I have a seam

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Dünne Alu- und Kupferrohre schützen die Glasfasern in Tiefseekabeln gegen die Wassermassen. Nexans schweißt sie per Diodenlaser – mit einer Längsnaht von 100.000 Metern!

Wenn Ralf Egerer an seine Seelen denkt, denkt er an einen Abgrund: eine finstre Hölle aus kaltem Wasser, scharfen Felskanten, reißenden Strömungen, bebenden Böden und bevölkert von bizarren Wesen. Das Salzwasser presst dort mit der Gewalt tonnenschwerer Nadeln in jede Pore. Und alles, was zwischen dieser Hölle und Egerers Seelen liegt, ist ein Hauch von Kupfer oder Aluminium, verschlossen gehalten von einer kilometerlangen Schweißnaht.

„Alles hängt an dieser Naht“, sagt Egerer unter dem Sonnenschirm eines Cafés in Hannover sitzend. Er setzt seine Espressotasse ab, umschließt den linken Zeigefinger mit der rechten Faust und erklärt, wie Tiefseekabel, die Weltadern der Kommunikation, aufgebaut sind: Im Kern des Kabels liegen die Glasfaserstränge – in der Fachsprache der Kabelmacher „Seele“ genannt – umgeben von verschiedenen Funktionsschichten.

Diese verringern Signalverluste, betten die Fasern sicher ein und garantieren die Flexibilität des Kabels. Die äußere Hülle des Kabels besteht aus dickem Gummi. Dieser schirmt das Kabel zwar auch gegen das Wasser, dient aber hauptsächlich als mechanischer Schutz gegen Scheuern und Reißen.

80 Jahre komplett dicht

Die inneren Komponenten eines Glasfaserkabels. Foto | Nexans

Die inneren Komponenten eines Glasfaserkabels. Foto | Nexans

Der Gummi ist zu porös, um bei einem durchschnittlichen Umgebungsdruck von 300 bis 400 Bar wasserdicht zu bleiben: Die viel kleineren Wassermoleküle bahnen sich in wenigen Monaten ihren Weg ins Innere. „So ein Kabel soll dort unten aber 40 bis 80 Jahre aushalten und perfekt funktionieren.“

Darum liegt zwischen dem Mantel und der Seele die eigentliche Barriere gegen den Ozean: ein endloses Rohr aus Kupfer oder Aluminium, das die Kabelhersteller eng um die Seele formen und verschweißen. Die Metallatome bilden ein dichtes Gitter und sperren die Wassermoleküle aus. Die potenzielle Schwachstelle jedoch ist die Naht. Wenn die Dicke der Naht schwankt, sie Poren oder Einschlüsse hat – dann wird eine dieser Stellen versagen. „Wenn das geschieht, vernichtet das Wasser die Seele und das Kabel ist tot. Irreparabel“, sagt Egerer.

Gesucht: ein wartungsarmer Prozess

Noch ein Schluck Espresso. Egerer reißt die Tütchen mit dem Keks auf. Der ist dicker als die Metallhülle in den Tiefseekabeln, die sein Arbeitgeber, der französische Kabelhersteller Nexans fertigt und in den Weltmeeren verlegt.
Ralf Egerer ist Director Machine & Cryogenic Systems von Nexans Deutschland. Unter seiner Leitung wurden die Maschinen entwickelt, die mittlerweile nicht nur bei Nexans die Seelen von Tiefseekabeln umschließen und mit denen Nexans vom Elektrodenschweißen auf Laserschweißen wechselte.

Sind einmal alle Parameter richtig eingestellt, arbeitet die Rohrformschweißmaschine tagelang durch, ohne dass jemand ständig nachkorrigieren muss.
Ralf Egerer

„Einhundert Kilometer – so lange sind die längsten Kabel mit optimaler Signalübertragung, und so lange muss auch die Naht sein. Der klassische Elektrodenschweißprozess kann das. Aber er ist überwachungs- und wartungsintensiv“, erklärt Egerer und lehnt sich zurück, „Wir dachten, es wäre doch schön, wenn so eine Anlage einfach tagelang zuverlässig schweißen könnte, ohne dass jemand ständig nach ihr schauen muss. Also suchten wir was Neues.“

Und dabei kamen die Nexans-Entwickler auf den Diodenlaser. Sind hier die Parameter einmal richtig eingestellt, arbeitet die Anlage im Prinzip tagelang alleine durch.

