DE3724326A1

DE3724326A1 - Lichtwellenleiterkabel mit fehlermeldeeinrichtung

Info

Publication number: DE3724326A1
Application number: DE19873724326
Authority: DE
Inventors: Volker Dietz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-08-14
Filing date: 1987-07-22
Publication date: 1988-02-18

Description

Die Erfindung betrifft Lichtwellenleiterkabel mit einer einen od. mehrere, ggf. miteinander verseilte Lichtwellen leiter aufweisenden Seele, Zugentlastungsfasern sowie mindestens einem Mantel.

Lichtwellenleiterkabel finden in der Opto-Elektronik in ständig steigendem Maße Anwendung, wobei ihre Unempfind lichkeit gegenüber elektromagnetischen Feldern sowie ihre hohe Übertragungsgeschwindigkeit, erhöhte Abhörsicher heit - obwohl schon Lichtwellenleiteranzapfungsverfahren bestehen, bei Telekommunikationsanwendungen der Ausschluß von Nebensprechen -, ihre erhöhte Sicherheit in explosions gefährdeter Umgebung u.ä. außerordentlich erwünscht sind.

Ein Nachteil bei der Anwendung von Lichtwellenleiterkabeln besteht darin, daß sie - verglichen mit metallischen Leitern - keiner hohen Biegebeanspruchung oder Druckein flüssen ausgesetzt werden können, ohne daß Lichtleiterfa sern brechen und damit das Kabel mindestens teilweise unbrauchbar und unzuverlässig machen. Eine gute Zusammen fassung herkömmlicher Kabeluntersuchungsverfahren findet sich bspw. in W.H. Lücking: Energiekabeltechnik, Vieweg Verlag, Braunschweig, Wiesbaden, 1981.

Unter dem Ausdruck "Lichtwellenleiter" wird hier die übliche Glasfaser mit einem dünnen Kunststoffschutzüber zug, wie sie im Handel erhältlich ist, verstanden.

Bisher war es problematisch, bei einem Lichtwellenleiter kabel, insbesondere, wenn es bereits installiert war, Lichtwellenleiterbrüche und Kabeldefekte sicher zu lokali sieren; dies ist jedoch inbesondere beim Einsatz der Lichtwellenleiterkabel für die Nachrichtenübermittlung unabdingbar.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, A zapfung und Fehler meldende bzw. überprüfbare Lichtwellenleiterkabel herzu stellen, welche eine ständige Überprüfung ihrer Intaktheit ermöglichen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch gattungsgemäße Lichtwellenleiterkabel, die ein oder mehrere, ggf. konzen trisch zur Kabelseele angeordnete äußere Zugentlastungs faserbündel mit mindestens einem Kontrollichtwellenleiter besitzen, gelöst.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist ein Lichtwellenleiterkabel mit mindestens einem die Seele umgebenden Innenmantel; einen mit einem fluiden Medium gefüllten, den/die Innenmantel (Innenmäntel) umgebenden Fluidraum; einem den Fluidraum nach außen fluid-dicht abschließenden Druckmantel und ggf. einem Außenmantel sowie eine im Fluidraum zwischen Innenmantel und Druck mantel angeordnete Abstandshalteeinrichtung zum Zentrie ren der Lichtwellenleiterseele im Fluidraum.

Bei einer bevorzugten Ausbildung des erfindungsgemäßen Lichtwellenleiterkabels mit Fluidraum sind konzentrisch zur Kabelseele Zugentlastungsfaserbündel angeordnet, die ggf. zumindest teilweise einen Kontroll-Lichtwellenleiter beinhalten. Dieser Kontroll-Lichtwellenleiter kann eine zur Drucküberwachung zusätzliche optische Kontrolle der Intaktheit des Lichtdurchganges durch das Zugfaserbündel ermöglichen.

