DE3702323C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches Faser
kabel.
Optische Fasern werden heutzutage als Übertragungs
medium wegen ihrer großen Bandbreite und geringen Größe
vielfach verwendet; jedoch sind solche optischen Fasern
zerbrechlich, reißen bereits unter geringer Zug
spannung, und ihre Lichtdurchlässigkeit wird bei Bie
gung geringer. Deshalb sind Kabelstrukturen entwickelt
worden, um die optischen Fasern mechanisch zu schützen und
sie dabei zu einem brauchbaren Übertragungsmedium zu machen.
Eine mögliche Anwendung von optischen Faserkabeln ist in
Leitungsrohren gegeben. Bei dieser Anwendung muß das Kabel
Zugspannungen widerstehen können, wenn es in das Leitungsrohr
gezogen wird, und Biegebeanspruchungen, wenn das Kabel durch
Windungen im Leitungsrohr gezogen wird und wenn es bei der
Einführung durch Mannlöcher gebogen wird.
Ein für diese Zwecke geeignetes optisches Faserkabel
ist in der US-PS 40 78 853 offenbart. In einer Ausführungsform
wird ein Kern aus optischen Faserbändern von einem lose passen
den, inneren Kunststoffmantel, einer nachgiebigen Schicht
von Kunststoffgarn und einem äußeren Kunststoffmantel umgeben,
der mit ersten Verstärkungselementen verstärkt ist. Die
Verstärkungselemente sind in dem äußeren Mantel eingebettet,
um wesentliche Kopplung mit diesem zu erzielen.
Bei anderen Anwendungen können größere Zugkräfte
auftreten, insbesondere wenn die Rohrleitungen extrem über
füllt sind oder wenn die Rohrleitungen mehr Biegungen als
gewöhnlich aufweisen. Wenn, um diesen erhöhten Anforderungen
zu genügen, die oben beschriebenen Kabel mit noch mehr
Verstärkungselementen versehen werden, nimmt die Flexibili
tät ab, die so notwendig ist, um das Kabel leicht zu hand
haben und zu installieren.
Ein Kabel, welches relativ hohen Zugbelastungen
widerstehen kann, während es einigermaßen flexibel ist, ist
in der US-PS 42 41 979 offenbart. Darin ist die Kopplung
zwischen den Verstärkungselementen und einem äußeren Kunst
stoffmantel genau eingestellt. Eine Einbettungsschicht eines
Materials, um welche die Verstärkungsglieder schraubenförmig
gewickelt sind, ist zwischen einem inneren Kunststoffmantel
und dem äußeren Mantel hinzugefügt, um das Ausmaß der Ein
kapselung der Verstärkungsglieder durch den äußeren Mantel
zu steuern. Indem Teile der Verstärkungselemente an der
Einkapselung gehindert werden, bleiben die Verstärkungsele
mente noch eng mit dem äußeren Mantel bei Zugbelastung ge
koppelt, sind jedoch in der Lage, mit Bezug auf den äußeren
Mantel beim Auftreten von örtlichen Biegungen zu gleiten,
dort wo keine Einkapselung stattfindet. Unter Zugbelastung
wird das Gleiten im wesentlichen vermieden, da genügende
Scherkraft und Reibkopplung zwischen dem äußeren Mantel und
den Verstärkungselementen vorhanden ist.
In einer Ausführungsform weist das Kabel nach der
US-PS 42 41 979 zwei Lagen von Verstärkungselementen auf,
die schraubenförmig in entgegengesetztem Wicklungssinn auf
gebracht sind. Unter einer Zuglast erzeugen diese beiden
Schichten der Verstärkungselemente gleiche, aber entgegen
gesetzt gerichtete Drehmomente um die Längsachse des Kabels
und vermeiden so torsionsmäßiges Kriechen bei andauernder
Zugbelastung.
Optische Faserkabel können auch zwischen Polen
gespannt oder als Erdkabel verlegt werden, wo sie dem Angriff
von Nagetieren, mechanischer Abnutzung und Quetschen unter
liegen können. Kabel unterhalb eines kritischen äußeren
Durchmessers von etwa 19 mm, welcher typischerweise eine obere
Grenze für optische Faserkabel darstellt, werden häufiger
durch Nagetiere beschädigt als dickere Kabel, da die Tiere
direkt auf solche dünnen Kabel beißen können. Bei Kabeln
oberhalb der kritischen Größe hat sich die Verwendung einer
gewellten Abschirmung aus gewöhnlichem Stahl mit längs über
lappten Saumrändern als ausreichendem Schutz herausgestellt.
Eine längs angelegte Abschirmung ist, sofern sonst geeignet,
vom Herstellungsstandpunkt aus ökonomisch vorzuziehen. Bei Kabeln
mit kleinerem Durchmesser jedoch hat eine solche Stahlabschirmungs
anordnung zu Ausfällen geführt. Nagetiere umgreifen das
Kabel mit ihren Zähnen und öffnen den Saum durch Ziehen.
Durch solche von Nagetieren erzeugte Öffnungen tritt Feuch
tigkeit in den Mantel ein und bringt die gewöhnliche Stahl
abschirmung zum Rosten.
Sowohl Luftkabel aus auch Erdkabel werden durch
Blitze beschädigt. Thermische Beschädigung, d. h. Verbrennen,
Verschmoren und Schmelzen, der Armierungsbauteile wird durch
die Hitze des Lichtbogens und den Strom verursacht, der
über die metallischen Glieder oder die Armierung zur Erde
fließt. In Erdkabeln geschieht eine zweite Art der Beschädi
gung durch mechanische Einwirkung, was zum Zerquetschen und
verzerren der Armierung führt. Dies folgt aus einem explosi
ven Stoß, der manchmal als Dampfhammereffekt bezeichnet wird,
der durch die augenblickliche Verdampfung des Wassers in der
Erde mit Blitzkanal zum Kabel verursacht wird.
