DK174909B1 - Helt igennem dielektrisk optisk fiberkabel med forbedret fiberadgang - Google Patents

Description

i DK 174909 B1

Opfindelsen angår helt igennem dielektriske optiske fiberkabler .

Kabelkonstruktioner, som er blevet udviklet til optiske 5 fibre, omfatter et løst rør og et løst kabelbundt. I en tidlig type optisk kommunikationskabel er et antal optiske fibre, som ikke overstiger tolv, indesluttet i et ekstruderet plastrør til dannelse af en enhed kaldt et løst rør. Et antal af disse rørenheder er indesluttet i et 10 fælles ekstruderet plastrør, som er indesluttet i et omslutningssystem. Hver enhed fremstilles på en fabrikationslinie og bliver lagerført, indtil den snos med øvrige enheder på en anden linie, hvor en plastkappe også , påføres.

15

Hvad der stadig manglede, var et kabel til lysledertransmission, som fraveg slåningen af enheder, og som modvirkede indføringen af urimelige spændinger, som kunne føre til bøjningstab i lyslederne. Et kabel, som tilfredsstil-20 ler disse behov, kendes fra US patent nr. 4 826 278. Det kabel indeholder et antal optiske fibre, som er samlet i en kerne uden tilsigtet slåning til dannelse af enheder, som strækker sig i en retning langs kablets længdaksel, og som betegnes som et løst bundt. Et antal rør, som er 25 fremstillet af et plastmateriale, omslutter antallet af enheder og er parallel med kablets længdeakse. Forholdet mellem tværsnitsarealet af antallet af lysledere og tværsnitsarealet inden i røret er styret.

30 Omslutningssystemet til det netop beskrevne kabel kan være et, som er kendt fra US patent nr. 4 241 979. Et underlag, omkring hvilket forstærkningsdele er svøbt i skruelinieform, er tilføjet imellem det ekstruderede indre plast og yderkapper for at styre den udstrækning, 35 hvortil forstærkningsdelene er indkapslet af den ydre kappe. Kablet indeholder to separate lag metalliske forstærkningsdele, som er svøbt i skruelinieform i modsatte DK 174909 B1 2 retninger. Under en vedvarende trækbelastning kan disse to forstærkningsdele udformes til at frembringe lige store men modsat rettede momenter omkring kablet for at sikre fraværet af snoning. Fortrinsvis tilvejebringer for-5 stærkningsdelene ikke blot de nødvendige forstærkningskar akter is tikker for kablet, men forstærker også omhyldningen og hjælper til at beskytte lyslederen imod ydre påvirkninger. Et sådant omslutningssystem kan erstattes af et, i hvilket kun et lag metalliske forstærkningsdele.

10 anvendes. Se US patent nr. 4 765 712.

Indeslutning af forstærkningsdele i omslutningslagene i stedet for kabelcenteret frembringer desuden et sammensat forstærket rør, som resulterer i en kompakt konstruktion 15 og forøger lyslederbeskyttelse. Forstærkningsdelene i ovennævnte omslutninger er påført i skruelinie inden i kappen for fleksibilitet og stabilitet under bøjning, idet de tillader en stram bøjningsradius uden at frembringe kinker.

20

Ved den kendte teknik er metalliske wirer af omslutningen i det førnævnte US patent nr. 4 241 979, som er blevet betegnet som en krydslagsomslutning, blevet erstattet med glasfiber, stanglignende dele. De stanglignende dele er i 25 stand til at modstå forventet tryk samt trækbelastning.

Trykbelastning opstår, når kablet sammentrækkes under den oprindelige krympning af kappematerialet og under termisk cykling. Imidlertid forøger udskiftningen af metalliske forstærkningsdele med glasstænger prisen på kablet og 30 slåning af stængerne fortsætter med at kræve en relativ lav fremstillingshastighed.

Selv om de fra US patenterne nr. 4 241 979 og nr.

4 765 712 kendte omslutningssystemer imødekommer mange 35 kundebehov, har der vedvarende været gjort anstrengelser for at finde alternativer til at opnå forøget omslutningsadgang. Antallet af forstærkningsdele ved kendte DK 174909 B1 3 kabler er sædvanligvis høj. Efterhånden som lysledertransmission bliver mere udbredt anvendt i sløjfefordelingskredsløb, vil hyppig omslutningsadgang i et konisk kredsløb med henblik på splejsning være påkrævet. Kabler, 5 som anvendes i den såkaldte sløjfe, skal give let adgang.

Hvis et kabel indeholder forstærkningsdele i dets omslutning, skal antallet nedsættes til et minimum hvis det på nogen måde er muligt samtidig med at man fortsætter med at opnå passende styrkekarakteristikker.