Diodenlaser sind der optimale Kompromiss

„Ginge es nur um Kupfer, würde man auf grünes Licht aus einem Scheibenlaser setzen. Bei dieser Wellenlänge ist der Wirkungsgrad optimal. Uns war aber von Anfang an wichtig, dass man jederzeit zwischen Kupfer und Aluminium wechseln kann. Der Diodenlaser ist der optimale Kompromiss, wenn man beides schweißen will“, erklärt Egerer, „Je nach Material und Prozess erreichen wir im ungünstigsten Fall einen Wirkungsgrad von soliden 30 Prozent. Im besten Fall können wir 80 Prozent herausholen.“

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Die Uniwema von Nexans: Während die Maschine das Metallband zum Rohr formt, bettet sie die Glasfaser Seele ins Innere. Dann kommt der Diodenlaser von oben und schweißt die Längsnaht des Rohrs. Zum Schluss reduziert die Anlage noch den Umfang, so dass der Schutzmantel noch enger um die Seele liegt.  Foto | Nexans

Egerers Augen leuchten, wenn er über seine Maschine spricht, die den Gewalten der Tiefsee eine dünne Naht entgegensetzt. Er erklärt, wie sie funktioniert: Die Rohrformschweißanlage Uniwema von Nexans wickelt Aluminium- oder Kupferbänder vom Coil.
Die Kabelseele und das Metallband laufen in die Maschine ein und die hoch präzisen Rollformwerkzeuge wandeln das flache Mettallband dabei in ein perfektes Rohr, in dem die Seele jetzt liegt. Durch den hoch präzisen Formprozess, bleibt die Naht rein mechanisch jederzeit mittig in der Spur.

Dann passiert das Blech den Laser, der fokussiert von oben und schweißt die Naht. Währenddessen umspült die Anlage die Seele mit Schutzgas, um sie gegen jede Hitzeeinwirkung zu schirmen. Zum Schluss wird die Ummantelung noch reduziert, so dass sie ganz eng um die Seele sitzt.

Der Energieeintrag des Diodenlasers ist so exakt dosierbar, dass wir damit Rohrwandstärken von gerade einmal 0,10 Millimeter erreichen.
Ralf Egerer

Laser spart Schutzgas

Im Vergleich zum konventionellen Elektrodenschweißen kommt der Laserprozess mit bis zu 90 Prozent weniger Helium oder Argon als Schutzgas aus. Denn das Gas kann direkt auf den Schweißpunkt appliziert werden und muss weder die Elektrode umspülen noch die deutlich breitere TIG-Naht abdecken. „Für unsere Kunden immer wieder ein zusätzlich entscheidendes Argument bei den derzeitig immensen Preisen.“

Nexans bietet die Uniwema auch ganz ohne Seelenzufuhr an. Damit bedienen sie auch Kunden, die keine Kabel, sondern ganz einfach Rohre mit einem Durchmesser zwischen 5 und 200 Millimetern herstellen wollen, zum Beispiel Heizungsrohre.

Dünnere Wandstärke dank exakten Energieeintrags

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TruDiode

Ob zum Tiefschweißen, Löten oder zum Wärmeleitschweißen: Dank seiner guten Strahlqualität und Ausgangsleistungen von 150 bis 6000 Watt ermöglichen die Laser der TruDiode Serie beste und reproduzierbare Applikationsergebnisse bei unterschiedlichen Anwendungen – und das bei geringen Investitions- und Betriebskosten. Wegen seiner Wirtschaftlichkeit ist er der optimale Ersatz für lampengepumpte Laser.

Ralf Egerer nippt an seinem Wassergläschen und hebt noch im Schlucken die Hand. „All das ist ja an und für sich schon schön genug, aber der Diodenlaser gibt uns noch etwas: Jetzt können wir die Wandstärken noch dünner machen.“

Denn der Energieeintrag des Diodenlasers ist so exakt dosierbar, dass damit Rohrwandstärken bei Alu- und Kupferbändern von gerade einmal 0,1 Millimetern möglich sind. „Fertigungstechnisch bedingt waren im Markt bisher mindestens 0,2 Millimetern üblich, zum Beispiel für Telekommunikations-Kabeln zur terrestrischen Signalübertragung, also für Mobilfunk. Die Uniwema braucht also rund 50 Prozent weniger Material“, sagt Egerer, „Da kommt bei jedem Kilometern immer eine hübsche Einsparsumme zusammen.“

Nun ist Ralf Egerers Mittagspause um, er zahlt, reicht die Hand zum Abschied und schlendert zurück Richtung Nexans-Gebäude. Um seine Seelen in der Tiefsee macht er sich keine Sorgen.

Kontakt

Ralf Egerer
Nexans Deutschland GmbH
Tel.: + 49 (0) 511 676 – 3349
ralf.egerer@nexans.com

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