DE3876176T2

DE3876176T2 - Zusammenstellende dienst- und kommunikationsausteilungsorganen.

Info

Publication number: DE3876176T2
Application number: DE8888903635T
Authority: DE
Inventors: Joseph Mullin; Cogel Reed
Original assignee: American Telephone and Telegraph Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1987-02-27
Filing date: 1988-02-23
Publication date: 1993-06-09
Anticipated expiration: 2008-02-24
Also published as: EP0305509B1; EP0305509A1; CA1297549C; WO1988006742A1; KR960014129B1; KR890700843A; US4852965A; DK594188D0; JPH01502949A; DK594188A; JPH0656724B2; DE3876176D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine verstärkte optische Fasereinheit und auf zusammengesetzte Kabel unter Verwendung einer solchen Einheit für zusammengesetzte Service- und Verteilungs-Kommunikationsmedien.
Aus US-A 4.446.686 ist es bekannt, eine Anzahl von Lichtleiterfaserbändern in einem rohrförmigen Mantel zu umschließen, der aus einer zusammengesetzten Anordnung aus Kunststoffmaterialien und hochelastischen Verstärkungsgliedern besteht, die mehrere Lagen bilden. Eine Anordnung von diskret imprägnierten Faserverstärkungsgliedern ist nicht offenbart.
Aus der US-A 4.172.106 ist es ferner bekannt, ein Bündel von Wellenleitern in den Hohlraum eines rohrartigen Mantels mit einer Verstärkung einzufügen, die aus länglichen Zugelementen, beispielsweise Stahldrähten besteht, die in der Mantelwand eingebettet sind. Auch hier wird eine Mehrzahl von diskreten imprägnierten Faserverstärkungsgliedern nicht offenbart.
Ein zusammengesetztes Kabel ist aus der EP-A 135.132 bekannt, welche drei isolierte Leiter und mindestens ein Hohlrohr umfaßt, welches ein Lichtleiterkabel umschließen kann. Dieses Rohr und das Lichtleiterkabel stellen keine verstärkte optische Fasereinheit mit einem Verstärkungsgliedsystem dar, welches eine Mehrzahl von diskreten imprägnierten Faserverstärkungselementen aufweist.
Der telefonische Hausanschluß wird über Luft- oder Erdkabel vorgenommen. Bei beiden Arten sind typischerweise zwei metallische Leiter, beispielsweise Kupferdrähte, in einem Mantel umschlossen. Um sich selbst halten zu können, umfaßt das Luftanschlußkabel mindestens ein Verstärkungsglied. Telefonbetriebsgesellschaften haben den Wunsch zur Verlegung von Kabel geäußert, welche optische Fasern als auch metallische Leiter umfassen. Ein solches Verhalten der frühen Unterbringung von optischen Fasern in Luft- oder Erdkabel zu den Hausanschlüssen der Kunden erleichtert den späteren Übergang von dem Betriebssystem mit Metall zu dem Betriebssystem mit optischen Fasern. Offenbar werden die Erstkosten der Installation von optischen Fasern zum Hausanschluß der Kunden durch eine derartige Lösung minimalisiert. Mit einem solchen Kabel können optische Fasern zum Hausanschluß der Kunden vorgesehen sein, während die Ankunft des optischen Fasernetzwerkes und die Entwicklung von zugeordneter Hardware und Elektronik abgewartet werden kann.
Solche zusammengesetzten Kabel sollen mit den gleichen Verfahren und Geräten, wie sie für Gesamtkupferkabel verwendet werden, verlegt werden. Demgemäß muß der optische Faserteil genügend robust sein, in die Erde vergraben oder durch den Freiraum einer beherbergenden Struktur gezogen zu werden und in der Lage sein, außerhalb der beherbergenden Struktur in einer getrennten Bahn zu einer Speicherstelle oder einem Abschlußpunkt der optischen Faser zu überleben.
Das nachgesuchte Kabel sollte gewünschte Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise sollte es eine relativ hohe Zugfestigkeit und eine axiale Belastbarkeit gegen Druck aufweisen, einen relativ niedrigen minimalen Biegeradius besitzen, Steifigkeit gegen Biegeverlust aufweisen, um sicherzustellen, daß die optische Fasereinheit nicht den Verdrängungen und Biegungen von benachbarten verdrillten Paaren folgt und sollte so gerade wie möglich verbleiben, um Biegeverluste klein zu halten. Ferner sollte eine Betriebstemperatur im Bereich von ungefähr -40ºC bis +71º und der Einzelmode-Betrieb möglich sein und die Kosten niedrig sein. Das Kabel sollte geeignet gepolstert sein, um wiederholten Stößen infolge von Fahrzeugen zu widerstehen, die bei dem Überkreuzen von Straßen auf Haltestrukturen während der Installation zustandekommen. Die Struktur darf außerdem nicht durch die Füllzusammensetzung des Kabels beeinträchtigt werden. Das Kabel muß gegenüber Wasser widerstandsfähig sein, um Schaden infolge von wasserinduzierter Rißausbreitung oder Frieren zu verhindern. Soweit das Kabel in einigen Fällen zu einem Hausanschluß geführt ist, muß es in feuerhemmender Ausführung hergestellt werden können.
Augenscheinlich fehlt beim Stand der Technik ein solches Kabel, welches sowohl metallische wie auch optische Faser als Leiter enthält und die gewünschten Eigenschaften aufweist. Kabel mit nur optischen Fasern sind kommerziell erhältlich, und zwar weisen diese eine optische Faser und Garn als Verstärkungsglied zwischen der optischen Faser und einem Kunststoffmantel auf. Ein solches Kabel zeigt jedoch bei Druckbeanspruchung keine Knickfestigkeit oder Säulenfestigkeit und ist nicht für Einbau im Freien geeignet, insbesondere wegen der relativ niedrigen Temperaturen. Das nachgesuchte Kabel will einem Bedürfnis am Markt genügen, indem die Dienste für den Heimanschluß ausgedehnt werden.
Das zu lösende Problem besteht darin, eine verstärkte optische Fasereinheit verfügbar zu machen, die ausreichend robust ist, den Belastungen beim Vergraben oder der Verlegung in Luft zu widerstehen und welches als ein Element in einem zusammengesetzten Kabel und als Freileitung sowie auch als Lichtleiterkabel verwendet werden kann.
Die vorstehenden Probleme sind durch die Einheiten gemäß Erfindung gelöst worden. Das Kabel nach der Erfindung umfaßt mindestens eine verstärkte optische Fasereinheit, welche mindestens eine optische Faser umfaßt und eine Pufferschicht aus Kunststoffmaterial, welche die optische Faser umgibt, umfassen kann. Die verstärkte optische Fasereinheit kann als Verstärkungseinheit für Lichtleiter bezeichnet werden. Die Einheit umfaßt ferner eine Mehrzahl von Verstärkungsgliedern aus imprägnierten Glasfasern, die jeweils einen Querschnitt aufweisen, der zwei generell parallele Seiten umfaßt, die an ihren Enden über Krümmungen miteinander verbunden sind. Die Verstärkungsglieder umschließen die optische Faser in einer Weise, welche es der Faser ermöglicht, innerhalb der Verstärkungsglieder zu schwimmen, welche für Knickfestigkeit oder Säulenfestigkeit zum Widerstehen von Drückkräften sorgen. Ein Mantel aus Kunststoff umschließt die Anordnung der Verstärkungsglieder. In den Zwischenräumen zwischen Mantel und Verstärkungsgliedern sowie zwischen den Verstärkungsgliedern und der optischen Faser ist wasserblockierendes Material angeordnet. In einer Ausführungsform umfaßt das Kabel auch mindestens einen isolierten metallischen Leiter. Ein Umhüllungssystem umschließt die optische Fasereinheit und die metallischen Leiter, sofern vorhanden. In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Kabel mindestens ein Paar isolierter metallischer Leiter. Das Umhüllungssystem umfaßt einen äußeren Kunststoffmantel und in einigen Fällen eine metallische Abschirmung, die zwischen dem Mantel und dem Kern angeordnet ist. Für einige Anwendungen ist feuerhemmendes wasserblockierendes Material innerhalb des Umhüllungssystems um die verstärkte optische Fasereinheit und die gegebenenfalls vorhandenen metallischen Leiter vorgesehen.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines zusammengesetzten Kabels aus optischer Faser und metallischem Leiter gemäß Erfindung,
