DE4335819A1 - Glasfaserkabel - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Glasfaserkabel sowie auf ein Verfahren zur Herstellung derartiger Kabel.

Ein dauerndes Problem bei der Entwicklung von Glasfaserkabeln besteht in der Anordnung einer großen Anzahl von Glasfasern in einem kleinen Kabelvolumen, um die Kosten zu verringern. Bei einer üblichen Kabelkonstruktion ist eine Anzahl von Glasfasern um ein in der Mitte angeordnetes Zugentlastungselement oder einen Kern angeordnet, der eine Zugentlastung für die Glasfasern ergibt. Bei einer derartigen Anordnung ist die Anzahl der Glasfasern, die untergebracht werden können, durch den beschränkten Raum um den Kern herum begrenzt. Um dieses Problem zu beseitigen, wurden verschiedentlich Strukturen untersucht, die bandförmige Glasfaserelemente enthalten. Derartige Strukturen umfassen allgemein ein Kernelement mit einer Anzahl von längsverlaufenden Schlitzen, die jeweils ein oder mehrere Glasfaserbandleitungen enthalten. Obwohl diese Kabelstrukturen eine große Anzahl von Glasfasern aufnehmen können, weist das Kabel einen relativ großen Raumbedarf aus, so daß es beispielsweise für Freileitungen oder für Seekabelanwendungen ungeeignet ist, da hierbei das Gewicht und das Volumen des Kabels zu einem Minimum gemacht werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Glasfaserkabel der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Glasfaserkabels zu schaffen, das eine große Anzahl von Glasfasern bei einer kompakten Konstruktion aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 bzw. 11 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.

Gemäß der Erfindung wird ein Glasfaserkabel geschaffen, das einen Stapel von Glasfaser-Bandleitungselementen einschließt, der in einem rohrförmigen Metallmantel eingeschlossen und von diesem gehaltert ist, wobei die Bandleitungselemente an dem Mantel mit Hilfe eines Klebematerials befestigt sind, das eine ausreichend niedrige Abschälfestigkeit aufweist, damit eine Trennung der Bandleitungselemente von dem Mantel sowie einzelner Glasfasern von den Bandleitungselementen ermöglicht wird, um einen Zugriff an diese Glasfasern zu erzielen.

Gemäß einen weiteren Grundgedanken der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Glasfaserkabels geschaffen, wobei das Verfahren die Schritte der Bildung eines Stapels von Glasfaser-Bandleitungselementen, das Einsetzen der Elemente in ein Metallrohr und die Zuführung eines Klebemittels umfaßt, um den Stapel von Bandleitungselementen an dem Rohr zu befestigen, wobei das Klebemittel eine ausreichend niedrige Abschälfestigkeit aufweist, um eine Trennung des Stapels von Bandleitungselementen von dem Rohr sowie einzelner Bandleitungselemente von dem Stapel zu ermöglichen, um einen Zugriff an die Glasfasern zu erzielen.

Es wurde festgestellt, daß das Klebemittel eine ausreichende Zugfestigkeit aufweist, um die Glasfasern zu haltern und eine Zugbelastung auf diese zu verhindern, indem ein Gleiten zwischen den Bandleitungen des Stapels und ein Gleiten zwischen dem Stapel und dem Rohr verhindert wird. Die Abschälfestigkeit des Klebemittels ist jedoch ausreichend niedrig, um einen einfachen Zugang an die Bandleitungen zu ermöglichen, damit eine Verbindung oder ein Abschluß des Kabels durchgeführt werden kann. Typischerweise umfaßt jede Bandleitung einen Streifen von parallelen Glasfasern, die durch einen Acrylat-Überzug zusammengehalten werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das den Stapel von Bandleitungselementen an dem Mantel befestigende Klebemittel ein aufgeschäumtes Material.