10

Et kabel, som sørger for forøget, eller omgående adgang, som det kaldes, i kernen, er beskrevet i US patent nr.

4 844 575. Det lyslederkabel indeholder en kerne, som omfatter mindst en lysleder og en rørdel, som kan være 15 fremstillet af et plastmateriale, og som omslutter kernen. En kappe, som er fremstillet af et plastmateriale, indeslutter denne rørdel. I en foretrukket udførelsesform omfatter kablet desuden et forstærkningsdelsystem, som indeholder to diametralt modstående, lineært forløbende 20 metalforstærkningsdele, som er anbragt i nærheden af rørdelen, og som strækker sig parallelt med en længdeakse af kernen. Eftersom forstærkningsdelen ikke er viklet i skruelinie omkring rørdelen, behøver fremstillingsprocessen ikke at omfatte drejningen af relativ tunge forsynin-25 ger. Forstærkningsdelene har tilstrækkelig træk og tryk-stivheder og er koblet tilstrækkeligt til kappen til at opnå en sammensat konstruktion, som er i stand til at modvirke koncentration af kablet og til at opnå et kabel med passende styrkeegenskaber.

30

Der har desuden været et længe følt behov for en helt igennem dielektrisk kabelkonstruktion. Et sådant kabel, som kan føres fra bygningskanaler til servicefordelings-punkter vil undgå behovet for at slibe forbindelser ved 35 splejsepunkter, hvilket forøger kabelinstallationernes pris. Desuden vil et helt igennem dielektrisk kabel, således som det efterspurgte, have nedsat sandsynligheden DK 174909 B1 4 for lynnedslag væsentligt.

En anden betragtning vedrører størrelsen af kablets tværsnitsareal. Hvis hver af to metalliske forstærkningsdele 5 i et kabel som angivet i det før anførte US patent nr.

4 844 575 blev erstattet med et fremstillet af et dielektrisk materiale, vil dets tværsnitsareal forøges i en sådan udstrækning, at kablets tværsnitsareal skulle forøges. I US patent nr. 4 743 085 omfatter et kabel to lag 10 dielektriske forstærkningsdele inden for dets omslutningssystem, idet alle delene i det indre lag og nogle i det ydre lag er relativt fleksible. De tilbageværende forstærkningsdele i det ydre lag, som er relativt stive, er i stand til at modstå forventede tryk samt trækbelast-15 ning. Trykbelastning opstår, når kablet søger at trække sig sammen under den begyndende krympning af kappematerialet, under bøjning, og under termisk cykling. Selv om dette kabel er helt igennem dielektrisk, indeholder det mange forstærkningsdele og mangler den omgående omslut-20 ningsadgang, som ønskes til anvendelse ved et lokalt kredsløb.

US-A 4 037 922 angiver et optisk fiberkabel, som omfatter forstærkningsdele anbragt parallelt med et enkelt bundt 25 af optiske fibre i et plan hovedsageligt langs en diameter af det enkelte bundt.

US-A-4 610 505 angiver en omslutning, som omfatter et rør, som løst omgiver en optisk fiber. I det neutrale 30 bøjningsplan for omslutningen findes to langsgående elementer, som optager langsgående træk- og trykkræfter. Omslutningen er indrettet således, at den har ubetydelig forskydning af den neutrale forskydningslinie fra det geometriske center. I det neutrale bøjningsplan for røret 35 findes der langsgående elementer, som optager træk- og trykkræfter. I omslutningen bestemmes det foretrukne bøjningsplan af harpiksrørets konstruktion. De langsgående DK 174909 B1 5 elementer strækker sig i det neutrale plan, når de bøjes.

US-A-4 082 423 angiver en ikke-metallisk forstærkning for optiske fiberkabler.

5

Hvad der er behov for, og hvad der ikke synes at være til rådighed ved den kendte teknik, er et dielektrisk kabel, som har ønskede træk og som er relativt priseffektiv ved fremstilling. Det er ønskeligt, at det eftersøgte kabels 10 forstærkningsdele er anbragt i omslutningssystemet. Eftersom et sådant kabel desuden ville være en stærk kandidat til brug i den lokale sløjfe, bør det efterspurgte kabel have et Omslutningssystem, som letter hurtig kerneadgang .

15

Ifølge opfindelsen angives der et helt igennem dielektrisk optisk fiberkabel, som anført i krav 1.

I en udførelsesform for opfindelsen omfatter et totalt 20 dielektrisk kommunikationskabel med forøget lyslederadgang en kerne, som omfatter mindst et lysledertransmis-sionsmedium og et kernerør, som omslutter kernen. En kappe, som er fremstillet af et plastmateriale, omslutter kernerøret.

