DE3751213T2

DE3751213T2 - Optisches Kabel mit nichtmetallischem Mantel.

Info

Publication number: DE3751213T2
Application number: DE3751213T
Authority: DE
Inventors: Artis Cornell Jenkins; Parbhubhai Dahyabhai Patel
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1986-05-28
Filing date: 1987-05-05
Publication date: 1995-08-10
Anticipated expiration: 2007-05-06
Also published as: CN87103827A; CN1012221B; JPS6326609A; US4743085A; EP0248221A3; ES2070114T3; DK271887D0; EP0248221A2; DE3751213D1; DK271887A; JP2523129B2; KR960013801B1; EP0248221B1; CA1294165C; KR870011488A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lichtleitfaserkabel mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
Obwohl Lichtleitfaserkabel wegen ihrer großen Bandbreitentauglichkeit und ihren geringen Abmessungen begehrt sind, sind sie mechanisch brüchig, reißen unter Zugbelastung bei geringen Spannungen und weisen eine geringere Lichtdurchlässigkeit auf, wenn sie gebogen werden. Diese Verringerung der Durchlässigkeit ist als Mikrokrümmungsdämpfung bekannt. Es wurden daher Kabelstrukturen entwickelt, um die Lichtleitfasern bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen mechanisch zu schützen. Kabel zur Verwendung in einem Kabelkanal müssen beispielsweise Zugbelastungen aushalten, die beim Ziehen des Kabels in den Kabelkanal aufgebracht werden, sowie Spannungen, die durch Krümmungen verursacht werden.
Bei einer bekannten Kabel struktur der oben beschriebenen Art (US-A-4 241 979) ist zwischen dem inneren rohrförmigen Element und dem äußeren Kabelmantel eine dämpfende Zwischenschicht eingefügt, um die schraubenförmige Verstärkungselemente gewickelt sind. Hierdurch läßt sich das Ausmaß steuern, bis zu dem die Verstärkungselemente in dem äußeren Mantel eingekapselt sind. Bei einer Ausführungsform enthält das Kabel zwei getrennte Schichten aus Metalldrähten als Verstärkungselemente, die in entgegengesetzten Richtungen schraubenförmig gewickelt sind. Bei einer andauernden Zugbelastung erzeugen diese zwei Schichten aus Verstärkungselementen gleichgroße, aber entgegengesetzt gerichtete Drehmomente um das Kabel, um sicherzustellen, daß keine Verdrillungen auftreten. Zudem erzeugen die Verstärkungselemente nicht nur die erforderlichen Verstärkungseigenschaften für das Kabel, sondern verstärken auch die Umhüllung oder den Kabelmantel und sind dazu hilfreich, die Lichtleitfaser von äußeren Einflüssen zu schützen.
Es gibt Anwendungen für vollständig dielektrische Kabel. Solch ein Kabel, das von dem Kabelkanal eines Gebäudes zu einem Anschlußpunkt verlaufen kann, erfordert an den Spleißstellen keine Erdungsverbindungen, die zu den Kosten der Kabeleinrichtung beitragen. Solch ein Kabel verringert auch beträchtlich die Wahrscheinlichkeit von Blitzeinschlägen.
Zur Erzeugung einer vollständig dielektrischen Struktur wurden die Metalldrähte in dem oben beschriebenen Kabel von dem Anmelder durch stabförmige Glasfaserelemente ersetzt. Die stabförmigen Elemente können sowohl den zu erwartenden Druckbelastungen als auch den zu erwartenden Zugbelastungen widerstehen. Druckbelastungen treten dann auf, wenn das Kabel während des anfänglichen Schrumpfens des Mantelmaterials und bei Temperaturwechselbeanspruchungen dazu neigt, sich zusammenzuziehen. Bei Verwendung einer ausreichenden Anzahl von Stäben, die dem Kabel ein geeignetes Aufnahmevermögen für Belastungen verleihen, wird das Kabel jedoch relativ steif. Die innere Einbettungsschicht bedeutet zudem auch einen zusätzlichen Verfahrensschritt bei der Herstellung des Kabels.
