DE3606589A1 - Zug- und druckfestes optisches seekabel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein zug- und druckfestes optisches Seekabel mit mehreren optischen Übertragungselementen.

Ein optisches Seekabel dieser Art ist beispielsweise aus der EP-A1 00 88 519 bekannt. Auch für eine entsprechend große Anzahl von Lichtwellenleitern ist dabei insgesamt stets eine konzentrische Gesamtstruktur des Kabelaufbaus vorgesehen, d. h. die einzelnen der Zugfestigkeit und der Druckfestigkeit dienenden Lagen sind in konzentrischer Anordnung aufgebracht. Die Fasern selbst sind in einer einzigen geschlossenen innersten Kammer untergebracht. Bei Längsbelastung und der damit verbundenen Dehnung des Kabels können die Fasern vor unzulässiger Beanspruchung dadurch geschützt werden, daß sie entweder mit einer ausnutzbaren Überlänge in die Seele eingebracht werden oder die Bewehrung selbst so stark ausgebildet wird, daß sie jede unzulässige Dehnung verhindert. Dies hat zur Folge, daß die Gesamtaufbauten dieser Kabel sehr schwer werden und relativ viele Spleißstellen bei den optischen Fasern erforderlich sind, weil derartige Seelen wegen ihres schweren und dicken Aufbaus nur in begrenzten Längen z. B. von 5 bis 10 km hergestellt werden können. Derartige Spleißstellen bilden aber besondere Schwachpunkte des gesamten optischen Seekabels und sollten deswegen möglichst weitgehend vermieden werden. Der Aufwand an Zugelementen ist wenig abhängig von der Faserzahl.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein auch bis zu sehr großen Tiefen verwendbares einfach und in großen Längen herstellbares Seekabel zu schaffen, das leicht an den jeweiligen Anwendungsfall angepaßt werden kann und bei dem die benötigte Zahl von optischen Übertragungselementen je nach Anwendungsfall in einfacher Weise zusammengestellt werden kann.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem zug- und druckfesten optischen Kabel mit mehreren optischen Übertragungselementen dadurch gelöst, daß das Seekabel aus mehreren jeweils gleich aufgebauten Kabelelementen zusammengesetzt ist, die zu einem Bündel zusammengefaßt sind, daß jedes Kabelelement ein optisches Übertragungselement enthält und für sich druckfest ausgebildet ist, und daß jedes Kabelelement für sich eine zugfeste Bewehrung aufweist.

Der durch das erfindungsgemäße optische Seekabel erzielbare Vorteil liegt in der einheitlichen Herstellung großer Mengen und Längen eines direkt verwendbaren oder weiterverwendbaren Kabelelementes. Dieses Kabelelement selbst stellt somit jeweils den Grundbaustein für ein optisches Seekabel dar, das je nach der jeweils gewünschten Aderzahl aus entsprechend vielen derartigen Kabelelementen zusammengesetzt wird. Ein derartiges Kabelelement kann in großen Längen ohne Spleißstellen hergestellt werden, wobei Längen zwischen 10 km und 100 km realisierbar sind. Die Kombination der einzelnen Kabelelemente zum endgültigen Seekabel erfolgt in einfacher Weise mittels einer Bündelung. Da jedes Kabelelement die notwendige Mindestbewehrung erhält und für sich druckfest geschützt ist, bleibt auch die aus den einzelnen Kabelelementen gebildete Gesamtkonstruktion im Rahmen des Bündels ihrerseits wieder druckfest und zugfest.

Für besonders hohe Beanspruchungen im Rahmen der Verlegung des Seekabels können bei dem Bündel zusätzliche, außerhalb der einzelnen Kabelelemente liegende Zugelemente angeordnet sein. Diese Zugelemente liegen zweckmäßig im Bereich der Zwickel zwischen den einzelnen Kabelelementen.

Das aus den Kabelelementen gebildete Bündel wird zweckmäßig durch mindestens eine Haltewendel, vorzugsweise durch zwei sich kreuzende Haltewendeln zusammengehalten.

