innere Spule 170 in der Spulenhalteeinrichtung 160 für jede äußere Spule in der äußeren Einrichtung zu haben. Wenn die äußere Einrichtung jedoch auf dem Kabel 20 in einer solchen Weise montiert ist, dass sie um die Längsachse des Kabels 20 drehen kann, kann es vorteilhaft sein, eine verschiedene Anzahl von Spulen in der Halteeinrichtung 160 gegenüber der äußeren Einrichtung (entweder eine größere Zahl in der Halteeinrichtung 160 oder in der äußeren Einrichtung) zu haben, so dass unabhängig von der relativen Drehstellung der Spulenhalteeinrichtung 160 und der äußeren Einrichtung mindestens eine der inneren Spulen in der Halteeinrichtung 160 nahe genug zu einer der äußeren Spulen in der äußeren Einrichtung steht, um eine gute Induktionskopplung zu bewirken. In der vorliegenden Ausführung wird die äußere Einrichtung an einer Drehung bezüglich der Spulenhalteeinrichtung 160 gehindert, so dass es eine einzelne Tasche 165 in der Spulenhalteeinrichtung 160 für jede äußere Spule in der äußeren Einrichtung gibt.
Die Halteeinrichtung 160 ist vorzugsweise aus einem leichten, stoßresistenten Material gemacht, welches während des Betriebes des Kabels 20 nicht zerbrechen kann oder plastisch verformbar ist. Polymere, so wie Polyurethane, Polyazetate oder Polyetherimide usw., sind besonders geeignet. Die gezeigte Halteeinrichtung 160 wird aus Ultem 1000 gemacht, das eine Handelsmarke der G.E. Plastics für ein amorphes thermoplastisches Polyetherimid ist. Metalle können für Teile der Halteeinrichtung 160 verwendet werden, z.B. als Verstärkung, jedoch wenn die Metalle mit magnetischen Stromkreisen zwischen inneren und äußeren Spulen interferieren, ist die Ausdehnung ihres Einsatzes vorzugsweise begrenzt. Wenn Metalle verwendet werden, sind sie vorzugsweise aus einem nichtmagnetischen Material wie Titan und radial inwärts bezüglich der inneren Spulen 170 angeordnet. Es gibt keine Begrenzung der Länge der Spulenhalteeinrichtung 160, aber sie ist vorzugsweise maximal so lang wie die innere Spule 170, die sie trägt.
Viele konventionelle Unterwasserkabel umfassen Metalle in ihren Belastungsteilen. Wenn Metalle für Belastungsteile verwendet werden, sind vorzugsweise die Teile der Belastungsteile, die durch die Halteeinrichtung 160 verlaufen, nichtmagnetisch. Alternativ können die Teile der Belastungsteile innerhalb der Halteeinrichtung 160 Nichtmetalle sein, verbunden mit Metallen, die für andere Teile der Belastungsteile außerhalb der Spulenhalteeinrichtung 160 verwendet werden.
Die äußere Umfangsoberfläche der Halteeinrichtung 160 kann mit einer oder mehreren Aussparungen 167 ausgebildet sein, die sich zwischen gegenüberliegenden Längsenden der Halteeinrichtung 160 erstrecken. Diese Aussparungen 167 bewirken eine Flüssigkeitsverbindung zwischen den gegenüberliegenden Enden der Halteeinrichtung 160, um einen Druckunterschied zu vermeiden, der sich zwischen den gegenüberliegenden Enden aufbaut. Die Aussparungen 167 vermeiden außerdem Lufttaschen, die zwischen der äußeren Oberfläche der Spulenhalteeinrichtung 160 und der inneren Oberfläche der Hülle des Kabels 20 eingeschlossen werden, indem sie eine ebene Passung zwischen der Spulenhalteeinrichtung 160 und der Hülle gewährleisten.
Wenn es gewünscht ist, relative Drehbewegungen der Spulenhalteeinrichtung 160 und der äußeren Einrichtung zu vermeiden, kann eine Eingriffsmöglichkeit, wie eine Aussparung 164 im äußeren Umfang der Spulenhalteeinrichtung 160 zum Eingriff mit einem Teil der äußeren Einrichtung ausgebildet sein. In der vorliegenden Ausführung umfasst die Aussparung 164 eine Fläche, die sich zwischen zwei Punkten auf dem äußeren Umfang der Halteeinrichtung 160 erstreckt und eine solche Größe aufweist, dass sie mit dem Vorsprung auf einer Einlage der äußeren Einrichtung in Eingriff kommt, zuzüglich zur Vermeidung von relativer Drehung der Spulenhalteeinrichtung 160 und der äußeren Einrichtung macht die Aussparung 164 es einfach, die Halteeinrichtung 160 so zu installieren, dass die inneren Spulen 170 direkt den äußeren Spulen gegenüberliegen, weil die äußere Einrichtung nur um das Kabel 20 geschlossen werden kann, wenn die Aussparung 164 im Eingriff mit dem Vorsprung auf der Einlage der äußeren Einrichtung steht.
Jede der inneren Spulen 170 schließt einen metallischen Kern 171 aus einem magnetischen Material ein, wie einen Eisenstab, ein Stützeil in der Form einer hohlen Hülse 173, das den Kern 171 umgibt und sich entlang des Kern 171 in Längsrichtung erstreckt, und eine oder mehrere Windungen 172, die um das Stützteil 173 gewickelt und magnetisch mit dem Kern 171 gekoppelt sind. Die Windungen 172 sind induktiv mit korrespondierenden Windungen einer äußeren Spule in der äußeren Einrichtung gekoppelt. Das Stützteil 173 dient nicht nur zum Halten und Schützen des Kerns 171, sondern ebenso um die Windungen 172 der inneren Spule 170 zu tragen. Das Stützteil 173 ist vorzugsweise aus einem nichtmagnetischen, nichtleitenden Material gefertigt, welches nicht mit der Übertragung der Signale zwischen der inneren Spule 170 und der äußeren Einrichtung interferiert. Kunststoffe sind besonders geeignet für die Ausbildung des Stützteils 173. In der vorliegenden Ausführung ist das Stützteil 173 aus einem gegossenen Kunststoff. Das Stützteil 173 kann aus Paaren von äußeren Flanschen geformt werden, zwischen denen die Windungen 172 um das Stützteil 173 gewunden sein können. Der Kern 171 kann irgendeinen gewünschten Querschnitt aufweisen. In der vorliegenden Ausführung hat er einen kreisförmigen Querschnitt, aber viele andere Formen sind möglich.
Der Kern 171, besonders wenn er aus Eisen gemacht ist, neigt dazu sehr brüchig zu sein und kann nicht irgendeiner wesentlichen Biegebelastung standhalten. Daher ist das Stützteil 173 so gestaltet, dass sie den Kern 171 halten kann, um das Mass der Biegebelastung im Kern 171 zu minimieren. Aus diesem Grund hat das Stützteil 173 vorzugsweise eine größere Biegesteifigkeit als der Kern 171, so dass, wenn die Spulenhalteeinrichtung 160 Stößen ausgesetzt ist (so z.B. wenn ein Teil des Kabels 20, das die Spulenhalteeinrichtung 160 enthält, auf dem Deck des Schleppers abgeworfen wird) im Wesentlichen alle Trägheitskräfte durch das Stützteil 173 vermieden werden, so dass praktisch keine Biegebelastungen auf den Kern 171 ausgeübt werden.
Es ist nicht notwendig, dass das Stützteil 173 sich vollständig um den Umfang des Kerns 171 erstreckt, aber die Form das Stützteil 173 ist vorzugsweise so, dass das Stützteil 173 Trägheitskräften widerstehen kann, die in jeglicher Richtung normal zur Längsachse auf den Kern 171 ausgeübt werden, und dass die Kräfte derart abgehalten werden können, Biegebelastungen auf den Kern 171 auszuüben. Die Fig. 27a bis 27c zeigen Beispiele von anderen möglichen Formen des Stützteils 173. In Fig. 27a umfasst ein Stützteil 205 ein Paar C-förmiger Kanäle, die nahe um einen Kern 171 liegen. In Fig. 27b umfasst ein Stützteil 206 eine Vielzahl bogenförmiger Teile, die den Kern 171 nahe umgebend angeordnet sind und voneinander durch eine Lücke in der umgebenden Richtung getrennt sind. In Fig. 27c ist ein Stützteil 207 in Form eines Käfigs ausgebildet, der eine Vielzahl, um den Umfang des Kerns 171 voneinander beabstandeter Stäbe, umfasst, die sich in Längsrichtung des Kerns 171 erstrecken. In jedem Fall kann der Biegemodul des Stützteils so gewählt werden, dass das Stützteil vorzugsweise eine größere Biegesteifigkeit als der Kern 171 hat, und dass das Stützteil verhindern kann, dass Biegebelastungen auf den Kern 171 ausgeübt werden. Wie gesehen werden kann, kann das Stützteil jegliche Form haben, die es ihm erlaubt, den Kern 171 zu tragen und die Ausübung von Biegebelastungen auf den Kern 171 zu minimieren.
