Rostfreier Präzisionsbandstahl für Glasfaser-Tiefseekabel (Headerbild)
| Stahlwerkstoffe

Rostfreier Präzisionsbandstahl für anspruchsvolle Schweißprozesse bei der Herstellung von Abschirmröhrchen für Lichtwellenleiter in Tiefseekabeln

Ein globales Netzwerk leistungsfähiger Tiefseekabel bildet die Grundlage unserer digital vernetzten Welt. Der Kern dieser digitalen Lebensadern besteht aus empfindlichen Lichtwellenleitern, die durch optische Signale große Datenmengen in rasender Geschwindigkeit über große Entfernungen übertragen. Für die Herstellung robuster Abschirmröhrchen der Lichtwellenleiter im Inneren der Tiefseekabel liefert Waelzholz einen speziellen rostfreien Präzisionsbandstahl. Dieser erfüllt nicht nur zuverlässig über viele Lieferlose hinweg die hohen Anforderungen an die exakt definierten Werkstoffeigenschaften, sondern verfügt gleichzeitig auch über die für den komplexen Produktionsprozess relevante Schweißeignung und die relevanten Umformeigenschaften.

Auch wenn insbesondere für die Anbindung entlegener Regionen an das weltweite digitale Datennetz zunehmend Satelliten eingesetzt werden, treiben führende Digitalkonzerne wie Google und Facebook den Ausbau der lichtleiterbasierten, weltumspannenden Unterseekabel voran. Denn nur diese können zuverlässig die immensen Datenmengen der digitalen Kommunikation in hoher Geschwindigkeit rund um den Globus transportieren. Heute werden bereits weit über 90% des digitalen Datenverkehrs zwischen den Kontinenten durch mehr als 400 Tiefseekabel ermöglicht. Tendenz steigend.

Die beeindruckende Vernetzung der Welt zeigt eine Netzkarte unter https://www.submarinecablemap.com/

Dabei ist die Geschwindigkeit, mit der beispielsweise die Datenpakete einer amerikanischen Webseite durch eines der transatlantischen Glasfaserkabel bis zu einem Ziel in Europa gelangen, theoretisch nicht höher als bei der Übertragung durch ein herkömmliches Kupferkabel. In beiden Fällen liegt die Übertragungszeit unter einem Hundertstel einer Sekunde und ist damit kürzer als die Dauer eines Wimpernschlags. Die Glasfaser ist dabei eine mögliche Art des Lichtwellenleiters. 

Die Glasfaserleitungen bieten jedoch große Vorteile hinsichtlich der Signalqualität auch über sehr lange Strecken bei gleichzeitig wesentlich höheren Frequenzen und somit signifikant höheren Bandbreiten. Außerdem haben elektromagnetische Störungen keinen Einfluss auf die Signalübertragung in Glasfaserkabeln.
 

Rostfreier Präzisionsstahl für bestmöglichen Schutz der Lichtleiter im Inneren der Tiefseekabel

Damit die in der Tiefsee verlegten milliardenschweren Investitionen bestmöglich geschützt sind und die Datenübertragung durch die feinen Lichtleiter zuverlässig funktioniert, müssen die von außen unscheinbaren Hightech-Kabel einen umfassenden Schutz ihres empfindlichen Kerns bieten. Die Hersteller setzen dabei auf ein System aus verschiedenartigen Schichten, um die Lichtleiter im Inneren des Kabels vor den unterschiedlichen Belastungen bei der Verlegung sowie bei Ihrem dauerhaften Einsatz viele tausend Meter unter der Wasseroberfläche bestmöglich zu schützen. (vgl. Abbildung 1).

Für die Realisierung sowie zum Schutz des funktionalen Kerns des Kabels mit seinen sensiblen Lichtleitern vertrauen die Kabelhersteller auf unseren rostfreien Spezialstahl. Ralf Sauer, Vertriebsspezialist bei Waelzholz, dazu: „Die empfindlichen Lichtwellenleiter werden in einem Spezialgel in dem aus unserem rostfreien Präzisionsbandstahl gefertigten Abschirmungsröhrchen eingebettet. (vgl. Abbildung 2). Das Stahlröhrchen dient nicht nur dem Schutz sowie der Abdichtung des Kabels über die gesamte Lebensdauer auf dem Meeresgrund, sondern auch zum Schutz der Lichtwellenstränge bei den nachfolgenden Produktionsprozessen, wie z.B. der Ummantelung mit weiteren Schichten, sowie der abschließenden Verlegung der Unterseekabel."

