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Hintergrund
und Zusammenfassung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Unterseekabel
mit einer Schutzhülle und
einem Kern, welches Lichtleitfasern umfasst, wobei die Fasern in
einen Metallschlauch eingeschlossen sind, der in der Nähe der Achse
des Kabels angeordnet ist.
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Lichtleiterkabel
weisen einen Kern mit Lichtleitfasern auf, in den meisten Fällen Glasfasern,
die zum Schutz und zur Kennzeichnung mit einer oder mehreren Schichten
eines Polymermaterials beschichtet sind. Der Kabelkern ist in einer
aus einem Polymermaterial, z.B. einem Polyolefin, hergestellten Schutzhülle eingeschlossen.
Bei Unterseekabeln umfasst eine übliche
Bauweise einen zentralen losen Schlauch um die Fasern. Der Schlauch
wird von einem Metallband gebildet und durch Verschweißen der
Bandkanten hermetisch abgedichtet. Er ist auf der Achse des Kabels
angeordnet und besteht aus Stahl, um einen hohen Schutz der Fasern
sicherzustellen, insbesondere vor dem hydrostatischen Druck auf
dem Meeresboden.
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Zwischenräume im Kern
werden im Allgemeinen mit einem wasserabweisenden Gel gefüllt, um
zu vermeiden, dass sich Wasser in Längsrichtung ausbreitet, wenn
das Kabel beschädigt
wird. Bei einer anderen üblichen
Bauweise der Kabel weist das Kernelement Schlitze auf, in denen
die Fasern, oft als mehrere Fasern umfassende Faserbänder, angeordnet
sind. Eine Schlitzkernbauweise hat den Vorteil, dass eine größere Zahl
von Fasern im Kern aufgenommen werden kann.
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Obwohl
Stahlschläuche
einen hervorragenden Schutz bieten, können Schläuche mit einem typischen Durchmesser
von 3,7 mm nur bis ungefähr
45 bis 50 Fasern aufnehmen, bevor sich die optischen Eigenschaften
der Fasern verschlechtern und die optische Dämpfung zunimmt. Wenn der Durchmesser bei
Beibehaltung einer konstanten Wandstärke erhöht wird, verschlechtert sich
die mechanische Stabilität.
Daher ist der mögliche
Bereich der Schlauchdurchmesser für Hochdruckumgebungen, z.B.
für Tiefseeanwendungen,
begrenzt. Darüber
hinaus ist es schwierig, eine große Anzahl loser Fasern im Innern
eines Schlauchs zu unterscheiden, insbesondere angesichts des kleinen
Faserdurchmessers. Die Verwendung von Schläuchen mit unterschiedlichen Abmessungen
in Abhängigkeit
vom Kabeltyp kann nachteilig sein, und zwar aufgrund der erforderlichen Zeit
für das
Umrüsten
der Maschinen und unterschiedlicher Schweißparameter für die Schläuche.
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Um
diese Nachteile zu beseitigen, um ein Kabel mit einer großen Anzahl
von durch einen Metallschlauch geschützten Lichtleitfasern zu entwickeln,
um ein Kabel mit einer guten Biegsamkeit und einem kleinen Durchmesser
bereitzustellen, um ein Kabel zu entwickeln, bei dem die Eigenschaften
des Metallschlauchs von der Anzahl der Fasern innerhalb des Kabels
unabhängig
sein können,
umfasst das Kabel mindestens zwei Metallschläuche, und die Schläuche sind
SZ-verseilt.
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In
den Kern des Kabels wird mehr als ein Metallschlauch eingefügt. Weil
nicht mehr als ein Schlauch auf der Achse des Kabels liegen kann, müssen die
Schläuche
verseilt werden, um Schäden zu
vermeiden, wenn das Kabel gebogen wird. Der Kern kann zum Beispiel
2, 3, 4 oder mehr Schläuche umfassen,
die aus einem hochfesten Metall hergestellt und miteinander verseilt
sind. Alternativ oder zusätzlich
können
eine oder mehrere Schichten von Schläuchen um einen zentralen Schlauch,
eine zentrale Gruppe von Schläuchen
oder ein anderes zentrales Element verseilt werden. Ein zentraler Schlauch
kann ebenfalls Lichtleitfasern enthalten.
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Die
Anzahl der Schläuche
wird entsprechend der benötigten
Anzahl von Lichtleitfasern gewählt.