Es besteht daher Bedarf an einem Kabel, wie es anscheinend dem Stand der Technik nicht zu entnehmen ist, mit einem kompakten und relativ biegsamen, nichtmetallischen Umhüllungssystem, das sowohl Druckbelastungen als auch Zugbelastungen widerstehen kann. Das gesuchte Kabel sollte bei verschiedenen Umgebungsbedingungen verwendbar sein und mehrere Lichtleitfasern in einer vollständig dielektrischen Struktur aufnehmen. Das gesuchte Kabel sollte auch biegsamer sein als die gegenwärtig kommerziell erhältlichen Kabel, und es sollte hinsichtlich der normmäßigen Festigkeitsanforderungen keine Kompromisse eingehen.
Die vorstehend genannten Probleme werden durch ein Lichtleitfaserkabel gemäß Anspruch 1 gelöst.
Das Lichtleitfaserkabel enthält einen Kern, der eine oder mehrere Lichtleitfasern, eine oder mehrere Lichtleitfaserbändern sowie ein rohrförmiges Kunststoffelement enthält, welches den Kern umgibt. Der Kern und das rohrförmige Element sind von einem nicht-metallischen Umhüllungssystem umgeben, welches einen Kunststoffmantel umfaßt. Zwischen dem rohrförmigen Element und dem Mantel ist eine Schicht aus Verstärkungselementen angeordnet. Eine erste Vielzahl von Verstärkungselementen ist relativ biegsam. Eine zweite Vielzahl von Verstärkungselementen weist eine ausreichende Steifigkeit bei Druckbelastungen auf und ist ausreichend stark mit dem Mantel verbunden, um eine Schichtkörperanordnung zu schaffen, die eine Kontraktion des Kabels verhindert. Die erste und die zweite Vielzahl von Verstärkungselementen wirken zusammen, um bei Dehnungen, die vorbestimmte Werte nicht übersteigen, dem Kabel die gewünschte Aufnahmefähigkeit für Belastungen zu erteilen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Verstärkungselemente in zwei Schichten angeordnet, wobei eine innere Schicht an dem rohrförmigen Element und eine äußere Schicht an der inneren Schicht anliegt. Die Verstärkungselemente, die den zu erwartenden Knickkräften widerstehen können, sind in der äußersten Schicht angeordnet, während die relativ biegsamen Verstärkungselemente, die in erster Linie den Zugkräften widerstehen, in zumindest der innersten Schicht angeordnet sind. Die Verstärkungselemente, die die Knickkräfte auffangen können, sind vorzugsweise stabförmig und enthalten Glasfaserfilamente, während die anderen Verstärkungselemente relativ biegsam sind und ebenfalls Glasfaserfilamente enthalten.
Kabel gemäß dem Stand der Technik umfassen zwei Schichten aus stabförmigen Verstärkungselementen aus Glas, die durch einen Kunststoffmantel getrennt sind. Das erfindungsgemäße Kabel erfüllt die erforderlichen Festigkeitsanforderungen durch das Zusammenwirken einer Vielzahl von stabförmigen Glasfaserelementen mit einer Vielzahl von relativ biegsamen Glasfaserelementen. Zudem umfaßt das erfindungsgemäße Kabel keinen inneren Kunststoffmantel zwischen den Schichten aus Verstärkungselementen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Lichtleitfaserkabels;
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt des Kabels gemäß Fig. 1;
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines anderen erfindungsgemäßen Kabels;
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt des Kabels gemäß Fig. 3;
Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Lichtleitfaserkabels nach dem Stand der Technik;
Fig. 6 zeigt einen Querschnitt des Lichtleitfaserkabels nach dem Stand der Technik gemäß Fig. 5; und
Fig. 7 zeigt ein Diagramm, in dem für ein Kabel nach dem Stand der Technik und für eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kabels die Kraft über der Dehnung aufgetragen ist.

