DE3382801T2

DE3382801T2 - Optisches Kabel

Info

Publication number: DE3382801T2
Application number: DE3382801T
Authority: DE
Inventors: Stephen Anthony Cassidy; Michael Harry Reeve
Original assignee: British Telecommunications PLC
Current assignee: British Telecommunications PLC
Priority date: 1982-11-08
Filing date: 1983-11-01
Publication date: 1996-08-14
Anticipated expiration: 2003-11-02
Also published as: AU2102883A; JPH02210307A; JPH02217805A; JP2552590B2; JP2552588B2; HK55888A; JP2552589B2; CA1246842A; HK109397A; ATE134046T1; JP2552592B2; EP0108590B1; DE3382801D1; SG110287G; JPH02210304A; JPH05150121A; JPH05127023A; JPH05249321A; AU585479B2; JPH05142430A

Description

Die Erfindung betrifft Lichtwellenübertragungsleitungen.
Lichtwellenleiterkabel, die Lichtwellenübertragungsleitungen tragen, wurden früher unter Anwendung der gleichen Verfahren wie bei den herkömmlichen Metallleiterkabeln verlegt, wobei bei diesen Verfahren das Kabel normalerweise mit einem Zugseil durch einen vorher verlegten Kabeikanal gezogen wurde. Oft enthält zum Zeitpunkt der Verlegung des Lichtwellenleiterkabeis der Kabelkanal bereits ein oder mehrere herkömmliche Kabel.
Anders als bei den Metallleitern eines herkömmlichen Kabels sind die Lichtwellenleiter leicht durch Zugspannungen zu beschädigen. Eine derartige Spannung kann beispielsweise Mikrorisse hervorrufen, die schließlich zum Bruch der Faser führen. Es ist daher in der Praxis üblich die Lichtwellenleiterkabel durch ein zentrales Armierungselement, üblicherweise ein oder mehrere stählerne Spanndrähte, zu verstärken, um das die Lichtwellenleiterkabel angeordnet werden. Das Armierungselement nimmt die Zugspannungen auf, wodurch die Widerstandskraft des Kabels gegenüber den Zugspannungen gesteigert wird, die bei der Verlegung des Kabels auftreten.
Unglücklicherweise bietet das zentrale Armierungselement nur einen unzureichenden Schutz gegen lokale Beanspruchungen, die dadurch verursacht werden, daß ein weiteres Kabel durch den gleichen Kabelkanal gezogen wird. Der herkömmliche Lösungsweg, bereits bei der erstmaligen Verlegung Lichtwellenleiterkabel mit einer ausreichend großen Anzahl von Fasern zu verlegen, um vorhersehbaren künftigen Verkehrsanforderungen gerecht zu werden ist ein Weg zur Bewältigung des oben angegebenen Problems. Infolgedessen wird gegenwärtig eine erstmalige Verlegung von Lichtleiterkabeln mit Dutzenden oder sogar Hunderten von Fasern trotz der Tatsache ins Auge gefaßt, daß reichlich Übertragungskapazität zur Verfügung gestellt wird, obwohl zu Beginn lediglich ein kleinerer Teil der verlegten Fasern genutzt wird. Ein weiterer Grund für die Verlegung von Lichtwellenleiterkabeln einer vergleichsweise großen Dimension ist, daß die Anfälligkeit eines Kabels für ein Verkeilen zwischen den bereits im Kabelkanal vorhandenen Kabeln zunimmt, je kleiner der Querschnitt des Kabels ist
Die Erstverlegung von Lichtwellenleiterkabeln eines großen Durchmessers mit einer großen Zahl von Fasern ist jedoch aus verschiedenen Gründen nicht wünschenswert. Da sind zunächst die für derartige Kabel charakteristischen Probleme technischer Natur, wie beispielsweise die Schwierigkeit, Verbindungen herzustellen und die geforderten hohen Werte beim Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht zu erzielen. Zweitens bringt es ganz offensichtlich wirtschaftliche Nachteile mit sich, große Resourcen aufzuwenden, um zunächst ungenutzte Leiterkapazität zu installieren, insbesondere unter dem Gesichtspunkt der vergleichsweise jungen Lichtwellenleitertechnologie, bei der zu erwarten ist, daß sich die Kosten kontinuierlich verringern werden und die Qualität der Lichtwellenleiter noch weiter gesteigert werden wird. Drittens besteht das ernstzunehmende Risiko, daß bei einem einzigen Zwischenfall eine große Zahl teurer Lichtwellenleiter beschädigt wird, und schließlich bedeutet es einen nennenswerten Verlust an Flexibilität, wenn hochdichte Lichtwellenübertragungsleitungen verlegt werden.
Ein Verfahren zur Verlegung von Lichtwellenleitern mit Zugseilen und Zuggurten ist in: "Sub-ducts: The Answer to Honolulu's Growing Pains", Herman S.L. Hu und Ronald T. Miyahara, Telephony, 7. April 1980, S. 23 bis 35, beschrieben. Das dort beschriebene Verlegungsverfahren läuft wie folgt ab: Ein Abschnitt eines vorhandenen Kabelkanals von 4 Inch (100 mm) wird gereinigt, wonach mit Hilfe von Zugseilen ein bis drei einzelne Polyethylenrohre in den Kabelkanal eingezogen werden. Die Pclyethylenrohre bilden Unterkanäle, in die mit Hilfe eines Nylonzuggurtes ein Lichtwellenleiterkabel eingezogen werden kann, das vorher mit Hilfe eines ar seinem vorderen Ende befestigten Schirms in den Unterkanal eingeführt worden ist und mit Druckluft durch den Unterkanal hindurch gepreßt wird
