DE3650256T2

DE3650256T2 - Optisches Kabel.

Info

Publication number: DE3650256T2
Application number: DE3650256T
Authority: DE
Inventors: Ian Houghton
Original assignee: STC PLC
Current assignee: STC PLC
Priority date: 1985-09-14
Filing date: 1986-09-05
Publication date: 1995-06-29
Anticipated expiration: 2006-09-06
Also published as: ES2003870A6; CN86106536A; AU6269186A; AU590797B2; EP0216548A2; CN1015571B; JPS6280611A; EP0216548A3; US4859025A; CA1277163C; DE3650256D1; EP0216548B1; NZ217514A; ATE119681T1; IN170223B; JPH0814648B2

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Lichtwellenleiterkabel, insbesondere auf Luftkabel mit großer Spannweite, die Lichtwellenleiter oder optische Fasern enthalten.
Es wurden verschiedenartige Kabelkonstruktionen zur Verwendung als Luftkabel mit Lichtwellenleitern vorgeschlagen, beispielsweise als Erdleiter in einen Freileitungs-Leistungsübertragungssystem. Wenn ein Freileitungs-Leistungsübertragungssystem installiert wird, ist es zweckmäßig, die gleiche Route für reine Telekommunikationszwecke zu verwenden, und es wurde bereits vorgeschlagen, ein Kommunikationssystem über eine Erdleitung eines Leistungsübertragungssystems zu schaffen. Das britische Patent 2 029 043 B stellt ein Beispiel für ein Freileitungs-Erdleiterkabel für ein Leistungsübertragungssystem mit einem Lichtwellenleiter für Telekommunikationszwecke dar.
Bei vorhandenen Leistungsübertragungsstrecken, bei denen bisher kein Lichtwellenleiterkabel in dem Erdleiter installiert war, bestehen drei Alternativen zur Installation eines Lichtwellenleiterkabels auf einer vorhandenen Strecke. Die erste Alternative besteht im Ersatz des vorhandenen üblichen Erdleiters durch einem Lichtwellenleiter-Erdleiter, wie er in dem vorstehend genannten britischen Patent 2 029 043 B beschrieben ist. Eine weitere Alternative besteht darin, das Lichtwellenleiterkabel um einen Leistungsleiter des Systems zu wickeln, während eine dritte Alternative in der Installation eines selbsttragenden Lichtwellenleiter-Luftkabels dadurch bestehen würde, daß dieses Kabel an Masten aufgehängt wird, die das vorhandene System tragen.
Die beiden ersten vorstehend genannten Optionen sind aufwendig und unzweckmäßig, weil sie die vollständige Abschaltung des Leistungsübertragungssystems erfordern, während die Modifikationen durchgeführt werden.
Die dritte Alternative ergibt eine befriedigendere Lösung. Es ist jedoch nicht wünschenswert, ein Kabel zu installieren, das metallische Elemente enthält, weil das Vorhandensein eines zusätzlichen elektrisch leitenden Kabels in der Nähe der Leistungsleiter eines Leistungsübertragungssystems in nachteiliger Weise bestimmte Aspekte des Betriebes des vorhandenen Systems beeinflußt. Es ist daher erforderlich, ein nichtmetallisches Lichtwellenleiterkabel vorzusehen, und ein derartiges Kabel wurde bereits vorgeschlagen. Dieses bekannte Lichtwellenleiter-Luftkabel wird von der Firma Standard Electric Lorenz in Deutschland hergestellt und umfaßt eine schraubenlinienförmig aufgelegte Lichtwellenleiterpackung, die von einem glasfaserverstärkten Rohr umgeben ist, das als das Zugfestigkeitselement wirkt und an seinem Platz um das Lichtwellenleiterbündel herum während der Herstellung des glasfaserverstärkten Zugfestigkeitselementes gebildet wird.
Obwohl ein derartiges Kabel in wirkungsvoller Weise eine selbsttragende Telekommunikationsstrecke in dem vorhandenen Leistungsübertragungssystem bildet, hat es dennoch gewisse Nachteile, wobei nicht die geringsten Nachteile in den Kosten des Kabels und dem begrenzten Ausmaß der erzielbaren überschüssigen Lichtwellenleiterlänge zur weitgehenden Verringerung von Schäden an dem Lichtwellenleiter unter Betriebsbedingungen bestehen.
Eine weitere Kabelkonstruktion ist in der FR-A-2 534 385 beschrieben. Bei dieser Anordnung sind Lichtwellenleiter in einem Kernbauteil eingeschlossen, das mit Zugfestigkeitselementen versehen ist.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein metallfreies Lichtwellenleiter-Luftkabel zu schaffen, das in der Herstellung billig und in seiner Anwendung wirkungsvoll ist.
Entsprechend einem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung wird ein Lichtwellenleiter-Luftkabel geschaffen, das für große Spannweiten geeignet ist, wobei das Kabel ein langgestrecktes Kernbauteil mit einer Längsmittelachse und mit einem einzigen offenen Schlitz, der sich entlang des Kernbauteils erstreckt, zumindestens einen Lichtwellenleiter, der in dem Schlitz in einer derartigen Weise angeordnet ist, daß sich eine überschüssige Länge des Lichtwellenleiters in dem Schlitz befindet, und den Schlitz verschließende Einrichtungen einschließt, wobei das Kabel dadurch gekennzeichnet ist, daß die Tiefe des Schlitzes derart ist, daß der Boden des Schlitzes zwischen der Öffnung des Schlitzes und der neutralen Achse in dem Kernbauteil liegt, wenn das Kernbauteil in einer Ebene durch den Schlitz und die Längsmittelachse gebogen wird.