25

Kablet indeholder desuden et forstærkningsdelsystem, som omfatter et antal i længderetningen forløbende forstærkningsdele, som er anbragt imellem kernerøret og en ydre overflade af kappen. Forstærkningsdelene, som er frem-30 stillet af et dielektrisk materiale, er anbragt geometrisk og har et stivhedsmodul til samvirke med materialerne i kabelkappen for at få kablet til under bøjning at have en foretrukket neutral bøjningsoverflade, som er i stand til at nedsætte den til kablet påførte spændings-35 energi til et minimum. I en foretrukket udførelsesform omfatter forstærkningsdelsystemet et første og et andet diametralt modsat antal forstærkningsdele, som er anbragt 6 DK 174909 B1 i nærheden af kernerøret mellem kernerøret og en ydre overflade af kappen. Forstærkningsdelene er fremstillet af et dielektrisk materiale med hvert et antal indeholdende en stanglignende i længderetningen forløbende del 5 og mindst to relativt fleksible dele, som er anbragt i en forudbestemt gruppering med den stanglignende del. Fortrinsvis er delene, som er i stand til at modstå kastning, stanglignende og omfatter glasfibertråde, hvorimod de andre forstærkningsdele er relativ fleksible og også 10 er sammensat af glastråde.

Opfindelsen skal i det følgende nærmere beskrives med henvisning til tegningen, hvorpå: 15 Fig. 1 viser et perspektivisk billede af et lyslederkabel ifølge opfindelsen, fig. 2 viser et endebillede af kablet i fig. 1, 20 fig. 3 og 4 viser perspektiviske endebilleder af et kabel ifølge opfindelsen, i hvilket kernen indeholder optiske fiberbånd, og fig. 5-10 viser endebilleder af alternative udførelses-25 former for kabler ifølge opfindelsen.

På fig. 1 og 2 ses en foretrukket udførelses form for et lyslederkabel -20 ifølge opfindelsen. Lyslederkablet indeholder er kerne 21, som indeholder en eller flere lys-30 ledere 24-24. Hver lysleder indeholder en kerne og en cladding. Lyslederne 24-24 kan være fremstillet ved den modificerede kemiske dampudfældningsproces, som f.eks. er beskrevet i US patent nr. 4 217 027. Desuden indeholder hver lysleder 24-24 en eller flere coatings. Det bør her 35 forstås, at udtrykket lysleder refererer til selve fibren og en eventuel coating påført dertil.

DK 174909 B1 7

Kernen 21 omfatter et antal enheder, som hver er betegnet med henvisningstallet 22, og som hver indeholder et antal individuelle lysledere 24-224. Lyslederne 24-24 for hver enhed 22 er holdt sammen med en binder 26. Hver af enhed-5 erne 22-22 er enten slået eller ikke-slået, dvs. enheden strækker sig generelt parallelt med en længdeakse 29 for kablet, eller er udformet med et oscillerende lag.

Det bør fofstås, at lyslederne 24-24, som er indeholdt i 10 hver af enhederne 22-22 ved den foretrukne udførelsesform er samlet uden at være slået sammen, og at hver enhed i sig selv desuden er samlet med en ubestemt laglængde. Lyslederne kan være bølget langs dele af enheden, hvilket vil bevirke, at hver lysleder har en længde, som er lidt 15 større end længden af det omgivende omslutningssystem.

Dette vil forhindre urimelig spænding i at påføres lyslederne 24-24 under fremstilling, installation· og service på kablet.

20 Som det yderligere fremgår af fig. 1 og 2 er antallet af enheder indesluttet i en rørdel 34. Rørdelen 34 indeholder i en foretrukket udførelsesform, som er fremstillet af et dielektrisk materiale, f.eks. polyvinylchlorid eller polyethylen, de indeviduelle bindingsenheder og 25 strækker sig generelt parallelt med aksen 29.

Som en vigtig karakteristik ved kernen er dens paknings-tæthed. Pakningstæthed er defineret som forholdet mellem lysledernes tværsnitsareal inklusiv eventuel coating der-30 på og det samlede tværsnitsareal, som omgives af røret 34. Hvis pakningstætheden er for høj, er lysledere i kernen eventuelt ikke i stand til at bevæge sig tilstrækkeligt på tværs i rørets 34 tværsnit til at afhjælpe spændinger, som kunne opstå ved bøjning. Den maksimale pak-35 ningstæthed er fortrinsvis omkring 0,5.

DK 174909 B1 8

En anden udførelsesform for kablet 20 i fig. 1 er vist i fig. 3 og 4. Der er vist et kabel, i hvilket kernen omfatter et antal bånd 37-37. Typisk omfatter hvert bånd lige så mange som omkring tolv lysledere 24-24.

