DE1615056A1 - Nachrichtenkabel - Google Patents

Description

Anmelder: '.Whitney Blake Company, New Haven ,$4, Connecticut, USA

Nachrl ehtenkab el

Die Erfindung betrifft eine Kabelseele eines Nachrlchteni,. die ._aus Aderpaaren mi.t je .zwei getrennten.; elektrlscr. Leitern besteht, die jeweils von einer!Lage eines ersten elek- — trisehen Isolationsmaterials umgeben und durch einen Isolierenden SI; eg'verbunden sind. '■'■■_■_ _; / Γ V"

Jür den Bau von Ifachriehtenkabelnsind-.-.das Übersprecher.,-Widerstandsunsymme-trie, Kabelabme ssungen und -gewicht für eine erforderliche Gegenkapazität; Gegenstand von .aufwendigen Entwick— lungsarbelten, insbesondere um die erstrebten Eigenschaften auch in wirtschaftlicher Weise-bel^^ der Herstellung und Verwendung dieser Hachrichtenkabel erzielen zu können. .--.-■'; - "\ ■

Bekanntlich ist das: induzierte tibersprechen durch.die gegenseitige Verseilung einzelner Leiterpaare um 360 auf einer vor- , herbestimmten Länge, um eine Lage zu.ergeben,-Verringert worden. Durch Verwendung einer anderen Lage für die Aderpaare wird ein Kabel erzeugt, in dem die Adern konstant eine andere Ader kreuzen, so daß eine minimale Parallelitätin Bezug auf die anderen Eaare vorhanden Ist und dadurch das induzierte Übersprechen verringert wird. ".".λ ■■:■■■-;; . .

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Die gegenseitige Verseilung von Paaren zur Ausbildung ' von Schraubenlinien mit gleicher länge füart jedoch zu Schwierigkeiten in Form von Yiiderstandsunsymmetrie zwischen den Adern eines Paars, v/ährend des Verseilens wird eine Ader starker um die andere Ader gewunden, so daß eine Ader gerader und daniit kurzer als die andere ist. Dieser Längenunterschied der beiden Adern in einem Paar erzeugt über größere Entfernungen eine Unsymmetrie zwischen den ..dem, wodurch die nachrichten--Übermittlung beeinträchtigt wird. Die Verseilung der Paare erzeugt auch eine Spannung in den Adern, die zu einer Verringerung des querschnitts, der weichen Kupferleiter führen kann, so daß die '..'iderstar-dsunsymmetrie weiter erhöht wird.

Bei der Verwendung von verseilten Paaren in einem liao:,.-richterikabel Treten auch Schwierigkeiten bezüglich der Gegenkapazitäten auf.. Die axiale Zug- oder Druckspannung im Kabel füLrt zu Änderungen des Abstands zwischen den Adern, eines gegebenen Paares und bewirkt eine innomogene Gegenkapazität des Adernpaars. Zusätzlich tritt eine Kapazitätsunsynimetrie von Paar zu Paar in Kabel infolge der Schwierigkeiten bei. der Herstellung von genauen L&r.gen einer La.re "in einer Anzahl von Paaren von getrennten, verseilten Adern auf.

Ein Teil der erwähnten Schwierigkeiten und Nachteile ist durch Verwendung verbundener .^derpaare (vgl. USA-Patentschrift 3 102 160) überwunden worden. Der Gesamtduraainesser und das Gewicht derartiger Kabel sind im wesentlichen gleich denen eines üblichen Kabels, das getrennte Adern hat.

Ein wicnt'iger ffaktor beim Entwurf eines ITachrichterLkabels ist die erforderliche durchschnittliche Gegenkapazität. Zum

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Beispiel muß ein Kabel.«zum Austausch, oder;zur ^erteilung^ um den gegenwärtigen industriellen Anforderungen ,-.zu geiiügen, nominell eine durchschnittliche G^genkapasität .von 0,0515 ^ F/km (0,083,uF/Meile) aufweisen. Fernkabel müssendeine durchschnittliche Gegenkapa^itat von 0,04-1/-5¹Am (0,066^F/Meile) für die Übertragung von Ferngesprächen aufweisen. Andere Nachrichtenkabel .wie zur Datenübertragung müssen andere ".v'e-rtd- der Gegenkapazität entsprechend .ihrem. VerwenauneTsaweck aufweisen.

Die: Kapazität in eines» Kachr_ichtei.kabel wird aurch die _ folge^rde^Fornrel bestinmtt "_,.-. . . :

G _"■ 0>01944£ - . =■■" ■

mit C = Gegenkapazitä-u/tP/i ,609 km =,<xP/Keilej eines xaars

in einem Kabel, ·

d =-Durchmesser des Kupferleiters, S = axialer Abstand (der effektive Abstand 2wisc:.en den

Achsen der isolierten Leiter des S:aars)_r D = ,durchschnittlicher Durcl-nesser eines Jlreises, äsr die durch andere, das betreffende Paar umgebende' ^aare> ■ hergestellte Abschirr-iung darstellt, ■

S₁-, = eine Reiherientwiekluii--r von d und S,

-■':' . 2S .D

"E''■ = Dielektrisitätskonstante* aes Kc.bela-afbaus.