Ein Kabel mit geeignetem Schutz gegen Nagetiere
und Blitzschlag ist in der US-PS 45 57 560 offenbart. Dabei
ist ein Kern in einer Abschirmung aus einem hochleitenden Mate
rial, wie Kupfer, und in einer gewellten äußeren Abschirmung
mit einem korrosionsfesten, metallischen Material, wie rost
freiem Stahl, eingeschlossen, der mit einem Klebstoffsystem
verbunden ist. Das Klebstoffsystem weist ein erstes Klebstoff
material, das an der äußeren Oberfläche des korrosionsfesten
metallischen Materials haftet, und ein zweites Klebstoffma
terial oder Träger auf, das an einem äußeren Mantel anklebt,
wenn dieses als Kunststoffmaterial um die äußere Abschirmung
extrudiert wird. Selbst wenn der äußere Mantel durch Nage
tiere verletzt wird und die äußere Abschirmung frei wird,
korrodiert der rostfreie Stahl nicht, und die Unversehrtheit
der inneren Teile des Kabels wird aufrechterhalten. Der
Widerstand gegen Nagetiere ist eine Funktion der Dicke und
Härte der äußeren Abschirmung. Auch nützt das Ankleben des
Mantels an die äußere Abschirmung gegen Anheben des Randsaumes
durch Nagetiere. Ein so ausgelegtes Kabel bietet auch einen
Blitzschutz, der bei optischen Faserkabeln benötigt wird,
welche metallische Verstärkungsglieder und/oder metallische
Abschirmungen zum mechanischen Schutz anwenden.
Es wird darauf hingewiesen, daß das zuletzt be
schriebene, am Markt erhältliche Kabel aus einem schon früher
produzierten Kabel und einer nachträglich angebrachten Ar
mierung besteht, die Blitz- und Nagetierschutz hinzufügt. Das
so erhaltene Kabel weist demgemäß einen ziemlich großen, äuße
ren Durchmesser auf, und es wird viel Fabrikationsfläche, Ma
terial und Arbeit benötigt.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde,
ein optisches Kabel zu schaffen, welches Blitz- und/oder Nage
tierschutz bietet und einfach und kostengünstig mit bestehen
den Betriebsmitteln hergestellt werden kann.
Die gestellte Aufgabe wird aufgrund der Maßnahmen
der Erfindung gelöst, die darauf gerichtet sind, daß die Ab
schirmung mit den anderen Elementen des Kabels integriert
sind.
Im einzelnen ist ein optischer Faserkern vorgesehen,
der durch ein Armierungssystem umschlossen wird, welches
Schutz gegenüber Nagetieren und/oder Blitz bietet. Das Armie
rungssystem weist ein inneres Kunststoffrohr auf, das den
Kern umgibt. Mehrere, sich längs erstreckende Verstärkungs
elemente sind in einer einzigen Schicht angeordnet. Ferner
sind noch eine einzige metallische Abschirmung und ein
äußerer Kunststoffmantel vorgesehen; letzterer ist an der
äußeren Oberfläche der metallischen Abschirmung angeklebt.
Die Abschirmung und der Kunststoffmantel sind genügend mit
einander gekoppelt, um im wesentlichen die Torsionssteifig
keit des Kabels zu verbessern und relative Verschiebung zwi
schen Teilen des Armierungssystems zu verhindern, wenn das
Kabel gehandhabt und/oder eingebaut wird. In Längsrichtung
entlang des Kabels sind die Verstärkungselemente genügend von
den anderen Teilen des Armierungssystems entkoppelt, um das
Kabel relativ flexibel während des Biegens des Kabels zu
machen.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die sich
längs erstreckenden Verstärkungselemente zwischen der metal
lischen Abschirmung und dem Kunststoffmantel angeordnet und
stehen im großen und ganzen in innigem Kontakt mit einer
äußeren Oberfläche der metallischen Abschirmung und mit dem
Kunststoffmantel. Die Abschirmung ist bimetallisch, und kann
eine Verbundfolie mit einer Schicht aus gewelltem rostfreiem
Stahl sein, der Schutz gegenüber Nagetieren bietet. Der Aus
druck "Verbundfolie" soll eine Mehrzahl von metallischen
Schichten abdecken, die mit Klebstoff oder durch Preßschweißen
miteinander verbunden sind.
Die äußere Oberfläche des Abschirmsystems haftet an
dem äußeren Kunststoffmantel. Die Haftung wird durch ein
Klebstoffsystem bewirkt, welches eine äußere Schicht aus
Polyäthylen in Kontakt mit dem Mantel aufweist. Auch sind
die Kupfer- und rostfreien Stahlschichten miteinander durch
das Klebstoffsystem verklebt. Die Funktionalität der bime
tallischen Abschirmung hängt weder davon ab, ob ein oder
drei Klebstoffschichten verwendet werden, um die metallischen
Schichten aneinanderzuhalten, noch davon, ob die metallischen
Schichten mit Klebstoff oder durch Preßschweißung miteinander
verbunden sind.
Die Zugfestigkeit des Kabels wird nicht dadurch vermindert,
daß in der einzigen Schicht dickere Verstärkungsglieder ver
wendet werden anstelle von zwei Schichten mit dünneren Ver
stärkungselementen gemäß dem Stand der Technik. Die Haftung
zwischen der Abschirmung und dem äußeren Mantel widersteht
der Torsionsbelastung des Kabels. Die Verwendung nur einer
einzigen Schicht von Verstärkungselementen führt vorteilhaft
zu einem äußeren Durchmesser, der wesentlich gegenüber dem
äußeren Durchmesser des Kabels nach dem Stand der Technik
reduziert ist.