Infolgedessen können
die Abmessungen der Schläuche
entsprechend den benötigten
mechanischen Eigenschaften gewählt
werden. Die Abmessungen der Schläuche
sind vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, identisch, sodass
alle Schläuche
mit denselben Maschinen ohne Änderungen
an den Herstellungsparametern hergestellt werden können. Die Anzahl
der Fasern in jedem Schlauch sollte bei einem Schlauch mit einem
Durchmesser von 3,7 mm auf ungefähr
50 oder darunter begrenzt werden, um eine Verschlechterung der optischen
Eigenschaften zu vermeiden. Die Fasern sind in den Schläuchen mit einer
definierten Überlänge untergebracht,
um mechanische Belastungen aufgrund von Temperaturschwankungen oder
auf das Kabel einwirkenden Kräften
zu vermeiden. Die Außenmaße des Kabels ändern sich
mit der Anzahl der darin enthaltenen Schläuche nur unbedeutend. Die Schläuche bieten die
Gelegenheit, eine große
Anzahl sicher geschützter
Fasern in einem kleinen Volumen unterzubringen. Die Unterbringung
der Fasern in mehr als einem Schlauch ermöglicht eine einfache Kennzeichnung der
Fasern und einen kleinen Durchmesser der Schläuche.
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Da
Unterseekabel mit großer
Länge hergestellt
werden, ist eine SZ-Verseilung erforderlich, die eine unbegrenzte
Länge der
verseilten Schläuche
ermöglicht.
Bei einer Gleichschlagverseilung ist die Länge durch die Größe der Trommeln
für die
Metallschläuche
begrenzt, die in der Verseilmaschine untergebracht werden können. Geeignet
ist eine SZ-Verseilung mit ungefähr
fünf bis
sieben Seilschlägen,
bevor die Drehrichtung umgekehrt wird. In Abhängigkeit von den Eigenschaften
und der Anordnung der Schläuche
im Kern und den geforderten Eigenschaften des Kabels sind auch andere
Anzahlen von Seilschlägen
möglich.
Der Kern wird vorzugsweise mit einer äußeren Bandagierung zur Stabilisierung des
verseilten Strangs versehen, z.B. mit einem Polyesterband. Über die
Bandagierung wird eine Schützhülle extrudiert,
die zum Beispiel aus Polyethylen besteht.
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Der
Metallschlauch ist ein verschweißter Stahlschlauch, der mechanisch
robust ist und einen sicheren Schutz der Fasern bietet.
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Zwischenräume im Kern
des Kabels werden mit einem wasserabweisenden Verbundstoff gefüllt, der
die Ausbreitung von Wasser im Innern des Kabels verhindert. Der
wasserabweisende Verbundstoff kann auch auf die Außenfläche der
Bandagierung aufgetragen werden, um zu verhindern, dass sich Wasser
zwischen Ummantelung und Bandagierung ausbreitet.
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Aus
dem deutschen Patent
DE 4135634 ist ein
optisches Unterseekabel mit einer Schutzhülle und einem Kern bekannt,
welches Lichtleitfasern umfasst. Die Fasern sind in einen Metallschlauch
eingeschlossen; die Schläuche
sind SZ-verseilt, und die Zwischenräume im Kern sind mit einem
als Wassersperre dienenden Material gefüllt.
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Gemäß der Erfindung
umfasst, um einen runden Querschnitt des Kabels mit genau definiertem Durchmesser
sicherzustellen und die Stabilität
zu verbessern, der Kern Blindelemente. Diese sind in Vertiefungen
und Zwischenräumen
zwischen den Schläuchen
angeordnet, sodass ein ungefähr
runder Querschnitt des Kerns entsteht. Die Blindelemente können auch
einen oder mehrere Schläuche
im Kern ersetzen. In diesem Fall ist der Durchmesser des Blindelements
identisch mit dem Durchmesser des Schlauchs, den es ersetzt. Ein
geeignetes Material für
die Blindelemente ist Polyethylen, das eine begrenzte Biegsamkeit
und eine ausreichend geringe Kompressibilität aufweist, um dem hydrostatischen Druck
standzuhalten.
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Der
runde Querschnitt wird durch die Verwendung einer Kabelstruktur
gemäß Anspruch
1 oder gemäß Anspruch
4 sichergestellt.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung ist mindestens ein Blindelement optisch von den anderen
Blindelementen unterscheidbar. Vorzugsweise werden eines oder mehrere
Blindelemente mit unterschiedlichen Farben verwendet. Die Blindelemente
sind in einer definierten Beziehung zu den Schläuchen angeordnet und ermöglichen
daher eine Identifizierung der einzelnen Schläuche.
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Da
Stahlschläuche
einen vergleichsweise hohen elektrischen Widerstand aufweisen, umfasst der
Kern eines bevorzugten Kabels mindestens einen freiliegenden Leiter
mit einem geringen elektrischen Widerstand, beispielsweise ein Kupferband oder
einen Kupferdraht. Wenn die Schutzhülle des Kabels beschädigt ist,
kann zur Erkennung ein Strom durch den Leiter eingespeist werden,
um mit einer am Kabel entlang bewegten Sonde den beschädigten Abschnitt
zu lokalisieren. Es ist möglich,
dass ein Kupferleiter ein Blindelement ist.
