DE60037026T2

DE60037026T2 - Faseroptisches kabel mit verstärkungselement innerhalb einer äusseren umhüllung

Info

Publication number: DE60037026T2
Application number: DE60037026T
Authority: DE
Inventors: Jon West Columbia FITZ; Ben Irmo WELLS; Jin Irmo LIU; John Columbia SMITH
Original assignee: Prysmian Communication Cables and Systems USA LLC
Current assignee: Prysmian Cables and Systems USA LLC
Priority date: 1999-07-22
Filing date: 2000-07-20
Publication date: 2008-08-21
Anticipated expiration: 2020-07-21
Also published as: CA2314317A1; EP1203254A1; CA2314317C; EP1070975A1; EP1203254B1; DE60037026D1; US6137936A; WO2001007953A1; ES2296657T3

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Glasfaserkabel, und genauer gesagt ein Glasfaserkabel, das einen Kern mit einer Öffnung aufweist, in dem wenigstens eine optische Faser lose aufgenommen ist, und eine einzelne Verstärkungselementeinheit in einem äußeren Mantel um den Kern enthält, der sowohl eine Zugspannung als auch ein oberirdische Aufhängmittel enthält. Das Kabel weist eine neutrale Oberfläche auf, die mit einer Biegung des Kabels in einer Ebene einer maximalen Biegungsenergie verbunden ist, die innerhalb des äußeren Mantels und außerhalb der Kernöffnung angeordnet ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Optische Fasern werden heutzutage in einer Vielzahl von Telekommunikationsanwendungen verwendet, da sie eine geringe physikalische Größe und eine Bandbreite hoher Kapazität aufweisen. Ein Glasfaserkabel enthält typischerweise vier optische Fasern. Die optischen Fasern können in dem Kabel in einer Vielzahl von Konfigurationen enthalten sein, wie beispielsweise in einem Glasfaserband, als eine Faserader oder lose in einer Pufferröhre.
Eine optische Faser ist eine mechanisch zerbrechliche Struktur. Die optischen Signalübertragungseigenschaften einer optischen Faser können sich deutlich verschlechtern, wenn die Faser mechanischen Belastungen ausgesetzt ist. Wenn eine Faser zu sehr mechanisch belastet wird, kann die Faser ihre Funktion zum Zwecke der optischen Signalübertragung in einer Telekommunikationsanwendung verlieren.
Es ist nicht ungewöhnlich, dass ein Glasfaserkabel, das eine optische Faser oder optische Fasern enthält, einer Handhabung unterzogen wird oder einer physikalischen Umgebung ausgesetzt ist, was die Faser oder die Fasern in dem Kabel belastet bzw. beansprucht. Beispielsweise kann eine optische Faser, die in einem Glasfaserkabel enthalten ist, eine Belastung und Beanspruchung erfahren, wenn das Kabel während der Wicklung auf eine Rolle zum Zwecke der Lagerung oder während oder nach der Installation entlang und über einer weiteren Oberfläche, in einer Röhre oder einem Kabelkanal, oder aufgehängt in der Luft von vertikalen Trägern, gebogen oder gedehnt wird. Ferner kann die Faser in einem Kabel, wenn es zwischen zwei anderen Kabelkomponenten eingeklemmt wird, und aufgrund des Unterschieds zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten für die optische Faser und den anderen Komponenten in dem Glasfaserkabel, das die Faser enthält, mechanisch beansprucht werden.
Wenn ein Glasfaserkabel gebogen wird, tritt eine Biegung entlang einer neutralen Oberflächenebene auf, die mit der Kabelbiegung zusammenhängt und sich entlang der longitudinalen Länge des Kabels erstreckt. Die Schnittstelle der neutralen Oberflächenebene mit einem Querschnitt des Kabels ist eine neutrale Achse.
Wenn ein Glasfaserkabel einen gleichförmigen Aufbau in allen Richtungen radial zu dessen Achse aufweist, weist das Kabel dieselbe Festigkeit, beispielsweise Biegewiderstand, in allen Richtungen quer zur Achse auf. Allerdings, wenn einzelne Komponenten, wie beispielsweise Verstärkungselemente in Abschnitten des Kabels vorhanden sind, gibt es zwei bevorzugte Richtungen des Biegens in einer bevorzugten Ebene des Biegens, oder es könnte mehr als eine Richtung des Biegens, in der das Kabel einfacher als in andere Richtungen gebogen werden kann, vorhanden sein. Folglich kann eine longitudinale Ebene bzw. Längsebene (MIN-BP) vorhanden sein, die das Kabel schneidet, in der eine minimale Biegungsenergie zum Biegen des Kabels notwendig ist. Von einem Querschnitt betrachtet, hängt eine neutrale Achse, die "NA_Min" genannt wird, mit der Biegung des Kabels in der MIN-BP zusammen, und NA_Min steht senkrecht auf der MIN-PB und kann die Kabelachse schneiden. Mit einer solchen Struktur gibt es eine weitere solche Ebene (MAX-BP), in der die maximale Biegungsenergie benötigt wird, um das Kabel zu biegen, und es gibt eine ähnliche neutrale Achse, die "NA_Max" genannt wird, die mit der Biegung des Kabels in der MAX-BP zusammenhängt, und senkrecht auf der MAX-BP steht, das geometrische Zentrum des Kabels aber nicht schneiden muss.
Wenn ein radial nicht gleichförmiges Glasfaserkabel Biegungskräften ausgesetzt ist, wird das Kabel sich tendenziell ausrichten und drehen, um eine Biegung zu veranlassen in der Ebene aufzutreten, bei der eine minimale Energie zur Biegung des Kabels benötigt wird, d. h. der MIN-BP. Wenn ein Kabel in einer speziellen Ebene gebogen wird, wird das Material des Kabels jeweils an gegenüberliegenden Seiten der neutralen Oberflächenebene, die mit der Biegungsebene zusammenhängt, komprimiert und ist konkav, und gedehnt und ist konvex und in Spannung. Während einer Biegung des Kabels neigt irgendeine Komponente in dem Kabel, die frei ist, sich radial aus dem Kabel zu bewegen, wie beispielsweise eine optische Faser, die lose in der Öffnung des Kerns enthalten ist, dazu, von dem Abschnitt des Kabels unter Spannung oder Kompression zum Abschnitt zu wandern, wo eine Belastung bzw. Spannung minimiert ist. Die Querschnittsfläche in dem Kabel, in der sich irgendeine lose gehaltene Faser bewegen kann, die Länge der Faser in Bezug zum Kabel und die Ebene, in der sich das Kabel biegt, bestimmen den Ort in dem Kabel, wo die Faser als Folge der Biegung des Kabels positioniert wird. Wenn während einer Biegung des Kabels eine lose gehaltene Faser in dem Kabel von der neutralen Oberfläche, die mit der Biegung des Kabels zusammenhängt, weg bewegt wird, kann eine Verlängerungs- oder Verkürzungsbelastung auf die optische Faser wirken, wenn keine anderen Vorkehrungen getroffen werden. Obwohl es wünschenswert ist, dass irgendeine lose gehaltene Faser in dem Kabel auf oder in der Nähe der neutralen Oberfläche, die mit der erwarteten Biegung des Kabels zusammenhängt, die unter manchen Umständen die MIN-BP sein wird, positioniert ist, ist es möglich, solche Belastungen durch geeignete Auswahl der Größe der Öffnung und den Überschuss der Faserlänge bezüglich zur geradlinigen Länge der Öffnungsachse (EFL) zu verringern oder zu eliminieren.
Glasfaserkabel aus dem Stand der Technik wurden gestaltet, um Merkmale zu enthalten, die das Verhalten des Kabels kontrollieren, wenn es einer Biegung ausgesetzt ist, und die Anordnung der neutralen Oberfläche beim Biegen zu kontrollieren, um die Belastung auf die Fasern in dem Kabel zu begrenzen. Beispielsweise enthält das Glasfaserkabel des US-Patents Nr. 4,844,575 , das hierin durch Bezugnahme enthalten ist, zwei diametral gegenüberliegende Verstärkungselemente in dem Kabelmantel, um das Kabel mit einer MIN-BP vorzusehen, die eine damit zusammenhängende neutrale Oberfläche aufweist, die das Zentrum das Kabels und die Zentren der gegenüberliegenden Verstärkungselemente schneidet. Ein solches Kabel kann am einfachsten in jede von zwei Richtungen gebogen werden.
Ferner diskutiert das US-Patent Nr. 4,836,639 , das durch Bezugnahme hierin enthalten ist, die Probleme des Wickelns und Abwickelns einer Röhre oder einer Hülle, die optische Fasern enthalten, um eine Rolle, und offenbart ein Glasfaserkabel, das ein oder mehrere Verstärkungselemente innerhalb der Röhrenwand und optische Fasern enthält, die Positionen an der Innenwand des Mantels des Kabels annehmen. Das Verstärkungselement/die Verstärkungselemente des Kabels und die Röhrenwand des '639-Patents positionieren die neutrale Oberfläche, die mit der Biegung des Kabels zusammenhängt, in der MIN-BP in der Nähe oder koextensiv mit der Position der Fasern in dem Kabel mit Biegung und so, dass wenn die Röhre auf eine Rolle gewickelt wird, sich das Verstärkungselement oder die -Elemente näher an der Rollenachse als die Fasern befindet oder befinden, d. h. radial weiter innen bezüglich der Faser. Während die Lösung des '639-Patents verwendet werden kann, wenn die Röhre auf eine Rolle gewickelt wird, ist die Lösung nicht befriedigend, wenn die Röhre in anderen Anwendungen, beispielsweise oberirdischen Anwendungen, verwendet wird, oder wenn sich die optischen Fasern innerhalb eines Kerns befinden, der Elemente umfasst, wie beispielsweise eine Pufferröhre, Verstärkungselemente, Armierungen usw., die von der Röhre des '639-Patents als ein äußerer Mantel umgeben sind. Folglich befindet sich in oberirdischen Anwendungen das Verstärkungselement oberhalb der optischen Fasern, wobei sich die losen optischen Fasern nicht deutlich zum Verstärkungselement oder zur neutralen Achse, die in dem '639-Patent beschrieben ist, bewegen.
Obwohl das '639-Patent andeutet, dass lediglich ein Verstärkungsdraht verwendet werden kann, deutet das '639-Patent auch an, dass die Anzahl der Verstärkungsdrähte größer als eins sein sollte, um sicherzustellen, dass das Kabel in der beabsichtigten Richtung um die Rolle gewickelt wird. Tatsächlich, wenn lediglich ein Verstärkungsdraht verwendet werden würde, deutet das Patent nicht an, wie eine bevorzugte Richtung der Biegung erhalten werden würde.
Das Beinhalten von mehreren Verstärkungselementen in dem Kabelmantel kann aus verschiedenen Gründen nachteilig sein. Zunächst kann die Anordnung einer Vielzahl von Verstärkungselementen in dem Kabelmantel das Kabel extrem steif machen. Ein allzu steifes Kabel macht die Handhabung und Beweglichkeit des Kabels schwierig, da eine beträchtliche Energie benötigt werden würde, um das Kabel in einer anderen Ebene als der MIN-BP mit einem Minimum an Verdrehung zu biegen, was während und nach der Installation des Kabels oft gewünscht oder benötigt wird. Ferner kann das Beinhalten mehrerer Verstärkungselemente in dem Mantel das Kabelgewicht und die Größe des Kabels im Durchmesser und Bulk vergrößern, um andere unerwünschte Leistungsschwächen zu verursachen. Ferner kann der Herstellungsschritt des Extrudierens von Kunststoff über mehrere Verstärkungselemente, um eine gewünschte Mantelstruktur zu erhalten, komplex und schwierig sein. Schließlich kann es schwieriger sein, oberirdische Beschläge an mehrere Verstärkungselemente als an einem einzelnen Verstärkungselement in einer oberirdischen Installation eines Kabels zu befestigen.
