NO833765L - Optisk fiberkabel. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår telekommunikasjonskabler, og særlig, men ikke utelukkende, undersjøiske kabler med optiske fibre.

Kabelkjernen i en optisk fiberkabel omfatter typisk et antall optiske fibre som hver har et primærbelegg av silikonplast og et tykkere sekundærbelegg av ekstrudert plastmateriale. Det er vanligvis ønskelig å beskytte denne kabelkjernen mot mekaniske påkjenninger, mot vanninntrengning og hva undersjøiske kabler som befinner seg på store dyp angår, også mot store hydrostatiske trykk, da hver enkelt av disse påkjenninger sannsynligvis vil kunne indusere en betydelig optisk dempning i en optisk fiber ved at mikrosprekker i glassfiberen åpnes. Inntrengning av vann kan også føre til en reduksjon i yteevnen til en koaksial konstruksjon av kabler med metalliske ledere, idet vannet absorberes i dielek-trikumet som skiller den ytre og den indre leder fra hverandre.

En måte til å forhindre inntrengning av vann er å inneslutte hele kabelkjernen i en omhylning som består av et metallbånd som vikles eller brettes rundt kabelkjernen slik at båndets sidekanter blir liggende butt i butt, hvoretter sidekantene sammen-sveises med en kontinuerlig langsgående sveis.

En kjent konstruksjon av optisk fiberkabel for undersjøisk bruk som gjør bruk av denne teknikken har én eller flere optiske fibre anbrakt inne ± en rørformet elektrisk leder, over hvilken det er anbragt et sylindrisk utformet strekkelement som f.eks. består av ett eller flere lag av snodde ståltråder. Over strekk-elementet er det tildannet et elektrisk ledende rør som består av et langsgående omviklet kobberbånd, hvis overlappende sidekanter er blitt sammensveiset slik at man får en hermetisk innkapsling. Den rørformede elektriske lederen som omgir de optiske fibrene kan bestå av et friksjonsekstrudert rørformet element med C-profil, hvis grener er blitt lukket rundt de optiske fibre på den måte som er beskrevet i britisk patentsøknad nr. 8021035. For å fullstendiggjøre kabelkonstruksjonen er et elektrisk lag ekstrudert over kobberrøret og dessuten er ytterligere beskyttelseslag eller armering påført, dersom det er påkrevet, i avhengighet av hvordan kabelen skal benyttes. I denne konstruksjonen beskytter det lukkede C-profilerte rør fiberpakken mot mekanisk påkjenning og hydrostatisk trykk.

En modifikasjon av denne konstruksjonen er beskrevet i britisk patentsøknad nr. 8119362, hvor et friksjonsekstrudert sømløst rør erstatter kobberrøret for å gi en mer pålitelig hermetisk forsegling som totalt hindrer inntrengning av vann.

Foreliggende oppfinnelse angår en kabelkonstruksjon hvor et sømløst, friksjonsekstrudert rør ekstruderes på en løst-sittende måte omkring kabelkjernen. Den kontinuerlige friksjonsekstrude-ringsprosess unngår start/stop-problemene som alltid opptrer i diskontinuerlige ekstruderingsprosesser slik som valse- (billet) ekstrudering, og muliggjør at lange lengder ekstruderes med praktisk talt konstante egenskaper.

Oppfinnelsen omfatter også en fremgangsmåte for fremstilling av en telekommunikasjonskabel hvor det friksjonsekstruderes et sømløst metallrør rundt kabelkjernen som et løst-sittende rør, og hvor røret kjøles så snart som mulig etter ekstruderen og før det får tid til å oppvarme kabelkjernen så mye at denne skades. Den enkleste utførelse av foreliggende oppfinnelse unngår således helt å anvende en C-f ormet profil som skal lukkes-, da det sømløse røret utfører alle beskyttelsesfunksjoner som skal ivaretas.'