5

Også i ud førelses formen i fig. 1 og 2 er enhederne 22-22 og kernen 21 mellem enhederne og rørdelen 34 fyldt med et egnet vandstandsende materiale 38. Det er blevet fastslået, at en fyldningssammensaetning i et lyslederkabel skal 10 tjene til at holde lyslederne i en relativ lav spændingstilstand. Et sådan materiale er en colloidal partikelfyldt fedtsammensætning som angivet i US patent nr.

4 701 016.

15 Det foretrukne vandstandsende materiale er en sammensætning, som omfatter to hovedbestanddele, nemlig olie og et gelmiddel, f.eks. colloidale partikler, og eventuelt en gennemtrængningsinhibitor. Den vandstandsende sammensætning kan også indeholde en termisk oxiderende stabilisa-20 tor.

Når en lav spænding påføres et fedtstof, virker materialet i det væsentlige som et faststof materiale. Hvis spændingen er over en kritisk værdi, så aftager viskosi-25 teten hurtigt og materialet flyder. Viskositetsnedsættel sen er hovedsagelig reversibel, fordi den forårsages af bruddet af netværksovergange imellem fyldpartiklerne og disse overgange kan gendannes efter fjernelsen af den overkritiske spænding.

30

Et kabelfyldnings eller vandtæt materiale, specielt et fyldstof til lysleder, bør imødekomme en mængde krav.

Blandt disse er kravet om, at kablets fysiske egenskaber forbliver inden for acceptable grænser over et stort tem-35 peraturområde, f.eks. fra -40 0 til omkring 71 °C. Det er også ønskeligt, at fyldningsmaterialet kan være relativt frit for separation af olie fra gelen under påført spæn- DK 174909 B1 9 ding over det før nævnte temperaturområde. Fyldningsmaterialer til brug i lyslederkabler bør desuden have en relativ lav forskydningsmodul, ge. I henhold til kendt teknik er forskydningsmodulus en kritisk materialeparameter 5 for fyldningsmaterialer til lyslederkabler, fordi den anses for direkte at have forbindelse med størrelsen af mi-krobøj ningstab.

For i det mindste nogle anvendelser er en lav værdi af 10 fyldningsmaterialets forskydningsmodulus ikke tilstrækkelig til at sikre lave kablingstab, og en yderligere parameter, den kritiske flydespænding, ® , skal også kontrol-leres. Fortrinsvis flyder det vandstandsende materiale 38, som anvendes til at fylde kernen af et kabel ifølge 15 opfindelsen ved en lav nok spænding, således at lyslederne 24-24 og enhederne 22-22 er i stand til at bevæge sig inden i kernen, når kablet er spændt eller bøjet. Fyldningsmaterialet tillader lyslederen at bevæge sig frit inden i røret 34, hvilket reducerer spændingen og dæmp-20 ningen deri og forlænger lyslederens levetid. Typisk er den kritiske flydespænding for fyldningsmaterialet 38 ikke mer© end omkring 70 Pa, målt ved 20 °C, hvorimod forskydningsmodulus er mindre end omkring 13 kPa ved 20 °C.

25 Et omslutningssystem 40 omgiver kernen 21 og rørdelen 34. Omslutningssystemet 40 omfatter et helt igennem dielektrisk forstærkningsdelsystem 42, et tape 44 og en ydre plastkappe 46. I en foretrukket udførelsesform i fig. 1 er tapen 44 en vandabsorberende tape, f.eks. Waterlock™ 30 laminat fra Grain Processing Corporation og er svøbt omkring røret 34 med en i længderetningen overlappet søm. I kablet i fig. 1 kan tapen 44, som forhindrer klæbningen af kappen 46 til røret 34 også være fremstillet af et ikke-vævet polyestermateriale. Plastkappen 46 er generelt 35 fremstillet af et polyethylenmateriale. En træksnor 45, som kan være fremstillet af KEVLAR© plast anvendes til at lette fjernelsen af omslutningen.

10 DK 174909 B1 I en udførelsesform for kablet i fig. 1 har rørdelen 34 en yderdiameter på omkring 0,61 cm. Den vandabsorberende tape 44 har en tykkelse på omkring 0,038 cm og kappen har en yderdiameter på omkring 1,14 cm.