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht des Kabels nach Fig. 1,
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht einer verstärkten optischen Fasereinheit,
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils der verstärkten optischen Fasereinheit nach Fig. 3,
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht der verstärkten optischen Fasereinheit nach Fig. 3,
Fig. 6 ist ein Spannungsdehnungs-Diagramm eines wasserblockierenden Materials der verstärkten optischen Fasereinheit nach Fig. 3,
Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform des Kabels nach der Erfindung,
Fig. 8 ist eine Querschnittsansicht des Kabels nach Fig. 7,
Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht eines Kabels nach der Erfindung, welches für freitragende Systeme (Freileitungen) geeignet ist,
Fig. 10 ist eine Querschnittsansicht einer gesamtdielektrischen Freileitung unter Verwendung der verstärkten optischen Fasereinheiten nach der Erfindung, und
Fig. 11 und 12 sind jeweilige Querschnittsansichten von weiteren Ausführungsformen des Kabels nach der Erfindung.
In Fig. 1 und 2 ist ein Kabel 20 mit einem Kern 21 dargestellt, der eine oder mehrere verstärkte optische Fasereinheiten 22 aufweist. Das Kabel 20 ist zusammengesetzt und für den Teilnehmeranschluß geeignet. Es umfaßt mindestens eine verstärkte optische Fasereinheit sowie einen oder mehrere Leiter. In einer anderen Ausführungsform kann das Kabel 20 mindestens eine verstärkte optische Fasereinheit und mindestens ein oder mehrere Paare isolierter metallischer Leiter 24-24 umfassen.
In Fig. 3 bis 5 ist eine der verstärkten optischen Fasereinheiten 22-22 im einzelnen gezeigt. Die verstärkte optische Fasereinheit 22 umschließt eine optische Faser 30, die eine Beschichtung aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die optische Faser 30 mit einem Puffermantel 34 versehen. Der Puffermantel 34 weist typischerweise Polyesterelastomer- oder Polyvinylchlorid- Kunststoff (PVC) auf, der über die beschichtete optische Faser extrudiert worden ist. Die gepufferte optische Faser, welche mit der Bezugszahl 36 versehen ist, weist einen Außendurchmesser von ungefähr 0,089 cm auf.
Die gepufferte optische Faser 36 wird von einer Anzahl von Glasfaser-Verstärkungsgliedern 40 umschlossen. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, weisen die Glasfaser-Verstärkungsglieder einen länglichen Querschnitt quer zur Längsachse auf, wobei die Querschnittsfläche durch parallele Seiten 42-42 und durch bogenförmige Ränder 44-44 begrenzt ist.
Die Verstärkungsglieder 40-40 müssen geeignete Festigkeitseigenschaften aufweisen, um dem Ausfall gegenüber Zuglasten standzuhalten. Zuglastbruch wird durch Faserverschleiß, Fehlstellen und Ungleichgewicht der Zugbelastung verursacht. Fasern werden durch benachbarte Fasern in der Umgebung des Gebrauchs und durch Partikel in einem nachfolgend extrudierten Mantel abgenutzt, was unter gewissen Bedingungen höchst schwerwiegend ist. Fehlstellen kommen mit einer Wahrscheinlichkeit vor, die mit zunehmender Faserlänge zunimmt und die zu Zuglastbrüchen mit einem Zeitverlauf führen, der ungefähr umgekehrt proportional zur Kabellänge ist. Ungleiche Verteilung der Zuglasten kommt dann zustande, wenn die Fasern nicht miteinander verkoppelt sind, um die Zuglasten gleichmäßig zu verteilen. Wenn einige Fasern brechen, nehmen andere die Belastung auf, bis der Gesamtquerschnitt der Verstärkungsglieder bricht.
Als Lösung für diese Probleme werden imprägnierte Kardenbänder oder Garne als Verstärkungsglieder benutzt. Imprägnationsmaterial kann durch Polymerisationsreaktionen der Kondensation oder der Addition gebildet werden und kann beispielsweise Materialien umfassen, die auf Urethanen, Acrylsäure oder Acrylaten basieren, ferner Epoxidharze, Polyester und Polyvinylchlorid oder andere auf Vinyl basierende Materialien umfassen. Für gewisse Materialien der Verstärkungsglieder, wie Glasfasern, muß ein Kopplungsmittel oder eine Appretur, wie Silan, verwendet werden, um das imprägnierende Material mit den Fasern zu verbinden; für Fasermaterial wie Kevlar wird ein Kopplungsmittel nicht benötigt.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden imprägnierte Glasfasergewebe oder Garne als Verstärkungsglieder verwendet. Das Imprägnierungsmaterial bedeckt jede Faser mit einer Schicht, welche diese gegen Abrieb schützt und jede Faser mit ihrem Nachbarn koppelt, um Fehlstellen zu überbrücken und für einen Ausgleich der Zuglast zu sorgen. Die Fiberglasimprägnation wird gewöhnlich durch die Fiberglasproduzenten vorgenommen. Glasfasern werden von einer Ofendüse gezogen und durch Wasserspray gekühlt, wonach die Anwendung einer Wasserdispersion von Silan erfolgt. Durch Trocknen wird überschüssiges Wasser und Alkohol entfernt, der sich bildet, wenn sich das Silan mit dem Glas verbindet, wodurch mit Silan beschichtete Fasern mit organo-funktionalen Gruppen zurückbleiben, die zur Kopplung mit dem imprägnierenden Material angeordnet sind. Jedes Verstärkungsglied wird in einem Bad imprägniert, wobei die grundierten Fasern einen Abstand voneinander einnehmen, um die Imprägnation zu verbessern. Als Beispiel für ein Verfahren der Imprägnation eines Bündels von Fasern siehe US-A-4.479.984 vom 30. Oktober 1984 (N. Levy und P.D.Patel), auf welches hier Bezug genommen wird.
Imprägnieren von Gewebe oder Garn vermeidet einen Nachteil von einfachem Gewebe oder Garn für die Verstärkungsglieder. Gegenüber einfachem Gewebe oder Garn werden Fehlstellen in den Fasern durch das Imprägnierungsmaterial überbrückt, welches auch den Abrieb verhindert. Die Imprägnation vergrößert die Wechselfestigkeit der kompletten Struktur gegenüber von unimprägniertem Gewebe. Das Imprägnationsmaterial dient auch als Teil des wasserblockierenden Systems für die verstärkte optische Fasereinheit.