Wenn die Kontroll-Lichtwellenleiter sich in den Zugentla stungsfaserbündeln, die konzentrisch bzw. parallel zur Kabelseele angeordnet sind, befinden, muß bei Zugang zur die Informationssignale leitenden Seele (Anzapfung) der Kontroll-Lichtwellenleiterkreis zwangsläufig unterbrochen werden. Die Kontroll-Lichtwellenleiter können auch im Innen- und Außenmantel des Kabels eingebettet sein. Durch die erfindungsgemäße Anordung ist somit der Gebrauch und die Zuverlässigkeit derartiger Kabel sehr verbessert worden.

Der Innenmantel kann im wesentlichen aus einem thermopla stischen Material, wie Polyurethan, Polyvinylchlorid oder Polyester-Elastomeren mit den o.g. Eigenschaften bestehen.

Bei Vorliegen eines Innendruckmantels, der üblicherweise bei Druckmeldesystem-anschließbaren Kabeln notwendig ist, werden für diesen mechanisch widerstandsfähigere Materialien, wie hochdichtes Polyethylen oder Polypropylen, eingesetzt.

Der Fluidraum besitzt - obwohl er auch mit Flüssigkei ten, wie Ölen, gefüllt werden kann - bevorzugt eine Fül lung aus trockenem Gas oder Gasgemischen, beispielsweise von Luft, Helium, Neon, Argon, fluorierten Kohlenwasser stoffen od. dgl., wobei diese Füllung unter Über- oder Unterdruck stehen kann. In herkömmlicher Weise kann auch eine Füllung mit Flüssigkeit, wie Öl, vorgesehen sein.

Als bevorzugte Abstandshalteeinrichtung wird ein spiralar tig die Seele und den Innenmantel umgebendes, an Druck- und Innenmantel anliegendes Band eingesetzt. Der Druckmantel selbst kann aus einem Metall oder einer Metall-Legierung bestehen, beispielsweise aus extrudiertem Aluminium, er kann aber auch ein Stahlmantel sein. Beim Einsatz des erfindungsgemäßen Lichtwellenleiterkabels wird die Fluid füllung an einen Drucksensor angeschlossen, der eine Veränderung des Druckes im Fluidraum, die über ein be stimmtes Maß hinausgeht, sogleich als Fehler meldet. Da bei langen Kabeln mehrere, in sich abgeschlossene Fluid-Hohlraum-Kammern vorliegen, ist es möglich, den Fehler auf einen bestimmten Fluid-Hohlraum einzugrenzen und diesen sogleich festzustellen, und dadurch Übertra gungsfehlern und -Irrtümern zuvorzukommen.

Dadurch, daß erstmals ein Fluid-Überwachungssystem an Glasfaser-Lichtwellenleiter anschließbar ist, ist eine zufriedenstellende Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Glasfasern erstmals möglich, wodurch die Einsetzbarkeit derartiger Lichtwellenleiterkabel erheblich vergrößert wird.

Bisher bestand ein großer Nachteil der Glasfaserkabel darin, daß es unmöglich war, festzustellen, wo Fehlerstel len auftraten; bei Auftreten von Bruchstellen mußten daher mühsam langwierige Untersuchungen zur Auffindung von Fehlerstellen durchgeführt werden, was die Einsetzbarkeit von Glasfaserkabeln erheblich beeinträchtigte.

Durch die erfindungsgemäße Schutz- bzw. Überprüfungsmög lichkeit mittels eines Überwachungssystems ist es erstmals möglich, bei Störungen in bestimmten Kabelabschnitten auf das Vorliegen einer Fehlerstelle innerhalb des überwachten Kabelabschnittes zu schließen.