Es gibt Kabel aus dem Stand der Technik, die für eine oberirdische Installation geeignet sind, vgl. beispielsweise US-Patent Nr. 4,097,119 und Nr. 5,095,176 , die durch Bezugnahme hierin enthalten sind, die metallische Läuferdrähte enthalten, die mit dem Hauptkörper des Kabels mittels einer Rippe aus Mantelmaterial verbunden sind, und die verwendet werden können, um das Kabel sicher an vertikale Träger aufzuhängen. In dieser Kabelgestaltung wird ein zusätzliches longitudinales Verstärkungselement, wie beispielsweise ein Verstärkungsstab oder eine Metallhülle, die mit dem Mantel verbunden ist, in dem Kern des Kabels benötigt, da die Läuferdrähte nicht ausreichend mit den Schichten um die optische Faser verbunden sind, um das Kabel selbst mit einem ausreichenden Zug- und Antikompressionswiderstand vorzusehen, um Belastungen auf die Fasern in der oberirdischen Installation des Kabels zu minimieren. Mit anderen Worten stellen die Läuferdrähte keine duale Funktion der Kabelaufhängung und des Belastungswiderstands bereit. Ferner kann das Beinhalten von Verstärkungselementen in dem Kern oder ein Verbinden einer Metallhülle mit dem Mantel das Kabel unerwünscht steif machen.
Andere Glasfaserkabel, die für eine oberirdische Installation geeignet sind, vgl. US-Patent Nr. 5,125,063 und Nr. 5,448,670 , die hierin durch Bezugnahme enthalten sind, enthalten zwei diametral gegenüberliegende Verstärkungselemente, die in einem Mantel eingebettet sind, der eine zentrale Röhre einschließt, die optische Fasern umgibt. In einer oberirdischen Installation sind diese Kabel entweder direkt an eine vertikale Unterstützung geklammert, oder an einen separaten unabhängigen Läuferdraht, der sich entlang einer Serie von vertikalen Unterstützern bzw. Trägern erstreckt und der mit dem installierten Kabel verbunden ist und das Gewicht desselben trägt. Ein solches Kabeldesign ist ineffizient, da zwei Verstärkungselemente benötigt werden, und aufgrund der Nachteile, die oben beschrieben wurden.
Gleichermaßen weist das optische Kabel, das für eine oberirdische Installation geeignet ist, das in dem US-Patent Nr. 4,798,443 beschrieben ist, das durch Bezugnahme hierin enthalten ist, das eine Vielzahl von nicht-metallischen Verstärkungselementen enthält, die in einem Mantel eingebettet sind und sich im Allgemeinen parallel zur Kabelachse erstrecken, und wobei das Kabel direkt mit vertikalen Unterstützern bzw. Trägern in einer oberirdischen Installation geklammert werden kann, einige derselben Nachteile auf, die mit den Kabeln der '670- und '063-Patente verbunden sind. Obwohl das '443-Kabeldesign für eine Vielzahl von optischen Elementen vorgesehen ist, um eine Belastung auf die Fasern in einer Installation zu minimieren, wobei jedes optische Element verschiedene Pufferröhren umfasst, die lose einzelne Fasern tragen, und um ein nicht-metallisches zentrales Element angeordnet sind, kann dieses Design schwieriger und teurer herzustellen sein, und ein Zugang zu den Fasern in der Mitte (midspan) des Kabels ist auch schwieriger.
Folglich besteht eine Nachfrage für ein Glasfaserkabel, das kompakt ist, einen kleinen Durchmesser aufweist, leichtgewichtig ist, wirkungsvoll Fasern, die lose darin enthalten sind, vor einer mechanischen Belastung in einer oberirdischen Installation des Kabels schützt, das nicht nur eine bevorzugte Biegungsebene, d. h. die MIN-BP, bereitstellt, sondern auch ein relativ einfaches Biegen des Kabels in einer Ebene erlaubt, die sich von der MIN-BP unterscheidet, verglichen mit Kabeln aus dem Stand der Technik, und ferner bevorzugte Richtungen des Biegens bezüglich der MAX-BP bereitstellt.
Die US 5,095,176 betrifft ein oberirdisches Kabel, das einen Übertragungsabschnitt mit einem Kern und einen Verstärkungsabschnitt aufweist, der eine Verstärkungsader aufweist. Der Übertragungsabschnitt und der Verstärkungsabschnitt sind von einem Kunststoffmantel eingeschlossen, der einen achtzähligen Querschnitt aufweist.
Die EP-A-0 849 617 betrifft ein Glasfaserkabel, das eine Röhre, in der optische Fasern angeordnet sind, und ein einzelnes Verstärkungselement aufweist, wobei beide in einer Hülle und versetzt von der Längsachse des Kabels angeordnet sind. Die Röhre und das Verstärkungselement sind so angeordnet, dass die neutrale Achse der Röhre und die des Kabels zusammenfallen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt ein Glasfaserkabel nach Anspruch 1 bereit.
Die Trennschicht verbindet den äußeren Mantel des Kabels mit dem Kern lösbar, der die losen Fasern enthält, um einen einfachen Zugang der Fasern innerhalb des Kerns zu ermöglichen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein Glasfaserkabel eine einzelne Verstärkungselementeinheit, die ein einzelnes Verstärkungselement oder eine Vielzahl von Verstärkungselementen in, und bevorzugt darin eingebettet, einem äußeren Mantel enthält, der wenigstens eine lose gehaltene optische Faser umgibt.
Vorzugsweise umgibt der Mantel einen Kern mit wenigstens einer Pufferröhre, die eine Öffnung aufweist, in der eine Vielzahl von optischen Fasern lose enthalten sind, d. h. die Querschnittsfläche der Öffnung ist größer als die Querschnittsfläche der Fasern. Ferner weisen die Fasern vorzugsweise eine überschüssige Faserlänge (EFL) auf. Die Größe der Öffnung und die EFL sind so ausgewählt, dass die optischen Fasern nicht durch irgendwelche normalen Kräfte belastet werden, die nicht durch das Verstärkungselement/die Verstärkungselemente in der einzelnen Verstärkungselementeinheit absorbiert werden.
Vorzugsweise stimmt die äußere Oberfläche des Mantels mit der Oberfläche eines Zylinders überein, und die äußere Oberfläche des Kerns stimmt ferner mit der Oberfläche eines Zylinders überein, aber die Kernachse ist bezüglich der Mantelachse in Richtung von der einzelnen Verstärkungselementeinheit weg versetzt, wobei die Kernachse und die Mantelachse in derselben Ebene liegen. Vorzugsweise liegt die Längsachse der einzelnen Verstärkungselementeinheit auch in derselben Ebene.
Eine Ebene der minimalen Biegungsenergie (MIN-BP) für das Kabel ist hauptsächlich durch die physikalischen Eigenschaften und die Position der einzelnen Verstärkungselementeinheit definiert, wird aber von der Querschnittsgestalt des Mantels beeinflusst. Eine solche Gestalt und die physikalischen Eigenschaften und die Position der einzelnen Verstärkungselementeinheit definieren ferner eine Ebene der maximalen Biegungsenergie (MAX-BP) senkrecht zur MIN-BP für das Kabel. Die Eigenschaften und Position der einzelnen Verstärkungselementeinheit und die Gestalt des äußeren Mantels werden so ausgewählt, dass die neutrale Oberflächenebene, die mit der Biegung in der MIN-BP zusammenhängt, gleich der Ebene ist, in der die Achsen der einzelnen Verstärkungselementeinheit, des Mantels und der Öffnung liegen.
In einer bevorzugten Ausführungsform schneidet die neutrale Oberflächenebene, die mit der Biegung des Kabels in der MIN-BP zusammenhängt, die Öffnung des Kerns und den Schwerpunkt der einzelnen Verstärkungselementeinheit. Die neutrale Oberfläche, die mit der Biegung des Kabels in der MAX-BP zusammenhängt, befindet sich innerhalb des Mantels und außerhalb der Öffnung des Kerns. Allerdings kann das Kabel mit weniger Kraft als im Stand der Technik in Ebenen, die sich von der MIN-BP unterscheiden, enthaltend die MAX-BP, gebogen werden, und die einzelne Verstärkungselementeinheit stattet das Kabel mit einer Zugsteifigkeit und Eigenschaften aus, die einem Knicken bzw. Krümmen entgegenwirken.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ermöglichen die physikalischen Eigenschaften und die Position der einzelnen Verstärkungselementeinheit in dem äußeren Mantel und die Gestalt des äußeren Mantels, dass die neutrale Oberfläche, die mit der Biegung des Kabels in der MIN-BP zusammenhängt, die geometrische Mitte des Kabels und die geometrische Mitte der einzelnen Verstärkungselementeinheit schneidet. Dann ist die neutrale Oberfläche, die mit der Biegung des Kabels in der MAX-BP zusammenhängt, orthogonal zur neutralen Oberfläche, die mit der MIN-BP zusammenhängt. Mit einer solchen Struktur befinden sich die optische Faser, oder die optischen Fasern, an oder in der Nähe einer neutralen Achse (NA_Min), wenn das Kabel in der MIN-BP gebogen wird, und eine Biegung des Kabels in anderen Richtungen stößt auf einen größeren Widerstand.
Die wenigstens eine lose gehaltene Faser weist eine EFL auf, und die EFL und das Verhältnis der Querschnittsfläche der Öffnung zur Querschnittsfläche der Faser oder Fasern werden so gewählt, dass eine Belastung auf die Faser oder Fasern minimiert wird, wenn das Kabel in der MAX-BP gebogen wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform bildet der Kern des Kabels selbst ein unabhängiges und eigenständiges Glasfaserkabel, das ohne den äußeren Mantel verwendet werden kann. Der Kern enthält vorzugsweise eine zentrale Pufferröhre mit einer Öffnung und der Kern hält optische Faserbänder lose auf eine gestapelte Weise.
In einer weiteren Ausführungsform enthält der Kern in dem Kabel wenigstens eine Verstärkungsschicht, wie beispielsweise eine Armierungsschicht, ein oder mehrere feste dielektrische Verstärkungselemente oder eine verstärkte Aramidgarnschicht. Die Verstärkungsschicht ist zwischen der Pufferröhre und einem Kernmantel angeordnet. Der Kernmantel ist von einem äußeren Mantel mit dem eingebetteten Verstärkungselement umgeben, der dem Kern und dem Kabel eine Zugsteifigkeit und Eigenschaften, die einem Knicken bzw. Krümmen entgegenwirken, verleiht, während dem Kabel erlaubt wird, sich in der MAX-BP einfacher als im Stand der Technik zu biegen.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das Kabel mit der einzelnen Verstärkungselementeinheit in dem Mantel angepasst, um oberirdisch installiert zu werden. In einer oberirdischen Installation sind Abschnitte der einzelnen Verstärkungselementeinheit innerhalb des äußeren Mantels in Intervallen entlang der Länge des Kabels freigelegt, und die freigelegten Abschnitte sind an jeweiligen vertikalen Trägern gesichert. Die einzelne Verstärkungselementeinheit in einer solchen oberirdischen Installation des Kabels kann das gesamte Gewicht des Kabels tragen, und dem Kern und dem Kabel eine Zugfestigkeit und Eigenschaften, die einem Knicken bzw. Krümmen entgegenwirken, zwischen den freigelegten Abschnitten verleihen, während dem Kabel erlaubt wird, sich relativ leicht in der Richtung der Aufhängkurve zwischen den Trägern zu biegen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen deutlich, wobei die Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet werden sollte.