Das beschriebene Verfahren behandelt einige der oben beschriebenen Probleme, allerdings nur in einem sehr gegrenzten Maße. So ist es durch das Verfahren möglich, die Faserkapazität auf das Dreifache zu steigern, und die Lichtwellenleiterkabel werden von den Kabeln, die sich bereits im Kabelkanal befinden, getrennt, wodurch die Wahrscheinlichkeit abnimmt, daß sie blockiert und somit übermäßig beansprucht werden.
Das Verfahren zur Verlegung von Lichtwellenübertragungsleitungen, das in EP-B-108590 beschrieben und beansprucht ist (von der die vorliegende Anmeldung abgetrennt wurde), ist vergleichsweise einfach und dennoch flexibel und wirtschaftlich.
In einem ersten Aspekt gibt die vorliegende Erfindung ein Lichtwellenleiterelement zur Blasverlegung an, das einen oder mehrere Lichtwellenleiter umfaßt, die jeweils durch eine Primärbeschichtung geschützt und in einem Außenmantel angeordnet sind, wobei der Außenmantel eine Außenfläche aufweist, die derart texturiert oder geformt ist, daß die Mitnahme durch das Fluid verstärkt wird, das auf das Element bei der Verlegung einwirkt.
Es ist anzumerken, daß zur Erzeugung einer ausreichenden Mitnahme durch ein Fluid, damit das Leiterelement vorangetrieben wird, das gasförmige Medium den Weg mit einer Strömungsgeschwindigkeit entlangströmen muß, die wesentlich höher als die Geschwindigkeit der gewünschten Vorwärtsbewegung ist,
Die Begriffe "leicht" und "flexibel" in Bezug auf das Lichtwellenleiterelement sind als ausreichend "leicht" und "flexibel" zu verstehen, damit das Leiterelement durch das Fluid vorwärtsgetrieben werden kann.
Ob das Leiterelement ausreichend leicht und flexibel und die Strömungsgeschwindigkeit ausreichend hoch ist, läßt sich auf einfache Weise durch ein "Trialand-Error-Experiment" feststellen, das erforderlichenfalls mit Hilfe des im folgenden beschriebenen theoretischen Modells durchgeführt wird. Die Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Mediums kann konstant sein oder sie kann auf geeignete Weise geändert werden, beispielsweise entweder von einer ersten Geschwindigkeit, bei der keine oder keine ausreichende Mitnahme durch das Fluid zum Vorwärtstreiben des Leiterelements erfolgt, bis zu einer zweiten Geschwindigkeit, bei der eine ausreichende Mitnahme durch das Fluid zum Vorwärtstreiben des Leiterelements erfolgt, oder von einer ersten bis zu einer zweiten Geschwindigkeit, wobei in beiden Geschwindigkeiten eine ausreichende Mitnahme durch das Fluid zum Vorwärtstreiben des Leiterelements erfolgt. Bequemerweise haben die Geschwindigkeitsänderungen die Form eines abrupten Wechseis von der ersten zur zweiten Geschwindigkeit.
Die oben angegebenen Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit können Zeiten umfassen, in denen die Strömung im Hinblick auf die gewünschte Richtung der Vorwärtsbewegung des Lichtwellenleiterelements umgekehrt wird.
Es ist anzumerken, daß mehr als ein Leiterelement den gleichen rohrförmigen Weg entlang vorwärt getrieben werden kann.
Ein Lichtwellenleiterelement kann beispielsweise einen einzigen Lichtwellenleiter umfassen, der durch mindestens eine Primärbeschichtung geschützt, aber bevorzugt in einem Außenmantel enthalten ist. Alternativ dazu kann ein Lichtwellenleiterelement mehrere Lichtwellenleiter umfassen, die in einem gemeinsamen Mantel liegen. Der Mantel kann den oder die Lichtleiter lose oder fest umschließen.
Das Verfahren kann zum Einführen eines Lichtwellenleiterelements in den Weg oder dessen Abziehen aus dem Weg angewendet werden.
Das gasförmige Medium wird derart gewählt, daß es für die Umwelt, in der die Erfindung implementiert wird, verträglich ist, und unter normalen Umweltbedingungen wird ein ungefährliches Gasgemisch verwendet.
Unter der Voraussetzung der Umweltverträglichkeit ist das gasförmige Medium bevorzugt Luft oder Stickstoff.
Die rohrförmigen Wege und/oder die Lichtwellenleiterelemente weisen bequemerweise aber nicht notwendigerweise einen kreisförmigen Querschnitt auf und das Lichtwellenleiterelement ist immer kleiner als der Weg.
In der Praxis wird der Innendurchmesser des Weges generell größer sein. oft ist er wesentlich größer als 1 mm und der Außendurchmesser des Lichtwellenleiterelements ist größer als 0,5 mm.
Bevorzugt liegt der Durchmesser des Weges im Bereich von 1 bis 10 mm, bequemerweise im Bereich von 3 bis 7 mm und der Faserdurchmesser liegt bevorzugt im Bereich von 1 bis 4 mm, obwohl weitaus größere Durchmesser unter der Voraussetzung verwendet werden können, daß das Lichtwellenleiterelement ausreichend leicht und flexibel ist. Der Durchmesser der Lichtwellenleiterelemente ist bevorzugt derart gewählt, daß er größer als ein Zehntel und bequemerweise etwa die Hälfte des Wegdurchmessers oder größer ist (und selbstverständlich entsprechend kleiner ist, wenn mehr als ein Lichtwellenleiterelement über den gleichen Weg vorwärtsgetrieben werden soll).