Ausführliche Beschreibung

In den Fig. 1 und 2 ist ein erfindungsgemäßes Lichtleitfaserkabel 20 dargestellt. Das Lichtleitfaserkabel umfaßt einen Kern 22, der aus einer Lichtleitfaser oder aus mehreren Lichtleitfasern 23-23 besteht. Jede Lichtleitfaser umfaßt einen Kern, einen Kernmantel und eine Beschichtung, welche den Kernmantel umgibt. Die Lichtleitfasern 23-23 können durch ein modifiziertes chemisches Aufdampfverfahren hergestellt worden sein, wie es beispielsweise in dem US- Patent 4 217 027 offenbart wird, das am 12. August 1980 auf die Namen von J.B. MacChesney und P. O'Connor ausgegeben wurde.
Der Kern 22 ist von einem rohrförmigen Element 28 umgeben, das sich entlang der Längsachse des Kabels erstreckt. Das rohrförmige Element 28, das manchmal auch als Kernrohr bezeichnet wird, besteht aus einem Kunststoffmaterial, wie z.B. aus Polyethylen hoher Dichte oder aus Polyvinylchlorid (PVC). Ein geeignetes wasserblockierendes Material 29 kann dafür verwendet werden, die Zwischenräume zwischen den Lichtleitfasern sowie zwischen den Fasern und dem rohrförmigen Element 28 auszufüllen.
Der Kern 22 und das rohrförmige Element 28 sind von einem nicht-metallischen Umhüllungssystem umgeben, welches mit dem allgemeinen Bezugszeichen 30 versehen ist. Das nicht- metallische Umhüllungssystem 30 besteht aus einem Verstärkungselementsystem 32 und aus einem äußeren Kunststoffmantel 36.
Das Verstärkungselementsystem 32 muß verschiedene Anforderungen erfüllen. Es muß zuerst eine ausreichende Festigkeit gegenüber Druckbelastungen aufweisen, um den sowohl durch thermische Wechselbeanspruchungen als auch durch Krümmungen induzierten Spannungen widerstehen zu können. Zudem muß es eine ausreichende Beständigkeit gegenüber Zugbelastungen aufweisen, um die durch Krümmen oder Ziehen induzierten Spannungen aufnehmen zu können. Zumindest Teile des Verstärkungselementsystems müssen ausreichend stark mit dem Mantel verbunden sein, so daß die Teile des Verstärkungselementsystems und der Mantel eine Schichtkörperanordnung ergeben, die einem Knicken widersteht. Zudem muß das Kabel relativ biegsam sein. Ferner darf der Querschnitt der Teile des Verstärkungselementsystems nicht allzu groß sein.
Das Verstärkungselementsystem 32 umfaßt eine erste innere Schicht 40 aus relativ biegsamen Verstärkungselementen 42-42, die an dem rohrförmigen Element 28 anliegen. Jedes der Verstärkungselemente 42-42 besteht aus einem Glasfaserelement, beispielsweise einem von den PPG Industries vertriebenen Glasroving oder Garn, das beispielsweise mit einem harzartigen Material imprägniert ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei jedem der Verstärkungselemente 42-42 um einen Glasroving, der schraubenförmig um das rohrförmige Element 28 gewickelt ist. Jeder Roving ist dadurch charakterisiert, daß er Zugbelastungen von etwa 392 N (88 lbs) pro 1 % Dehnung aufnehmen kann. Die aufgenommene Last pro Dehnungseinheit wird als Steifigkeit definiert.
Eine andere Komponente des Verstärkungselementsystems 32 besteht aus einer zweiten äußeren Schicht 50 aus Verstärkungselementen, welche die Verstärkungselemente 42-42 der inneren Schicht 40 berühren. Wie aus der Zeichnung zu erkennen ist, ist eine jeweilige Mehrheit der Verstärkungselemente der äußeren Schicht mit dem Bezugszeichen 52 versehen. Es besteht aus einem relativ unbiegsamen stabförmigen Element, welches wiederum aus Glasfasern in Form eines Garns oder Rovings hergestellt worden ist. Solche Glasstäbe sind unter der Bezeichnung E-Glasband von der Air Logistics Corp. kommerziell erhältlich. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform enthält die äußere Schicht 50 ebenfalls mehrere der Verstärkungselemente 42-42. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die Verstärkungselemente 52- 52 und 42-42 der äußeren Schicht schraubenförmig um die Verstärkungselemente der inneren Schicht gewickelt. Die Schlagrichtung ist jedoch entgegengesetzt zu der Schlagrichtung der inneren Schicht.
