DE69208562T2

DE69208562T2 - Nachrichtenkabel mit einer zugfesten Schicht zwischen zwei Lagen von wasserblockierendem Material

Info

Publication number: DE69208562T2
Application number: DE69208562T
Authority: DE
Inventors: Candido John Arroyo; Jill Batchelor Fluevog; Krishnaswamy Kathiresan
Original assignee: American Telephone and Telegraph Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1991-08-20
Filing date: 1992-08-13
Publication date: 1996-07-11
Anticipated expiration: 2012-08-14
Also published as: EP0528653A1; EP0528653B1; US5133034A; KR930004782A; JPH06250054A; JP2716327B2; DE69208562D1; AU642352B2; CA2073998C; AU2069792A

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung betrifft ein Nachrichtenkabel mit einem wasserblockierenden Zugentlastungssystem.

Hintergrund der Erfindung

Hohe Feuchtigkeitsgehalte eines Kabelmantelsystems können zum Beispiel die Leitungseigenschaften eines metallischen Leiterkabeis nachteilig beeinflussen. Wasser kann bei einem beschädigten Kabel eintreten und dessen Einheit gefährden.
Leitfaserkabel haben große Teile des Nachrichtenkabelmarkts erobert. Die Anwesenheit von Wasser in einem Leitfaserkabel ist zwar an sich dessen Leistungsfähigkeit nicht abträglich, die Weiterleitung des Wassers im Kabelinneren in zum Beispiel Verbindungs- oder Anschlußstellen oder ähnlichen abgekapselten Einrichtungen kann jedoch insbesondere bei Frost zu Problemen führen und sollte verhindert werden.
Ferner müssen Leitfaserkabel mit einer bei Kräf teeinwirkung auf die Kabel zur Verhinderung von Veränderungen an den Leitfasern ausreichenden Zugfestigkeit versehen sein. Dazu hat man Leitfaserkabel generell mit einem Zugentlastungssystem im Kern oder in der Hülle oder beidem versehen.
Viele Leitfaserkabel enthalten jetzt ein um ihren Kern gewickeltes, lang gestrecktes Band, das ein superabsorbierendes Material enthält, das bei Kontakt mit Wasser aufguellen kann und so das Fließen des Wassers blokkiert. Ein Kabel mit wasserblockierenden Vorkehrungen ist aus der Us-Ps 4 867 526 bekannt. Zwischen dem Kern und dem Mantel enthält es ein längliches Substratelement in Form eines mit einem superabsorbierenden Material imprägnierten Bands aus einem nichtmetallischen, nichtgewebten, vliesähnlichen Material. Das Bandmaterial ist ziemlich kompressibel und ausreichend reich an Porosität und superabsorbierendem Material, so daß es ein erhöhtes Was serblockierungsvermögen bietet.
In einem weiteren vorbekannten Kabel (US-A- 4 815 813) ist zwischen dem Kern und der Außenfläche des zur Kabelhülle gehörenden Mantels ein wasserblockierfähiges Garn oder Band angeordnet. Das Garn erstreckt sich linear entlang des Kabels oder kann schraubenförmig um ein Teil des Hüllensystems gewickelt sein. Das Garn kann aus einem superabsorbierenden Faser material bestehen, das bei Kontakt mit Wasser aufguillt und die Bewegung von Wasser innerhalb des Kabels unterbindet.
Ein anspruchsvoller Einsatzort für Leitfaserkabel ist an Bord eines Schiffes. In solch einer Umgebung befindet sich das Leitfaserkabel in der Regel in einem stark gewundenen Zustand. Natürlich kann ein solches auf einem Schiff eingesetztes Kabel bis zur Reparatur erheblichen Wassermengen ausgesetzt sein, muß aber bis dahin trotzdem funktionstüchtig bleiben.
