DE3037289C2 - Optical aerial cable - Google Patents
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Description
5050
Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches Luftkabel, mit einem außerhalb der Kabelseele angebrachten Tragseil und einer mit diesem mechanisch verbundenen mindestens einen Lichtwellenleiter und ein zugfestes Tragelement enthaltenden Kabelseele.The invention relates to an optical aerial cable, with one attached outside the cable core Carrying cable and at least one optical waveguide mechanically connected to it a cable core containing a tensile load-bearing element.
Ein Kabel dieser Art ist aus der DE-OS 25 25 067 bekannt. In der dortigen Fig. 2 ist ein über einen Steg an einer Kabelseele gehaltenes Zugseil vorgesehen, das aus Stahl oder hochfesten Kunststoffen bestehen kann. Die Kabelseele selbst besteht aus der auch das Tragseil umschließenden Mantelschicht (Verstärkungsschicht), einer äußeren dämpfenden Schicht aus geschäumtem Kunststoff, einer Lage von Lichtwellenleiterfasern, einer inneren dämpfenden Schicht (ebenfalls geschäumter Kunststoff) und ggf. im Inneren noch vorgesehenen elektrischen Leitern (für etwaige Stromversorgung). Bei einer derartigen Anordnung bildet zwar die Mantelschicht ebenfalls ein im gewissen Umfang zugfestes Tragelement. Jedoch wird in der Praxis nahezu die gesamte auf das Kabel ausgeübte Zugkraft durch das Tragseil aufgenommen, während die Kabelseele selbst im Grunde nur zur Aufnahme der Lichtwellenleiter sowie (durch die polsternden Schichten) zu deren Schutz gegen seitliche Druckkräfte ausgelegt ist Wenn bei dem bekannten Kabel durch zu große Kräfte das Zugseil reißt, ist auch die Kabelseele so weit gedehnt, daß die Lichtwellenleiterfasern geschädigt sind.A cable of this type is known from DE-OS 25 25 067. In FIG. 2 there, a is on via a web a cable core held pull rope provided, which can consist of steel or high-strength plastics. the The cable core itself consists of the jacket layer (reinforcement layer) that also surrounds the supporting rope, an outer damping layer made of foamed plastic, a layer of optical fibers, an inner damping layer (also foamed plastic) and possibly also provided inside electrical conductors (for any power supply). With such an arrangement, it is true that the cladding layer forms also a support element with tensile strength to a certain extent. However, in practice almost the entire tensile force exerted on the cable is absorbed by the support cable, while the cable core itself basically only to accommodate the fiber optics and (through the cushioning layers) to protect them is designed against lateral compressive forces If the pulling rope in the known cable is due to excessive forces tears, the cable core is also stretched so far that the Optical fibers are damaged.
Bei Verwendung derartiger optischer Ubertragungseinrichtungen als Luftkabel besteht ein Problem darin, daß mit einem sinnvollen technischen Aufwand nicht immer gewährleistet werden kann, daß bei ungewöhnlich hohen Beanspruchungen (z. B. durch außergewöhnlichen Eisansatz stürzende Bäume od. dgl.) nicht doch noch ein Seilriß eintritt Würde man auch diese wenigen Extremfälle einer ungewöhnlich großen mechanischen Belastung noch mii berücksichtigen, so müßte das Seil oder auch die Dehnbarkeit der Seele erheblich überdimensioniert werden. Andererseits ist die Schädigung eines Lichtwellenleiter-Kabels verbunden mit einem Riß der Lichtwellenleiterfasern äußerst unerwünscht und die Reparatur einer derartigen Störung erfordert einen hohen Aufwand.When using such optical transmission devices as an aerial cable, there is a problem that with a reasonable technical effort not it can always be guaranteed that in the event of unusually high loads (e.g. due to extraordinary Ice accretion, falling trees or the like) not yet a rope tear occurs Extreme cases of unusually high mechanical stress should still be taken into account, so the rope would have to or the elasticity of the soul can be considerably overdimensioned. On the other hand is the damage of an optical fiber cable connected to a crack in the optical fiber is extremely undesirable and the repair of such a failure requires a great deal of effort.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kabel der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß auch bei einer noch im Rahmen liegenden Dimensionierung des Tragseiles bei einer etwaigen Oberlast eine Zerstörung der Lichtwellenleiter vermieden wird.The present invention is based on the object of providing a cable of the type mentioned at the outset to develop that even with a dimensioning of the suspension cable that is still within the scope of a Any overload damage to the fiber optic cable is avoided.
Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß das Tragseil so dimensioniert ist daß es bereits vor einer zur Schädigung des Lichtwellenleiters führenden Dehnung des Tragelements reißt.According to the invention, this is achieved in that the support cable is dimensioned so that it is already in front of a to damage the optical waveguide leading elongation of the support element tears.
Der gesamte tragende Querschnitt ist also aufgeteilt und nur zwischen den Masten als Summe voll wirksam. Er verhindert dort bis zum Bruch des äußeren Tragelementes am Mast (Tragseil) eine Überdehnung der Lichtwellenleiter-Seele und der Lichtwellenleiterfasern. The entire load-bearing cross-section is divided and only fully effective as a sum between the masts. There it prevents overstretching until the outer supporting element on the mast (supporting rope) breaks the fiber optic core and the fiber optic cables.
Die stärkere Dehnung des äußeren Tragelementes (Tragseiles) im Bereich der Masten (wo das innere Tragelement so gut wie entlastet ist), ist für die Lichtwellenleiter-Seele ohne Belang. Dies gilt auch für den Fall des Bruches bei unzulässiger Überlast. Eine Reparatur des gerissenen äußeren Tragseiles ist wesentlich einfacher durchzuführen, als eine Reparatur der Kabelseele mit den empfindlichen optischen Fasern, wie sie nötig wäre, wenn der gesamte tragende Querschnitt im Tragseil konzentriert und nicht ausreichend wäre.The greater elongation of the outer supporting element (supporting rope) in the area of the masts (where the inner Support element is as good as relieved), is of no importance for the fiber optic core. This also applies to in the event of breakage in the event of impermissible overload. A repair of the broken outer suspension cable is necessary much easier to carry out than repairing the cable core with the sensitive optical fibers, as would be necessary if the entire load-bearing cross-section was concentrated in the suspension cable and not sufficient were.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.Further developments of the invention are given in the subclaims.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Zeichnungen näher erläutert Es zeigtThe invention is explained in more detail below with reference to drawings. It shows
F i g. 1 einen Querschnitt durch ein optisches Luftkabel nach der Erfindung,F i g. 1 shows a cross section through an optical aerial cable according to the invention,
Fig. 2 ein Diagramm über die Riß-Dehnung der verschiedenen Elemente undFig. 2 is a diagram of the elongation at break of the various elements and
F i g. 3 eine mit einem Luftkabel nach der Erfindung aufgebaute Übertragungsleitung.F i g. Figure 3 shows a transmission line constructed with an aerial cable according to the invention.