5

Forstærkningsdelsystemet 42 for kablet 20 skal imødekomme en række kriterier. For det første skal forstærkningsdelsystemet være tilstrækkelig koblet til kappen til at opnå en sammensat struktur, som er i stand til at modvirke ak-10 sial kontraktion af kablet. Dette forhindrer unødige bøjningstab fra krympning under fremstilling, når kabelkappen afkøles og under drift i omgivelser med lav temperatur. Stivhed defineres som belastning pr. enhedsspænding. Desuden skal forstærkningsdelsystemet i samvirke med kap-15 pen 46 have en tilstrækkelig træk og trykstivhed med et minimalt tværsnit til at styre spændinger, som indføres under bøjning, træk og installationsbelastninger i almindelighed, såsom træk i en kanal. Stivhed defineres som belastning pr. enhedsspænding. Desuden må forstærknings-20 delsystemet ikke hæmme kablets fleksibilitet og må ikke nødvendiggøre en forøgelse af tværsnitsarealet over sammenlignelige kabler med metalforstærkningsdele.

Forstærkningsdelsystemet 42 i den foretrukne udførelses-. 25 form er ikke blot helt igennem dielektrisk, men det frembringer også de krævede mekaniske egenskaber for kablet 20. I en foretrukket udførelsesform indeholder forstærkningsdelsystemet 42 to antal forstærkningsdele 60-60, som er anbragt i nærheden af rørdelen 34, og som er helt om-30 sluttet af kappen 46. Ved at anvende to antal forstærkningsdele behøver kablets tværsnitsstørrelse ikke forøges uanset anvendelsen af dielektrisk materiale dertil. Desuden er antallet af forstærkningsdele i den foretrukne udførelsesform i forbindelse med tapen 44. De to antal 35 forstærkningsdele er diametralt modstående og strækker sig lineært i samme retning med længdeaksen 29. Med at strække sig lineært i samme retning menes, at hver for- DK 174909 B1 11 stærkningsdel er lineær og strækker sig hovedsagelig parallel med længdeaksen 29, hvorved man undgår ulemperne ved et system, i hvilket forstærkningsdelen f.eks. er svøbt i skruelinie omkring kernen. Hver af antallene 60-5 60 indeholder en relativ stiv stanglignende del 62 og to relativt fleksible dele 64-64.

Hver af de relativt stive dele 62 omfatter en relativ ubøjelig stanglignende del, som er fremstillet af glas-10 fiber i form af et garn eller forgarn og er imprægneret med et harpiksholdigt materiale. Sådanne glasstænger er kommercielt tilgængelige fra Air Logistics Corp. Hver af de relativt fleksible forstærkningsdele 64-64 omfatter en glasfiberdel, f.eks. et glasforgarn eller garn, f.eks.

15 forhandlet af Air Logistics Corp. under betegnelsen E-glastape. Hvert forgarn er karakteriseret ved en relativ høj trækstivhed og relativ lav trykstivhed.

Det bør bemærkes, at hver af de stanglignende dele 62-62 20 og hver af de relativt·fleksible forstærkningsdele 64-64 i den foretrukne udførelsesform omfatter et substrat, som er fremstillet at E-glasfibertråde. For forstærkningsdelene 62-62 i den foretrukne udførelsesform er substratet imprægneret med et epoxymateriale. Dette får substra-25 tet til at blive relativt stift og gør det i stand til at modstå ventede tryk samt trækspændinger. Ventede trykspændinger omfatter de som indføres ved termisk cykling og f.eks. begyndende krympning af kappematerialet. I den foretrukne udførelsesform er hver stanglignende forstærk-30 ningsdel 62 karakteriseret ved en relativ høj trækstivhed. I den foretrukne udførelsesform er hvert forgarn 64 imprægneret med et urethan materiale.

For at kablet har tilstrækkelige styrkeegenskaber skal 35 forstærkningsdelsystemet have en styret kobling til kappen 46. Koblingen af forstærkningsdelene til kappen er nødvendig for at opnå en ønsket sammensat struktur. Det 12 DK 174909 B1 bør forstås, at yderkappens 46 plast omslutter dele af forstærkningsdelene og kobler dertil.

Dele af forstærkningsdelene er i intim berøring med laget 5 44 af vandstandsende materiale for at gøre de forudbe stemte overflader af forstærkningsdelene tilstrækkelig utilgængelige til kobling med plastekstrudatet, som anvendes til at tilvejebringe den overliggende kappe. Dette arrangement er en hjælp til at styre-kappe-forstærknings-10 delkoblingen, således at forstærkningsdelene lettere kan glide i forhold til kappens plast under en lokal kabelbøjning.

Yderligere foranstaltninger er truffet til at styre kob-15 lingen af forstærkningsdelene til kappen 46. I den foretrukne udførelsesform er hver af forstærkningsdelene 62-62 og 64-64 forsynet med et coatingmateriale omfattende ethylenacrylsyre (EAA), som er kommerciel tilgængelig fra Dow Chemical Co. En foretrukket EAA er EAA formstof 459.