In einem aus EP-A-0 351 100 bekannten Leitfaserkabel besteht der Kern aus mindestens einem Transmissionsmedium und einem Kunststoffmantel und weist die Bewegung von Wasser innerhalb des Kabels verhindernde Vorkehrungen auf. Das Kabel enthält ein garnähnliches Zugentlastungssystem mit lang gestreckten Aramidfaserzugelementen mit einem ziemlich hohen Modul und wasserblockierenden Vorkehrungen. Nach einer Ausführungsform wird jedes faserförmige Zugentlastungselement mit einem flüssigen superabsorbierenden Material behandelt, das nach dem Trocknen die Zwischenräume füllt und Teile der Außenfläche bedeckt. Nach einer weiteren Ausführungsform ist jedes faserförmige Zugentlastungselement mit einem ein wasserquellbares Fasermaterial enthaltenden filamentförmigen Strangmaterial umwickelt.
Das oben bezeichnete Kabel ist zwar an Bord von Schiffen und in anderen wasserreichen Umgebungen eingesetzt worden, das mit einem superabsorbierenden Material behandelte Zugentlastunssystem bereitet jedoch einige Probleme. So sind die behandelten Zugentlastungselemente bei der Herstellung des Kabels nicht ganz leicht zu verarbeiten. Auch ist es recht kostspielig, jedes einzelne Aramidfasergarn mit einem superabsorbierenden Material zu beschichten. Zudem kommt es beim Abspulen des beschichteten Garns bei der Umwicklung des Kerns leicht zum Abrieb der Beschichtung.
Aramidgarn gilt zwar unbestritten als ein für Leitfaserkabel hochgeeignetes Zugentlastungsmaterial, nachteilig sind jedoch die mit seiner Imprägnierung mit einem superabsorbierenden Material verbundenen Mängel. Unzweifelhaft ist wohl auch, daß Leitfaserkabel, insbesondere zur Verwendung an Bord eines Schiffes, mit beiden Eigenschaften, Festigkeit und Wasserblockierfähigkeit, ausgerüstet sein müssen.
Zudem müssen die für spezielle Anwendungszwecke vorgesehenen Kabel wohl in bezug auf die Wasserblockierung höhere Ansprüche als die für geläufige Anwendungszwecke vorgesehenen Kabel erfüllen. So lautet eine typische Anforderung an ein Kabel, daß bei einer einstündigen Einwirkung einer Wassersäule von einem Meter auf ein ein Meter langes Kabelstück kein Wasser durch das Kabelstück fließt. Es gibt aber einen speziellen Anwendungszweck, bei dem vom Kabel gefordert wird, daß es unter der sechsstündigen Einwirkung einer Wassersäule von elf Metern nicht mehr als dreiunddreißig Milliliter Seewasser mehr als einen Meter entlang seiner Länge fließen läßt.
Bei dem gesuchten und anscheinend nicht erhältlichen Gegenstand handelt es sich also um ein zur Verwendung an Bord eines Schiffes geeignetes Leitfaserkabel, das leichter als die vorbekannten herzustellen ist. Das gesuchte Kabel muß strenge Anforderungen bezüglich der Blockierung sowohl des Wasserflusses im Kabel als auch des Wassereintritts in das Kabel erfüllen und zur gewundenen Verlegung ausreichend zugfest sein.

Darstellung der Erfindung

Die geschilderten Probleme des Standes der Technik werden durch ein Leitfaserkabel gemäß Anspruch 1 gelöst.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Es zeigen
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Leitfaserkabel in Perspektive,
Fig. 2 eine Endansicht des Kabels gemäß Figur 1 sowie
Fig. 3 eine Endansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kabels.