Imidlertid omfatter også oppfinnelsen en utførelse hvor et lukket C-profil benyttes innenfor det sømløse røret, dels for å beskytte dette mot varmen under ekstruderingen, dels for å ivare-ta de andre, tidligere nevnte beskyttelsesoppgaver.

Ekstruderingen av et aluminiumsrør ved friksjonsekstrudering fører typisk til en temperatur på ca. 400°C for å få den nødven-dige flyt i materialet. Dette er en altfor høy temperatur til at den kan tåles av de fleste eller overhodet av noe plastmateriale, og derfor ekstruderes røret som et løst-sittende rør som ikke kommer i nær kontakt med kabelkjernen før røret er tilstrekkelig avkjølet etter at det har forlatt ekstruderen. Dysen som benyttes ved ekstrudering av røret, har et sentralt hull som tillater at kabelkjernen passerer fritt gjennom det, og denne dysen tjener også til å isolere kabelkjernen fra de høye trykk som foreligger i ekstruderen som typisk har en størrelsesorden på 850 MN/m 2. Det er åpenbart at kabelkjernen vil bli oppvarmet ved konveksjon fra det omgivende rør mens røret avkjøles, og den vil også oppvarmes av dysen mens den passerer gjennom hullet i denne, men ved en typisk linjehastighet på 30 m/min. vil kabelkjernen ikke oppnå en temperatur som i det hele tatt nærmer seg ekstrude-ringstemperaturen, noe som skyldes naturlige begrensninger i den termiske overføringseffekt. En redusert linjehastighet vil ha større innvirkning på oppvarmingen fra dysen enn på oppvarmingen fra det ekstruderte rør, fordi kabelkjernen vil oppnå en større varmeoverføring fra dysen på grunn av forlenget tid i dysen, mens kjølingen av det ekstruderte rør vil finne sted med omtrent samme hastighet. Imidlertid kan en tilleggsbeskyttelse mot overopp-heting av kabelkjernen fås ved å foreta en forhåndsavkjøling av kabelkjernen til den laveste aksepterbare temperatur den kan ha like før den kommer inn i ekstruderingsutstyr, noe som gir et bredere spillerom for temperaturøkningen før den når den maksi-malt akseptable verdi.

For å gi en klarere forståelse av foreliggende oppfinnelse vises til nedenstående detaljerne beskrivelse av et utførelses-eksempel, samt til ledsagende tégninger, hvor: - fig. 1 viser et skjematisk tverrsnitt av kabelen på et trinn i prosessen etter at det er friksjonsekstrudert et løst-sittende rør omkring kabelkjernen og før røret er blitt gitt en redusert diameter slik at det kommer i kontakt med kabelkjernen. - Figurene 2, 3, 4 og 5 viser ulike trinn i produksjonen av en kabel, hvor kabelkjernen i tillegg er beskyttet av en C-profil, - Fig. 6 viser en kabel, hvor kabelkjernen er beskyttet av et C-profil i fullført stand med ytre beskyttelseslag, - Fig. 7 viser på tilsvarende måte en ferdig kabel uten et beskyttende C-profil rundt kabelkjernen, og - Fig. 8 viser produksjonsutstyr for fremstilling av en kabel i henhold til foreliggende oppfinnelse.

Kabelkjernen til en optisk fiberkabel er vist i hovedtrekkene ved referanse 10 i fig. 1, og består av ét sett plastomhylte optiske fibre 11 snodd rundt en sentral bæretråd 12 og eventuelt holdt sammen som en bunt ved hjelp av en tape-vikling 13, f.eks. av polyester. Hver fiberbunt eller fiber 11 har en optisk kjerne 14 fremstilt av glass eller silika og med en intern optisk bølge-ledende struktur. Kjernen er omgitt av plastmateriale 15 i ett eller flere lag for å gi en beskyttelse for den underliggende glassoverflaten, og for å gjøre fiberen tilstrekkelig robust for kablingsarbeide.