Abbildung 1: Mehrschichtiger Aufbau der Tiefseekabel

Verschiedene Schichten zur Isolation, Abdichtung und Stabilisierung umgeben das aus rostfreiem Präzisionsbandstahl von Waelzholz gefertigte Präzisionsrohr, in dessen Inneren sich die Lichtwellenleiter befinden.

Abbildung 2: Präzise gefertigtes Abschirmröhrchen mit in Gel eingelagerten Lichtwellenleitern

Wenige Zehntelmillimeter dünner rostfreier Edelstahl wird bei der Herstellung der Tiefseekabel in einem anspruchsvollen Schweißprozess zu einem robusten Abschirmröhrchen verarbeitet, in dessen Inneren die empfindlichen Glasfaserleitungen in einer speziellen Gelfüllung eingebettet werden.

Präzise definierte Werkstoffeigenschaften gewährleisten gute Umformbarkeit im Herstellprozess

Bei der Verarbeitung des Bandstahls zu Röhrchen spielt das Umformvermögen des eingesetzten Werkstoffes eine wichtige Rolle. Der rostfreie Präzisionsbandstahl von Waelzholz gewährleistet dies durch präzise eingestellte mechanische Werkstoffeigenschaften. Entscheidend ist hier die Gefügeausbildung einschließlich der Korngröße, die dafür sorgt, dass eine hohe Eigenschaftskonstanz über die gesamte Bandlänge sowie über viele Lieferlose hinweg erzielt wird. Das optimale Verhältnis der Legierungsbestandteile, die gezielte Einstellung des Gefüges, sowie eine hohe Maßhaltigkeit sorgen für eine bestmögliche Umformbarkeit des Werkstoffs beim Kunden.

Fertigungsprozess stellt hohe Anforderungen an Schweißeignung und exakte Schneidkanten

„Unsere Kunden führen bei der Herstellung des Kabelkerns mehrere komplexe Arbeitsgänge durch: Sie formen die rostfreien Präzisionsbänder zunächst zu Röhrchen und ummanteln damit die Lichtwellenleiter. Anschließend erfolgt das hochpräzise Verschweißen der aufeinander treffenden Schneidkanten der Röhrchen. In einem letzten Schritt werden die verbleibenden Zwischenräume mit Gel gefüllt. Dieser hochpräzise Fertigungsprozess der kilometerlangen Kabel muss absolut störungsfrei ablaufen“, berichtet Waelzholz-Werkstoffingenieur Jan Ullosat.
 
Die für den gleichmäßigen Umfang der Abschirmröhrchen entscheidende Maßhaltigkeit der eingesetzten Stahlbänder erreicht Waelzholz durch extrem genaue Längsteilungsprozesse, in denen die Breite des Bandstahls exakt auf den gewünschten Umfang des späteren Röhrchens abgestimmt wird.

Grundvoraussetzung für exakte und symmetrische Schweißnähte der Abschirmröhrchen sind hochgradig gleichmäßige Schneidkanten. Das absolut konstante Schnittbild bietet den perfekten Ausgangszustand für das Verschweißen der Kanten des Bandes. Mithilfe besonderer Werkzeuge im Schneidprozess realisiert Waelzholz hierfür optimale Kantenausführungen mit sehr geringer Gratbildung. Um darüber hinaus die Schweißeignung weiter zu verbessern, setzt Waelzholz einen speziell auf den Anwendungsfall abgestimmten Werkstoff ein. Auch die absolut fettfreien Oberflächen verbessern die spätere Schweißbarkeit des Materials.

Werkstoffspezialist Ullosat: „Im Hinblick auf eine optimale Verarbeitbarkeit und zuverlässige Werkstoffeigenschaften ist unser rostfreier Präzisionsbandstahl für den Kern dieser anspruchsvollen Anwendung erste Wahl für unsere Kunden. Die dauerhaft einwandfreie Produktqualität führt zu einer sicheren und ungestörten Datenübertragung in den mit Werkstoffen von Waelzholz ummantelten Lichtleitern der Tiefseekabel.“