Die Verstärkungsglieder weisen eine abgeflachte Gestalt auf, und zwar wegen der Art und Weise, wie sie hergestellt werden. Das Gewebe oder das Garn wird über eine Stange ausgebreitet, so daß das Gewebe danach flach erscheint. Diese Auslegung ist insofern günstig, als sie den Schutz für die gepufferte optische Faser 36 verbessert. Wie ferner aus Fig. 4 ersichtlich ist, werden die Verstärkungsglieder 40-40 zur optischen Faser in solcher Weise zusammengesetzt, daß sie einen Seilschlag entlang der Länge der Lichtleiterverstärkungseinheit 22 einnehmen. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Schlaglänge ungefähr 10 cm.
Es wird bemerkt, daß die Verstärkungsglieder in einer speziellen Weise um die gepufferte optische Faser 36 herum angeordnet sind. Sie sind zur Bildung einer im großen und ganzen dreieckförmigen Gestalt angeordnet, wobei eine der parallelen Seiten der gepufferten optischen Faser benachbart ist, die von den drei Verstärkungsgliedern umschlossen wird. Leichtes Berühren der Verstärkungsglieder an der optischen Faser ist zulässig, jedoch darf nicht mehr geschehen, weil eine Belastung der optischen Faser zu Mikrobiegeverlusten führen kann. Andere Anordnungen sind innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung. Beispielsweise könnten zwei oder mehrere Verstärkungsglieder mit bogenförmiger Gestalt um die optische Faser herum angeordnet sein, auch könnten vier Verstärkungsglieder zur Bildung eines quadratischen Querschnitts verwendet werden.
Wichtig ist, daß die Verstärkungsglieder zur Bildung eines zusammengesetzten, knickfesten Verstärkungsgliedes organisiert sind, welches axial anliegenden Druckkräften widersteht. Die Verstärkungsglieder sorgen auch für Widerstand gegenüber quer anliegendem Druck, d.h. gegenüber Kollabieren der Einheit, wenn diese durch den Extruder geführt wird oder Biegungen unterliegt. Die Anordnung der Verstärkungsglieder dient auch als Wärmebarriere während der Extrusion. Die Verstärkungsglieder müssen genügend gegenüber den optischen Fasern entkoppelt werden, um die Übertragung von Kräften auf diese zu verhindern. Die Entkopplung ist auch deshalb wichtig, wegen des Verhältnisses der Dichte zwischen den Ummantelungskomponenten und der optischen Faser zu der für die optische Faser erforderlichen Ansprechzeit, zu einem niedrigen Spannungszustand zurückzukehren, nachdem die Faser während einer Biegung oder einer thermischen Wechsellast gestreßt worden ist.
Die verstärkte optische Fasereinheit 22 umfaßt auch einen Mantel 50. Der Mantel kann aus PVC bestehen, der einen geeigneten Widerstand gegenüber Flammenausbreitung und Rauchentwicklung zeigt. Typischerweise weist der Mantel ein Polyamidmaterial, beispielsweise Nylon auf, um diesen Zähigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Abrieb, Schlag und Druck zu verleihen. Die verstärkte optische Fasereinheit 22 ist so bemessen, daß sie ungefähr den gleichen Platz einnimmt, wie ein Kupferaderpaar in einem Kabel. Der Außendurchmesser des Mantels 20 beträgt ungefähr 0,330 cm. Die verstärkte optische Fasereinheit 22 ist unter Einschluß einer optischen Faser gezeigt, die gepuffert ist. Jedoch kann die Einheit immer noch den gleichen Außendurchmesser aufweisen und die gepufferte Faser kann durch zwei oder mehrere ungepufferte optische Fasern ersetzt werden. Der Puffer 34, der typischerweise einen Außendurchmesser von 0,089 cm aufweist, kann durch eine oder mehrere optische Faser ersetzt werden, die eine dünnere Pufferschicht besitzen.
Zwischen dem Mantel 50 und den Verstärkungsgliedern 40-40 der verstärkten optischen Faser 22 und zwischen den Verstärkungsgliedern und der gepufferten optischen Faser 36 befindet sich eine Füllzusammensetzung aus Materie 52. Diese Materialzusammensetzung sorgt für geeignetes wasserblockierendes Verhalten der verstärkten optischen Fasereinheit 22. Das Füllmaterial 52 muß gewisse Eigenschaften besitzen. Es ist festgestellt worden, daß in einem optischen Faserkabel die Füllzusammensetzung auch die Funktion erfüllen muß, die optische Faser in einem relativ niedrigen Spannungszustand zu halten. Ein solches Material ist eine kolloidale, mit Partikeln gefüllte Gelzusammensetzung, wie in US-A 4.701.016 offenbart. Die Zusammensetzung des wasserblockierenden Materials 52 ist zur effektiven Blockierung des Eintritts von Wasser in den Kern gedacht, während der zusätzliche Verlust im Kabel minimalisiert werden soll, um ausgezeichnete optische Eigenschaften zu zeigen.
Ein Gel ist typischerweise eine feste oder halbfeste Substanz, die ein Verdickungs- oder Gelierungsmittel in einem flüssigen Träger umfaßt. Die in Gels benutzten Gelierungsmittel sind häufig Fettsäure-Seifen, jedoch Materialien mit hohem Schmelzpunkt, wie Ton, Silikat, organische Farben, aromatische Amide und Harnstoff-Derivate können auch verwendet werden.
Wenn ein Gel einer niedrigen Belastung unterliegt, wirkt das Material im wesentlichen als ein feststoffgleiches Material. Wenn die Spannung oberhalb eines kritischen Wertes ansteigt, dann nimmt die Viskosität rasch ab und das Material fließt.
Die Abnahme der Viskosität ist weitgehend reversibel, da sie typischerweise durch den Bruch der Netzwerkverbindungen zwischen den Füllerpartikeln verursacht wird und diese Verbindungen sich wieder bilden können, wenn der überkritische Spannungszustand abgebaut wird.
Ein Kabelfüll- oder wasserblockierendes Material, speziell eine Füllzusammensetzung für optische Faserkabel, sollte eine Vielzahl von Erfordernissen erfüllen. Darunter zählt das Erfordernis, daß die physikalischen Eigenschaften des Kabels innerhalb akzeptabler Grenzen über einen ziemlich breiten Temperaturbereich verbleiben, d.h. zwischen ungefähr -40º bis ungefähr +71ºC. Es ist auch wünschenswert, daß das Füllmaterial relativ frei von Synerese über dem erwähnten Temperaturbereich ist. Synerese ist die Trennung des Öls von dem Gel bei der angelegten mechanischen Spannung. Füllmaterialien zur Anwendung in optischen Faserkabeln sollten auch einen relativ niedrigen Schermodul aufweisen. Gemäß Stand der Technik ist der Schermodul ein kritischer Materialparameter von Füllmaterialien für optische Faserkabel, da angenommen wird, daß er direkt zu dem Betrag an Mikrobiegeverlust in Beziehung steht. Für eine Diskussion des Mikrobiegeverlustes siehe S.E. Miller et al. in Optical Fiber Telecommunications, Academic Press, New York (1979), Seiten 158-161. Der Mikrobiegeverlust ist typischerweise schwieriger bei langen Wellenlängen als bei kurzen Wellenlängen zu beherrschen. Deshalb ist es wichtig, ein optisches Faserkabel zu erzeugen, das keine signifikanten kabelinduzierten Verluste bei langen Wellenlängen aufweist, beispielsweise bei 1,55 um.