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Glasfaserkabels, das ein einzelnes Verstärkungselement in dem äußeren Mantel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält;
2 ist eine Querschnittsansicht des Kabels von 1, die entlang der Linie 2-2 in 1 genommen ist;
3 ist eine Ansicht, die der von 2 ähnlich ist, wobei Komponenten des Kerns entfernt sind, und die neutrale Oberflächen darstellt, die mit einer Biegung des Kabels in den Ebenen der minimalen und maximalen Biegungsenergie zusammenhängen;
4 ist eine Querschnittsansicht eines Glasfaserkabels, das ein einzelnes Verstärkungselement in dem äußeren Mantel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält; und
5 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer einzelnen Verstärkungselementeinheit, die eine Vielzahl von Verstärkungselementen in dem äußeren Mantel enthält, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Erfindung wird unten in Verbindung mit Ausführungsformen in der Form eines Glasfaserkabels beschrieben, das einen Kern mit einer Pufferröhre enthält, die lose einen Stapel von Glasfaserbändern in der Öffnung des Kerns aufnimmt. Der äußere Mantel des Kabels weist eine einzelne Verstärkungselementeinheit auf, die darin enthalten und vorzugsweise eingebettet ist, die ermöglicht, dass sich die neutrale Oberfläche, die mit der Biegung des Kabels in der Ebene einer maximalen Biegungsenergie zusammenhängt, außerhalb der Öffnung des Kerns, innerhalb des äußeren Mantels und orthogonal zur neutralen Oberfläche befindet, die mit einer Biegung des Kabels in einer Ebene minimaler Biegungsenergie zusammenhängt. Es versteht sich allerdings von selbst, dass die vorliegende erfinderische Technik auf ein Glasfaserkabel anwendbar ist, das wenigstens eine optische Faser enthält, die in einer anderen Konfiguration in dem Kern angeordnet ist.
1 stellt eine bevorzugte Ausführungsform eines Glasfaserkabels 10 gemäß der vorliegenden Erfindung bereit. Aus Gründen der Klarheit und Einfachheit der Bezugnahme in der Beschreibung der erfinderischen Merkmale des Kabels 10 ist das Kabel 10 in 1 bezüglich zueinander senkrechten x, y und z Achsen gezeigt. Wie es in 1 gezeigt ist, erstreckt sich das Kabel 10 gerade und längs entlang und parallel zur z-Achse und der Querschnitt des Kabels 10 liegt in einer Ebene, die durch den Schnitt der x- und y-Achsen definiert ist.
Bezugnehmend auf 1 und 2, wobei die letztere eine Querschnittsansicht des Kabels 10 zeigt, die entlang der Linie 2-2 in 1 genommen ist, enthält das Kabel 10 einen inneren Kern 12, der ein einzelnes, unabhängiges, eigenständiges und vollständiges Glasfaserkabel bildet, das ohne weitere Zusätze verwendet werden kann. Der Kern 12 umfasst eine hohle zentrale Pufferröhre 14. Die Röhre 14 ist aus einem technischen Thermoplast gefertigt, das einen/eine ausgezeichneten Stoßwiderstand, Zugfestigkeit, Flexibilität und chemischen Widerstand aufweist, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der Stoßwiderstand der Röhre 14 schützt optische Übertragungsmedien in dem Kern 12, die gewöhnlich in der Röhre 14 enthalten sind, vor einer Beschädigung durch externe Kräfte, wie beispielsweise Zusammendrücken des Kabels 10 durch zwei externe Elemente. Die Röhre 14 ist vorzugsweise aus einem Polyestermaterial, und noch bevorzugter aus Polybutylenterephthalat (PBT)-Harz oder Polypropylen, und alternativ aus einem Polyethylen mittlerer oder hoher Dichte ausgebildet.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Röhre 14 in dem Kern 12 ein Young'sches Modul bzw. Elastizitätsmodul von ungefähr 300–2500 MPa, einen äußeren Durchmesser von ungefähr 4,00–5,50 mm, und vorzugsweise 5,20 mm, und einen Innendurchmesser von ungefähr 3,00–4,50 mm, und vorzugsweise 4,20 mm, auf.
Die Röhre 14 enthält sechs Glasfaserbänder 16 auf eine gestapelte Weise. Jedes Band 16 enthält vier optische Fasern 18, die in einer co-planaren Seite-an-Seite Beziehung angeordnet sind. Die vier Fasern 18 in jedem Band 16 sind von einer ultraviolett (UV)-ausgehärteten gemeinsamen (common) Beschichtung 20 eingeschlossen. Der Kern 12 enthält folglich 24 optische Fasern 18. Vorzugsweise weisen die Fasern 18 in den äußeren Ecken der gestapelten Anordnung MAC-Werte auf, die kleiner als ungefähr 7,0 sind. Die gegenüberliegenden Hauptoberflächen jedes der Bänder 16 sind vorzugsweise jeweils ungefähr 1,20 mm weit. Die Dicke jedes der Bänder oder der Abstand zwischen gegenüberliegenden Hauptoberfläche jedes der Bänder beträgt vorzugsweise ungefähr 0,37 mm. Die Fasern 18 sind Einzel- oder Multi-mode- optische Fasern, sind mittels UV-aushärtbarer Tinte zu Kennzeichnungszwecken farbkodiert und weisen einen Durchmesser von ungefähr 0,25 mm auf.
Der Stapel der Faserbänder 16 ist lose in der Pufferröhre 14 gemäß einem Design einer losen Pufferröhre enthalten. Leere Räume innerhalb der Pufferröhre 14, welche die Faserbänder 16 nicht belegen, sind mit einer auf thixotropischen PAO basierenden oder einer auf thixotropischen Silikonöl basierenden Gel-Füllzusammensetzung 22 gefüllt. Die Zusammensetzung 22 erlaubt den Bändern 16, und folglich den Fasern 18, sich frei in der Röhre 14 zu bewegen. Alternativ kann die Füllzusammensetzung 22 eine wasserblockierende Zusammensetzung, ein Pufferfüllmaterial, Öl oder ein Schmiermittel enthalten, oder die Füllzusammensetzung 22 kann durch ein wasserblockierendes Tape oder ein wasserblockierendes Garn ersetzt werden.
Äußere Verstärkungselemente (OSMs) 24, wie beispielsweise verstärkte Aramidgarne, werden als eine Schicht und mit einer relativ langen Lage (long lay) um die Pufferröhre 14 angebracht. Die OSMs 24 verleihen dem inneren Kern 12 und auch dem Kabel 10 eine Robustheit und eine vorbestimmten Zugsteifigkeit. Die Dicke und die physikalischen Eigenschaften der Schicht der OSMs 24 bestimmen teilweise die Robustheit des Kerns 12 und des Kabels 10. Vorzugsweise weist die Schicht der OSMs 24 ein Elastizitätsmodul von ungefähr 80.000–110.000 MPa auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform bilden die OSMs 24 vier Aramidgarne, jedes ungefähr 1420 Deniers, die spiralförmig um die äußere Oberfläche der Pufferröhre 14 mit einer langen Lage gewickelt sind. Die spiralförmige Wicklung der OSMs 24 minimiert die Biegesteifigkeit des Kerns 12 und des Kabels 10, während ein hohes Maß an Zugfestigkeit für den Kern 12 und das Kabel 10 beibehalten wird. Folglich erschwert die Schicht der OSMs 24, dass das Kabel 12 bis zu einem Punkt der permanenten Verformung gedehnt oder verlängert wird, was die Performance des Kabels 10 verschlechtern würde. Eine Verformung des Kerns, in dem die Fasern enthalten sind, kann die Faser veranlassen, eine übermäßige Verlängerung oder Kontraktion bzw. Stauchung zu durchleben, und beschädigende Brüche oder Frakturen zu erfahren, was eine deutliche Verschlechterung der optischen Signalübertragungseigenschaften des Kabels zur Folge haben kann.
Eine gewellte Stahlarmierungsschicht 26, vorzugsweise mit einem schützenden und/oder bindenden Material darauf, umgibt die Schicht der OSMs 24 und schließt diese ein längs entlang der Länge des Kabels 10. Die Festigkeit und Stärke der Armierungsschicht 26 stellt einen Schutz gegen Nager bereit und verbessert den Stoßwiderstand und die Zugsteifigkeit des Kerns und des Kabels 10. Der Stoßwiderstand und die Zugsteifigkeit der Armierungsschicht 26 schützen die Fasern 18 in den Faserbändern 16 vor einer Beschädigung beim Wirken von externen Kräften auf das Kabel 10.
Die Armierungsschicht 26 ist vorzugsweise eher aus gewelltem oder gerippten Stahl als aus flachem gerollten Edelstahltape, das longitudinal in eine Röhre eingepasst und geschweißt ist, ausgebildet, wie es manchmal im Stand der Technik durchgeführt wurde. Das Verfahren des Horn- oder Walzenausbildens einer gewellten Stahlschicht längs um den Kern mit einer Polymer-gebundenen Überlappung ist weniger teuer und schneller als ein Ausbilden einer Röhre aus Edelstahltape durch kontinuierliches Zusammenschweißen der zwei Kanten.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die gewellte Stahlarmierungsschicht 26 eine Schicht aus Stahl, die um die äußere Oberfläche der Röhre 14 und OSM-Schicht 24 angeordnet ist. Eine Polymerbeschichtung 29 ist vorzugsweise auf den äußeren und inneren Oberflächen der Stahlschicht angeordnet, um eine Haftung zwischen den überlappenden Abschnitten der Stahlschicht zu fördern. Die Herstellung einer solchen gewellten Stahlschichtarmierungsschicht ist weniger teuer und wird einfacher erhalten als ein Schweißen des Stahls in eine Röhre. Die überlappende gewellte Armierung stellt einen angemessenen Schutz vor Feuchtigkeit, Nagern und mechanischen Belastungen ohne die Nachteile bereit, die mit einer geschweißten Tapearmierungsschicht verbunden sind. Die gewellte Armierung kann einfacher von einem Facharbeiter geöffnet werden und ist flexibler und somit einfacher zu handhaben und zu installieren.
Die gewellte Struktur der Armierungsschicht 26 verbessert ferner die Flexibilität des Kabels 10. Wenn das Kabel 10 einer Biegung unterzogen wird, erlaubt die gewellte Armierungsschicht 26 dem Kern 12, sich um ein größeres Ausmaß zu biegen, ohne die Armierungsschicht selbst dauerhaft zu verformen, wodurch die Funktionalität der Armierungsschicht reduziert würde, als bei einer Armierungsschicht aus walzenförmig geschweißtem Edelstahl aus dem Stand der Technik.
Obwohl nicht bevorzugt, kann die Armierungsschicht 26 des Kerns 12 ein walzenförmiges Edelstahltape sein, das in eine Röhre geschweißt ist, um die Vorteile eines kompakteren und kleineren Kabels und ferner einen Korrosionswiderstand zu erhalten.
In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform können ein oder mehrere vollständig dielektrische, feste Antikompressionselemente, wie beispielsweise glasfaserverstärkte Stäbe oder Kevlar-Stäbe, die mit Polymerharz imprägniert sind, in dem Kern 12 anstelle der Stahlarmierungsschicht 26 enthalten sein.
Ein Aufreißfaden 34 ist zwischen der Armierungsschicht 26 und der äußeren Oberfläche der Pufferröhre 14 angeordnet. Die gewellte Struktur der Armierungsschicht 26 ermöglicht, dass der Aufreißfaden 34 ziemlich einfach durch die Armierungsschicht 26 gezogen werden kann, um ein Entfernen einer Hülle 30 von dem Kern 12 zu vereinfachen, welche die Armierungsschicht 26 einschließt und umgibt, nachdem das Kabel 10 in dem Gebiet installiert wurde. Ein einfacher Zugang zu den Fasern 18 innerhalb des Kerns 12 wird folglich erzielt.
Ein wasserblockierendes Material 28, wie beispielsweise eine Überlaufmischung, Überlaufwachs, Überlaufzusatz oder ein bei Wasser quellbares Element, füllt irgendein oder alle leeren Räume zwischen der Armierungsschicht 26 und der äußeren Oberfläche der Pufferröhre 14 entlang der Länge des Kabels 10. Das bei Wasser quellbare Element kann bei Wasser quellbares Pulver Tape, Garn, Fäden und Überzugsschichten enthalten. Das wasserblockierende Material 28 ist vorzugsweise eine wasserblockierende Längstapeschicht, die direkt über der Schicht der OSMs 24 aufgebracht wird. Ein optionales Bindemittel (nicht gezeigt) wird verwendet, um das bei Wasser quellbare Tape 28 in der angemessenen Position, die Pufferröhre 14 umgebend, zu halten. Das wasserblockierende Tape 28 wirkt, um den Eintritt von Wasser radial in den Kern 12 und in Richtung zu den Fasern 18 in der Pufferröhre 14 zu blockieren.
