DK169752B1 - Undersøisk optisk fiberkabel til telekommunikation - Google Patents

Description

i DK 169752 B1

Den foreliggende opfindelse angår et- undersøisk fiberoptisk telekommunikationskabel, som er egnet til at lægges og drives selv på store havdybder.

Undersøiske fiberoptiske telekommunikationskabler er udsat for 5 meget store mekaniske spændinger, men de optiske fibre beliggende inden i dem er yderst sarte og kan ikke tåle selv et minimum af mekaniske spændinger. Optiske fibre er nemlig skøre og knækker derfor let. Endvidere kan tilstedeværelsen af eventuelle mekaniske spændinger i dem, selv spændinger af lille størrelse, forårsage en 10 dæmpning af de overførte signaler. Eventuelt brud på de optiske fibre og dæmpninger af de overførte signaler vil betyde, at kablet sættes ud af drift.

Hovedfaktorerne, som giver anledning til mekaniske spændinger i undersøiske optiske fiberkabler, er følgende: 15 undervandmilieuet, hvori kablet er fremstillet til at fungere, udøver et hydrostatisk tryk, som vokser, hvis havdybden vokser, læggeoperationen frembringer mekaniske spændinger i kablet, som vokser, når læggedybden bliver større på grund af den forøgede vægt af den pågældende kabellængde under operationen, 20 temperaturvariationerne, som kablet kan udsættes for under dets transport fra fremstillingsstedet til læggezonen, giver anledning til mekaniske spændinger i kappen hidrørende fra den termiske udvidelse af kernen i forhold til den termiske udvidelse af kappen på grund af forskellene i materialerne, hvoraf disse elementer i de 25 kendte kabler består.

De kendte undersøiske kabler er forsynet med et metallisk mekanisk modstandsdygtigt styrkeorgan og en kontinuerlig metal kappe, som er anbragt omkring kabel kernen for at beskytte de deri anbragte optiske fibre.

30 Eksempler på de kendte undersøiske fiberoptiske kabler til telekommunikation er dem, der er beskrevet i GB patentskrift nr.

2.021.282 og 2.064.811 og i australsk patentansøgning nr. 74.368 A/81.

I de kendte kabler medfører tilstedeværelsen af en metal kappe 35 og af et mekanisk modstandsdygtigt styrkeorgan omkring kernen, hvori de optiske fibre er beliggende, en betydelig bøjningsstivhed.

Dette skyldes både, at styrkeorganet og metal kappen i sig selv er bøjningsstive elementer, og tillige at de er anbragt i afstarid fra kablets længdeakse, som danner den neutrale bøjningsakse for DK 169752 B1 2 dem.

I praksis kan denne bøjningsstivhed endvidere vise sig at være helt uakceptabel i det tilfælde, hvor de kendte undersøiske optiske fiberkabler anvendes på store dybder, f.eks. på over 1000 meter. Når 5 læggedybden forøges, kan det mekanisk modstandsdygtige styrkeorgan, hvis dimensioner skal forøges for at muliggøre, at kablet modstår de større udøvede påvirkninger, kun forøges ved at tilføje metalliske materialer på ydersiden af kablet og dermed på et sted, som er endnu længere borte fra den neutrale bøjningsakse.

10 Følgelig frembyder de kendte kabler vanskeligheder ved håndte ring og lægning af dem på grund af deres store stivhed.

Formålet med den foreliggende opfindelse er at tilvejebringe undersøiske fiberoptiske telekommunikationskabler, som sammenlignet med de kendte undersøiske kabler og ved en paritet af deres lægge-15 dybde har en større bøjelighed, en mindre vægt pr. længdeenhed og ikke er udsat for beskadigelser, når de udsættes for eventuelle temperaturvariationer under deres transport.