Obwohl das Verstärkungselementsystem bei der bevorzugten Ausführungsform aus zwei Schichten aus schraubenförmig gewickelten Verstärkungselementen besteht, sind erfindungsgemäß auch andere Anordnungen möglich. Die Verstärkungselemente des Kabels 20 können beispielsweise auch ohne absichtliche Verseilung an dem Kabel angebracht werden (siehe Fig. 3).
Die Verstärkungselemente können auch in einer einzigen Schicht angeordnet sein (siehe Fig. 3 und 4) . Dies ist insbesondere bei einem Bandkabelkern zutreffend, bei dem der äußere Durchmesser des rohrförmigen Elements 28 größer ist als bei den Kabeln in Fig. 1 und 2, so daß eine größere Anzahl von Verstärkungselementen um seinen Umfang herum angeordnet werden können.
Es sei darauf hingewiesen, daß jedes der stabförmigen Elemente 52-52 und der relativ biegsamen Verstärkungselemente 42-42 bei der bevorzugten Ausführungsform aus einem Substrat besteht, das aus E-Glasfaserfilamenten hergestellt worden ist. Jedes Substrat kann mindestens 4000 Glasfaserfilamenten enthalten. Bei den Verstärkungselementen 52-52 der bevorzugten Ausführungsform ist das Substrat mit einem Epoxidharzmaterial imprägniert. Hierdurch wird das Substrat relativ steif und kann sowohl den erwarteten Druckspannungen als auch den erwarteten Zugspannungen widerstehen. Die erwarteten Druckspannungen umfassen die Spannungen, die beispielsweise durch Temperaturwechselbeanspruchungen und durch eine anfängliche Schrumpfung des Mantelmaterials induziert werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist jedes Verstärkungselement 52 durch eine Zugfestigkeit von etwa 347 Newton (N) pro 1% Dehnung charakterisiert, was in dem englischen System einem Wert von 78 lbs pro 1% Dehnung entspricht.
Bei den Verstärkungselementen der inneren Schicht 40 und bei mehreren der Verstärkungselemente der äußeren Schicht der bevorzugten Ausführungsform ist das Glasfasersubstrat ein Roving, der weiterverarbeitet werden muß, um geeignete Verstärkungseigenschaften zu erhalten. Obwohl die Glasfasern geleimt oder appretiert sind, ist die Appretur nicht ausreichend, um einen Abrieb zwischen den Fasern zu verhindern, wenn sie bei einer Zugbelastung des Kabels 20 relativ zueinander gleiten. Um eine Verschlechterung der Verstärkungseigenschaften des Rovings bei Zugbelastungen zu verhindern, ist der Roving mit Polyurethan als Matrixmaterial imprägniert. Im Unterschied zu dem Epoxidharzmaterial wird der Roving durch das Polyurethanmaterial nicht relativ unbiegsam. Stattdessen bewahrt es die Flexibilität und die Zugfestigkeit des Glasrovings und vermeidet beim Auftreten des Gleitens zwischen den Fasern gleichzeitig den Abrieb. Die Verstärkungselemente 42-42 sind ausreichend biegsam und in so großer Anzahl vorhanden, daß auch das Kabel relativ biegsam ist.
Bei dem Kabel in den Fig. 1 und 2 wird der Ausgleich der Drehmomente vereinfacht, da durch das Fehlen eines inneren Mantels zwischen den Verstärkungselementschichten für die Verstärkungselemente der beiden Schichten die gleiche Schlaglänge verwendet werden kann. Zudem kann eine größere Schlaglänge als bei einigen Kabeln nach dem Stand der Technik verwendet werden kann. Dies ermöglicht bei der Herstellung der Kabel eine größere Geschwindigkeit bei der Fertigungsstraße.
Damit das Kabel geeignete Verstärkungseigenschaften aufweist, muß das Verstärkungselementsystem mit dem Mantel 36 verbunden oder "gekoppelt" sein. Es sei bemerkt, daß Teile der Verstärkungselemente in dem Kunststoff des äußeren Mantels eingekapselt sind und so mit diesem verbunden sind. Wenn die Verstärkungselemente zu stark an den Mantel gekoppelt sind, kann eine Biegung des Kabels zum Knicken der Verstärkungselemente bzgl. des Mantels 36 führen. Es müssen daher Vorkehrungen getroffen werden, um die Verbindung oder Kopplung der Verstärkungselemente mit dem Mantel 36 zu regulieren.