Der Kern 171 kann an dem Inneren des Stützteils 173 befestigt werden, bspw. durch einen verbindenden Wirkstoff oder einen Presssitz, vorzugsweise ist der Kern 171 aber innerhalb des Stützteils 173 in einer solchen Weise montiert, dass es ermöglicht wird, den Kern 171 ganz einfach einzufügen und zu ersetzen. In der vorliegenden Ausführung passt das Stützteil relativ leicht um den Kern 171, so dass der Kern 171 ganz einfach in und aus dem Stützteil 173 gleiten kann. Der Kern 171 wird durch geeignete Teile wie Gummistopfen 177, die fest in die Enden des Stützteils 173 eingepasst sein können, daran gehindert, unachtsam aus dem Stützteil 173 herauszufallen.
Jedes Stützteil 173 wird in einer korrespondierenden Tasche 165 durch eine Vielzahl von Pufferteilen 175 in einer solchen Weise getragen, dass das Stützteil 173 vom inneren Umfang der Tasche 165 jederzeit während des Gebrauchs des Kabels 20 beabstandet ist. Die Pufferteile 175 können jegliche Teile sein, die fähig sind, das Stützteil 173 in einer beabstandeten Stellung hinsichtlich zum inneren Umfang der Tasche 165 zu tragen, und die hinreichend verformbar sind, wenn die Halteeinrichtung 160 Deformationen ausgesetzt ist und die Wände der Taschen 165 verformt werden, und die erlauben, dass das Stützteil 173 nicht von den inneren Wänden der Tasche 165 berührt wird, wobei das Stützteil 173 und der Kern 171 während der Verbiegung der Halteeinrichtung 160 in jeder Richtung gerade und im Wesentlichen unbelastet verbleiben. Die Pufferteile 175 wirken vorzugsweise weiterhin, um das Stützteil 173 und den Kern 171 zu polstern und um das Maß der Beschleunigungen zu reduzieren, denen der Kern 171 erfahrungsgemäß während Stößen ausgesetzt ist.
Fig. 23 ist eine Draufsicht auf eines der Pufferteile 175. Es umfasst einen Ring aus einem elastischen Material wie Gummi, der eine Vielzahl von Überständen 176 auf seinem äußeren Umfang aufweist, um mit der inneren Umfangsfläche der Tasche 165 in Kontakt zu treten und um sich zu verformen, wenn die Halteeinrichtung 160 Biegungen unterliegt. Der innere Durchmesser der Pufferteile 175 ist groß genug, um das Stützteil 173 aufzunehmen, während der äußere Durchmesser an den Überständen 176 so gewählt wird, um eine gewünschte Passung zwischen den Pufferteilen 175 und der Tasche 165 zu gewährleisten. Um eine Vibration der inneren Spule 170 innerhalb der Tasche 165 zu reduzieren, kann es wünschenswert sein, dass die Pufferteile 175 bequem über das Stützteil 173 passen, und dass die Überstände 176 jedes Pufferteils 175 bequem an der inneren Umfangsfläche der Tasche 165 anliegen. Zu jeder Zeit ist die Festigkeit der Passung zwischen den Pufferteilen 175 und der Tasche 165 vorzugsweise so, dass die innere Spule 170 einfach in die Tasche 165 eingeführt und herausgenommen werden kann. Beispiele anderer Pufferteile umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, deformierbare Ringe mit eingeschnittenen Löchern, um ihre Deformierbarkeit zu vergrößern, Federn, die das Stützteil 173 in der Tasche 165 halten, und ein Gummistück oder ein anderes elastisches Material, welches um das Stützteil 173 gewickelt ist.
Während des Betriebs des Kabels 20 neigt die Halteeinrichtung 160 dazu, größten Belastungen ausgesetzt zu werden, wenn das Kabel 20 ausgelegt oder aufgerollt wird. Diese Belastungen können von verschiedener Art sein. Die Halteeinrichtung 160 wird großen Biegebelastungen ausgesetzt, wenn sie über eine Rolle auf dem Hinterdeck eines Schleppers gezogen und wenn das Kabel 20 ausgelegt oder eingezogen wird. Andere ausgeprägte Kräfte können auf die Halteeinrichtung 160 ausgeübt werden, wenn das Kabel 20 um eine Lagerungsrolle für die Lagerung, nachdem es über eine Winde gelaufen ist, aufgerollt wird, wobei zu dieser Zeit die Spulenhalteeinrichtung 160 nicht nur Biegemomenten ausgesetzt wird, sondern auch Stoßbelastungen durch Teile des Kabels 20, die über die Spulenhalteeinrichtung 160 gewickelt werden. Die Halteeinrichtung 160 kann ebenso Stößen ausgesetzt werden, wenn das Kabel 20 auf das Deck des Schleppers fällt. Gemäß den Werten der erwarteten Belastungen, die auf die Spulenhaiteeinrichtung 160 ausgeübt werden, kann die Steifigkeit der Halteeinrichtung 160 und die Beabstandung der Wände aller Taschen 165 von den Stützteilen 173 der inneren Spulen 170, die innerhalb der Taschen 165 angeordnet sind, so gewählt werden, dass die Seiten der Taschen 165 zu keiner Zeit des Gebrauchs des Kabels 20 in Kontakt mit den Stützteilen 173 kommen. Fig. 24 zeigt ein Beispiel einer Biegebelastung, die auf die Spulenhalteeinrichtung 160 ausgeübt wird, wenn sie über eine Rolle auf Deck eines Schleppers läuft. Mit dem Ruhen der Halteeinrichtung 160 auf einer Stahlrolle 185, die einen Durchmesser von 18 Zoll hat (ein typischer Durchmesser einer Rolle auf dem Hinterdeck eines Schleppers), kann eine Spannungsbelastung von 4500 Pfund auf die Halteeinrichtung 160 bei einem Winkel von bspw. 25 Grad, hinsichtlich der Längsachse der Halteeinrichtung 160, ausgeübt werden. Bei diesen Bedingungen berühren die Wände der Taschen 165 der Halteeinrichtung 160 vorzugsweise nicht das Stützteil 173 der inneren Spulen 170, und die Kerne 171 werden nicht einer ausgeprägten Biegebelastung ausgesetzt. Weiterhin ist die Spulenhalteeinrichtung 160 vorzugsweise in der Lage, einem Fall aus einem Meter Höhe, bspw. auf eine harte Oberfläche zu widerstehen, ohne dass der Kern 171 der in einer Spule 170 enthalten ist, Schaden nimmt. Ein Beispiel einer Stoßbelastung, die die Spulenhalteeinrichtung 160 vorzugsweise ohne Schaden der inneren Spulen 170, die in ihrem Inneren angeordnet sind, aushalten kann, ist eine 4500 Pfund Stoßbelastung, die mit einem Metallzylinder, der 3 Zoll Durchmesser aufweist und der unter einem Winkel von 20 Grad hinsichtlich der Achse der Spulenhalteeinrichtung 160 orientiert ist, aufgebracht wird.
Eines oder mehrere zugefügte Pufferteile können verwendet werden, um die Längsenden des Kerns 171 gegen Stöße zu schützen. In der vorliegenden Ausführung dienen die Stopfen 177, die den Kern 171 davon abhalten aus dem Stützteil 173 herauszufallen, dieser Funktion und dienen auch als elastische Puffer für die Längsenden des Kerns 171.
Die Enden der Windungen 172 der inneren Spule 170 können mit dem Äußeren der Taschen 175 in jeglicher geeigneter Art verbunden werden. Die gezeigte innere Spule 170 schließt einen Stopfen 178 ein, der das offene Ende der Tasche 165 flüssigkeitsdicht abdichtet. Der Stopfen 178 schließt einen elektrischen Isolierungskörper und ein Dichtungsteil 179, wie einen O-Ring ein, der auf dem Körper montiert ist und eine Dichtung gegen die inneren Wände der Tasche 165 bildet. Der Stopfen 178 ist um eine Vielzahl von äußeren Leitungen 181 gewickelt, die elektrisch mit einem Leitungsbündel oder anderen Teilen innerhalb des Kabels 20 verbunden sein können. Die inneren Enden der Leitungen 181 sind elektrisch mit den Enden der Windungen 172 der inneren Spule 170 bspw. durch Löten verbunden. Eine Schleife 180 ist an dem äußeren Ende des Stopfens 178 befestigt, um einen Verwender beim Entfernen der inneren Spule 170 aus der Tasche 165 ohne Zug auf die Leitungen zu unterstützen. Die innere Spule 170 kann innerhalb der Tasche 165 in jeglicher gewünschten Art aufbewahrt werden. In der vorliegenden Ausführung passt ein entfernbarer Aufbewahrungsring 182 (wie ein C-Ring) in eine Ausbuchtung, die im offenen Ende der Tasche 165, welche am äußeren Ende der Halteeinrichtung 160 angelehnt ist, ausgebildet ist, um der Längsbewegung der inneren Spule 170 zu widerstehen.