In F i g. 1 ist ein sowohl die Kabelseele KS als auch das Tragseil TS umschließender Außenmantel mit MA bezeichnet. Zwischen dem Tragseil TS und der Kabelseele KS ist ein Steg vorgesehen, welcher im Bedarfsfall, d. h. bei der Aufhängung an entsprechenden Klemmen (vgl. F i g. 3) durchgetrennt werden kann. Die Kabelseele KS besteht von außen nach innen gesehenIn Fig. 1, an outer jacket enclosing both the cable core KS and the suspension cable TS is denoted by MA. A web is provided between the suspension cable TS and the cable core KS , which can be cut through if necessary, ie when suspended from the appropriate clamps (see FIG. 3). The KS cable core is seen from the outside to the inside
zunächst aus einer etwa konzentrischen Anordnung von Tragelementen TE, die auch im Zentrum oder verteilt angeordnet sein können, einer weichen Polsterschicht (z. B. geschäumter Kunststoff) PO sowie einer entsprechend den Gegebenheiten des jeweiligen Kabels vorgesehenen Bestückung mit Lichtweüenleitern hier im Zentrum. Im vorliegenden Beispiel sind vier jeweils in Schutzhüllen SH angeordnete faserförmige Lichtwellenleiter dargestellt, von denen ein Paar mit LWi, LW2 bezeichnet ist. Die Hohlräume zwischen den Schutzhüllen können in bekannter Weise mit etwaigen Füllstoffen geschlossen werden. Ebenso können die Lichtwellenleiter LlVl und LW2 lose oder in entsprechenden gelartigen Massen im Inneren der Schutzhüllen SH verlaufen.initially from an approximately concentric arrangement of support elements TE, which can also be arranged in the center or distributed, a soft cushioning layer (e.g. foamed plastic) PO and a fitting with optical waveguides provided here in the center according to the conditions of the respective cable. In the present example, four fiber-shaped optical waveguides, each arranged in protective sleeves SH, are shown, one pair of which is denoted by LWi, LW2 . The cavities between the protective covers can be closed in a known manner with any fillers. The optical waveguides LlVl and LW2 can also run loosely or in corresponding gel-like masses inside the protective sheaths SH .
Dadurch, daß auch im Bereich der Kabelseele KS Tragelemente TE vorgesehen sind, braucht das Tragseil TS die bei einem verlegten Kabel auftretenden Zugkräfte nicht allein zu übernehmen, sondern die Tragelemente TE im Bereich der Kabelseele kommen unterstützend hinzu. Die Dimensionierung des Tragseils TS wird so vorgenommen, daß es reißt, bevor infolge einer Dehnung der Kabelseele eine Schädigung der Lichtwellenleiter LWi, LWI auftritt Hierzu sind besonders Materialien für das Tragseil TS geeignet, welche eine relativ genaue, d.h. in einem engen Toleranzbereich liegende Reißdehnung aufweisen. Beispielsweise kann für das Tragseil TS wie auch für die inneren Tragelemente hochfester Stahl verwendet werden. Es ist auch möglich, das Tragseil TS und die inneren Tragelemente aus hochfesten Aramidfasem herzustellen, wobei insbesondere die unter dem Handelsnamen »KEVLAR29« und »KEVLAR49« bekannten Fasern verwendbar sind. Beispielsweise hat KEVLAR 49 eine Rißdehnung von etwa 2,8% und KEVLAR 29 eine solche von etwa 3,9%. Diese Werte werden in relativ engen Toleranzgrenzen erhalten und es ist beispielsweise möglich, für das Tragseil KEV-LAR 49 zu verwenden (d. h. mit der niedrigeren Reißdehnungl, während für die Tragelemente TE im Bereich der Kabelseele KS als Werkstoff KEVLAR 29 (mit der höheren Reißdehnung) vorzusehen ist.Because support elements TE are also provided in the area of the cable core KS , the support rope TS does not need to take over the tensile forces that occur when a cable is laid, but the support elements TE in the area of the cable core also provide support. The dimensioning of the supporting cable TS is made so that it ruptures before damage to the optical waveguide LWi, LWI occurs due to an elongation of the cable core purpose, particularly materials are suitable for the carrying cable TS, which have a relatively accurate, that is, in a narrow tolerance range lying elongation at break . For example, high-strength steel can be used for the TS suspension cable as well as for the inner support elements. It is also possible to manufacture the suspension rope TS and the inner support elements from high-strength aramid fibers, whereby the fibers known under the trade names "KEVLAR29" and "KEVLAR49" can be used. For example, KEVLAR 49 has an elongation at break of about 2.8% and KEVLAR 29 about 3.9%. These values are obtained within relatively narrow tolerance limits and it is possible, for example, to use KEV-LAR 49 for the suspension rope (i.e. with the lower elongation at break, while for the support elements TE in the area of the cable core KS as material KEVLAR 29 (with the higher elongation at break) is to be provided.