In dem zuvor bereits erwähnten US-Patent 4 241 979 schirmt eine Einbettungsschicht Teile der Verstärkungselemente von dem Extrudat des sie umgebenden Mantels ab. Wie in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist, sind der Kern 22 und das rohrförmige Element 28 von einem inneren Mantel 61 und von einem Zwischenmantel 63 umgeben, die beide aus einem Kunststoffmaterial bestehen. Zudem sind in jedem Mantel 61 und 63 eine Vielzahl von sich in Längsrichtung erstreckenden Verstärkungselementen 64-64, bei denen es sich um Stahldrähte oder um Glasstäbe handeln kann, teilweise eingebettet. Teile der Verstärkungselemente stehen in engem Kontakt mit den Einbettungsschichten 65-65, um vorbestimmte Oberflächen der Verstärkungselemente hinreichend unzugänglich für eine Ankopplung an das Kunststoffextrudat zu machen, welches zur Schaffung der darüberliegenden Schicht verwendet wird. Hierdurch wird die Kopplung zwischen dem Mantel und den Verstärkungselementen verringert, so daß die Verstärkungselemente bei örtlichen Kabelkrümmungen bezüglich des Mantelkunststoffes besser gleiten können.
Das in den Fig. 5 und 6 dargestellte Kabel nach dem Stand der Technik kann auch mit einem unter dem äußeren Mantel 68 liegenden Abschirmsystem 67 versehen werden. Das Abschirmsystem 67 kann eine innere Metallabschirmung 69 und eine äußere Metallabschirmung 71 umfassen, die mit dem Mantel 68 verbunden ist, um den Feuchtigkeitsschutz und die mechanische Qualität des Kabels zu verbessern. Dieses Kabel wird in dem US-Patent 4 557 560 offenbart und beansprucht, das am 10. Dezember 1985 auf die Namen von W.D. Bohannon, Jr. et al. ausgegeben wurde.
Durch die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Anordnung läßt sich auch die Kopplung zwischen den Verstärkungselementen und dem Mantel 36 steuern. Teile der Verstärkungselemente sind für eine Verbindung mit dem Kunststoffmantel 36 hinreichend unzugänglich. Teile der Verstärkungselemente der inneren Schicht, die an dem Kernrohr 28 anliegen, und die Teile der Verstärkungselemente jeder Schicht, die aneinander anliegen, sind nicht in Kunststoffmaterial eingebettet und somit von dem Mantel entkoppelt. Hierdurch wird eine vollständige Einkapselung der Verstärkungselemente vermieden. Durch diese Anordnung wird für die Vielzahl von sich in Längsrichtung erstreckenden Verstärkungselementen, die entlang des rohrförmigen Elementes 28 angeordnet sind, eine Gleitebene geschaffen.
Bei der Herstellung werden die Verstärkungselemente unter Spannung um das rohrförmige Element 28 angeordnet, so daß Teile der Oberflächen der Verstärkungselemente in engem Oberflächenkontakt mit dem rohrförmigen Element und untereinander stehen. Nun wird der Mantel 36 über den Verstärkungselementen druckextrudiert. Die innere Schicht 40 aus Verstärkungselementen und das Kernrohr sowie die innere und die äußere Schicht aus Verstärkungselementen stehen so in Kontakt, daß das Fließen des Kunststoffextrudats des Mantels zu den Oberflächenteilen verhindert und die Einkapselung dieser Oberflächen vermieden wird. Hierdurch wird die Kopplung zwischen dem Mantel und den Verstärkungselementen ausreichend stark verringert, so daß die Verstärkungselemente bei örtlichen Kabelkrümmungen bezüglich des Mantels besser gleiten können.