Den foreliggende opfindelse angår således et undersøisk fiberoptisk telekommunikationskabel omfattende en cylindrisk kerne, på 20 hvis ydre overflade der findes skruel i ni eformede riller, som er fyldt med en usammentrykkelig væske, og i hver af hvilke riller der ligger mindst én optisk fiber, et styrkeorgan dannet af et tov af trådformede elementer, og hvis akse er sammenfaldende med kabel aksen, hvilket styrkeorgan er indlejret i kernen, og en kappe, som 25 omslutter kernen, og det for kablet ifølge opfindelsen ejendommelige er, at kablet omfatter kun én kappe, hvilken kerne er fremstillet af plastmateriale, at kernen er fremstillet af plastmateriale, at tovet 2 er et snoningsbalanceret tov med et tværsnit på ikke under 50 mm , hvilket tov er det eneste mekanisk modstandsdygtige styrkeelement i 30 kablet, og at mellemrummene mellem de trådformede elementer i tovet er fyldt med en usammentrykkelig væske.

Det kompakte snoningsbalancerede tov, som danner styrkeorganet i et undersøisk kabel ifølge opfindelsen, er bestemt til i det væsentlige at modstå trækspændinger under læggeoperationen, og dets

O

35 tværsnit er ikke under 50 mm .

I et kabel ifølge opfindelsen kan de optiske fibre endvidere være løst beliggende i små rør fyldt med en usammentrykkelig væske, og som er beliggende i kernerillerne, der også er fyldt med én usammentrykkelig væske.

DK 169752 B1 3

Som et alternativ kan kabel kappens plastmateriale træde ind i rillerne, indtil de udfylder dem, idet der dannes ribber, som antager et profil, der er komplementært til profilet af de små rør.

Opfindelsen skal herefter forklares nærmere under henvisning 5 til tegningen, der viser et perspektivisk billede af en udførelsesform for et undersøisk kabel ifølge opfindelsen, hvor dele er fjernet for bedre at vise kabel strukturen.

Som vist på tegningen omfatter kablet en cylindrisk plastkerne 1, der omslutter og er fastgjort til et styrkeorgan 2, som er 10 anbragt på en sådan måde, at det optager den radialt inderste position af kernen, og aksen i styrkeorganet 2 er sammenfaldende med kablets langsgående akse 3.

Styrkeorganet 2 er bestemt og dermed dimensioneret til i det væsentlige at modstå alle de trækspændinger, som udøves på kablet 15 under læggeoperationerne.

Specielt er styrkeorganet 2 dannet af et kompakt snoningsba- 2 lanceret tov, hvis tværsnit er ikke under 50 mm , og som er dannet af filamenter 4 fremstillet af et materiale, der har en høj mekanisk modstand mod trækkræfter, som f.eks. stål, aromatiske polyamider og 20 carbonfibre.

Filamenterne 4 i tovet 2 er anbragt skruelinieformet i koaksialt over hinanden liggende lag, og viklingsretningen af filamenterne i et lag er fortrinsvis modsat viklingsretningen af filamenterne i det hosliggende lag.

25 Med denne anbringelse af filamenterne 4 opstår der ikke sno ninger af tovet 2, når det udsættes for trækkræfter, og det fremby-der en god bøjelighed. Mellemrummene 5, som findes mellem filamenterne 4, er fyldt med en praktisk taget usammentrykkelig væske, som f.eks. vaseline, silikonefedt og lignende.

30 Et plastlag 6 er anbragt omkring tovet 2.

På den ydre overflade af laget 6, som repræsenterer den ydre overflade af kabel kernen 1, findes der skruel inieformede riller 7, der efter ønske kan have enten en lukket skruelinieformet eller en åben skruelinieformet konfiguration, idet der med dette udtryk me-35 nes, at forløbet af hver rille omfatter skiftevise S-formede længder og Z-formede længder.

I rillerne 7 er optiske fibre 8 løst anbragt, og rillerne er fuldstændigt fyldt med den samme praktisk taget usammentrykkelige væske, hvormed mellemrummene 5 mellem de trådformede elementer 4 i DK 169752 B1 4 tovet 2 er fyldt.

