DE2653668A1

DE2653668A1 - Element eines telefonkabels

Info

Publication number: DE2653668A1
Application number: DE19762653668
Authority: DE
Inventors: Gerard Chevrolet; Claude Guignard; Maurice Poull
Original assignee: Kabelwerke Brugg AG; Nexans Suisse SA; Cableries et Trefileries de Cossonay SA
Current assignee: Kabelwerke Brugg AG; Nexans Suisse SA
Priority date: 1975-11-26
Filing date: 1976-11-23
Publication date: 1977-06-08
Also published as: NO764030L; ES453678A1; GB1565385A; JPS5633804B2; IL50958A; NO144310C; IL50958A0; FR2333332B1; BE848815A; FI62737C; PT65869B; BR7607733A; DE2653668B2; CA1063685A; NL163895C; DE2653668C3; JPS5266965A; PT65869A; FI763354A; YU287376A

Description

PATE NfTAN WALTE

D-1 BERLtN-DAHLEM 33 - PODBIELSKIALLEE 68 D-8 MÜNCHEN 22 · WtDENMAYERSTRASSE 49

SA DES CABLERIES & TREFILERIES
DE COSSOXAY

SOCIETS D'EXPLOITATIOii DES GABLES BERLIN: DIPL.-INQ. R. MÖLLER-BÖRNER

ELECTRIQÜES

SYSTEME BERTHOüD BOREL & CIE München: dipl.-ins. kans-heinrich wey

DlPt-.-INS. EKKEHARO KÖRNER

KABELWERKE BRUGG AG _ _ . „„. „ _t „_ft -

Berlxn, 23. iioveiaber 1976

Element eines Telefonkabels

(USA Xr. 635.639 vom 26. November 1975)

Telefonkabel werden stets aus Elementen gebildet, die aus isolierten Drähten bestehen, welche zu zweit oder zu viert gruppiert sind und als Paare oder als Vierer bezeichnet werden. Die Paare können entweder aus zwei koas-ialen Leitern oder aus Drähten, die schraubenförmig miteinander verdrallt sind, bestehen. Letztere werden symmetrische Paare genannt. Die Vierer bestehen entweder aus vier verdrallten Drähten (Sternvierer) oder aus Paaren von verdrallten Drähten, wobei die Paare selbst auch wieder verdrallt sind; diese sind unter dem Namen DM-V (Dieselhorst-Martin-Vierer) oder auch als Vierer mit symmetrischen Paaren bekannt. Biese Paare oder Vierer bilden die elementaren Leitungen eines Kabels. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Sternvierer,

BERLIN: TELEFON (O3O) 831 2O88 MÜNCHEN: TELEFON (089)225585

KABEL: PROPINDUS ■ TELEX O1 84O57 KABEL: PROPINDUS - TELEX 05 2*2·*·*

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die Dieselhorst—Martln-Vierer und die symmetrischen Paare.

Das nahe Beisammensein der in einem Kabel angeordneten Leiter bewirkt, daß die Sprechkreise nicht vollständig voneinander unabhängig sind. Es kommt zu gegenseitigen Einwirkungen, und es kann in einem bestimmten Sprechkreis zum Auftreten von Neben- bzw. Störsignalen kommen, die durch die Übertragung von Signalen auf anderen Sprechkreisen verursacht sind. Diese Erscheinung wird als Diaphonie (Nebensprechen) bezeichnet, und wirkt sich in der Praxis in der Wahrnehmung von über einen benachbarten Sprechkreis geführten Telefongesprächen aus.

Die Diaphonie wird vom elektrischen Widerstand der elementaren Leitungskreise, von ihrer Kapazität und von den Unsymmetrien der Kapazität beeinflußt. Die gleichen Parameter sind auch für die lineare Dämpfung von Bedeutung, die sich in einer Schwächung des Schallpegels des übermittelten Gespräches äußert; diese Schwächung muß natürlich so niedrig wie möglich gehalten werden.

Der elektrische Widerstand des Kreises ist durch Parameter gegeben, die man leicht steuern kann. Es sind dies der spezifische Leitungswiderstand des als Leiter verwendeten Metalles, die Beständigkeit dieses Widerstandes entlang der Leitung sowie die Dimensionen des Leiters.