Die Fig. 25 und 26 zeigen eine weitere Ausführung einer Spulenhalteeinrichtung 190 gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie die vorigen Ausführungen, hat diese Halteeinrichtung 190 eins im allgemeinen zylindrische äußere Umfangsfläche und eine zylindrische zentrale Bohrung 191, durch die ein Leitungsbündel eines Kabels 20 hindurchgehen kann. Die Halteeinrichtung 190 kann aus den gleichen Materialien, die für die vorigen Ausführungen üblich sind, gebildet sein. Längslöcher 192 für Belastungsteile für das Kabel 20 können in der Halteeinrichtung 190 zwischen seinen gegenüberliegenden Längsenden angeordnet sein, wenn die Spulenhalteeinrichtung 190 mit einem Kabel 20 verwendet wird, welches viele Belastungsteile und radiale Löcher 193 für das Einbringen eines verbindenden Wirkstoffs aufweist, welche sich zwischen den Längslöchern 192 und der äußeren Umfangsfläche der Halteeinrichtung 190 erstrecken.
Die Halteeinrichtung 190 schließt eine oder mehrere Taschen 195 ein, von denen jede so groß ist, dass sie eine innere Spule 170 aufnehmen kann, welche von ihrer Struktur her die gleiche sein kann, wie die innere Spule 170 aus Fig. 22. Im Gegensatz zu den Taschen 165 der Ausführung nach Fig. 20 öffnet sich jede der Taschen 195 dieser Ausführung zur äußeren Umfangsfläche der Halteeinrichtung 190 und ist mit einer abnehmbaren Abdeckung 200, um die Tasche 195 abzuschließen, versehen.
Jede Tasche 195 erstreckt sich in Längsrichtung der Halteeinrichtung 190 und hat einen gewöhnlich rechtwinkligen Umfang in der Draufsicht. Die Taschen 195 dürfen jegliche Querschnittsfläche haben, die es ihnen erlaubt, die inneren Spulen 170 aufzunehmen. In dieser Ausführung hat jede Tasche 195 ein radial inneres Teil mit einem halbkreisförmigen Querschnitt und einem radial äußeren Teil mit parallelen Seiten und einem grob rechtwinkligen Querschnitt. Ein Sims 196 schließt am halbkreisförmigen Teil an, um die Position der Abdeckung 200 in radialer Richtung der Halteeinrichtung 190 zu begrenzen.
Jede Abdeckung 200 ist vorzugsweise in der Lage, die Taschen 195 flüssigkeitsdicht abzudichten. In der vorliegenden Ausführung ist jede Abdeckung 200 mit einem Dichtungsteil in Form eines Polymerdichtrings 201 versehen, der in einer Aussparung liegt, die sich um den Umfang der Abdeckung 200 erstreckt. Der Dichtring 201 wird in dichtendem Kontakt an die Wände der Tasche 195 gedrückt, wenn die Abdeckung 200 in die Tasche 195 eingefügt wird.
Die Form der Taschen 195 darf entlang ihrer Länge variieren. In der vorliegenden Ausführung, wie sie in Fig. 25 gezeigt ist, schließen jede Tasche 195 und die innere Oberfläche jeder Abdeckung 200 zwei ausgesparte Teile 197 bzw. 200 ein, um die Pufferteile 175 der inneren Spulen aufzunehmen, wobei die ausgesparten Teile 197 und 200 durch Flächen getrennt sind. Die Flächen überlappen die Pufferteile 175 in radialer Richtung der Halteeinrichtung 190, so dass sie der Längsbewegung der Pufferteile 175 entgegenstehen und die Stellung der inneren Spule 170 innerhalb der Tasche 195 unterstützen.
Die Dimensionen der Tasche 195 können in Abstimmung mit der gewünschten Festigkeit der Passung zwischen den Pufferteilen 175 und den Taschen 195 gewählt werden. Bspw. können die Dimensionen der Tasche 195 so sein, dass die Überstände 176 der Pufferteile 175 bequem gegen die innere Oberfläche der Tasche 195 und der Abdeckung 200 gedrückt werden können, oder sie sogar etwas zusammengedrückt sind, wenn die innere Spule 170 innerhalb der Tasche 195 angeordnet ist und die Abdeckung 200 geschlossen ist.
Die Enden der Windungen 172 jeder inneren Spule 170 kommunizieren mit der Außenseite der Tasche 195 durch ein Verbindungsloch 198, das sich zwischen einem Längsende der Tasche 195 und einem Längsende der Oberfläche der Halteeinrichtung 190 erstreckt. Leitungen 181, die elektrisch mit dem Leitungsbündel oder anderen Teilen auf dem Äußeren der Halteeinrichtung 190 verbunden sind, laufen durch das Verbindungsloch 198 und sind elektrisch mit den Enden der Windungen 172 der inneren Spule 170 bspw. durch Löten verbunden. Wenn es gewünscht ist, die Taschen 195 gegen Flüssigkeit abzudichten, kann jedes der Verbindungslöcher 198 mit einem geeigneten Dichtungsmaterial 199 gefüllt werden. Bspw. können sie mit einem Vergussmaterial oder einem Bindemittel gefüllt werden, nachdem die Leitungen 181 durch sie hindurchgeführt wurden. Das Dichtungsmaterial 199 kann ebenso verwendet werden, um die Leitungen in den Löchern 198 zu verankern, um zu verhindern, dass Belastungen über die Leitungen zu den Windungen 172 der inneren Spulen 170 übertragen werden.
Wie in der vorhergehenden Ausführung halten die Pufferteile 175 vorzugsweise den Kern 171 und das Stützteil 173 jeder Spule 170, so dass das Stützteil 173 zu keiner Zeit während der Verwendung des Kabels 20 in Kontakt mit der inneren Oberfläche der Tasche 195 oder der Abdeckung 200 kommt, so dass der Kern 171 keinerlei Biegebelastungen erfährt. Die Spulenhalteeinrichtung 190 ist vorzugsweise in der Lage, die Spule 170 vor Stoßbelastungen und Schlägen zu schützen, ebenso wie es die Spulenhalteeinrichtung 160 aus Fig. 25 kann.
Ein Unterwasserkabel, welches in seiner Gesamtheit mehrere Meilen lang sein kann, wird gewöhlich von einer Vielzahl von einzelnen Segmenten gebildet, welche in Serie miteinander verbunden werden können, um ein Kabel der gewünschten Länge zu bilden. Ein Kabelsegment, welches eine Halteeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung aufnimmt, kann in folgender Weise aneinandergereiht werden. Die Belastungsteile sind auf einer flachen Oberfläche angeordnet und jedes Belastungsteil wird durch ein korrespondierendes Loch in der Halteeinrichtung geführt. Die Halteeinrichtung wird dann entlang der Belastungsteile zu einer gewünschten Stelle gelegt und dann mit den Belastungsteilen verbunden. In der vorliegenden Ausführung kann die Verbindung durch Einfügen eines Bindemittels durch die radialen Löcher, die sich zwischen den Löchern für die Belastungsteile und der äußeren Oberfläche der Halteeinrichtung erstrecken, bewirkt werden. Andere nicht gezeigte Komponenten, wie sie typischerweise in einem Unterwasserkabel verwendet werden, dürfen entlang der Belastungsteile in einer ähnlichen Weise an geeigneten Orten positioniert werden. Ein Leitungsbündel wird dann durch die zentrale Bohrung der Halteeinrichtung geführt, und die Leitungen der inneren Spulen 170 werden mit den benachbarten Leitungen im Leitungsbündel verbunden. Nachdem die inneren Spulen 170 und weitere Komponenten elektrisch mit dem Leitungsbündel verbunden worden sind, wird die gesamte Anordnung durch die Innenseite einer leeren Kabelhülle gezogen, die typischerweise 50 bis 100 Meter lang ist. Beide Enden der Hülle sind durch ein passendes Schott begrenzt. Ein Vakuum wird auf eines der Schotts beaufschlagt, um die Luft aus dem Kabelsegment zu saugen, eine auftriebsanpassende Flüssigkeit, sofern sie verwendet wird, wird in die Hülle durch das andere Schott eingeführt. Auf diese Weise kann die Hülle komplett mit der auftriebsanpassenden Flüssigkeit gefüllt werden. Die Hülle des Kabelsegments ist flexibel, so dass sie einem gewünschten Durchmesser und einem spezifischen Gewicht durch Variierung des Drucks der auftriebsanpassenden Flüssigkeit angepasst werden kann. Wenn ein geeigneter Durchmesser erreicht ist, werden beide Schotts abgedichtet. Das Kabelsegment ist nun fertig, um mit einem anderen Kabelsegment entweder direkt oder durch die Vermittlung eines Bandlaufwerkelektronikmoduls (SEM) verbunden zu werden, um das gesamte Kabel aneinanderzufügen.