Gemäß einem weiteren Grundgedanken der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Lichtwellenleiter-Luftkabels geschaffen, das für große Spannweiten geeignet ist, wobei das Verfahren die Schritte der Schaffung eines langgestreckten Kernbauteils mit einer Längsmittelachse und mit einem einzigen offenen Schlitz, der sich entlang des Kernbauteils erstreckt, die Einführung zumindestens eines Lichtwellenleiters in den Schlitz derart, daß sich eine überschüssige Länge des Lichtwellenleiters in dem Schlitz ergibt, und des Anwendens von Einrichtungen zum Verschließen des Schlitzes einschließt, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß die Tiefe des Schlitzes derart ist, daß der Boden des Schlitzes zwischen der Öffnung des Schlitzes und der neutralen Achse des Kernbauteils liegt, wenn das Kernbauteil in einer Ebene durch den Schlitz und die Längsmittelachse gebogen wird, und daß die überschüssige Länge der Faser dadurch erzielt wird, daß nach dem Schritt der Einführung des zumindestens einen Lichtwellenleiters das Kernbauteil in der genannten Ebene gebogen wird, wobei der Schlitz in Radialrichtung nach außen von der neutralen Biegeachse angeordnet ist, so daß eine vorübergehende Längsdehnung des Schlitzes und eine nachfolgende Geradstreckung des Kernbauteils hervorgerufen wird, um den Schlitz auf seine ursprüngliche Länge zurückzuführen.
Vorzugsweise weist der Schlitz einen ebenen Boden auf, und das Lichtwellenleiter-Bandleitungselement liegt auf dem flachen Boden und weist eine Breite ähnlich der Breite des Bodens auf.
Vorzugsweise sind weiterhin zwei Lichtwellenleiter-Bandleitungselemente vorgesehen, die flach übereinander angeordnet sind.
Vorzugsweise besteht das Kernbauteil aus einem glasverstärkten Kunststoffstab, und in einem Beispiel ist der Durchmesser des
Stabes ungefähr gleich 10 mm. Das glasverstärkte Kunststoffmaterial kann Glas vom E-, S-, R- oder T-Gütegrad zusammen mit Polyester-, Vinylester-Kunststoffen oder Kunstharzen auf Epoxy-Basis verwenden.
Fig. 1 zeigt im Querschnitt ein selbsttragendes Lichtwellenleiterkabel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Kernteils des Kabels nach Fig. 1 und wird zur Erläuterung der Konstruktion des Kabels verwendet,
Fig. 3 zeigt schematisch einen Teil der Herstellungsvorrichtung zur Hersellung des in Fig. 1 gezeigten Kabels,
Fig. 4 zeigt im Querschnitt ein Lichtwellenleiter-Luftkabel gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 5 zeigt schematisch ein Herstellungsverfahren zur Herstellung des Kabels nach Fig. 4, und
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung, die einige der Berechnungen hinsichtlich der Abmessungen des Kernbauteils erläutert.
In Fig. 1 ist ein elektrisch nichtleitender geschlitzter Kern aus homogenem Material in Form eines Profils 1 mit C-Querschnitt gezeigt, der aus glasfaserverstärktem Kunststoffmaterial mit Hilfe eines Ziehextrusions- oder ähnlichen Verfahrens hergestellt ist. Dieser Kern könnte aus irgendeinem anderen faserverstärkten Verbundwerkstoff hergestellt sein, der nichtmetallisch ist und der als Kabel-Zugfestigkeitselement und Armierung wirkt und mit einem Elastizitätsmodul von zumindestens 40000 N/mm² elastisch ist. Beispielsweise könnten die Fasern Aramid-Fasern (wie z.B. Kevlar - Warenzeichen) oder Kohlenstofffasern sein. Das Kunststoffmaterial ist ein Material auf der Grundlage von Polyester. Ein Elastizitätsmodul für das glasfaserverstärkte Material würde zumindestens 40000 N/mm² und in der Größenordnung von 45000 N/mm² betragen, und dies kann durch die Verwendung von Glas mit einem E-Gütegrad erzielt werden. Je höher der Elastizitätsmodul ist, um so besser ist es jedoch, und Elastitzitätsmodulen von 70000 sind unter Verwendung von Glas mit dem T-Gütegrad (Japan) erzielbar.
Ein Schlitz verläuft geradlinig entlang des Profils 1, und er ist so angeordnet, daß er auf der Außenseite des Profils liegt, während dies um eine Haspel 9 gebogen wird, um eine überschüssige Lichtwellenleiterlänge zu erzielen, wie dies ausführlicher in Fig. 3 gezeigt ist. Der Schlitz 2 nimmt Lichtwellenleiter oder optische Fasern 3 auf, die in einem losen Rohr 3A untergebracht sind. Um die Außenseite des Profils mit C-Querschnitt herum ist eine Verbundkunststoffhülle angeordnet, die aus einem sich in Längsrichtung erstreckenden Band 13, einer gewebten Garnumwicklung 15 und aus einem extrudierten Außenmantel 14 besteht. Hierdurch werden die Lichtwellenleiter 3 in dem Schlitz 2 gehalten. Es kann wahlweise ein Füllelement 5 (das gestrichelt dargestellt ist) vorgesehen sein, das den Schlitz verschließt und verhindert, daß die Lichtwellenleiter 3 im Inneren des Schlitzes 2 herumschlagen, und bei dieser Abänderung würde es nicht erforderlich sein, das Band 13 vorzusehen.