Die Kapazität sowie die Unsymmetrien der Kapazität, deren Einfluß bei den die Diaphonie betreffenden Fragen von Entscheidung ist, hängen von der dielektrischen Konstanten der verwendeten Isolierung ab, die ein meßbarer und reproduzierbarer Parameter ist, aber sie werden auch von anderen, viel schwerer zu beherrschenden Parametern bestimmt, die mit der geometrischen Anordnung der Vierer zusammenhängen. Diese geometrische Anordnung ergibt sich durch die Anordnung der Drähte in Schraubenlinien, und es ist klarerweise sehr schwierig, mit hoher Präzision eine · solche geometrische Anordnung zu kontrollieren, und insbesondere dafür zu garantieren, daß sich während späterer mit der Fertigstellung des Kabels zusammenhängender Arbeiten keinerlei Verschiebung im Inneren des Vierers ergibt.

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Nachdem man lange Zeit die Leiter mittels eines schraubenförmig umwickelten Papierbandes isoliert hat, hat man dieses verhältnismäßig brüchige Isoliermittel von geringer Leistungsfähigkeit, bei dem die Herstellung der Verspleißungen schwierig ist, durch ein mit Hilfe von Strangpressen hergestelltes Kunststoff-Isoliermittel ersetzt.

Dieses Kunststoff-Isoliermittel weist den Nachteil einer höheren dielektrischen Konstanten auf, dadurch wird eine Vergrößerung der Dicke der Isolierung erforderlich, um die gleiche lineare Dämpfung zu erreichen.

Außer diesen direkt von der Beschaffenheit der Isolierung abhängigen Mangel treten auch noch zwei weitere, indirekt mit der Kunststoff-Isolierung zusammenhängende Nachteile auf. Es ist schwierig, eine präzise Zentrierung des Leiters in der durch eine Strangpresse erzeugten Hülle zu gewährleisten. Nun wirkt eine Deaentrierung auf die ganze Länge des Drahtes zurück und bewirkt ünsymmetrien der Kapazität. Ferner ist, selbst dann wenn

Stabilität der dieser Mangel praktisch nicht existent ist, die/geometrischen Anordnung der Vierer, welche aus Drähten, die mit einer Kunststoffhülle isoliert sind, bestehen, aufgrund des geringen Reibungskoeffizienten der Hüllen untereinander nur schwach, sodaß sich die Drähte verlagern und Ünsymmetrien der Kapazität, besonders während der auf die Herstellung der Vierer selbst folgenden Herstellung des Kabels erzeugen können.

Endlich geben im Gegensatz zu den Papierisolierungen die Kunststof fisolationen^iür das Kabel keinen Schutz gegen das Eindringen von Wasser beim Schadhaftwerden der Kabelhülle.

Unter den zahlreichen, bereits bekannten Lösungen wurde in/der GB-PS 1 408 068 vorgeschlagen, um eine Kunststoffhülle herum Zellulosefasern anzuordnen, die eine hydrophile Zone um die Hülle bilden sollen und die bei Gegenwart von Wasser aufquellen können, wodurch eine Abdichtung gegen das weitere Vordringen des Wassers entlang des Kabels gebildet ist. Gemäß dieser Lösung dient die Kunststoffhülle zum Isolieren des von ihr umhüllten elektrischen Leiters, während die Zellulosefasern aufgrund ihrer

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hydrophilen Eigenschaft verhindern sollen, daß das Wasser entlang des Kabels weiter vordringt.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Symmetrie der Kapazität der Sprechkreise mittels Drähten, deren Isolationshülle von einer Vielzahl von Fasern umgeben ist, zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird nun bei einem Element eines Telefonkabels, das aus zumindest einem Paar schraubenförmig verseilter elektrischer Leiter gebildet ist, vorgeschlagen, daß in Kombination

- eine isolierende, jeden einzelnen Leiter umschließende Hülle, und eine Vielzahl von in die Dicke jeder dieser Hüllen eingebrachten Fasernvorgesehen sind, die um die Hüllen herum vorspringen, wobei die Länge der Fasern und ihre Dichte so ausgewählt werden j daß sie zwischen diesen Leitern eine bestimmte Entfernung, Funktion der zwischen den Leitern erwünschten Kapazität, aufrecht erhalten, und wobei die mittlere Faserlänge sowie die Dichte, mit der sie in die Hüllen implantiert sind, so augewählt sind, daß sie konstant sind, damit die Entfernung über die gesamte Länge des Kabelelementes gleichmäßig bleibt, und daß die vorspringenden Teile der Fasern Ankerelemente der Hülle eines Leiters in Bezug auf die Hülle eines anderen Leiters bilden, und zwar durch das gegenseitige Eindringen der Fasern der einen und der anderen vorhandenen Hülle, sodaß die Schraubenwindungen entlang dem gesamten Kabelelement konstant und gleichmäßig bleiben.