Detaillierte Beschreibung

In den Figuren 1 und 2 bezeichnet 20 allgemein ein Nachrichtenkabel. Dieses besitzt eine Längsachse 21 und einen Kern 22 mit einer oder mehreren Leitfaserkabelkomponenten 24-24. Die Leitfaserkabelkomponenten 24-24 umgeben ein mittig angeordnetes Organisatororgan 25, bei dem es sich um ein wasserblockierendes Material, zum Beispiel in Form von Garn, handelt. Zur Herstellung des Organisatororgans 25 geeignetes Fasermaterial wird von der Toyobo Co., Ltd. in Osaka, Japan, unter der Handelsbezeichnung superabsorbierende Faser "LANSEAL-F" hergestellt. Das mittig angeordnete Organisatororgan 25 kann gegebenenfalls mit einem Binder umwickelt sein.
Bei jeder der Leitfaserkabelkomponenten 24-24 kann es sich um eine einfach oder zweifach beschichtete Leitfaser mit einem Außendurchmesser von etwa 250 µm handeln. Als weitere Möglichkeit kann, wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt, jede Leitfaserkabelkomponente 24 eine einfach oder zweifach beschichtete und gepufferte, das heißt von einer Schicht 23 aus Kunststoff wie zum Beispiel Hytrel umgebenen Leitfaser 26, umfassen. Die gepufferte Leitfaser ist von einem Zugentlastungssystem 27 umgeben, das wiederum von einem Kunststoffmantel 29 umgeben ist. Das Zugentlastungssystem 27 besteht in der Regel aus mehreren Zugentlastungsorganen 28-28, die jeweils aus einem faserigen Material bestehen.
Ein solches faseriges Zugentlastungsorgan ist Aramidfasergarn, wie zum Beispiel das kommerziell von der Firma E.I. DuPont de Nemours unter der Bezeichnung KEVLAR erhältliche Garn. KEVLAR ist ein eingetragenes Warenzeichen der Firma Dupont für ein Sortiment von Aramidfasern. Bei solchem Fasermaterial kann es sich um Kurzfasern wie auch um Endlosfilamentgarn handeln. Es weist eine ziemlich große Zugfestigkeit auf, wobei man Angaben zu seinen Eigenschaften im Informationsblatt K-506A "Eigenschaften und Anwendungen von KEVLAR 29 und KEVLAR 49 in elektromechanischen Kabeln und der Faseroptikn vom Juni 1980 findet.
Den Kern 22 (siehe Figur 1) umgibt ein Hüllensystem 30 mit einem wasserblockierenden Zugentlastungssystem 32, das die Leitfaserkomponenten umgibt, und einem äußeren Kunststoffmantel 34. Zu dem wasserblockierenden Zugentlastungssystem 32 gehören mindestens zwei langgestreckte wasserblockierende Schichten 33-33. Zu jeder Schicht 33 gehört ein langgestreckter Materialstreifen wie z.B. ein mit einem wasserquellbaren superabsorbierenden Material behandelter. Zweckmäßig sind die Organe 33-33 hydrophil. Ein hydrophiles Material nimmt Wasser leicht auf. Das superabsorbierende Material verleiht jeder langgestreckten Schicht 33 ein Wasserblockierungsvermögen. Wenn eine Schicht 33 mit Wasser in Berührung kommt, setzt sich das superabsorbierende Material mit dem Wasser zu einem gelförmigen Reaktionsprodukt um. Das Gel bewirkt die Blockierung des Wasserflusses.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist jede Schicht 33 ein Laminat aus zwei Bändern 36-36 (siehe Figur 2) mit einem dazwischen angeordneten superabsorbierenden Pulver 37. Bei jedem Band 36 kann es sich um einen Vliesstoff aus Polyester handeln. Zwischen den beiden Bändern aus Polyestervlies ist ein superabsorbierendes Material mit einer Verteilung von etwa 60 Gramm pro Quadratmeter angeordnet. In dem Laminat handelt es sich bei dem superabsorbierenden Material um ein superabsorbierendes Polymer, das in destilliertem Wasser über 10 Minuten um mindestens 15 mm aufguillt.