Die Einführung eines Lichtwellenleiterelements durch Mitnahme durch das Fluid eines über das Lichtwellenleiterelement strömenden Gases hat gegenüber den Verfahren, bei denen ein Lichtleiterkabel mit einem Zuggurt gezogen wird mehrere Vorteile.
Zunächst entfällt der Extraschritt, daß ein Zuggurt einzusetzen ist. Zweitens wird durch den Einsatz des gasförmigen Mediums, das die Mitnahme durch das Fluid hervorruft, eine verteilte Zugkraft auf dem Lichtwellenleiterlement erzeugt. Das ist besonders vorteilhaft, wenn die Verlegungsstrecke eine oder mehrere Kurven aufweist. Wenn die Zugkraft auf dem vorderen Ende des Leiterelementes konzentriert ist, wie das bei einem Zuggurt der Fall ist, nimmt bei jeder Abweichung des Weges von einer geraden Linie die Reibung zwischen dem Lichtwellenleiterelement und den Innenwänden des Weges ganz wesentlich zu, und nur einige Kurven reichen aus, um ein Steckenbleiben des Lichtwellenleiterelements zu verursachen. Die verteilte Zugkraft, die durch die Mitnahme durch das Fluid erzeugt wird, ermöglicht es hingegen, Kurven auf recht einfache Weise zu überwinden, und somit ist die Anzahl der Kurven in einer gegebenen Verlegungsstrecke nicht länger von einer so ausschlaggebenden Bedeutung.
Drittens wird durch die Mitnahme durch das Fluid die Gesamtzugbeanspruchung des Lichtwellenleiterelements wesentlich verringert, wodurch es möglich ist, daß das Lichtwellenleiterelement eine relativ einfache und preiswerte Anordnung ist.
Da darüberhinaus das Lichtwellenleiterelement während seiner Verlegung keiner wesentlichen Zugbeanspruchung ausgesetzt ist, braucht für die nachfolgende Relaxation nur wenig Toleranz, falls zutreffend, vorgesehen zu sein.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Vorwärtsbewegung eines leichten und flexiblen Lichtwellenleiterelements, wie in Anspruch 14 beansprucht, angegeben.
Die Verlegung von Lichtwellenübertragungsleitungen nach dem in EP-B-108590 und der vorliegenden Erfindung angegebenen Verfahren hat im Vergleich zu herkömmlichen Techniken mehrere Vorteile.
Da zunächst die Rohrleitung verlegt wird, die noch keine Lichtwellenleiter enthält, kann das herkömmliche Seilziehen und ähnliche Techniken ohne Schwierigkeiten beim Verlegen der Rohrleitung eingesetzt werden.
Zweitens kann die Kapazität einer übertragungsleitung den Anforderungen einfach angepaßt werden. Da anfänglich nur ein oder zwei Lichtwellenleiterelemente zur Übertragung des Verkehrs ausreichend sein können, kann die Rohrleitung eine sehr viel größere Zahl von Kabelkanälen enthalten als zum Zeitpunkt der Verlegung benötigt werden, und weitere Lichtwellenleiterelemente können später nach Bedarf eingeführt werden. Die Rohrleitung der vorliegenden Erfindung ist, verglichen mit den Kosten der Fasern, preiswert; und Reservekabelkanäle zum Unterbringen weiterer Lichtwellenleiter können; falls zusätzliche Kapazitäten erforderlich sind, leicht eingebaut werden, wobei nur ein kleiner zusätzlicher Anteil zu den Gesamtkosten aufzuwenden ist.
Das Verfahren gemäß EP-B-108590 und der vorliegenden Erfindung ermöglicht ebenfalls die Verlegung verbesserter späterer Generationen von Lichtwellenübertragungsleitungen. Es ist beispielsweise möglich, zunächst ein oder mehrere Lichtwellenleiterelemente zu verlegen, die Multi-Moden-Fasern enthalten, und zu einem späteren Zeitpunkt zu den Lichtwellenleiterelementen mit Multi-Moden-Fasern Lichtwellenleiterelemente hinzuzufügen, die Ein-Moden-Fasern enthalten, oder durch diese zu ersetzen. Verlegte Lichtwellenleiterelemente können bequem aus dem Kabelkanal herausgezogen werden; und die zu ersetzenden Lichtwellenleiterelemente können unter Anwendung des oben beschriebenen Verfahrens des Vorwärtstreibens durch Mitnahme durch das Fluid eines gasförmigen Mediums eingeführt werden.
In einer dritten Ausführungsform gibt die vorliegende Erfindung einen Lichtwellenleiterkabelaufbau an, der einen verlegten Kabelkanal umfaßt, in dem mindestens ein Lichtwellenleiterelement gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt lose aufgenommen ist.
Die Rohrleitung kann starr oder flexibel sein. Wenn die Rohrleitung mehr als einen Kabelkanal umfaßt, sind die Kabelkanäle bequemerweise als Längshohlräume im Material der Rohrleitung ausgeführt. Die Begriffe "Längshohlraum" und "rohrförmig" bedeuten in diesem Zusammenhang kreisförmig und andere geeignete Formen einer Querschnittsfläche.
Alternativ dazu kann die Rohrleitung mehrere einzelne Rohre umfassen, die von einem gemeinsamen Außenmantel umschlossen werden.
Es ist anzumerken, daß durch die vorliegende Erfindung weitgehend das Risiko vermieden wird; das für den Umgang mit Lichtwellenleiterkabeln mit einer großen Zahl von Fasern charakteristisch ist, daß nämlich vor der Verlegung oder während der Verlegung zufällig in einem einzigen Zwischenfall eine große Zahl der teuren Lichtwellenleiter beschädigt wird.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht auch die Verlegung durchgehender Lichtwellenleiter über mehrere Verlegungslängen ohne Verbindungen
