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Die Erfindung betrifft ein Kabel hoher Steifigkeit, insbesondere Axialsteifigkeit, gemäß der Merkmalskombination des Patentanspruchs 1.
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Um verwertbare Aussagen über das Vorhandensein und die Ausbeute sowie Möglichkeiten der Erschließung von Erdöl- und Erdgasvorkommen zu erhalten, werden geophysikalische Messungen mittels eines Kabels und zugehöriger Messköpfe bzw. Sonden in vertikalen und teilweise auch in horizontal geneigten Bohrlöchern durchgeführt.
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Geophysikalische Messungen werden sowohl am offenen Bohrloch als auch nach Absenkung eines Förderrohres unter Förderbedingungen, respektive am geschlossenen Bohrloch durchgeführt. Die Messköpfe bzw. Sonden werden dazu entweder am Messkabel herabgelassen oder sie sind bereits vor dem Einbringen des Kabels in das Bohrloch an einem distalen Ende des Kabels plaziert. Dies setzt jedoch voraus, dass die Mess- und Erkundungkabel mit zugehöriger Messtechnik für die den Teufen immanenten Drückten, Temperaturen und Feuchten ausgelegt sind.
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Bisher noch nicht zufriedenstellend gelöst ist das Einbringen der Messgeräte in horizontale Bohrungen mit größeren Längen.
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Zur Gewährleistung des Kabeleinschubs in horizontal gebohrte Bohrlöcher ist auf Grund der Kontaktierung des Mess- und Erkundungskabels mit der Bohrlochwandung eine axiale Krafteinleitung erforderlich, mit der die durch Kontaktierung verursachten Reib- und Bremswiderstände überwunden werden müssen. Dies kann nur mit einem Kabel erreicht werden, dass Schubkräfte aufnehmen kann.
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Aus dem Stand der Technik sind Mess- und Erkundungskabel vorbekannt, deren Kern von eine Armierung bestehend aus zwei Lagen hochfester Stahldrähte mit 0,8 bis 1,3 Millimeter Durchmesser umschlossen ist. Diese Kabel können nur Zugkraft aufnehmen.
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Weiterhin können derartig ausgebildete Kabel das Einbringen von zum Teil aggressiven Medien, wie z. B. Fluide oder Feststoffe, nicht wirkungsvoll verhindern. Das aus der Armierung nicht wieder austretende Wasser erhöht die Korrosionsgefahr oder die Gefahr der Zersetzung des Kabelkerns. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die aus dem Stand der Technik vorbekannten Mess- und Erkundungskabel mangels ausreichender Axialsteifigkeit und auf Grund ihrer nicht mediendicht geschlossenen Armierung sich für größere Teufen und das Ausmessen von langen horizontalen Bohrlöchern mit geringer Neigung nicht eignen.
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Darüber hinaus müssen die für die Armierung eingesetzten Runddrähte gereckt werden, um einen gleichmäßigen Sitz bzw. eine gleichmäßige Ausrichtung über dem Umfang des Kabels zu erzielen.
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In der
DE 38 08 049 A1 ist ein ein- oder mehradriges elektrisches Kabel, insbesondere Bohrloch- oder Schachtkabel, beschrieben, welches aus einer über der Seele angeordneten Bewährung sowie einer darüber befindlichen Umhüllung aufgebaut ist. Das Bohrloch- oder Schachtkabel umfasst eine Vielzahl von Einzeldrähten, die von einer Isolierung, z. B. aus PE, umgeben sind. Als Armierung dienen wendelförmig die Isolierung umgebende Kunststoffstränge. Die Kunststoffstränge umfassen eine z. B. aus PP bestehende Umhüllung, in welcher sich hochzugfeste Fäden oder Garne longitudinal erstrecken. Über der Lage Kunststoffstränge ist eine weitere Lage aus aufgeseilten Metalldrähten vorgesehen, die von einem Außenmantel umgeben sind. Die Lage aus Metalldrähten bildet hierbei gemeinsam mit den Kunststoffsträngen die Armierung bzw. Bewährung. Nachteilig bei diesem Kabel ist die Vielzahl der verwendeten Einzelkomponenten, die einerseits dem Kabel eine hohe Axial- und Quersteifigkeit verleihen, andererseits aber zu einem großen Kabelquerschnitt führen.