Darüber hinaus steht als Dimensionierungsgröße der wirksame Querschnitt des Tragseils TS sowie der Tragelemente TE zur Verfügung. Werden beide aus dem gleichen Material hergestellt, so kann ein Riß des Tragseiles vor den Tragelementen TE dadurch herbeigeführt werden, daß der Querschnitt A des Tragseiles TS kleiner gemacht wird als der Gesamt-Querschnitt B der Tragelemente TE + TS Ebenso lassen sich natürlich unterschiedliche Querschnitte und unterschiedliche Ausdehnungen miteinander kombiniert einsetzen. Es ist zweckmäßig, die zugfesten Tragelemente TEder Kabelseele KSso zu dimensionieien, daß sie =50% der Gesamtzugfestigkeit der Anordnung aufweisen und nur der Rest vom Tragseil TS übernommen wird.In addition, the effective cross-section of the supporting cable TS and the supporting elements TE are available as a dimensioning variable. If both are made of the same material, a rupture of the support cable in front of the support elements TE can be caused by making the cross-section A of the support cable TS smaller than the overall cross-section B of the support elements TE + TS use different expansions combined with each other. It is advisable to dimension the tensile support elements TE of the cable core KS so that they have = 50% of the total tensile strength of the arrangement and only the rest is taken over by the support cable TS.
Besonders vorteilhafte Lösungen sind dadurch gegeben, daß die Kabelseele KS mit ihren zugfesten Tragelementem TE mehr als V3 der Gesamt-Zugfestigkeit aufweist und nur der Rest vom Tragseil TS ■ übernommen wird. Die Tragelemente TE sind zweckmäßig in ein.;r röhrenförmigen Anordnung möglichst gleichmäßig über den Umfang verteilt vorgesehen, weil dadurch ein besonders guter und wirksamer Schutz und eine hohe Festigkeit erreicht wird. Zudem wirken die Tragelemente TE in diesem Fail auch als eine Schutzschicht gegen von außen kommende QuerkräfteParticularly advantageous solutions are given in that the cable core KS with its tensile support elements TE has more than V 3 of the total tensile strength and only the rest is taken over by the support cable TS ■. The support elements TE are expediently provided in a tubular arrangement distributed as uniformly as possible over the circumference, because this provides particularly good and effective protection and high strength. In addition, the support elements TE also act in this case as a protective layer against transverse forces coming from outside
und polstern die Gesamtanordnung. Die Lichtwellenleiter LWl und LW2 sind zweckmäßig innerhalb der Tragelemente TE angeordnet Die zusätzliche Polsterschicht PO zwischen den Tragelementen TE und den eigentlichen Lichtwellenleitern LWi und LlV2hatdieand cushion the overall arrangement. The optical waveguides LW1 and LW2 are expediently arranged within the supporting elements TE . The additional cushioning layer PO between the supporting elements TE and the actual optical waveguides LWi and LlV2hasdie
ίο Aufgabe, diese vor seitlichen Stoßbeanspruchungen zu schützen und auch in gewissem Umfang, (z. B. bei Biegungen) ein Ausweichen der Schutzhüllen SW und damit der Lichtwellenleiter LIV1, L W2 zu ermöglichen. Das Tragelement TE kann auch zentrisch in derίο The task of protecting them from lateral impact loads and also, to a certain extent (e.g. in the event of bends), to enable the protective covers SW and thus the optical waveguides LIV1, L W2 to escape. The support element TE can also be centered in the
• 5 Kabelseele abgeordnet sein.• 5 cable core to be assigned.
In dem Diagramm nach F i g. 2 ist auf der Abszisse die Dehnung eines Kabels nach Fig. 1 dargestellt Innerhalb eines gewissen, relativ kleinen Toleranzbereiches (schraffiert dargestellt) kommt es zu einem Riß desIn the diagram according to FIG. 2, the expansion of a cable according to FIG. 1 is shown on the abscissa a certain, relatively small tolerance range (shown hatched) it comes to a crack of the
erfolgt erst bei einer noch größeren Dehnung, wie durchonly takes place with an even greater stretch, such as through
die rechts davon angeordnete Grenzlinie angedeutet ist.the border line arranged to the right thereof is indicated.