Die Fig. 28 bis 30 zeigen eine andere Ausführung einer Spulenhalteeinrichtung. Die gesamte Struktur dieser Ausführung ist ähnlich zu der der vorherigen Ausführungen. Wie diese Ausführungen ist diese Spulenhalteeinrichtung 210 ein üblicherweise zylindrisches Teil, welches eine zentrale Bohrung 211 aufweist, durch die das Leitungsbündel hindurchgehen kann, und enthält eine Vielzahl von sich längs erstreckenden Löchern 213, die um die zentrale Bohrung 211 entlang der gesamten Länge der Halteeinrichtung 210 ausgebildet sind, die die Belastungsteile aufnehmen. Eine Aussparung 215 ist in der äußersten Umfangsfläche der Halteeinrichtung 210 ausgebildet, um in Eingriff mit einem korrespondierenden Vorsprung eines Teils einer äußeren Einrichtung, die die Halteeinrichtung 210 umgibt, zu kommen, und eine oder mehrere sich längs erstreckende Aussparungen 216 sind in der äußeren Oberfläche der Halteeinrichtung 210 ausgebildet, um den Flüssigkeitsdruck an den gegenüberliegenden Enden der Halteeinrichtung 210 zu nivellieren und zu verhindern, dass Luft zwischen der Halteeinrichtung 210 und der Hülle des Kabels eingeschlossen wird. Ein Verstärkungsteil, wie ein aus Titan gefertigtes Metallverstärkungsrohr 212, kann mit der inneren Oberfläche der zentralen Bohrung 211 durch ein Bindemittel, durch Presspassung oder nach einer anderen gängigen Methode verbünden werden, um die Biegesteifigkeit der Halteeinrichtung 210 zu erhöhen.
Die Halteeinrichtung 210 ist mit einer oder mehreren Taschen 220 für die Aufnahme der inneren Spule 225 versehen. Im Gegensatz zu den Taschen der vorherigen Ausführungen, sind diese Taschen 220 bezüglich dem Äußeren der Spulenhalteeinrichtung 210 nicht abgedichtet. Jede Tasche 220 hat eine Öffnung in ihrem radial äußeren Teil, durch welche eine der inneren Spulen 225 in der Tasche 220 installiert werden kann. Dadurch, dass die Öffnung nicht mit einer Abdeckung abgeschlossen werden kann, wie es in der Ausführung nach Fig. 20 gezeigt ist, können die inneren Spulen 220 den äußeren Spulen sehr nahe angeordnet werden, was sich in einer guten induktiven Ankopplung auswirkt.
Die inneren Spulen 225 in dieser Ausführung haben eine etwas unterschiedliche Struktur gegenüber den inneren Spulen 170 der vorherigen Ausführungen. Jede innere Spule 225 umfasst einen verlängerten Eisenkern 226 und einen oder mehrere nicht gezeigte Windungen, welche um den Mittelteil der Spule gewickelt sind. Der Kern 226 hat einen üblicherweise trapezförmigen Querschnitt, wobei die Grundseite des Trapezes (die Seite, die die größte Länge hat) von der Längsachse der Halteeinrichtung 210 abgewandt und gegen die offene Seite der Tasche 220 gerichtet ist. Eine oder mehrere Leitungen 229 sind mit den Enden der Windung der Spule 225 verbunden. Die Leitungen 229 können mit den Leitungen 229 der äußeren Spule 225 oder mit dem Leitungsbündel, welches durch das Zentrum der Halteeinrichtung 210 geht, verbunden werden. Um eine größere Stabilität zu ermöglichen und die Spule 225 vor der Umgebung zu schützen, sind der Kern 226 und die Windung in einem Harz 227 eingeschlossen, wobei eine Standardtechnik verwendet wird, um eine wasserdichte Packung zu erhalten, bei der nur die Leitungen 229 aus der Packung nach außen geführt werden.
Die Leitungen 229 der inneren Spulen 225 können mit dem Leitungsbündel oder mit anderen Teilen außerhalb der Halteeinrichtung 210 in jeder gewünschten Art verbunden sein. Bspw. könnten Löcher für die Leitungen direkt zwischen den Taschen 220 für die Spulen 225 und der Bohrung 211 im Zentrum der Halteeinrichtung 210 ausgebildet sein. Jedoch, da die zentrale Bohrung 211 häufig ziemlich schmal in ihrem Durchmesser und die Innenseite daher schwer von Hand zu erreichen ist, werden in der vorliegenden Ausführung elektrische Verbindungen zwischen den Spulen 225 und äußeren Leitungen durch eine axiale Endoberfläche der Halteeinrichtung 210 ausgeführt. Wie in Fig. 29 gezeigt ist, ist jede Tasche 220 mit einer axialen Endoberfläche der Halteeinrichtung 210 durch ein korrespondierendes, sich axial erstreckendes Loch 222 verbunden.
Die Spulenleitungen 229 gehen durch das Loch 222 und sind mit dem Leitungsbündel auf der Außenseite der Halteeinrichtung 210 verbunden. Das Loch 222 verkleinert sich in der Fläche von den Taschen 220 gegen das axiale Ende der Halteeinrichtung 210, und ein Stopfen 230, der größer als das äußere Ende des Lochs 222 aber kleiner als das innere Ende des Lochs 222 ist, das mit der Tasche 220 kommuniziert, kann mit den Leitungen 220 befestigt werden und innerhalb des Lochs 222 angeordnet sein. Wenn eine Spannungskraft auf der Außenseite der Halteeinrichtung 210 auf die Enden der Leitungen 229 gegeben wird, verhindert die Presspassung zwischen dem Stopfen 230 und dem kleinen Ende des Lochs 222, dass die Spannungskraft auf die Spule 225 übertragen wird. Der Stopfen 230 kann von jeglicher gewünschten Struktur sein. In dieser Ausführung umfasst der Stopfen 230 einen Polymerwulst, der um die Leitungen 229 gefaltet ist. Die äußeren Enden der Leitungen 229 auf dem Äußeren der Halteeinrichtung 210 können mit den inneren Leitungen so verbunden sein, wie die Leitungsbündel, die durch das Zentrum der Halteeinrichtung 210 gehen. Andere Methoden, wie das Zementieren der Leitungen 229 im Inneren des Lochs 222, können verwendet werden, um äußere Kräfte davon abzuhalten, auf die Spule 225 über die Leitungen 229 übertragen zu werden, aber die Verwendung eines Stopfens 230 ist besonders vorteilhaft, weil er ermöglicht, dass die Spule 225 komplett aus der Tasche 220 zum Austauschen herausgenommen werden kann. Ein Schlitz 221, der sich entlang des Verstärkungsrohrs 212 erstreckt, ist in der Grundfläche der Tasche 220 an dem Ende der Tasche 220 ausgebildet, das am Loch 222 für die Aufnahme der Leitungen 229 angrenzt, die aus dem einschließenden Harz 227 auf der Grundseite der Spule 225 heraustreten.