Das Kabel gemäß Erfindung schließt unterschiedliche
Ausführungsformen ein, die von der beabsichtigten Anwendung
des Kabels abhängen. Wenn nur Blitzschutz benötigt wird, muß
nur eine Abschirmung mit relativ hoher Leitfähigkeit ver
wendet werden, während bei einem Kabel, bei dem nur Nagetier
schutz erforderlich ist, nur eine äußere Abschirmung aus
Stahl verwendet wird. Die Abschirmung aus der Verbundfolie
Kupfer-rostfreier Stahl der bevorzugten Ausführungsform wird
zum Schutz gegen Blitz und Nagetiere angewendet.
In der
nachfolgenden Beschreibung wird der Erfindungsgegenstand anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des erfindungs
gemäßen Kabels;
Fig. 2 eine Schnittansicht des Kabels nach Fig. 1;
Fig. 3 eine Schnittansicht eines Bandkabels mit dem
Armierungssystem gemäß Erfindung;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines bekannten
Kabels;
Fig. 5 einen Schnitt durch das Kabel nach Fig. 4;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer bevor
zugten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 7 einen Schnitt durch das Kabel nach Fig. 6;
Fig. 8 die Einzelheit des Armierungssystems des
Kabels nach Fig. 6 und 7;
Fig. 9 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungs
form des Kabels nach der Erfindung und
Fig. 10 eine Einzelheit des Armierungssystems des
Kabels nach Fig. 1.
In Fig. 1 und 2 ist ein Lichtleiterkabel 20 gezeigt.
Dieses enthält einen Kern 22, der eine Mehrzahl von be
schichteten optischen Fasern 24 aufweist. In einer Ausführungs
form sind die optischen Fasern 24 in Bändern 26 (Fig. 3)
zusammengesetzt, wobei eine Mehrzahl von Bändern aufeinander
gestapelt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die
optischen Fasern 24 in Einheiten oder Bündeln angeordnet, wo
bei die optischen Fasern in jedem Bündel nicht verseilt sind.
Der Kern 22 umgibt ein Rohr 28 aus Isoliermaterial, beispiels
weise Polyäthylen hoher Dichte. Typischerweise hat das Rohr 28
eine Wandstärke von etwa 0,76 mm. Wie aus Fig. 1 und 2 her
vorgeht, kann das Rohr 28 außerdem mit einem geeigneten was
sersperrenden Material 29 gefüllt sein.
Beim Stand der Technik (Fig. 4 und 5) wird der um
schlossene Kern 22 und das Rohr 28 von einem Innenmantel 31
und einem Zwischenmantel 33 umgeben, die jeweils aus Kunst
stoff bestehen. In jeden Mantel 31 und 33 sind jeweils mehrere,
sich längserstreckende Verstärkungselemente 34, beispiels
weise aus Stahl, eingebettet. Die Verstärkungselemente können
natürlich auch nichtmetallisch sein und beispielsweise aus
glasfaserverstärktem Material bestehen. Teile der Verstärkungs
elemente stehen im innigen Kontakt mit Bettungsschichten 35,
um vorbestimmte Oberflächen der Verstärkungselemente gegen
über Kopplung mit dem extrudierten Kunststoff genügend unemp
fänglich zu machen, der zur Herstellung des jeweils äußeren
Mantels benutzt wird. Dies führt zu einer verminderten Kopp
lung zwischen Mantel und Draht, so daß die Verstärkungselemen
te 34 leichter gegenüber dem Kunststoffmantel gleiten können,
wenn das Kabel örtlich gebogen wird. Dieses Armierungssystem
und der Kern können als komplettes Kabel dienen.
Das bekannte Kabel nach Fig. 4 kann noch mit einem
armierenden Abschirmsystem 37 versehen werden, das von einem
äußeren Mantel 38 bedeckt wird. Das Abschirmsystem 37 kann
eine innere Abschirmung 39 aufweisen, welches aus einem metal
lischen Material mit einer relativ großen elektrischen Leit
fähigkeit besteht. Kupfer beispielsweise kann als Material
der inneren Abschirmung verwendet werden. Es ist gewellt und
schützt das Kabel gegenüber Blitzeinwirkung.
Die innere Abschirmung 39 des Kabels nach Fig. 4
und 5 wird von einer äußeren Abschirmung 41 bedeckt, die mit
dem Mantel 38 vereint ist, um einen Schutz gegen eindringende
Feuchtigkeit zu bieten und das mechanische Verhalten des
Kabels zu verbessern. Typischerweise besteht die äußere Ab
schirmung aus korrosionwiderstandsfähigem Material, wie
nicht rostendem Stahl, und als solches bietet es einen er
höhten Schutz gegen Beschädigung durch Nagetiere. Die äußere
Abschirmung 41 ist mit dem äußeren Mantel 38 durch ein Kleb
system 43 verbunden, welches erste und zweite Klebstoffma
terialien umfaßt. Das erste Klebstoffmaterial sorgt für eine
vorzügliche Verbindung zu dem rostfreien Stahl der äußeren
Abschirmung, während der zweite Kleber eine vorzügliche Ver
bindung zu dem äußeren Mantel 38 bietet. Ein derartiges Kabel
ist in der erwähnten US-PS 45 57 560 beschrieben und bean
sprucht.
Bei einem Kabel 20 der Erfindung sind die Merk
male der Verstärkung sowie des Blitz- und Nagetierschutzes
in ein Armierungssystem 50 (Fig. 1 und 2) von Anfang an
integriert und nicht nachträglich für ein bereits entworfenes
Kabel hinzugefügt. Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, wird das
lose Rohr 28 von dem Armierungssystem 50 umschlossen, welches
ein gewelltes Abschirmsystem 52 und einen äußeren Mantel 54
mit einer Wandstärke von etwa 1,27 mm umfaßt.