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Die
DE 100 59 918 A1 offenbart ein Kabel, insbesondere ein Seekabel und dessen Verfahren zur Herstellung. Hierbei ist die Kabelseele von einer Armierung umgeben, wobei bedarfsweise eine zur Bildung der Armierung vorgesehene Anzahl von Armierungsdrähten durch eine teilbereichsweise Plazierung von Füllsträngen ersetzt sind. Die Füllstränge sind zur Verringerung des Gewichts vorzugsweise aus Kunststoff gebildet. Besonders nachteilig bei dieser Erfindung ist die Tatsache, dass das Kabel in Richtung seiner Längsachse unterschiedlich stark belastbare Armierungen aufweist. Das vorgenannte Kabel eignet sich jedoch nicht als geophysikalisches Mess- und Erkundungskabel, da es zum einen keine für eine Zug- und Druckkraftbeaufschlagung ausreichende Axialsteifigkeit und zum anderen keine konstante Axialsteifigkeit in Richtung seiner Längsachse aufweist.
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Ferner ist aus der
DE 38 10 746 C2 ein Seekabel mit einer mindestens einen Lichtwellenleiter aufweisenden Kabelseele und mit wenigstens einer Armierung aufweisen Ummantelung vorbekannt. Die von der Armierung eingeschlossene Kabelseele ist hierbei vollständig unter Verwendung einer mehrschichtig aufgebauten Hochspannungsisolierschicht ausgefüllt. Kennzeichnend für diese Erfindung ist, dass die Armierung aus ineinander greifenden Profildrähten ausgebildet ist, und dass innerhalb der Kabelseele ein mindestens die Lichtwellenleiter rohrförmig umgebender elektrischer Leiter aus mehreren Segmentdrähten angeordnet ist. Nachteilig bei dieser Erfindung ist die Anzahl und die Vielfältigkeit der Schichten, die eine Verwendung dieses Seekabels als Kabel für geophysikalische Mess- und Erkundungszwecke bereits wegen des durch die einzelnen Schichten bedingten hohen spezifischen Durchmessers ausscheiden lassen, da Bohrlöcher wegen der hohen Bohrkosten einen viel kleineren Durchmesser aufweisen.
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Schließlich ist aus der
DE 10 2004 015 219 B4 ein Kabel für geophysikalische Mess- und Erkundungszwecke, insbesondere zur Anwendung in der Erdöl- und Erdgasförderindustrie, bekannt, mit einem Kern, der mehrere zu einem Leiterbündel zusammengefasste und voneinander isolierte Leiter sowie einen das Leiterbündel umgebenden Mantel aus in Kunststoff eingebetteten Glasfasern sowie eine Armierung aufweist. Die den Außenmantel des Kabels bildende Armierung ist aus mindestens einer Lage Z-Drähte aufgebaut, die unter Bildung einer mediendichten glatten Außenfläche, der Lauffläche der Z-Drähte, schraubenlinienförmig über einen längeren Abschnitt, nämlich die Schlaglänge des Kabels, um den Mantel geschlagen sind, wobei jeweils benachbarte Z-Drähte formschlüssig aneinander anschließen und ineinander greifen. Ein derartiger Kabelaufbau mag zwar eine hohe Axialsteifigkeit des Kabels bewirken, jedoch müssen die an sich kompliziert aufgebauten und demgemäß aufwendig hergestellten Z-Drähte ohne Rückdrehung verseilt werden, woraus trotz Verformung derselben noch Resttorsionsspannungen resultieren, die je Einzeldraht variieren können und in der Folge keinen dichten Lagenaufbau gestatten, da sich besagte Einzeldrähte in der Lage unterschiedlich bzw. undefiniert legen.