Bei der Herstellung des Kabels ist es wichtig, daß das fertige Kabel eine überschüssige Länge an Lichtwellenleiter in dem Schlitz 2 aufweist. Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 ist zu erkennen, daß dies bei der bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens dadurch erzielt wird, daß das Profil 1 von einer Vorratstrommel 7, die eine Bremse 8 aufweist, die angelegt werden kann, um die Drehung der Trommel 7 zu bremsen, über eine Haspel 9 auf eine Voratstrommel 10 geführt wird. Ein Ausrichtgesenk 10 springt in den Schlitz 2 vor, um sicherzustellen, daß der Schlitz in Radialrichtung nach außen bezüglich der Haspel 9 gehalten wird, obwohl festgestellt wurde, daß das Profil eine natürliche Neigung hat, diesen Schlitz nach außen auszurichten, wenn es gebogen wird. Der Durchmesser der Haspel 9 ist nahezu oder absolut gleich dem konstruktiven minimalen Biegedurchmesser des Kabels. Wenn das Profil sich in Richtung auf die Haspel 9 bewegt, werden in Rohren angeordnete Lichtwellenleiter 3, 3A von einer Vorratstrommel 12 eingespeist, und die zusammengesetzte Ummantelung wird dadurch gebildet, daß ein längsverlaufendes Polyäthylenband, wie z.B. 13, von einer Vorratstrommel 13A, mit überlappenden Rändern aufgebracht wird. Über dem längsverlaufenden Band 13 wird ein schraubenlinienförmig gewickelter Binder 15 aus Polyestermaterial an einer Station 16 aufgebracht. Das teilweise ummantelte Profil 1 wird dann um die Haspel 9 herumgeführt, deren Durchmesser angenähert gleich dem minimalen konstruktiven Biegedurchmesser des Kabels ist, wobei dieser im Bereich von 0,6 Meter für einen Profilkern mit einem Durchmesser von 8 mm un von bis zu 1,5 Meter für einen Kern mit 12 mm liegen würde. Das Profil würde dann mit bis zu vier Windungen um die Haspel gelegt, und die Aufgabe der Haspel besteht darin, eine überschüssige Länge des Lichtwellenleiters in dem Kabel hervorzurufen. Danach wird eine eine geringe Dichte aufweisende Polyätyhlen-Hülle 14, die UV-stabil ist, über den schraubenlinienförmigen Binder an der Station 14A extrudiert und verschmilzt mit dem längsverlaufenden Band 13, um ein Gleiten des zusammengesetzten Mantels gegenüber dem Profil 1 zu verhindern, beispielsweise wenn dies eingeklemmt wird.
Der Abstand zwischen der Zuführungseinrichtung 12 für die in einem Rohr angeordneten Lichtwellenleiter und der Haspel 9 wird kurz gehalten, beispielsweise auf 1 bis 2 Meter, obwohl dieser Abstand länger sein könnte, vorausgesetzt, daß die überschüssige Faser von der Haspel 'eingezogen' werden kann, ohne daß eine Rückführung um die Haspel herum auftritt.
Die überschüssige Länge des in einem Rohr angeordneten Lichtwellenleiters in dem aufgebauten Kabel wird aufgrund der Umfangsunterschiede der Lichtwellenleiter 3A in dem Schlitz 2 des Profils 1 erzielt. Eine überschüssige Faserlänge wird zusätzlich dadurch erzielt, daß das Rohr 3A um die Lichtwellenleiter 3 herum geschrumpft wird, wenn die Lichtwellenleiter 3 in dem Rohr 3A in einem vorhergehenden Verfahrensschritt eingelegt werden, indem das Rohr 3A nach der Extrusion um die Lichtwellenleiter 3 herum sorgfältig abgekühlt und getrocknet wird. So wird gemäß Fig. 2 unter der Voraussetzung, daß die neutrale Achse 1A des Profils 1 unter dem Boden des Schlitzes 2 liegt, eine überschüssige Länge der in dem Rohr angeordneten Lichtwellenleiter 3A erzielt, und diese überschüssige Länge wird wirksam, wenn das Kabel im Gebrauch geradegezogen wird.
Wenn das Profil nach den Verlassen der Haspel 9 geradegezogen wird, so verkürzt es sich an der oberen Schlitzseite und verlängert sich auf seiner von dem Schlitz entfernten unteren Seite. Das Profil kann sich im Ergebnis möglicherweise um seinen Massenmittelpunkt drehen oder biegen, und das Element, das in dem Schlitz angeordnet wurde, wird daher schlaff, nachdem es eine überschüssige Länge gegenüber dem Schlitz angenommen hat. Dies tritt unter der Voraussetzung ein, daß der rzberschurü' sich nicht entlang der Haspel zurückbewegen kann. Dies erfordert ein beträchtlich hohes Ausmaß an Reibung oder eine große Kontaktfläche. Dies kann möglicherweise durch eine 360º-Windung um die Haspel 9 herum erzielt werden, d.h. eine Umdrehung, doch können sich 2, 3 oder sogar 4 Windungen als erforderlich herausstellen, um eine Rückführung von dem geraden Teil zwischen der Haspel 9 und der Aufwickeltrommel 10 zu verhindern, was im Ergebnis die überschüssige Faserlänge verringern würde. Die Aufwickeltrommel 10 ist größer als die Haspel und weist eine ähnliche Größe wie die Trommel 7 auf, beispielsweise einen Durchmesser von 1,2 bis 1,7 Metern. Das Ausmaß der überschüssigen Elementenlänge in dem Schlitz wird durch den Abstand des Bodens des Schlitzes von der neutralen Achse des Profils bestimmt. Je größer dieser Abstand ist, desto größer ist der proportionale Überschuß der Länge des Elementes, der erzielt wird.
Wenn das Profil um einen Radius r (Fig. 2) gebogen wird und das Element um einen Radius r+a+b gebogen wird, worin a der Abstand der Basis des Schlitzes von der neutralen Achse des Profils und b der Abstand der Drehachse des Elementes von der Basis des Schlitzes ist, so ergibt sich die Pfadlängendifferenz zu:
Wenn r der minimale Biegeradius des Profils ist, beispielsweise 300 mm, und wenn a+b gleich 1 mm ist, so ist die überschüssige Lichtwellenleiterlänge = 1/300 = 0,0033
= 0,33%.
Die überschüssige Länge an Lichtwellenleiter wird durch die Abbindung und das Band festgehalten, die durch die Bezugsziffern 13, 15 und 14 bezeichnet sind.
