DE3000732A1

DE3000732A1 - Unterwasserkabel mit optischem faserleiter

Info

Publication number: DE3000732A1
Application number: DE19803000732
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Ejiri; Kahei Furusawa; Taiichiro Nakai; Makoto Nonokawa
Original assignee: Kokusai Denshin Denwa KK
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 1979-01-26
Filing date: 1980-01-10
Publication date: 1980-07-31
Also published as: US4288144A; JPS6126642B2; JPS55100507A; GB2041565A; GB2041565B; DE3000732C2

Description

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Firma KOKUSAI DENSHIN DENWA KABUSHIKI KAISHA, 2-3-2, Nishishinjuku, Shinjuku-Ku, Tokyo-To, Japan

Unterwasserkabel mit optischem Faserleiter

Die Erfindung betrifft ein Unterwasserkabel mit optischem Faserleiter für die Licht-Nachrichtenübertragung, wobei als Übertragungsmedium eine Lichtleit faser mit niedrigen Verlusten

verwendet wird.

Derartige Lichtleit^fasern sind sehr brüchig_; und aus diesem Grund werden sie meist für den praktischen Gebrauch mit Nylon, Polyäthylen oder dergleichen beschichtet. Wird eine solche beschichtete Lichtleiterfaser in einem Unterwasserkabel verwendet, dann ergeben sich, wenn der Wasserdruck auf die beschichtete Faser einwirkt, erhöhte Übertragungsverluste, so daß der eigentliche Vorzug der Lichtleiterfaser, nämlich ihre Eigenschaft der nahezu verlustlosen Übertragung, nicht mehr genutzt werden kann. Auch unter Berücksichtigung der Zuverlässigkeit der Lichtleitfaser ist es sehr nachteilig, wenn der Wasserdruck auf die Faser einwirkt. Um dies zu vermeiden, ist bereits ein Unterwasserkabel mit optischem Faserleiter derartiger Konstruktion vorgeschlagen worden, daß die Lichtleitfaser in einem kleindimensionierten,zylindrischen, gegen Druck widerstandsfähigen Gehäuse untergebracht

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wird, mit dem Ziel, den Wasserdruck Von der Lichtleitfaser abzuhalten. Wird jedoch ein derartiges Kabel dem Wasserdruck ausgesetzt, dann ändert sich, wenn auch nur geringfügig, der Innendurchmesser des Schutzgehäuses, mit der Folge, daß über das zwischen der beschichteten Lichtleitfaser und dem Schutzgehäuse befindliche Material immer noch ein gewisser Druck auf die beschichtete Lichtleitfaser übertragen wird. Wird der Zwischenraum zwischen der Innenfläche des Schutzgehäuses und der beschichteten Lichtleitfaser mit öl oder Kunststoff gefüllt, dann wird immer noch ein Druck von etwa 1/10 des Wasserdruckes auf die beschichtete Lichtleitfaser übertragen, was ebenfalls ein nicht zufriedenstellendes Ergebnis ist. Wenn die beschichtete Lichtleitfaser nicht dicht von dem Gehäuse umhüllt ist, sondern sich zwischen Gehäuse und beschichteter Faser ein freier Luftraum befindet, dann wird auf die beschichtete Faser kein solcher Druck mehr übertragen, daß die Übertragungsverluste durch die Verminderung des Innendurchmessers des Gehäuses infolge des Wasserdruckes erhöht werden könnten, und zwar deshalb nicht, weil die Komprimierbarkeit der Luft größer ist als diejenige einer Flüssigkeit oder eines Feststoffes. Bei einem solchen Kabel mit einem freien Luft¹-spalt zwischen beschichteter Lichtleitfaser und umgebendem Schutzgehäuse ergibt sich jedoch ein anderer Nachteil. Wenn das Kabel durch äußere Einflüsse, etwa den Anker eines Schiffes oder dergleichen, beschädigt wird, dann dringt das Meerwasser an der Störstelle in das Schutzgehäuse ein und erstreckt sich im wesentlichen über die gesamte Länge der Übertragungsleitung und wirkt somit über die gesamte Länge direkt auf die Lichtleitfaser ein. Der Hauptbestandteil der beschichteten Lichtleitfaser ist meist Quarz hoher Reinheit. In feuchter Atmosphäre, etwa Meerwasser, besteht die Gefahr, daß die Festigkeit des Materials der Faser abnimmt, mit der Folge eines Bruches der Lichtleitfaser. Weiter-