Des weiteren können einzelne, durch die Rohrleitung verlegte Lichtwellenleiterelemente, ohne daß Faserverbindungen erforderlich sind, an Verbindungspunkten in verschiedenen Zweigrohrleitungen verlegt werden.
Die vorliegende Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen und unter Bezug auf die beigefügten Zeichungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 Querschnitt durch eine zur Realisierung der Erfindung geeignete Rohrleitung;
Fig. 2 und 3 relativ vergrößerte Querschnitte durch Lichtwellenleiterelemente;
Fig. 4 schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Einführen von Lichtwellenleiterelementen in Kabelkanäle mittels Mitnahme durch ein Fluid;
Fig. 5 Schemazeichnung einer Verbindung zwischen einer Hauptleitung und einer Zweigleitung;
Fig. 6 Schematische Darstellung zur Erläuterung der in den Berechnungen der Mitnahmekraft verwendeten Notation;
Fig. 7 Schematische Darstellung eines Abschnitts einer modifizierten Antriebseinheit und
Fig. 8 Graphische Darstellung der Mitnahmekraft bezogen auf den Druck.
In Fig. 1 ist eine Rohrleitung 11 gezeigt, die sechs Kabelkanäle 12 umfaßt, wobei ein Kabelkanal ein Lichtwellenleiterelement 14 und einen Kern 13 enthält.
Die Rohrleitung 11 ist aus extrudiertem Polymer oder einem anderen geeigneten Material hergestellt, die Kabelkanäle oder Längshohlräume 12 wurden in der Rohrleitung 11 beim Strangpressen ausgebildet. Der zentrale Kern 13 enthält zwei Kupferdrähte, die für den Testbetrieb während und nach der Verlegung, für die Verstärkerüberwachung, die Stromversorgung und dergleichen erforderlich sind. Alternativ dazu oder zusätzlich kann der Kern 13 Verstärkungen, beispielsweise Spanndrähte, umfassen, um die während der Verlegung der Rohrleitung auftretenden Zugspannungskräfte aufzunehmen.
Falls erforderlich, kann die Rohrleitung von einem Wassermantel (nicht gezeigt) umgeben sein.
Die zwei Test-Kupferdrähte im Kern 13 können auch entfallen, wenn geeignete andere Testmöglichkeiten zur Verfügung stehen, wie z. B. Testverfahren, die die aufeinanderfolgend in die Rohrleitung eingeführten Lichtwellenleiter verwenden, wie im folgenden beschrieben ist.
Fig. 2 ist ein Querschnitt durch ein Lichtwellenleiterelement 21, das eine Form aufweist, die für die Mitnahme durch ein Fluid besonders geeignet ist. Das Lichtwellenleiterelement 21 umfaßt mehrere Fasern bzw. Lichtleiter 22, die lose in einem Polymermantel 23 liegen. Da praktisch während der Verlegung eines Lichtwellenleiterelements durch Mitnahme durch ein Fluid keine Zugbeanspruchung vorhanden ist, braucht das Lichtwellenleiterelement 21 nicht verstärkt zu werden. Die relativ einfache Anordnung bringt auch niedrigere Herstellungskosten mit sich, und sie führt dazu, daß das Lichtwellenleiterelement 21 vergleichsweise leicht ist, wodurch es sich durch die Mitnahme durch ein Fluid einfach verlegen läßt.
Unter bestimmten Umständen kann es wünschenswert sein, ein verstärktes Lichtwellenleiterelement vorzusehen, und Fig. 3 ist ein Querschnitt durch ein derartiges Lichtwellenleiterelement 31, das unter der Voraussetzung, daß es leicht und flexibel genug ausgeführt ist, für eine Einführung mittels Mitnahme durch ein Fluid in einen Kabelkanal 12 der Rohrleitung 11 von Fig. 1 geeignet ist. Das Lichtwellenleiterelement 31 besteht aus mehreren Lichtwellenleitern 32, die um ein Verstärkungselement 33 herum angeordnet sind und in einem Polymermantel 34 liegen.
Die Verlegung einer Lichtwellenübertragungsleitung läuft wie folgt ab:
Die flexible Rohrleitung 11 wird unter Anwendung von herkömmlichen Verfahren, wie z. B. Ziehen mit einem Zugseil in einem vorhandenen Kanal (nicht gezeigt) verlegt.
Da die Rohrleitung 11 zu diesem Zeitpunkt keine Lichtwellenleiter enthält, kann die Rohrleitung 11 in der gleichen Weise wie ein gewöhnliches Kabel verlegt werden, und es muß keine besondere Sorgfalt über die bei der Verlegung herkömmlicher Metallkabel übliche Sorgfalt hinaus aufgewendet werden. Falls erforderlich, ist es zu diesem Zeitpunkt, d. h., bevor die Rohrleitung Lichtwellenleiter enthält, ferner möglich, eine weitere Rohrleitung durch den Kabelkanal zu ziehen, um zusätzliche Kapazität zur Verfügung zu haben.
Da die Rohrleitung darüberhinaus leicht in einem Außendurchmesser ausgeführt sein kann, der mit dem Außendurchmesser der Kabel übereinstimmt, die sich bereits im Kabelkanal befinden, kommt es weniger leicht zu einem Verkeilen als bei einem Standardlichtwellenleiterkabel mit einem kleineren Durchmesser.
Einmal verlegt, können die in den Fig. 2 oder 3 gezeigten Lichtwellenleiterelemente 21 und 31 in so viele Kabelkanäle 12 wie erforderlich eingeführt werden.