Verhindert man eine Einkapselung dieser Oberflächen, so hat dies einen geringen Einfluß auf die verstärkte Zugfestigkeit infolge der Verstärkungselemente. Wenn sich das extrudierte Kunststoffmaterial des Mantels 36 bei der Herstellung abkühlt, liegt es um zumindest einige der Verstärkungselemente eng an. Bei Zugbelastung des Kabels versuchen die schraubenförmig gewickelten Verstärkungselemente, sich radial zu bewegen. Sie werden von dem darunterliegenden rohrförmigen Element 28 jedoch daran gehindert. Der Mantel bildet im Großen und Ganzen für die Verstärkungselemente, die in einem einzigen Schichtsystem mit dem rohrförmigen Element anliegen, oder für die Verstärkungselemente der äußeren Schicht, die an der inneren Schicht anliegen, einen mit Schlitzen versehenen Ring. Durch diese Anordnung wird die Relativbewegung der Verstärkungselemente um den Umfang des Mantels weitgehend abgeschwächt, während die Relativbewegung der Verstärkungselemente längs des Mantels erleichtert wird, wenn das Kabel örtlich gebogen wird.
Zwischen den Verstärkungselementen des erfindungsgemäßen Kabels und dem Mantel 36 ist die Kopplung ausreichend stark, um sicherzustellen, daß sich die Verstärkungselemente und der Mantel in Längsrichtung über die gesamte Länge des Kabels wie eine Verbundstruktur verhalten. Diese Kopplung wird durch die Verstärkungselemente hervorgerufen, die sich unmittelbar benachbart zu dem Mantel 36 befinden. Um dem erfindungsgemäßen Kabel eine geeignete Druckfestigkeit zu verleihen, ist es daher wichtig, daß die relativ unbiegsamen Verstärkungselemente 52-52 in der äußeren Schicht 50 benachbart zu dem Mantel 36 angeordnet sind. Bei dieser Anordnung sind die Verstärkungselemente 52-52 ausreichend stark mit dem Mantel 36 gekoppelt, so daß diese Verstärkungselemente und der Mantel eine Schichtkörperanordnung bilden, die eine Kontraktion des Kabels verhindert. Eine Kontraktion des Kabels kann bei der anfänglichen Schrumpfung des Kunststoffmantelmaterials auftreten, sowie dann, wenn das Kabel Temperaturen von bis zu -40ºC (-40ºF) ausgesetzt ist. Wenn nur die relativ flexiblen Verstärkungselemente 42-42 benachbart zu dem Mantel 36 wären, könnte die Schichtkörperanordnung aus ihnen und aus dem Mantel nicht den erwarteten Knickkräften widerstehen. Die erfindungsgemäßen Kabel besitzen eine ausgezeichnete optische Qualität, ohne wesentlich zusätzliche Dämpfungen bei Temperaturen von bis zumindest 40ºC (-40ºF).
Das erfindungsgemäße Kabel kann einer Belastung von 2670 N (600 lbs.) widerstehen, wobei die Dehnung 0,33% nicht übersteigt. In Fig. 7 ist in einem Diagramm 80 die aufgebrachte Last über der Dehnung aufgetragen. In diesem Diagramm zeigt eine Kurve 82 das Belastungs-Dehnungsverhalten des oben besprochenen Kabels nach dem Stand der Technik. Es sei daran erinnert, daß ein Kabel nach dem Stand der Technik zwei Schichten aus Verstärkungselementen enthält, die durch einen inneren Mantel voneinander getrennt sind, wobei es sich bei allen Verstärkungselementen um relativ steife Glasstäbe handelt. Da das erfindungsgemäße Kabel 20 in der inneren Schicht eine Vielzahl von relativ biegsamen Glasfaserelementen in einer etwas wellenförmigen Anordnung entlang des Kabels enthält, werden Teile einer Zugkraft von ihnen nicht sofort aufgenommen, sondern erst nachdem sie straff angespannt sind. Die Kurve 90, welche die Belastungs-Dehnungs-Beziehung für ein erfindungsgemäßes Kabel darstellt, weist daher einen Bereich 92 mit einer Steigung auf, die geringer ist als die Steigung der Kurve 82 des Kabels nach dem Stand der Technik. Damit die Dehnung bei einer Last von 2670 N (600 lbs.) den Wert von 0,33% nicht übersteigt, weist die restliche Kurve 90, d.h. der Bereich 94, eine Steigung auf, die größer ist als die Steigung des Bereichs 92 und größer als die Steigung der Kurve 82 des Kabels nach dem Stand der Technik.