Endvidere har rillerne 7 en bredde ved den ydre overflade af laget 6 såvel som en dybde på ikke over 5 mm.

Plastmateriale til udførelse af laget 6 kan udvælges f.eks.

5 blandt polyolefiner, f.eks. polyethylen og polypropylen eller blandt aliphatiske polyamider og lignende.

Fortrinsvis er laget 6 en aliphatisk polyamid, da dette materiale bevirker, at kablets plastkerne bliver mindre kontraktil radialt under indvirkning af hydrostatisk tryk. På denne måde undgås 10 langs kablet eventuelle fremkommende minimale variationer i dimensionerne af rillerne 7 og eventuelle langsgående bevægelser af den sammentrykkel ige væske, som fylder dem, af denne årsag.

Kabel kernen 1 er omgivet af en kappe 9, som kan være fremstillet af et andet plastmateriale end det, der anvendes til laget 15 6, hvilken kappe omslutter rillerne 7 og er anbragt i direkte kontakt med den ydre overflade af pi asti åget 6.

Til dannelse af kabel kappen 9 kan der f.eks. anvendes poly-olefiner, såsom polyethylen og polypropylen, aliphatiske polyamider og lignende. Fortrinsvis er kappen 9 fremstillet af en aliphatisk 20 polyamid.

Endelig kan en ombinding af plastbånd være indskudt mellem laget 6 og plastkappen 9 i kablet, når der på fremstil!ingstids-punktet for dette frygtes lækage af den usammentrykkelige væske fra rillerne 7 i tidsrummet, før plastkappen påføres over kabel kernen.

25 På plastkappen 9 kan der anbringes andre ikke viste elementer, som f.eks. beskyttelsesmidler mod pæleorm af i og for sig kendt type, eventuelle viklinger af godt elektrisk ledende metal bånd (enten isoleret eller ikke), men i praksis må ingen af disse elementer ved deres tilstedeværelse danne enten en vandtæt metal kappe eller et 30 mekanisk modstandsdygtigt styrkeorgan for kablet.

På denne måde er et kabel ifølge opfindelsen fri for en hvilken som helst vandtæt metal kappe eller et hvilket som helst styrkeorgan, der er mekanisk modstandsdygtig overfor spændinger og anbragt radialt udvendigt i forhold til selve kablets kerne, og således at 35 det omgiver den zone, hvor de optiske fibre er anbragt.

I henhold til en alternativ udførelsesform (ikke vist) er de optiske fibre 8 løst beliggende i små rør fremstillet f.eks. af plast eller andre materialer og fyldt med en usammentrykkelig væské, og som er anbragt i rillerne 7 i kernen 1. Eventuelle mellemrum i DK 169752 B1 5 rillerne 7, som er efterladt tomme af de små rør, er enten også fyldt med en usammentrykkelig væske eller fyldt med plastmaterialet i kappen 9. I dette tilfælde frembyder kablets plastkappe 9 i overensstemmelse med rillerne 7 ribber med et profil, der har en 5 form, som er komplementær til formen af de små rør.

Som en yderligere alternativ ikke vist udførelsesform kan kabel styrkeorganet 2 bestående af et kompakt snoningsbalanceret tov omfatte et langsgående metalelement med høj elektrisk konduktivitet, som er egnet til at danne en elektrisk leder for at tillade fødning 10 af de optoelektroniske forstærkere for signalerne, der overføres af de optiske fibre, hvilke forstærkere er anbragt langs kablet.

Eksempelvis omfatter det langsgående metal element med en høj elektrisk konduktivitet mindst én tilsluttet kobbertråd, som enten er indlagt i eller viklet omkring tovet, der danner styrkeorganet 2 15 i kablet.

Returlederen kan være havet.

Som et alternativ kan returlederen udgøres af en kombination af havet og af et godt elektrisk ledende metal bånd, som er viklet omkring kappen.

20 I henhold til en anden alternativ variation udgøres returlede ren af et godt elektrisk ledende metal bånd, der er indskudt mellem kernen og kablets plastkappe eller af et godt elektrisk ledende metalbånd, som er indlagt i kabel kappen.