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hin wird Quarz leicht durch iSiatriumicmen angegriffen. Wenn somit Seewasser infolge einer Beschädigung des Kabels in das Schutzgehäuse eindringt, dann werden dadurch die mechanischen Eigenschaften der Lichtleitfaser wesentlich beeinträchtigt. Wird das Kabel dann repariert und verbleibt dabei Seewasser im Schutzgehäuse, dann führen das zurückgebliebene Seewasser und Unebenheiten des Meeresgrundes zu ungleichmäßigen Druckbelastungen der Lichtleitfaser, mit der Folge einer Verschlechterung der Übertragungseigenschaften, so daß trotz der Reparatur kein übertragungssystem hoher Zuverlässigkeit und guter Qualität gewährleistet ist, das Unterwasserkabel vielmehr zumindest über einen Übertragungsabschnitt ersetzt werden muß. Weil die Kosten und die Dauer einer einwandfreien Reparatur eines beschädigten Unterwasserkabels äußerst hoch sind, vermag die erwähnte Konstruktion den wirtschaftlichen Anforderungen nicht gerecht zu werden. Es besteht deshalb eine wesentliche Forderung nach einem Unterwasserkabel, bei dem die Gefahr einer Einwirkung des Wasserdrukkes auf die Lichtleitfaser bei einer Kabelbeschädigung wesentlich vermindert ist.

Aufgabe der Erfindung ist deshalb die Schaffung eines Unterwasserkabels mit optischem Faserleiter, bei dem das Eindringen von Wasser in die beschichtete Lichtleitfaser unter der Einwirkung des Wasserdruckes und bei Beschädigung des Kabels vermieden ist.

Bei dem Unterwasserkabel mit optischem Faserleiter nach der Erfindung ist die beschichtete Lichtleitfaser in einem gegen den Wasserdruck schützenden, gegenüber Druck wxderstandsfähigen Gehäuse untergebracht und in den Zwischenraum zwischen Schutzgehäuse und beschichteter Lichtleitfaser ist ein hochviskoses Material

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guter Benetzbarkeit eingebracht, beispielsweise Polyisobutylen, öl oder dergleichen. Das wesentliche ist nun, daß dieses hochviskose Material in der Weise in den erwähnten Zwischenraum eingefüllt ist, daß in axialer Richtung des Kabels in bestimmten Intervallen abwechselnd Lufträume freibleiben, oder aber das hochviskose Material, etwa Polyisobutylen, öl oder dergleichen, wird erst nach einer gleichmäßigen Vermischung mit Luft- oder Gasblasen eingefüllt, derart, daß die Komprimierbarkeit gleichmäßig erhöht wird. Damit wird erreicht, daß ein Druckanstieg im Schutzgehäuse der Faser, welcher sich bei einer Verformung des Schutzgehäuses durch den äußeren Wasserdruck ergibt, von den Luftoder Gasräumen bzw. -blasen absorbiert und damit erniedrigt wird. Selbst wenn bei einer Beschädigung des Kabels Wasser in das Schutzgehäuse eindringt, begrenzt das Vorhandensein des Polyisobutylene oder des Öls hoher Viskosität und guter Benetzbarkeit die weitere Ausbreitung des Wassers in die Umgebung der Störstelle. Somit ist es dann möglich, das beschädigte Kabel dadurch zu reparieren, daß lediglich der beschädigte Kabelteil durch einen neuen Kabelteil ersetzt wird, was die Reparatur vergleichsweise einfach und billig macht.

Die Erfindung wird nachstehend im einzelnen anhand der Zeichnung erläutert. Auf der Zeichnung zeigen:

Fig. 1A einen Querschnitt bzw. einen Längsschnitt durch ein und 1B

Kabel nach der Erfindung,

Fig. 2A einen Querschnitt bzw. einen Längsschnitt durch eine und 2B

andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kabels,

Fig.3A, Längsschnitte zur Erläuterung des Zustandes des erfin-3B+ 3C

dungsgemäßen Kabels im Falle eines Kabelbruches.