Im nachfolgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungs gemäßen Lichtwellenleiters mit Kontrollichtwel lenleiter, im Querschnitt;

Fig. 2 eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines er findungsgemäßen Lichtwellenleiters mit Kontroll ichtwellenleiter, im Querschnitt;

Fig. 3 eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lichtwellenleiters mit konzen trisch angeordneten Zugentlastungsfaserbündeln mit Kontrollichtwellenleiter, im Querschnitt;

Fig. 4 eine weitere bevorzugte Ausführungsform des er findungsgemäßen Lichtwellenleiters mit Fluid druck-Prüfsystem, im Querschnitt; und

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines an ein Über wachungssystem angeschlossenen erfindungsgemäßen Lichtwellenleiterkabels im Längsschnitt.

Wie in Fig. 1 im Querschnitt gezeigt, weist eine bevorzug te, einfache Ausführungsform des erfindungsgemäßen Licht wellenleiterkabels mehrere, miteinander verseilte Licht wellenleiter als mehradrige Kabel in der Seele 1 auf. Eine typische Größe für die Lichtwellenleiterkabelseele ist ein Durchmesser zwischen 5 und 10 mm. Die Lichtwellenleiter sind von Zugentlastungsfasern 2 umgeben, die beispiels weise aus Polyaramidfasern mit einer Dichte von 1,45 gm/cc, einer Zugfestigkeit von 2760 MPa, einem Zugfestig keitsmodul von 60-120 GPa, einer Bruchdehnung von 2,5 bis 4% und einem Fadendurchmesser von 12µ (alle Daten für 25°C.) oder Glas- oder Keramikfasern oder Mischungen derselben sind. In den Innenmantel 3 ist ein Kontroll ichtwellenleiter 10 eingebettet. Der Kontrollichtwellen leiter ist nicht ummantelt und unterscheidet sich daher kaum von den Zugentlastungsfasern. Er kann ggf. in der Farbe von Zugentlastungsfasern eingefärbt werden, um ihn - für erhöhte Abhörsicherheit von Kabeln - unsichtbar zu machen. Das Kabel wird durch einen Außenmantel 6 abge schlossen. Bei Bruch des Kontroll-Lichtwellenleiters wird eine Fehlermeldung abgegeben, die auf Verluste bzw. An zapfung der Leitung schließen läßt.

In Fig. 2 ist ein zweiadriges Kabel gemäß der Erfindung im Querschnitt dargestellt, in dem zwei getrennte Lichtwel lenleiter 1 jeweils durch Zugentlastungsfasern 2 umgeben und durch einen Innenmantel 3 abgeschlossen sind. Beide Adern werden in einem Kabel mittels eines Außenmantels, der zusätzlich noch Zugentlastungsfasern 2 sowie einen Kontroll-Lichtwellenleiter 10 umschließt, zusammengefaßt. Diese Ausführungsform ist insbesondere für den Einsatz als Innenleitungen mit geringer Störwahrscheinlichtkeit geeig net.

In Fig. 3 ist ein Koaxialkabel mit dem erfindungsgemäßen Fehlermeldesystem im Querschnitt dargestellt, bei dem ein zentraler Lichtwellenleiter 1 durch Zugentlastungsfasern 2 bspw. Glasgarne, Polyaramidfasern mit den o.g. Eigenschaften od. dgl. umgeben, konzentrisch durch einen Innenmantel 3 geschützt ist, während im Außenmantel 6 aus einem anderern Material weitere konzentrisch angeordnete Zugentlastungsfaserbündel 2 mit Kontroll-Lichtwellenlei tern 10, die an ein optisches Prüfsystem anschließbar sind, vorgesehen sind.

In Fig. 4 ist ein Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kabel mit mehreren Lichtwellenleitern 1 dargestellt, die durch einen Innenmantel 3 und einen zusätzlichen Innen druckmantel 7 gegen einen Fluidraum 5 abgegrenzt sind. Der Fluidraum ist nach außen durch einen Druckmantel 4 begrenzt, der durch einen Außenmantel 6 gegen Umgebungs einflüsse geschützt ist. Diese Kabel eignen sich beson ders für leicht beschädigbare Leitungen, deren Defekte sofort angezeigt werden müssen, wie für die Steuerung von Prozessen in Großanlagen.