Die gemäß der Erfindung hergestellten Telefonkabel haben gezeigt, daß es unabhängig von der Beschaffenheit der verwendeten Fasern durch deren Vorhandensein in einer gegebenen mittleren Länge und deren Einpflanzung in die Hülle mit einer konstanten Dichte möglich ist, zwischen den Leitern einen Abstand, Funktion der gewünschten Kapazität, aufrecht zu halten, der dieser Kapazität eine absolut unerwartete Symmetrie verleiht, die mit einem extrudierten Isoliermaterial sehr schwer realisierbar ist. Außerdem hat man nach der Herstellung der Bündel und der Kabel mittels Paaren oder Vierern gemäß der Erfindung festgestellt,

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daß diese Elemente dank des gegenseitigen Eindringens der Fasern in die anliegenden Zonen der Leiter keinerlei Deforinationan erlitten hatten, und zwar im Gegensatz zu allen bekannten Isolierungen, die eine gegenseitige Verschiebung der verdrallten Leiter während der späteren Herstellungsarbeiten des Kabels ergeben.

Die Bedeutung dieser Vorteile sowie auch andere damit verbundene Vorteile gehen aus der nun folgenden Beschreibung hervor.

Die beiliegende Zeichnung zeigt schematisch und nur beispielsweise eine Ausführungsform und zwei Varianten des erfindungemäßen Kabelelementes.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Paares, Fig. 2 zeigt im Quersiinitt eine Variante, die aus einem Vierer mit symmetrischen Paaren gebildet ist. Fig.3 zeigt im Querschnitt eine andere Variante, die aus einem Sternvierer gebildet ist, die Fig. 4 zeigt ein Schema zur Definition der Parameter k, die die Unsymmetrien der Kapazität messen, und Fig. 5 ist ein Schema, das die verschiedenen Faktoren zur Veränderung der Werte der oben erwähnten Parameter zeigt.

Fig. 1 zeigt ein aus zwei, in gleichmäßigen Schraubenwindungen verdrallten Drähten 24 gebildetes Paar 25. Jeder dieserDrähte weist einen Leiter 19 auf, der von einer aus Kunststoff bestehenden, isolierenden Hülle 2 umgeben ist, in welcher eine Vielzahl von Fasern 21 verankert sind. Dieses Paar 25 soll ein Element eines Telefonkabels darstellen, das einen Sprechkreis oder eine Telefonleitung bildet. Wie man aus dieser Fig. 1 erkennen kann, verankern sich die die isolierenden Hüllen 2 umgebenden Fasern 21 in den anliegenden Teilen der verdrallten Drähte. Auf diese Weise bilden diese Fasern Querversteifungen zwischen den isolierenden Hüllen 2, die um die Leiter Ϊ9 herum gebildet sind, wobei deren Durchmesser in diesem Beispiel bei 0,6 mm liegt, und wobei die Hüllen vorzugsweise aus Polyäthylen bestehen, das auf ca. 2/10 mm Stärke ausgedehnt ist; die mittlere Länge der Fasern beträgt daher ungefähr 1 mm und ihr Durchmesser liegt um 25 Denier. Der Überzug aus Polyäthylen gewährleistet eine gute mechanische Festigkeit und eine ausreichende elektrische Widerstandsfähigkeit

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Die Fasern, vorzugsweise Zellulosefasern, sichern in trockenem Zustand einen guten Isolationswiderstand und eine kleine Dielektrizitätskonstante, die geringer ist als die von Kunststoff material allein.

Im Falle der Beschädigung der Kabelhülle, gefolgt von Wassereintritt in das Kabel, ist die Aufgabe der Fasern eine zweifache:

Erstens ruft die Eigenschaft der Zellulose, in Gegenwart von Feuchtigkeit aufzuquellen, eine äußerst wirksame Abbremsung des Weitereindringens von Wasser in das Bündel hervor. Die beschädigten Längen, die ersetzt werden müssen, sind somit reduziert.

Zweitens ruft die Anordnung von Fasern in den die Leiter umhüllenden isolierenden Hüllen beim Auftreten von Feuchtigkeit eine bedeutende Schwächung des Isolationswj cjerstandes der Leiter hervor, und gestattet so eine präzise Lokalisierung des Schadens durch elektrische Messung. Eine ständige Überwachung der Unversehrtheit der Kabelhüllen und eine Lokalisierung eventuell aufτ tretender Schaden ist somit leicht und Ökonomisch realisierbar.