Für den äußeren Mantel 54 kann ein Kunststoff, wie
schwarzes, hochdichtes Polyäthylenmaterial, mit einem spezi
fischen Gewicht in der Größenordnung von 0,950 bis 0,973
g/cm3 verwendet werden. Dieses Polyäthylen ist insofern vor
teilhaft, als es ausgezeichnete Eigenschaften bei niedrigen
Umgebungstemperaturen zeigt und zäher ist als andere Poly
äthylenmaterialien.
Benachbart der äußeren Oberfläche 56 des Armie
rungssystems 52 sind mehrere, sich längs erstreckende Ver
stärkungselemente 58 (Fig. 1 bis 3) vorgesehen. Wie ersicht
lich, berühren die Verstärkungselemente 58 die Wellenberge
57 des Abschirmsystems, wie durch eine gestrichelte Kreislinie
angedeutet. Die Verstärkungselemente können beispielsweise aus
einem hochzugfesten Kohlenstoffstahl bestehen, wobei dann
jedes Element einen äußeren Durchmesser in der Größenordnung
von ungefähr 0,355 bis 0,635, bevorzugt 0,762 mm aufweist.
Natürlich können die Verstärkungselemente auch aus anderen
Materialien bestehen, beispielsweise aus glasfaserverstärktem
Kunststoff. Für spezielle Anwendungen können auch nur zwei
Verstärkungselemente 58 verwendet werden. In einem solchen
Kabel können die Durchmesser der jeweiligen Verstärkungsele
mente 1,5 mm betragen.
Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, sind die Verstär
kungselemente 58 nur in einer einzigen Schicht angeordnet,
die konzentrisch zu dem Kern 22 verläuft. Dies steht im
Gegensatz zu der zweischichtigen Anordnung bei dem bekannten
Kabel nach Fig. 4 und 5. In anderen Kabeln nach dem Stand der
Technik wird die Zugfestigkeit des Kabels durch zentral ange
ordnete Verstärkungselemente erreicht.
In der bevorzugten Ausführungsform sind die Ver
stärkungselemente 58 schraubenförmig um das Abschirmsystem
52 gewickelt. Es liegt jedoch im Bereich der Erfindung, die
Verstärkungselemente 58 mit dem Kabel 20 zu vereinigen derart,
daß sie keinen beabsichtigen Seilschlag aufweisen und im
wesentichen parallel zur Längsachse des Kabels verlaufen.
Das Abschirmsystem 52 der bevorzugten Ausführungs
form ist eine gewellte Verbundfolie 60 (Fig. 6 bis 8) mit
einer inneren Abschirmung 62 aus einem metallischen Material,
wie Kupfer, welches eine relativ hohe elektrische Leitfähig
keit aufweist, um einen Blitzschutz zu bieten, und einer
äußeren Abschirmung 64, die aus einem korrosionsfestem Ma
terial, wie rostfreiem Stahl, besteht, um einen mechanischen
Schutz zu bieten. Der äußere Umriß der Wellenberge ist durch
eine gestrichelte Linie 65 angedeutet. Wie aus Fig. 7 hervor
geht, stehen die Verstärkungselemente 58 im großen und ganzen
in Berührung mit den äußeren Wellenbergen der Verbundfolie 60.
Die Verbindung zwischen den beiden metallischen
Schichten in der bevorzugten Ausführungsform wird durch ein
Klebstoffsystem 66 erreicht, welches drei Klebstoffschichten
umfaßt. Eine Schicht 58 aus einem Acrylsäurecopolymer steht
beispielsweise mit der inneren Abschirmung 62, und eine
Schicht 71 des gleichen Materials steht mit der äußeren Ab
schirmung 64 in Verbindung. Eine Schicht 73 aus Polyäthylen
kunststoff ist zwischen den beiden Schichten 68 und 71 ange
ordnet. Die Schicht 73, welche einen höheren Schmelzpunkt als
die Materialien der Schichten 68 und 71 aufweist, dient als
Träger für diese Materialien, um die Herstellung der Schichten
zu erleichtern. Typischerweise haben die inneren und äußeren
Abschirmungen 62 und 64 Dicken von 0,127 bzw. 0,076 mm, und
das Klebstoffsystem hat eine Dicke von 0,076 mm, wobei die
Schichten 68, 71 und 73 jeweils eine Dicke von 0,0254 mm
besitzen.
In der bevorzugten Ausführungsform besteht das
Klebstoffmaterial der Schichten 68 und 71 aus einem Ter
polymer, das eine äthylenmäßig ungesättigte Carboxylsäure,
einen Ester einer äthylenmäßig ungesättigten Carboxylsäure
und Äthylen aufweist und eine Dicke von etwa 0,0254 mm
besitzt. Speziell weist das Terpolymer ungefähr 85 bis 90
Gew.-% Äthylen, ungefähr 3 bis 5 Gew.-% Acrylsäure und Acryl
säureester auf. Zusammen weisen die Acrylsäure und der Acryl
säureester etwa 10 bis 15 Gew.-% der Terpolymerzusammensetzung
auf (siehe US-PS 41 22 248).
Das Klebstoffsystem 66 ist wegen der Anbringung der
Wellungen im Verbundmaterial 60 bedeutsam. Ohne dieses könnte
Kaltverfestigung während der Wellenbildung auftreten. Dies
könnte dazu führen, daß Wellungen exzessiv ausgezogen werden,
wenn die gewellte Verbundfolie durch eine Formmatrize wandert
und die Abschirmung nicht fähig ist, Biegespannungen zu wider
stehen. Das Klebstoffsystem 66 ermöglicht eine ausreichende
Bewegungsfreiheit zwischen den metallischen Schichten, welche
das Abschirmsystem ausmachen, so daß die metallischen Schichten
zueinander gleiten können, wenn die Verbundfolie durch die
Wellungswalzen läuft, wobei exzessive Kaltverfestigung ver
mieden wird.