Das wasserblockierende Band 36 der bevorzugten Ausführungsform hat ein Flächengewicht von 118 Gramm pro Quadratmeter und eine Dicke von 0,35 mm. Seine Zugfestigkeit beträgt 25 N/cm bei einer Dehnung von 40%. Die Faserzusammensetzung jedes der beiden Bänder des Laminats der bevorzugten Ausführungsform ist ein weißer Polyester mit einem Polyacrylat als Bindemittel. Das superabsorbierende Material ist in Pulverform, wobei es sich bei dem superabsorbierenden Polymer um ein vernetztes Kaliumsalz eines Polyacrylat-Polyacrylamid-Copolymerisats handelt. Alternativ kann jede wasserblockierende Schicht 33 ein mit einem superabsorbierenden Material imprägniertes Substratmaterial enthalten. Das superabsorbierende Material kann aus der aus (1) Polyacrylsäure; (2) Polyacrylamid; (3) Mischungen von (1) und (2); (4) Salzen von (1) und (2); und (5) Copolymeren von (1) und (2) bestehenden Gruppe ausgewählt sein. Siehe das vorgenannte U.S.-Patent 4 867 526.
Zwischen den beiden langgestreckten wasserblokkierfähigen Schichten 33-33 ist eine Zugentlastungsorganschicht 40 angeordnet. Die Zugentlastungsorganschicht 40 enthält ein hochfestes Aramidfasermaterial, bevorzugt KEVLAR -Garn. KEVLAR -Garn wurde schon weiter oben be schrieben. Das KEVLAR -Garn umwickelt das innere Organ der wasserblockierenden Organe 33-33 entweder in einem verseiltem unidirektionalen Schlag oder in einem rückoszillierenden Schlag.
In der bevorzugten Ausführungsform ist zwar zwischen zwei wasserblockierenden Bändern eine Schicht Zugentlastungsgarn angeordnet, andere Anordnungen sind jedoch auch möglich und fallen mit unter den Schutzbereich der Erfindung. So können zum Beispiel drei voneinander beabstandete wasserblockierende Schichten jeweils eine Schicht Zugentlastungsorgane wie zum Beispiel KEVLAR -Garn zwischen jeweils zwei benachbarten Schichten enthalten.
Die erf indungsgemäßen Kabel enthalten zusätzliche Vorkehrungen, die das Einfließen von Wasser in Längsrich tung entlang des Kabels in Abkapselungen verhindern. Zwischen den Leitfaserkabelkomponenten 24-24 und dem wasserblockierenden Zugentlastungssystem 32 sind ergänzende wasserblockierende Organe 50-50 angeordnet, die jeweils ein wasserquellbares Fasermaterial enthalten. Die Organe 50-50 können um die Längsachse des Kabels verseilt oder parallel dazu angeordnet sein.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist jedes ergänzende wasserblockierende Organ 50 ein Garn (siehe Figur 1), wie zum Beispiel ein aus einem wasserquellbaren Fasermaterial bestehendes Garn der englischen Baumwollnummer 1,67. Bekannt ist ein solches Garn zum Beispiel aus der US-PS 4 366 206, auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird. Das Garn jedes Organs 50 in der bevorzugten Ausführungsform kann aus dem gleichen Material wie das beim mittig angeordneten Organisatororgan 25 eingesetzte bestehen. Durch diese sich in den gezeigten Zwischenräumen des Kabels in Längsrichtung erstrekkenden Organe 50-50 wird der Außendurchmesser des Kabels nicht vergrößert, sie liefern aber zusätzliches Wasserblockierungsvermögen.
Wie in der Figur 1 zu sehen, sind neben den Leitfaserkabelkomponenten 24-24 auch die Garnorgane 50-50 in einem unidirektionalen Schlag um die Längsachse des Kabels verseilt. Als weitere Möglichkeit können die Garnorgane 50-50 und die Leitfaserkabelkomponenten die Längsachse in einem rückoszillierenden Schlag umwickeln.
Festzuhalten ist dabei die hohe Deckung durch die wasserblockierfähigen Organe 33-33 in jedem beliebigen Querschnitt durch die Längsachse 21 des Kabels. Zudem, wie in Figur 2 ersichtlich, erstreckt sich das Zugentlastungssystem in dieser Querfläche weitgehend um den gesamten inneren Umfang des Kabels. Diese Kombination der torsionsneutralen Zugentlastungsorganschicht 40, der wasserblockierenden Schichten 33-33 und der wasserblockierenden Organe 50-50 ergibt ein augeglichenes Zugentlastungssystem mit geeignetem Wasserblockierungsvermögen