In einer alternativen Ausführungsform kann ein wasserblockierendes Material in den OSMs 24 eingebunden sein. Beispielsweise können die OSMs 24 Garne bilden, die mit bei Wasser quellbaren Mischungen behandelt sind.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann die Wasser quellbare Beschichtung auf irgendeine der äußeren Oberfläche der Pufferröhre 14 und der inneren und äußeren Oberflächen der Armierungsschicht 26 aufgebracht sein. In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann das bei Wasser quellbare Garn spiralförmig um den Kern 12 gewickelt sein.
Die Umhüllung oder die Ummantelungsschicht 30 schließt die Armierungsschicht 26 ein und umgibt diese, um die Struktur des Verbundkerns 12 auszubilden. Die Hüllenschicht 30 ist vorzugsweise über die Armierungsschicht 26 gezogen und aus Polyethylen ausgebildet, und vorzugsweise eine Polyethylenmantelzusammensetzung mittlerer Dichte. Die polymerische Überzugsschicht 29, die vorzugsweise auf der äußeren Oberfläche der gewellten Armierungsschicht 26 angeordnet ist, unterstützt ferner eine Haftung zwischen der Armierungsschicht 26 und der Hüllenschicht 30.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Hüllenschicht 30 ein Elastizitätsmodul von ungefähr 200–800 MPa und eine Dicke von ungefähr 0,70–1,80 mm auf. Ferner betragen der äußere und innere Durchmesser der Hüllenschicht 30 für den Kern 12 jeweils vorzugsweise ungefähr 8,60–8,70 mm und ungefähr 1,00–7,10 mm.
Der Kern 12 ist ein vollständiges, eigenständiges und unabhängiges Kabel, das gehandhabt, gelagert oder installiert werden kann, und seine Integrität in einem großen Bereich nachteiliger Umstände ohne irgendwelche der äußeren Komponenten des Kabels 10, die im Detail unten beschrieben sind, beibehalten kann. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die oben beschriebenen Komponenten des Kerns 12 relativ leichtgewichtig und mit flexiblen Materialien für eine einfache Handhabung des Kerns 12 und seiner inneren Komponenten während einer Lagerung auf einer Rolle oder einer Installation in Kanälen, Schächten oder Durchgängen aufgebaut. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der Kern 12 einen einfachen und leichtgewichtigen Aufbau aufweisen, der einen Zugang zu den Fasern 18 und die Handhabung derselben vereinfacht, wenn das Kabel 10, und auch der Kern 12, verbunden bzw. eingespleißt werden. Es versteht sich allerdings von selbst, dass die Struktur des Kerns 12 robuster gefertigt sein kann, so dass eine erhöhte Zugsteifigkeit und Eigenschaften, die dem Knicken bzw. Krümmen entgegenwirken, durch Erhöhen der Dicke der Schicht der OSMs 24 und/oder der Armierungsschicht 26 oder durch Hinzufügen starrer dielektrischer Stäbe, im Besonderen, wo kein leitfähiges Element innerhalb des Kerns 12 gewünscht ist, bereitgestellt werden.
Eine äußere Hülle oder Mantelschicht 40 umgibt den Kern 12 vollständig und schließt diesen entlang seiner Länge ein, und bildet folglich eine Verbundkabelstruktur des Kabels 10 aus. Die äußere Hülle 40 wird vorzugsweise über den Kern 12 extrudiert und ist aus Polyethylen und noch bevorzugter aus einer Polyethylenmantelverbindung mittlerer Dichte ausgebildet. Die Hülle 40 enthält alle der Komponenten, die außerhalb des inneren Kerns 12 angeordnet sind, um die Verwendbarkeit des Kerns 12 für eine spezielle Anwendung zu verbessern. Der innere Kern 12 weist üblicherweise einen einfacheren, leichteren Aufbau als die Hülle 40 auf, um den Zugang zu und die Handhabung von Verbindungspunkten bzw. Splicingpunkten zu vereinfachen. Die Komponenten in der Hülle 40 und die Hülle 40 selbst verbessern ferner die Festigkeit und Haltbarkeit des Kabels 10. Die Komponenten in der Hülle 40 sind allerdings so angeordnet, dass sie einfach entfernt werden können, wenn ein Zugang zum inneren Kern 12 gewünscht ist.
Die Hülle 40 schützt die inneren Komponenten des Kerns 12, wie beispielsweise Fasern 18, vor ernsten Umweltbedingungen, wie beispielsweise Feuchtigkeit und warmen und kalten Temperaturen von ungefähr –50°C bis ungefähr 65°C. Ferner schützt die Hülle 40 die inneren Komponenten des Kabels 10 vor den nachteiligen Wirkungen der Abnutzung. Die Hülle 40 weist eine äußere Umfangsoberfläche 50 auf, die im Wesentlichen mit der Oberfläche eines Zylinders übereinstimmt. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Hülle 40 einen äußeren Durchmesser von ungefähr 13,2 mm und ein Elastizitätsmodul von ungefähr 200–800 MPa auf.
Entsprechend der vorliegenden Ausführungsform weist das Kabel 10 lediglich eine Verstärkungselementeinheit innerhalb des äußeren Mantels 40 auf, und sie weist eine ausreichende Festigkeit auf, um das gesamte Gewicht des Kabels in einer oberirdischen Installation zu tragen. In der Ausführungsform, die in den 1 und 2 dargestellt ist, ist die einzelne Verstärkungselementeinheit ein einzelnes Verstärkungselement 44, das in dem Mantel 40 mit dessen zylindrischer Gestalt eingebettet ist, weist einen Durchmesser von ungefähr 2,70 mm auf und erstreckt sich längs entlang und parallel zum Kern 12. Der Mantel 40 wird vorzugsweise sowohl über den Kern 12 als auch das Verstärkungselement 44 in einem einzigen Bearbeitungsschritt extrudiert. Das Einbringen des Verstärkungselements 44 in den Mantel 40 macht das Kabel 10 nicht-achsensymmetrisch.
Das Verstärkungselement 44 stellt eine Zugfestigkeit und Eigenschaften, die einem Knicken bzw. Krümmen entgegenwirken, für das Kabel und den Kern 12 bereit. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verstärkungselement 44 eine ausreichende Festigkeit auf, um eine Biegung des Kabels 10 in einen kleinen Radius zu minimieren, was die Kabelperformance nachteilig beeinflussen könnte.
Das Verstärkungselement 44 ist aus einem sehr festen Material gefertigt und kann aus einem dielektrischen, faserverstärkten Polymer oder metallischem Material ausgebildet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verstärkungselement 44 ein galvanisierter hochgradig zugfester Stahlstab, obwohl das Verstärkungselement 44 andere Arten von Stahl enthalten kann. Die Galvanisierung des Verstärkungselements 44 verbessert seinen Korrosionswiderstand. Ein Korrosionswiderstand ist im Besonderen für eine oberirdische Installation des Kabels 10 wünschenswert, wo Abschnitte des Verstärkungselements 44 zur Umgebung freigelegt sind. Es versteht sich von selbst, dass andere Arten von Korrosionswiderstand-Überzugsschichten auf dem Verstärkungselement 44 angeordnet sein können, oder dass das Verstärkungselement 44 selbst aus Materialien gefertigt sein kann, die inhärent korrosionsbeständig sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verstärkungselement 44 ein einzelner Stab und dieser einzelne Stab weist eine ausreichende Festigkeit auf, um das gesamte Gewicht des Kabels in einer oberirdischen Installation zu tragen, wie es unten detaillierter beschrieben ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Verstärkungselement 44 gereinigt oder gebeizt, um seine Haftungseigenschaft für die Materialien zu verbessern, die verwendet werden, um den äußeren Mantel 40 auszubilden. Eine gute Haftung zwischen dem Verstärkungselement 44 und dem umgebenden Kunststoffmaterial des Mantels 40 mit dem oder umgebend das Verstärkungselement 44 kann die Notwendigkeit des Einbringens eines wasserblockierenden Mittels verringern oder eliminieren, und die Verbindung des Verstärkungselements 44 mit dem Kern 12 verbessern. Wenn gewünscht, kann das Verstärkungselement 44 mit einem durch Wasser quellbares Mittel zum Zwecke der Wasserblockierung bedeckt oder überzogen sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verstärkungselement 44 vollständig innerhalb des Mantels 40 eingebettet. Es versteht sich allerdings, dass sich ein kleiner Abschnitt des Verstärkungselements 44 an der äußeren oder inneren Oberfläche des Mantels 40 befinden kann, oder einen Abschnitt der äußeren Oberfläche 50 des Kabels 10 oder der inneren Oberfläche des Mantels 40 ausbilden kann.
Vorzugsweise enthält die äußere Oberfläche 50 des Mantels 40 Freimachungsvermerke 56, so dass die Position des Verstärkungselements 44 von außen, außerhalb des Kabels 10 einfach erkannt wird. Der Freimachungsvermerk 56 ist vorzugsweise eine Kante oder eine Nut auf oder in einem Abschnitt der Manteloberfläche 50. Der Freimachungsvermerk 56 erstreckt sich längs entlang dem Verstärkungselement 44 entlang der Oberfläche des Kabels 10, um die Position des Verstärkungselements 44 innerhalb des Kabels 10 zu kennzeichnen. Alternativ kann der Freimachungsvermerk 56 eine gefärbte Linie auf der äußeren Oberfläche 50 des Mantels 40 sein. Der Freimachungsvermerk 56 zeigt Verdrehungen in dem Kabel 10 während einer Lagerung und Installation des Kabels 10, und wenn es gewünscht ist, Abschnitte des Verstärkungselements 44 freizulegen, an.
Eine Trennungsüberzugsschicht bzw. Löseüberzugsschicht 42 ist zwischen dem Mantel 30 und dem äußeren Mantel 40 angeordnet und deckt die äußere Oberfläche des Mantels 30 ab. Die Beschichtung 42 ist vorzugsweise eine sehr dünne Schicht, die eine Dicke von ungefähr 1–50 Mikrons, und noch bevorzugter ungefähr 1–10 Mikrons aufweist. Die Trennungsüberzugsschicht 42 verhindert, dass der äußere Mantel 40 mit dem inneren Mantel 30 stark haftend verbunden ist. Die Trennungsüberzugschicht 42 ermöglicht somit, dass der äußere Mantel 40 sehr schnell und einfach von dem Kabel 10 entfernt werden kann, wenn ein Zugang zum inneren Kern 12 und den Fasern 18, die darin enthalten sind, gewünscht ist. Die Trennungsüberzugsschicht 42 auf dem Mantel 30 ermöglicht ferner, dass Standardwerkzeuge zum Schneiden durch ein Kabel einer Standardgröße mit dem Kabel verwendet werden können. Das vereinfacht einen Verbindungsvorgang bzw. Splicingvorgang im Gebiet und einen Zugang zu den Fasern 18, die in dem Kern 12 enthalten sind, was auch eine Größe eines Standardkabels aufweisen kann.
Ferner ermöglicht die Trennungsüberzugsschicht 42 einen einfachen Zugang zum Verstärkungselement 44. Ein Zugang zum Verstärkungselement 44 ist beispielsweise in einer oberirdischen Installation des Kabels 10 erwünscht.