Das bevorzugte wasserblockierende Material ist eine Zusammensetzung aus zwei hauptsächlichen Bestandteilen, nämlich Öl und einem Geliermittel, beispielsweise kolloidale Partikel und gegebenenfalls einem Auslaufhemmer. Vorzugsweise enthält die wasserblockierende Zusammensetzung einen thermischen Oxydationsstabilisator. Zu dem wasserblockierenden Material an brauchbaren Ölen zählen die Polybutenöle mit einem minimalen spezifischen Gewicht von ungefähr 0,83 und einem maximalen Stockpunkt, beispielsweise nach ASTM D97, von weniger als ungefähr 18ºC, oder ASTM Typ 103, 104A oder 104B oder Mischungen dieser Arten nach dem ASTM D-226 Test, von naphtenischen oder paraffinischen Ölen mit einem minimalen spezifischen Gewicht von ungefähr 0,86 und einem maximalen Stockpunkt nach ASTM D97 von weniger als ungefähr -4ºC. Spezifische Beispiele von im Kabel der Erfindung brauchbaren Ölen sind Polybutenöl, welches ein synthetisches Kohlenwasserstofföl mit einem Stockpunkt nach ASTM D97 von - 35ºC ist, eine SUS-Viskosität von 1005 bei 99ºC aufweist, ein spezifisches Gewicht von 0,8509 sowie ein mittleres Molekulargewicht von 460 aufweist. Es ist von der Amoco Chemical Corporation, Texas City, Texas unter der Handelsbezeichnung L-100 erhältlich. Ein anderes beispielhaftes Öl ist weißes Mineralöl mit einem Stockpunkt nach ASTM D97 von -25ºC, einer SUS-Viskosität von 53,7 bei 99ºC, einem mittleren spezifischen Gewicht von 0,884 und einem maximalen aromatischen Gewichtsölanteil von 1 %. Das letztere ist von Penreco of Butler, Pennsylvania, unter der Bezeichnung Drakeol 35 verfügbar. Andere Öle umfassen auf Triglycerid basierende Pflanzenöle wie Rizinus- oder Castoröl und andere synthetische Kohlenwasserstofföle, beispielsweise Polypropylenöle. Für Anwendungen, die feuerhemmende Eigenschaften erforderlich machen, sind chlorinierte Paraffinöle mit einem Chlorgehalt von ungefähr 30-75 Gewichts- % und einer Viskosität bei 25ºC zwischen 100 und 10.000 cps brauchbar. Ein Beispiel eines solchen Öls ist Paroil 152, welches von der Dover Chemical Company of Dover, Ohio, erhältlich ist.
Der Ölrückhalt der erfindungsgemäßen Gele kann durch die Zufügung einer oder mehrerer Auslaufhemmer zu der Zusammensetzung verbessert werden. Der Auslaufhemmer kann ein Gummiblock-Copolymer, eine relativ hochviskose Halbflüssigkeit, manchmal auch als halbfester Gummi bezeichnet, oder ein anderer geeigneter Gummi sein. Block- Copolymere und halbflüssige Gummis werden kollektiv als Gummipolymere bezeichnet. Der Einbezug eines Gummipolymers in die Gelzusammensetzung ermöglicht eine Verringerung des Betrags an kolloidalen Partikeln, die der Mischung zugeführt werden müssen, um Synerese des Gels zu verhindern. Diese Verhinderung kann zu Kostenersparnissen führen. Ferner macht es die Formulierung von nichtauslaufenden Zusammensetzungen möglich, die eine relativ niedrige kritische Dehnungsspannung aufweisen.
Zu den Gummiblock-Copolymeren, die in den wasserblockierenden Zusammensetzungen des Kabels nach der Erfindung benutzt werden können, zählen Styrengummi und Styrengummi-Styrenblock- Copolymere mit einem Styren-/Gummiverhältnis zwischen ungefähr 0,1 und 0,8 und einem Molekulargewicht, durch die Viskosität in Toluol bei 25ºC angegeben, von ungefähr 100 cps in einer 20 gewichts-%-igen Gummilösung bis ungefähr 2000 cps in einer 15 gewichts-%-igen Gummilösung. Beispielhafte Blockgummis sind a) ein Styren-Ethylen-Propylenblock-Copolymer (SEP) unplastifiziert, mit einem Styren-/Gummiverhältnis von ungefähr 0,59, einem spezifischen Gewicht von ungefähr 0,93, einer Bruchfestigkeit nach ASTM D-412 von 207 N/cm² und von der Shell Chemical Company of Houston, Texas, unter der Handelsbezeichnung Kraton G1701 erhältlich; b) Styren-Ethylen- Butylenblock-Copolymer (SEB) mit einem Styren-/Gummiverhältnis von ungefähr 0,41 und von der Shell Chemical Company unter der Bezeichnung TRW-7-1511 erhältlich; c) Styren-Ethylen-Butylen- Styrenblock-Copolymer (SEBS), unplastifiziert und mit einem Styren-/Gummiverhältnis von ungefähr 0,41, einem spezifischen Gewicht von ungefähr 0,91, 500 % Längung, 300% Modul nach ASTM D-412 von 483 N/cm² und von der Shell Chemical Company unter der handelsbezeichnung Kraton G1652 erhältlich. Andere Styren- Gummi oder Styrene-Gummi-Styrenblock-Copolymere sind Styren- Isopren-Gummi (SI) und Styren-Isopren-Styren (SIS) Gummi, Styren-Butadien (SB) und Styren-Butadien-Styren (SBS) Gummi. Ein Beispiel von SIS ist Kraton D1107 und ein Beispiel für SBS ist Kraton D1102, beide von der Shell Chemical Company erhältlich.
Unter den als nützlich befundenen halbflüssigen Gummis gehören hochviskose Polyisobutylene mit einem Flory-Molekulargewicht zwischen ungefähr 20.000 und 70.000. Ein Beispiel davon ist Polyisobutylen mit einem Flory-Molekulargewicht von ungefähr 42.600 bis 46.100, einem spezifischen Gewicht von ungefähr 0,91 und einer Brookfield-Viskosität bei 350ºF (ungefähr 177ºC) von ungefähr 26.000-35.000 cps und von der Exxon Chemical Company of Houston, Texas, unter der Handelsbezeichnung Vistanex LM-MS erhältlich. Andere Gummis, die als nützlich erachtet werden, sind Butyl-Gummi, Ethylen- Propylen-Gummi (EPR), Ethylen-Propylen-Dimer-Gummi (EPDM), chlorinierte Butyl-Gummi mit einer Monney-Viskosität ML 1+8 bei 100ºC nach ASTM D-1646 von zwischen ungefähr 20 und 90. Beispiele des obigen sind Butyl 077, Vistalon 404, Vistalon 3708 bzw. Chlorobutyl 1066, alle von der Exxon Chemical Company erhältlich. Brauchbar sind auch die polymerisierten Gummis mit einer Viskosität zwischen ungefähr 40.000 und 400.000 cps bei 38ºC. Ein Beispiel hiervon ist DPR 75, erhältlich von Hardman Inc. of Belleville, New Jersey.
Kolloidale Füllerpartikel in Öl gelieren das Öl durch Oberflächenbindung von Hydroxylgruppen zur Bildung eines Netzwerks. Solche Gele sind in der Lage, eine Belastung unterhalb eines kritischen Spannungswertes auszuhalten. Oberhalb dieses mechanischen Spannungspegels wird das Netzwerk zerrissen und das Material nimmt einen flüssigkeitsartigen Charakter an und fließt unter mechanischer Spannung. Ein solches Verhalten wird oft als thixotropisch bezeichnet.
Im Kabel nach der Erfindung brauchbare kolloidale Füller umfassen kolloidales Silika, entweder hydrophil oder hydrophob, vorzugsweise ein hydrophobes, aus der Nebelphase gewonnenes Silika mit einer BET-Oberflächengröße zwischen ungefähr 50 und ungefähr 400 m²/g. Ein Beispiel eines hydrophoben, aus der Nebelphase gewonnenes Silika ist mit Polydimethylsiloxan beschichtetes, aus der Nebelphase gewonnenes Silika mit einer BET-Oberflächengröße von ungefähr 80-120 m²/g. Es enthält ungefähr 5 Gewichts-% Kohlenstoff und ist von der Cabot Corporation of Tuscola, Illinois, unter der Handelsbezeichnung Cab-O-Sil N70-TS erhältlich. Ein beispielsweises hydrophiles kolloidales Material ist aus der Nebelphase gewonnenes Silika mit einer BET-Oberflächengröße von ungefähr 175-225 m²/g, einer nominalen Partikelgröße von 0,012 um und einem spezifischen Gewicht von 2,2 und ist von der Cabot Corporation unter der Bezeichnung Cab-O-Sil M-5 erhältlich. Andere für die Durchführung der Erfindung nützliche Kolloidalfüller sind ausgefällte Silika und Tonerde wie Bentonite mit oder ohne Oberflächenbehandlung.