Eine besonders vorteilhafte Konstruktion des fertigen optischen Seekabels ist dann zu erreichen, wenn die einzelnen Kabelelemente ggf. zusammen mit einem zentralen Zugelement mit wechselnder Schlagrichtung (SZ-Verseilung) miteinander verseilt werden. Dies hat zur Folge, daß bei großen Zugbeanspruchungen eine gewisse Längsdehnung des Kabels ohne größere Dehnung der die optischen Fasern enthaltenden Elemente ermöglicht wird. In diesem Zusammenhang ist es zweckmäßig, die Verseilung der einzelnen Kabelelemente so vorzunehmen, daß zwischen zwei Umkehrstellen jeweils nicht mehr als 1 bis 3, vorzugsweise 2 Verseilschläge liegen. Das zentrale Zugelement muß dann eine größere Zerreißdehnung als die bewehrten LWL-Elemente haben.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert, in der im Schnitt ein gemäß der Erfindung aufgebautes optisches Seekabel SK dargestellt ist. Im vorliegenden Beispiel ist angenommen, daß das Seekabel aus drei Kabelelementen KE 1, KE 2, KE 3 zusammengesetzt ist, die untereinander jeweils gleichen Aufbau zeigen und wobei der Aufbau im einzelnen anhand des Kabelelementes KE 1 erläutert wird. Im Kern jedes Kabelelementes KE 1 ist ein optischer Lichtwellenleiter LW 1 angeordnet, der mit einer entsprechenden Primärbeschichtung (Coating) CT 1 versehen ist und einen Außendurchmesser in der Größenordnung von etwa 500 µm besitzt. Dieses optische Übertragungselement LW 1 samt seiner Beschichtung CT 1 kann in sehr großen Längen hergestellt werden und zwar bis zu etwa 100 km, wobei bevorzugt Monomodefasern verwendet werden sollten. Nach der Primärbeschichtung CT 1 folgt weiter außen eine Gleitmasse FC 1, welche sicherstellen soll, daß sich die beschichtete Lichtwellenleiterfaser LW 1 in gewissem Umfang innerhalb dieser Masse FC 1 bewegen kann und Zug-, Biege- oder Dehnungsvorgänge der äußeren Hüllen nicht direkt sondern gemittelt auf den Lichtwellenleiter LW 1 übertragen werden. Die Schichtdicke des Gleitmaterials FC 1, welches beispielsweise aus thixotropierten Ölen oder dergleichen bestehen kann, wird in der Größenordnung von 50 bis 75 µm gewählt. Darüber ist eine zug- und druckfeste Hülle (Innenmantel) IM 1 vorgesehen, die aus einem Spritzgußwerkstoff besteht. Der Außendurchmesser dieser Hülle liegt bei etwa 0,8 bis 1 mm, bevorzugt um 0,9 mm. Auf diese innere Hülle IM 1 wird eine vollständige geschlossene Lage einer Bewehrung BW 1 aufgebracht, die zweckmäßig aus Federstahldrähten besteht (z. B. 10 Drähte mit 0,4 mm Durchmesser oder 11 Drähte mit 0,35 mm Durchmesser, die mit einem Schlagwinkel zwischen 88° und 89° aufgebracht sind). Die inneren Zwickel der Bewehrung BW 1 sind mit einem geeigneten Füllmittel, z. B. einem Schmelzkleber gefüllt, während die äußeren Zwickel von dem nachträglich durch Extrudieren aufgebrachten Außenmantel AM 1 mit ausgefüllt werden. Der Außenmantel AM 1 weist eine Wandstärke in der Größenordnung zwischen 0,25 und 0,5 mm auf und besteht bevorzugt aus einem UV-stabilisierten Polyamid (z. B. PA12). Das gesamte Kabelelement KE 1 ist somit etwa zwischen 2,2 und 2,8 mm dick, kann zugfest bis zu 2000 N oder mehr gemacht werden, ist langfristig je nach Aufbau mit 500 bis 1000 N belastbar und hat eine mittlere Dichte (in Luft) zwischen 2,5 und 3. Mit geeigneten Einrichtungen läßt sich ein derartiges Kabelelement in Längen bis zu 100 km herstellen, ohne daß im Inneren ein Spleiß notwendig wird, weil die Vorratslängen für die Lichtwellenleiteradern bis zu 100 km betragen. Dank des symmetrischen Aufbaus und einer vollständigen Füllung aller Spalte und etwaigen Zwickel ist das Element druckfest bis zu 600 Bar und zusätzlich längswasserdicht. Das Element selbst ist für alle Fasertypen, also auch für Monomodefasern bei 1550 Nm ohne Zusatzdämpfung einsetzbar und kann ohne weitere Bewehrung als ein Faser-Tiefseekabel über Entfernungen bis zu 100 km (ohne Zwischenverstärkung) verwendet werden. Dank des großen Steigungswinkels der Bewehrung ist das bei Zugbelastung auftretende Drehmoment weitgehend vernachlässigbar.