Um eine geeignete Verbindung des Abschirmsystems 60
mit dem äußeren Kunststoffmantel 54 herzustellen, ist ein
Klebesystem 80 (Fig. 8) auf einer äußeren Oberfläche 82 der
äußeren metallischen Schicht 64 vorgesehen. Das Klebesystem
80 weist eine Schicht 84 aus Acrylsäurecopolymer in Berührung
mit der äußeren Oberfläche der äußeren metallischen Schicht
der Abschirmung und mit einer Dicke von 0,0254 mm auf. In der
bevorzugten Ausführungsform besteht die Schicht 84 aus dem
gleichen Material wie die Schichten 68 und 71. Über der Schicht
84 sind zwei 0,0254 mm dicke Schichten 86 und 88 aus Poly
äthylenkunststoff vorgesehen, wovon die äußere die Verbindung
mit dem Kunststoffmantel 54 herstellt. Das Polyäthylen oder
ein anderes Trägermaterial, welches mit dem äußeren Mantel 54
kompatibel ist, könnte genauso als eine Schicht anstelle von
zwei Schichten aufgebracht sein. Wenn die beiden äußeren
Schichten aus dem gleichen Klebstoffmaterial bestehen, dann
kann eine einzige Schicht mit einer Dicke von 0,508 mm ange
wendet werden.
Das Klebstoffsystem 80 verhindert vorteilhaft die
Diffusion von Feuchtigkeit in das Kabel und bringt das Ar
mierungssystem dazu, einheitliche Eigenschaften zu zeigen.
Das Klebstoffsystem verbessert den Torsionswiderstand des
Kabels 20, was vor allem dann wichtig ist, wenn nur eine ein
zige Lage von schraubenförmig sich erstreckenden Verstärkungs
elementen vorgesehen ist. Auch ist das Kleben des äußeren
Mantels am Abschirmsystem 52 von Nutzen bei der Schaffung
eines Schutzes gegen Nagetiere. Nagetiere werden daran ge
hindert, einen Teil des überlappenden Saumes der Abschirmung
anzuheben.
Eine geänderte Ausführungsform des Kabels nach der
Erfindung ist in Fig. 9 gezeigt. Dieses Kabel 100 weist ei
nen Kern 102 mit einer Mehrzahl von optischen Fasern 24 auf,
die als Bündel oder als Bänder (ähnlich wie in Fig. 3) vor
liegen, und ist mit einem wassersperrenden Material 103 ge
füllt. Der Kern 102 ist in einem Kunststoffrohr oder -schlauch
104 enthalten, der vorzugsweise aus hochdichtem Polyäthylen
besteht. Das Kunststoffrohr 104 ist von einem extrudierten
inneren Kunststoffmantel 106 aus Polyäthylen umschlossen,
der eine Wandstärke von ungefähr 0,838 mm aufweist.
Eine Einbettungsschicht 108 ist zwischen dem
inneren Mantel 106 und dem Rohr 104 angeordnet, um eine
Gleitebene für eine Mehrzahl von sich längs erstreckenden
Verstärkungselementen 110 zu schaffen, die schraubenförmig
um das Rohr 104 gewickelt sind. Wie beim US-Patent 42 41 979
schirmt die Einbettungsschicht Teile der Verstärkungselemente
110 von dem Extrudat des umhüllenden inneren Mantels 106 ab.
Typischerweise hat die Einbettungsschicht 108 eine Dicke von
etwa 0,2 mm und ist in Längsrichtung um das Rohr 104 mit
einem sich längserstreckenden Saum gelegt.
Die Einbettungsschicht 108 bestimmt die Kopplung
zwischen den Verstärkungselementen 110 und dem Mantel 106.
Die Einbettungsschicht 108 tritt zwischen Teilen der Oberfläche
der Verstärkungselemente 110 und macht diese unzugänglich zur
Kopplung mit dem Kunststoffmantel 106. Dadurch wird die
vollständige Einkapselung der Verstärkungselemente 110 ver
hindert.
Während der Herstellung werden die Verstärkungs
elemente 110 schraubenförmig auf die Einbettungsschicht 108
unter Spannung gewickelt, so daß Teile der Oberfläche der
Verstärkungselemente in innigen Kontakt mit der Einbettungs
schicht kommen. Daraufhin wird der Mantel 106 unter Druck auf
die Einbettungsschicht und die Verstärkungselemente extru
diert. Die Einbettungsschicht 108 ist genügend steif, um den
Fluß des Kunststoffextrudats auf die eingebetteten Teile der
Oberflächen zu verhindern, so daß die Einkapselung dieser
Oberflächen der Verstärkungselemente verhindert wird. Dadurch wird die Kopplung zwischen
Mantel und Draht genügend reduziert, so daß die Verstärkungs
elemente leichter zu dem Mantel gleiten können, wenn eine
örtliche Biegung vorgenommen wird.
Die Verhinderung der Einkapselung dieser Ober
flächen hat nur eine geringe Auswirkung auf die Zugfestigkeit
der schraubenförmig gewickelten Verstärkungselemente 110.
Wenn das extrudierte Kunststoffmaterial des Mantels 106 während
der Herstellung abkühlt, bildet es eine dichte Passung um die
Verstärkungselemente 110. Während der Zugbelastung der Kabel
versuchen die schraubenförmig gewickelten Verstärkungselemente
110, sich radial zu verschieben, aber sie werden daran durch
das darunter liegende Kernrohr 104 gehindert. Die Bestrebun
gen sich in Umfangsrichtung zu bewegen, wird durch den um
gebenden inneren Mantel 106 verhindert. Es existiert genügen
de Scherkraftkupplung zwischen den Verstärkungselementen und
dem Mantel 106 in Längsrichtung über die gesamte Länge des
Kabels.