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Insbesondere
in flachem Wasser mit einer Tiefe von bis zu mehreren 100 Metern
ist ein Kabel oft Stoßkräften ausgesetzt,
die zum Beispiel von Fischereivorrichtungen erzeugt werden können. Um Schäden zu vermeiden,
wird das Kabel vorzugsweise mit einer Bewehrung versehen, die aus
einer oder mehreren Schichten verseilter Stahldrähte um die Schutzhülle bestehen
kann. Die Anzahl der Drähte hängt vom
benötigten
Schutz, dem zulässigen
Gewicht und dem Durchmesser des Kabels ab. Wahlweise wird eine Bettungsschicht,
die zum Beispiel aus imprägniertem
Papier besteht, zwischen der Schutzhülle und der Bewehrung angeordnet.
Wenn die Schutzhülle
eine ausreichende Dicke aufweist, kann eine Bettung entfallen. Zur
Vermeidung von Korrosion sind Stahldrähte mit Zink galvanisiert,
und ihre Zwischenräume
und ihre Oberflächen
sind in einem bevorzugten Kabel mit Bitumen bedeckt.
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Zum
Schutz der Bewehrung umfasst ein vorteilhaftes Kabel einen Außenmantel.
Der Mantel kann aus einer oder mehreren Lagen eines Polymergarns
bestehen, insbesondere eines Polypropylengarns, wobei mindestens
die innerste, an die Bewehrung angrenzende Lage von einem wasserdichten Material
wie Bitumen durchtränkt
ist. Alternativ ist der Mantel eine kompakte Schutzhülle, die
aus einem Polymermaterial wie Polypropylen, Polyurethan oder Polyethylen
besteht.
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Die
vorstehenden und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung
von bevorzugten Ausführungsformen
klarer ersichtlich werden, wie sie in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht
sind.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 stellt
den Querschnitt eines Kabels gemäß der Erfindung
dar.
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2 stellt
den Querschnitt einer alternativen Ausführungsform dar.
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3 stellt
den Querschnitt einer alternativen Ausführungsform eines Kabelkerns
dar.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Die
in den 1 und 2 dargestellten Kabel haben
Kerne mit denselben Elementen und unterscheiden sich nur in der
Gestaltung der Schutzhülle und
der Bewehrung.
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Der
Kern des Kabels in 1 umfasst 192 Glasfasern 1,
zum Beispiel Monomode- oder Multimode-Fasern, die eine Außenbeschichtung
mit mindestens einer, im Allgemeinen zwei oder drei Schichten eines
Polymermaterials und einen Gesamtdurchmesser von 0,25 mm aufweisen.
Die Fasern 1 sind in verschweißten Stahlschläuchen 3 angeordnet,
die mit einem als Wassersperre dienenden Verbundstoff 2,
d.h. einem wasserabweisenden Material, gefüllt sind. Die Fasern 1 im
Innern eines Schlauchs 3 können durch unterschiedliche
Einfärbung
ihrer Polymerbeschichtungen und unterschiedliche Kennzeichnungen
unterschieden werden. Jeder der vier Schläuche 3 in dem beschriebenen
Beispiel hat einen Außendurchmesser
von etwa 3,7 mm und eine Wandstärke
im Bereich von 0,2 mm und enthält
mehrere Fasern 1. In diesem Fall können ungefähr 48 Fasern 1 in
einem einzigen Schlauch 3 untergebracht werden, während die
optische Dämpfung
bei einer größeren Zahl
ansteigt. Bei einem Kabel mit einer Gesamtzahl an Fasern 1 zwischen
49 und 144 können
einer oder mehrere der vier Schläuche
durch Blindelemente ersetzt werden.
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Geeignete
Durchmesser der Schläuche 3 liegen
im Bereich von 1 bis 8 mm. Zum Beispiel ermöglicht ein größerer Außendurchmesser
von 5,6 mm die Unterbringung von 96 Fasern in einem einzigen Schlauch 3 ohne
erhöhte
optische Dämpfung.
Wenn die Schläuche 3 so
angeordnet sind wie in 1, entspricht dies einem Kern
mit einer Gesamtzahl von 384 Fasern 1, d.h. mit einer Vergrößerung des
Außendurchmessers
von 50% kann die Anzahl der Fasern verdoppelt werden. Der zulässige Durchmesser der
Schläuche 3 hängt hauptsächlich von
den Kräften in
der Umgebung des Kabels ab.
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Die
Schläuche 3 sind
um ein zentrales Blindelement 4 auf der Achse des Kabels
verseilt. Die Verseilung vermeidet Schäden an den Schläuchen 3 und Fasern 1,
wenn das Kabel auf eine Kabeltrommel gewickelt ist. Die Schläuche 3 sind
SZ-verseilt, mit
zum Beispiel fünf
oder sechs Seilschlägen
in einer ersten Drehrichtung, bevor die Drehrichtung umgekehrt wird.