In Figuren 1 und 2 ist ersichtlich, daß der Mantel 34 um das wasserblockierende Zugentlastungssystem 32 angeordnet ist. Der Mantel 34 besteht aus einem Kunststoff, bevorzugt aus einem flammwidrigen Kunststoff mit einem niedrigen Halogengehalt, niedriger Rauchentwicklung, geringer Toxizität und geringer Korrosivität. Natürlich muß der Kunststoff des Mantels die Flüssigkeitslagerungseigenschaften gemäß der Militärnorm MIL-C-0085045 erfüllen. Ein geeignetes Material für den Mantel 34 ist ein halogenfreies, flammfestes, mit Metallhydroxidfüllstoffen gefülltes und geeignte Verarbeitungshilfsmittel enthaltenden Material aus Polyolefin.
In Figur 3 ist eine weitere Ausführungsform des erf indungsgemäßen Kabels zu sehen. Ein generell mit der Zahl 60 bezeichnetes Kabel enthält einen Kern mit einem mittig angeordneten Organisatororgan 62. Das Organisatororgan 62 ist ein wasserblockierendes Organ, gegebenenfalls aus einem Garnmaterial aus einem wasserquellbaren Fasermaterial wie dem des mittig angeordneten Organs 25 gemäß den Figuren 1 und 2.
Um das mittig angeordnete Organ 62 sind mehrere Leitfaserkabelkomponenten 64-64 angeordnet. Jede der Leitfaserkabelkomponenten ähnelt dem Aufbau nach jeder der Leitfaserkomponenten 24-24 (siehe Figuren 1 und 2) und bedarf keiner weiteren Erläuterung.
Um die Leitfaserkomponenten angeordnet befindet sich ein wasserblockierendes Zugentlastungssystem 66 mit drei voneinander beabstandeten konzentrischen Schichten 68-68, die jeweils ein wasserblockierendes Organ enthalten. Jedes wasserblockierende Organ 68 kann vonein ander beabstandete Bänder mit superabsorbierendem Polymer in Pulverform dazwischen enthalten. Zwischen jeweils zwei benachbarten wasserblockierenden Schichten ist ein Zugentlastungssystem 70, vorzugsweise aus einem Aramidfasergarn, angeordnet. Zwischen jeweils zwei benachbarten Leitfaserkomponenten 64-64 ist in Anlage an die innerste Schicht 68 ein wasserblockierendes Garnorgan 72 angeordnet, das aus dem gleichen Material wie das Organ 50 der Ausführungsform gemäß den Figuren 1 und 2 bestehen kann. Das Zugentlastungswasserblockierungssystem umgibt ein Mantel 74 aus einem Kunststoff wie dem des Mantels 34 vom Kabel 20.
Zur Bestimmung des Wasseraustritts aus einem Meter langen Prüfstrecken der Kabel unter einem Wasserdruck von 0,102 MPA wurden Tests durchgeführt. Jede der einen Meter langen Strecken eines vorbekannten Kabels enthielt vier Leitfasereinheiten, eingebettet in zwei mit einem superabsorbierenden Material imprägnierten Schichten KEVLAR -Garn. In der Tabelle I ist der Wasseraustritt aus dem vorbekannten Kabel und dem erfindungs gemäßen Kabel ersichtlich. Für ein in bezug auf Wasseraustritt akzeptables Kabel darf der Austritt 33,0 ml nicht übersteigen. Wie aus TABELLE I ersichtlich, zeigt das vorbekannte Kabel zwar einen akzeptablen Wasseraustritt, das erf indungsgemäße Kabel war jedoch besser. TABELLE I WASSERBLOCKIERUNGSTESTERGEBNISSE FÜR SCHIEFSKABEL WASSERAUSTRITT KABEL ANFORDERUNG VORBE-KANNT NEU VIERFASERKABEL ACHTFASERKABEL 6 STUNDEN, AUSTRITT
In der TABELLE II sind die Alterungstestergebnisse für ein vier Einheiten umfassendes Leitfaserkabel gemäß der Erfindung dargestellt. Das geprüfte Vierleitfaserkabel enthielt zwei wasserblockierende Schichten 33-33, zwischen denen eine Schicht KEVLAR -Garn angeordnet war. Für die zwei Proben des erf indungsgemäßen Kabels blieb der Wasseraustritt über einen Zeitraum von bis zu 60 Tagen unter dem vorgegebenen äußeren Grenzwert von 33 ml. TABELLE II EINWIRKUNGSZEIT TESTBEDINGUNG AUSTRITT TAGE (Grundlinie) keine Alterung TAGE relative Luftfeuchtig-keit