Die beiden wichtigsten Variableii bein Entwurf von Kabeln. _&-e^:äß. der obigen Formel sind S und E, und um den relativ kleinen Durchschnittswert von C zu erreicheii, wie er in der Industrie benötigt wird, wird E verringert und S erhöht, um äie jegen-

kapazität zu reduzieren, so daß die gewünschte Gegenkapazität für ein Paar erzielt wird. Luft hat eine Dielektrizitätskonstante von etwa 1, was beträchtlich geringer als die der Isoliermaterialien ist, die normalerweise in einem Nachrichtenkabel verwendet werden. Nun bedeutet aber bekanntlich die Verwendung von luft in einem Nachrichtenkabel eine Verringerung der durchschnittlichen Dielektrizitätskonstanten des Kabels.'

Bei den ersten Kabeln wurden papierisolierte Leiter verwendet, die wegen des porösen Aufbaus von Papier große Luftmengen enthielten und die Dielektrizitätskonstante des Kabels beträchtlich erniedrigten. Eine Papierisolation war jedoch in mancher Hinsicht nachteilig, besonders wegen ihrer Feuchtigkeitsabsorption und der damit verbundenen Fäulnisgefahr, was zu einem Isolationsdurc^sci-lag bei ungünstigen Umge bungs be dingung en fuhriA.

3s wurden daher Nachrichtenkabel entwickelt, die Kunststoffe als Isolationsmaterialien für Kabel und Adern verwenden, wodurch viele bei einer Papierisolation auftretende Schwierigkeiten vermieden wurden. Zum Beispiel wird Polyäthylen in.großem Umfang zur Isolation von Nachrichtenkabeln verwendet (wie es in der USA-Patentschrift 3 102 160 beschrieben ist).

Trotz der w'asserabstoßung, der Fäulnisunempfindlichkeit sowie guter physikalischer und elektrischer Eigenschaften der thermoplastischen Isolation ist diese jedoch nicht besonders porös, iienn daher «.dem.-mit einer derartigen Isolation in einem Kabel verwendet werden, ist nur sehr wenig Luft- oder Gasraum vorhanden, um die Dielektrizitätskonstante der Kabelseele zu erniedrigen. Es sind viele Versuche untemonmen worden, diese Schwierigkeiten mit Hilfe von porösen thermoplastischen Materialien

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zu überwinden, die in ihren Poren ein Gas enthalten, aber es ist bis jetzt nicht möglich gewesen, eine derartige Isolation mit gleichmäßig kleinen Poren zu erhalten, die zur Gewährleistung einer befriedigenden gleichförmigen Druckfestigkeit und dielektrischen Festigkeit für die dünne Isolationsschicht erforderlieh ist. Wenn außerdem Wasserdampf in Kabel eintritt, die eine poröse' thermoplastische Isolation enthalten, kondensiert sich die Feuchtigkeit in dem zellularen (porösen) Aufbau. Dadurch wird die Kapazität der Aderpaare eine Zeit lang stark verändert, da Wasser die Luft in dem Dielektrikum ersetzt. Außerdem werden durch die in der Isolation enthaltenen Poren die Abmessungen der Isolation und damit der gesamten Kabelseele beträchtlich erhöht.

Aus diesen Gründen wurde früher die Gegenkapazität C durch Vergrößerung des axialen Abstands S der Adern in der Kabelseele verringert. Zu diesem Zweck wird auf den leitern ein isolierender Überzug aufgetragen, dessen Wanddicke größer/als an sich zur Isolation notwendig ist. Diese Art der Verringerung der Gegenkapazität ist unnötigerweise teuer, denn die Isolation ist ein bedeutender Kostenfaktor bei der Herstellung von Kabeln. Wenn der Durchmesser Jeder Ader in einem Kabel vergrößert wird, so nehmen auch das Gewicht und der Durchmesser des Kabels zu. Dazu kommen die Seelenumhüllung, die Metallabschirmung und das Mantelmaterial, wodurch die Kabelkosten weiter ansteigen.'

Bs ist weiter bekannt (vgl. USA-Patentschrift 3 105 108), zur Herstellung der Kabelseele eines Nachrichtenkabels Aderpaare zu verwenden, bei denen die Adern durch einen dünnen, flexiblen Steg verbunden sind» Wenn derartige Aderpaare zu einer Kabelseele

zusammengefaßt werden, werden die flexiblen Stege gebogen, so daß sich die Adern berühren können. Dadurch wird zwar ,die Kapazität zwischen den einzelnen Aderpaaren gleichmäßiger, aber die eingeschlossene Luftmenge bleibt relativ klein. Deshalb benötigen auch diese Adern Isolationsmaterial mit einer übermäßig großen Wanddicke, wie die Adern der zuerst erwähnten Kabel, um den größeren axialen Abstand der Leiter zu erreichen, der zur Erzielung der erforderlichen Gegenkapazität notwendig ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, unter Vermeidung der genannten Schwierigkeiten und Kachteile eine Kabelseele mit der gewünschten Kapazität ohne Verstärkung des Isoliermantels der Leiter und so auszubilden, daß das Gewicht, der Durchmesser und damit auch die Kosten von Kabeln mit gewünschter Kapazität verringert werden können.