Zusätzliche
Blindelemente 5 sind in den äußeren Vertiefungen zwischen
den Stahlschläuchen 3 angeordnet,
um einen ungefähr
runden Querschnitt des Kerns zu schaffen und die Baugruppe zu stabilisieren.
Zwei Blindelemente 5a, 5b in den Vertiefungen
zwischen den Schläuchen 3 sind
eingefärbt,
z.B. rot und blau, damit sie unterscheidbar sind. Da sich ihre Position
in einem festen Verhältnis
zu den Schläuchen 3 befindet,
ermöglicht
dies eine unzweideutige Identifizierung der einzelnen Schläuche 3.
Alternativ oder zusätzlich
können
eines oder mehrere Blindelemente 5a Kupferleiter sein,
die ebenfalls von den Polyethylen-Blindelementen 5b unterschieden werden
können
und die ermöglichen,
einen elektrischen Strom durch das Kabel einzuspeisen. Wenn das
Kabel beschädigt
ist, kann der Strom mit einer stromempfindlichen Sonde, die durch
das Meer ganz in der Nähe
am Kabel entlang bewegt wird, erkannt werden, um den beschädigten Abschnitt
zu lokalisieren.
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Die
verbleibenden Zwischenräume
im Kern werden mit einem wasserabweisenden Material 6 als Wassersperre
gefüllt.
Die Außenfläche des
Kerns ist mit einer Bandagierung 7 versehen, z.B. einem
Polyesterband. Eine Schutzhülle 8,
die vorzugsweise aus Polyethylen besteht, umschließt den Kern.
Um die Ausbreitung von Wasser zwischen der Bandagierung 7 und
dem der Schutzhülle 8 zu
verhindern, kann ein wasserabweisendes Material 6 auch
auf der Außenfläche der
Bandagierung angebracht werden.
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Wie
in den 1 und 2 gezeigt, kann die Bewehrung
des Kabels aus einer oder zwei Schichten galvanisierter Stahldrähte 10, 12 mit
bevorzugten Durchmessern im Bereich von 3–6 mm bestehen, abhängig vom
erforderlichen Schutz. Um die Schutzhülle 8 zu schützen, kann
eine Bettungsschicht 9 zwischen der Schutzhülle 8 und
die Drähte 10 der
Bewehrung angeordnet werden. In vielen Fällen kann eine Bettungsschicht 9 entfallen,
insbesondere wenn die Dicke der Schutzhülle 8 ausreichend hoch
ist, wie in 2. Ein Füllverbundstoff 11,
z.B. Bitumen, füllt
die Zwischenräume
in der Bewehrung.
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Ein
Außenmantel 13,
der aus Lagen von Polyethylengarn besteht, schützt die Bewehrung vor Schäden. Mindestens
die innerste Schicht des Mantels 13 ist mit dem Füllverbundstoff 11 durchtränkt, um
auszuschließen,
dass Wasser mit den Bewehrungsdrähten 10, 12 in
Berührung
kommt.
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Die 3 zeigt
Querschnitte unterschiedlicher Kabelkerne gemäß der Erfindung. Die Kerne können mit
einer Bewehrung versehen sein, wie oben beschrieben. Um die Zeichnungen
zu vereinfachen, ist nur die Anordnung der Schläuche innerhalb des Kerns dargestellt.
Die Kerne umfassen jedoch ebenfalls Lichtleitfasern, wasserabweisendes
Material innerhalb und zwischen den Schläuchen und wahlweise elektrische
Leiter und/oder Blindelemente, wie oben beschrieben.
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In 3 werden
Metallschläuche 20, 21 mit unterschiedlichen
Größen verwendet.
Auf diese Weise wird ein nahezu runder Querschnitt des Kerns ohne
Blindelemente erzielt. Drei größere Schläuche 20 mit
einem Außendurchmesser
von zum Beispiel 5,6 mm können
jeweils 96 Fasern enthalten, während die
kleineren Schläuche 21 mit
einem Außendurchmesser
von 3,0 mm für
die Aufnahme von jeweils 36 Fasern geeignet sind. Auf diese Weise
umfasst der Kern 396 Fasern, während
der Gesamtdurchmesser vergleichsweise klein ist. Der Kern ist mit
einer Bandagierung 22 und einer Schutzhülle 23 versehen.
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Die
oben dargestellten Ausführungsformen erreichen
die Ziele der Erfindung in vortrefflicher Weise. Man wird jedoch
zu würdigen
wissen, dass von den Fachleuten Abweichungen davon vorgenommen werden
können,
ohne den Geltungsbereich der Erfindung zu verlassen, der nur durch
die Ansprüche
begrenzt ist.