Die Erfindung ist allgemein auf das Gebiet von Glasfaserkabeln und insbesondere auf Freileitungskabel, beispielsweise Erdungsleitungen, sowie auf Seekabel anwendbar. Dadurch, daß die Zugänglichkeit der einzelnen Glasfasern eines Bandleitungsstapels in einem Kabel verbessert ist, wird die Einführung derartiger Bandleitungsstapel für Kabelanwendungen erleichtert. Dies ermöglicht es andererseits, die Nachrichtenverkehrskapazität dieser Kabel verglichen mit einem üblichen Kabel zu vergrößern, das einzelne Glasfasern oder einzelne Bandleitungselemente aufweist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Nachrichtenübertragungsbaugruppe eines Glasfaserkabels mit einer großen Anzahl von Glasfasern,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Seekabels unter Einschluß der Nachrichtenübertragungsbaugruppe nach Fig. 1,

Fig. 3 eine abgeänderte Ausführungsform einer Seekabelkonstruktion,

Fig. 4 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Freileitungskabels oder einer Erdungsleitung mit der Nachrichtenübertragungsbaugruppe nach Fig. 1,

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform einer Seekabelkonstruktion, und

Fig. 6 eine abgeänderte Ausführungsform einer Konstruktion der Nachrichtenübertragungsbaugruppe.

Die in Fig. 1 dargestellte Nachrichtenübertragungsbaugruppe umfaßt einen Stapel 11 aus Glasfaser-Bandleitungselementen 110, die in einem Metallrohr 12 angeordnet sind. Typischerweise ist das Rohr 12 aus einem extrudierten C-Querschnitt, beispielsweise aus Aluminium, Stahl oder Kupfer gebildet, das um den Bandleitungsstapel herum zu einem Rohr geschlossen wird. Alternativ kann, wenn ein Kupfer- oder Aluminiumrohr verwendet wird, dieses auf den Bandleitungsstapel extrudiert werden, beispielsweise durch ein Aufformungsverfahren. Der Bandleitungsstapel 11 kann dadurch hergestellt werden, daß die Bandleitungselemente 110 durch ein Verlegegesenk geführt und dann durch ein Beschichtungsgesenk geleitet werden, in dem ein Polymermaterial auf den Stapel aufgebracht wird, um die Bandleitungselemente aneinander zu befestigen. Die einzelnen Bandleitungselemente können durch ein Einkapselverfahren oder durch ein Kantenverbindungsverfahren hergestellt werden.

Der Bandleitungsstapel wird in dem Rohr 12 mit Hilfe eines Klebemittels 13 befestigt. Dieses Klebemittel kann ein Aufschmelzklebemittel, ein UV-härtbares Acrylat-Klebemittel oder ein anaerobes Klebemittel sein. Der Stapel 11 kann entweder durch Extrusion in das Klebemittel eingekapselt und nachfolgend in das Metallrohr abgedichtet eingesetzt werden, oder der Stapel kann in einem einzigen Schritt eingekapselt und in dem Rohr eingeschlossen werden. Es ist verständlich, daß anaerobe Klebemittel lediglich bei der Einzelschrittechnik verwendet werden können, weil das Fehlen von Luft oder Sauerstoff wesentlich ist, um die Aushärtung zu bewirken.

Aufschmelz-Klebemittel und UV-härtbare Acrylate wurden in erfolgreicher Weise als Klebemittel für den Stapel verwendet, und es wurden weiterhin Aufschmelzklebemittel und anaerobe Klebemittel als Einkapselungsmassen mit Erfolg verwendet.

Eine Anzahl von Materialien kann als Einkapsel-/Klebemittel verwendet werden. Im allgemeinen muß das Material die folgenden Eigenschaften aufweisen:

• 1. Es muß aushärten oder sich verfestigen, bevor die fertige Baugruppe auf eine Vorratstrommel aufgewickelt wird.
• 2. Es muß an dem die Bandleitung enthaltenden Material und an der Innenoberfläche des Rohres 12 anhaften.
• 3. Die Klebemittelbindung mit der Bandleitung muß unterhalb der Zug-/Reißfestigkeit des Materials aufgehoben werden können. Die Reißfestigkeit muß niedriger sein, als die Zugfestigkeit, damit die Bandleitungsstapel von dem Hauptmaterial abgestreift werden können, um einen einfachen Zugang an die einzelnen Fasern zu ermöglichen.