Die Trennungsüberzugsschicht 42 ist vorzugsweise aus einer Zusammensetzung ausgebildet, die im Wesentlichen aus einem Trennmittel besteht, das mit keinem der Mäntel 30 und 40 chemisch reaktiv ist, und unter normalen Bearbeitungsbedingungen thermisch stabil ist. In einer Ausführungsform umfasst das Trennmittel ein hydrophobisches, Fluorpolymer-Material mit einem Lösungsmittelträger, wie beispielsweise Miller Stephenson Materialschicht-143DF Trennmittel. Die Hydrophobie des Trennmittels ermöglicht, dass die Oberflächenspannung irgendwelcher Wassertröpfchen auf der Überzugsschichtschicht 42 durch eine Anziehung zwischen den Wassertröpfchen und der Überzugsschicht 42 nicht überwunden werden kann. Folglich verringert das hydrophobische Trennmittel die Wahrscheinlichkeit, dass Wassertröpfchen, die mit der Überzugsschicht 42 in Kontakt stehen, durch eine Kapillarwirkung in irgendwelche kleinen Öffnungen oder Lücken gezogen werden, die zwischen den Mantelschichten 30 und 40 bestehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform schließt die Mantelschicht 30 die Elemente mit dem Kern 12 eng ein und bedeckt diese, wobei die Überzugschichtschicht 42 aus einem hydrophobischen Lösungsmittel ausgebildet ist, und die Mäntel 30 und 40 relativ wenige Öffnungen aufweisen, in die Wasser, wie beispielsweise Wassertröpfchen auf der Überzugsschicht 42, gezogen werden können. In dieser bevorzugten Ausführungsform ist kein wasserblockierendes Mittel zwischen den zwei Mänteln 30 und 40 angeordnet. Es wird eine Kostenersparnis in der Herstellung des Kabels 10 gemäß einer solchen Ausführungsform erzielt, da es weniger teuer ist, eine einzelne Trennmittelüberzugsschicht als die Trennmittelüberzugsschicht und ferner bei Wasser quellbare Mittel zwischen den Mänteln 30 und 40 zu verwenden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Trennmittelschicht 42 trocken und bei Berührung nicht klebend. Dieses Merkmal verbessert die Sicherheit und Einfachheit der Handhabung des Kerns 12, nachdem der äußere Mantel 14 entfernt wurde. Es ist wohlbekannt, dass bei Wasser quellbaren Mittel, die zwischen den Mänteln 30 und 40 angeordnet sein können, Komponenten in dem Kern 12 und irgendeine damit zusammenhängende Arbeitsoberfläche kontaminieren können, die in Verbindung mit einem Erzielen eines Zugangs zu den Fasern in dem Kabel verwendet werden. Beispielsweise, wenn einige bei Wasser quellbare Mittel, wie beispielsweise bei Wasser quellbares Pulver, für Wasser freigelegt werden und damit gemischt werden, können die Oberflächen der Kabelkomponenten, die mit den bei Wasser quellbaren Mitteln in Kontakt geraten, gefährlich und rutschig werden. Eine trockene Trennungsüberzugsschicht 42 eliminiert die Notwendigkeit, glitschige Rückstände zu säubern, wie beispielsweise ein klebriges Wachs oder ein klebriges bei Wasser quellbares Material, nachdem der Mantel 40 entfernt ist und bevor eine Verbinden bzw. Splicen in den Kern 12 durchgeführt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Zusammensetzung, die im Wesentlichen aus dem Miller Stephenson Trennmittel besteht, auf den Mantel 30 als eine relativ dünne Schicht aufgebracht, und anschließend danach getrocknet, um die trockene, nicht-klebende Trennungsüberzugschicht 42 zu trocknen. Die Trennungsüberzugsschicht 42 ist eine sehr viel dünnere Schicht als die Schicht der Lösungsmittelzusammensetzung, die ursprünglich auf den Mantel 30 aufgebracht wird, da die Zusammensetzung primär ein Lösungsmittel enthält, das während des Trocknens verdampft. Vorzugsweise besteht die Zusammensetzung im Wesentlichen aus ungefähr 1–5 Gew.-% eines Trennmittels und ungefähr 99–95 Gew.-% eines Lösungsmittels. Die Flüchtigkeit des Lösungsmittels ermöglicht vorteilhafterweise, dass die Zusammensetzung, welche die Überzugsschicht 42 ausbildet, einfach getrocknet wird, und enthält ein hauptsächlich getrocknetes Trennmittel. Im Wesentlichen verdampft das Lösungsmittel, bevor der äußere Mantel 40 über dem inneren Kern 12 ausgebildet ist, wie beispielsweise durch Kunststoff-Extrudieren. Das Merkmal des schnellen Trocknens des Lösungsmittels der Trennmittelzusammensetzung minimiert folglich und eliminiert im Wesentlichen irgendein Risiko, dass sich Blasen in dem Mantel 40 ausbilden, wenn irgendein verbleibendes Lösungsmittel in der Trennschicht 42 der Wärmebegleiterscheinung beim Extrudieren eines Kunststoffmaterials über den Kern 12, um den Mantel 40 auszubilden, ausgesetzt wird.
In einer alternativen Ausführungsform ist der Längs-Aufreißfaden (nicht gezeigt) zwischen dem Mantel 40 und dem Mantel 30 angeordnet.
3 ist eine Querschnittsansicht des Kabels 10, die ähnlich der aus 2 ist, mit Ausnahme, dass lediglich der Stapel der Glasfaserbänder 16, das Verstärkungselement 44 und der Mantel 40, der eine Region definiert, in der eine optische Faser lose gehalten werden kann, gezeigt sind. 3 enthält ferner Markierungen, auf die weiter unten Bezug genommen wird, um gemäß der vorliegenden Erfindung, die Beziehung der Ebenen der minimalen und maximalen Biegungsenergie des Kabels und der entsprechend damit zusammenhängenden neutralen Oberflächen zu beschreiben.
Bezugnehmend auf die 1 und 3 weist das Kabel 10 einen Radius R auf, und der Kern 12 weist einen Radius r auf. Das Zentrum O des Kerns 12 ist exzentrisch bezüglich des Zentrums O' des Kabels 10, mit einem Abstand d, wobei d vorzugsweise gleich oder ungefähr 1,35 mm ist. Die Dicke des Mantels 40 vergrößert sich allmählich im Umfang von einem Punkt P₁ bis zu einem Punkt P₂, der in einer diametral entgegengesetzten Beziehung zum Punkt P₁ steht. P₁ ist der Punkt auf dem Querschnitt der Wandoberfläche 50, der dem Verstärkungselement 44 gegenüber liegt, und am nächsten zur inneren Oberfläche des Mantels 40 liegt. Die Umfangsdicke des Mantels 40 kann bei P₁ ungefähr 0,90 mm sein. Das Verstärkungselement 44 ist vorzugsweise im Wesentlichen in dem Abschnitt des Mantels 40, der zum Punkt P₂ benachbart ist, eingebettet, so dass die Zentren O und O' und das Zentrum O_sm des Verstärkungselements 44 linear ausgerichtet sind und folglich in einer Ebene liegen, welche die y- und z-Achsen enthält, wobei die z-Achse durch den Punkt P₁ verläuft und sich längs des Kabels 10 parallel zur Achse des Mantels 40 erstreckt.
In der dargestellten Ausführungsform des Kabels 10 identifiziert der Freimachungsvermerk 56 auf der Oberfläche 50 einen Umfangsabschnitt des Mantels 40 zwischen dem Verstärkungselement 44 und der Oberfläche 50, die relativ dünn ist, wie beispielsweise ungefähr 0,8–1,5 mm, und vorzugsweise 1,0 mm. Der Freimachungsvermerk 56 erstreckt sich durch Punkte auf der Oberfläche 50, welche dieselbe Umfangsposition wie der Punkt P₂ aufweisen, und ist längs mit dem Verstärkungselement 44 entlang des Kabels 10 ausgerichtet. Ein dünner Abschnitt auf dem Mantel 40 ist ein gewünschter Punkt für einen Zugang zum Verstärkungselement 44.
Es wird aus den 1 und 3 deutlich, dass das Kabel 10 in verschiedenen Richtungen schräg zur Z-Achse gebogen werden kann. Folglich kann das Kabel 10 in der Richtung A₁ oder A₂, B₁ oder B₂ oder irgendeiner Richtung dazwischen gebogen werden. Die Glasfaserbänder 16 sind lose in der Röhre 14 enthalten, und solche Bänder 16 beeinflussen die Biegungssteifheit des Kerns 12 nicht wesentlich. Da der Kern 12 in allen Richtungen radial zur Kernachse, die durch das Kernzentrum O tritt, im Wesentlichen dieselbe Zusammensetzung aufweist, ist die Biegungssteifheit bzw. Biegungsfestigkeit des Kerns 12 im Wesentlichen in allen Richtungen radial zur Kernachse gleich. Allerdings beeinflussen die Komponenten und der Aufbau des Kerns 12 die Biegungskraft, die benötigt wird.
Durch Umgeben des Kerns 12 mit dem äußeren Mantel 40 in Kontakt mit dem inneren Mantel 30, der das Verstärkungselement 44 darin aufweist, kann das Kabel 10 gefertigt werden, um einen Biegungswiderstand aufzuweisen, der in verschiedenen Richtungen der Biegung verschieden ist. Folglich wird der Biegungswiderstand durch die Wanddicke des äußeren Mantels 40 und den physikalischen Eigenschaften und der Anordnung des Verstärkungselements 44 beeinflusst.
Mit Bezug auf die 1 und 3 wird deutlich, dass es drei zueinander senkrechte Ebenen (nicht gezeigt) gibt, d. h. eine y-z-Ebene, welche die y- und z-Achsen enthält, eine x-z-Ebene, welche die x- und z-Achsen enthält, und eine x-y-Ebene, welche die x- und y-Achsen enthält. Die Y-Z-Ebene schneidet die Achse des Verstärkungselements 44, die Zentren O und O' und die Punkte P₁ und P₂. Die x-z-Ebene steht senkrecht auf der y-z-Ebene und schneidet den Punkt P₁. Der Querschnitt, der in 3 gezeigt ist, liegt in der x-y-Ebene.
Aus Gründen der Bezugnahme, wenn gesagt wird, dass das Kabel 10 gebogen wird oder einer Biegung in der x-z-Ebene ausgesetzt ist, wird verstanden, dass das Kabel 10 ohne Verdrehung gebogen wird, und dass ein Abschnitt der äußeren Oberfläche 50 des Mantels 40 entlang der longitudinalen Länge des Kabels 10 immer tangential zur x-z-Ebene liegt. Eine Biegung des Kabels 10 in der x-z-Ebene kann beispielsweise so beim Biegen des Kabels auftreten, dass die Abschnitte des Kabels 10 auf der linken und rechten Seite des Punkts P₁ auf der äußeren Oberfläche 50 des Mantels 40 jeweils in die Richtungen A₁ und A₂ gebogen werden, wie es in den 1 und 3 gezeigt ist. Eine Biegung des Kabels 10 in der y-z-Ebene kann so auftreten, dass Abschnitte des Kabels 10 oberhalb P₁ jeweils in den Richtungen B₁ und B₂ gebogen werden, wie es in 3 gezeigt ist.
Wie es wohlbekannt ist, wenn das Kabel 10 in einer speziellen Ebene gebogen wird, wird ein Abschnitt des Kabels 10 verkürzt und ist einer Kompressionskraft ausgesetzt, während sich der andere Abschnitt des Kabels 10 dehnt und unter einer Zugkraft ausgesetzt ist. Die Kompressions- und Zugkräfte heben sich an der neutralen Oberfläche auf, die mit der Biegung des Kabels in der speziellen Ebene zusammenhängt. Der Schnitt der neutralen Oberfläche, die mit der Biegung des Kabels 10 in einer speziellen Ebene zusammenhängt, ist in 3 als eine neutrale Achsenlinie NA durch den Querschnitt des Kabels 10 gezeigt.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist das einzelne Verstärkungselement 44 physikalische Eigenschaften und eine Position innerhalb des Mantels 40 bezüglich des Zentrums O' des Kabels 10 auf, ist die Wand des Mantels 40 gestaltet und weisen die Komponenten des Kerns 12, wie beispielsweise die OSMs 24 und die Armierungsschicht 26, physikalische Eigenschaften und Positionen in dem Kern 12 des Kabels 10 in Beziehung zum äußeren Mantel 40 und dem Verstärkungselement 44 auf, um das Kabel 10 mit verschiedenen Vorteilen vorzusehen. Die Kombination der Komponenten minimieren die Dimension und Größe des Kabels 10 und verbessern die Haltbarkeit des Kabels 10. Ferner vereinfacht die Kombination die Handhabung, Beweglichkeit und Flexibilität des Kabels 10 und erlaubt ein relativ einfaches Biegen des Kabels 10 ohne Verdrehung in anderen Ebenen als der MIN-BP, während einer Lagerung und Installation und im Besonderen in einer oberirdischen Installation. Das Kabel 10 umfasst ferner eine ausreichende Zugfestigkeit und Eigenschaften, die einem Knicken bzw. Krümmen entgegenwirken, um die Fasern 18 vor einer mechanischen Belastung zu schützen, welche die optischen Übertragungseigenschaften der Fasern 18 in den gewünschten Installationen des Kabels, welche eine oberirdische Installation enthält, verschlechtern.