Anstelle der oben beschriebenen Lichtwellenleiterelemente 21 und 31, die einen beinahe kreisrunden Querschnitt aufweisen, können die Elemente beispielsweise auch sogenannte Bänder sein; in denen ein dünner, weiter Mantel einen oder mehrere Lichtwellenleiter umschließt, die in der gleichen Ebene liegen.
Verglichen mit den Lichtwellenleitern in den Lichtwellenleiterelementen 21 oder 31 ist die Herstellung der die Leiter und Elemente enthaltende Rohrleitung preiswert und zusätzliche Kabelkanäle 12 für eine künftige Erweiterung können beim Strangpressen der Rohrleitung 11 einfach hergestellt werden, ohne daß sich dadurch die Gesamtkosen übermäßig erhöhen. Die Rohrleitung kann durch entsprechendes Anpassen herkömmlicher Kabelherstellungsverfahren, wie z. B. des Strangpreßverfahrens, hergestellt werden.
Ein über die Oberfläche eines Festkörpers strömendes Gas erzeugt eine Mitnahmekraft, die hauptsächlich von der Geschwindigkeit des Gases relativ zur Oberfläche abhängt. Im Rahmen der Erfindung ist festgestellt worden, daß diese Mitnahmekraft ausreichend vergrößert werden kann, daß sie ein leichtes Lichtwellenleiterelement 21 oder 31 in einer rohrförmigen Bahn, beispielsweise einem Kabelkanal 12 der oben angegebenen Rohrleitung 11, ziehen kann.
In Versuchen wurde festgestellt, daß die Strömungsgeschwindigkeit oder der Luftdurchsatz über einen vorgegebenen Weg beinahe linear vom Druckunterschied zwischen den einander gegenüberliegenden Enden des Weges abhängt, wobei die Steilheit der Abhängigkeit anzeigt, daß die Strömung bei brauchbaren Durchsätzen vorherrschend turbulent ist.
Für einen gegebenen Druckunterschied ändert sich der Durchsatz mit der Größe der freien Querschnittsfläche des Längshohlraums, während sich die auf ein Lichtwellenleiterelement einwirkende Mitnahmekraft, das sich in einem Längshohlraum befindet, mit dem Durchsatz und dem Oberflächenbereich des Lichtwellenleiterelements ändert. Die Mitnahmekraft wurde in Versuchen durch Ändern dieser Parameter, und insbesondere durch die Auswahl eines geeigneten Verhältnisses zwischen dem Durchmesser des Längshohlraums und dem Durchmesser des Lichtwellenleiterelements optimiert.
Es wurden Versuche durchgeführt, bei denen ein Durchmesser des Längshohlraums von 7 mm verwendet wurde. Es wurde festgestellt, daß der optimale Durchmesser des Lichtwellenleiterelements für diese Längshohlraumgröße im Bereich von 2,5 bis 4 mm liegt. Es wurde festgestellt, daß ein Druck unter 80 psi (etwa 5,6 kg/cm²), normalerweise etwa 40 psi, ausreichend ist, um Lichtwellenleiterelemente bis zu 3,5 Gramm pro Meter (g/m) über Längen von 200 Metern einzuführen. Ein Lichtweilenleiterelement mit einem Gewicht von 2 gim kann über diese Länge einfach verlegt werden.
Der theoretische Wert für die Mitnahmekräfte für diese Dimensionen wurde mit 2,5 g/m berechnet, wie unten unter Bezug auf Fig. 6 angegeben ist. Es wird angenommen, daß sich weniger praktische Werte aus der Tendenz der Lichtwellenleiterelemente 21, 31 ergeben, sich auf die Zufuhrspule zu "setzen". Wegen dieses Setzens müßte das Lichtwellenleiterelement 21, 31 gegen die Wand des Längshohlraums 12 getrieben werden, wodurch sich die Reibung erhöht.
Eine geeignete Textur oder Form der Oberfläche des Lichtwellenleiterelements bringt höhere als die gegenwärtig bekannten Mitnahmekräfte mit sich.
Es ist anzumerken, daß die Verwendung der Mitnahme durch ein Fluid zur Einführung von Lichtwellenleiterelementen in rohrförmige Wege sich wesentlich von dem Verfahren unterscheidet, das in dem oben angegeben Artikel zur Einführung von Zuggurten mit Hilfe von Schirmen beschrieben wurde. Der Schirm wird durch den Druckunterschied zwischen der Luft vor und der Luft hinter dem Schirm vorangetrieben, und die Geschwindigkeit der Luft relativ zum sich vorwärtsbewegenden Gurt ist nur minimal, und die Zugkraft greift lokal am Befestigungspunkt des Schirms an. Im Gegensatz dazu ist, wenn eine Mitnahme durch ein Fluid verwendet wird, eine relativ hohe Strömung des Fluids relativ zur Oberfläche der Lichtwellenleiterelemente erforderlich.
Anders als bei der Verwendung von Schirmen oder potentiellen anderen Verfahren zum Einführen von Lichtwellenleiterelementen in rohrförmige Wege wird durch die Verwendung der Mitnahme durch ein Fluid eine einheitlich verteilte Zugkraft auf dem Lichtwellenleiterelement erzeugt. Dadurch wird die Dehnung der Lichtwellenleiter im Lichtwellenleiterelement auf sehr niedrige Werte verringert.
Beim üblichen Ziehen eines Lichtwellenleiterelements durch eine Kurve unter einem Winkel e ist die Zugspannung am vorderen Ende T2 auf die Zugspannung T&sub1; am hinteren Ende T&sub2;/T&sub1; = eµθ bezogen, wobei µ den Reibungskoeffizienten bedeutet. Sogar eine geringe Zahl von Kurven im Weg kann daher dazu führen, daß eine nicht akzeptierbare hohe Kraft am vorderen Ende vorhanden sein muß, um ein Blockieren des Lichtwellenleiterelements zu vermeiden. Demgegenüber wird die verteilte Zugkraft, die durch die Mitnahme durch ein Fluid erzeugt wird, auch in den Kurven gleichmäßig auf dem Lichtwellenleiterelement verteilt, wodurch es möglich ist, eine große Zahl von Kurven einfach und rasch zu bewältigen, ohne daß das Lichtwellenleiterelement übermäßig beansprucht wird.
Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung zum Einführen von Lichtwellenleiterelementen in rohrförmige Wege, wie beispielsweise die Kabelkanäle 12 der Rohrleitung 11 von Fig. 1 Die Vorrichtung besteht aus einem Zufuhrkopf 41, der einen geraden Längshohlraum 44 aufweist, die an einem Ende, dem Auslaßende 42, mit einem flexiblen Rohr 49 und am anderen Ende, dem Einfuhrende 43, mit einer Zufuhrspule (nicht gezeigt) verbunden ist. Der Zufuhrkopf 41 enthält auch eine Einlaßöffnung 45 für Luft. Die Querschnittsflächen des Auslaßendes 42 und des Längshohlraums 44 sind wesentlich größer als die Querschnittsflächen des Lichtwellenleiterelements 46. Die Querschnittsfläche des Längshohlraums des Einfuhrendes 43 ist nur ein wenig größer als die Querschnittsfläche des Lichtwellenleiterelements 46. Durch diese Anordnung wird ein Luftblock gebildet, der der Luft gegenüber einen relativ großen Strömungswiderstand bietet und der dazu dient, zu verhindern, daß Luft durch den Einfuhrkanal 43 entweicht. Das Rohr 49 ist in einen der Kabelkanäle der Rohrleitung 11 eingeführt. Geeignete Dichtungen zwischen dem Zufuhrkopf 41 und dem Rohr 49 sowie dem Rohr 49 und dem Kabelkanal 12 verhindern, daß die Luft entweichen kann.
Im Betrieb wird das Lichtwellenleiterelement 46 mit Hilfe von zwei Gummitreibrollen 47 und 48, die von einem Antriebsmechanismus mit konstantem Drehmoment (nicht gezeigt) angetrieben werden, in das Einfuhrende 43 des Zufuhrkopfes 41 eingeführt. Durch die Lufteinlaßöffnung 45 wird Luft in den Längshohlraum 44 geblasen und durch das Rohr 49 in den Kabelkanal 12 geführt. Das Lichtwellenleiterelement 46 wird durch das Einfuhrende 43 des Zufuhrkopfes in den Längshohlraum 44 und weiter in das Rohr 49 geführt. Das Lichtwellenleiterelement 46 wird solange weiter geschoben, bis die Fläche der Oberfläche des Lichtwellenleiterelements, die der Luftströmung ausgesetzt ist, ausreichend groß ist, um eine Mitnahmekraft zu erzeugen, die das weitere Vorwärtstreiben des Lichtwellenleiterelements 46 durch das Rohr 49 und den Kabelkanal 12 verursacht, während die Zufuhrgeschwindigkeit mit Hilfe der oben angegebenen Gummitreibrollen 47 und 48 gesteuert wird.
Fig. 5 zeigt eine Zweigverbindung zwischen einer Lichtwellenleiterhauptleitung 51 und einer Lichtwellenleiterzweigleitung 52, wobei jede Leitung eine Rohrleitung 53 bzw. 54 und eine oder mehrere Lichtwellenleiterelemente 55 und 56 umfaßt. Da, wie oben beschrieben, die Lichtwellenleiterelemente einzeln in die Kabelkanäle der Hauptrohrleitung 53 eingeführt werden, können, falls erforderlich, einzelne Lichtwellenleiterelemente 55 von der Hauptrohrleitung 53 in die Zweigrohrleitung 54 abgezweigt werden, während die anderen Lichtwellenleiterelemente 56 zum benachbarten Abschnitt 53a der Hauptrohrleitung weiterlaufen.
Bezugnehmend auf Fig. 6 kann die auf das Lichtwellenleiterelement 64 einwirkende Mitnahmekraft innerhalb des Längshohlraums 63 eines Kabelkanals oder Rohres 62 aufgrund einer turbulenten Luftströmung durch den Längshohlraum 63 in der unten angegebenen Weise berechnet werden.
Diese Berechnungen zeigen, daß das, was weiter oben Mitnahme durch ein Fluid oder Mitnahmekraft genannt worden ist, faktisch eine kombinierte Kraft ist, deren Hauptanteil normalerweise auf einem viskosen Zug beruht, und bei der mindestens eine andere wesentliche Komponente auf einer hydrostatischen Kraft f', unten, beruht. Es ist anzumerken, daß die genaue Zusammensetzung der Mitnahmekraft das Prinzip der Erfindung nicht beeinflußt, jedoch kann die weiter unten angegebene detaillierte Analyse für eine Optimierung der bei der Realisierung der Erfindung involvierten Parameter sowie dazu verwendet werden, einen gewissen Leitfaden zur Durchführung von "Trial-and-Error-Experimenten" zu erhalten.
Der Druckunterschied zwischen den Rohrenden kann gleich einer an der Innenfläche des Längshohlraums 63 und der Außenfläche des Lichtwellenleiterelements 64 verteilten Scherkraft angesehen werden. Somit erhält man für ein kleines Element einer Länge Δl, das einen Druckabfall Δp erzeugt:
ΔpT(r²&sub2; - r²&sub1;) = F (1)
wobei bedeuten:
r&sub2; Radius des Längshohlraums des Außenrohrs,
r&sub1; Radius des Innenrohrs,
F auf die Innenwand und Außenwand der Länge des Elements einwirkende viskose Zugkraft.
Wenn nun angenommen wird, daß die Kraft F gleichmäßig über die Fläche der Innenwand und der Außenwand verteilt ist, d. h., die äußere Wand des Lichtwellenleiterelements bzw. die innere Wand des Kabelkanals, beträgt die auf das Lichtwellenleiterelement pro Längeneinheit einwirkende Mitnahmekraft f:
woraus sich, innerhalb der Grenzen, die auf das Lichtwellenleiterelement pro Längeneinheit einwirkende Mitnahmekraft ergibt:
Darüberhinaus muß die durch den Druckunterschied erzeugte Kraft berücksichtigt werden, die auf die Querschnittsfläche des Lichtwellenleiterelements einwirkt. Sie ist lokal proportional dem Druckgradienten und wird daher über die verlegte Länge des Lichtwellenleiterelements in der gleichen Weise wie die viskose Mitnahmekraft verteilt, wodurch die zusätzliche Kraft
entsteht, und woraus sich eine Gesamtkraft pro Längeneinheit von
ergibt.
Um hier eine Anfangsbewertung vornehmen zu können, wird angenommen, daß, unabhängig davon, ob der Längshohlraum ein Lichtwellenleiterelemt enthält oder nicht, der Druck linear über die Länge des Längshohlraums abfällt. Dann wird für einen Längshohlraum von 6 mm Durchmesser mit einem Lichtwellenleiterelement von 2,5 mm O.D. für eine Länge von 300 m (Fig. 8) die Gleichung 5 aufgestellt. Da der Druck normalerweise in psi angegeben ist, wurde das hier aus Bequemlichkeitsgründen beibehalten.
Für die Polyethylen- und Polypropylen-Lichtwellenleiterelemente wurden Reibungskoeffizienten an einer Längshohlraumwand aus Polyethylen von etwa 0,5 gemessen. Daher kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung erwartet werden, daß mit einem Lichtwellenleiterelement eines Gewichtes von 3 glm mit einem Druck von 55 psi eine Länge von 300 m verlegt werden kann. Jede zusätzliche Mitnahmekraft über die Mitnahmekraft hinaus, die zur Überwindung der Reibung erforderlich ist, würde am Startende als eine graduell zunehmende Zugspannung im Lichtwellenleiterelement in Erscheinung treten, wenn die Verlegung fortschreitet.
Fig. 7 zeigt schematisch die Anordnung der modifizierten Antriebseinheit, die unter Bezug auf Fig. 4 beschrieben wurde, wobei die einzige wesentliche Änderung darin liegt; daß die Treibrollen 77 und 78 im Zufuhrkopf 71 eingebaut sind.
Wie die obige Beschreibung unter Bezug auf Fig. 6 gezeigt hat, wird die viskose Mitnahmekraft von einer hydrostatischen Kraft, der Kraft f' aus Gleichung 5 oben, begleitet. Es ist festgestellt worden, daß diese Kraft f' der Einführung des Lichtwellenleiterelements in die Antriebseinheit entgegensteht, wodurch der Einbau der Treibrollen 77 und 78 in die Antriebseinheit vorteilhaft ist. Die oben als hydrostatisches Potential bezeichnete Kraft f' muß überwunden werden, wenn das Lichtwellenleiterelement in die mit Druckluft beaufschlagten Bereiche eingeführt wird. Die Treibrollen müssen von einem Drehmoment angetrieben werden, das gerade ausreichend ist um dieses Potential zu überwinden.
Die Treibrollen sind in den unter Druckluft stehenden Hohlraum 74 eingebaut, und somit ist die auf das Lichtwellenleiterelement einwirkende Kraft, die zur Überwindung des hydrostatischen Potentials erforderlich ist, eine Zugkraft. Wenn sich die Rollen außerhalb der Antriebseinheit befinden würden, würde diese Kraft eine Druckkraft sein, woraus sich die Tendenz des Lichtwellenleiterelements zum Buckeln ergeben würde.
Zur größeren Bequemlichkeit könnte die Antriebseinheit derart ausgeführt sein, daß sie längs der Achse des Lichtwellenleiterelements und senkrecht zum Diagramm oder in einer anderen Ebene geteilt ist. Die Luftdichtungen 72, 73 können beispielsweise Gummilippen oder enge Kanäle sein.
Im Betrieb wird ein in die Antriebseinheit eingeführtes Lichtwellenleiterelement 76 automatisch von den Antriebsrädern mit gerade soviel Kraft aufgenommen wie nötig ist, um das hydrostatische Potential zu überwinden und wird dann in den Kabelkanal 12 weitergeführt. Durch die Mitnahme durch das Fluid der Luft, die den Kabelkanal 12 hinabströmt, wird das Lichtwellenleiterelement 76 den Kabelkanal 12 entlang gezogen, wenn die Verlegung fortgesetzt wird. Das bedeutet, daß eine derartige Antriebseinheit zwischen zwei benachbarten Abschnitten der Rohrleitung angeordnet werden kann, daß ein Lichtwellenleiterelement, das von einem Kabelkanal in der ersten Rohrleitung austritt, in den geeigneten Kabelkanal der zweiten Rohrleitung eingeführt werden kann. Somit könnte eine Verlegung derart durchgeführt werden, daß ein Lichtwellenleiterelement 76 durch eine Anzahl von Rohrleitungen läuft, wobei zwei oder mehr Antriebseinheiten im Tandem verwendet werden, möglicherweise auch ohne Überwachung.
Es ist anzumerken, daß es möglich ist, vor oder während der Verlegung Verbindungen in flüssiger Form oder als Pulver den Kabelkanal entlang zu blasen, um die Lichtwellenleiterelemente zu schmieren. Pulverisierter Talk ist ein Beispiel für ein geeignetes Schmiermittel.
Um eine anschließende Verlegung von Lichtwellenleiterelementen zu ermöglichen, können Kabelkanäle beispielsweise auch in einem Stromversorgungskabel oder in einer herkömmlichen Telefonleitung ausgebildet sein. Im letzteren Falle kann, um das Eindringen von Wasser zu vermeiden, der Kabelkanal bis zur Verlegung der Lichtwellenleiterelemente abgedichtet werden.