Jede innere Spule 225 wird in ihrer Tasche 220 durch Pufferteile 231 getragen, die die Spule 225 in der Tasche 220 tragen, ohne dass die Spule 225 in festen Kontakt mit den Wänden der Tasche 220 kommt. Vorzugsweise wird jede innere Spule 225 durch die Pufferteile 231 so getragen, dass sie von allen Seiten der Tasche 220 beabstandet sind. Wünschenswert und charakteristisch für das Pufferteil 231 ist, dass es elektrisch nicht leitend, nicht brennbar und nicht löslich in Substanzen wie Wasser oder der auftriebsanpassenden Flüssigkeit ist, die es während der Verwendung berühren, und dass es im Laufe der Zeit im Temperaturbereich von -5 Grad bis 85 Grad, in dem es eingesetzt wird, oder wenn es ultraviolettem Licht ausgesetzt ist, nicht härtet. Es bewirkt vorzugsweise einen Schlagschutz der inneren Spule. Im Besonderen, wenn die Taschen 220 zur äußeren Oberfläche der Halteeinrichtung 210 geöffnet sind, ist das Pufferteil 231 vorzugsweise resistent gegen einen Durchbruch der auftriebsanpassenden Flüssigkeit, die typischerweise das Kabel füllt. Wenn die auftriebsanpassende Flüssigkeit ein Öl auf Kerosinbasis ist, welches hochgradig korrosiv gegenüber einigen Polymeren wirkt, ist ein besonders geeignetes Pufferteil 231 eine elektrisch isolierende Pakkungsschmiere, die von Ohio Industries unter dem Handelsnamen Fuel Lube erhältlich ist. Dies ist eine Zinkseife mit einem Plastifizierer und auf Basis eines Laufrollenöls, welches allgemein in der Flugzeugindustrie bei Ventildichtungen oder für die Schmierung von Hydraulik- und Treibstoffarmaturen eingesetzt wird.
Das Pufferteil 231 darf teilweise oder komplett das Innere der Tasche 220, die die Spule umgibt, füllen. Es wurde gefunden, dass wenn ein Gel, wie Fuel Lube, als Pufferteil 231 verwendet wird, es ausreichend ist, eine kleine Menge zu verwenden, wie ein Kügelchen an bestimmten Stellen auf den Seitenwänden der Tasche 220, jedes Kügelchen bildet ein kleines Kissen, das die Spule trägt. Die Verwendung kleiner Mengen an bestimmten Stellen ist vorteilhaft vom Gesichtspunkt der einfachen Anwendung her. Die Dicke des Pufferteils 231 ist nicht problematisch und es wurde gefunden, dass nur etwa 0,04 Zoll Fuel Lube gute Resultate ergibt.
Die Spulenhalteeinrichtung 210 nach Fig. 28 ist nicht auf den Einsatz bestimmter Typen innerer Spulen beschränkt, bspw. können Spulen 170 wie die, die in Fig. 22 gezeigt werden, ebenso verwendet werden.
Nachdem die inneren Spulen 225 in den Taschen 220 installiert wurden, kann die Umgebung der Halteeinrichtung 210 von einem dünnwandigen Material umgeben werden, um die Spulen 225 in den Taschen 220 aufzubewahren und es zu vereinfachen, die Halteeinrichtung 210 handzuhaben. Bspw. kann die Halteeinrichtung 210 in einer Schrumpfverpackung 218 gepackt werden oder mit einem adhäsiven Band umwickelt werden. Solch eine Verpackung ist nicht magnetisch und äußerst dünn, so dass es den Betrieb der Halteeinrichtung 210 nicht beeinträchtigt. Wenn die Schrumpfverpackung 218 verwendet wird, kann die Halteeinrichtung 210 mit einer sich umfänglich erstreckenden Einbuchtung 217 versehen werden, die in ihrer äußeren Oberfläche neben jedem Ende, das die Enden der Schrumpfverpackung 218 aufnimmt, ausgebildet ist. Diese Einbuchtungen 217 schützen die Enden der Schrumpfverpackung 218 und verhindern, dass die Schrumpfverpackung 218 von der Halteeinrichtung 210 während des Einfügens der Halteeinrichtung 210 in ein Unterwasserkabel 20 losgerissen wird.
In den vorigen Ausführungen werden die äußeren Spulen in der äußeren Einrichtung stationär hinsichtlich der inneren Spulen innerhalb des Unterwasserkabels gehalten, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf eine solche Anordnung eingeschränkt. Die Fig. 31 und 32 zeigen schematisch eine Ausführung einer äußeren Einrichtung 250 gemäß der vorliegenden Erfindung, die drehbar auf dem Unterwasserkabel 20 so montiert ist, dass die äußeren Spulen 252 der äußeren Einrichtung 250 beweglich hinsichtlich nicht gezeigter innerer Spulen innerhalb des Kabels 20 sind.
Die äußere Einrichtung 250 kann auf dem Kabel 20 in jeglicher gewünschter Weise drehbar montiert sein. In der vorliegenden Ausführung ist sie mit dem Kabel 20 mittels eines inneren Rings 240, der um das Kabel 20 herumgeklemmt ist, und eines äußeren Rings 245, der drehbar auf dem inneren Ring 240 montiert ist, verbunden. Der innere Ring 240 darf jegliche Struktur haben, die es ihm erlaubt, in einer konstanten Stellung in Längsrichtung des Kabels 20 zu verbleiben. In der vorliegenden Ausführung hat der innere Ring 240 eine Struktur, die ähnlich zum Klemmteil der Ausführung gemäß Fig. 3 ist. Sie schließt eine Vielzahl von bogenförmigen Teilen 241 (wie zwei halbzylindrische Teile) ein, die miteinander so verbunden sind, dass sie sich um den gesamten Umfang des Kabels 20 erstrekken. Die Teile 241 können so miteinander in jeglicher Weise miteinander verbunden werden, bspw. durch Schrauben oder Scharniere, wie jene, die in US-Patent Nr. 5,529,011 beschrieben sind und entfernbare Drehachsen haben. Die innere Oberfläche des inneren Rings 240 darf direkt die äußere Oberfläche des Kabels 20 berühren, oder sie kann mit abnehmbaren Einlagen wie jenen versehen sein, die in der vorigen Ausführung verwendet werden, die die Spulenhalteeinrichtung 260 greifen und dabei die relative Bewegung zwischen dem inneren Ring 240 und der Spulenhalteeinrichtung 260 in Längsrichtung des Kabels 20 verhindern. In der vorliegenden Ausführung wurden Einlagen weggelassen, und der innere Umfang der Teile 241 des inneren Rings 240 ist so geformt, dass er die Spulenhalteeinrichtung 260 umgibt und so greift, dass eine relative Bewegung des inneren Rings 240 und der Spulenhalteeinrichtung 260 in Längsrichtung des Kabels 20 vermieden wird. Der innere Umfang des inneren Rings 240 darf auch geformt sein, um andere Arten relativer Bewegungen zu verhindern, so dass die Längsachse der Spulenhalteeinrichtung 260 stationär hinsichtlich der Längsachse des inneren Rings 240 gehalten wird. Es ist vorgesehen, dass der innere Ring 240 auf dem Kabel 20 verbleibt, wenn das Kabel 20 auf einer Trommel gelagert wird, so dass er vorzugsweise aus einem stoßfesten Material gefertigt ist. Weiterhin, wenn er zwischen den inneren Spulen innerhalb des Kabels 20 und den äußeren Spulen 251 angeordnet ist, ist er vorzugsweise aus einem Material gefertigt, welches nicht mit der induktiven Kopplung der Spulen interferiert. Kunststoffe sind besonders geeignet für den inneren Ring 240.
Der äußere Ring 245 kann jegliche Form haben, die es ihm erlaubt, sich hinsichtlich des inneren Rings 240 zu drehen, während er die äußere Einrichtung 250 trägt. Wenn es vorgesehen ist, dass die äußere Einrichtung 250 vom Kabel 20 abgenommen wird, bevor das Kabel 20 auf eine Trommel gewickelt wird, ist der äußere Ring 245 vorzugweise von einer Art, die vollständig vom inneren Ring 240 abgenommen werden kann, so dass die äußere Einrichtung 250 vom Kabel 20 durch Entfernen der äußeren Einrichtung 250 und des äußeren Rings 245 als Einheit abgenommen werden kann. Zum Beispiel kann der äußere Ring 245 eine Vielzahl von bogenförmigen Teilen umfassen, die drehbar miteinander durch Scharniere 246 verbunden sind. Ein Beispiel einer besonders geeigneten Struktur des äußeren Rings 245 ist eine Scharnierstruktur, wie sie im US-Patent Nr. 5,529,011 erwähnt wird, in welchem ein Ring ein oder mehrere Scharniere hat, welche Drehachsen aufweisen, die ohne den Einsatz von Werkzeugen herausgezogen werden können und so ermöglichen, dass der Ring geöffnet wird.