Es gibt zwei geeignete Größen für den Kern 1, nämlich einen Durchmesser von 8 mm für das Profilbauteil, wobei ein derartiger Kern für Mastenabstände von 335 Metern bis 427 Metern (1100 bis 1400 Fuß) in Bereichen geeignet ist, in denen keine Möglichkeitvon Eis besteht, beispielsweise im Sudan oder Indien, und ein Durchmesser von 12 mm für Länder, in denen eine Vereisung berücksichtigt werden muß, beispielsweise in Großbritannien. Der maximal in Auge gefaßte Durchmesser beträgt 14 mm. Für die Größe von 8 mm weist der Schlitz eine Tiefe von 4 mm und eine Breite von 3 mm auf, doch könnte er auch optimal 2,5 mm breit sein. Für das Profil mit 12 mm Durchmessern liegt die Schlitztiefe zwischen 4 und 6 mm, und die Breite liegt zwischen 2,5 mm und 3,2 mm.
Es sind vier bis sechs Lichtwellenleiter 3 vorgesehen (obwohl bis zu 10 Lichtwellenleiter vorgesehen sein könnten), und diese Lichtwellenleiter sind vorher in dem Kunststoffrohr 3A angeordnet. Es wurde festgestellt, daß dies einen zuverlässigen Überschuß an Länge der Lichtwellenleiter bei der Installation in dem Schlitz in dem Profil ergibt. Ein Überschuß von ungefähr 0,2 bis 0,25% kann in dem von dem Rohr umgebenen Lichtwellenleiter durch ein kontrolliertes Schrumpfen des Rohres während der Extrusion und durch eine gesteuerte Abkühlung des Rohres um die Lichtellenleiter herum erzielt werden. Dies ist jedoch als solches wahrscheinlich nicht ausreichend, und ein weiterer Überschuß wird durch die bereits beschriebene Kabelherstellungstechnik erzielt, die einen zusätzlichen Überschuß von ungefähr 0,5% ergibt, so daß sich insgesamt 0,7 bis 0,75% ergeben. Eine größere Überschußlänge kann erzielbar sein, was eine Zugdehnung von 1,00% für das fertige Kabel zuläßt, ohne daß die Lichtwellenleiter über 0,25% auf Dehnung beansprucht werden, was eine universell angenommene Norm darstellt.
Somit ist die überschüssige Länge des Rohres verglichen mit dem Kabel größer als die überschüssige Lichtwellenleiterlänge verglichen mit dem Rohr, wenn das Kabel gerade und nicht gespannt ist.
Das Profil weist eine bevorzugte Biegeebene IB (Fig. 2) auf, die mit der Symmetrie-Längsmittelebene des Schlitzes 2 zusammenfällt. Es kann vorzuziehen sein, die Spitzen 1C des Profils, die der größten Zugbeanspruchung um die Haspel 9 herum unterliegen, dadurch zu modifizieren, daß Fasern mit einer größeren abschließenden Dehnung an diesen Enden eingesetzt werden, als beim Rest des Profils. Dies ist unter Verwendung des Ziehextrusionsverfahrens möglich und stellt sicher, daß kein Bruch der in Spitze befindlichen Fasern um die Haspel 9 herum auftritt.
Bei den Ausführungsformen nach Fig. 1 ergibt das ziehextrudierte Profil 1 das einzige sich in Längsrichtung erstreckende Zugfestigkeitselement des Kabels als solches, sowie das massive Armierungs- und quetschbeständige Element des Kabels in einem einzigen einstückig geformten Element. Dies ergibt eine beträchtliche Wirtschaftlichkeit hinsichtlich der Herstellung und ermöglicht eine Herstellung mit hoher Geschwindigkeit. Ein weiterer Vorteil dieser Konstruktion des Kabels besteht in der Einfachheit, mit der ein Zugriff auf die Lichtwellenleiter erzielt werden kann, indem einfach durch die zusammengesetzte Ummantelung oberhalb des Schlitzes geschnitten und die Lichtwellenleiter über die Seite des Schlitzes herausgezogen werden. Somit ergibt sich eine 'geschwächte' Linie für einen Zugriff an die Lichtwellenleiter, und es wird vorgeschlagen, eine Reißschnur (16 in Fig. 1) entweder in dem Schlitz oder zwischen der Bindung 15 und dem längsverlaufenden Band 13 einzufügen, um einen Zugang an die Lichtwellenleiter durch Ziehen an der Reißschnur zu ermöglichen.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß glasfaserverstärkte Kunststoffmaterialien bei einer Zugbeanspruchung nicht 'kriechen', was im Gegensatz zu Stahl und anderen Materialien steht.
Die Ausführungsform nach Fig. 1 würde eine zulässige Zugbelastung von 36 kN (Ausführungsform mit 12 mm Durchmesser) bzw. 20 kN (Ausführungsform mit 8 mm Durchmesser) haben. Der thermische Ausdehnungskoeffizient des glasfaserverstärkten Kunststoffmaterials würde weitgehend an den der Lichtwellenleiter angepaßt sein und ungefähr 0,7 x 10&supmin;&sup6; pro ºC betragen. Die zulässige Spannweite unter Berücksichtigung eines Eisradius von 12 mm und Wind mit einer Geschwindigkeit von 88 km/h (55 mph) würde 335 bis 427 Meter (1100 bis 1400 Fuß) bei -5,6ºC betragen, wobei sich ein optischer Sicherheitsfaktor von 1,3 und ein mechanischer Sicherheitsfaktor von 2 ergibt. Bei 0ºC würde der maximale Durchhang bei dem gleichen Eisradius ungefähr 11 Meter (33 Fuß)betragen.
Das unter Bezugnahme auf Fig. 4 der Zeichnungen beschriebene Kabel umfaßt einen ziehextrudierten Kern 21, der aus glasfaserverstärktem Kunststoff unter Verwendung von Glas vom Gütegrad E und einem Polyester- oder Vinylester-Kunststoff hergestellt ist. Bei dieser speziellen Anwendung weist der Kern einen Durchmesser von ungefähr 10 mm und einen Schlitz 22 auf, der in dem Kern während des Ziehexdtrusions-Herstellungsverfahrens ausgebildet wird und sich parallel zur Kernachse erstreckt. Bei dieser Ausführungsform ist die Schlitzweite 3,8 mm und die Schlitz-Basisdicke beträgt 6,8 mm. Der Schlitz weist einen rechtwinkligen Querschnitt auf, und die Ecken weisen einen Radius von 0,5 mm auf.