Darstellung drei Tragmasten MSl, MS?. und MS 3 dargestellt an denen ein Lichtwellenleiter-Kabel nach F i g. 1 aufgehängt wird. Im Bereich der Abspannstellen (hier nur schematisch durch einfache Haken angedeutet) wird das Tragseil TS von der Kabelseele getrennt undRepresentation of three pylons MSl, MS ?. and MS 3 shown on which a fiber optic cable according to FIG. 1 is hung. In the area of the anchoring points (indicated here only schematically by simple hooks) the TS support rope is separated from the cable core and
allein von der mechanischen Abspannvorrichtung aufgenommen. Die Kabelseele KS hängt in einem entsprechenden Bogen nach unten durch und wird hier mechanisch nicht weiter beansprucht. Für die Normalbelastung kann das Tragseil TS bis zu 70% seinerrecorded solely by the mechanical tensioning device. The cable core KS sags downwards in a corresponding curve and is not subjected to any further mechanical stress here. For normal loads, the TS suspension rope can hold up to 70% of its
i=> Reißfestigkeit im Mastbereich (d.h. im Bereich der Einspannstelle) belastet werden. Der Rest von 30% ist als Sicherheit einkalkuliert. Wird die zulässige Dehnung durch eine ungewöhnliche Überlastung überschritten, so reißt das Tragseil TS und das Luftkabel stürzt zu Boden. i = > tensile strength in the mast area (ie in the area of the clamping point). The rest of 30% is included as security. If the permissible elongation is exceeded due to an unusual overload, the suspension rope TS breaks and the aerial cable falls to the ground.
Im allgemeinen genügt bereits der Riß an zwei benachbarten Einspannstellen, um das Kabel auf dem Boden aufliegen zu lassen. Während des Fall-Vorganges werden etwa auftretende Zugbeanspruchungen durch die Tragelemente TE im Bereich der Kabelseele KS In general, the crack at two adjacent clamping points is sufficient to allow the cable to rest on the floor. During the fall process, any tensile stresses that occur are absorbed by the support elements TE in the area of the cable core KS
übernommen, die ja auch in diesem Fall noch unbeschädigt sind. Sollten die Tragmasten MSi bis MS 3 zu hoch, bzw. zu eng beieinander stehen, so daß das Kabel den Boden noch nicht erreicht, wenn an einer Stelle ein Riß des Tragseiles TS auftritt, dann gibt eswhich are still undamaged in this case. If the masts MSi to MS 3 are too high or too close together so that the cable does not yet reach the ground when a tear in the suspension cable TS occurs at one point, then there is
zwei Möglichkeiten: Im ersten Fall (d.h. bei relativ geringer Überschreitung der zulässigen Reißdehnung) bleibt das Kabel an den übrigen Einspannstellen hängen und erreicht den Boden nicht. In diesem Fall reicht ebenfalls die Festigkeit der Tragelemente TEim Bereich der Kabelseele KS aus, um die Lichtwellenleiter LJVl und LW2 während dieses dynamischen Prozesses vor einer Schädigung zu schützen.two possibilities: In the first case (ie if the permissible elongation at break is exceeded relatively slightly) the cable remains hanging on the other clamping points and does not reach the ground. In this case, too, the strength of the support elements TE in the area of the cable core KS is sufficient to protect the optical waveguides LJV1 and LW2 from damage during this dynamic process.
Ist aber die Überlastung so stark, daß auch an der nächstgelegenen oder den nächstgelegenen Einspann-However, if the overload is so severe that the nearest or the nearest clamping
stellen das Tragseil TS noch reißt, dann setzt sich dieser Prozeß solange fort, bis das Kabel auf den Boden fällt und somit die Überlast gemindert wird. Auch in diesem Fall kommt es somit normalerweise zu keiner Schädigung der Lichtwellenleiter LWl und LIV 2.if the suspension rope TS still breaks, then it will settle Continue the process until the cable falls to the floor and the overload is reduced. Also in this In this case, there is normally no damage to the optical waveguides LW1 and LIV 2.
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