20 Coatingmaterialet bevirker, at forstærkningsdelene kobles passende til plastkappen 46.

Desuden forøger forstærkningsdelenes indgreb med laget 44 af vandstandsende materiale kablets vandstandsende evne.

25 En vandstrøm i længderetningen har.tilbøjelighed til at opstå langs de i længderetningen forløbende forstærkningsdele. Hvis forstærkningsdelene ikke var i indgreb med det vandstandsende materiale, ville det vandstandsende materiale ikke være i stand til at standse vandstrøm-30 men i længderetningen.

Under fremstilling bringes forstærkningsdelene til at anbringes omkring rørdelen 34 under spænding, således at dele af overfladerne af forstærkningsdelene danner intim 35 overfladeberøring med laget 44 og med hinanden. Så bliver kappen 46 trykekstruderet over forstærkningsdelene. Kontakten mellem forstærkningsdelene og laget 44 er således, DK 174909 B1 13 at det standser strømmen af kappens plastekstrudat til delene af overfladerne, således at indkapsling af disse overflader forhindres.

5 En forhindring af disse overfladers indkapsling har ringe virkning på forstærkningsdelenes forstærkende trækstyrke.

Når kappens 46 ekstruderede plastmateriale afkøler under fremstillingen danner det en stram pasning omkring mindst nogle af forstærkningsdelene. For forstærkningsdelene, 10 som går i indgreb med rørdelen eller laget 44 danner kappen generelt en split-type ring. Dette arrangement dæmper væsentlig imod en relativ rundgående bevægelse af forstærkningsdelene i forhold til kappen og tillader lettere relativ bevægelse af forstærkningsdelene i en længderet-15 ning i forhold til kappen under lokal bøjning.

Tilstrækkelig kobling eksisterer imellem forstærkningsdelene i kablet ifølge opfindelsen og kappen 46 til at sikre sammensat strukturel opførsel imellem disse' for-20 stærkningsdele og kappen i en længderetning over hele kablets længde, hvilket er i stand til at modvirke kontraktion af kablet. En kontraktion af kablet kan opstå under begyndende krympning af plastkappematerialet og under udsættelse for temperaturer så lave som -40 °C. Kab-25 lerne ifølge opfindelsen frembringer udmærket optisk egenskab med i det væsentlige ingen tilføjede tab ved temperaturer som i det mindste er så lave som -40 °C.

Kablet 20 er struktureret til at styre spændingsenergi . 30 under bøjning. Under ren kabelbøjning er der en krum overflade med nulspænding og spænding i kablets længderetning. I et tværsnitsbillede af kablet er denne overflade set på kanten og fremkommer som en linie gennem tværsnittet. Denne linie kaldes den neutrale akse og er 35 betegnet NA på tegningen. For asymmetrisk kabeludformning, f.eks. sådanne som har en central forstærkningsdel eller et antal skruelinieviklede forstærkningselementer i 14 DK 174909 B1 omslutningssystemet, er der ingen foretrukket orientering af den neutrale akse under bøjning, dvs. hverken mere eller mindre energi er påkrævet for at bøje kablet i nogen retning. En ikke-aksesymmetrisk konstruktion, således som 5 en med to diametralt modstående og lineært forløbende antal forstærkningsdele har en foretrukket orientering af den neutrale akse, som danner en foretrukket bøjningsoverflade, for hvilken den nødvendige energi til bøjning af kablet er et minimum.

10

Forstærkningsdelsystemet 42 for kablet i den foretrukne udførelsesform er kendetegnet ved forskellige tryk og trækstivheder, som får kablet til at bøje på en foretrukket måde og derved nedsætter spændingsenergi under bøj-15 ning til et mininmum. Kablet 20 bringes til at sno og re-orientere sig, når det udsættes for bøjningsbevægelser, således at kablet bøjer omkring den neutrale overflade i hvilken fibrene ikke underkastes spænding under bøjning.

Den neutrale overflade strækker sig igennem forstærkning-20 delsystemet, men sandsynligvis ikke gennem kablets geometriske center. Denne reorientering bidrager direkte til tryk og trækstivheden af dele af forstærkningsdelsystemet.