Wie dies gezeigt ist, enthält der Schlitz zwei Lichtwellenleiter-Bandleitungselemente 23 und 24, die auf dem Boden des Schlitzes liegen. Jede Bandleitung enthält 12 Einmoden-Lichtwellenleiter, und bei dieser Ausführungsform weisen die Bandleitungen jeweils eine Breite von 3,2 mm und eine Dicke von 0,35 mm auf. Vorzugsweise sind diese Lichtwellenleiter-Bandleitungselemente in einem Verfahren hergestellt, wie es in unserer britischen Patentschrift 2 181 271 beschrieben ist.
Diese spezielle Ausführungsform des Kabels weist eine maximale Dehnung von 0,73% und eine maximal zulässige Zugbeanspruchung von 23700 N auf, was eine Spannweitenmöglichkeit von bis zu 540 Metern auf der Grundlage der derzeitigen ESI-Masten mit typischen Durchhängen und Belastungen und Sicherheitsfaktoren in Großbitannien ergibt.
Um den geschlitzten Kern 21 herum befindet sich ein Binder 25, und über dem Binder 25 liegt ein Band 26.
Über dem Band 26 ist ein Kunststoffmantel 27 extrudiert.
Der Schlitz 22 ist mit einem viskosen Füllmittel 28 gefüllt, wie beispielsweise mit dem Füllmittel, das unter dem Warenzeichen SVNTEC vertrieben wird, insbesondere ein weiches Füllmittel, wie z.B. von Typ FCC210F. Dieses Material ist ein elektrisches Isoliermittel, das die Ansammlung von Feuchtigkeit verhindert, jedoch eine Bewegung der Lichtwellenleiter-Bandleitungselemente aufwärts und abwärts in dem Schlitz zuläßt.
Im folgenden wird auf die Fig. 5 der Zeichnungen Bezug genommen, die schematisch ein Herstellungsverfahren für das Kabel nach Fig. 4 zeigt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 5 sei darauf hingewiesen, daß es bei der Herstellung des Kabels wichtig ist, daß das fertige Kabel eine überschüssige Lichtwellenleiterlänge in dem Schlitz 22 aufweist. Dies wird bei der bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens dadurch erzielt, daß das Profil 21 von einer Vorratstrommel 37 mit einer Bremse 38, die angelegt werden kann, um die Drehung der Trommel 37 zu bremsen, über eine Haspel 39 und auf eine Vorratstrommel 50 geführt wird. Ein Ausrichtgesenk 41 springt in den Schlitz 22 vor, um sicherzustellen, daß der Schlitz in Radialrichtung nach außen bezüglich der Haspel 29 gerichtet gehalten wird, obwohl festgestellt wurde, daß das Profil des Kerns 21 eine natürliche Neigung hat, diesen Schlitz nach außen auszurichten, wenn das Profil um die Haspel gebogen wird. Der Durchmesser der Haspel 39 ist angenähert gleich oder gleich dem konstruktiven mimimalen Biegedurchmesser des Kabels. Wenn sich das Profil in Richtung auf die Haspel 39 zubewegt, werden die Lichtwellenleiter-Bandleitungselemente 23 und 24 von Vorratstrommeln 42 bzw. 43 über ein Führungsteil 44 zugeführt, das die Bandleitungselemente 23 und 24 übereinander in den Schlitz führt, so daß sie flach auf dem Boden des Schlitzes 22 liegen.
Unmittelbar auf das Führungsteil 44 folgt eine Binderaufbringstufe 45, an der der von einer Trommel 46 gelieferte Binder 25 um den Kern 21 gewickelt wird, um die Bandleitungselemente in dem Schlitz 22 zu halten.
Der gebundene Kern 21 mit den im Inneren befindlichen Bandleitungselementen wird dann um eine Haspel 39 gezogen, die bei dieser Ausführungsform einen Durchmesser von ungefähr einem Meter aufweist. Die Haspel ergibt die überschüssige Länge der Bandleitungselemente in dem Schlitz, wenn der Kern die Haspel verläßt und in die Füllstation 47 für Wassersperrmaterial eintritt. Hier wird das wasserabsperrende viskose Material in den Schlitz eingepumpt und füllt den Schlitz, wobei es in diesen Schlitz über die Zwischenräume des Binders 25 eintritt.
Der gefüllte Kabelkern tritt dann in eine Bandauftragstation 48 ein, in der das Band 26 auf den Kabelkern aufgebracht wird.
Das Band wird schraubenlinienförmig aufgewickelt und verschließt des Schlitz. Das Band 26 könnte aus Kevlar (Warenzeichen) hergestellt werden, um einen zusätzlichen Schutz gegen mechanische Schäden zu erzielen.
Der mit dem Band versehene Kern wird auf die Aufwickeltrommel 50 aufgewickelt.
Von der Aufwickeltrommel wird der mit Band versehene Kern durch einen Extruder 49 hindurchgeführt, der den Mantel 27 über dem mit Band versehenen Kern extrudiert.
Das vorstehend beschriebene Verfahren könnte modifiziert werden. Beispielsweise könnte das Verfahren in zwei getrennte Verfahren unterteilt werden, wobei das erste den Binder 25, die Haspel 39 und dann das direkte Aufwickeln auf die Aufwickeltrommel 50 für eine Speicherung einschließen würde. Von da aus würde der gebundene Kabelkern der Füllstation 47 und dann der Binderauftragstation 48 zugeführt.
Somit könnte der gebundene Kern mit dem Überschluß an Lichtwellenleiterlänge gespeichert und nachfolgend mit dem Füllmaterial und mit dem Band versehen werden.