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In den Fig. 1A und 1B ist mit 1 ein optischer Faserleiter bezeichnet; 2 und 2a bezeichnen eine Beschichtung aus Nylon, Polyäthylen oder dergleichen für die mechanische Verstärkung der Lichtleitfaser; mit 3 ist eine die beiden Lichtleitfasern umhüllende Beschichtung bezeichnet. Die Elemente 1, 2, 2a und 3 bilden somit ein Lichtleitkabel. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet ein hochviskoses Material guter Benetzbarkeit, etwa Polyisobutylen, öl oder dergleichen; mit 5 sind Lufträume bezeichnet, welche in geeigneten Intervallen in Axialrichtung des Kabels mit dem hochviskosen Material 4 abwechseln; mit 6 ist eine druckwiderstandsfähige Hülle bezeichnet. Wird bei dem Kabel nach Fig. 1A ein Material einer Komprimierbarkeit gleichmäßig in ein dünnes Rohr mit einem Young-Faktor E, einem Poisson-Faktor V , einem Innendurchmesser 2a und einem Außendurchmesser 2b eingefüllt, dann ergibt sich der Innendruck Q im dünnen Rohr, hervorgerufen durch den äußeren Wasserdruck -P, durch die folgende Gleichung (1). Dabei ist jedoch die Länge des Rohres als so groß angenommen, daß ebene Deformationen vernachlässigbar sind.

_n -4(1 -V²)b²p (1)

^w KE (b² - a²) +2(1 +V ) (a² + b² - 2a²)

Wird beispielsweise ein öl mit K = 50 χ 10 mm²/kg in ein Kupferrohr mit einem Young-Faktor E=1,19 χ 10⁴ kg/mm², einem Poisson-Faktor = 0,33, einem Innendurchmesser 2a=1,5mm und einem Außendurchmesser 2b=2,5 mm eingefüllt, dann ergibt sich aus Gleichung (1), für Q der Wert Q = -0,12P; somit ist also Q etwas größer als 10% des Wasserdruckes. Nimmt man an, daß P = 8 kg/mm*, was dem hydraulischen Druck in einer Tiefe von 8 m entspricht, dann ergibt sich Q = -0,98 kg/mm²; im Falle einer Mehrfach-Lichtleitfaser führt dies zu einem Übertragungsverlust von etwa 1 dB/km, wobei Bezug genommen wird auf "Institute of Electronics

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and Communication Engineers of Japan, National Convention, 1978, Records of the Department of Light & Electromagnetic Waves, No, 348".

Um eine solche Druckeinwirkung auf die Lichtleitfaser zu vermeiden, wird gemäß der Erfindung nicht der gesamte Zwischenraum des Rohrs oder dergleichen mit dem Material einer Komprimierbarkeit K gefüllt, sondern das Einfüllen geschieht nur in geeigneten Abständen axialer Richtung, um so in gleichmäßigen Abständen Lufträume zu erhalten; eine andere Möglichkeit besteht darin, ein hochviskoses Material guter Benetzbarkeit zu verwenden, welches Luft- oder Gasblasen in solchen Mengen enthält, daß eine ähnlich erhöhte Komprimierbarkeit in das Schutzrohr eingefüllt wird- Dabei ist das Volumen der Lufträume grosser als das Verformungsvolumen des vom Wasserdruck beaufschlagten Rohres, wobei die Lufträume in Axialrichtung des Rohres neben dem hochviskosen Material guter Benetzbarkeit im Rohr vorgesehen sind. Selbst dann also, wenn das Schutzgehäuse durch den Wasserdruck etwas zusammengedrückt wird, ergibt sich keine Komprimierung des hochviskosen Materials, vielmehr verschiebt sich dieses in die Lufträume, derart, daß im wesentlichen kein Innendruck auftritt. Die Einwirkung des äußeren Wasserdruckes auf die Lichtleitfaser ist deshalb im wesentlichen vernachlässigbar.