Das Verstärkungselement 44 in dem Kabel 10 ermöglicht, dass die MIN-BP des Kabels 10 in der x-z-Ebene liegt. Die MIN-BP weist eine damit zusammenhängende neutrale Oberfläche auf, deren Schnitt mit dem Querschnitt des Kabels 10 eine neutrale Achse NA_Min ist. NA_Min tritt durch die Zentren O, O' und O_sm und halbiert den Querschnitt des Kabels 10 symmetrisch, wie es in 1 und 3 gezeigt ist. Die Biegung des Kabels 10 in der MIN-BP ist die am meisten gewünschte oder bevorzugte Biegung, da eine minimale Energie oder Kraft benötigt wird, um das Kabel auf diese Weise ohne Verdrehung zu biegen. Das Kabel 10 wird folglich, wenn es einer Biegung unterzogen wird, versuchen, sich selbst so auszurichten, dass eine Biegung in der MIN-BP ohne Verdrehung auftritt.
Wenn das Kabel 10 in der MIN-BP gebogen wird, sind die Kompressions- und Zugkräfte auf den Kabelkomponenten symmetrisch um die damit zusammenhängende neutrale Oberfläche verteilt, und gleiche Abschnitte des Kabels 10 befinden sich in einer Kompression oder in einem Zug. Die Fasern 18 des Bandstapels, die auf oder in der Nähe von NA_Min liegen, wie es in 3 gezeigt ist, werden folglich eine Null oder minimale Belastung für eine solche Biegung des Kabels 10 erfahren. Wenn beispielsweise das Kabel 10 auf eine Lagerungs- oder Aufnahmerolle gewickelt ist, würde sich die neutrale Oberfläche, die mit der MIN-BP zusammenhängt, selbst ausrichten, um der äußeren Oberfläche der Rolle zu folgen.
Folglich werden mit dem Kabel der Ausführungsform viele, wenn nicht alle, der optischen Fasern bei oder in der Nähe von NA_Min sein, und folglich einer geringen, wenn nicht keiner, Belastung aufgrund der Biegung des Kabels in der x-z-Ebene ausgesetzt sein. Obwohl dies nicht der Fall mit der Biegung der y-z-Ebene sein wird, werden die EFL der optischen Fasern und das Verhältnis der Pufferröhre-Öffnungsfläche und der Querschnittsfläche der optischen Fasern bei erwarteten Installations-, Handhabungs- und Lagerungsbedingungen nicht belastet.
Eine symmetrische Verteilung der Kompressions- und Zugkräfte in dem Kabel 10 tritt allerdings nicht auf, wenn das Kabel 10 einer Biegung in einer anderen Ebene als der MIN-BP ausgesetzt ist.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform trägt das Verstärkungselement 44 zur gesamten Biegungssteifheit und Flexibilität des Kabels 10 bei, während ermöglicht wird, dass das Kabel 10 auch relativ einfach in der Ebene der maximalen Biegungsenergie ("MAX-BP") gebogen werden kann, so etwas ist gewünscht und tritt auf in einer oberirdischen Installation des Kabels, wie es unten beschrieben ist, auf. Obwohl es schwieriger ist, das Kabel 10 in einer anderen Ebene als der MIN-BP zu biegen, benötigt das Kabel 10 eine geringere Biegungskraft in anderen Ebenen als der MIN-BP, enthaltend die MAX-BP, als es der Fall mit Kabeln aus dem Stand der Technik ist, die eine Vielzahl von Verstärkungselementen aufweisen. Folglich ermöglicht das Verstärkungselement 44 eine einfache Handhabung des Kabels 10 während der Lagerung und Installation, während das Kabel 10 gleichzeitig robust gehalten wird, um die Fasern 18 vor einer mechanischen Belastung zu schützen, welche die optischen Signalübertragungseigenschaften der Fasern in dem Kabel in einer oberirdischen Installation oder einer anderen gängigen Installation des Kabels verschlechtern kann.
In voraussichtlichen Installationen des Kabels 10 in der Luft und durch Durchgänge im Boden, würde das Kabel 10 häufig Biegungen in mehr als einer Ebene ausgesetzt sein, und es ist wünschenswert, dass das Kabel in jeder solchen Ebene verhältnismäßig einfach und ohne Verdrehung gebogen werden kann. Beispielsweise kann eine Kabelinstallation eine Biegung ohne Verdrehung in einer ersten Ebene und anschließend in einer Ebene orthogonal zur ersten Ebene erfordern.
Abermals bezugnehmend auf die 1 und 3 liegt die MAX-BP des Kabels 10 in der y-z-Ebene und weist eine damit zusammenhängende neutrale Oberfläche auf, deren Schnitt mit dem Querschnitt des Kabels 10 die neutrale Achse NA_Max ist. NA_MAX liegt vollständig außerhalb des Kerns 12 und schneidet einen Abschnitt des Verstärkungselements 44. Wie es in 3 gezeigt ist, ist NA_MAX parallel zu einer x-Achse-Basislinie X_BAS, die eine Referenzlinie ist, die tangential zum Punkt P₁ auf der Oberfläche 50 gezeichnet ist. Folglich sind und können die Fasern 18 nicht mit der neutralen Oberfläche, die mit der Biegung des Kabels 10 in der MAX-BP zusammenhängt, zusammenfallen.
In der dargestellten Ausführungsform ist NA_MAX um einen Abstand s vom Zentrum O_sm des Verstärkungselements 44 und zum Zentrum O' des Kabels 10 versetzt. Das Verstärkungselement 44 ist vorzugsweise innerhalb des Mantels 40 mit seinem Zentrum O_sm auf der axialen Linie NA_Min angeordnet. In Abhängigkeit der Eigenschaften und Position des Verstärkungselements 44 in dem Mantel 40 und den Eigenschaften und der Position der Komponenten in dem Kern 12, die wesentlich zur Steifheit des Kabels 10 beitragen, kann s 0 ≤ s ≤ R_sm + ΔS₄₀ sein, wobei R_sm gleich dem Radius des Verstärkungselements 44 ist, und ΔS₄₀ der Abstand ist, gemessen entlang der axialen Linie NA_Min, zwischen der inneren Oberfläche des Mantels 40 und dem Punkt auf der äußeren Oberfläche des Verstärkungselements 44, der sich auf der axialen Linie NA_Min und nächstliegend zum Kern 12 befindet. Wie es unten beschrieben ist, tragen die Eigenschaften des Verstärkungselements 44 und seine Position in dem Mantel 40 deutlich zur Verschiebung der Position NA_Max vom Zentrum des Kerns 12 weg und so bei, dass NA_Max den Kern 12 nicht schneidet.
In einer alternativen Ausführungsform ermöglichen die Eigenschaften und Positionen des Verstärkungselements 44 im Mantel 40 und die Eigenschaften und die Position der Komponenten in dem Kern 12, die im Wesentlichen zur Steifheit des Kabels beitragen, können ermöglichen, dass s einen solchen Wert aufweist, dass NA_Max den Kern 12 schneidet, und die Öffnung des Kerns 12 schneiden oder nicht schneiden kann.
Wie es in 3 gezeigt ist, schneidet NA_Max den Querschnitt des Kabels 10 nicht symmetrisch. Folglich sind für das Biegen des Kabels in der MAX-BP gleiche Abschnitte des Kabels 10 nicht komprimiert und unter gespannt. Dieses Fehlen der Symmetrie in der Verteilung der Kräfte macht es schwieriger, das Kabel 10 in der MAX-BP als in der MIN-BP zu biegen. Ein wesentlich größerer Teil des Kabels wird entweder unter Kompression oder Spannung stehen, in Abhängigkeit davon, wie das Kabel 10 in der MAX-BP gebogen ist.
Folglich ermöglicht das Vorsehen lediglich eines einzelnen Verstärkungselements in dem Mantel eines Glasfaserkabels, das Fasern enthält, die lose in der Öffnung eines inneren Kerns gehalten sind, und eine ausgewählte vorbestimmte EFL und ein Verhältnis der Querschnittsfläche zur Querschnittsfläche der Öffnung, gemäß der vorliegenden Ausführungsform, aufweist, ein optisches Kabel mit den oben beschriebenen gewünschten funktionalen Merkmalen. Unter normalen Bedingungen kann der EFL-Bereich von ungefähr –0,05% bis ungefähr 0,1% betragen, und das Verhältnis der Querschnittsfläche der optischen Fasern zur Querschnittsfläche der Öffnung kann ungefähr 3:1 bis ungefähr 6:1 betragen, und vorzugsweise 5:1. Das Kabel 10 überwindet ferner die Leistungsschwächen und Nachteile, die mit der Verwendung von Kabeln aus dem Stand der Technik verbunden sind, die eine Vielzahl von Verstärkungselementen in dem äußeren Mantel des Kabels aufweisen, die keine Zugfestigkeit für das Kabel in einer oberirdischen Installation bereitstellten.
Das Vorsehen lediglich eines einzelnen Verstärkungselements in der Form eines festen Stabs in dem Kabel 10 stellt ferner den Vorteil bereit, dass der äußere Durchmesser des Kabels 10 kleiner als der äußere Durchmesser eines Kabels ist, das ein Verstärkungselement aufweist, das aus einer Vielzahl von Fasern aus einem Material hoher Zugfestigkeit ausgebildet ist, die verdrillt sind, und die verwendet werden können, um einen Unterstützungsfaden für ein Kabel zu fertigen, wie es in dem US-Patent Nr. 5,095,176 beschrieben ist. Der äußere Durchmesser des Kabels 10 ist vorzugsweise ungefähr 13,3 mm, kann aber kleiner sein. Ein einzelnes Verstärkungselement aus einem festen Stab in dem Mantel 40 fügt dem Kabel 10 eine geringere Dicke hinzu als bei dem Mantel 40, der zwei diametral gegenüberliegende kleinere Verstärkungselementfäden mit derselben gesamten Querschnittsfläche wie der einzelne feste Stab enthält, da die Querschnittsfläche proportional zum Quadrat des Radius ist. Ferner trägt das optische Kabel mit dem kleineren Durchmesser, das durch Vorsehen eines einzelnen Verstärkungselements in dem äußeren Mantel 40 des Kabels 10 erreicht wird, zur Minimierung einer Belastung auf die Fasern 18 bei, wenn das Kabel 10 gebogen wird.
Bezugnehmend auf 3 kann die Position y von NA_Max, das mit der Biegung des Kabels 10 in der MAX-BP zusammenhängt, basierend auf der Gesamtbiegungsfestigkeit, EJ_tot, der Komponenten in dem Kabel 10 und mit Bezug auf ein x-y-Koordinatensystem, das seinen Ursprung am Punkt P₁ auf dem Kabel 10 aufweist, bestimmt werden. Die Biegungsfestigkeit des Kabels 10 kann wie folgt definiert werden, wobei sich y auf X_Bas bezieht:
wobei i eine Komponente in dem Kabel 10 kennzeichnet, die zur Biegungsfestigkeit des Kabels beiträgt, wobei A_i gleich der Querschnittsfläche einer i-ten Komponente ist, wobei Ei gleich dem Elastizitätsmodul einer i-ten Komponente ist, wobei b_i gleich der y-Koordinate der neutralen Achse einer i-ten Komponente bezüglich zu X_Bas ist und wobei J_i gleich dem Biegungsträgheitsmoment der i-ten Komponente um seine Schwerpunktachse ist.
Durch Ableiten der Gleichung (1) bezüglich y und Suchen des Minimums von EJ_tot, kann y wie folgt hergeleitet werden:
Wie es aus Gleichung (4) deutlich wird, trägt jede der Komponenten in dem Kabel 10 unabhängig zur Definition der Position y von NA_Max bezüglich X_Bas zum Biegen des Kabels in der MAX-BP bei. Die beitragenden Komponenten können beispielsweise die Pufferröhre 14, die OSM-Schicht 24, das Verstärkungselement 44, den Kernmantel 30, die Armierungsschicht 26 und den äußeren Mantel 40 umfassen.