Wie weiter oben angegeben wurde, beträgt der Haspeldurchmesser einen Meter, was für einen Kern von 10 mm passend ist. Der Biegemittelpunkt der Bandleitungen liegt (0,25 + 0,1)/2 = 0,175 mm oberhalb der Basis des Schlitzes. Der Biegemittelpunkt des Kerns wird entweder durch Berechnen des Massenmittelpunktes oder durch Modellierung des Massenmittelpunktes gemessen. Es wurde festgestellt, daß eine Messung nicht möglich ist, bevor der Kernabschnitt hergestellt wurde, und Berechnungen oder Modellierungen der Annäherung unterworfen sind, daß der Zug-Elastizitätsmodul ähnlich dem Kompressions-Elastizitätsmodul ist. Wenn dies gültig ist, so stellt die Modellierung des Massenmittelpunktes eine annehmbare Näherung dar, und aus diesen Berechnungen wird eine Verschiebung von 0,5 bis 0,6 mm für einen Kern von 10 mm erzielt. Eine sehr einfache Möglichkeit besteht darin, einen karten- oder plattenförmigen Querschnitt des Kernprofils in größerem Maßstab auszuschneiden und diese Querschnittsscheibe um verschiedenen angenäherte Mittelpunkte zu drehen, um schließlich den Symmetriepunkt, d.h. den Massenmittelpunkt zu finden. Wir haben festgestellt, daß für einen Kern mit einem Durchmesser von ungefähr 10 mm die Verschiebung 0,55 mm beträgt. Dies ist selbstverständlich eine Näherung, weil sie von der Form und Größe des Schlitzes in dem Kern abhängt. Wir glauben jedoch, daß dies eine zulässige Näherung ist, weil die Form und Größe des Schlitzes innerhalb annehmbarer praktischen Grenzen bekannt ist. Die Schlitzbreite hat normalerweise eine stärkere Auswirkung auf den Massenmittelpunkt, als die schlitztiefe.
Daher kann die überschüssige Länge des Lichtwellenleiter-Bandleitungselementes gegenüber der Länge des Kerns wie folgt berechnet werden:
worin x = der Abstand zwischen dem Mittelpunkt des Kernkreises und dem Massenmittelpunkt, h = der Abstand zwischen dem Kreismittelpunkt und dem Boden des Schlitzes und 0,175 = die halbe Dicke des oder jedes Lichtwellenleiter-Bandleitungselementes ist, und dieser Wert für den Überschluß ist der Überschuß pro Meter Länge des Kabels, unter der Annahme, daß der Durchmesser der Haspel 39 genau einen Meter beträgt.
Der prozentuale Überschuß, der in das Kabel eingefügt wird, hängt klar von dem Wert von h und außerdem von dem verfügbaren schlitzraum ab. Es ist klar zu erkennen, daß wenn h vergrößert wird, um den Überschuß zu vergrößern, der Schlitzraum abnimmt. Wenn der Schlitzraum zu klein für einen bestimmten vorgegebenen Überschuß am Lichtwellenleiter-Bandleitungselement ist, so werden die Lichtwellenleiter in dem Bandleitungselement über ihren miminal zulässigen Biegeradius hinaus gebogen. Dieser könnte beispielsweise ungefähr 75 mm betragen, und dieser Wert wird in den folgenden Berechnungen angenommen. Es kann jedoch möglich sein, einen kleineren minimalen Biegeradius, beispielsweise von 50 mm entsprechend dem minimalen Biegeradius der Lichtwellenleiter außerhalb der Bandleitungsumgebung zu erzielen, d.h. blanke Lichtwellenleiter. Wie dies in Fig. 6 der Zeichnungen gezeigt ist, wird die Schlitztiefe in gewissem Ausmaß auch durch das 'Einsinken' beschränkt, das durch die Ummantelung des Kernes hervorgerufen wird. Obwohl dies in erkennbarer Weise von der verwendeten Ummantelungstechnik abhängt, haben wir festgestellt, daß für eine Schlitzbreite von 3,2 mm ein 'Einsinken' von ungefähr 0,28 mm auftrat. Das 'Einsinken' kann als proportional zur Schlitzbreite betrachtet werden, so daß ein Schlitz von 3,8 mm ein 'Einsinken' von 0,332 mm ergibt.
Ein weiterer Raum geht durch die Tatsache verloren, daß die oberen Spitzen des in Fig. 6 gezeigten Profils abgerundet sind, so daß die Spitzen nicht auf dem Außendurchmesser des Profils liegen. Wenn wir annehmen, daß die Schlitzbreite auf 3,8 mm plus oder minus 0,1 mm festgelegt ist und daß der Rippenradius einen Nennwert von 0,5 mm aufweist, so kann ein Ausdruck für den verlorenen Raum gegenüber dem Kerndurchmesser abgeleitet werden. Der verlorene Raum ist als Z definiert, wie dies in der Gleichung B in Fig. 6 gezeigt ist. In der Gleichung ist E der Krümmungsradius der Spitzen, und F ist die halbe Breite des Schlitzes 2.
Es ist daher möglich, eine Tabelle für eine Vielzahl von Spitzenradien im Bereich von 0,4 mm bis 0,6 mm, eine Schlitzbreite im Bereich von 3,7 mm bis 3,9 mm, einen Kerndurchmesser im Bereich von 9,8 mm bis 10,4 mm aufzustellen, und für jeden Wert des Spitzenradius kann ein Wert des verlorenen Raumes Z berechnet werden. Dieser reicht von 0,56 für einen Spitzenradius von 0,4, eine Schlitzbreite von 3,7 und einen Kerndurchmesser von 10,4 bis 0,84 für einen Spitzenradius von 0,6, eine Schlitzbreite von 3,9 und einen Kerndurchmesser von 9,8.