Je nach Anwendungsfall wird nun eine entsprechende Anzahl von derartigen untereinander gleichen Kabelelementen (im folgenden Beispiel also 3) zu einem Bündel zusammengefaßt, welches das fertige Seekabel SK bildet. Um den Zusammenhalt zu gewährleisten, kann eine Haltewendel HW aufgebracht werden, welche die Kabelelemente KE 1 bis KE 3 zusammenhält. Es ist zweckmäßig, insbesondere bei SZ-Verseilung, die Haltewendel doppelt und zwar im Gegenschlag aufzubringen. Außen kann auch noch eine dünne, einfache Mantelschicht aufgebracht werden, um eine geschlossene Oberfläche zu erzeugen, die aber nichts weiter für die Druck- und Zugfestigkeit des Seekabels beitragen muß, da diese durch die Kabelelemente gewährleistet ist. Die Verseilung der Kabelelemente KE 1 bis KE 3 selbst erfolgt zweckmäßig mit wechselnder Schlagrichtung (SZ-Verseilung), wobei zwischen zwei Umkehrstellen nur zwischen 1 und 3, vorzugsweise 2 Verseilschläge liegen sollten. Wenn eine derartige SZ-Verseilung angewandt wird, dann kann die jedem Kabelelement innewohnende Eigenfestigkeit (Dehnung ca. 10^-3 je 200 N) (ggf. zusammen mit einem gesteckten zentralen Zugelement ZE) zum Aufbau hochdehnbarer Gesamt-Kabelkonstruktionen SK verwendet werden. Die ausnutzbare Lichtwellenleiter-Überlänge wird hier jedoch nicht durch Einbringung derselben ins Grundelement oder durch eine als Folge des Verseilens entstehende radiale Ausweichmöglichkeit erzeugt, sondern entsteht aus der SZ- Verseilung der einzelnen für sich bewehrten volständigen Kabelelemente KE 1 bis KE 3, ggf. zusammen mit verseilten Zugelementen ZE 1 bis ZE 3 und einem unverseilten gerade (gestreckt) verlaufenden Zugelement ZE. Da nur sehr wenige Schläge zwischen zwei Umkehrstellen liegen und zudem zweckmäßig mit hohen Schlagwinkeln um 80° herum gearbeitet wird, wandert bei Dehnung des Kabels unter dem Zwang der eigenen Bewehrung BW 1 jede Umkehrstelle reversibel um den Umfang des Seekabels.

Der Winkel, der bei Dehnung des Kabels um benötigt wird, ist für n Schläge zwischen 2 Umkehrstellen, unter Berücksichtigung einer angepaßten Umkehrstellen- Länge wobei aber 1 ≦ωτ n ≦ωτ 3 sein muß, bevorzugt n = 2 ist, da weder der Längen-Einfluß der Umkehrstelle noch der Umfangswinkel des Wanderns der Umkehrstellen zu groß werden darf.

Die SZ-Verseilung muß unter Verwendung mindestens einer Haltewendel mit einer Schlaglänge von ca. 20% des Verseilschlages oder besser zweier gekreuzter Haltewendeln mit etwa doppeltem Verseilschlag vor sich gehen.

Die entstehende Kabelseele kann mit äußeren oder inneren Zusatz-Tragelementen versehen werden. Die SZ-Verseilung ermöglicht die Herstellung sehr großer Längen in einem Stück.

Aufbau-Beispiel: 10-Faser-Kabel

Claims (9)

1. Zug- und druckfestes optisches Seekabel (SK) mit mehreren optischen Übertragungselementen (LW 1, LW 2, LW 3) dadurch gekennzeichnet, daß das Seekabel (SK) aus mehreren jeweils gleich aufgebauten Kabelelementen (KE 1, KE 2, KE 3) zusammengesetzt ist, die zu einem Bündel zusammengefaßt sind, daß jedes Kabelelement (KE 1, KE 2, KE 3) ein optisches Übertragungselement (LW 1, LW 2, LW 3) enthält und für sich druckfest ausgebildet ist, und daß jedes Kabelelement (KE 1, KE 2, KE 3) für sich eine zugfeste Bewehrung (BW 1, BW 2, BW 3) aufweist.

2. Seekabel nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß dem Bündel außerhalb der Kabelelemente (KE 1, KE 2, KE 3) liegende Zugelemente (ZE 1, ZE 2, ZE 3) zugeordnet sind.

3. Seekabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zentrales, gestreckt durchlaufendes Zugelement (ZE) vorgesehen ist.

4. Seekabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bündel durch mindestens eine Haltewendel (HW), vorzugsweise durch zwei gekreuzte Haltewendeln, zusammengehalten ist.

5. Seekabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kabelelemente (KE 1, KE 2, KE 3) mit wechselnder Schlagrichtung (SZ-Verseilung) miteinander verseilt sind.

6. Seekabel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei Umkehrstellen zwischen 1 und 3, vorzugsweise 2 Verseilschläge liegen.

7. Seekabel nach Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlagwinkel um 80° gewählt sind.

8. Seekabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kabelelement (z. B. KE 1) mit einer ringförmigen vollständigen Lage einer Bewehrung (BW 1) versehen ist.

9. Seekabel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewehrung (BW 1) mit einem großen Schlagwinkel, vorzugsweise zwischen 88° und 89° aufgebracht ist.