Um den Innenmantel 3 und Innendruckmantel 7 verläuft konzentrisch ein bevorzugt aus Metall bestehender Druck mantel 4, wobei zwischen Innendruckmantel 7 und Druckman tel 4 der Fluidraum 5 eingeschlossen ist und der Abstand zwischen Druck- und Innenmantel durch Abstandshalteein richtungen 8 gewährleistet ist. Die Abstandhalteeinrich tungen 8 können einstückig mit einem Druckmantel oder auch getrennt von diesen ausgebildet sein. Der Fluidraum wird bei der hier bevorzugten Ausführungsform mit einem gasförmi gen Fluid, insbesondere einem trockenen Fluid, gefüllt; als Gasfüllung kommen beispielsweise Luft, Helium, Stick stoff, Argon, Neon, Freon od. dgl. mit einem Druck von 0,5 oder auch 1,5 bis 2,0 atm., je nach Art der Überwachung, ob es sich um eine Überdruck- oder Unterdruck-Überwachung handelt, in Frage.

Typische Maße für den Innenmantel 3 sind eine Schichtdicke von etwa 1,0 bis 1,5 mm; der Fluidraum ist etwa 2,5 mm hoch; der Druckmantel bewegt sich üblicherweise zwischen 0.25 und 1.5 mm und der Außenmantel weist eine Dicke von etwa 1mm auf. Das Gesamtkabel hat somit etwa eine Dicke von bis zu etwa 35 mm.

Die Abdichtung des Fluidraumes an den Stirnflächen des Kabels kann durch Verkleben, bspw. mit einem Harz und Aufschrauben von Dichtungen erfolgen.

Geeignete Materialien für den Innendruckmantel 7 sind thermoplastische Materialien, wie hochdichtes Polyethylen (HDPE), Polypropylen od. dgl. Für den Innenmantel 3 werden üblicherweise gummiartige Materialien, wie Polyure than oder Polyester-Elastomere mit den o.g. Eigenschaften eingesetzt.

Kontroll-Lichtwellenleiter 10 (nicht dargestellt) können zusätzlich an ein optisches Prüfsystem angeschlossen werden und eine optische Prüfung des Kabelmantels auf Intaktheit ermöglichen.

In Fig. 5 ist ein erfindungsgemäßes Kabel im Anschluß an ein an sich bekanntes Überwachungssystem gezeigt:

Das im Fluidraum 5 befindliche Gas steht über eine Ventil anordnung mit einem Manometer in Verbindung, das Signale an eine Kontrolleinrichtung abgibt. Ferner ist ein Gas speicher vorgesehen, dessen Inhalt gesteuert dem Fluidraum 3 und entsprechend der Kontrolleinrichtung zugeführt werden kann. Diese Zuführung ist beispielsweise bei ge ringfügigen Leckagen, atmosphärischen Druckschwankungen od. dgl. notwendig.

Falls Gas aufgrund eines Bruches des Außen- oder Innenman tels ausströmt, fällt der Druck am Manometer ab und die Kontrolleinrichtung löst einen Alarm aus. Fällt dagegen der Druck über einen bestimmten Zeitraum langsam ab - wie es beispielsweise bei Witterungseinflüssen oder kleinen, vernachlässigbaren Lecks der Fall ist -, wird über die Kontrolleinrichtung automatisch Gas aus einem Gasspeicher nachgefüllt.

Dabei ist es wesentlich, daß das Gas das Glas der Licht wellenleiter nicht angreift; eine entsprechende Auswahl ist also notwendig.