Ein weiterer Parameter, der bestimmt werden muß, ist die Last, die das Kabel aushalten muß. Dieser Parameter ist durch den Durchhang und die Spannweite (die von der National Electricity Distribution Authority - Nationale Elektrizitätsverteilungsbehörde - festgelegt sind) und durch das Kabelgewicht, die Windbelastung und die Eisbelastung (die sich mit dem Kabeldurchmesser ändern) bestimmt. Bei der speziellen beabsichtigten Anwendung kann sich die Spannweite von 330 Meter auf 500 Meter ändern, während der Durchhang bei einer 12,5 mm Eislast bei 0ºC im Bereich von 9,58 Metern bis 21,45 Metern liegt. Selbst eine Spannweite von 1500 Metern mit einem großen Durchhang ist möglich, um beispielsweise einen See oder einen breiten Fluß zu überspannen.
Das Kabelgewicht hängt von den Bestandteilen ab, die glasverstärktes Kunststoffmaterial, Lichtwellenleiter, Füllmittel wie z.B. SYNTEC, das Bindergarn, das Rohr 16, das bei dieser Ausführungsform Papier ist, und das Ummantelungsmaterial sind, das bei dieser Ausführungsform ein eine hohe Dichte aufweisendes Polyäthylenmaterial oder ein quervernetztes Polyäthylenmaterial ist, doch könnte es, in vorteilhafter Weise aus einem Material hergestellt sein, das stärker abriebfest ist, als Polyäthylen. Es wurde festgestellt, daß das Kabelgewicht kein Hauptfaktor ist, und der Schlitz stellt einen kleineren Teil des Kabelgewichtes dar. Es ist daher vernünftig, anzunehmen, daß die Schlitzfläche A gleich 3,8 x h ist.
In einem Kern von 10 mm erfordert ein Überschuß von 0,5% einen Wert von 5 - 1,9 - 0,7 = 2,4 mm für h. Dies entspricht außerdem einem minimalen Lichtwellenleiter-Biegeradius von 75 mm bei einem Überschuß von 0,54%. Für eine Schlitzfläche A = 3,8 x 2,4 = 9,12 mm² und bei einer mittleren Schlitzdichte von 1 beträgt das Gewicht 0,089 N pro Meter für den Schlitz.
Die Kernfläche ist gleich πr2 - 9,12 - 0,7 x 1,9, und wenn die Dichte des glasfaserverstärkten Kunststoffmaterial 2,07 beträgt und die Dichte des teilweise mit dem Füllmaterial getränkten Papiers auf ungefähr 0,95 vergrößert wird, so ergibt die Ummantelung plus dem Papier und dem Binder mit einer Durchmesservergrößerung von 0,25 mm durch die Ummantelung ein Gesamtgewicht von 0,412 N pro Meter.
Daher kann das Gewicht des Kabels für eine Vielzahl von Durchmessern des Kernbauteils von 9,8 bis 10,4 berechnet werden, was ein Gewicht im Bereich von 1,77 Kilogramm pro Kilometer bis 1,96 Kilogramm pro Kilometer ergibt. Die nachfolgende Tabelle zeigt die Parameter, die auf einen Kerndurchmesser anwendbar sind, der sich zwischen 9,0 bis 10,4 ändert, woraus zu erkennen ist, daß lediglich ein Kerndurchmesser von 9,7 mm aufwärts einen Kern ergibt, der zwei Lichtwellenleiter-Bandleitungselemente mit einem befriedigenden Ausmaß an Überschuß aufnehmen kann. GRP-Durchm. Raumverl. Minimal erforderl. Raum Max Mitl. Toler. Bemerk.
Es ist daher zweckmäßig, einen Kerndurchmesser von ungefähr mm zu wählen. Unterhalb von 9,7 mm wird die Toleranz des Wertes von h zu kritisch für normale Herstellungsverfahren.
Die Wahl der Schlitzhöhe h kann irgendwo zwischen 1,4 mm und 2,2 mm aufgrund der theoretischen Analyse liegen. Wenn der Schlitz kleiner wird, so steigt die überschüssige Lichtwellenleiterlänge an, doch nimmt der Raum für den Überschuß ab. Weil ein zu großer Überschuß wahrscheinlich kein Problem darstellt, wird es als am besten angesehen, sich auf der Seite eines hohen prozentualen Überschusses zu irren.
Die folgende Tabelle zeigt die Parameter, insbesondere den erzeugten Überschuß gegenüber dem Überschuß, der durch die Schlitzgröße möglich ist. effekt. Schlitz erzeug. Überschuß Diff. max. Dehn. Zugbeanspr. Nennspann Marge
Es ist jedoch verständlich, daß größere oder kleinere Kabel hergestellt werden können, und wenn der mimimale Biegeradius auf beispielsweise 50 mm verringert werden könnte, so könnte ein Überschuß von bis zu 0, 8% erzielt werden. Es wird weiterhin angenommen, daß bei manchen Konstruktionen für sehr kurze Spannweiten ein Überschuß bis zu herunter 0,2% ausreichend sein kann.
Es ist zu erkennen, daß die beste Anpassung auftritt, wenn h gleich 1,8 ist, die Schlitztiefe gleich 2,2 mm ist, wobei der erzeugte Überschuß gleich 0,485 ist, während der zulässige Überschuß gleich 0,49 ist. Dies ergibt eine maximale Dehnung etwa von 0,735 bei einer maximalen Zugspannung (N) von 23772 bei einer maximalen Nennspannung von 21096, was eine Marge von 2676 ergibt.