Geeignete Aufschmelz-Klebemittel schließen in nicht beschränkender Weise Äthylen-Vinylacetat, Äthylenbutylacetat, Äthylenäthylacetat, Polyamide, Polyäthylene und Polyesterelastomere ein.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das den Bandleitungsstapel an dem Mantel befestigende Klebemittel aufgeschäumt. Dies ergibt eine Anzahl von Vorteilen gegenüber der Verwendung von nicht aufgeschäumten Systemen:

• 1. Das aufgeschäumte Klebemittel ermöglicht es, daß die bei nachfolgenden Aufheizungsschritten erzeugten Drücke ausgeglichen werden, so daß Probleme mit optischen Verlusten vermieden werden.
• 2. Das geschäumte Klebemittel ergibt eine wirksame Verbindung zwischen dem Bandleitungsstapel und dem Mantel.
• 3. Weil eine geringere Menge an Klebematerial erforderlich ist, ergibt sich eine beträchtliche Kostenverringerung.
• 4. Der Schaum ergibt eine thermische Isolation zwischen dem Mantel und dem Bandleitungsstapel.
• 5. Es sind keine zusätzlichen Verfahrensschritte erforderlich.

Das Klebemittel kann während der Herstellung des Kabels durch Injektion des geschmolzenen oder flüssigen Klebemittels mit einem Gas, beispielsweise Stickstoff aufgeschäumt werden. Das geschäumte Material wird dann zwischen den Bandleitungsstapel 11 und das Rohr 12 geleitet, während das letztere um den Bandleitungsstapel geschlossen wird.

Bei einer alternativen Technik kann das Klebemittel durch die Verwendung eines chemischen Blähmittels aufgeschäumt werden.

Es wurde festgestellt, daß die mechanischen Eigenschaften der Baugruppenstruktur überwiegend durch die mechanischen Eigenschaften des Rohres bestimmt sind und daß irgendwelche anisotropen mechanischen Eigenschaften des Bandleitungsstapels in der fertigen Baugruppe nicht in Erscheinung treten.

Bei dieser Baugruppenstruktur ermöglicht die gradlinige Übereinanderanordnung der Glasfasern keine Zugentlastung für die Glasfasern, doch wurde festgestellt, daß bei dieser Konstruktion tatsächlich keine Zugentlastung erforderlich ist, weil das Metallrohr eine ausreichende Halterung der Glasfasern ergibt. Bei Seekabelanwendungen tritt die stärkste Zugbeanspruchung während des Verlegens des Kabels auf. Sobald das Kabel installiert ist, wird es allgemein keinen weiteren mechanischen Belastungen unterworfen. Bei Freileitungskabelanwendungen, beispielsweise zur Verwendung als Erdungsleitung mit einem optischen Nachrichtenübertragungsteil kann das Kabel einer Zugbelastung von 0,5% im normalen Einsatz und bis zu 0,8% unter schwierigen Wetterbedingungen ausgesetzt sein. Zur Erfüllung dieser Bedingungen werden vorzugsweise zugspannungsgeprüfte Fasern verwendet. Für Freileitungskabelanwendungen werden vorzugsweise mit 2% Zugspannung geprüfte Fasern verwendet, während für Seekabelanwendungen auf 1,5% Prüfspannung geprüfte Fasern ausreichend sind. Es wurden weiterhin hermetische Glasfasern in Freileitungskabelanwendungen verwendet.

Ein derartiges Freileitungskabel kann auf den Freileitungsmasten einer elektrischen Hochspannungsleitung installiert werden. Dieses Kabel kann in vorteilhafter Weise als Erdungsleitung oder als Sternpunktleiter dieser Hochspannungsleitung dienen.

Es wurde festgestellt, daß die Verwendung eines Bandleitungsstapels die Identifikation der einzelnen Fasern bei der Herstellung von Abschlüssen oder Verbindungen erleichtert, weil es lediglich erforderlich ist, eine Glasfaser in jeder Bandleitung einzufärben, um alle Glasfasern des gesamten Stapels zu identifizieren. Weiterhin vergrößert die Verwendung von Bandleitungen die Geschwindigkeit, mit der Spleiße hergestellt werden können, beträchtlich. Beispielsweise kann ein modernes Spleißgerät Bandleitungen mit bis zu 12 Glasfasern in einer einzigen Anwendung durch Schmelzen verspleißen.

In Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht einer Konstruktion eines Seekabels unter Verwendung der Nachrichtenübertragungsbaugruppe nach Fig. 1 gezeigt. Die Baugruppe 10 ist hermetisch in einem aus Metall, beispielsweise Kupfer, bestehenden Rohr 21 abgedichtet eingeschlossen, wobei dieses Rohr in Form eines längsverlaufenden Bandes aufgebracht werden kann, das um die Baugruppe herum gefaltet und entlang der Naht 21a verschweißt wird. Eine oder mehrere Lagen von eine hohe Zugfestigkeit aufweisenden Stahl-Zugdrähten 22 werden auf das Rohr 21 aufgebracht. Diese Anordnung ist in einem äußeren Kunststoffmantel 23 enthalten, der durch einen Extrusionsvorgang aufgebracht wird. Die Struktur kann weiterhin mit einer (nicht gezeigten) äußeren Armierungsschicht versehen sein.

Die Verwendung eines Klebemittels zur Befestigung des Glasfaserstapels 11 an dem Rohr 12 ist bei Seekabelanwendungen besonders vorteilhaft, weil dies die Notwendigkeit vermeidet, die Glasfasern zu verankern, wenn eine Verbindung oder eine Entkopplung an einen Verstärker durchgeführt wird. Es ist verständlich, daß im Gegensatz zu einem an Land verlegten Kabel, ein Seekabel einer beträchtlichen Zugspannung ausgesetzt sein kann, während die Verbindung hergestellt wird.

Eine alternative Seekabelkonstruktion ist in Fig. 2 gezeigt. Diese Anordnung ist ähnlich der Anordnung nach Fig. 2, doch sind bei dieser Anordnung die Zugfestigkeitsdrähte 32 in dem verschweißten Metallrohr 31 angeordnet.

Bei einer weiteren (nicht gezeigten) Seekabelkonstruktion ist der Raum zwischen dem Glasfaserstapel und dem diesen umgebenden Rohr mit einer Wasserabsperrgelverbindung, beispielsweise HYVIS gefüllt, wodurch eine Relativbewegung zwischen dem Glasfaserstapel und dem Rohr ermöglicht wird.

Fig. 4 zeigt eine Freileitungs- oder Erdleitungskonstruktion. Bei dieser Anordnung wird vorzugsweise eine Verschweißung entlang der Naht des Rohres 12 vorgenommen, um den Glasfaser- Bandleitungsstapel hermetisch abzudichten. Alternativ kann ein direkt extrudiertes Rohr verwendet werden. Die Baugruppe ist in einer Lage aus elektrisch leitenden Drähten 41 eingeschlossen, die aus Aluminium, Aluminiumlegierung oder aus mit Aluminium beschichtetem Stahl bestehen können. Das Kabel ist zur Verwendung als Erdungsleitung für eine elektrische Hochspannungs-Freileitung bestimmt.

Eine weitere Seekabelkonstruktion ist im Querschnitt im Fig. 5 gezeigt. Bei dieser Anordnung ist die Nachrichtenübertragungsbaugruppe in einem verschweißten Metallrohr 51, beispielsweise aus Kupfer, enthalten, um das herum eine Anzahl von einen relativ großen Durchmesser aufweisenden Zugfestigkeitsdrähten 52 angeordnet sind. Eine weitere Lage von einen relativ kleinen Durchmesser aufweisenden Zugfestigkeitsdrähten 53 ist um die Drähte 52 herumgelegt. Typischerweise werden die Drähte 52 und 53 beide aus Stahl mit hoher Zugfestigkeit hergestellt. Die Außenlage aus Drähten 53 kann eine Armierungsfunktion zusätzlich zu den Zugfestigkeitseigenschaften aufweisen. Die Struktur ergibt eine sehr robuste Kabelkonstruktion. Die gesamte Struktur ist in einem extrdierten Kunststoffmantel 54 angeordnet.

Eine andere Konstruktion einer Nachrichtenübertragungsbaugruppe ist in Fig. 6 gezeigt. Diese Konstruktion unterscheidet sich von der Anordnung nach Fig. 1 lediglich hinsichtlich des Aufbaus des Bandleitungsstapels 61. Bei der Anordnung nach Fig. 6 umfaßt der Stapel eine Anzahl von Bandleitungen 610a, die allgemein parallel zueinander angeordnet sind, und ein weiteres Paar von Bandleitungen 610b, die senkrecht zu den Bandleitungen 610a angeordnet sind und an den Kanten dieser Bandleitungen anliegen. Diese Anordnung weist im wesentlichen anisotrope mechanische Eigenschaften auf und ist daher während der Herstellung des Kabels leicht zu handhaben.