Die Einbettungsschicht kann dünn sein und beispiels
weise aus 0,2 mm dicken Polyestergespinst bestehen. Ein
Polyestergespinst für diesen Zweck ist ein Standardprodukt
der E. I. Du Pont de Nemours & Co. Polyestergespinst ist ge
nügend nachgiebig, um trogförmige Aussparungen zu entwickeln,
welche den Oberflächenkontakt mit den Verstärkungselementen
von kreisförmigem Durchmesser vergrößern.
Im Kabel ist die Einbettungsschicht 108 vollständig
um das Rohr 104 angeordnet. Dies erleichtert die Entfernung
des Armierungssystems von dem rohrumschlossenen Kern. Ferner
wird dadurch erreicht, daß das Abschirmsystem das Biegever
halten des Kabels bestimmt.
Wenn die Verstärkungselemente 110 von dem Kunst
stoffexdrudat des Mantels 106 umhüllt werden, bildet der
Mantel eine enge Passung, wie ein geschlossener Ring, der im
wesentlichen die relative Umfangbewegung der Verstärkungs
elemente zum Mantel mildert. Wo die Verstärkungselemente auf
der Einbettungsschicht sitzen, bildet der Mantel einen ge
schlitzten Ring, der eine Relativverschiebung der Verstärkungs
elemente in Längsrichtung zum Mantel bei örtlicher Biegung
ermöglicht.
Über dem inneren Mantel 106 liegt ein Abschirmsystem
112, welches - wie in der bevorzugten Ausführungsform - eine
Kupfer-rostfreie Stahl-Verbundfolie aufweist, um einen Blitz
schutz und Nagetierschutz zu bieten. Das Abschirmsystem 112
weist eine scheinbare Dicke von etwa 0,76 mm nach Wellung auf.
Das Abschirmsystem 112 wird von einem äußeren Mantel 114 um
schlossen, der aus Kunststoffmaterial besteht und typischer
weise etwa 1,27 mm dick ist. In diesem Ausführungsbeispiel
können die sich längserstreckenden Verstärkungselemente, wie
im bevorzugten Ausführungsbeispiel, in innigem Kontakt mit dem
metallischen Abschirmsystem stehen.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
bestand das Abschirmsystem aus einer Verbundfolie; es ver
steht sich aber, daß es auch in anderer Weise ausgebildet
sein kann, beispielsweise als einfache Abschirmung 120, wie
in Fig. 10 dargestellt. Wenn beispielsweise nur ein Schutz
gegenüber Nagetieren erforderlich ist, ist es unnötig, Kupfer
oder ein anderes hochleitendes Material in das Abschirmsystem
einzubeziehen. Für diesen Fall der Erdkabel oder Überkopf
kabel wird ein Abschirmsystem mit einer 0,127 mm dicken
Metallschicht aus rostfreiem Stahl mit einem Klebstoffsystem
zur Verbindung an den äußeren Kunststoffmantel verwendet. Es
kann andererseits auch vorkommen, daß ein Blitzschutz benötigt
wird, ohne daß das Kabel dem Angriff von Nagetieren ausge
setzt ist. In einem solchen Fall genügt eine Kupferabschirmung,
die direkt mit dem äußeren Mantel verbunden ist und nicht etwa
über eine Schutzschicht aus rostfreiem Stahl zum Nagetier
schutz.
Als Ergebnis des Aufbaus des Kabels gemäß Erfindung
wird der äußere Durchmesser gegenüber früher bekannten Kabeln
wesentlich vermindert. Ein Standardkreuzschlagkabel (Fig. 4
und 5) mit einem ursprünglichen Durchmesser von 10,4 mm weist
einen äußeren Durchmesser von 17,78 mm auf, wenn eine Abschir
mung aus Kupfer und rostfreiem Stahl sowie ein äußerer Mantel
vorgesehen sind. Der äußere Durchmesser der bevorzugten Aus
führungsform des Kabels nach der Erfindung beträgt 10,668 mm.
Dies bedeutet eine wesentliche Verringerung der Dicke des Ka
bels. Ferner wird wegen der Anordnung und der Struktur des
Kabels das Herstellungsverfahren beträchtlich vereinfacht.
Im Kabel gemäß Erfindung und wie in Fig. 1 gezeigt,
ist nur eine Schicht von schraubenförmig gewundenen Ver
stärkungselementen vorgesehen. Ferner wird ungleich den vor
bekannten Kabel nur eine einzige Abschirmung, benachbart den
Verstärkungselementen, verwendet. Wie zuvor beschrieben, kann
die Abschirmung aus einer Verbundfolie mit zwei Metallmateri
alien bestehen. Die Verstärkungselemente in der Ausführungs
form nach Fig. 9 sind so nah wie möglich zur neutralen Achse
des Kabels angeordnet. Dadurch kann das Kabel leichter gebo
gen werden und unterliegt weniger der Gefahr des Knickens.
Dies wird durch Wickeln der Verstärkungselemente um das um
schließende, rohrförmige Glied erreicht und dadurch, daß der
innere Mantel sich darüber erstreckt. In der Ausführungsform
nach Fig. 1 und 2 sowie 6 und 7 sind die Verstärkungselemente
benachbart der äußeren Oberfläche der Abschirmung angeordnet,
jedoch in einer Entfernung von der neutralen Achse der Quer
schnittsfläche des Kabels, welche nicht allzu sehr von der
Ausführungsform nach Fig. 9 abweicht, da der innere Mantel
fehlt.