Beispielsweise würde die Position y der NA_Max bezüglich X_Bas für das Kabel 10 der Erfindung, die bezüglich X_Bas angeordnet ist, wie es in den 1 und 3 dargestellt ist, und die folgenden E-, A- und b-Werte aufweist, wenn sie unter Verwendung der Gleichung (4) bestimmt werden, gleich 10,44 mm sein.

Kabel 10 Komponenten	E (MPa)	A (m ² )	b(m)
Pufferröhre 14	2310	7,383 × 10^–6	5,30 × 10^–3
OSM-Schicht 24	90.000	6,85 × 10^–7	5,30 × 10^–3
Armierungsschicht 26	9450	1,822 × 10^–6	5,30 × 10^–3
Innerer Mantel 30	221	1,985 × 10^–5	5,30 × 10^–3
Verstärkungselement 44	200 × 10^–3	5,726 × 10^–6	10,95 × 10^–3
Äußerer Mantel 40	221	7,323 × 10^–5	6,65 × 10^–3

Folglich schneidet für ein solches Kabel 10 NA_Max das Verstärkungselement 44. Jede der Schicht der OSMs 24 und der gewellten Armierungsschicht 24 weist ein im Wesentlichen großes Elastizitätsmodul auf, das den inneren Kabelkern 12, und folglich das Kabel 10, steifer macht. Mit einer wachsenden Steifheit des Kerns 12 verschiebt sich die Position y von NA_Max um einen größeren Abstand vom Zentrum O_sm des Verstärkungselements 44 entlang NA_Min weg und zum Zentrum des Kabels 10 und zum Zentrum des Kerns 12. Obwohl die Komponenten in dem Kern 12, wie beispielsweise die Schicht der OSMs 24 und der Armierungsschicht 26, die Position y von NA_Max in dem Kabel 10 verändern können, ermöglicht das hohe Elastizitätsmodul des einzelnen Verstärkungselements 44 und seine Position innerhalb des Mantels 40 des Kabels vorzugsweise, dass sich die Position y von NA_Max nicht innerhalb des Kerns 12 befinden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Kern 12 steifer gemacht werden, beispielsweise durch Einbringen von Aramidgarnen oder OSMs 24 in den Kern 12, um eine unerwünschte Verschiebung der Fasern innerhalb der Röhre 14 zu verringern oder zu eliminieren. Es sollte allerdings verstanden werden, dass das Kabel 10 vorzugsweise nicht so steif gefertigt ist, dass es nicht in anderen Ebenen als der MIN-BP gebogen werden kann, ohne wesentlich mehr Energie oder Kraft zu benötigen als zum Biegen des Kabels in der MIN-BP benötigt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Energie, die zum Biegen des Kabels in der MAX-BP benötigt wird, ungefähr 2,7–4,7 mal größer, und vorzugsweise ungefähr 3,7 mal größer, als die Energie, die zum Biegen des Kabels 10 in der MIN-BP benötigt wird. Das Verschieben der Fasern 18 kann auftreten, wenn die neutrale Oberfläche, die mit dem Biegen des Kabels zusammenhängt, das Zentrum der Pufferröhre und der Fasern nicht schneidet, wie es für eine Biegung des Kabels 10 in der MAX-BP der Fall sein würde. Indem die Steifheit des Kerns 12 vergrößert wird, weist die Kabelstruktur eine stärkere Tendenz zum Biegen in der MIN-BP auf. Die Bevorzugung bzw. Tendenz ist größer, da der Unterschied zwischen der Energie, die zum Biegen des Kabels in der MIN-BP und zum Biegen des Kabels in anderen Ebenen als der MIN-BP benötigt wird, enthaltend die MAX-BP, vergrößert ist, wodurch die Biegung des Kabels in einer anderen Ebene als der MIN-BP erschwert wird. Folglich, wenn das Kabel 10, das einen verhältnismäßig steiferen Kern 12 aufweist, Biegekräften in der MAX-BP ausgesetzt wird, wird die Position der Fasern 18 in dem Kern 12 eine relativ geringe Störung erfahren, da die Steifheit des Kabels 10 eine deutliche Biegung in der MAX-BP vermeidet.
Das Kabel 10 ist im Besonderen als ein oberirdisches Kabel nützlich. Das Verstärkungselement 44 bildet vorzugsweise einen zylindrischen einzelnen festen Stahlstab, der eine ausreichende Zugfestigkeit und ein Modul aufweist, um das Gesamtgewicht des Kabels 10 zwischen Trägern zu tragen. In einer oberirdischen Installation des Kabels 10 werden Längsabschnitte des Mantels 40 entfernt, um Abschnitte des Verstärkungselements 44 freizulegen. Das Trennmittel 42 zwischen den Mänteln 30 und 40 vereinfacht eine Entfernung des Mantels 40 und einen Zugang zu dem Verstärkungselement 44. Es werden einfach Klammern mit den Abschnitten des freigelegten Verstärkungselements 44 verbunden und verwendet, um das Verstärkungselement 44 mit vertikalen Trägern, wie beispielsweise Telefonmasten, zu sichern. Der kräftige und robuste Aufbau des Verstärkungselements 44 ermöglicht, dass die Klammern lediglich die Abschnitte des freigelegten Verstärkungselements 44 des Kabels 10 für eine oberirdische Installation des Kabels 10 greifen müssen.
Die Verwendung eines einzelnen Stabs zum Klammern in einer oberirdischen Installation des Kabels 10 spart ferner Zeit, da eine Arbeitsperson lediglich den Zugang zu einem Element in dem äußeren Mantel 40 benötigt, um das Kabel an einem vertikalen Träger zu sichern.
Wenn das Kabel 10 in der MAX-BP in einer oberirdischen Installation gebogen wird, nimmt die mögliche radiale Versetzung der Fasern 18 in dem Kern 12 als eine Funktion inwieweit NA_Max vom Zentrum der Röhre 14 und die eigentliche EFL der Fasern 18 weg ist zu. Die EFL der Fasern 18 wird folglich vorzugsweise geeignet während einer Herstellung des Kabels 10 festgelegt, um eine solche voraussichtliche Biegung des Kabels 10 in der MAX-BP in einer oberirdischen Installation zu kompensieren, um eine Belastung auf die Fasern 18 zu vermeiden oder zu minimieren. Eine genaue Steuerung der EFL ist allerdings nicht notwendig, wenn sich eine voraussichtliche Biegung des Kabels 10 in der MIN-BP befindet, was gewöhnlich bevorzugt wird. Das Kabel 10 würde beispielsweise selbstverständlich anstreben, sich selbst auszurichten, um sich während einer Lagerung auf einer Rolle oder in einer Installation in der MIN-BP zu biegen, wo das Verstärkungselement 44 auf dem Kabel selbst nicht an einer festen, steifen externen Komponente gesichert ist, wie beispielsweise, wenn das Kabel 10 in einem Kanal installiert ist oder direkt in den Boden vergraben ist.
Folglich kann das Kabel 10 ohne wesentliche Verschlechterung der optischen Signalübertragungseigenschaften in einer oberirdischen Installation für das voraussichtliche Biegen in der MAX-BP arbeiten. Das einzelne Verstärkungselement 44 versieht weiterhin in der oberirdischen Anwendung des Kabels 10 das Kabel 10 mit einer Zugfestigkeit und Eigenschaften, die einem Knicken bzw. Krümmen entgegenwirken. Ferner kann das Kabel 10 mit einem kleinen Widerstand in der MIN-BP und mit einem größeren, aber nicht sehr großen Widerstand in Ebenen, die sich von der MIN-BP unterscheiden, gebogen werden, wobei das Biegen für ein oberirdisch installiertes Kabel 10 aufgrund von Bedingungen mit starken Winden auftreten kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das einzelne Verstärkungselement 44 eine standardisierte Größe aufweisen, so dass Standardbeschläge verwendet werden können, um einen freigelegten Abschnitt des Elements 44 in eine Öffnung einer Klammer einfach einzubringen, wobei die Öffnung so gestaltet ist, dass der eingebrachte Abschnitt nicht aus der Öffnung herausgezogen werden kann, sobald das Verstärkungselement 44 vollständig eingebracht ist.
4 ist eine Querschnittsansicht eines Kabels 10A gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Auf Komponenten in dem Kabel 10A, die gleich den oben beschriebenen bezüglich des Kabels 10 sind, wird unten unter Verwendung der gleichen Referenzzeichen Bezug genommen. Bezugnehmend auf 4 weist das Kabel 10A einen identischen Aufbau und Betrieb wie das Kabel 10 auf, mit der Ausnahme, dass das Kabel 10A das Verstärkungselement 44 nicht enthält, und der äußere Mantel 40 eine Öffnung 44A enthält. Die Öffnung 44A weist gleiche oder ähnliche Dimensionen wie das Verstärkungselement 44 auf und ist in dem äußeren Mantel 40 bezüglich des Kerns 12 angeordnet, ähnlich oder gleich wie das Verstärkungselement 44 in dem Kabel 10 angeordnet ist. Die Öffnung 44A empfängt ein einzelnes Verstärkungselement 60 und eine Vielzahl sich längs erstreckender Verstärkungselemente 64, die um das Verstärkungselement 60 angeordnet sind. Das Verstärkungselement 60 weist einen Durchmesser auf, der kleiner als der Durchmesser der Öffnung 44A ist. Das Verstärkungselement 60 weist denselben Aufbau und dieselben funktionalen Eigenschaften wie das Verstärkungselement 44 auf, um zu ermöglichen, dass das NA_Min in dem Kabel 10A bezüglich des Verstärkungselements 60 und der Kern 12 ähnlich wie beim Kabel 10 bezüglich des Verstärkungselements 44 und des Kerns 12 angeordnet ist, und dass das Kabel 10A relativ einfach in der MAX-BP gebogen werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Durchmesser des Verstärkungselements 60 einen ausreichend großen Wert auf, um zu ermöglichen, dass das Verstärkungselement 60 innerhalb der Öffnung 44A ohne Verursachen einer Beschädigung des Verstärkungselements 64, das um das Element 60 angeordnet ist, eng enthalten ist. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Verstärkungselemente 64 Aramidgarne, die um das Element 60 gewunden sind, und ein Denier von ungefähr 400–8000 aufweisen. Die Aramidgarn-Verstärkungselemente 64 ermöglichen eine Vereinfachung der Trennung des Verstärkungselements 60 von dem Mantel 40, wenn erwünscht, beispielsweise in einer oberirdischen Installation des Kabels 10A. Obwohl die Verstärkungselemente 64 eine gewisse Zugfestigkeit für das Kabel 10A bereitstellen, ist das einzelne Verstärkungselement 60 das alleinige Element in dem Kabel 10B, das eine ausreichende Festigkeit aufweist, um das Gesamtgewicht des Kabels 10B in einer oberirdischen Installation zu tragen, und die Verstärkungselemente 64 tragen nicht wesentlich zum Bestimmen der Orte von NA_Max und NA_Min in dem Kabel 10A entsprechend von Parametern einer Ausführungsform, die oben bezüglich des Kerns 12 und des Verstärkungselements 44 in dem Kabel 10 angegeben sind, bei.