Eine Kabelseele der eingangs genannten Art ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß jeder Steg eine solche Festigkeit hat, daß die Form Jedes Aderpaars gleich dessen Form in einem mechanisch unbelasteten Zustand ist.

Durch die Verbindung der Adern zu einem Paar mittels eines relativ dünnen, aber starren Stegs kann viel Luft in einer Kabelseele aus thermoplastisch isolierten Aderpaaren eingeschlossen werden. Der axiale Abstand wird durch den starren Steg aufrechterhalten, und die Dicke der isolierenden V/'and um die Leiter kann wesentlich verringert werden. Der Durchmesser eines Kabels, das aus durch einen starren Steg verbundenen Paaren besteht, ist auch gegenüber früheren Kabeln kleiner, die die gleiche Anzahl von Paaren und die gleiche durchschnittliche Gegenkapazität aufweisen.

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Bei den bekannten Kabeln wird, nämlich die erforderliche Gegellkapazität durch, eine stärkere Isolation erreicht. Da die Kabelseelen gemäß der Erfindung auch einen beträchtlich größeren Luftraum als die bekannten Kabel enthalten, ist ihr pneumatischer Widerstand kleiner und ihre Belüftung verbessert.

Die Verringerungder ersten Isolation für die Leiter erlaubt überraschenderweise weiter, daß die gegenwärtig verwendeten reinen Kupferleiter durch einenaus Aluminium und Kupfer zusammengesetzten Leiter ersetzt werden können,Die Reduzierung der Wanddicke der Isolation kompensiert den größeren Durchmesser des zusammengesetzten Leiters, so daß ein Kat)el aus züs anmengesetzten Leitern möglich ist, dessen Gesamtdurchmesser mit bekannten Kabeln vergleichbar ist, die aus reinen Kupferleitern bestehen. " *

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung naher erläutert werden. Es zeigen«

Mg, 1 eine perspektivische Ansicht, teilweise im Schnitt, eines gemäß der Erfindung durch einen starren Steg verbundenen Aderpaars;

. ; Pig. 2 eine perspektivische Ansicht eines' Nachrichtenkabels, dessen äußerer. Mantel teilweise entfernt worden ist·, um den aus durch einen starren Steg verbundenen Paaren bestehender. Kern freizulegen;

Pig· 5 einen Querschnitt durch ein bekanntes Kabel;

Pig. 4 einen Querschnitt durch einen Teil der Seele eines Kabels, das die starr stegverbundenen Paare gemäß der Erfindung enthält;

Pig. 5 eine Skizze der geometrischen Beziehungen zwischen durch einen starren Steg verbundenen Paaren, wenn sie zu einer Kabelseele zusammengebaut"sind;

Fig. 6 Kurven, bei denen der Luftraum als Funktion der Stegbreite der stegverbundenen Paare aufgetragen ist; . .

Fig. 7 einen Querschnitt durch ein starr stegverbundenee Paar, woraus ihre Zwischenabstände zu ersehen sind; \

Fig. 8 Kurven, bei denen die Abstände von starr stegverbundenen Paaren und bekannten, getrennt isolierten Adern mit dem gleichen Leiterdurchmesser aufgetragen sind;

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht, teilweise im Schnitt eines anderen Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung mit einem zusammengesetzten Leiter;

- Fig. 10 einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung, bei dem der starre Steg sich entlang einer Kante des Aderpaars erstreckt;

Fig. 11 einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungs-. beisi-iel gemäß der Erfindung, bei dem sich der starre Steg ent^ lang jeder Kante des Aderpaars erstreckt;

Fig. 12 einen Querschnitt durch ein weiteres AuefÜhrungsbeis.iel gemäß der Erfindung mit diagonal angeordnetem starren Steg; und .

Fig. 13 eine Gruppe von Paaren eines weiteren Ausführungsbeis iels gemäß der Erfindung mit einer kontinuierlichen längsrippe an dem starren Steg.

Gemäß Fig. 1 weist das Aderpaar gemäß der Erfindung zwei Adern 10 auf, die jeweils von einem elektrischen Leiter 12 ge-

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bildet, werden, der von einer primären Isolationsschicht 14 umgeben ist. Ein starrer,Steg 16 trennt die beiden Adern 10, wobei die Abmessungen des Stegs 16 innerhalb gewisser Grenzen liegen, um den axialen Abstand der Adern aufrecht zu erhalten, so daß in der Kabelseele ein vergrößerter Luftraum erreicht wird. Das Paar ist so aufgebaut, daß es in die Seele eines Nachrichtenkabels 17 wie von Fig. 2 eingebaut werden kann, wo eine Anzahl von starr stegverbundenen Paaren zusammen den in Fig. 4 abgebildeten Aufbau bilden.