Das mechanische Verhalten des Kabels gemäß Erfin
dung wird wegen der Umfangs- und Längskopplung zwischen den
Teilen des Armierungssystems verbessert. In den Ausführungs
formen gemäß Fig. 1, 2, 6 und 7 sind die Verstärkungselemente
58 in dem Mantel 54 eingebettet, der an das Abschirmsystem
52 angeklebt ist. Infolgedessen sind die Bauteile des Ab
schirmsystems genügend miteinander gekoppelt, um die Tor
sionsstabilität des Kabels zu verbessern und relative Ver
schiebungen zwischen Teilen des Abschirmsystems zu verhindern.
Obzwar nur eine einzige Schicht von Verstärkungs
elementen verwendet wird, wird genügend Widerstand gegen
Torsions- und Zugkräfte erzielt, um Beschädigungen des Kabels
oder Verschlechterung seines Verhaltens zu vermeiden. Es sei
daran erinnert, daß in der US-PS 42 41 979 zwei Schichten
von Verstärkungselementen verwendet werden und die Kreuzrich
tung schraubenförmig gewickelt sind. Dies führt zu einem hin
sichtlich Drehmoment neutralen Kabel. Wegen der Verwendung nur
einer Schicht der Verstärkungselemente neigen diese im Kabel
gemäß Erfindung dazu, sich enger zu drehen, wenn Zugkräfte
anliegen, und es existiert auch keine entgegengesetzt gewickel
te Schicht zum Torsionsausgleich. Beim erfindungsgemäßen
Kabel wird jedoch die relative Verschiebung zwischen den
Kabelteilen in einer Weise verhindert, daß die Notwendigkeit
für eine zweite Schicht der Verstärkungselemente entfällt.
In der bevorzugten Ausführungsform ist die Scherkraftkopplung
zwischen den Verstärkungselementen und dem Mantel, der an dem
Abschirmsystem 52 angeklebt ist, derart, daß die Abschirmung
wegen des Mantels sich nicht drehen kann. In der Ausführungs
form nach Fig. 9 besteht genügend Kopplung zwischen der
inneren Oberfläche des gewellten Abschirmsystems und dem
inneren Mantel 112, in welchem die Verstärkungselemente an
geordnet sind und dem Kabel Torsionskräfte erteilen. Weil
auch das Abschirmsystem und der äußere Mantel des Kabels
nach Fig. 9 während der Installation zusammen mit dem inneren
Mantel 106 und dem Rohr 104 zusammengeklemmt werden, bekämpft
der Torsionswiderstand des Abschirmsystems und des äußeren
Mantels die Verdrehungstendenz der einfachen Schicht von Ver
stärkungselementen innerhalb des inneren Mantels. Natürlich
liegt es innerhalb des Bereichs der Erfindung, den inneren
Mantel an die innere Oberfläche des Abschirmsystems 112 an
zukleben.
Die Verstärkungselemente sind andererseits in Längs
richtung des Kabels genügend von anderen Teilen des Armierungs
systems entkoppelt, um das Kabel genügend flexibel zu gestal
ten. Wenn das Kabel gebogen wird, müssen die Verstärkungs
elemente in der Lage sein, sich längs zu verschieben, um die
Biegebeanspruchungen zu verteilen.
In den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1, 2, 6 und
7 stehen die Verstärkungselemente 58 in Berührung mit den
Wellenbergen des Abschirmsystems 52. Infolgedessen sind die
Verstärkungselemente 58 in diesen Ausführungsbeispielen in
der Lage, relativ zu dem Abschirmsystem 52 in Längsrichtung
zu gleiten, wenn das Kabel während der Installation und der
Handhabung gebogen wird. Dagegen werden sie gegenüber Ver
drehung in Umfangsrichtung im wesentlichen gehindert. In der
Ausführungsform nach Fig. 9 wird die Längsverschiebung der
Verstärkungselemente 110 dadurch erleichtert, daß diese in
Berührung mit der Einbettunngsschicht 108 stehen. Die Einbet
tungsschicht 108 ist für das Kunststoffextrudat des inneren
Mantels 106 undurchdringlich und macht Teile des Umfangs der
Verstärkungselemente unzugänglich für das Kunststoffextrudat.
Dadurch wird die vollständige Umschließung des Umfangs dieser
Verstärkungselemente verhindert, andererseits ist ein genügen
der Umschluß vorgesehen, um diese an einer Verschiebung in
Umfangsrichtung zu hindern, während die Längsverschiebung zur
Erleichterung der Biegung des Kabels ermöglicht wird. Wenn
die Verstärkungselemente nicht in der Lage wären, sich in
Längsrichtung während des Biegens zu verschieben, würde das
Kabel einknicken und die optischen Fasern würden beschädigt
werden.
Die Anwendung des Abschirmsystems 52 nach der
bevorzugten Ausführungsform ist gegenüber dem Stand der
Technik in zwei Beziehungen vorteilhaft: Als Verbundfolie aus
zwei Metallen ist die Abschirmung mechanisch stärker, als
wenn ein Abschirmsystem mit zwei getrennten, unverbundenen,
metallischen Abschirmungen verwendet werden würde. Dies trifft
unabhängig von der Verwendung von gewellten Abschirmungen zu,
wegen des unvollständigen Eingriffs der Wellungen ineinander,
und die Anwendung von zwei Abschirmungen beim Stand der Technik läßt Schlupf zu, trotz
der Wellungen. Dies führt natürlich zur reduzierten Kopplung
zwischen den äußeren und inneren Abschirmsystemen.