Die ineinander eindringenden Fasern bestimmen den Abstand zwischen den Leitern, und folglich den Wert der Kapazität. Es wurde vor allem eine hervorragende Symmetrie der den Drähten zugeordneten Kapazität beim Vorhandensein von Fasern festgestellt. Hiezu kann noch angeführt werden, daß die Länge der Fasern geringfügig variieren kann, vorausgesetzt, daß die mittlere Länge aller Fasern während der gesamten Herstellung des Drahtes konstant bleibt, und das diese mittlere Länge der zwischen den Drähten erwünschten Kapazität angepaßt ist. Selbstverständlich wird gleichzeitig die Dichte der in die Hülle eingebrachten Fasern im wesentlichen konstant gehalten, wobei in diesem Beispiel die Dichte in einer Größenordnung von 400g/km liegt. Insoweit diese Konditionen zufriedenstellend sind, ist auch die Symmetrie . der Kapazität beachtlich.

Andere Merkmale wirken in der gleichen Richtung. Hiezu gehört, daß die Hülle nicht durch Extrusion erzeugt wird, sondern durch Fusion

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von den Leiter umgebenden Pulver, wie es im oben angeführten Patent beschrieben ist. In diesem Fall, wie auch bei den Fasern, haben die geringen Unregelmäßigkeiten in der Granulometrie des Pulvers keine Rückwirkung auf die Symmetrie der Kapazität, wenn diese Unregelmäßigkeiten statistisch verteilt sind. Die mittlere Dicke der Hülle und die Zentrierung des Drahtes können in keinem Fall einen systematischen Fehler zeigen, wie es bei extrudierten Hüllen der Fall ist, was zu unzulässigen-Unsymmetrien der Kapazität führt. Schließlich dienen die Fasern der Hüllen, wenn sie ineinander eindringen, als Ankerelemente» dip- eine relative Verschiebung der verdrallten Drähte verhindern, was besonders während der Verseilung auftreten kann und sich in einer Veränderung der ursprünglich dem Paar von verdrallten Drähten gegebener Form äußert und so das Auftreten von Diaphonie zur Folge haben kann.

Die Fig. 2 zeigt eine Vierer mit symmetrischen Paaren, der aus zwei Paaren 25, ähnlich denen von Fig. 1, gebildet ist, die selbst schraubenlinienförmig verdrallt sind; dieser Vierer ist selbst Teil eines schematisch durch den Kreisbogen 26 gekennzeichneten Bündels.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch einen Sternvierer 25¹der aus vier Drähten 24 besteht, die in Schraubenlinien miteinander verdrallt sind, sodaß der Querschnitt des Vierers in ein Quadrat eingeschrieben werden kann. Beim Sternvierer ist ein zusätzlicher Vorteil zu erkennen: durch das Eindringen der Fasern in die aneinanderliegenden Zonen der solcherart verdrallten Drähte erstrecken sich die Fasern 21 in den im Zentrum des Schnittes des Vierers gebildeten Kanal, was im besonderen bei der Papierisolation nicht der Fall ist. Daher haben Versuche betreffend die Wasserausbreitung entlang der Kabel bei Drähten, die mit Zellulosefasern umgeben waren, weitaus bessere Ergebnisse gezeigt als die vergleichbaren Versuche mit Kabeln der gleichen Struktur, aber mit trockener Papierisolierung. Die Zellulosefasern, die sich in den Kanal des Sternvierers erstrecken, verstopfen diesen Kanal, indem sie aufquellen, während das Papier in trockenem Zustand den Kanal freiläßt und daher im Vergleich mehr aufquellen muß, um den gleichen Zwischenraum zu verstopfen.

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Es wurde vorstehend auf die 3ecleutung der Kapazität und im besonderen auf die der Unsymtnetrien dar Kapazität im Hinblick auf die Qualität der Übermittlung (Nichtauftreten der Diaphonie bzw. des Nebensprechens) hingewiesen, und auch auf die lineare Dämpfung. Es soll nun genauer die Bedeutung der Kapazität für die Qualität eines Sternvierers gezeigt werden, wobei alle diese Betrachtungen auch auf den Vierer mit symmetrischen Paaren gemäß Fig. 2 übertragbar sind.

In der Regel dient ein Vierer für die gleichzeitige Übertragung von drei unabhängigen Gesprächen, undzwar sind vorgesehen: ein erster Kreis, bestehend aus den Drähten a für die Hin- und b für die Rückleitung des Stromes, ein zweiter Kreis, bestehend aus den Drähten c für die Hin- und d für die Rückleitung des Stromes, und ein dritter, als Phantomkreis bezeichneter Kreis, bestehend aus dem parallelen Drähten a, b für die Hinleitung und den parallelen Drähten c, d für die Rückleitung des Stromes (Fig. 4).