Die Leiter 12 des in Fig.1 abgebildeten Paars bestehen vorzugsweise aus für elektrische Leitung geeignetem Qualitätskupfer oder einem anderen guten Elektrizitätsleiter. Die Leiter 12 sind von der Isolationsschicht 14 umgeben, die mit dem Ste~ 16 ein_r stückig ausgebildet ist, der auch aus- Isolationsmaterial besteht. Ein zur Codierung dienender Farbstreifen 15 kann auf der Primärisolation 14 einer oder beider Adern des Paars aufgetragen oder eingebettet werden. Die Anbringung des Streifens auf der Oberfläche der betreffenden Ader kann nach Wunsch geändert wer- . den. Die Isolation 14, die Farbcodierungsstreifen 15 und der damit zusammenhängende Steg 16 werden durch Extrusion erzeugt.

Das Isolationsmaterial ist vorzugsweise Polypropylen, Polyäthylen oder ein Stoff mit ähnlichen mechanischen und elektrisch isolierenden Eigenschaften. Polypropylen wird aus mehreren Gründen als Isolationsmaterial bevorzugt. Es ist ein hervorragendes Iaolationsmaterial für Nachrichtenkabelpaare und hat eine Dielektrizitätskonstante von etwa 2,24, die niedriger als die des oft verwendeten Polyäthylens ist. Wenn die Primärisolation eine kleinere Dielektrizitätskonstante hat, wird weniger Signalenergie

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absorbiert, so daß eine bessere und wirtschaftlichere Übertragung über große Entfernungen möglich ist. Noch wichtiger ist jedoch für die Lösung der Aufgabe der Erfindung, daß: Polypropylen auch die mechanischen (physikalischen) Eigenschaften hat, die die Aufrechterhaltung der Stegsteifigkeit ermöglichen. Durch Verwendung eines festeren Stegmaterials kann der Steg dünner hergestellt werden, so daß ein größerer Luftraum in der Kabelseele entsteht.

Wenn Polyäthylen oder andere Polymere oder Kopolymere als Primärisolation verwendet werden, müssen die mechanische Festigkeit und die Dielektrizitätskonstante als wichtige Parameter des Kabelaufbaus berücksichtigt werden. Wenn zum Beispiel Polyäthylen verwendet wird, kann die Stegdicke etwas größer sein, um den axialen Abstand der Adern aufrechtzuerhalten. Entsprechend kann die Verringerung des verfügbaren Luftraums eine leichte Erhöhung der Stegbreite notwendig machen, um den axialen Abstand der Leiter zu erhöhen.

Der Einschluß von größeren Luftmengen in der Kabelseele wird durch die durch einen starren Steg verbundenen Aderpaare gemäß der Erfindung ermöglicht. Wie Fig. 3 zeigt, sind bei einem bekannten Nachrichtenkabel getrennte Adern oder tangential verbundene Adern (Fig. 3 zeigt beide Fälle) in einer Kabelseele vereinigt, in der die Adern eng aneinander liegen und der Luftraum sehr klein ist, so daß unnötigerweise eine erhöhte ' Wanddicke der Primärisolation 11 der Adern erforderlich ist, um einen axialen Abstand der Leiter 13 zu erreichen, der für die benötigten durchschnittlichen Gegenkapazitäten des Kabels ausreicht .

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Wie aus Pig. 4 ersieht lieh ist, hat die Kabelseele, die die durch einen starren Steg verbundenen Paare gemäß der Erfindung aufweist, einen bedeutend größeren luftraum um die Aderpaare. Es iat ersichtlich, daß für Adern mit einem gegebenen Außendurchmösser, der in der Technik als Durchmesser über das Dielektrikum (DOD) bekannt ist, bedeutend größere Luftmengen in einer Kabelseele mit den Aderpaaren gemäß der Erfindung, als in bekannten Kabeln eingeschlossen sein können. Um das zu erläutern, aittä die Ergebniese von Untersuchungen der durchschnittlichen Gegenkapazität einer Anzahl von Kabelseelen in !Tabelle I angeführt. Jede Kabelseele bestand aus 50 Aderpaaren, die Kaliber (standard 22 gage)-Kupferleiter enthielten, wobei die Paare in einer gegebenen Seele entweder getrennt oder durch einen Steg verbunden waren, was aus der Tabelle ersichtlich ist:

Tabelle I 50 - Paar - Kabel mit Kaliber 22 - Leitern	Seelenaufbau	Material der Primärisolation	kein Steg kein Steg . alt starrem Steg	)urchschnittl. I regenkapazität ■
	Durchmes ser fciij	Polyäthylen • · - - - Polypropylen Polypropylen		^«P/kmj . I
	1*537 1V524 1«371		0,0515 I 0,015 I 0,0515 I
Art äer-Ader^ paare
1. Geirennifer 2. Setrennt 3* yerbunden durch Steg

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Aus /Tabelle I ist die starke Verringerung des Durchmessers der Kabelseele mit durch einen starren Steg verbundenen Paaren ersichtlich, so daß ein' derartiges Kabel eine geringere Isolation und Ummantelung aufweist, was die Abmessungen und das Gewicht ebenso wie die Kosten des Kabels stark verringert.