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Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Kabel hoher Steifigkeit, insbesondere Axialsteifigkeit, zu schaffen, welches einfach und kostengünstig herstellbar ist, hohe Druck- und Zugkräfte aufnehmen kann sowie den Durchtritt von insbesondere Fluiden durch seine Außenhülle zuverlässig verhindert und damit insbesondere für größere Teufen, das Ausmessen von langen horizontalen Bohrlöchern mit geringer Neigung sowie unter Bedingungen hoher Feuchtigkeit anwendbar ist.
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Die gestellte Aufgabe wird demnach durch ein Kabel hoher Steifigkeit, insbesondere Axialsteifigkeit, mit einem Kabelkern und einer denselben ummantelnden, eine Armierung ausbildenden Verseilverband gelöst, wobei die Armierung aus zumindest einer Verseillage zweier Gruppen über den Umfang des Kabels alternierend angeordneter Verseildrähte unterschiedlichen Querschnitts mit zueinander komplementär ausgebildeten Berührungsflächen aufgebaut ist.
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Durch die Kombination von Verseildrähten unterschiedlichen Querschnitts ist es gestattet, den Verseilaufbau so zu gestalten, dass etwaige nicht zu vermeidende Resttorsions- oder andere Spannungen in Verseildrähten sich nicht nachteilig auf den Kabelverbund und insbesondere auch auf eine angestrebte Fluiddichtheit desselben auswirken können.
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Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.
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Danach können vorteilhaft eine erste Gruppe Verseildrähte durch Runddrähte und eine zweite Gruppe Verseildrähte durch Profildrähte gebildet sein, woraus ein besonders dichter Verseilaufbau resultiert.
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Weiter vorteilhaft können die Profildrähte einen bogenförmigen Profilquerschnitt aufweisen, der auf die Grundgeometrie eines Sektorprofils eines Kreisringes zurückgeführt ist, wobei die Berührungsflächen der Profildrähte komplementär zu den Berührungsflächen der benachbarten Runddrähte konkav ausgebildet sind. Die Runddrähte, die bevorzugt mit Rückdrehung verseilt sind und damit überwiegend spannungsfrei im Verseilverband liegen bzw. während des Verseilvorganges zum Liegen kommen, fixieren die Profildrähte 100%-ig in ihrer Lage, die ihrerseits bevorzugt rückdrehungsfrei und/oder eine Vorformung erfahrend, spannungsfrei in den Verseilverband gelegt sind.
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Wie die Erfindung weiter vorsieht, können der Innen- und Außendurchmesser und/oder die Steifigkeit, insbesondere Axialsteifigkeit, des Kabels vorteilhaft durch die Wahl des Verhältnisses aus Breite „b” und Dicke „d” des Profilquerschnitts der Profildrähte einstellbar sein bzw. eingestellt werden, wobei die Breite „b” des Profilquerschnitts der Profildrähte durch die von diesen eingenommene kleinste Beabstandung zwischen benachbarten Runddrähten und die Dicke „d” des Profilquerschnitts der Profildrähte durch dessen radiale Erstreckung im Kabel bestimmt ist.
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Zur Einstellung eines bestimmten Innen- und Außendurchmessers und/oder einer bestimmten Steifigkeit, insbesondere Axialsteifigkeit, des Kabels kann das Verhältnis aus Breite „b” und Dicke „d” des Profilquerschnitts der Profildrähte rechnerisch oder empirisch durch Versuche ermittelt werden.
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Gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltungsvariante des Kabels können sowohl die Rundrähte als auch die Profildrähte die radial innen liegende und die radial außen liegende Kontur der zumindest einen Verseillage ausbilden.