Bezugszeichenliste 1 Lichtwellenleiter
2 Zugentlastungsfasern
3 Innenmantel
4 Druckmantel
5 Fluidraum
6 Außenmantel
7 Innendruckmantel
8 Abstandshalteeinrichtung
9 -
10 Kontroll-Lichtwellenleiter

Claims

1. Lichtwellenleiterkabel mit einer einen od. mehrere, ggf. miteinander verseilte Lichtwellenleiter aufweisenden Seele, Zugentlastungsfasern sowie mindestens einem Mantel, gekennzeichnet durch ein oder mehrere, ggf. konzentrisch zur Kabelseele (1) angeordnete äußere Zugentlastungsfaser bündel (2) mit mindestens einem Kontrollichtwellenleiter (10).

2. Lichtwellenleiterkabel mit einer einen od. mehrere, ggf. miteinander verseilte Lichtwellenleiter aufweisenden Seele, Zugentlastungsfasern sowie mindestens einem Außen mantel, gekennzeichnet durch mindestens einen die Seele (1) umgebenden Innenmantel (3,7); einen mit einem fluiden Medium gefüllten, den/die Innenmantel (Innenmäntel) (3,7) umgebenden Fluidraum (5); einem den Fluidraum (5) nach außen fluid-dicht abschließenden Druckmantel (4) und ggf. einem Außenmantel (6) sowie eine im Fluidraum (5) zwischen Innenmantel (3,7) und Druckmantel (4) angeordnete Ab standshalteeinrichtung (8) zum Zentrieren der Lichtwellen leiterseele (1) im Fluidraum (5).

3. Lichtwellenleiterkabel nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen ein elastomeres Material aufweisenden, die Kabelseele (1) umschließenden Innenman tel (3) und einen den Innenmantel (3) umgebenden Innendruckmantel (7) aus mechanisch stärkerem Material.

4. Lichtwellenleiterkabel nach Anspruch 2 oder 3, da durch gekennzeichnet, daß konzentrisch zur Kabelseele (1) angeordnete Zugentlastungsfaserbündel (2), die bevorzugt zumindest teilweise mindestens einen Kontroll-Lichtwellen leiter (10) beinhalten, vorgesehen sind.

5. Lichtwellenleiterkabel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenmantel (3) aus einem thermoplastischen Material, wie Polyurethan, Poly ethylen, Polyvinylchlorid oder einem thermoplastischen Elastomeren, wie dem Polyester-Elastomer mit einem Biege E-Modul von 600 MPa bei 25°C., einem Schmelzpunkt von 219°C., einer Zugfestigkeit (25°C.) von 46 MPa und einer Bruchdehnung (25°C.) um 400%, Polyethylen od. dgl. im wesentlichen besteht.

6. Lichtwellenleiterkabel gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluidraum (5) mindestens mit einem trockenen Gas, beispielsweise Luft, Helium, Neon, Argon, fluorierte Kohlenwasserstoffe od. dgl., unter Über- oder Unterdruck, gefüllt ist.

7. Lichtwellenleiterkabel gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluidraum (5) mindestens mit einer Flüssigkeit, wie einem Öl, unter Über- oder Unterdruck, gefüllt ist.

8. Lichtwellenleiterkabel gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalteein richtung (8) ein spiralartig die Seele und Innendruckman tel (7) umgebendes, an Druckmantel (4) und Innendruckman tel (7) anliegendes Band, ggf. einstückig mit dem Innen druckmantel (7) ausgeformt, ist.

9. Lichtwellenleiterkabel gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmantel (4) aus einem Metall oder einer Metall-Legierung besteht.

10. Lichtwellenleiterkabel gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es einen aus PVC oder Polyurethan bestehenden Außenmantel (6) aufweist.

11. Lichtwellenleiterkabel gemäß einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendruckmantel (7) aus einem thermoplastischen Material, wie hochdichtem Polyethylen, Polypropylen od. dgl. im wesentlichen be steht.

12. Lichtwellenleiterkabel gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7 und 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmantel (4) ein Wellenmantel ist, wobei die Wellung die Abstandshalteeinrichtung (8) ist.

13. Lichtwellenleiterkabel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Kontroll ichtwellenleiter (10) im Innen- (3) oder Außenmantel (6) eingebettet ist.