Die durch Verwendung der stegverbundenen Paare erzielten Vorteile, die aus Tabelle I ersichtlich sind, sind von großer ".fichtigkeit für die Technik der Nachrichtenkabel. Bisher war es zur wesentlichen Reduzierung der durchschnittlichen Gegenkapazität in einem Kabel, das aus thermoplastisch isolierten Adern besteht, notwendig, den Kabeldurchmesser stark zu vergrößern, um die erforderliche größere Wanddicke der Isolation an den einzelnen Adern zu erreiche·,, die die Seele bilden. Zum Beispiel mußte für ein übliches 50-Paar-Kabel mit elektrischen Kaliber 19-Leitern der Kabeldurchmesser von 2,12 cm (0,835 Zoll) auf 2,74 cm (1,08 Zoll) vergrößert werden, was eine Vergrößerung von mehr als 29$ bedeutet, um die durchschnittliche Gegenkapazität von 0,0515 auf 0,041/tcF/km (0,083 auf 0,066/uF/Meile) zu verringern.

Wie aus den Angaben von Tabelle I ersichtlich ist, führen die stegverbundenen Paare gemäß der Erfindung zu der erforderlichen durchschnittlichen Gegenkapazität bei verringertem Kabeldurchmesser gegenüber bekannten., getrennt isolierten Paaren. Das ist auf die Aufrechterhaltung des axialen Abstände der durch einen starren Steg verbundenen Paare und die größere eingeschlossene Luftmenge in der Kabelseele zurückzuführen, die die Verwendung einer schwächeren Primärisolation der Leiter erlaubt. Daher kann zur Herstellung eines Kabels mit einer durchschnittlichen

i.

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Gegenkapazität von 0,0515/cF/km (0,085 ,.^E/Meile), das die Paare gemäß der Erfindung verwendet, die Dicke der Primärisolation um Kaliber 22 (Durchmesser von 0,0642 cm (0,0255 Zoll))-Leiter von bisher etwa 0,025 cm (0,010 Zoll) auf etwa 0',015 cm (0,006 Zoll) reduziert werden. Daher sind für gleiche durchschnittliche Gegenkapazität Kabel mit Paaren gemäß der Erfindung kleiner im Durchmesser. Zur Erläuterung: Eine Kabelseele würde aus 12 durch einen starren Steg verbundenen Paaren hergestellt, die Kaliber 22-Leiter enthielten, und für eine durchschnittliche Gegenkapazität von 0,0515,CCi¹Am (O,O85.u,l/Meile): zusammengebaut. Diese Seele hatte einen Durchmesser von 0,71 cm (0,280 Zoll). Vergleichsweise hat eine ähnliche bekannte Kabelseele, die 12 Paare von einzelnen Aderpaaren mit Kaliber 22-Leitem enthält, einen Durchmesser von 0,787 cm (0,510 Zoll). Die Differenz der durchmesser der beiden Seelen beträgt etwa 9»7$. Die Bedeutung dieser Zahl* besonders wenn man auf ein kommerzielles Kabel mit 50 Paaren oder mehr extrapoliert, soll nunmehr erläutert werden.

Einen bedeutenden Kostenanteil der Gesamtkosten eines Hachrichtenkabels bilden die Kosten der Materialien, die die Kabel-" seele umgeben. Wie aus Pig. 2 ersichtlich ist, wird ein typisches Fachrichtenkabel von einer Trennwand 18 ummantelt, die .aus einem Kunststoff wie Mylar bestehen und von einem polymeren'-Isolationsmaterial 19 umgeben sein kann. Die Trennwand 18 oder die Lage 19 sind ihrerseits von einer Abschirmung 20 aus gewelltem Aluminium . / oder einem anderen Absehirmungsmaterial umgeben, und der ganze Kabelaufbau ist schließlich von einem polymeren Mantelmaterial umgeben, um ihn gegen Feuchtigkeit abzudichten und vor Beschädigung zu schützen.

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In einem typischen Kabel, das 100 Kaliber 22-Paare enthält, können die Kosten dieser Umhüllun_t:smaterialien 17$ der Gesamtkosten des Kabels ausmachen. Jede Verkleinerung des Durchmessers der Kabelseele führt zu größeren Einsparungen von Material für die Umhüllung. Dae zylindrische Volumina mitJjiem Quadrat des Querschnittsdurchmessers ansteigen, machen die Materialeinsparungen infolge einer Verringerung des Durchmessers bei einem großen Kabel einen höheren Anteil der Gesaratkosten aus, als es bei einem kleineren Kabel der Fall ist. Jedoch selbst bei einem verhältnismäßig kleinen Kabel, das 12 Paare wie das untersuchte aufweist, führt die Verwendung der durch einen starren Steg verbundenen Paare gemäß der Erfindung zu einer Einsparung von 10$ der Aluminiumabschirmung und von 6,95^ des Mantels, wozu noch eine Einsparung von 21,8$ bei der für die Kabelseele erforderlichen Primärisolation dazukommt.