Fig. 6 zeigt eine verallgemeinerte Spannungsdehnungskurve 53 bei konstanter Dehnungsrate für ein thixotropisches Material, wie es als wasserblockierendes Material 52 verwendet wird, und läßt mehrere bedeutsame Parameter erkennen. Im Abschnitt 55 der Spannungsdehnungskurve 53 wirkt das Material im wesentlichen als ein elastischer Feststoff. Der Abschnitt 55 erstreckt sich von der Spannung Null bis zu dem kritischen Spannungswert c . Die Dehnung entsprechend c ist als γc angegeben, der kritischen Scherdehnung. Per Definition zeigen die Koordinaten das Einsetzen des Nachgebens an und die Größe c/γc (oder d /dγ für < c ist als der Schermodul (Ge) des Materials bekannt.
Nach dem Stand der Technik sollen Füllmaterialien für optische Faserkabel einen niedrigen Wert von Ge aufweisen. Es ist jedoch festgestellt worden, daß wenigstens für einige Anwendungen ein niedriger Wert von Ge des Füllmaterials nicht genügend ist, einen niedrigen Kabelverlust sicherzustellen, und daß ein weiterer Parameter, die kritische Dehnungsspannung c auch kontrolliert werden muß. Typischerweise ist die kritische Dehnungsspannung des Materials gemäß Erfindung nicht größer als ungefähr 70 Pa, gemessen bei 20ºC, während der Schermodul kleiner als ungefähr 13 kPa bei 20ºC ist.
Das Segment 56 der Spannungsdehnungskurve nach Fig. 6 stellt die zunehmenden Werte der inkrementalen Dehnung für zunehmende Spannung dar. Die Spannung y ist der maximale Spannungswert, den das Material bei einer gegebenen Dehnungsrate aushalten kann, wobei γy der entsprechende Dehnungswert ist. Für Dehnungen oberhalb von γy nimmt die Spannung zunächst ab, wie im Abschnitt 58 dargestellt, und wird dann im wesentlichen unabhängig von der Dehnung für noch größere Werte der Dehnung, wie im Segment 59 dargestellt. Das wasserblockierende Material zeigt so ein flüssigkeitsartiges Verhalten für in γ > γy.
Eine bevorzugte Füllzusammensetzung 52 für die Einheit 22 umfaßt typischerweise ungefähr 91,4 bis 94,0 Gewichts-% Öl und vorzugsweise ungefähr 92,8 bis 93 Gewichts-% Drakeol 35 Öl und ungefähr 6 bis 8,5 Gewichts-% kolloidalen Füller und vorzugsweise ungefähr 6,9 bis 7,1 Gewichts-% N70-TS hydrophobes, aus der Nebelphase gewonnenes, Silika. Die bevorzugte Zusammensetzung umfaßt auch ungefähr 0,1 Gewichts-% eines Oxydationsstabilisators. Ein beispielhafter Stabilisator ist Tetrakis-Methan, erhältlich von CIBA-GEIGY unter der Handelsbezeichnung Irganox 1010. Andere Zusammensetzungen, die für die Füllung der Einheit geeignet sein mögen, umfassen ungefähr 92,5 bis 93,5 Gewichts-% eines Strecköls, beispielsweise Drakeol 35, ungefähr 6,5 bis 7,5 Gewichts-% eines Gummis, beispielsweise Kraton G1652 und 0,2 Gewichts-% eines Antioxydantmittels wie Irganox 1010 oder 1035 Material. Für die bevorzugte Zusammensetzung wurden folgende Testwerte erhalten: a) c(Pa) = 10, Ge (kPa) = 1,8; b) c (Pa) = 10 und Ge (kPa) = 1,8, Zeit in Stunden = 16.
Die Zusammensetzungen wurden durch bekannte Verfahren zubereitet, typischerweise befanden sich die konstituierenden Materialien zuerst bei Umgebungstemperatur und Druck, dann bei Umgebungstemperatur unter einem Teilvakuum (typischerweise weniger als ungefähr 300 Torr). Die erhaltenen Zusammensetzungen wurden bewertet, einschließlich einer Bestimmung von c und Ge durch eine rheometrische Messung mit Konus und Platte. Eine exemplarisch Zusammenfassung der Eigenschaften ist bereits vorstehend dargestellt worden, wobei alle Messungen von c und Ge bei 20ºC vorgenommen wurden. Die mit a) bezeichneten Spannungswerte wurden ohne Altern bestimmt, während die mit b) bezeichneten für die angegebene Zeit gealtert wurden.
Vorteilhafterweise gibt das wasserblockierende Material 52, welches zur Füllung des Kerns der Einheit gemäß Erfindung benutzt wird, bei genügend niedriger Spannung nach, so daß die optische Faser 30 in der Lage ist, sich innerhalb der Einheit 22 zu bewegen, wenn die Einheit belastet oder gebogen wird. Da das Nachgeben des Füllmaterials 52 der optischen Faser ermöglicht, sich innerhalb der Einheit 22 zu bewegen, wird die mechanische Spannung darin reduziert, Mikrobiegen minimalisiert und die Lebensdauer der optischen Faser verlängert.
Das Füllmaterial 52 der verstärkten optischen Fasereinheit 22 kann auch flammenhemmend sein. Dies mag dadurch ausgeführt werden, daß in der zuvor beschriebenen Zusammensetzung ein flammenhemmender Bestandteil eingefügt wird, beispielsweise chloriniertes Paraffin und/oder Al&sub2;O&sub3; 3H&sub2;O.
Wie zuvor angedeutet, umfaßt das Verteilungskabel 20 eine oder mehrere optische Fasereinheiten 22-22 und einen oder mehrere metallische Leiter und/oder ein oder mehrere verdrillte Aderpaare isolierter metallischer Leiter 24-24 (siehe Fig. 1 und 2). Aus Fig. 1 und 2 ist ersichtlich, daß die isolierten Leiter 24-24 ein metallisches Teil 62 und eine Isolation 64 umfassen, die darüber extrudiert worden ist. Typischerweise sind die jeweiligen metallischen Leiterteile 62-62 aus einem 22 AWG-Draht hergestellt und beispielsweise mit einem Polyethylen-Kunststoffmaterial isoliert. Der über dem Dielektrikum gemessene Durchmesser DOD des isolierten Leiters 24 ist derart, daß die gegenseitige Kapazität eines mit Polyethylen isolierten Leiterpaars 51,5 Nf/km beträgt. Infolgedessen kann die Schaltkreislänge des Metallpaares ungefähr 11 km betragen, was die optische Faserlänge nicht ungebührlich beeinträchtigt. Vorteilhafterweise kann auch jede verstärkte optische Fasereinheit 22 mit einem Außendurchmesser von 0,330 cm ein Leiterpaar ersetzen, welches jeweils einen Außendurchmesser von 0,145 cm hat.
Das Verteilungskabel nach der Erfindung kann eines von mehreren Umhüllungssystemen aufweisen, entsprechend den Anforderungen der Umgebung im Gebrauch. Beispielsweise ist in Fig. 2 ein Verteilungskabel gezeigt, welches eine verstärkte optische Fasereinheit und ein verdrilltes Aderpaar umfaßt, das durch ein nagetierfestes Umhüllungssystem 70 umschlossen ist, welches ein schraubenförmig gewickeltes Blechband 72 aus Kupfer und rostfreiem Stahl umfaßt. Das schraubenförmig gewickelte aus Kupfer und rostfreiem Stahl bestehende Band 72 liegt an einem inneren Mantel 75 an, der aus einem hochdichten Polyethylen bestehen kann. Die Außenseite des Kupferrostfreiem Stahl-Blechs ist mit einem äußeren Mantel 76 bedeckt, der in der bevorzugten Ausführungsform aus feuerhemmendem Vinylchlorid-Kunststoffmaterial (PVC) besteht. Der Außendurchmesser des Kabels beträgt ungefähr 0,890 cm.
In einer alternativen Ausführungsform, die durch das allgemeine Bezugszeichen 80 (siehe Fig. 7 und 8) wiedergegeben wird, umfaßt der Kern, der die verstärkte optische Fasereinheit oder die Einheiten 22-22 und das verdrillte Aderpaar 24-24 aufweist, einen inneren Kunststoffwickel 82 aus Polyester, der zur Umschließung des Kerns benutzt wird. Über dem Kernwickel 82 aus Polyesterkunststoff ist eine metallische Abschirmung 84 zu erkennen, die in einer bevorzugten Ausführungsform aus Bronzewellblech mit einem Längssaum besteht. Schließlich ist die Abschirmung 84 aus Wellblechbronze von einem äußeren Mantel 85 umschlossen, der aus einem flammenhemmenden PVC-Kunststoffmaterial besteht.