25 For en kabelkonstruktion med to diametralt modstående lineært forløbende forstærkningsdele, f.eks. som angivet i US patent nr. 4 844 575, er den foretrukne orientering til nedsættelse af den krævede energi til bøjning af kablet til et minimum en, i hvilken den neutrale akse passe-30 rer centralt gennem de to forstærkningsdele. Den foretrukne bøjningsoverflade er vinkelret på den neutrale akse for bøjning ved hvert punkt langs kablets længdeakse i den krumme overflade med spænding nul. Hvis kablet er indspændt under bøjning, således at den neutrale akse ik-35 ke har den foretrukne orientering, kræves større energi for at bøje kablet, og kablet antager en neutral ligevæg tsposition, så længe de tilbageholdende kræfter for- DK 174909 B1 15 bliver. Hvis de tilbageholdende kræfter fjernes, antager det bøjede kabel en ustabil ligevægtstilstand og reorien-terer sig til en stabil position ved aksialsnoning for at bringe, den neutrale akse til at bevæges til den foretruk-5 ne orientering.

Det er velkendt, at kabler sædvanligvis er bøjet på en spændt måde, hvilket ofte involverer signifikante friktionsbelastninger forårsaget af bøjning omkring skiver, 10 trompetrør og buede baner, som er omsluttet i kanalløb.

Begge endeindspændinger på hver side af bøjningen og overfladefriktion kan frembyde indspændingskræfter, som modvirker snoning af kablet til at reorientere det efter det foretrukne bøjningsplan.

15 I kablet i det tidligere US patent. nr. 4 844 575 har de to diametralt modstående forstærkningsdele en forudbestemt relativ høj træk og trykstivhed. Desto tættere trykstivheden for hver forstærkningsdel er ved dens træk-20 stivhed, således som det f.eks. finder sted i en meget stærk stålforstærkningsdel, desto større er snoningskræfterne, som skal frembringes for at overvinde indspændingskræfterne. Også jo tættere vil den neutrale akse være ved den øvrige del i midten af kabeltværsnittet. Ved 25 bøjningen af dette kabel i en ikke-foretrukket overflade vil der kræves større energi, end for bøjning i den foretrukne overflade både for at forlænge trækdelen og for at forkorte den modstående trykdel. Derfor skal indspændingskraften have en lige så stor størrelse for at holde 30 kablet i en tilstand med neutral ligevægt. Hvis derimod størrelsen af indspændingskraften er begrænset, som det ofte er tilfældet med friktionskræfter, er der en større sandsynlighed for, at kablet, som har to metalliske stangforstærkningsdele, vil overvinde disse kræfter og 35 reorientere sig i det foretrukne plan, og således reducere de nødvendige installationskræfter for at opnå den bøjede form.

16 DK 174909 B1 I tilfældet, hvor indspændingskræfter ikke kan overvindes, vil et kabel med to forstærkningsdele med ens træk og trykstivhed hovedsagelig balancere træk og trykspændingerne og derfor vil den neutrale akse fortsætte med at 5 passere gennem midten af kabelkernen. Således vil lyslederne 24-24 i kernen 21 udøve en gennemsnitsspænding på nul, idet man undgår en risiko for den optiske ydelse som følge af mikrobøjning.

10 Et kabel med to metalliske forstærkningsdele med ens træk og trykstivhed har derfor en hovedsagelig forøget evne til, at overvinde alle indspændingskræfter, når den bøjes i den ikke-foretrukne overflade med snoning og reorientering for et minumum af energitilførsel til at fremkalde 15 en anden bøjning, ved hvilken forstærkningsdelene har en relativ lav trykmodulus. Den vil også fortsætte med at opretholde en fordelagtig spændingstilstand, for kernen og . fibrene deri uanset indspændingskræfterne· er store nok til at forebygge snoning og reorientering. Hvad der imid- .

20 lertid savnes er en helt igennem dielektrisk art af et sådant kabel·.' Forstærkningsdelsystemet er fortrinsvis et sådant, som er helt igennem dielektrisk og således at det ikke medfører ugunstige virkninger på lyslederne.

25 I kablerne ifølge opfindelsen er det helt igennem dielektriske forstærkningsdelsystem indrettet til at styre placeringen af den neutrale bøjningsakse. Dette opnås for at undgå unødig spænding i forstærkningsdelene, når kablet bøjes.

30

Som det vil erindres omfatter forstærkningsdelsystemet i den foretrukne udførelsesform to antal forstærkningsdele.

Hvert antal omfatter mindst to relativt fleksible dele, som kan være forgarnimprægneret med et plastmateriale.

35 Desuden kan hvert flertal omfatte en stanglignende del, f.eks. en glasarmeret del.

DK 174909 B1 17

Den geometriske placering af forstærkningsdelene og deres struktur, dvs. hvorvidt de er stanglignende dele eller forgarn eller ej, er det ønskeligt, at en forskydning af den neutrale akse er styret for at undgå unødig spænding 5 på forgarnene. I nogle udførelsesformer er forstærkningsdelsystemet indrettet til at nedsætte enhver forskydning af den neutrale akse fra dens geometriske akse til et minimum. En forskydning af den neutrale akse er fastlagt af den relative stivhed af forgarnene og stængerne. Træk-10 stivhederne af stængerne og forgarnene er hoversagelig ens. Imidlertid har forgarnene hovedsagelig ingen tryk-stivhed. Stængerne 62-62 er i stand til at optage både træk og trykbelastninger.