Die äußere Einrichtung 250 ist nicht auf einen besonderen Typ eingeschränkt, wie er schematisch in den Zeichnungen gezeigt ist. Die äußere Einrichtung 250 ist vorzugsweise steif mit dem äußeren Ring 245 verbunden und darf integral auf einem Teil des äußeren Rings 245 ausgebildet sein, um zu ermöglichen, dass der äußere Ring 245 und die äußere Einrichtung 250 als einzelne Einheit auf dem Kabel 20 installiert oder von ihm weggenommen werden können. Die äußeren Spulen 252 für die Energieversorgung der äußeren Einrichtung 250 können in jeglicher Stellung angeordnet werden, in der sie induktiv an die inneren Spulen in der Spulenhalteeinrichtung 260 ankoppeln können. Vorzugsweise sind die äußeren Spulen 252 so nah wie möglich zu den inneren Spulen angeordnet. Zum Beispiel, wie in den Fig. 31 und 32 gezeigt ist, können äußere Spulen 252 innerhalb des äußeren Rings 245 angeordnet sein. Wie in den vorigen Ausführungen wird die elektrische Energie für den Betrieb der äußeren Einrichtung 250 komplett durch die äußeren Spulen 252 geliefert, so dass es nicht notwendig ist, die äußere Einrichtung 250 mit einer Batterie für normalen Betrieb zu versehen.
Die inneren Spulen werden durch eine Spulenhalteeinrichtung 260 getragen, die in ihrer Struktur ähnlich den oben beschriebenen Ausführungen der Spulenhalteeinrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung sein kann. Die komplette Struktur der gezeigten Halteeinrichtung 260 ist der Halteeinrichtung gemäß Fig. 21 ähnlich. Da die äußeren Spulen 252 sich hinsichtlich der inneren Spulen bewegen können, ist es nicht notwendig, die Drehung der Spulenhalteeinrichtung 260 hinsichtlich der Längsachse des Kabels 20 zu verhindern. Daher wurde eine Aussparung im äußeren Umfang der Halteeinrichtung 260 für den Eingriff mit einer Ausstülpung einer äußeren Einrichtung weggelassen, obwohl solch eine Aussparung vorgesehen werden kann, ohne den Betrieb der Halteeinrichtung 260 zu beeinträchtigen. Die gezeigte Halteeinrichtung 260 hat drei Längslöcher 262, um die Belastungsteile aufzunehmen, jedoch kann die Anzahl gemäß dem Typ des Kabels 20 verändert werden, mit welchem sie verwendet wird.
Da die äußeren Spulen 252 in der äußeren Einrichtung 250 sich frei hinsichtlich der inneren Spulen in der Spulenhalteeinrichtung 260 bewegen können, ist die Anzahl der inneren und äußeren Spulen vorzugsweise so gewählt, dass ungeachtet des Winkels der Drehung der äußeren Einrichtung 250 hinsichtlich der Spulenhalteeinrichtung 260 jederzeit eine gute induktive Ankopplung zwischen einer der inneren Spulen und einer der äußeren Spulen 225 vorliegt. In der vorliegenden Ausführung beinhaltet die äußere Einrichtung 250 eine einzelne äußere Spule 252, und die Spulenhalteeinrichtung 260 weist sechs Taschen 263 für sechs innere Spulen auf, die um eine zentrale Bohrung 261 ausgebildet sind. Die Taschen 263 sind so positioniert, dass deren winklige Beabstandung, die von der Längsachse der Halteeinrichtung 260 gemessen wird, um den Umfang der Halteeinrichtung 260 zwischen je zwei unmittelbar angrenzenden Taschen 263 oder zwischen einer Tasche 263 und einem unmittelbar angrenzenden Längsloch 262 für ein Belastungsteil konstant ist. Wie die vorherigen Ausführungen kann die Spulenhalteeinrichtung 260 ein oder mehrere longitudinale Ausbuchtungen 264 für " die Angleichung des Drucks zwischen den gegenüberliegenden Enden der Spulenhalteeinrichtung 260 in ihrer äußeren Oberfläche umfassen.
Die Struktur der inneren und äußeren Spulen ist nicht problematisch und kann die gleiche wie in einer der vorherigen Ausführungen sein.
In den vorherigen Ausführungen sind eine oder mehrere innere Spulen innerhalb der Spulenhalteeinrichtung 260 untergebracht, aber eine Spulenhalteeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann ebenso ohne Spule verwendet werden, um eine äußere Einrichtung bezüglich eines Kabels zu positionieren, in dem die Spulenhalteeinrichtung installiert ist.
Die Fig. 33 und 34 sind Blockdiagramme eines Beispiels eines Regelsystems, dass in einer äußeren Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung für die Regelung des Betriebs der äußeren Einrichtung installiert werden kann. Das Regelsystem umfasst einen Mikroprozessor 304 (bspw. einen Motorola 68H C11 Mikroregler) für die gesamte Regelung. Es umfasst ebenso eine Energieversorgung 300, die die elektrische Energie von den äußeren Spulen 307 der äußeren Einrichtung erhält und möglicherweise von einer Batterie, sofern sie in der äußeren Vorrichtung vorhanden ist. Die äußeren Spulen 307 erzeugen Wechselstrom, wobei elektrische Komponenten der äußeren Einrichtung Gleichstrom benötigen könnten. Daher ist die Stromversorgung 300 vorzugsweise in der Lage, Wechselstrom von einer äußeren Spule 307 in Gleichstrom umzuwandeln. Jegliche Anordnung, die in der Lage ist, diese Funktion zu gewährleisten, kann ausgeführt sein. In der gezeigten Ausführung umfasst die Stromversorgung 300 einen Ganzwellenbrückengleichrichter 361, der mit den äußeren Spulen 307 zur Gleichrichtung des Wechselstromsignals der äußeren Spulen 307 und einem Kondensator 365 für die Glättung des gleichgerichteten Signals in ein Gleichstromsignal (Vpwr) verbunden ist. Ein Strombegrenzer kann mit der Stromversorgung 300 verbunden sein, um den Strom zu begrenzen, der vom Unterwasserkabel über die äußeren Spulen 307 gezogen werden kann. Das Gleichstromsignal kann demnach bspw. durch einen Gleichspannungsregler 310, wie einen Gleichstrom - Gleichstrom - Konverter reguliert werden, um die Stromkreise die in der äußeren Einrichtung enthalten sind, mit Betriebsstrom zu versorgen.
Wenn die äußere Einrichtung eine oder mehrere Batterien 312 umfasst, ist vorzugsweise ein Batterieladegerät 311 vorgesehen, um die Batterie 312 wieder zu beladen. Die Batterie 312 kann verwendet werden, um den Betriebsstrom für den Fall bereitzustellen, dass kein Strom über die äußeren Spulen 307 über das Unterwasserkabel erhältlich ist. Die Batterien 312 können in einen Betriebsmodus geschaltet werden, bspw. durch eine Diode oder einen elektronischen Schalter 321. Wenn ein elektronischer Schalter 321 verwendet wird, umfasst das Batterieladegerät vorzugsweise einen Niederspannungsdetektor, der ein Signal niedriger Spannung zum Mikroprozessor 304 ausgibt. Der Mikroprozessor 304 kann dann den elektronischen Schalter 321 als Reaktion auf die Detektion des niedrigen Spannungssignals aktivieren. Alternativ kann der Mikroprozessor 304 eine niedrige Spannung direkt über einen Analog-/Digitalkonverter 314 detektieren. Als eine andere Alternative kann der elektronische Schalter 321 direkt durch den Spannungsdetektor des Batterieladegeräts 311 geregelt werden, bspw. durch eine Niedrigspannungszustand.
Der Analog-/Digitalkonverter 314 kann eine Spannung vom Eingang zum Spannungsregler 310 und eine unterschiedliche Spannung vom Ausgang des Spannungsreglers 310 empfangen. Auf diese Weise kann der Mikroprozessor 304 die empfangene Spannung vom Unterwasserkabel ebenso regeln, wie die Spannung, die von der Batterie 312 geliefert wird (wenn sie vorhanden und aktiv ist). Der Spannungsregler 310 umfasst vorzugsweise einen Abschaltmodus, der verwendet werden kann, um den Eingang vom Ausgang zu isolieren, wenn der Strom am Eingang nicht zum Spannungsregler 310 adäquat ist. Der Mikroprozessor 304 kann einen oder mehrere Stromkreise 400 innerhalb der äußeren Einrichtung regeln, basierend auf den Spannungswerten, die vom Analog-/Digitalkonverter 314 detektiert werden.