Um die Vorteile der stegverbundenen Paare zu erhalten, sollten die Abmessungen des starren Stegs beim Kabelentwurf berücksichtigt werden. Die Dicke T des Stegs (vgl.Pig.7) sollte vorzugsweise die für die Aufrechterhaltung der Steifigkeit in einer Kabelseele notwendige minimale Abmessung haben. **/ie aus Pig. 4 ersichtlich ist, verkleinert die vom Steg 16 eingenommene Fläche-die für die eingeschlossene-Luft verfügbare Fläche, daher sollte die Stegdicke so klein wie möglich aufgrund elektrischer und mechanischer Erfordernisse gehalten werden. Für eine mit . / Polypropylen isolierte Kaliber 22-Ader hat sich eine Stegdicke von etwa 0,02 cm (0,008 Zoll) bis etwa 0,025 cm (0,010 Zoll) als befriedigend herausgestellt.

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Die Stegbreite W (vgl. Pig.7) stellt auch eine wichtige Große bei der Erreichung eines optimalen Luftraums in einer Kabelseele dar. Aus den figuren 3 und 4 ist ersichtlich, daß der Steg eine gewisse -Breite haben muß, damit der iufträum größer als bei getrennten oder tangential verbundenen Adern ist. Gemäß Pig, 4- sollte im allgemeinen die Breite des Stegs 16 kleiner als die Abmessung sein, bei der eine Ader 1Ö tangential zu einem Steg in der Kabelseele zu liegen kommt* Das heißt, keine Ader in einer Kabelseele, die aus stegverbundenen Paaren hergestellt ist, sollte den Steg eines benachbarten Paares berühren, und die Adern jedes Paars solltea nur die anderen Adern tangential berühren. Die optimale Stegbreite für jeden'Aderdurciimesser ergibt einen maximalen Luftraum um die Paarstege der Kabelseele,

Wie aus Pig. 13 ersiehtlich ist, kann für Anwendungen, bei denen der erforderliche axiale Abstand der Leiter groß und der Aderdurchmesser relativ klein ist, eine kontinuierliche Längsrippe 16e an dem Steg I6d ausgebildet werden, tun den Luftraum in der Kabelseele aufrechtzuerhalten. V

Pig* 5 zeigt die geometrischen Beziehungen zwischen den stegverbundenen Paaren, die in einer Kabelseele zusammengebaut sind. Daraus kann eine Formel für den Luftraum wie folgt abge-

leitet werden*

fläche_(wxyzw) = 2 -x ?läche_(WXZif) ;

Pläche^^j ■ β 1/2 (2b) χ i/2 (S);

tan ÖL ~ J^ und 2b = S tan£C ;

daiier ^Läciie^^^ = 2 (i/2 (S

(tan^c) j

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Um den tatsächlich zwischen den Adern der Paare in einem Kabel vorhandenen Luftraum zu berechnen, müssen die Fläche der Kreissegmente m,n,o und ρ ebenso wie die Stegfläche von der Fläche / „ χ abgezogen werden, daraus folgt: Querschnitt des Luftraums = jp— (^ancx) - -^r— - Fläche (g^_eg>

Mit Hilfe der obigen Formel wurde der Luftraum berechnet, der sich durch Verwendung eines 0,025 cm (0,010 Zoll) dicken, starren Polypropylen-Stegs mit unterschiedlicher Breite ergibt, der Adern mit verschiedenem Durchmesser verbindet. Die errechneten 'Werte sind in Fig. 6 aufgetragen. Mit hilfe dieser Kurven ergibt sich die· optimale Stegbreite, das heißt iie Stelle, an der jede Kurve ihr Maximum hat, für eine Stegdicke von 0_r0254 cm (0,010 Zoll). Durch derartige Kurven ist bestimmt worden, daß die Stegbreite für ein Paar aus Adern mit einer gegebenen DOD,-vorzugsweise zwischen 0,05 DOD und 0,5 DOD betragen sollte, am besten zwischen 0,08 DOD und 0,4 DOD.

Uac Kenntnis der optimalen Stegbreite, können die Abmessungen eines stegverbundenen Paars, das einen Leiter von 'bekanntem Kaliber enthält, errechnet werden, was aus Fig« 7 er--.Λ = sichtlich ist. Fig. 8 zeigt derartige Ergebnisse für Leiterka- über,, die gewöhnlich für nachrichtenkabel verwendet werden. In Fig. 8 sind auch "Jerte aufgetragen, die die Dicke der Isolation und die daraus resultierende DOD bei bekannten Aderpaaren zeigen, die die gleichen Leiterkaliber und elektrischen Eigenschaften als. KachrichterJcabel haben. Die Einsparung bei der Isolation, die durch die Erfindung möglich wird, wird durch die Entwurfsparameter von Fig. 8 deutlich. B^i gegebenem Durchmesser eines Leiters ist ersichtlich, daß die Wanddicke (a,b,c)

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der Primärisolation und die DOD der bekannten jider größer als die der stegverbundenen Paare gemäß der Erfindung ist.