I enkelte kabler kan sentralkjernen 12 i seg selv bestå av en (eller flere) beskyttet optisk fiber som ligner eller er identisk med fibrene 11. Rundt denne kabelkjernen 10 blir det ekstrudert et løst-sittende sømløst aluminiumsrør 16, som fremstilles ved kontinuerlig friksjonsekstrudering.

I figurene 2 og 3 er det vist hvordan kjernen kan gis en første beskyttelse ved hjelp av et åpent metallrør som tildannes av et metallisk C-profil 3 som foldes rundt kjernen, slik at dets sidekanter 20 kommer butt i butt. Også i dette tilfelle omgis kjernen, nå med det beskyttende profilerte rør omkring, av et løst-sittende sømløst ekstrudert aluminiumsrør 16 som fås ved kontinuerlig friksjonsekstrudering.

Røret 16 gis opprinnelig en overstørrelse slik at det passer løst rundt og ikke ligger i nær kontakt med selve kabelkjernen 10. Derfor vil kabelkjernen ikke bli utsatt for de høye temperaturer og de høye trykk som foreligger i friksjonsekstruderingsprosessen.

I fig. 8 er det vist et eksempel på produksjonsutstyr som kan benyttes for å fremstille en kabel i henhold til foreliggende oppfinnelse. På figuren er tatt med alt utstyr som er nødvendig for å fremstille den mest omfattende kabeltype i henhold til foreliggende oppfinnelse, dvs. den type hvor kjernen også er, beskyttet av en omfoldet c-profil. Dersom den enklere variant av kabelen, uten dette C-profil, skal fremstilles, kan man bare fjerne de deler av utstyret som benyttes for påføring og forming av denne del av kabelen. En friksjonsekstruder 1 benyttes for å fremstille et kontinuerlig C-profilert alumiriiumsbånd 3, hvis motstående grener 20 i fig. 2 er tilstrekkelig langt fra hverandre til å tillate at en optisk fiberkabel 10, som mates ut fra en trommel 5, kan innføres mellom grenene. Det nettopp ekstruderte C-profil 3 blir kjølet og tørket v.hj.a. utstyr som ikke er vist på figuren før kabelkjernen legges ned i den, slik at kabelkjernen ikke skal bli skadet ved påvirkning fra temperaturer som allerede foreligger i det ekstruderte C-profil.

Kabelkjernen er vist mer detaljert i figurene 2 - 5, og består av et sett plastomhyllede optiske fibre 11, som er snodd rundt en sentral bæretråd 12 og eventuelt holdes sammen av en omviklet tape 13, som f.eks. kan være av polyester. Hver fiber-pakke 11 har i sin kjerne en glassfiber 14, som typisk kan være fremstilt av silika, og somhar en intern optisk bølgelédende struktur.

Så snart kabelkjernen 10 er blitt lagt inn i C-profilet, passerer kabelkonstruksjonen gjennom et sett dyser eller ruller 6, som lukker sammen grenene slik at C-profilet omdannes til et rør 7, fig. 3. Dette røret slutter seg da tett rundt kabelkjernen. Røret føres videre gjennom en ytterligere friksjonsekstruder 8. Denne ekstruderen mates med en metallblokk 9, som ekstruderes til et løst-sittende sømløst rør 16, som omgir det lukkede C-profil 6. Røret ekstruderes omkring en huldor som tillater at det lukkede C-profilrør 7 passerer sentralt gjennom doren. Doren medvirker til at røret ikke deformeres eller på-kjennes for mye av ekstruderingsprosessen som benyttes for å danne det sømløse røret. Dette fører også til at det sømløse røret 16 opprinnelig ekstruderes med overstørrelse i forhold til den innvendige kjerne, og derfor ikke kommer i nær kontakt med røret 7 og av denne grunn beskyttes.røret 7 ikke bare mot de høye trykk som inngår i ekstruderingen av det sømløse rør, men får også en god beskyttelse mot de opptrendende høye temperaturer.