Für die Erdverlegung wird der Kern mit einer wasserblockierenden Zusammensetzung des Stoffs 89 (siehe Fig. 2 und 8) gefüllt. Ein derartiges Material kann Flexgel aufweisen, welches in der US-A-4.176.240 offenbart und beansprucht ist. Wie in diesem Patent ersichtlich, weist die Flexgelfüllung ein mineralisches Öl, ein Styrenblock- Copolymergummi und Polyethylen auf. Sollte das Erdkabel benachbart zu einem Kundengrundstück geführt werden, sollte die Zusammensetzung der Materie auch ein chloriniertes Paraffinmaterial mit ungefähr 70 Gewichts-% Chlor umfassen.
Das Verteilungskabel der Erfindung kann auch in der Art einer Freileitung verwendet werden. Freileitungen können von selbsttragender Art sein und sind an sich bekannt. Eine Freileitung 90 (siehe Fig. 9) gemäß Erfindung umfaßt einen Kern, der mindestens eine verstärkte optische Fasereinheit 22 und mindestens ein verdrehtes Aderpaar isolierter metallischer Kupferleitungen 24-24 aufweist. Der Kern ist in einer selbsttragenden Anordnung umschlossen, der einen Plastikmantel 91 umfaßt, der ein Teil 92 großen Durchmessers zum Umschließen des Kerns und einen Teil 94 kleinen Durchmessers aufweist, die über einen Steg 95 miteinander verbunden sind. Der Teil 94 kleinen Durchmessers umschließt ein Stahlverstärkungsglied 96, welches zwischen Pfosten aufgehängt ist. Typischerweise wird der Kunststoff des Mantels, der manchmal als achtförmig bezeichnet wird, aus flammenhemmendem PVC-Kunststoffmaterial hergestellt. In dieser Ausführungsform braucht der Kern nicht mit einem wasserblockierenden Material gefüllt zu werden.
Eine weitere Ausführungsform einer Freileitung mit Lichtleiterkabel ist in Fig. 10 gezeigt und mit dem allgemeinen Bezugszeichen 100 versehen. Darin kann der Kern eine verstärkte optische Fasereinheit umfassen, die in einem Mantel 102 eingeschlossen ist. Die Freileitung 100 umfaßt auch zwei Verstärkungsglieder oder Trägerstränge 106-106, die sich längs erstrecken. Jedes der Verstärkungsglieder 106-106 umfaßt in der bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 10 ein faserförmiges Strangmaterial, welches mit einem Kunststoff imprägniert ist und im wesentlichen das gleiche ist wie die Verstärkungsglieder 40-40 außer der Gestaltung. Jedes Verstärkungsglied 106 weist eine Mehrzahl von Fasern auf, die zusammengehalten werden. Die Fasern können aus einem Material wie Glasfaser oder einem organischen Material bestehen, beispielsweise Aramidfaser (Kevlar). Weiter können die Fasern zusammengehalten werden, so daß sie sich im großen und ganzen parallel zur Längsachse des Verstärkungsgliedes erstrecken, in welchem Fall sie ein Gewebe bilden oder zur Bildung eines Garns miteinander verdreht sind. In einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Glieder 106-106, welche die Verstärkung für die Freileitung 100 bilden, jeweils aus einer Mehrzahl von E-Glasfasern. E-Glasfasern weisen eine Borosilikat-Zusammensetzung auf, wobei die Fasern eine minimale Zugfestigkeit von 138 x 10² N/cm² aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform weist jedes Verstärkungsglied ungefähr 8.000 Fasern auf.
Wie aus Fig. 10 ersichtlich, sind die verstärkte optische Fasereinheit und die Verstärkungsglieder 106-106 in einem verbindenden Mantel 102 aus Kunststoffmaterial eingeschlossen, der in einer bevorzugten Ausführungsform aus dem flammenhemmenden Polyvinylchlorid (PVC) besteht. Der Mantel 102 ist im Querschnitt gesehen im großen und ganzen rechteckförmig und umfaßt eine erste oder neutrale Achse 112, die sich horizontal in Fig. 10 erstreckt, und eine zweite Achse 114, die senkrecht darauf steht. Der Querschnitt des Mantels hat eine Breite, gemessen in Richtung parallel zur ersten Achse 112, und eine Höhe, gemessen in Richtung parallel zur zweiten Achse 114. Der Mantel ist ferner mit verdickten Endteilen 116-116 an entgegengesetzten Enden der Achse 112 versehen. Die verdickten Teile 112-112 begrenzen Einsenkungen 118-118, die sich in Längsrichtung der Einheit 22 erstrecken. Die Ecken des Mantels sind ferner mit Abschrägungen 119-119 versehen.
Die Anordnung der verstärkten optischen Fasereinheit 22 und der Verstärkungsglieder 106-106 innerhalb des Mantels 102 ist von Bedeutung. Wie aus Fig. 10 ersichtlich, ist die verstärkte optische Fasereinheit 92 im großen und ganzen benachbart der Längsachse 120 des Mantels angeordnet, der durch das geometrische Zentrum des Mantelquerschnitts hindurch geht, durch welches auch die erste Achse 112 hindurch geht.
Von Bedeutung ist auch die Anordnung der Verstärkungsglieder 106-106 mit Bezug auf die verstärkte optische Faser 122 und den Mantel 102. Wie ersichtlich sind sie entlang der Achse 112 und außerhalb der optischen Fasereinheit 22 angeordnet. Jedes Verstärkungsglied 106 ist entlang der Achse 112 zwischen der verstärkten optischen Fasereinheit 22 und der Außenoberfläche des Mantels angeordnet. Da die Verstärkungsglieder und die Längsachse die Achse 112 des jeweiligen Mantelquerschnitts schneiden, sind die Verstärkungsglieder und die Längsachse, die dazwischen angeordnet ist, zueinander ausgerichtet. Ferner ist jedes Verstärkungsglied 106 innerhalb einer der verdickten Endteile 116-116 angeordnet, die als Trägersäulen bezeichnet werden. Infolgedessen werden Druckkräfte infolge einer Trägerklammer zu den Trägersäulen 116-116 und den Verstärkungsgliedern 106-106 darin ausgerichtet. Die verstärkte optische Fasereinheit 22 wird ferner gegen Drucklast der Trägerklemme durch die Einsenkungen 118-118 geschützt.
Die Luftleitung 100 bildet im großen und ganzen eine Kettenlinie zwischen zwei nicht dargestellten keilartigen Trägerklammern. Die auf das Gewicht der Länge der Freileitung zurückgehende Belastung in der Kettenlinie führt zu Zugkräften, die zwischen den Klammern und den Enden der Freileitungen ausgeübt werden. Jede Klammer greift an der Außenoberfläche des Mantels 102 an. Es ist ersichtlich, daß wenn ungenügende Haftung zwischen dem Mantel 102 und den Verstärkungsgliedern 106-106 besteht, die Reaktion der Klammer auf die Freileitung infolge der kombinierten Wirkung des Kabelgewichts und von Eis und Windlast das Mantelmaterial von den Verstärkungsgliedern abziehen könnte, wodurch die optische Fasereinheit ungeschützt bleiben würde, was möglicherweise dazu führt, daß das Kabel herunterfällt. Es folgt daraus, daß die Mantelzusammensetzung mindestens eine genügende minimale Haftung an den Verstärkungsgliedern 106-106 aufweisen muß. Die Verstärkungsglieder 106-106 müssen nicht nur genügend an dem Mantel 102 haften, sie mussen auch genügende Festigkeit aufweisen, um den Bruch infolge statischer Belastung mit Bezug auf die Verstärkungsglieder der verstärkten optischen Fasereinheit 22 zu vermeiden.