I en yderligere udførelsesform, som gælder for det tilfælde, 25 hvor kabelstyrkeorganet ikke er forsynet med et langsgående metal-element med høj elektrisk konduktivitet, kan fødningen af de optoelektroniske forstærkere ske over et elektrisk kredsløb, der omfatter et godt elektrisk ledende isoleret metal bånd, som er viklet omkring kappen under anvendelse af havet som returleder.

30 Uanset konfigurationen af de ovenfor nævnte godt elektrisk ledende metal bånd (enten isoleret eller ikke) anbragt enten under eller inden i kablets plastkappe må de imidlertid hverken danne en vandtæt metal kappe eller et mekanisk modstandsdygtigt styrkeorgan for kablet.

35 Af den ovenstående beskrivelse og ud fra de følgende betragt ninger vil det forstås, at de tilsigtede formål kan opnås ved hjælp af kablet ifølge opfindelsen.

I de undersøiske fiberoptiske telekommunikationskabler ifølge opfindelsen findes der ikke nogen metalliske mekanisk DK 169752 B1 6 modstandsdygtige elementer omkring kernen, hvori de optiske fibre er anbragt.

Det mekanisk modstandsdygtige styrkeorgan er nemlig anbragt i kablets radialt inderste zone tæt ved kablets langsgående akse, og 5 kappen er fremstillet af plast og ikke af et eller andet metallisk materiale, som det er tilfældet i de kendte kabler af samme type.

Som følge heraf er bøjeligheden af kablerne ifølge opfindelsen større end bøjeligheden af de kendte kabler, både fordi det mekanisk modstandsdygtige styrkeorgan er anbragt udelukkende i nærheden af 10 kablets langsgående akse, som er den neutrale bøjningsakse, og også fordi plastkappen er mere bøjelig end en metal kappe.

På denne måde er der opnået en reduktion af vægten pr. længdeenhed af kablet set i forhold til de kendte kabler.

Selv i fravær af et mekanisk modstandsdygtigt styrkeorgan 15 omkring kernen, hvori de optiske fibre er anbragt, er der endvidere ikke nogen risiko at frygte, for at kabel strukturen klapper sammen under indvirkning af hydrostatisk tryk, selv på store havdybder.

Modstanden mod det hydrostatiske tryk ved kablerne ifølge opfindelsen er nemlig sikret ved, at der ikke findes nogen mellemrum 20 uden materiale i kabel strukturen, idet både mellemrummene, som findes mellem de trådformede elementer i tovet, der danner det mekanisk modstandsdygtige styrkeorgan såvel som rørene, der rummer de optiske fibre, alle er fyldt med en praktisk taget usammentryk-kelig væske. Endvidere hænger den radialt inderste overflade af 25 plastkappen perfekt fast på kabel kernen uden at efterlade nogen mellemrum.

Desuden eliminerer fraværet af et mekanisk modstandsdygtigt styrkeorgan omkring kabel kernen den fare, som findes ved de kendte kabler, nemlig at det kan udøve sammentrykninger på kabelkernen og 30 dermed forårsage spændinger i de optiske fibre, når styrkeorganet under læggeoperationen har tendens til at gribe kernen som følge af de indvirkninger af trækspændinger, som udøves på den.

I kabler ifølge opfindelsen er kappen fremstillet af plast og ikke af et metallisk materiale som i de kendte undersøiske fiberop-35 tiske kabler.

I disse sidstnævnte har det hidtil været anset for uundgåeligt at have en kontinuerlig metallisk vandtæt kappe til at omgive den zone, som optages af de optiske fibre, for således at forhindre selv minimale spor af vand i at trænge ind i kablet og nå de optiske 7 DK 169752 B1 fibre og således forårsage dæmpninger af de overførte signaler og brud.

I kablet ifølge opfindelsen er der til trods for tilstedeværelsen af en plastkappe, som ikke kan sikre samme tæthed som en 5 kontinuerlig metal kappe, i praksis ikke konstateret nogen af de ulemper, som frygtes for optiske fibre.