Auch dann, wenn Luft oder Gas in Form von Blasen 5a in das hochviskose Material zur Erhöhung der Komprimierfähigkeit desselben eingemischt und dieses Material dann in den ganzen Zwischenraum zwischen Rohr und Faser eingefüllt wird, wie dies in Fig. 2 angedeutet ist, ist es möglich, im wesentlichen die-

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selben Ergebnisse zu erhalten wie im Fall der Fig. 1, wo zwischen den einzelnen Füllungen Lufträume existieren.

Wird das Kabel durch äußere Einflüsse, beispielsweise einem Anker oder dergleichen, beschädigt, so begrenzt das hochviskose Material guter Benetzbarkeit im Schutzgehäuse das Eindringen von Wasser in die Störstelle, womit auf jeden Fall vermieden wird, daß Seewasser sich im Schutzgehäuse über den gesamten Ubertragungsabschnitt ausbreitet. Wird das Kabel an der in Fig. 3A mit 7 bezeichneten Stelle beschädigt, dann dringt das Meerwasser von der Störstelle aus in das Kabel ein_; und das hochviskose Material guter Benetzbarkeit bewegt sich dann im Kabelzwischenraum mit der Zeit Schritt um Schritt, wie dies durch die Fig. 3B und 3C angedeutet ist. Die Länge der zusammenhängenden Säule aus hochviskosem Material nimmt somit in axialer Richtung des Kabels langsam zu, wie dies in Fig. 3c durch 1 angedeutet ist. Weil der Druckverlust durch Reibung am Rohr proportional 1 ist, nimmt die Eindringfähigkeit des Wassers an der Störstelle immer mehr ab. Die Länge des durch ein neues Kabelteil zu ersetzenden beschädigten Kabels ist somit kurz, so daß das Kabel nach der Erfindung in wirtschaftlicher Hinsicht sehr vorteilhaft ist.

Bei dem Beispiel nach Fig. 1 kann das hochviskose Material 4 leicht in den Zwischenraum zwischen Beschichtung 3 und Schutzrohr 6 dadurch eingefüllt werden, daß das Lichtleitkabel mit Beschichtung 3 intermittierend in ein Bad aus hochviskosem Material eingetaucht wird. Beim Beispiel nach Fig. 2 kann das hochviskose Material in der Weise in das Schutzgehäuse eingefüllt werden, daß das Gas 5a in das hochviskose Material eingeleitet und das Lichtleitkabel dann kontinuierlich in ein Bad

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aus dem mit Gas versetztem hochviskosen Material eingetaucht wird.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Schutzgehäuse -zur Vereinfachung der Rechnung- als Rohr ausgebildet; das Gehäuse kann aber auch eine andere Gestalt besitzen.

Gemäß der Erfindung wird also ein Unterwasserkabel mit optischem Faserleiter erhalten, das einerseits einfach im Aufbau ist, andererseits aber einen Druckanstieg im Inneren des Schutzgehäuses vermeidet und bei einem Kabelbruch das Eindringen von Wasser in das Schutzgehäuse verhindert oder zumindest verzögert, womit eine Verschlechterung der Kabeleigenschaften vermieden und die Reparatur des beschädigten Teils des Kabels erleichtert wird.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Unterwasserkabel mit optischem Faserleiter, gekennzeichnet durch ein zumindest eine beschichtete Lichtleitfaser (1) enthaltendes Lichtleitfaser-Kabel (1,2,2a,3), eine das Kabel umgebende und dieses gegen den Wasserdruck schützende Schicht

(6) aus gegenüber Druck widerstandsfähigem Material und durch ein hochviskoses, Lufträume (5) enthaltendes Material (4) guter Benetzbarkeit im Zwischenraum zwischen Kabel (1,2,2a,3) und umgebender Schutzschicht (6).

2. Unterwasserkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lufträume (5) und das hochviskose Material (4) in Längsrichtung des Kabels in geeigneten Abständen einander abwechselnd angeordnet sind.

3. Unterwasserkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lufträume (5) im hochviskosen Material (4) in Form von Blasen enthalten sind.

Bankhaus Merck. Flnck & Co,, München (BLZ 7OO 304 00) Konto-Nr. 254 649

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Bankhaus H. Aufhäuser, München (BLZ 70030600) Konto Nr. 261300

Telegrammadresse Patentsenlar

Postscheck. München

(BLZ 700100ΘΟ) Konto Nr. 209O4 BOO