Obwohl die vorstehenden Kabelkonstruktionen unter spezieller Bezugnahme auf See- und Freileitungskabel beschrieben wurden, ist es verständlich, daß sie auch bei Landkabelanwendungen verwendet werden können.

Claims (13)

1. Glasfaserkabel mit einem Stapel von Glasfaser- - Bandleitungselementen, die in einen rohrförmigen Metallmantel eingeschlossen und von diesem gehaltert sind, wobei die Bandleitungselemente an dem Mantel durch ein Klebematerial befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Klebematerial (13) eine ausreichend niedrige Abschälfestigkeit aufweist, um eine Trennung der Bandleitungselemente (110) von dem Mantel (12) und eine Trennung einzelner Glasfasern von den Bandleitungselementen (110) zu ermöglichen, so daß ein Zugang an die Glasfasern erlangt wird.

2. Glasfaserkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stapel (11) von Bandleitungselementen (110) an dem Mantel (12) durch ein geschäumtes Klebemittel (13) befestigt ist.

3. Glasfaserkabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Klebematerial (13) durch ein Aufschmelzklebemittel oder durch ein durch Ultraviolettstrahlung härtbares Klebemittel gebildet ist.

4. Glasfaserkabel nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Mantel (12) in einem weiteren Rohr (21) eingeschlossen ist.

5. Glasfaserkabel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Rohr (21) ein zu einem Zylinder geformtes und entlang der Naht verschweißtes Metallband zur Schaffung einer hermetischen Abdichtung umfaßt.

6. Glasfaserkabel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Seekabel bildet.

7. Glasfaserkabel nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Mantel ein extrudiertes Metallrohr umfaßt.

8. Glasfaserkabel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr in einer Lage von elektrisch leitenden Drähten (22; 32) eingeschlossen ist.

9. Glasfaserkabel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es ein optisches Kabel oder eine Erdungsleitung bildet.

10. Glasfaserkabel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die die Bandleitungselemente bildenden Fasern hermetische Fasern sind.

11. Verfahren zur Herstellung eines Glasfaserkabels, wobei das Verfahren die Schritte der Herstellung eines Stapels von Glasfaser-Bandleitungselementen, das Einsetzen der Elemente in ein Metallrohr und die Zuführung eines Klebemittels zur Befestigung des Stapels von Bandleitungselementen an dem Rohr einschließt, dadurch gekennzeichnet, daß das Klebemittel eine ausreichend niedrige Abschälfestigkeit aufweist, um eine Trennung des Stapels von Bandleitungselementen von dem Rohr und eine Trennung einzelner Bandleitungselemente von dem Stapel ermöglicht, um einen Zugriff an die Glasfasern zu erzielen.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Klebemittel geschäumt ist.

13. Glasfaser-Seekabel mit einer Nachrichtenübertragungsbaugruppe, die einen Stapel aus Glasfaser-Bandleitungselementen umfaßt, die in einem rohrförmigen Metallmantel eingeschlossen und von diesem gehaltert sind, der aus einem Metallstrangpreßteil mit C-Querschnitt gebildet ist und zu einem Rohr um den Bandleitungsstapel herum geschlossen wird, mit einer Vielzahl von Zugfestigkeits-Drahtelementen, die um den Mantel herum angeordnet sind, mit einem weiteren Metallrohr, das die Zugfestigkeits-Drahtelemente einschließt, und mit einem äußeren Kunststoffmantel, dadurch gekennzeichnet, daß der Bandleitungsstapel (11) an dem rohrförmigen Metallmantel (12) durch ein Klebematerial (13) befestigt ist, das eine ausreichend niedrige Abschälfestigkeit aufweist, um eine Trennung des Bandstapels (11) von dem rohrförmigen Metallmantel (12) und eine Trennung einzelner Bandleitungselemente (110) von dem Bandleitungsstapel (11) zu ermöglichen, um einen Zugriff an die einzelnen Glasfasern zu erlangen.