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Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausgestaltungsvariante können sowohl die Rundrähte als auch die Profildrähte die radial innen liegende Kontur der zumindest einen Verseillage ausbilden, wobei die radial außen liegende Kontur der zumindest einen Verseillage ausschließlich durch die Profildrähte gebildet ist, indem benachbarte Profildrähte sich radial außen über die Mantelfläche des zwischen denselben jeweils angeordneten Runddrahtes erstrecken und zueinander korrespondierende Anschlussflächen ausbilden.
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Gemäß einer dritten bevorzugten Ausgestaltungsvariante können die Profildrähte sowohl die radial innen liegende Kontur als auch die radial außen liegende Kontur der zumindest einen Verseillage ausbilden, indem benachbarte Profildrähte sich radial innen und radial außen über die Mantelfläche des zwischen denselben jeweils angeordneten Runddrahtes erstrecken und zumindest radial außen zueinander korrespondierende Anschlussflächen ausbilden, so dass der Runddraht von besagten Profildrähten aufgenommen und getragen ist.
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Durch vorstehende Ausgestaltungsvarianten des Kabels bzw. dessen Kabelquerschnitts können unterschiedlichste Anforderungen an dasselbe im Hinblick auf eine bestimmte Steifigkeit des Kabels, insbesondere Axialsteifigkeit, und/oder im Hinblick auf eine möglichst hohe Fluiddichtheit des Kabels Berücksichtigung finden.
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Der Kabelkern des Kabels kann beispielsweise einen oder mehrere Leiterbündel aufweisen, die beispielsweise durch elektrische und/oder Lichtwellen-Leiter gebildet sind. Vorteilhaft können besagte Leiterbündel selbst mediendicht ummantelt sein, um dieselben unmittelbar vor Umwelteinflüssen unterschiedlichster Art zu schützen.
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Was die Verseildrähte der zumindest einen Verseillage selbst anbelangt, bestehen dieselben zweckmäßigerweise aus einem Stahl, der seinerseits geeignet ist, hohen und höchsten auf das Kabel einwirkenden Kräften zu widerstehen, beispielsweise bei Verwendung desselben für geophysikalische Mess- und Erkundungszwecke, insbesondere in der Erdöl- und Erdgasförderindustrie, als See-Kabel oder sonstiges Kabel, bei dem hohe Anforderungen an die Mediendichtheit, insbesondere Fluiddichtheit, und/oder an die Steifigkeit, insbesondere Axialsteifigkeit, desselben gestellt werden.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein erfindungsgemäß ausgebildetes Kabel im Querschnitt, mit einer Verseillage zweier Gruppen über den Umfang des Kabels alternierend angeordneter Verseildrähte mit Rund- bzw. Profilquerschnitt gemäß einer ersten Ausgestaltungsvariante,
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2a–2c ein Verseildraht mit Profilquerschnitt nach 1 in drei verschiedenen Ausführungen,
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3 ein erfindungsgemäß ausgebildetes Kabel im Querschnitt gemäß einer zweiten Ausgestaltungsvariante, und
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4 ein erfindungsgemäß ausgebildetes Kabel im Querschnitt gemäß einer dritten Ausgestaltungsvariante.
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1 zeigt demgemäß ein erfindungsgemäß ausgebildetes Kabel 1 im Querschnitt mit einem äußerst schematisch angedeuteten Kabelkern 2, der seinerseits von einem eine Armierung ausbildenden Verseilverband ummantelt ist.
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Der im Detail nicht näher dargestellte Kabelkern 2 kann ein oder mehrere Leiterbündel aufweisen, die ihrerseits wiederum durch an sich bekannte und demgemäß nicht näher dargestellte, bevorzugt mediendicht ummantelte elektrische und/oder Lichtwellen-Leiter gebildet sein können.