Claims

1. Lichtwellenleiterelement (14) zur Blasverlegung, das einen oder mehrere Lichtwellenleiter (22, 32) umfaßt, die jeweils durch eine Primärbeschichtung geschützt und in einem Außenmantel (24, 34) angeordnet sind, wobei der Außenmantei eine Außenfläche aufweist; die derart texturiert oder geformt ist, daß die Mitnahme durch das Fluid verstärkt wird, das auf das Element bei der Verlegung einwirkt.

2. Lichtwellenleiterelement nach Anspruch 1, wobei der Außenmantel eine oder mehrere Leiter eng umschließt.

3. Lichtwellenleiterelement nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, das ein Armierungsselement (23) umfaßt.

4. Lichtwellenleitereiement nach Anspruch 1, wobei das Element kein Verstärkungselement aufweist.

5. Lichtwellenleiterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das einen Außendurchmesser von mindestens 1 mm aufweist.

6. Lichtwellenleiterelement nach Anspruch 5, das einen Außendurchmesser im Bereich von 1 bis 4 mm aufweist.

7. Lichtwellenleiterelement (14) nach Anspruch 6, das einen Außendurchmesser (2r&sub1;) im Bereich von 2,5 bis 4 mm aufweist.

8. Lichtwellenleiterelement (14) nach Anspruch 5, das einen Außendurchmesser (2r&sub1;) von 4 mm oder darüber aufweist.

9. Lichtwellenleiterelement (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Element aus mehreren Lichtwellenleitern (22, 32) und einem gemeinsamen Außenmantel (24, 34) besteht, der die mehreren Lichtwellenleiter umschließt.

10. Lichtwellenleiterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Element nicht mehr als 3,5 g/m wiegt.

11. Lichtwellenleiterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der oder jeder Lichtwellenleiter (22, 32.) ein Ein-Moden-Lichtwellenleiter ist.

12. Lichtwellenleiterelement (14) zur Blasverlegung, das einen oder mehrere Lichtwellenleiter (22, 32) umfaßt, die jeweils duich eine Primärbeschichtung geschützt und in einem Außenmantel (24, 34) angeordnet sind, der einen oder mehrere Leiter eng umschließt, wobei der eine oder die mehreren Leiter im Mantel im wesentlichen derart eingeschnürt ist/sind, daß eine Bewegung nicht möglich ist, wobei das Lichtwellenleiterelement ein Gewicht von maximal 3,5 g/m aufweist, und für einen Leiter einer Länge von 200 m ausreichend leicht und flexibel ist, um in einem 200 m langen Polyethylen-Kabelkanal; der einen Längshohlraumdurchmesser (2 r&sub2;) von 7 mm aufweist, durch Mitnahme durch das verteilte Fluid eines gasförmigen Mediums verlegt zu werden; das über das Leiterelement mit einer hohen mittleren relativen Strömungsgeschwindigkeit strömt; die aus dem Einströmen des gasförmigen Mediums in den Kabelkanal resultiert; und wobei der Außenmantel eine Außenfläche aufweist; die so texturiert oder geformt ist, daß die Mitnahme durch das Fluid verstärkt wird, das auf das Element bei der Verlegung einwirkt.

13. Lichtwellenleiterelement nach Anspruch 12; wobei das Element mit Hilfe des gasförmigen Mediums verlegt werden kann, das in den Kabelkanal unter einem Druck von maximal 552 kPa (80 psi) einströmt.

14. Verfahren zur Vorwärtsbewegung eines leichten und flexiblen Lichtwellenleiterelements, das ein oder mehrere Lichtwellenleiter in einem vorverlegten Kabelkanal umfaßt; wobei das Leiterelement einen Außenmantel aufweist, der Eine Außenfläche hat, die so texturiert oder geformt ist, daß die Mitnahme durch das Fluid verstärkt wird und wobei das Verfahren umfaßt: Leiten eines Gases durch den Kabelkanal in der Richtung der gewünschten Bewegung des Leiterelements mit einer Geschwindigkeit, die im wesentlichen größer als die gewünschte Geschwindigkeit der Vorwärtsbewegung des Leiterelements ist, wodurch die verteilten viskosen Mitnahmekräfte auf die Oberfläche des Leiterelements innerhalb des Kabelkanals derart einwirken; daß das Leiterelement innerhalb des Kabelkanals vorwärtsbewegt wird.

15. Verfahren zur Vorwärtsbewegung eines Lichtwellenleiterelements nach Anspruch 14, wobei das Verhältnis des Außendurchmessers des Leiterelements und des Innendurchmessers des Kabelkanals zwischen 0,35 und 0,56 zu 1 ist.

16. Verfahren zur Vorwärtsbewegung eines Lichtwellenleiterelements nach Anspruch 14 oder 15, wobei das Leiterelement einen Durchmesser von mindestens 4 mm aufweist

17. Verfahren zur Vorwärtsbewegung eines Lichtwellenleiterelements nach einern der Ansprüche 14 bis 16, wobei das Leiterelement ein Verstärkungselement aufweist.

18. Lichtwellenleiterkabelaufbau, der einen verlegten Kabelkanal umfaßt, in dem mindestens ein Lichtwellenleiterelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 lose aufgenommen ist.

19. Kabelaufbau nach Anspruch 18, wobei der Kabelkanal ein Schmiermittel enthält, das bei der Verlegung des Leiterelements verwendet wird.

20. Kabelaufbau nach Anspruch 18 oder 19, der eine flexible Rohrleitung umfaßt, in der mehrere Kabelkanäle als Längshohlräume im Material der Rohrleitung ausgeführt sind.

21. Kabelaufbau nach Anspruch 20, wobei die Rohrleitung aus einem extrudierten Polymermaterial hergestellt ist und die Längshohlräume beim Strangpressen der Rohrleitung ausgebildet wurden.

22. Kabelaufbau nach Anspruch 18 oder 19, der eine Rohrleitung umfaßt, der mehrere einzelne Rohre enthält, die von einer gemeinsamen Außenhülle umgeben sind.

23. Kabelaufbau nach einem der Ansprüche 18 bis 22, wobei der Kabelkanal oder jeder Kabelkanal einen Innendurchmesser von 10 mm oder darunter aufweist.

24. Kabelaufbau nach Anspruch 23, wobei der Kabelkanal oder jeder Kabelkanal einen Innendurchmesser im Bereich von 3 bis 7 mm aufweist.

25. Kabelaufbau nach einem der Ansprüche 18 bis 24, wobei die Kabelkanäle aus Polyethylen hergestellt sind.

26. Kabelaufbau nach einem der Ansprüche 18 bis 25 in Form eines Stromkabels

27. Kabelaufbau nach einem der Ansprüche 18 bis 25, der im wesentlichen keine Verstärkung aufweist.

28. Kabelaufbau nach einem der Ansprüche 18 bis 27, der mehr als 200 m lang ist