DE69021414T2 - Optische Faserkabel. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft optische Faserkabel und insbesondere Kabel für den Einsatz in Anwendungen unter Wasser.
• Unterwasserkabel müssen eine hohe Festigkeit aufweisen und hohen Drücken, der Seebewegung und einer Beschädigung von Schiffen standhalten. Üblicherweise sind derartige Kabel so aufgebaut, daß eine Faserpackung vorhanden ist, die durch ein nahtloses Metallrohr geschützt ist, und daß Lagen von bewehrenden oder bandagierenden Drähten vorhanden sind. Die metallischen Elemente werden durch eine dicke Folyethylenhülle isoliert und geschützt. Sind Verstärker (Repeater) erforderlich, wird diesen Verstärkern von den metallischen Elementen Energie zugeführt. Wird die Polyethylenhülle beschädigt, besteht die Gefahr, daß die metallischen Elemente geerdet werden. Um eine zufriedenstellende Isolation der Drähte vorzusehen, wird daher eine dicke Hülle verwendet, um das Kabel zu ummanteln. Die kombinierte Wirkung der bewehrenden Drähte und der Hülle führt dazu, daß ein schweres und unhandliches Kabel entsteht.
• Es ist ein Gegenstand dieser Erfindung, ein Kabel vorzusehen, das kleiner und leichter als konventionelle Kabel ist, während sichergestellt wird, daß kein zusätzliches Risiko der Erdung der metallischen Elemente oder Beschädigung der optischen Fasern bzw. Lichtleitfasern eingeführt wird.
• Die veröffentlichte europäische Patentschrift 0 203 538 offenbart einen zentralen metallischen Kern einer verseilten oder litzartigen Auslegung, die dem Kabel longitudinale Festigkeit verleiht und um die bzw. den herum in schraubenartig gewundener Weise mehrere Leiter und Röhren, die eine Lage ausbilden, schicht- oder lagenartig angeordnet sind. Längs der Zentren der Röhren erstrecken sich optische Fasern, und die Leiter und Röhren einer Lage sind von einer geeigneten Hülle oder einem geeigneten Mantel bedeckt.
• Unsere gleichzeitig anhängige UK Patentanmeldung Nr. 8729455 (Veröffentlichungsnummer 2213958A) offenbart ein optisches Faserkabel, das einen zentralen zylindrischen Kern umfaßt, eine Lage aus Verstärkungs- oder Festigungselementen, von denen zumindest eines in derselben Lage durch ein lasergeschweißtes metallisches Rohr ersetzt ist, innerhalb dessen eine optische Faser oder Lichtleitfaser ummantelt bzw. eingehüllt ist, wobei die Lage über der Oberfläche des Kerns liegt und eine Ummantelungseinrichtung über der ersten Lage der Festigungselemente liegt.
• Das in dieser Anmeldung beschriebene Beispiel ist in FIG. 1 der Zeichnungen dargestellt, die der vorliegenden Anmeldung beigefügt sind. Kurz zusammengefaßt, ist dort ein zentraler Kupferleiter 1 von einer Lage aus Polyethylen geringer Dichte umgeben, das eine innere Hülle 3 oder einen inneren Mantel 3 vorsieht. Eine erste Lage hochzugfester Stahldrähte 6 ist um die innere Hülle 3 herum schrauben- oder spiralartig gewunden, wobei eine Anzahl optischer Fasern oder Faserbänder 5, die in einem lasergeschweißten Rohr 7 aus rostfreiem Stahl eingehüllt sind, hier und da zwischen die Drähte 6 eingefügt oder eingestreut sind. Die Stahlrohre 7 und die Drähte 6 weisen denselben Durchmesser auf.
• Eine zweite Lage hochzugfester Stahldrähte 11 ist in entgegengesetzter Richtung spiralartig um die erste Lage herumgewunden, wobei eine Menge wasserabweisende oder wasserdichte Siliconmasse 9 zwischen den Lagen vorgesehen ist. Das Kabel ist in einem äußeren Mantel oder einer äußeren Umhüllung 13 eingeschlossen, die aus Polyethylen mittlerer Dichte gebildet ist.
• Die Stahlrohre 7 aus rostfreiem Stahl schützen die jeweiligen optischen Fasern 5 vor Beschädigung; jedes Rohr ersetzt einen bewehrenden oder bandagierenden Draht. Es besteht keine Notwendigkeit für eine separate Packung oder Verpackung optischer Fasern innerhalb des Kabels, wodurch es möglich ist, ein leichteres und kompakteres Kabel herzustellen.
• Typischerweise werden Rohre aus rostfreiem Stahl von 1 mm bis 6 mm Durchmesser verwendet. Diese werden mit thixotropem Schmiermittel gefüllt und longitudinal zum Umhüllen der optischen Fasern lasergeschweißt. Die Rohre sehen dann moderat harte, hermetisch abgedichtete Faserpakete oder Faserkörper vor.
• Die Lagenlänge der ersten spiralartigen Lage kann abhängig von der im Kabel erforderlichen Faserzugentlastung geändert werden.
• Es ist erforderlich, im Kabel den Torsionswiderstand (d.h. den Widerstand gegen Verdrehung) für ein leichtes Aufwickeln des Kabels zu minimieren. Torsionseffekte im Kern können durch geeignete Auswahl vom Durchmesser und der Lagenlänge und Lagenrichtung der schraubenartigen Festigungselementlage oder -lagen kompensiert werden, führen jedoch dazu, daß das Torsionsverhalten besonders anfällig auf jedwede Änderung in der Zahl der verwendeten Festigungselemente reagiert. Es kann vorkommen, daß Kabelauslegungen mit unterschiedlichen Anzahlen von Rohren erforderlich sind, so daß es wünschenswert wäre, über die Freiheit zu verfügen, die Anzahl der Festigungselemente in einer Lage ersetzenden Rohre zu variieren, ohne das Torsionsvermögen signifikant zu beeinträchtigen.