Der Analog-/Digitalkonverter 314 kann mit dem Mikroprozessor 304 integriert sein, bspw. mit dem Motorola 68H C11, oder er kann eine separate Einheit bilden, die mit dem Mikroprozessor 304 gekoppelt ist. Wie detaillierter unten beschrieben wird, kann der Anlalog-/Digitalkonverter 314 durch den Mikroprozessor 304 verwendet werden, um verschiedene Vorgänge durch einen oder mehrere Stromkreise 400, die innerhalb der äußeren Einrichtung angeordnet sind, zu starten.
Ein Anschalt-/Rücksetzkreis 313 kann verwendet werden, um die elektrische Einrichtung 315 zurückzusetzen, wenn der Betriebsstrom vom Unterwasserkabel verloren sein sollte und die Batterie nicht vorhanden oder vorhanden aber nicht in Betrieb sein sollte.
Das Regelungssystem kann ebenso Empfangskreise auswärtiger Daten 301 und Treiberkreise inwärtiger Daten 303 umfassen, die mit Codierungs- /Entcodierungskreisen 302 gekoppelt sind. Die Empfangskreise auswärtiger Daten 301 können einen Spannungsteiler 362 und einen Vergleicher 363 einschließen, die betrieben werden können, um die auswärtigen Datensignale zu verbessern, bevor sie durch die Codierungs-/Entcodierungskreise 302 entcodiert werden.
Die Treiberkreise inwärtiger Daten 303 können einen geeigneten Treiberkreis einschließen, der in der Lage ist, ein inwärtiges Datensignal über eine Zahl geeigneter gekoppelter Anordnungen zwischen der äußeren Einrichtung und dem Unterwasserkabel zu übertragen. In der gezeigten Ausführung ist der Treiberkreis 303 so angeordnet, dass eine oder mehrere äußere Spulen 307, die induktiv mit einer oder mehreren inneren Spulen im Unterwasserkabel gekoppelt sind, angesteuert werden können.
Die äußere Einrichtung enthält vorzugsweise Hilfskommunikationskreise, um mit dem Schlepper zu kommunizieren, wenn der Strom im Kabel fehlt. Hilfskommunikationskreise in der äußeren Einrichtung schließen vorzugsweise konventionelle Empfangskreise ein. Ein Beispiel eines konventionellen Empfangskreises, der innerhalb der äußeren Einrichtung verwendet werden kann, ist in der US- Patentschrift Nr. 4,912,684 offenbart. Hilfskommunikationskreise in der äußeren Einrichtung schließen ebenso vorzugsweise Codierungs-/Entcodierungskreise 302' und Schalter 52, 53 ein, die durch den Mikroprozessor 304 geregelt werden können, um die Hilfskommunikationskreise ein- und auszuschalten.
Während inwärtiger Übertragungen der Daten von den äußeren Spulen 307 zu einer inneren Spule innerhalb des Kabels, kann eine große Streuinduktivität zwischen den Spulen von etwa 70% oder mehr auftreten, z.B. über 94% oder mehr (d.h., ein Kopplungskoeffizient von etwa 0,3 oder weniger, z.B. um 0,06 oder weniger). In dieser Umgebung kann der inwärtige Treiber 303, der die äußeren Spulen 307 ansteuert, eine induktive Belastung erzeugen, bei der etwa 94% oder mehr der Belastung Streuinduktivität ist. Der inwärtige Treiberkreis 303 steuert vorzugsweise die äußeren Spulen 307 mit einem Signal an, welches es ermöglicht, das gewünschte Datensignal (Z.B. ein Manchestersignal) in der inneren Spule innerhalb des Kabels zu reproduzieren.
Der Mikroprozessor 304 kann mit einem oder mehreren Kreisen wie einem Speicher 320 und/oder einem oder mehreren Kreisen 400 innerhalb der äußeren Einrichtung geregelt werden. Es können einer oder mehrere Mikroprozessoren 304 oder andere logische Kreise, wie ein Motorola 68H C11 und/oder Motorola 56002, vorgesehen sein.
Die Kreise 405 in der äußeren Einrichtung, die durch den Mikroprozessor 304 geregelt werden, können eine der elektrischen Einrichtungen, wie sie oben hinsichtlich der vorherigen Ausführungen beschrieben sind, einschließen, wie bspw. einen Kurssensor, eine Reichweiteneinrichtung, einen Stellungssensor, um die Stellung der äußeren Einrichtung zu messen, einen Positionssensor, um die Position der Flügel einer Tiefenkontrolleinrichtung zu detektieren, einen Tiefensensor, Stellglieder für die Tiefenkontrolleinrichtung, usw.
Fig. 35 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Regelungsanordnung für die Kreise 400 zeigt, die in einer Tiefenkontrolleinrichtung geregelt werden, wie sie in Fig. 7 gezeigt ist. Ein Druckmessumformer 408, wie einer von denen, die von Fox Borrow/ICT, Inc. hergestellt werden, führt ein Signal, das proportional zur Unterwassertiefe der Tiefenkontrolleinrichtung ist, durch einen Signalverstärkungskreis 409 zum Mikroprozessor 304. In einem Tiefenhaltemodus während des Betriebs führt der Mikroprozessor 304 ein PID (Proportional-Integral-Differential) oder einen ähnlichen Regelalgorithmus aus und bestimmt, ob die Flügelposition geändert werden muss. Wenn ja, sendet der Mikroprozessor 304 geeignete Signale an die Motoren 410, 411 der Roll- und/oder der Neigungsstellglieder durch Puffer 412, 413 (die möglicherweise Digital-/Analogkonverter einschließen), die das logische Signal niedrigen Pegels vom Mikroprozessor in ein Motorsignal höheren Pegels konvertieren, so dass es ausreicht, die Motoren anzutreiben. Die Motoren treiben den Neigungsschlitten und das Ritzel in adäquater Weise an, um die Flügel so anzupassen, dass sie die gewünschte Tiefe halten. Codierer 414, 415, die mit den Motorstäben gekoppelt sind, liefern eine Rückkopplung zum Mikroprozessor 304 durch Signalverstärker 416, 417. Der Mikroprozessor 304 verwendet die codierte Positionsrückkopplung, um die Flügel exakt zu positionieren. Die Codierer könnten konventionelle Einrichtungen, wie optische Stabcodierer oder Potentiometer sein. Für eine präzise Bestimmung der Flügelstellung können Referenzsensoren wie Hall-Effekt-Einrichtungen 418, 419 positioniert werden, um die Nähe eines magnetischen Feldes zu detektieren, wie es durch magnetische Teile erzeugt wird, die an bekannten Stellen in der Flügelanordnung eingebettet sind. Eine solche Hall-Effekt-Einrichtung ist das AllegroModell UGN 3503. Signalverstärkereinheiten 420, 421 konvertieren die Referenzsensorsignale in Signale, die kompatibel mit den Prozessoreingängen sind. Zwei Beschleunigungsmesser 422, 423, wie Silicon Design Modelle 1010, kapazitive Beschleunigungsmesser, können verwendet werden, um die Richtung des Schwerkraftvektors für dessen Verwendung bei der Regelung der Flügel zu bestimmen. Die zwei Beschleunigungsmesser können quadratisch um die Neigungs- und Gierachse der Tiefenkontrolleinrichtung montiert sein. Signalverstärkerkreise 424, 425 konvertieren die Ausgänge der Beschleunigungsmesser in prozessorkompatible Eingänge. Optional kann die Tiefenkontrolleinrichtung ebenso einen konventionellen Temperaturmesser 426 einschließen, der verwendet wird, um dem Schlepper die Temperatur zu berichten oder um die Daten, die von den anderen Sensoren geliefert werden, der Temperatur anzugleichen. Der Signalverstärkungskreis 427 konvertiert das rohe Temperatur-Sensorsignal in ein Signal, das dem Mikroprozessor zugeführt werden kann. Alle Signalverstärkerkreise 409, 416, 417, 420, 421, 424, 425, 427 können konventionelle Kombinationen von betriebstauglichen Verstärkern, Analog- /Digitalkonvertern oder logischen Gattern sein, wie sie für die angegliederten Sensoreinrichtung erforderlich und üblicherweise in veröffentlichten Anwendungsmitteilungen für jeden Sensor beschrieben sind. Es sollte auch erkannt werden, dass, abhängig von der Natur des Sensors und seiner angegliederten Verstärkungskreise der Eingang in den Mikroprozessor über eine digitale Anschlussleitung oder in einen internen Analog-/Digitalkonvertereingang erfolgen kann.