Det sømløse røret 16 kjøles i et vannbad 21 straks etter at det kommer ut av ekstruderen 8. Fordi C-profilet holdes i strekk helt fra sin egen ekstruder 1, forhindres at røret 7 legger 'seg til hvile mot innersiden av røret 16 før dette er blitt tilstrekkelig avkjølt. Dernest passerer røret 16 gjennom en serie dyser eller ruller som presser ned dimensjonene til røret 16 slik at det kommer i nær kontakt med røret 7. På grunn av herdingen som inntreffer i materialet på grunn av kaldbearbeidingen bør ned-trekkingen som foretas av disse dyser 22, begrenses til ca. 25% reduksjon i det totale tverrsnitt til røret 16.

Det resulterende sømløse rør 16, som nå er krympet ned til kontakt med det lukkede C-profilerte rør 7 eller direkte til kabelkjernen 4, omgir den aktive delen av kabelen og mates gjennom en viklemaskin 23, som påfører strekkelementer, som kan bestå av ett eller flere lag med påviklede ståltråder 24 (fig. 6 og 7). Det er vist påført to lag med ståltråder og fortrinnsvis med motsatt slagretning for å gi avbalansering av torsjonskreftene, men dette er bare et eksempel, og andre konfigurasjoner av strekkelementer- ka,n benyttes. Deretter passerer kabeléh én eller flere ekstrudere 25 som påføj-ej? en plastkappe 26 (fig. 6L, Kabelen kan

eventuelt påføres armering i en armeringsmaskin 27.

Den foregående beskrivelse viser at kabelproduksjonen fore-går i tandem. Det er imidlertid intet til hinder for at prosessen kan deles opp i mindre grupper enn vist. Oppfinnelsen er således ikke begrenset til en fortløpende kabelfremstillings-prosess, men kan også brukes for en kabelproduksjonsprosess utført ved individuelle arbeidstrinn.

Oppfinnelsen er heller ikke begrenset til fremstilling av optisk fiberkabel for undersjøisk bruk, men kan også benyttes for fremstilling av kabler for bruk på land eller for telekommunikasjonskabler som er basert på elektriske ledere eller omfatter både elektriske ledere og optiske fibre.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av en telekommunikasjonskabel,. karakterisert ved at det friksjonsekstruderes et sømløst metallrør (16) rundt kabelkjernen (4). som et løst-sittende rør med større innvendig diameter enn kabelkjernens ytre diameter, at det løst-sittende røret (16) avkjøles (ved 11,' fig. 8) så raskt når det kommer ut av ekstruderen (18) at varmen fra det ekstruderte røret ikke rekker å skade kabelkjernen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at når det ekstruderte røret (16)_ er avkjølt til en temperatur som kan tolereres av kabelkjernen (4), reduseres dets tverrsnitt til røret ligger an mot kabelkjernen (4 eller 7).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at kabekjernen (4 evt. med 7) avkjøles før den går gjennom friksjonsekstruderen (8).

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1/ 2 eller 3, karakterisert ved at kabelkjernen (4). anbringes mellom grenene på et C-formet metallprofil (31, hvorpå grenene (20) på C-profilet (3). klemmes sammen så det danner en metallkappe (7). rundt kabelkjernen (41, før den gå,r inn £ friksjønsekstruderen (8).

5. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-4, karakterisert ved at kabelkjernen består av eller omfatter én eller flere optiske fibre (11)..

6. Telekommunikasjonskabel fremstilt ifølge fremgangsmåten ifølge ett av kravene 1 - 5, særlig for undersjøisk bruk, og særlig forsynt med optiske fibre (11) i kabelkjernen (4), karakterisert ved at kabelkjernen (4) er beskyttet av en omgivende sømløs, friksjonsekstrudert og ned-trukket eller nedvalset metallmantel (16) som står i direkte kontakt med kabelkjernen (4) og av i og for seg kjente ytre beskyttelseslag (24, 26).

7. Telekommunikas jonskabel ifølge krav 6, karakter, i - sert ved at det mellom kabelkjernen (4) og den sømløse mantel (16) er anbragt et butt-i-butt lukket metallrør (7) med langsgående, åpen skjøt (20).