Durch diese Anordnung der Kreise können drei Arten von Diaphonie im Inneren des Vierers auftreten, und zwar zwischen dem ersten und zweiten Kreis, abhängig von elektrischen Parameter k. , zwischen dem ersten und dritten Kreis, abhängig vom elektrischen Parameter k„ und zwischen dem zweiten und dritten Kreis, abhängig vom elektrischen Parameter k,

Unter Bezugnahme auf die Fig. 4 sind die Werte von k., k_ und k_ durch folgende Formeln gegeben:

k. = ca + cb, - cb - ca,
ι c d c d

k_o = cb + cb, - ca - ca, + ~~

2 c d c d 2-

k = ca, + cb, - ca - cb + -f—

3 d d c c 2

oder el = cb - ca
ο ο

e2 = cd - cc
ο ο

Ein idealer Vierer hätte die Werte

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In Wirklichkeit jedoch weist der Vierer in der Regel Fehler auf, die durch die in Fig. 5 gezeigten Paiameter beeinflußt werden, wobei der Index i die Drähte a bis d des Vierers bezeichnet.

£i — relative Dielektrizitätskonstante

ri = Radius des Leiters
c

ri = Radius des Isoliermateriales

Ri = Radiusvektor zum Mittelpunkt eines Leiters

gerichtet
Oi.i = Winkel zwischen den Radiusvektoren, gerichtet

auf die Mittelpunkte zweier benachbarter Leiter.

Aus dieser Aufstellung geht hervor, daß die Isolation eines Telefondrahtes eine zweifache Aufgabe innerhalb des Vierers hat, nämlich die, die Drähte gegeneinander zu isolieren, und die, zwischen den Drähten als Querversteif vin g zu wirken, um die zwischen den Drähten erwünschte Entfernung sowie auch eine vollkommen regelmäßige und konstante geometrishe Anordnung entlang der gesamten Kabellänge zu gewährleisten. So hat man festgestellt, daß die gemäß der Erfindung hergestellten Vierer tatsächlich weniger deformierbar sind, als die mit Papier- oder Kunststoffisolation.

Außer diesen auf die elektrische Qualität sowie den Schutz gegen Wasser bezogenen Vorteile des beschriebenen Kabelelementes, im Falle daß die Fasern aus hydrophilem Material bestehen, kann man auch noch mechanische und praktische Vorteile anführen, die die Montage des Kabels sowie dessen Instandhaltung erleichtern.

Das gemäß der Erfindung erhaltene Kabel ist leichter und biegsamer als ein mit der üblichen Kunststoffisolierung hergestelltes, denn gemäß der Erfindung stellt die Kunststoffhülle nur einen Teil der Isolierung dar, der andere Teil liegt im Zwischenraum zwischen diesen Hüllen.

Die Herstellung der Verspleißungen ist in bezug auf die sich aufrollende Papierisolation erleichtert, und diese Verspleißungen können ohne weiteres mittels mechanischer Maschinen hergestellt werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

\ I/Element eines Telefonkabels» das aus zumindest einem Paar schraubenförmig verseilter elektrischer Leiter gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in Kombination eine isolierende, jeden einzelnen Leiter umschließende Hülle und eine Vielzahl von in die Dicke jeder dieser Hüllen eingebrachten Fasern vorgesehen sind, die um die Hüllen herum vorspringen, wobei die Länge der Fasern und ihre Dichte so ausgewählt werden, daß sie zwischen diesen Leitern eine bestimmte Entfernung, Funktion der zwischen den Leitern erwünschte* Kapazität, aufrecht erhalten, und wobei die mittlere Faser länge/sowie die Dichte, mit der sie in die Hüllen implantiert sind, so ausgewählt sind, daß sie konstant sind, damit die Entfernung über die gesamte Länge des Kabelelementes gleichmäßig bleibt und daß die vorspringenden Teile der Fasern Ankerelemente der Hülle eines Leiters in Bezug auf die Hülle eines anderen Leiters bilden, und zwar durch das gegenseitige Eindringen der Fasern der einen und der anderen vorhandenen Hülle, sodaß die Schraubenwindungen entlang dem gesamten Kabelelement konstant und gleichmäßig bleiben.
2. Element nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Hülle in der Größenordnung von 0,2 mm, die Länge der Fasern in der Größenordnung von 1 mm und ihr Durchmesser in der Größenordnung von 25 Denier liegt, wobei die Dichte ihrer Einpflanzung in der Hülle in der Größenordnung von 400 g/km liegt,

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