Endvidere bevirker elimineringen af den kontinuerlige og vandtætte metal kappe, som i kablerne ifølge opfindelsen er erstattet af en plastkappe, at disse kabler er fri for de farer, som hidrører fra 10 temperaturvariationerne, som et kabel kan udsættes for under dets transport fra fremstillingszonen til kabel!æggezonen.

Ved sammenligning med en metalkappe har en kappe fremstillet af plastmateriale nemlig en større mulighed for udvidelse. På grund af udvideligheden af en plastkappe er der derfor ikke nogen fare for 15 brud og revnedannelser, som har kunnet konstateres ved metal kapper, når termiske udvidelser af komponenterne indesluttet i kappen forårsages af en hvilken som helst mulig temperaturforøgelse, som kan forekomme, fordi kablerne direkte udsættes for solen.

20 25 30 35

Claims (8)

1. Undersøisk fiberoptisk telekommunikationskabel omfattende en cylindrisk kerne (1), på hvis ydre overflade der findes skruel inie- 5 formede riller (7), som er fyldt med en usammentrykkelig væske, og i hver af hvilke riller der ligger mindst én optisk fiber (8), et styrkeorgan dannet af et tov (2) af trådformede elementer (4), og hvis akse (3) er sammenfaldende med kabel aksen, hvilket styrkeorgan er indlejret i kernen (1), og en kappe (9), som omslutter kernen 10 (1), kendetegnet ved, at kablet omfatter kun én kappe (9), hvilken kerne er fremstillet af plastmateriale, at kernen er fremstillet af plastmateriale, at tovet (2) er et snoningsbalanceret 2 tov med et tværsnit på ikke under 50 mm , hvilket tov er det eneste mekanisk modstandsdygtige styrkeelement i kablet, og at mellemrum-15 mene (5) mellem de trådformede elementer (4) i tovet (2) er fyldt med en usammentrykkelig væske.

2. Undersøisk fiberoptisk telekommunikationskabel ifølge krav 1, kendetegnet ved, at kablets plastkappe (9) er fremstillet af et plastmateriale udvalgt blandt grupperne af polyole- 20 finer og aliphatiske polyamider.

3. Undersøisk fiberoptisk telekommunikationskabel ifølge krav 1, kendetegnet ved, at plastkappen (9) træder ind i rillerne (7) for derved at danne ribber.

4. Undersøisk fiberoptisk telekommunikationskabel ifølge krav 25 3, kendetegnet ved, at ribberne har et profil, som kom plementerer profilet af et lille rør indsat i de skruel inieformede riller (7), og som løst rummer mindst én optisk fiber (8), hvilket lille rør er fyldt med en usammentrykkelig væske.

5. Undersøisk fiberoptisk telekommunikationskabel ifølge krav 30 1, kendetegnet ved, at de skruelinieformede riller i den cylindriske plastkerne (1), som omslutter styrkeorganet, hvilke riller (7) er fyldt med en usammentrykkelig væske, har en bredde samt en dybde, der er ikke over 5 mm.

6. Undersøisk fiberoptisk telekommunikationskabel ifølge krav 33 5, kendetegnet ved, at de skruel i ni eformede riller (7) optager mindst et lille rør fyldt med en usammentrykkelig væske, hvori mindst én optisk fiber (8) er løst beliggende, og at rummet mellem røret og rillen (7) også er fyldt med en usammentrykkelig væske. 9 DK 169752 B1

7. Undersøisk fiberoptisk telekommunikationskabel ifølge krav 1, kendetegnet ved, at styrkeorganet omfatter et langsgående metalelement, der har en høj elektrisk konduktivitet.

8. Undersøisk fiberoptisk telekommunikationskabel ifølge krav 5 7, kendetegnet ved, at det metalliske element består af mindst én kobbertråd, der indgår i eller er viklet omkring tovet. 10 15 20 25 30 35