Als Lösung für diese Probleme werden imprägnierte Gewebe oder Garne als Verstärkungsglieder benutzt. Das Material, welches zur Imprägnation der Verstärkungsglieder verwendet wird, muß derart sein, daß die Verstärkungsglieder 106 an den Mantel 102 genügend angekoppelt werden, so daß kein Bruch oder gegenseitiges Verschieben vorkommt, wenn eine Zugkraft von 1290 N an die Freileitung über die Trägerklemmen für eine Periode von 24 Stunden bei Raumtemperatur angelegt worden ist. Auch muß das zur Imprägnation der Verstärkungsglieder 106 verwendete Material ein solches sein, welches an dem Mantel 102 ankoppelt. Auch muß es einen relativ hohen Koeffizienten der statischen Reibung in Bezug auf das Material des Mantels 102 zeigen. Deshalb kann der Mantel 102 als Verbindungsmantel bezeichnet werden, der die Verstärkungsglieder 106 zusammenhält. Der Mantel muß außerdem hydrolytische Stabilität aufweisen. Das imprägnierende Material kann dasselbe sein wie das zur Imprägnation der optischen Fasereinheit 22 benutzte.
In dem imprägnierten Gewebe oder Garn für die Verstärkungsglieder 106-106 werden Fehler in den Fasern (ungleich bloßem Gewebe oder Garn) durch das Imprägnierungsmaterial überbrückt, welches auch gegenüber Abrieb schützt. Es gibt genügend Adhäsion des Mantels 102 an den Verstärkungsgliedern 106-106, um eine geeignete Übertragung der Kräfte von den Verstärkungsgliedern zu den Klammern zu ermöglichen. Außerdem ist die Wechselbiegefestigkeit einer Freileitung, welche imprägnierte Verstärkungsglieder umfaßt, bei den erwarteten maximalen Oberflächentemperaturen ungefähr zehn mal so hoch wie bei einer Freileitung, welche nicht imprägnierte Verstärkungsglieder aufweist.
Die Freileitung 100 sorgt für weitere Vorteile. Sie besitzt einen flammenhemmenden Mantel. Verstärkte optische Fasereinheiten sind zum Schutz gegen Stoß und Abrieb angeordnet. Ein weiterer Vorteil bezieht sich auf die Handhabung. Die ungeschützten Hände eines Arbeiters, der das Kabel für einen Anschluß präpariert, sind nicht den Fasern ausgesetzt, wenn der Mantel entfernt wird, um Zugang zu den optischen Fasereinheiten zu gewinnen.
Die Verwendung einer verstärkten optischen Fasereinheit mit Nylonmantel vermeidet Probleme bei früheren Freileitungen, bei denen ein einzelnes Kunststoffmaterial zur Bildung der Isolation für die kupferbelegten Stahlleiter und den Mantel verwendet wurden. Das Kunststoffmaterial hatte zäh zu sein, bei niedrigen Temperaturen ausreichend flexibel, genügende Festigkeit gegen Druck, Widerstandsfähigkeit gegen ultraviolette Strahlung und annehmbare Wetterfestigkeit sowie passendes Flammenhemmungsvermögen wegen des Einbaus benachbart von Teilnehmergrundstücken, sowie schließlich hohen Isolationswiderstand zur Isolation der Leiter aufzuweisen. Soweit jede Funktion, Isolation und Ummantelung, zur Erzielung spezieller Eigenschaften erforderlich war, wurden Kompromisse gemacht, um beide Funktionen mit einem einzelnen Material zu erfüllen. In dem Freileitungskabel 100 eignet sich Nylon als Mantel für die verstärkte optische Fasereinheit und Polyvinylchlorid ist ein ausgezeichnetes Mantelmaterial. Weiterhin verbindet sich Nylon nicht mit dem Polyvinylchlorid und erlaubt deshalb Rutschen zwischen der verstärkten optischen Fasereinheit und dem Mantel.
Es wird noch darauf hingewiesen, daß ein weiterer Vorteil des in Fig. 10 gezeigten Freileitungskabels darin besteht, daß die verstärkte optische Fasereinheit über mehrere Verfahren zugänglich ist. Beispielsweise kann bei normalen Temperaturen der Zugang durch Aufschlitzen erfolgen oder bei relativ niedrigen Temperaturen im Bereich zwischen -17,8 bis -28,9ºC kann mit dem Verfahren des Einschneidens und Drehens gearbeitet werden. In der Schlitz- oder Spaltmethode legt der Arbeiter einen Schnitt mit Diagonalzangen in den Mantel zwischen den Trägersäulen. Danach nimmt er die Trägersäulen in jede Hand und wendet Kraft zur Trennung beider Säulen voneinander auf, wodurch die verstärkte optische Fasereinheit 22 freikommt. Im Verfahren des Einschneidens und Drehens verwendet der Arbeiter die Zange zum Aufschneiden des Mantels von seinen jeweiligen Seiten bis zu den Einsenkungen, die mittig zu der Einheit 22 liegen. Dann verdreht der Arbeiter den Draht, um die Verbindung mit dem Mittelteil des Mantels aufzubrechen, zieht die getrennten Mantelteile weg, wodurch die verstärkte optische Fasereinheit zurückbleibt.
Obzwar die vorstehenden Ausführungsformen eine verstärkte optische Fasereinheit 22 offenbaren, die in einem Verteilungs- oder Anschlußkabel angeordnet ist, sei doch bemerkt, daß diese auch als alleinstehende Einheit in einer Telefonstation im Freien oder in Gebäuden verwendet werden kann, oder eine oder mehrere dieser Einheiten können in Austauschkabel für außenseitige Telefonstationen oder in Vielpaar-Gebäudekabel verwendet werden. Zur Anwendung in Gebäuden braucht die Einheit 22 nicht mit einem wasserblockierenden Material gefüllt werden, es muß aber flammenhemmend ausgebildet sein. Dies kann mit einer flammenhemmenden Pufferbeschichtung und einem flammenhemmenden Mantel 50 und wenn nötig durch eine von verschiedenen zur Verfügung stehenden darunter angebrachten Streifenbänder bewerkstelligt werden, welche die Ausbreitung der Flamme und die Bildung von Rauch hemmen. Für eine außenseitige Station wird andererseits die Einheit 22 vorzugsweise mit einem wasserblockierenden Material gefüllt und wenn es benachbart einem Gebäude anzuordnen ist, muß dieses flammenhemmend ausgebildet sein. Die verstärkte optische Fasereinheit kann auch innerhalb eines Teilnehmergebäudes verwendet werden. Wegen der Größe und der Robustheit kann die verstärkte optische Fasereinheit 22 in ein zur Zeit verwendetes Kupfer- oder optische Faser- Austauschkabel einbezogen sein.
Fig. 11 und 12 zeigen eine weitere Ausführungsform des Kabels nach der Erfindung. In Fig. 11 ist ein Kabel 130 gezeigt, welches eine Mehrzahl von verstärkten optischen Fasereinheiten 22-22 aufweist, die in ein Umhüllungssystem wie das in Fig. 8 gezeigte Umhüllungssystem eingeschlossen sind. Das Kabel 130 umfaßt auch ein wasserblockierendes Material, bei dem es sich um das wasserblockierende Material 89 handeln kann. In Fig. 12 umfaßt ein Kabel 140 eine Mehrzahl von verstärkten optischen Fasereinheiten 22-22, die in ein Umhüllungssystem wie das nach Fig. 8 eingeschlossen sind, jedoch ohne wasserblockierendes Material um die optischen Fasereinheiten herum.
Es versteht sich, daß die oben beschriebenen Anordnungen lediglich illustrativ für die Erfindung stehen. Andere Anordnungen können vom Fachmann vorgesehen sein, und zwar in Verkörperung der Prinzipien der Erfindung wie beansprucht und innerhalb dessen Schutzumfang fallend.