5 ist eine Querschnittsansicht des Kabels 10B gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Auf Komponenten in dem Kabel 10B, die gleich denen der oben beschriebenen bezüglich des Kabels 10 sind, wird unten unter Verwendung der gleichen Referenzzeichen Bezug genommen. Bezugnehmend auf 5 weist das Kabel 10B einen identischen Aufbau und Betrieb wie das Kabel 10 auf, mit der Ausnahme, dass das Kabel 10B das Verstärkungselement 44 nicht enthält, und der äußere Mantel 40 eine Öffnung 44A enthält, die ähnliche oder gleiche Dimensionen und Positionierungen innerhalb des Kabels 10B, wie es oben für das Kabel 10A beschrieben ist, aufweist. Bezugnehmend auf 5 empfängt die Öffnung 44A eine einzelne Verstärkungselementeinheit 64, die drei Adern von Elementen 68 hoher Zugfestigkeit enthalten. Die Verstärkungselemente 68 sind beispielsweise in einem im Wesentlichen dreieckförmigen Aufbau angeordnet, wobei die Elemente 68 miteinander entlang ihrer longitudinalen Länge oder in einem verdrillten oder geflochtenen Aufbau verbunden sind, wobei sich die Elemente 68 entlang ihrer Längslänge umeinander drehen. Jedes der Verstärkungselemente 68 enthält Material hoher Zugfestigkeit, das gleich oder ähnlich dem Material hoher Zugfestigkeit ist, das in dem Verstärkungselement 44 enthalten ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist jedes der Elemente 68 aus denselben Materialien gefertigt, und solche Materialien sind in jedem der Elemente 68 auf dieselbe oder eine ähnliche Weise enthalten, wie die Materialien in dem Verstärkungselement 44 enthalten sind. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Durchmesser jedes der Elemente 68 gleich und gewählt, um zu ermöglichen, dass die einzelne Verstärkungselementeinheit 66 eng in der Öffnung 44A, die in dem Mantel 40 definiert ist, aufgenommen ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Elemente 68 in dem Mantel 40 eingebettet, d. h. im Wesentlichen sind die gesamten anderen leeren Räume in der Öffnung 44A mit Mantelmaterial gefüllt.
Bezugnehmend auf 5 enthält die Öffnung 44A ferner eine Vielzahl von sich längs erstreckenden Verstärkungselementen 64, die irgendwelchen der anderweitig leeren Räume in der Öffnung 44A angeordnet sind, die nicht von der einzelnen Verstärkungselementeinheit 66 belegt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Anordnung und die Durchmesser der Verstärkungselemente 68 so, dass alle der Verstärkungselemente 64 um die einzelne Verstärkungselementeinheit 66 herum angeordnet sind, und die einzelne Verstärkungselementeinheit 66 eng in der Öffnung 44A ohne Verursachen einer Beschädigung der Verstärkungselemente 64, die um diese angeordnet sind, enthalten ist. Die Aramidgarn-Verstärkungselemente 64 ermöglichen eine einfachere Trennung der einzelnen Verstärkungselementeinheit 66 von dem Mantel 40, wenn erwünscht, beispielsweise in einer oberirdischen Installation des Kabels 10B. Wie in dem Kabel 10A stellen die Verstärkungselemente 64 keine ausreichende Zugfestigkeit für das Kabel 10B bereit. Stattdessen ist die einzelne Verstärkungselementeinheit 66 das alleinige Element in dem Kabel 10B, das eine ausreichende Festigkeit aufweist, um das Gesamtgewicht des Kabels 10B in einer oberirdischen Installation zu tragen, und die Verstärkungselemente 64 tragen unwesentlich zur Bestimmung der Orte von NA_Max und NA_Min in dem Kabel 10B entsprechend der Bedingungen bei, die oben bezüglich des Kabels 10 und Kabels 10A dargelegt sind.
Obwohl bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben und dargestellt wurden, ist es für den Fachmann klar, dass verschiedene Modifikationen durchgeführt werden können, ohne sich von den Prinzipien der Erfindung zu entfernen, die in den beigefügten Ansprüchen definiert sind.

Claims

Glasfaserkabel (10) umfassend: einen sich in Längsrichtung erstreckenden inneren Kern (12), der eine Öffnung definiert, die wenigstens eine optische Faser (18) lose aufnimmt; einen äußeren Mantel (40), der eine zylindrische Gestalt aufweist, den inneren Kern einschließt und eine einzelne Verstärkungselementeinheit (44) innerhalb des äußeren Mantels enthält, bei dem sich die einzelne Verstärkungselementeinheit entlang einer Längsachse des Kabels parallel zum inneren Kern erstreckt und die Verstärkungselementeinheit das einzige Element im Kabel ist, das eine ausreichende Beanspruchbarkeit zur Unterstützung des gesamten Gewichts des Kabels, wenn das Kabel in einer oberirdischen Anwendung, gesichert durch beabstandete vertikale Masten, installiert ist, aufweist; bei dem eine neutrale Achse NA_Min, die der Schnittstelle einer Ebene minimaler Biegungsenergie MIN-BP entspricht, die mit einer Biegung des Kabels zusammenhängt, den Kern und eine einzelne Verstärkungselementeinheit schneidet und orthogonal zu einer neutralen Achse NA_Max ist, die der Schnittstelle einer Ebene maximaler Biegungsenergie MAX-BP entspricht, die mit einer Biegung des Kabels zusammenhängt, und das Kabel gekennzeichnet ist, durch eine Trennungsüberzugsschicht (42), die zwischen und in Kontakt mit einem Kernmantel (30) und dem äußeren Mantel (40) angeordnet ist, die lösbar den Kernmantel mit dem äußeren Mantel verbindet.
Kabel nach Anspruch 1, bei dem sich die NA_Max innerhalb des äußeren Mantels (40) befindet und den Kern (12) nicht schneidet.
Kabel nach Anspruch 2, bei dem die NA_Max die Öffnung des Kerns (12) nicht schneidet.
Kabel nach Anspruch 1, bei dem die NA_Min die Öffnung des Kerns (12) und die Achse der einzelnen Verstärkungselementeinheit (44) schneidet.
Kabel nach Anspruch 1, bei dem die Position der einzelnen Verstärkungselementeinheit (44), die einzelne Verstärkungselementeinheit (44) und die Gestalt des äußeren Mantels (40) so ausgewählt sind, dass sich die NA_Min in der selben Ebene befindet, in der die Achsen der einzelnen Verstärkungselementeinheit, des äußeren Mantels und die Öffnung liegen.
Kabel nach Anspruch 1, bei dem die Position der einzelnen Verstärkungselementeinheit (44), die einzelne Verstärkungselementeinheit (44) und die Gestalt des äußeren Mantels so ausgewählt sind, dass eine Biegung des Kabels (10) in einer anderen Ebene als der MIN-BP im Wesentlichen nicht mehr Energie benötigt als die, die zum Biegen des Kabels (10) in der MIN-BP benötigt wird.
Kabel nach Anspruch 1, bei dem die Position der einzelnen Verstärkungselementeinheit (44), die Materialzusammensetzung der einzelnen Verstärkungselementeinheit (44) und die Gestalt des äußeren Mantels (40) so ausgewählt sind, dass die NA_Min die geometrischen Zentren des Kabels und der einzelnen Verstärkungselementeinheit schneidet.
Kabel nach Anspruch 7, bei dem sich der nominale Pfad der Faser (18) innerhalb der Öffnung entlang der Kernachse befindet.
Kabel nach Anspruch 7, bei dem die NA_Min die einzelne Verstärkungselementeinheit (44) schneidet.
Kabel nach Anspruch 1, bei dem die Faser (18) eine überschüssige Faserlänge (EFL) aufweist, und die EFL und der Querschnittsfläche der Öffnung ausgewählt sind, um eine Beanspruchung an die Faser zu minimieren, wenn das Kabel einer Biegung ausgesetzt ist.
Kabel nach Anspruch 10, bei dem die EFL und der Querschnittsfläche der Öffnung ausgewählt sind, um eine Beanspruchung an die Faser (18) zu minimieren, wenn das Kabel (10) einer Biegung in der MAX-BP ausgesetzt ist.
Kabel nach Anspruch 1, bei dem die Kernachse (12) bezüglich der Achse des äußeren Mantels (40) in einer Richtung weg von der einzelnen Verstärkungselementeinheit (44) verschoben ist und bei dem die Achsen des Kerns (12) und des äußeren Mantels (40) in der selben Ebene liegen.
Kabel nach Anspruch 12, bei dem die Achse der einzelnen Verstärkungselementeinheit (44) in besagter selben Ebene ist, wie die Achsen des Kerns (12) und des äußeren Mantels (40).
Kabel nach Anspruch 1, bei dem der äußere Mantel (40) und der Kern (12) entsprechende äußere Oberflächen beinhalten, wobei jede eine Gestalt entsprechend der Oberfläche eines Zylinders aufweist, und bei dem der Kern weiterhin umfasst: einen Pufferröhre (14), der die Öffnung definiert, in dem die wenigstens eine optische Faser (14) lose enthalten ist; eine Füllverbindung (22) in jedem freien Raum in dem Pufferröhre; und einen äußerer sich in Längsrichtung erstreckender Kunststoffmantel, der den Pufferröhre (14) umgibt.
Kabel nach Anspruch 14, bei dem der Kern (12) weiterhin wenigstens eine sich in Längsrichtung erstreckende äußere Verstärkungselementschicht (24), die zwischen dem Pufferröhre (14) und dem Mantel (30) des Kerns (12) angeordnet ist, umfasst.
Kabel nach Anspruch 15, bei dem die äußere Verstärkungselementschicht (24) wenigstens zwei Aramidgarne umfasst, die in Längsrichtung um den Pufferröhre gewickelt sind.
Kabel nach Anspruch 16, bei dem die wenigstens zwei Aramidgarne spiralförmig um den Pufferröhre (14) gewickelt sind.
Kabel nach Anspruch 14, bei dem der Kern (12) ferner wenigstens eine sich in Längsrichtung erstreckende Panzerschicht (26) umfasst, die zwischen dem Pufferröhre (14) und dem Mantel (30) des Kerns (12) angeordnet ist.
Kabel nach Anspruch 14, bei dem der Kern (12) ferner wenigstens ein sich in Längsrichtung erstreckendes dielektrisches Anti-Kompressionsmittel umfasst, das zwischen dem Pufferröhre (14) und dem Mantel (30) des Kerns (12) angeordnet ist.
Kabel nach Anspruch 18, bei dem die Panzerschicht eine Schicht aus geripptem Verbundstahl bildet.
Kabel nach Anspruch 1, bei dem die Trennungsüberzugsschicht (42) im Wesentlichen aus einem Trennmittel besteht.
Kabel nach Anspruch 21, bei dem die Trennungsüberzugsschicht (42) hydrophob ist.
Kabel nach Anspruch 21 oder 22, bei dem die Trennungsüberzugsschicht (42) trocken und nicht klebrig ist.
Kabel nach Anspruch 1, bei dem die einzelne Verstärkungselementeinheit (44) ein einzelner zylindrischer Stab ist.
Kabel nach Anspruch 1, bei dem die einzelne Verstärkungselementeinheit (44) aus wenigstens zwei, sich in Längsrichtung erstreckenden, gekoppelten Verstärkungselementen besteht.
Kabel nach Anspruch 1, ferner umfassend wenigstens ein Verstärkungselement (64), das um die einzelne Verstärkungselementeinheit (60) angeordnet ist, und bei dem der äußere Mantel (40) eine Öffnung (44A) definiert, in dem die einzelne Verstärkungselementeinheit und das wenigstens eine Verstärkungselement, das um die einzelne Verstärkungselementeinheit angeordnet ist, enthalten sind.
Kabel nach Anspruch 26, bei dem das wenigstens eine Verstärkungselement (64), das um die einzelne Verstärkungselementeinheit (60) angeordnet ist, ein sich in Längsrichtung erstreckendes Aramidgarn ist.
Kabel nach Anspruch 24, bei dem der Stab aus einem dielektrischen Material besteht.
Kabel nach Anspruch 1, bei dem die einzelne Verstärkungselementeinheit (60) ein korrosionsresistentes Material enthält.
Kabel nach Anspruch 1, bei dem ein Vermerk (56) an der äußeren Oberfläche (50) des äußeren Mantels (40) angeordnet ist und sich in Längsrichtung entlang des Kabels in der Nähe der einzelnen Verstärkungselementeinheit (44) erstreckt.
Kabel nach Anspruch 30, bei dem der Vermerk (56) eine Störung in der äußeren Oberfläche des äußeren Mantels umfasst.
Kabel nach Anspruch 30, bei dem der Vermerk eine farbige Markierung auf der äußeren Oberfläche des äußeren Mantels umfasst.
Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die besagte Öffnung lose wenigstens ein Band (16) des äußeren Mantels aufnimmt.
Kabel nach Anspruch 33, bei dem die besagte Öffnung lose eine Vielzahl von Bändern (16), die in einem Stapel angeordnet sind, aufnimmt.