Verlegung von Seekabeln

Was passiert

Ein Kabelleger fährt seine Trasse ab und gibt dabei mit einer linearen Kabelmaschine ein Seekabel über die Heckrolle aus, die 6 m über dem Wasser liegt; das Kabel hängt durch 300–1000 m Wasser hinab und legt sich hinter dem Schiff auf den Meeresgrund. Das Modell ist eine Kette konzentrierter Massen, eine für jedes Sechzehntel der Wassertiefe: elastische Abschnitte, die nur Zug aufnehmen, das Gewicht des Kabels im Wasser, die hydrodynamische Zusatzmasse und der Widerstand des Wassers quer zum Kabel und längs des Kabels, gerechnet relativ zu einer Meeresströmung. Der Meeresgrund hält das aufliegende Kabel durch Reibung fest. Das leichte Telekommunikationskabel ist 17 mm dick und wiegt an Luft 0,46 kg/m, im Wasser 2,23 N/m; das schwere Energiekabel ist 120 mm dick und wiegt 36 kg/m bzw. 239,4 N/m. Die Kabelmaschine hält entweder die Auslaufgeschwindigkeit – oberhalb ihrer Grenzkraft rutscht das Kabel durch – oder eine Rückhaltekraft. Das Diorama ist auf ein Hundertstel verkleinert: Das 130 m lange Schiff misst darin 1,3 m.

Bei 1 m/s Fahrt und 4 % Überlänge läuft das leichte Kabel geradlinig unter einem Winkel von 26,0° hinab, bei dem die Komponente seines Gewichts quer zum Kabel gleich dem Widerstand ist; es verlässt die Heckrolle unter 28,6° mit einer Zugkraft von 1137 N, setzt 1038 m achteraus ohne Zugkraft auf, und die Überlänge legt sich auf den Grund. Das schwere Kabel spürt den Widerstand kaum: Es fällt unter 73,8° und setzt 150 m achteraus auf, mit 121,4 kN an der Heckrolle. Hält die Kabelmaschine das leichte Kabel mit dem 1,5-Fachen des Gewichts zurück, das ein Kabelstück von der Länge der Wassertiefe im Wasser hat, wird es straff verlegt: mit 533 N am Grund, dem Aufsetzpunkt 1121 m achteraus und einem Radius des unteren Bogens von 239 m; beim schweren Kabel bleiben am Grund 57,9 kN. Beschleunigt man das Schiff auf 1,2 m/s, ohne mehr Kabel auszugeben, steigt die Zugkraft, bis die Kabelmaschine bei 10 kN durchrutscht; dabei hebt sich das Kabel vom Grund ab, und die Zugkraft am unteren Ende beträgt 8,86 kN. Stoppt man das Schiff bei laufender Kabelmaschine, hängt das schwere Kabel mit 121,0 kN senkrecht hinab, während sich das weiter ausgegebene Kabel auf dem Grund aufhäuft. Ein Graben von 100 m Tiefe und 700 m Breite verlangt 34 m mehr Kabel: Mit 4 % Überlänge liegt das Kabel auf seiner Sohle, ohne Überlänge überspannt es den Graben unter Zug. Eine Strömung von 0,3 m/s in Fahrtrichtung macht den Ablauf steiler und vergrößert den Ablaufwinkel auf 38,2°.

Modell: in der Ebene der Trasse; ohne Biegesteifigkeit, sodass sich schlaff ankommendes Kabel auf dem Grund in Falten legt; ohne Torsion und ohne Schiffsbewegungen im Seegang; das abgelegte Kabel hinter der Kette liegt fest. RK4 mit Schritten bis 1,35·l/c, wobei l die Länge eines Abschnitts und c = sqrt(EA/m) die Geschwindigkeit der Zugwellen ist, die der Antrieb der Kabelmaschine absorbiert. Die Energiebilanz aus der Arbeit des Schiffs, dem ausgegebenen Kabel, der Bremse der Kabelmaschine, dem Wasser und dem Meeresgrund geht auf, und die ausgegebene Kabellänge ist gleich der frei hängenden plus der abgelegten.

Zum Ausprobieren

Sehen Sie zu, wie das Kabel bei den eingestellten Geschwindigkeiten zum Meeresgrund hinabläuft; beschleunigen Sie dann das Schiff, ohne mehr Kabel auszugeben, und beobachten Sie, wie die Zugkraft am Grund steigt. Stoppen Sie das Schiff, schalten Sie auf Zugkraftregelung und auf das schwere Kabel um und legen Sie vor dem Aufsetzpunkt einen Graben an.