Es sei bemerkt, daß die Kraft-Dehnungs-Kurven des erfindungsgemäßen Kabels keinen Knick aufweisen müssen, wie er in Fig. 7 dargestellt ist. Die relative Anzahl der zwei Arten von Verstärkungselementen können optimiert werden, um dem Kabel sowohl ausreichende Festigkeitseigenschaften als auch eine ausreichende Flexibilität zu verleihen. Die Anzahl der relativ steifen Verstärkungselemente 52-52 kann beispielsweise genügend erhöht werden, damit die Kraft-Dehnungs-Kurve zu der nicht geknickten Kurve 82 ähnlich wird. Solch ein Kabel würde selbstverständlich eine Vielzahl von Verstärkungselementen 42- 42 enthalten, obgleich nicht so viele, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, um dem Kabel Flexibilität zu verleihen.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung betragen die inneren und äußeren Durchmesser des Kernrohres 4,3 mm (0,17 Zoll) bzw. 6,1 mm (0,24 Zoll), während die inneren und äußeren Durchmesser des äußeren Mantels 8,13 mm (0,32 Zoll) bzw. 10,7 mm (0,42 Zoll) betragen. Die innere Schicht 40 enthält 12 Rovings 42-42, während die äußere Schicht 50 zwei Rovings 42-42 und 10 stabförmige Elemente 52- 52 aus Glas enthält, wobei alle Elemente gleichmäßig beabstandet zueinander um den Umfang des Kabels angeordnet sind. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die zwei Rovings 42-42 diametral zueinander in der äußeren Schicht angeordnet.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Kabels sollten offensichtlich sein. So wurde beispielsweise der innere Mantel aus Kunststoffmaterial, wie ihn Kabel nach dem Stand der Technik aufweisen, fortgelassen. Es wird zudem eine Mischung aus relativ biegsamen und relativ steifen, stabförmigen Glasfaserelementen anstatt ausschließlich Glasstäbe verwendet, um dem Kabel die erforderliche Zugfestigkeit zu verleihen. Damit wird das entstehende Kabel biegsamer als sein Vorgänger. Obwohl bei dem erfindungsgemäßen Kabel das monolithische Verstärkungselementsystem nach dem Stand der Technik durch ein Hybridsystem ersetzt wurde, besitzt es eine vorgegebene Aufnahmefähigkeit für Belastungen, wobei die Dehnung einen vorbestimmten Wert nicht übersteigt.
Das erfindungsgemäße Kabel 20 ist durch verschiedene zusätzliche Vorteile gegenüber Kabel nach dem Stand der Technik gekennzeichnet. Es ist beispielsweise biegsamer und weist einen geringeren äußeren Durchmesser auf als das sogenannte Diagonal- oder Cross-Ply-Kabel des US-Patents 4 241 979. Da, wie aus den Fig. 5 und 6 zu erkennen ist, die Verstärkungselementschichten des Kabels nach dem Stand der Technik durch einen inneren Mantel voneinander getrennt sind, ist auch für jedes der schraubenförmig gewundenen Verstärkungselemente in der äußeren Schicht eine größere Schlaglänge als für jedes Verstärkungselement der inneren Schicht erforderlich, um ein verwindungsneutrales (hinsichtlich der Torsionsmomente ausgeglichenes) Kabel zu schaffen. Bei dem erfindungsgemäßen Kabel sind die Verstärkungselementschichten zueinander benachbart, so daß für beide Schichten die gleiche Schlaglänge verwendet werden kann, die zudem größer ist als die Schlaglänge für die innere Schicht von Kabeln nach dem Stand der Technik. Bei der bevorzugten Ausführungsform beträgt die Schlaglänge für jedes Verstärkungselement etwa 31,75 cm (12,5 Zoll).
Das erfindungsgemäße Kabel weist auch ein nicht- metallisches Umhüllungssystem auf, während bei dem in den Fig. 5 und 6 dargestellten Kabel metallische Verstärkungselemente verwendet werden und unter dem äußeren Mantel ein metallisches Abschirmsystem angeordnet ist. Die in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellten Kabel erfordern infolgedessen auch keine metallischen Erdungsanordnungen über Verspleißungen und an Kabelmuffen. Das erfindungsgemäße Kabel neigt zudem viel weniger dazu, von Blitzeinschlägen getroffen zu werden.
Es sei darauf hingewiesen, daß die oben beschriebenen Anordnungen lediglich zur Veranschaulichung der Erfindung dienen. Von Fachleuten auf dem Gebiet können auch andere Anordnungen erdacht werden, welche die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpern und in den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims

1. Lichtleitfaserkabel mit:

- einem Kern (22), der zumindest eine Lichtleitfaser (23) umfaßt;

- einem rohrförmigen Element (28), das aus einem dielektrischen Material besteht und den Kern (22) umgibt;

- einem Kabelmantel (36), der aus einem Kunststoffmaterial besteht und das rohrförmige Element (28) umgibt; und mit

- einem Verstärkungselementsystem (32), welches in dem Zwischenraum zwischen dem rohrförmigen Element (28) und dem Mantel (36) angeordnet ist und Verstärkungselemente umfaßt, die dem Kabel eine vorgegebene Festigkeit gegenüber Zugbelastungen verleihen,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Verstärkungselementsystem (32) zwei Arten (42, 52) von Verstärkungselementen umfaßt, wobei von jeder Art eine Vielzahl von Verstärkungselementen vorhanden ist,

daß die Verstärkungselemente (42) der ersten Art aus Glasfasern und aus einem ersten dielektrischen Kunststoffmaterial bestehen, um die Verstärkungselemente (42) der ersten Art in bezug auf die Verstärkungselemente (52) der zweiten Art flexibel zu machen,

daß die Verstärkungselemente (52) der zweiten Art aus Glasfasern und aus einem zweiten dielektrischen Kunststoffmaterial bestehen, so daß die Verstärkungselemente (52) der zweiten Art im Vergleich zu den Verstärkungselementen (42) der ersten Art stabförmig sowie steif oder unbiegsam sind, und

daß die Verstärkungselemente (52) der zweiten Art teilweise in dem Mantel (36) eingekapselt sind, so daß sie genügend stark mit dem Mantel (36) verbunden sind, um einen Verbundkörper zu bilden, der Kontraktionen des Kabels verhindert und der ausschließlich aus einem dielektrischen Material besteht.

2. Lichtleitfaserkabel nach Anspruch 1, bei dem das Verstärkungselementsystem eine innere Schicht (40) aus Verstärkungselementen (42) der ersten Art umfaßt, sowie eine äußere Schicht (50), die hauptsächlich aus Verstärkungselementen (52) der zweiten Art besteht.

3. Lichtleitfaserkabel nach Anspruch 2, bei dem die Verstärkungselemente (42) der inneren Schicht (40) an dem rohrförmigen Element (28) anliegen.

4. Lichtleitfaserkabel nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die innere und die äußere Schicht aus Verstärkungselementen (40 bzw. 50) benachbart zueinander sind und aneinander anliegen.

5. Lichtleitfaserkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem jedes der Verstärkungselemente (42) erster Art ein Glasfasergespinst enthält, das mit einem Polyurethanmaterial als erstes Kunststoffmaterial imprägniert ist.

6. Lichtleitfaserkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem jedes der Verstärkungselemente (52) zweiter Art Glasfasern enthält, die mit einem Epoxydmaterial als zweites Kunststoffmaterial imprägniert sind.

7. Lichtleitfaserkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Kabel mit etwa 2,670 N belastet werden kann, wobei die Dehnung etwa 0,33 % nicht überschreitet.

8. Lichtleitfaserkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Verstärkungselemente (42, 52) schraubenförmig um das rohrförmige Element (28) gewickelt sind.

9. Lichtleitfaserkabel nach Anspruch 8, bei dem die innere Schicht (40) und die äußere Schicht (50) in entgegengesetzten Richtungen schraubenförmig um das rohrförmige Element (28) gewickelt sind.

10. Lichtleitfaserkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Verstärkungselemente (42, 52) ohne Verseilung entlang des Kabels angeordnet sind.