• Der Kern des Kabels kann relativ weich gemacht werden, um seinen Torsionswiderstand zu minimieren, jedoch kann es dann keine ausreichende radiale Gegenwirkung mittels einer Absteifung oder Abstützung für die Festigkeitselement- Lage oder -Lagen vorsehen.
• Die Erfindung sieht demgemäß ein optisches Faserkabel vor, wie es im Anspruch 1 beansprucht ist. Für eine leichte Herstellung kann der nichtmetallische zentrale Kern einen zentralen Königsdraht (Hauptdraht) aus einem wahlfreien elektrisch leitenden Material einschließen.
• Das oder jedes longitudinal geschweißte Rohr ist vorzugsweise Teil einer äußeren Lage aus zwei Lagen longitudinaler Festigungselemente oder Verstärkungselemente. Die Festigungselemente oder Festigungselemente und Rohre der oder jeder Lage weisen vorzugsweise einen einheitlichen Durchmesser auf; sind zwei Lagen vorhanden, ist der Durchmesser von den Elementen der äußeren Lage vorzugsweise geringer als denjenigen der inneren Lage.
• Vorzugsweise sind im Fall des Vorliegens zweier Lagen von Verfestigungselementen diese in entgegengesetzten Richtungen spiralartig gewunden, um Torsionseffekte auszulöschen bzw. aufzuheben. Gleiche oder eingeschränkte Torsionseffekte werden jedoch auch bei sich sperrenden drallfreien Lagen aus Festigungselementen oder Verstärkungselementen in Betracht gezogen.
• In geeigneter Weise ist eine wasserabweisende oder wasserdichte Masse zwischen den beiden Lagen aus Festigungselementen vorgesehen, und es ist eine wasserabweisende Masse zwischen den optischen Fasern oder Lichtleitfasern und dem lasergeschweißten Rohr vorgesehen. Diese Masse in den lasergeschweißten Rohren kann ein thixotropes Fett bzw. Schmiermittel sein.
• Die Verstärkungs- oder Festigungselemente sind vorzugsweise Metalldrähte, z.B. aus Stahl, vorzugsweise zu zumindest 75%, wobei sie im wesentlichen gleichmäßig um den Kabelkern verteilt vorgesehen sind.
• Das starre metallische Rohr, das vorzugsweise vom Band gefertigt ist, beinhaltet die wichtige Funktion der Abstützung der Festigungselemente durch Übertragen einer radialen Gegenkraft; seine äußere 0berfläche ist vorzugsweise zylindrisch, und die Festigungselgmente sind vorzugsweise ebenfalls zylindrisch. Die metallischen Elemente innerhalb des Kabels sehen entweder individuell oder gemeinsam einen Leistungs- oder Energieleitungspfad vor.
• In einigen Fällen kann ein im wesentlichen starres Rohr beispielsweise aus Kunststoffmaterial oder Metall zwischen die Lage oder Lagen aus Festigungselementen und die umgebende Ummantelungseinrichtung gelegt sein.
• Alternativ kann ein Hochmodulumwicklungs- oder -umheftungsmaterial wie Aramidpolymergarn um die Lage oder Lagen aus Festigungselementen unterhalb der Umantelungseinrichtung vorgesehen sein.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun beispielhalber unter Bezugnahme auf die beiliegenden schematischen Zeichnungen erläutert, in denen:
• FIG. 1, auf die bereits Bezug genommen wurde, eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines faseroptischen Kabels gemäß unserer mitanhängigen UK Patentanmeldung Nr. 8828192.8 (Veröffentlichungsnummer 2213958A) ist, wobei aufeinanderfolgende Lagen teilweise weggebrochen sind, um den Kabelaufbau zu offenbaren; und
• FIG. 2 ein Querschnitt durch ein optisches Faserkabel ist, das die vorliegende Erfindung verkörpert, wobei entsprechende Elemente hier mit denselben Bezugszeichen versehen sind.
• Das Kabel der FIG. 2 unterscheidet sich von dem in FIG.1 dadurch, daß die lasergeschweißten Rohre 7, die optische Fasern 5 enthalten, in der äußeren Lage aus Festigungs- oder Verstärkungsteilen II statt in der inneren Lage 6 liegen, und daß der Kern aus einem Königsdraht 1 besteht, der in einem starren, jedoch relativ weichen Kunststoff-Mittenkörper 21 eingebettet ist, der wiederum in einem starren zylindrischen Rohr 22 ummantelt eingenommen ist, das aus einem oder mehr metallischen Bändern ausgebildet ist, die um den Kunststoff- Mittenkörper 21 herum in Längsrichtung eingeschlagen oder gefaltet sind oder in schraubenartiger Weise um diesen Körper 21 herumgewickelt sind. Der Mantel 13 besteht aus Polyethylen. In diesem Beispiel kontaktieren die Festigungselemente 6 der inneren Lage das metallische Rohr 22 und die Festigungselemente 11 und die Rohre 7 der äußeren Lage. Der Drall oder Seilschlag der schraubenartig gewundenen inneren Lage ist entgegengesetzt gerichtet zu dem der schraubenartig gewundenen äußeren Lage. Jedes longitudinale Element 6, 7 oder 11 ist in Kontakt mit zwei anderen derselben Lage längs zweier paralleler Spiralen oder Schneckenlinien.
• Wie im Fall des in FIG. 1 gezeigten Kabels sind die lasergeschweißten Metallrohre 7 aus rostfreiem Stahl gefertigt und weisen vorzugsweise eine Wandstärke zwischen 0,05 mm und 0,50 mm auf.
• In einer Modifikation des in FIG. 2 gezeigten Kabels ist ein starres Kunststoff- oder Metallrohr zwischen die äußere Lage, gebildet durch die Festigungselemente 11 und die Rohre 7, und den Mantel 13 eingefügt. Alternativ kann ein Hochmodulumwicklungsmaterial um die äußere Lage 50 herumgewunden werden, so daß es unterhalb des Mantels 13 liegt.