Ein optisches Faserkabel mit einer Verbundfolienab
schirmung, die an den Außenmantel geklebt ist, verdreht
sich weiterhin weniger leicht und ist während des Einbaus sta
bil. Eine Abschirmung aus rostfreiem Stahl mit 0,076 mm Dicke
mag für einen Nagetierschutz unzureichend sein, aber mit einer
Rückenschicht von 0,127 mm Dicke aus Kupfer wird dieser
Schutz erreicht. Normalerweise macht ein Nagetierschutz eine
Dicke von 0,127 mm rostfreiem Stahl auch in dem Aufbau
gemäß US-PS 45 57 560 erforderlich. Dies trifft bei einer
Verbundmaterialabschirmung mit zusätzlicher Stärke und
Steifheit nicht zu.
Claims (20)
1. Optisches Kabel, bestehend aus:
- - einem Kern (22, 102) mit mindestens einer optischen Faser,
- - einem Kunststoffrohr (28, 104), das den Kern (22, 102) umgibt,
- - einem Armierungssystem (50) mit
- -- nur einer metallischen Abschirmung (52, 60, 112), die das Rohr umschließt,
- -- einem Kunststoffmantel (54, 106), der mit der metallischen Abschirmung (52, 60, 112) an deren Außenfläche verklebt ist, um im wesentlichen die Torsionsstabilität des Kabels zu vergrößern und eine relative Verschiebung der Teile des Armierungssystems gegeneinander zu verhindern sowie
- -- mehreren in einer einzigen Schicht angeordneten Verstärkungselementen (58, 110), die gegenüber anderen Teilen des Armierungssystems in Längsrichtung des Kabels entkoppelt sind, um das Kabel relativ biegsam zu gestalten.
2. Optisches Faserkabel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die einzig vorhandene metallische
Abschirmung (52, 60, 112) gewellt ist.
3. Optisches Faserkabel nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsglieder (58, 110)
jeweils schraubenlinienförmig um eine Längsachse des Kabels
gewickelt sind.
4. Optisches Faserkabel nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsglieder (58, 110)
jeweils ohne beabsichtigten Seilschlag sich im wesentlichen
parallel zur Längsachse des Kabels erstrecken.
5. Optisches Faserkabel nach einem der
Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (50, 60, 112)
eine Verbundfolie aufweist, die eine Schicht eines ersten
metallischen Materials (62) und eine Schicht eines zweiten
metallischen Materials (64) einschließt, die aneinander
haften.
6. Optisches Faserkabel nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das erste metallische Material
(62) aus Kupfer und das zweite metallische Material (64) aus
rostfreiem Stahl besteht.
7. Optisches Faserkabel nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das erste metallische Material
(62) die äußere Oberfläche des Kunststoffrohres (28) unmittel
bar umgibt.
8. Optisches Faserkabel nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite metallische
Material miteinander preßverschweißt sind.
9. Optisches Faserkabel nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Material mit
Klebstoff (66) miteinander verbunden sind.
10. Optisches Faserkabel nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (62, 64) des metal
lischen Materials miteinander über ein System (66) verbunden
sind, welches eine Mehrzahl von Schichten (68, 71, 73) von
Klebstoffmaterial aufweist.
11. Optisches Faserkabel nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht (68) eines ersten
Klebstoffmaterials an einer äußeren Schicht (71) eines
zweiten Klebstoffmaterials an einer inneren Oberfläche des
zweiten metallischen Materials (64) haften und daß eine
Schicht (73) eines dritten Klebstoffmaterials zwischen der
ersten und zweiten Schicht (68, 71) der Klebstoffmaterialien
haftend angeordnet ist.
12. Optisches Faserkabel nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Kleb
stoffmaterial (68, 71) aus einem ternären Polymer bestehen,
das Äthylen, eine äthylenmäßig ungesättigte Karbonsäure
und einen Ester einer äthylenmäßig ungesättigten Karbon
säure aufweist.
13. Optisches Faserkabel nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß das erste Klebstoffmaterial ein
ternäres Polymer mit ungefähr 85 bis 90 Gew.-% Äthylen, unge
fähr 3 bis 5 Gew.-% einer Acrylsäure und eines Acrylsäureesters
ist und daß die Acrylsäure und der Acrylsäureester zusammen
etwa 10 bis 15 Gew.-% des ternären Polymers ausmachen.
14. Optisches Faserkabel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß eine äußere Oberfläche der Ab
schirmung (52, 60) ein Klebstoffsystem (80) aufweist, welches
den Mantel (54) an die Abschirmung (52, 60) klebt.
15. Optisches Faserkabel nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, daß das Klebstoffsystem zur Bindung
des Mantels an der Abschirmung ein ternäres Polymer aufweist,
welches an der Abschirmung, und ein Kunststoffmaterial, wel
ches an dem ternären Polymer und dem Mantel haftet.
16. Optisches Faserkabel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß es einen inneren Mantel (106)
aus Kunststoff aufweist, der konzentrisch um das innere Rohr
(104) angeordnet ist und eine Mehrzahl von Verstärkungs
gliedern (110) nahe des inneren Rohres (104) aufweist, die
wenigstens teilweise in dem inneren Mantel (106) eingebettet
sind (siehe Fig. 9).
17. Optisches Faserkabel nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche des inneren
Mantels (106) an die innere Oberfläche der Abschirmung (112)
geklebt ist.
18. Optisches Faserkabel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die sich längserstreckenden
Verstärkungselemente (58) in Berührung mit der Außenober
fläche (56) der Abschirmung (52) angeordnet sind und mit
wesentlichen Anteilen ihres Umfanges in dem Kunststoffmantel
(54) eingebettet sind.
19. Optisches Faserkabel nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (52) ein Band
aus Kupfer (62) aufweist, das um das innere Rohr (28) ge
wickelt ist.
20. Optisches Faserkabel nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (52) ein Band
aus rostfreiem Stahl (64) aufweist, das um das innere Rohr
(28) gewickelt ist.
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