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Besagte Armierung ist ihrerseits aus einer Verseillage 3 zweier Gruppen über den Umfang des Kabels 1 alternierend angeordneter Verseildrähte unterschiedlichen Querschnitt aufgebaut, deren Berührungsflächen 4, 5 zueinander komplementär ausgebildet sind.
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Die Verseildrähte der Verseillage 3 sind bevorzugt aus einem geeigneten Stahl gefertigt.
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Wie der 1 weiter zu entnehmen ist, sind vorliegend eine erste Gruppe Verseildrähte durch an sich bekannte Runddrähte 6 und eine zweite Gruppe Verseildrähte durch Profildrähte 7 gebildet, die ihrerseits einen bogenförmigen Profilquerschnitt aufweisen, der auf die Grundgeometrie eines Sektorprofils eines Kreisringes zurückgeführt ist. Vorliegend ist beispielgebend eine Verseillage 3 mit einem Verseilaufbau 6 + 6 gezeigt.
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Die Berührungsflächen 5 der Profildrähte 7 sind, wie bereits oben erwähnt, komplementär zu den Berührungsflächen 4 der benachbarten Runddrähte 6, und somit konkav ausgebildet, so dass zwischen Verseildrähten der beiden Gruppen vorteilhaft Formschluss realisiert ist.
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Für den Fachmann leicht nachvollziehbar, sind der Innen- und der Außendurchmesser und/oder die Steifigkeit, insbesondere Axialsteifigkeit, des Kabels 1 durch die Wahl des Verhältnisses aus Breite „b” und Dicke „d” des Profilquerschnitts der Profildrähte 7 in weiten Grenzen einstellbar. Vorliegend ist die Breite „b” des Profilquerschnitts der Profildrähte 7 durch die von diesen eingenommene kleinste Beabstandung zwischen benachbarten Runddrähten 6 und die Dicke „d” des Profilquerschnitts der Profildrähte 7 durch dessen radiale Erstreckung im Kabel 1 bestimmt (vgl. 2a).
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Das zur Einstellung eines bestimmten Innen- und Außendurchmessers und/oder einer bestimmten Steifigkeit des Kabels 1 erforderliche Verhältnis aus Breite „b” und Dicke „d” des Profilquerschnitts der Profildrähte 7 kann dabei sowohl rechnerisch als auch empirisch durch Versuche ermittelt werden.
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2a zeigt danach zunächst einen Profilquerschnitt eines Profildrahtes 7, dessen Breite „b” kleiner der Dicke „d” (b < d) gewählt ist. Ein derartiges Kabel 1 ist im Verhältnis biegsamer als ein Kabel 1 mit Profildrähten 7, deren Breite „b” gleich der Dicke „d” (b = d) ist (vgl. 2b) und erheblich biegsamer als ein Kabel 1 mit Profildrähten 7, deren Breite „b” größer der Dicke „d” (b > d) ist (vgl. 2c).
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Wie der 1 noch zu entnehmen ist, bilden hier sowohl die Runddrähte 6 als auch die Profildrähte 7 die radial innen liegende sowie die radial außen liegende Kontur der Verseillage 3 respektive deren äußere Mantelfläche aus.
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Demgegenüber zeigt 3 ein Kabel 1, bei dem sowohl die Runddrähte 6 als auch die Profildrähte 7 die radial innen liegende Kontur der Verseillage 3 ausbilden, wogegen die radial außen liegende Kontur besagter Verseillage 3 ausschließlich durch die Profildrähte 7 gebildet ist.
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Hierbei erstrecken sich jeweils benachbarte Profildrähte 7 radial außen über die Mantelfläche des zwischen denselben jeweils angeordneten Runddrahtes 6 und bilden zueinander korrespondierende Anschlussflächen 8, 9 aus, wodurch radial außen eine geschlossene und demgemäß besonders dichte Abdichtfläche geschaffen ist, die sich insbesondere bei Verwendung des Kabels 1 als Geomesskabel zum Messen von „arbeitenden” Bohrungen, d. h., Bohrungen, wo z. B. Öl oder Wasser gefördert wird, auszeichnen. In derartigen Bohrungen liegen Drücke bis 120 at vor, die jedoch vermittels eines derartigen Kabelaufbaus beherrschbar sind.