Claims (11)

1. Optisches Faserkabel, aufweisend einen im wesentlichen nichtmetallischen zentralen Kern (21), umgeben von einer Anordnung, die zumindest eine Lage longitudinaler Festigungselemente (6, 11) umfaßt, wobei zumindest ein longitudinal geschweißtes metallisches Rohr (7), das eine oder mehrere optische Fasern (5) enthält, zwischen jeweils benachbarte Festigungselemente eingefügt ist, und eine Ummantelungseinrichtung (13) um die Anordnung, dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen nichtmetallische zentrale Kern (21) in einem starren metallischen Rohr (22) eingehüllt ist und die Anordnung longitudinaler Festigungselemente (6, 11), die einen Hauptteil der longitudinalen Festigkeit des Kabels vorgesehen, über dem starren metallischen Rohr liegt und mit diesem in Kontakt ist und daß der Kern (21) aus einem Material besteht, das in bezug auf das Material des Rohrs (22) weich ist.

2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Festigungselemente (6, 11) zumindest 75% der longitudinalen Festigkeit des Kabels vorsehen.

3. Kabel nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das oder jedes longitudinal geschweißte Rohr (7) lasergeschweißt ist.

4. Kabel nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das oder jedes longitudinal geschweißte Rohr (7) Teil einer äußeren Lage (11) von zwei Lagen aus longitudinalen Festigungselementen ist.

5. Kabel nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die longitudinalen Festigungselemente (II) oder Festigungselemente (11) und Rohre (7) der oder jeder Lage von einheitlichem Durchmesser sind.

6. Kabel nach Anspruch 5 bei Rückbeziehung auf Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser derjenigen Festigungselemente (11) in der äußeren Lage (11) geringer als derjenigen in der inneren Lage (6) ist.

7. Kabel nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Festigungselemente (11) schraubenartig gewundene Metalldrähte sind.

8. Kabel nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß ein im wesentlichen starres Rohr (22) zwischen die Lage (6) oder Lagen aus Festigungselementen und die umgebende Ummantelungseinrichtung (13) gelegt ist.

9. Kabel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das im wesentlichen starre Rohr (22) aus einem Kunststoffmaterial oder Metall hergestellt ist.

10. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hochmodulumwicklungsmaterial um die Festigungselementlage (6) oder -lagen gewunden ist, so daß es unterhalb der Ummantelungseinrichtung (13) liegt.

11. Kabel nach einem vorhergehenden Anspruch, in welchem die Ummantelungseinrichtung (13) ein extrudiertes thermoplastisches Material umfaßt.