Zusätzlich zu den obigen Vorteilen der stegverbundenen Paare erlaubt die Erfindung die Verwendung von Adern mit zusammengesetzten Leitern in einem Nachrichtenkabel. Ein zusammengesetzter Leiter, der zum Beispiel einen Kupfermantel um einen Aluminiumkern aufweist, ist billiger als ein Leiter, der vollständig aus Kupfer besteht. Ein zusammengesetzter Kupfer-Aluminium-Leiter hat einen wesentlich größeren Durchmesser, was bei bekannten.Kabeln zu einem nicht tragbaren Ansteigen des Kabelseelendurchmessers führt.

Das Leiterkupfer stellt den teuers-cen Bestandteil in einem Nachrichtenkabel dar. Zum Beispiel betragen in einem typischen Kabel mit 100 Paaren der Kupferkosten mehr als 5Ό$ der gesamten Kabelkosten, Der Austausch eines Teils des Kupfers gegen relativ billiges^Aluminium oder ein anderes derartiges Metall in einer Kabelseele würde daher größere Einsparungen der Kabelkosten zur Folge haben, lerner würde der Austausch von Kupfer gegen das relativ leiciite Aluminium das Gewicht des Leiters um etwa 25$ verringern, wodurch das Gewicht eines Kabels, das Aluminium-Leiter

enthält, ebenfalls beträchtlich kleiner würde.

Zusammengesetzte Leiter von Kupfer um Aluminium können durch Ziehen von Draht von Barren, die einen Kern aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung haben, der von einer Kupferschicht umgeben wird, hergestellt werden. Derartige zusammengesetzte Leiter können auch durch Auftragen von Kupfer auf bereits gezogenem Aluminiumdraht hergestellt werden. Obwohl Aluminium-

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Kupfer-Leiter als bevorzugte Ausführungsbeispiele erwähnt werden, ist ersichtlich, daß auch aus anderen Metallen zusammengesetzte Leiter für bestimmte Zwecke verwendet werden können.

Ein zusammengesetzter Leiter 24 hat gemäß J?ig. 9 einen Kupferring 26 auf einem Aluminiumkern 28, wobei das Kupfer etwa 20^0 der gesamten Querschnittsfläche des Leiters einnimmt, indem es einen Durchmesser von 0,0756 cm (0,029 Zoll) verglichen mit einem nur aus Kupfer bestehenden Leiter mit einem Durchmesser von 0,0642 cm (0,0253 Zoll) (Kaliber 22) und der gleichen elektrischen Kapazität hat. Obwohl eine Vergrößerung des Leiterdurchmessers die Übertragungseigerischaften des ilachrichtenkabels bei höheren Frequenzen verbessere kann, ergibt sich dadurch auch ein größerer DOD der Ader. Darauf ist bereits oben hingewiesen worden, daß nämlich die Kabeldurchmesser von Kabeln mit derartigen Adern beträchtlich größer werden.

Gemäß der Erfindung können nun zusammengesetzte Leiter leicht verwendet werden, wenn der Leiter 24 zu einem starr stegverbundenen Paar gemäß Fig. 9 gehört. Die ±Timärisolation 30 und der Steg 3-2 sind einstückig und ein Parbcodierstreifen 34 kann in der Isolation 30 einer oder beider der Paaradern eingebettet oder aufgetragen werden. Die Verringerung des Kabeldurchmessers, die durch die Verwendung der stegverbuncienen Paare gemäß der Erfindung möglich wird, kompensiert das Ansteigen der Leiterdurchmesser, so.daß wirtschaftlich tragbare Kabeldurchmesser erreicht werden, können. In manchen Fällen kann die Verwendung von starr stegverbundenen Paaren zu einem Kabel aus zusammengesetzten Leitern, führen, das sogar einen kleineren Durchmesser als ein Kabel mit vollständig aus Kupfer bestehenden ,Leitern hat.

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Das bevorzugte AüsfühTungsbeispiel von st.egverbuiidenen Aderpaaren ist in Fig» 1 abgebildet, wo sich der Steg 16 zentral zwischen den Leitern befindet, während abgewandelte ^usführungsfceispiele in den Figuren 10 bis 13 abgebildet und für nanche Anwendungen zweckmäßig sind* Die querschnitte durch die Ausführungsbeispiele in den Figuren 10 bis 16 zeigen, daß eine größere Menge !ruft in der Kabelseele vorhanden ist* In manchen Fällen kann der Gesamtdurchmesser der Kabelseele vergrößert werden. . Demgemäß können derartige Ausführungsbeispiele verwendet werden, wenn der Seelendurchmesser nicht kritisch ist. In jedem der in den Figuren 1 und 10 bis 13 abgebildeten ^usführungsbeispiele habender oder die Stege eine genügende mechanische Festigkeit, um den axialen Abstand der Leiter aufrechtzuerhalten., wenn das Aderpaar allein oder verseilt und gebündelt zur Ausbildung einer Kabelseele verwendet wird.