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Das Ausführungsbeispiel nach 4 unterscheidet sich zu den zuvor beschriebenen im Wesentlichen dadurch, dass die Profildrähte 7 sowohl die radial innen liegende Kontur als auch die radial außen liegende Kontur der Verseillage 3 ausbilden, indem benachbarte Profildrähte 7 sich radial innen und radial außen über die Mantelfläche des zwischen denselben jeweils angeordneten Runddrahtes 6 erstrecken und sowohl radial außen als auch radial innen zueinander korrespondierende Anschlussflächen 8, 9; 10, 11 (vgl. durchgehende Linienführung) ausbilden, so dass der jeweils zwischengeordnete Runddraht 6 von besagten Profildrähten 7 vollständig aufgenommen respektive umschlossen und getragen ist und sowohl die äußere als auch die innere Mantelfläche der Armierung, auf welcher wiederum der Kabelkern 2 abgestützt ist, ausschließlich durch die Profildrähte 7 gebildet und besonders dicht sind.
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Dagegen kann es sich auch als zweckmäßig erweisen, radial innen auf direkt aufeinanderliegende Anschlussflächen 10, 11 der benachbarten Profildrähte 7 zu verzichten und statt dessen die radial innen jeweils zueinander korrespondierenden (Anschluss)-Flächen 10, 11 der Profildrähte 7 beabstandet zueinander anzuordnen (vgl. gestrichelte Linienführung), wodurch der Lagenaufbau vereinfacht ist.
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Zur Erzielung eines qualitätsgerechten Lagenaufbaus sind die Runddrähte 6 mit Rückdrehung und die Profildrähte 7 rückdrehungfrei verseilt. Ferner sind die Profildrähte 7 spannnungsfrei in den Verseilverband gelegt, indem dieselben vermittels an sich bekannter Vorformungseinrichtungen vorab eine entsprechende Vorformung erfahren haben.
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Wie bereits oben erwähnt, eignet sich ein derartiges Kabel 1 besonders für geophysikalische Mess- und Erkundungszwecke, insbesondere in der Erdöl- und Erdgasförderindustrie, ferner als See-Kabel 1 oder sonstiges Kabel 1, bei dem hohe Anforderungen an die Mediendichtheit, insbesondere Fluiddichtheit, und/oder die Steifigkeit, insbesondere Axialsteifigkeit, desselben gestellt werden.
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Vorstehende Ausführungsbeispiele stellen auf ein Kabel 1 mit einem Kabelkern 2 und eine denselben ummantelnde Armierung ab, welche „lediglich” durch eine Verseillage 3 der oben beschriebenen Art gebildet ist. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele, sondern erfasst auch Kabel 1 der erfindungsgemäßen Art mit einer Armierung, die durch eine Mehrzahl von Lagen gebildet ist, wobei eine oder mehrere besagter Verseillagen 3 nach der oben beschriebenen Art ausgebildet sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kabel
- 2
- Kabelkern
- 3
- Verseillage
- 4
- Berührungsfläche (Runddraht 6)
- 5
- Berührungsfläche (Profildraht 7)
- 6
- Runddraht
- 7
- Profildraht
- 8
- Anschlussfläche-radial außen (Profildraht 7)
- 9
- Anschlussfläche-radial außen (Profildraht 7)
- 10
- Anschlussfläche-radial innen (Profildraht 7)
- 11
- Anschlussfläche-radial innen (Profildraht 7)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3808049 A1 [0009]
- DE 10059918 A1 [0010]
- DE 3810746 C2 [0011]
- DE 102004015219 B4 [0012]