Claims

1. Spulenträgeranordnung für den Einsatz in einem Unterwasserkabel (20), umfassend eine Spulenhalteeinrichtung (160, 190, 210, 260) zur Installation im Kabel (20), wobei die Spulenhalteeinrichtung eine längliche Tasche (165, 195, 220, 263) aufweist, die sich in einer Längsrichtung der Spulenhalteeinrichtung erstreckt, und eine Spule (170, 225), die in der Tasche angeordnet ist, wobei die Spule einen Kern (171, 226) einschließt, der von den inneren Wänden der Tasche derart beabstandet ist, dass die inneren Wände der Tasche während aller Betriebszustände des Kabels (20) im Wesentlichen keine Belastungen auf den Kern ausüben.

2. Eine Anordnung, wie sie in Anspruch 1 beansprucht ist, wobei die Spulenhalteeinrichtung eine Bohrung (161, 191, 211, 261) zur Unterbringung eines Leitungsbündels (22) in der Spulenhalteeinrichtung enthält.

3. Eine Anordnung, wie sie in einem der Ansprüche 1 oder 2 beansprucht ist, wobei die Spulenhalteeinrichtung mindestens einen Durchgang (162, 192, 213, 262) zur Aufnahme eines Belastungsteils (23) eines Unterwasserkabels (20) in der Spulenhalteeinrichtung umfasst.

4. Eine Anordnung, wie sie in Anspruch 3 beansprucht ist, wobei der Durchgang (162, 192, 213, 262) zur Aufnahme eines Belastungsteils (23) sich longitudinal durch die gesamte Länge der Spulenhalteeinrichtung (160) erstreckt.

5. Eine Anordnung, wie sie in einem der Ansprüche 1 bis 4 beansprucht ist, wobei die Spulenhalteeinrichtung eine Vielzahl von Taschen (165, 195, 220, 263) umfasst und in jeder Tasche eine Spule angeordnet ist.

6. Eine Anordnung, wie sie in einem der Ansprüche 1 bis 5 beansprucht ist, wobei die Spule (170) ein Stützteil (173, 205, 206, 207) umfasst, das sich der Länge nach entlang dem Kern (171) erstreckt und eine größere Biegesteifigkeit als der Kern (171) aufweist, um zu verhindern, dass Biegebelastungen auf den Kern (171) ausgeübt werden.

7. Eine Anordnung, wie sie in Anspruch 6 beansprucht ist, wobei das Stützteil den Kern (171) umgibt.

8. Eine Anordnung, wie sie in einem der Ansprüche 6 bis 7 beansprucht ist, wobei das Stützteil ein nichtmagnetisches Material enthält.

9. Eine Anordnung, wie sie in einem der Ansprüche 6 bis 8 beansprucht ist, wobei das Stützteil eine Form hat, die Belastungen standhalten kann, die in jeglicher Richtung normal zu einer longitudinalen Achse des Kerns (171) ausgeübt werden.

10. Eine Anordnung, wie sie in einem der Ansprüche 1 bis 9 beansprucht ist, wobei die Spule (170, 225) eine Windung umfasst, die mit dem Kern (171, 226) magnetisch gekoppelt ist.

11. Eine Anordnung, wie sie in Anspruch 10 beansprucht ist, wobei die Windung um das Stützteil gewickelt ist.

12. Eine Anordnung, wie sie in einem der Ansprüche 6 bis 11 beansprucht ist, wobei der Kern (171) in einer Weise lose in dem Stützteil angeordnet ist, die es ermöglicht, den Kern (171) auszutauschen.

13. Eine Anordnung, wie sie in einem der Ansprüche 1 bis 12 beansprucht ist, umfassend ein Pufferteil (175, 231), das die Spule in einer beabstandeten Beziehung bezüglich eines inneren Umfangs der Tasche hält.

14. Eine Anordnung, wie sie in Anspruch 13 beansprucht ist, wobei das Pufferteil (175) einen Ring umfasst, der den Kern (171) umgibt und den inneren Umfang der Tasche berührt.

15. Eine Anordnung, wie sie in einem der Ansprüche 13 bis 14 beansprucht ist, wobei das Pufferteil (175) eine Vielzahl von Überständen (176) umfasst, die einen inneren Umfang der Tasche berühren.

16. Eine Anordnung, wie sie in einem der Ansprüche 1 bis 15 beansprucht ist, wobei die Spule (170) einen federnden Stopfen (177) umfasst, der an einem Längsende des Kerns (171) angeordnet ist.

17. Eine Anordnung, wie sie in einem der Ansprüche 1 bis 16 beansprucht ist, umfassend eine äußere Einrichtung (30) zur Montage auf der Außenseite des Unterwasserkabels (20), wobei die Spulenhalteeinrichtung und die äußere Einrichtung (30) Eingriffsabschnitte (63, 101, 164, 194, 215) aufweisen, die zum Eingriff miteinander geeignet sind, um eine relative Drehung der Spulenhalteeinrichtung und der äußeren Einrichtung (30) um die Längsachse des Kabels (20) zu verhindern.

18. Eine Anordnung, wie sie in einem der Ansprüche 1 bis 17 beansprucht ist, umfassend eine äußere Einrichtung (30) zur Montage auf der Außenseite des Unterwasserkabels (20), wobei die Spulenhalteeinrichtung und die äußere Einrichtung (30) einen gegenseitigen Presssitz aufweisen, um relativer Bewegung der Spulenhalteeinrichtung und der äußeren Einrichtung (30) in Längsrichtung des Kabels (20) standzuhalten.

19. Eine Anordnung, wie sie in einem der Ansprüche 1 bis 18 beansprucht ist, umfassend eine äußere Einrichtung (30), die so um die Spulenhalteeinrichtung herum passt, dass ein konstanter Winkel zwischen einer Längsachse des Unterwasserkabels (20) und einer Längsachse der Spulenhalteeinrichtung beibehalten wird.

20. Eine Anordnung, wie sie in einem der Ansprüche 1 bis 19 beansprucht ist, wobei die Tasche (165, 263) ein offenes Ende hat und die Spule längs in die Tasche eingefügt ist.

21. Eine Anordnung, wie sie in Anspruch 20 beansprucht ist, wobei die Spule (170) einen Stopfen (178) umfasst, der ein offenes Ende der Tasche (165) abdichtet.

22. Eine Anordnung, wie sie in einem der Ansprüche 1 bis 19 beansprucht ist, wobei die Tasche (195) einen radial äußeren Abschnitt hat, der in Richtung einer äußeren Umfangsfläche der Spulenhalteeinrichtung (190) öffnet, wobei die Spulenhalteeinrichtung (190) eine Abdeckung (200) umfasst, die die Tasche (195) abschließt.

23. Eine Anordnung, wie sie in Anspruch 22 beansprucht ist, wobei die Abdekkung (200) abnehmbar auf dem radial äußeren Abschnitt der Tasche (195) montiert ist.