Das in Fig. 10 abgebildete Ausfüiirungsbeispiel weist ein Paar von Leitern 12a auf, die von einer polymeren Primärisolation Ha wie Polypropylen umgeben sind, und άie· Leiter werden durch einen damit zusammenhängenden Steg 16a voneinander getrennt.'1)βΐ Steg 16a ist dick genug, um den axialen Abstand der Leiter 12a aufrechtzuerhalten und noch einen Luftraum dazwisehen zu erzeugen, wobei der Steg 16a entlang einer Kante oder Tangente der beiden Mern des Paars angeordnet ist.

In Fig. 11 ist ein Paar von Leitern 12b von einer Primärisolation 14b umgeben, und die Leiter werden durch ein Paar damit zusammenhängender Stegö 16"b voneinander getrennt, die sich entlang der unteren und oberen Kante des Leiterpaars erstrecken, so daß ein Luftraum · zwischen den Ste₆en und deii isolierten Lei-

tern 12b vorhanden Ist. In dem Ausführungsbeispiel von Pig- 11 ist der ICabelseelendurchmesser etwas größer als der eines Kabels mit Paaren von Fig. 1, da die Verwendung von zwei Stegen in Pig. kein Verschachtelt der Leiterpaare erlaubt.

Gemäß Fig. 12 kann ein Steg 16c auch diagonal zwischen. Leitern 12c angeordnet sein, die von einer damit zusammenhängenden rrimclrisolation 14c umgeben sind.

In Fig. 13 hängt ein mittlerer Steg 16d, der Leiter 12d trennt, auch mit einer Primärisolation 14d des Leiterpaare zusammen. In diesen Ausfürirungsbeis^ iel der Erfindung weist der Steg I6d zentrale Rippen 16e als Bestandteil des Stegs auf. Dieses ..usfünrungsbeis. iel ist besonders nützlich, wenn der axiale Abstand der Leiter wie zuta Beispiel für Fernkabel ( mit einer durchschni-etlichen Ge ge.·, kapazität von 0,041 ,uF/km (0,066/AF/Meile)) erhc.-t werden nuß. In derartigen Fällen wird die Stegbreite erhci.t, um der. erforderlichen axialen Abstand zu erreichen und eine übermäßige Verschachtelung benachbarter Adern zu vermeiden, dabei dienen die kontinuierlichen Rippen I6e entlang dem Steg I6d zur Auf rech "U erhaltung des geeigneten Abstands der benachbarten Adern in der Eaoelseele. Für die Ausführungsbeispiele der Figuren 10 bis 13 ebenso wie des bevorzugten Ausführungsbeispiels in Fig- 1 kann der vuerschnitt sauf bau der fest verbundenen Aderpaare leicht durch Extrusion der Primäri sola's ion und dee damit zusammenhängenden Stegs (oder Stege:) um die getrennten Leiter hergestellt werden. ·<-... '

Es ist also ersieht_Ich, daß die in der BeβehreIbungeeinleitung angegebene Aufgabe praktisch gelöst worden ist·

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^c0P ^ Patentansprüche 00 9826/0582

Claims (1)

1. 26. Juli 1966 EH/AX unsere Akte: 1624

   Patentansprüche

   1„ ICabelseele eines Nachrichtenkabels, die aus Aderpaaren mit je zwei getrennten elektrischen Leitern besteht, die jeweils von einer Lage eines ersten elektrischen Isolationsmaterials umgeben und durch einen isolierenden Steg verbunden sind, d a darchge kennzeichnet , da ß jeder Steg eine solche Festigkeit hat, daß die Form jedes Aderpaars gleich dessen Form in einem mechanisch unbelasteten Zustand ist.

   2« Aderpaar nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i c h net ,daß der Steg in an sich bekannter Weise mit der Lage aus dem ersten elektrischen Isolationsmaterial einstückig ausgebildet ist und aus dem gleichen Material besteht.

   3. Aderpaar nach Anspruch 2, da du r c h gek ennz e i c h net ,daß der Steg mindestens eine in Längsrichtung verlaufende zentrale Versteifungsrippe (l6e) hat.

   4. Aderpaar nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e η η ζ e i c h η e t , d a ß der Steg entlang einer Tangentialebene des Aderpaars angeordnet ist (Fig. 10).

   5» Aderpaar nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet ,daß der Steg durch zwei parallel« Stegelemente (l6,b) gebildet ist.

   6» Aderpaar nach Anspruch 1 oder 2., d a d u r c h g e k e η η- -

   . zeichne t , d a ß der Steg (l6c) schräg zu der die Achsen ; der Leiter (12c) verbindenden Ebene angeordnet ist.

   009826/0582

   7, Aderpaar nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet ,daß die Leiter in an sich bekannter Weise aus einem Aluminiumkern (28) und einem Kupfermantel (26) zusammengesetzt sind (Fig. 9).

   S. Aderpaar nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet ,daß der Außendurchmesser jeder Ader und die Dicke und Breite des Stegs (16) so bemessen sind, daß der Steg benachbarte Adern nicht berührt.

   9. Aderpaar nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Isolationsmaterial Polypropylen ist.

   Le β rs ei te