Claims

1. Verstärkte optische Fasereinheit (22) mit folgenden Merkmalen:

mindestens eine optische Faser (30, 36);

ein Verstärkungsgliedsystem und

ein Mantel (50), der aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist und das Verstärkungsgliedsystem umschließt,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Verstärkungsgliedsystem eine Mehrzahl von unterscheidbaren, imprägnierten, faserigen Verstärkungsgliedern (40) aufweist, die steif, länglich, flach oder bogenförmig mit Seiten (42) und Rändern (44) ausgebildet sind und daß die Verstärkungsglieder (40) sich mit ihren Rändern (44) berühren und zum Einschluß der optischen Faser (36) zusammenarbeiten, während sie von dieser entkoppelt sind, um Zugfestigkeit und dem Druck widerstehende Säulenfestigkeit (Knickfestigkeit) zu schaffen.

2. Optischer Fasereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsglieder (40) imprägnierte Kardenbänder, Garne oder Faserbündel umfassen.

3. Optische Fasereinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kardenbänder, Garne oder Faserbündel Glasfasern aufweisen.

4. Optischer Fasereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Seiten (42) der Verstärkungsglieder (40) im Großen und Ganzen parallel und die Ränder (44) in ihrem Querschnitt bogenförmig sind.

5. Optische Faser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsglieder (40) zur Bildung einer dreieckförmigen Anordnung angeordnet sind, welche die optische Faser (36) umgibt.

6. Optische Fasereinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (50) solche Ränder (44) der Verstärkungsglieder (40) berührt, wo diese die Spitzen der dreieckförmigen Anordnung bilden.

7. Optische Fasereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß diese auch ein wasserblockierendes Material (52) umfaßt, welches innerhalb des Mantels (50) angeordnet ist, um die Zwischenräume zwischen dem Mantel (50) und den Verstärkungsgliedern (40) und zwischen den Verstärkungsgliedern (40) und der optischen Faser (36) auszufüllen.

8. Optische Fasereinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserblockierende Material (52) eine Stoffzusammensetzung ist, die ungefähr 91,4 bis 94 Gew.-% eines Öls umfaßt, welches aus folgender Gruppe oder deren Mischung ausgewählt ist:

Paraffinöl mit einer kleinsten spezifischen Dichte von ungefähr 0,86 und einem Stockpunkt unterhalb von -4ºC und vom Typ ASTM 103,104A oder 104B; Naphthenöl mit einer kleinsten spezifischen Dichte von ungefähr 0,86 und einem Stockpunkt unterhalb von -4ºC und vom Typ ASTM 103,104A oder 104B; Polybutenöl mit einer kleinsten spezifischen Dichte von ungefähr 0,83 und einem Stockpunkt kleiner als 18ºC.

9. Optischer Fasereinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffzusammensetzung auch ungefähr 6 bis 8,5 Gew.- % kollodiale Partikel umfaßt, die aus folgender Gruppe ausgewählt sind:

hydrophobes, aus der Rauch- oder Nebelphase gewonnenes Silika, ausgefälltes Silika und Ton, wobei die kollodialen Partikel eine BET-Oberfläche im Bereich von ungefähr 50 bis ungefähr 400 m²/g aufweisen.

10. Optische Fasereinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserblockierende Material (52) eine Stoffzusammensetzung aus ungefähr 92,8 bis 93 Gew.-% eines aus nachstehend aufgeführter Gruppe ausgewählten Öls bzw. einer Mischung davon und ungefähr 0,1 Gew.-% eines Antioxidanz-Stabilisators ist: Paraffinöl mit einem kleinsten spezifischen Gewicht von ungefähr 0,86 und einem Stockpunkt von weniger als -4ºC und vom Typ ASTM 103,104A oder 104B; Naphthenöl mit einem kleinsten spezifischen Gewicht von ungefähr 0,83 und einem Stockpunkt von weniger als 18ºC; auf Triglyzerid basierendes Pflanzenöl; Polypropylenöl; chloriertes Paraffinöl mit einem Chlorgehalt von ungefähr 30 bis 75 Gew.-% und einer Viskosität bei 25ºC zwischen 100 und 10.000 cps; polymerisierte Ester,.

11. Optische Fasereinheit gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie nicht mehr als ungefähr 8 Gew.-% eines Auslaufhemmers umfaßt, welcher aus folgender Gruppe ausgewählt ist: Styren-Gummi-Styrenblock-Copolymere mit einem Styren/Gummiverhältnis zwischen 0,1 und ungefähr 0,8, halbflüssiges Gummi mit einem Flory-Molekulargewicht zwischen 20.000 und 70.000, Butylgummi, Äthylen- Propylendimergummi, chloriertes Butylgummi mit einer Mooney-Viskosität bei 100ºC zwischen ungefähr 20 und 90 und depolymerisiertes Gummi mit einer Viskosität bei 38ºC zwischen 40.000 und 400.000 cps.

12. Ein zusammengesetztes Kabel mit folgenden Merkmalen:

a) die verstärkte optische Fasereinheit (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 11,

b) eine metallische Leitereinrichtung (24), und

c) ein Umhüllungssystem (70; 80), welche die Einheit (22) und die Leitereinrichtung (24) umgibt.

13. Kabel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die verstärkte optische Fasereinheit (22) und die metallische Leitereinrichtung (24) einen Kern (21) bilden, der von dem Umhüllungssystem (70; 80) umschlossen ist und eine metallische Schicht (72; 84) und einen äußeren Kunststoffmantel (76; 85) aufweist.

14. Zusammengesetztes Kabel nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Leitereinrichtung (24) einen oder mehrere Paare von isolierten (64) Leiter (62) aufweist.

15. Zusammengesetztes Kabel mit folgenden Merkmalen:

b) eine metallische Leitereinrichtung (24) und

d) eine selbsttragende Einrichtung (91, 96), welche die Einheit (22) und die Leitereinrichtung (24) umschließt und ein Verstärkungsglied (96) aus Stahl umfaßt.

16. Luft-Hausanschlußkabel mit folgenden Merkmalen:

e) ein Verstärkungsgliederpaar (106) und

f) ein Verbindungsmantel (102), in welchem die Einheit (22) symmetrisch zu dem Paar der Verstärkungsglieder (106) angeordnet ist und der Mantel (102) die Einheit (22) und die Verstärkungsglieder (106) umschließt, um diese zusammenzuhalten.

17. Das Luft-Anschlußkabel nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsglieder (106) nicht metallisch sind und jeweils eine Mehrzahl von Fasern aufweisen, die gebündelt sind, und daß die Verstärkungsglieder mit einem Kunststoffmaterial imprägniert sind, welches die Kopplung mit dem Verbindungsmantel (102) bewirkt.

18. Luft-Hausanschlußkabel nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsmantel (102) im Großen und Ganzen einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist mit Einsenkungen (118), die sich entlang beider Flächen des äußeren Teils des Mantels (102) benachbarter Einheit (22) erstrecken, und mit vergrößerten Endteilen (116), welche die Verstärkungsglieder (106) umgeben.

19. Lichtleiterkabel mit einer Mehrzahl von verstärkten optischen Fasereinheit (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und einem Umhüllungssystem (70; 80) zum Umschließen der Einheiten (22).

20. Lichtleiterkabel nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der Einheiten (22) in einem Wickel (82) eingeschlossen ist, um einen Kern zu bilden.