Als Ergebnis der vorstehend beschriebenen Berechnungen ergibt sich eine optimale Größe des Kerns für das Kabel wie folgt:
Durchmesser (2d) 10,0 mm + oder - 0,15
Schlitzbreite (2F) 3,8 mm + oder - 0,1 mm
Spitzenradius (E) 0,5 mm + oder - 0,1
Schlitzeckenradius 0,5 mm + oder - 0,1
h = 1,8 mm
h+d = 6,8 mm + oder - 0,1 mm
Dicke der Lichtwellenleiter-Bandleitung 0,175 mm
Ein großer Vorteil des Bandleitungselementes in dem einen einzigen Schlitz aufweisenden Kern besteht in der Fähigkeit, die gesamte Kabelgröße beispielsweise für kürzere Spannweiten maßstäblich nach unten hin zu verringern. Beispielsweise ist ein Kerndurchmesser von gerade 5 mm mit einem Schlitz mit einer Breite von 2 mm und einer Tiefe von 2 mm möglich, der ein Lichtwellenleiter-Bandleitungselement mit beispielsweise vier Lichtwellenleitern enthält. Insbesondere ergibt dies ein wesentlich stärker flexibles Kabel, das beispielsweise für örtliche Telegraphenmasten oder entlang von Eisenbahnlinien geeignet ist.
Bei einer weiteren Modifikation wird vorgeschlagen, ein Schlauchgesenk in dem Extruder 49 vorzusehen und den Bandauftragvorgang 48 fortzulassen und den Extruder in der Fertigungsstrecke an der Position anzuordnen, die derzeit von der Bandauftragstation 48 eingenommen wird. Dies ermöglicht eine einzige entlang einer Produktionslinie verlaufende Anordnung. Weiterhin kann die 'Einsenkung' 27a in Fig. 4 dadurch vermieden werden, daß das Schlauchgesenkprofil so geformt wird, daß die Einsenkung 27a eine 'flache' Überbrückung direkt zwischen den Spitzen 21A und 21B der Schlitzwände wird. Dies ergibt mehr Raum für die überschüssige Lichtwellenleiterlänge, als bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Die beschriebenen Kabel sind für eine Aufhängung an Freileitungsmasten unter Verwendung üblicher Kabelhalteklemmen mit Verstärkungs-Überlagerungs- und Unterlagerungsstäben und spiralförmigen Schwingungsdämpfern bestimmt.

Claims

1. Lichtwellenleiter-Luftkabel, das für große Spannweiten geeignet ist, wobei das Kabel ein langgestrecktes Kernbauteil (1) mit einer Längsmittelachse und einem einzigen offenen Schlitz (2) aufweist, der sich entlang des Kernbauteils (1) erstreckt, wobei zumindestens ein Lichtwellenleiter (3) in dem Schlitz in einer derartigen Weise angeordnet ist, daß sich eine überschüssige Lichtwellenleiterlänge in dem Schlitz ergibt, und mit Einrichtungen (5) zum Verschließen des Schlitzes, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe des Schlitzes (2) derart ist, daß der Boden des Schlitzes (2) zwischen der Öffnung des Schlitzes (2) und der neutralen Achse des Kernbauteils liegt, wenn das Kernbauteil in einer Ebene durch den Schlitz und die Längsmittelachse gebogen wird.

2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernbauteil aus ziehextrudiertem glasfaserverstärktem Kunststoffmaterial hergestellt ist.

3. Kabel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß es ein rohrförmiges Element (3A) in dem Schlitz (1) umfaßt, das den oder die Lichtwellenleiter (3) enthält, wobei sich eine überschüssige Länge des oder der Lichtwellenleiter (3) in dem rohrförmigen Bauteil (3A) und eine überschüssige Länge des rohrförmigen Bauteils (3A) in dem Kabel ergibt.

4. Lichtwellenleiterkabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz ein Bandleitungselement aufnimmt, das Seite an Seite angeordnete Lichtwellenleiter enthält.

5. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die überschüssige Lichtwellenleiterlänge in dem Kabel im Bereich von 0,2 bis 0,8% liegt.

6. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, daß der Durchmesser des Kernbauteils ungeführ 10 mm beträgt.

7. Verfahren zur Herstellung eines Lichtwellenleiter-Luftkabels, das für große Spannweiten geeignet ist, wobei das Verfahren die Schritte der Schaffung eines langgestreckten Kernbauteils (1) mit einer Längsmittelachse und einem einzigen offenen Schlitz (2), der sich entlang des Kernbauteils erstreckt, der Einführung von zumindestens einem Lichtwellenleiter (3) in den Schlitz (2) derart, daß sich eine überschüssige Lichtwellenleiterlänge in dem Schlitz ergibt, und des Aufbringens von Einrichtungen (5) zum Verschließen des Schlitzes einschließt, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß die Tiefe des Schlitzes derart ist, daß der Boden des Schlitzes (2) zwischen der Öffnung des Schlitzes (2) und der neutralen Achse des Kernbauteils liegt, wenn das Kernbauteil in einer Ebene durch den Schlitz und die Längsmittelachse gebogen wird, und daß die überschüssige Lichtwellenleiterlänge nach dem Schritt der Einführung des zumindestens einen Lichtwellenleiters dadurch geschaffen wird, daß das Kernbauteil (1) in der Ebene mit dem Schlitz (2) radial nach außen von der neutralen Biegeachse aus gebogen wird, so daß eine vorübergehende Längsausdehnung des Schlitzes hervorgerufen wird, und daß nachfolgend das Kernbauteil geradegezogen wird, um den Schlitz auf seine ursprüngliche Länge zurückzuführen.

8. Verfahren zur Herstellung eines Kabels nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernbauteil um eine Haspel gebogen wird, um die überschüssige Lichtwellenleiterlänge in dem Kabel nach dem Geradeziehen zu schaffen.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Einführung des Lichtwellenleiters in den Schlitz in dem Kern ein Binder auf den Kern aufgebracht wird, um dem Lichtwellenleiter in dem Schlitz zu halten.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz mit einem viskosen Wasserabsperrmaterial an einer Position gefüllt wird, an der der Kabelkern die überschüssige Lichtwellenleiterlänge enthält.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der gebundene Kern von einem Band umgeben wird und daß der mit dem Band versehene Kern nachfolgend in einem extrudierten Kunststoffmaterial eingeschlossen wird.