Claims

1. Nachrichtenkabel mit:

einem Kern (22) mit einer Längsachse und mit mindestens einem Kommunikationsmedium (26),

einem den Kern umgebenden Mantel (34) aus Kunststoff und

einem zwischen dem Kern und dem Mantel angeordneten wasserblockierenden Zugentlastungssystem (32), dadurch gekennzeichnet, daß das wasserblockierende System aus mindestens zwei konzentrisch benachbarten Schichten (33) aus wasserblockierenden Materialien besteht, die jeweils ein Sperren der Längswasserströmung entlang des Kabels bewirken, und

daß zwischen jeweils zwei benachbarten Schichten (33) des wasserblockierenden Systems ein relativ geschmeidiges Zugentlastungssystem (40) angeordnet ist.

2. Kabel nach Anspruch 1, wobei das relativ geschmeidige Zugentlastungssystem (40) einen Faserstoff mit einem relativ hohen Modul enthält.

3. Kabel nach Anspruch 1, wobei jede wasserabsorbierende Schicht (33) ein Laminat mit zwei sich längs erstreckenden Bändern (36) mit einem dazwischen angeordneten superabsorbierenden Pulver (37) ist

4. Kabel nach Anspruch 1, wobei jede wasserabsorbierende Schicht (33) ein mit einem superabsorbierenden Material imprägniertes Substratmaterial ist,

5. Kabel nach Anspruch 4, wobei das superabsorbierende Material aus der aus (1) Polyacrylsäure; (2) Polyacrylamid; (3) Mischungen von (1) und (2); (4) Salzen von (1) und (2); und (5) Copolymeren von (1) und (2) bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

6. Kabel nach Anspruch 1, wobei mindestens eine der Schichten des wasserblockierenden Systems eine Außenschicht aus einem superabsorbierenden Material und eine Schicht Acrylfaser aufweist.

7. Kabel nach Anspruch 1, wobei der besagte Kern (22) mittig ein sich längs erstreckendes wasser blockierendes Organ (25, 62) enthält.

8. Kabel nach Anspruch 7, wobei der Kern (22) mehrere zwischen dem mittig angeordneten wasserblockierenden Organ (25, 62) und einer innersten (33) der Schichten (33, 40) des wasserblockierenden Systems (32) angeordnete Lichtleitfasereinheiten (24) enthält.

9. Kabel nach Anspruch 8, das auch mehrere längliche, aus einem Faserstoff hergestellte, zwischen zwei benachbarten Lichtleitfasereinheiten (24) und einer innersten (33) der Schichten des wasserblockierenden Systems (32) angeordnete Organe (50, 72) enthält.