15 For bedre at forstå forstærkningsdelsystemet ved kabler ifølge opfindelsen er det instruktivt at betragte adskillige arrangementer. Først betragtes igen strukturen af den foretrukne udførelsesform i fig. 2, hvor hvert antal forstærkningsdele omfatter to forgarner 64-64, et på hver 20 side af den tilhørende . stanglignende del 62. Den stanglignende del af et antal af diametralt modsat den stanglignende del af en anden gruppe. Hvert forgarn af et antal er diametralt modsat et forgarn af den anden gruppe.

Det er også vigtigt at bemærke, at forstærkningsdelene 25 for hvert antal i det væsentlige er i understøttende forbindelse med kernerøret. I en foretrukket udførelsesform er forgarnene og stængerne anbragt så tæt som muligt til hinanden og til den geometriske akse, for at nedsætte spænding til et minimum.

30 I kablet i fig. 2 strækker den neutrale bøjningsoverflade sig gennem de diametralt modstående forstærkningsdelgrupper. Med en sådan struktur bøjer kablet sig i den ene eller den anden retning omkring det neutrale plan. Når kab-35 let bøjer sig om den neutrale akse er de yderste forgarn i det bøjede kabel under spænding og de inderste forgarn er under trykbelastning. Eftersom de ikke har nogen styr- 18 DK 174909 B1 ke ved tryk, bukker de inderste forgarn. De øvrige to forgarn, som er under træk, påvirkes til at bevæge sig imod den neutrale overflade, som forskydes til et sted mellem stængerne 62-62 og de forgarn 64-64, som er under 5 spænding. Den neutrale akse forskydes bort fra den geometriske akse imod forgarnene, som er under spænding, for at udligne arealerne af bøjningsdiagrammet i træk og tryk. Når kablet er udsat for relative høje temperaturer, påvirkes forgarnene, som er under bøjningstrækspændinger, 10 til at bevæge sig mod den neutrale akse. Denne bevægelse forhindres af det vedvarende forhold mellem stængeren 62-62 og forgarnene 64-64 og den mekaniske styrke af kappen, som opretholdes under alle forventede temperaturområder.

15 Et kabel 70, hvor der er to antal forstærkningsdele, omfatter en stang 72 og to forgarn 74 og 76 med midterdelen 74 i hvert antal som et forgarn og med hver af de øvrige forgarn diametralt overfor en stanglignende del som vist i fig. 5. Fortrinsvis er kablet 70 bøjet på en måde, som 20 sætter forgarnene 74-74 og 76-76 under tryk. En sådan foretrukket bøjning medfører, at den neutrale akse forskydes til et sted, som er omtrent som vist i fig. 5 for at udligne arealerne under træk og tryk og for at undgå unødig spænding i de yderste forgarn.

25 I udførelsesformen i fig. 5 er den stanglignende forstærkningsdel for hvert antal 60 i fig. 1 og 2 forøget med et forgarn, idet begge udskiftninger er udført på samme side af den geometriske akse. I udførelsesformen i 30 fig. 5 har forgarnene ikke tilbøjelighed til at bevæge sig, hvis disse forgarn 74-74 og 76-76 er under tryk, som de vil være, hvis kablet bøjes i den foretrukne bøjningsretning. Naturligvis er enhver bevægelse afhængig af den relative træk og trykstivhed af forgarnene. Hvis træk-35 stivheden er lig med trykstivheden, så vil der i det væsentlige ikke være nogen forskel i opførsel imellem kablerne i fig. 1 og 5. Men eftersom træk og trykstivhederne DK 174909 B1 19 for forgarnene i kablerne 20 og 70 ikke er ens, forskydes den neutrale akse, således at den strækker sig til et sted omtrent imellem stængerne 72-72 og et tilsvarende sæt forgarn 74-74. I virkeligheden bevæger den neutrale 5 akse sig til at afbalancere tryk og trækdelene for bøjningsdiagrammet for stængerne 72-72. Hvis kablet på den anden side bøjes i en anden retning end den foretrukne retning for derved at sætte forgarnene 74-74 og 76-76 under træk og stængerne 72-72 under tryk forskydes den neu-10 trale akse for at udligne træk og trykdelene for bøjningsdiagrammet. Dette kan forårsage, at de ydre forgarn 76-76 udsættes for for store spændinger, hvilket kan være ødelæggende for kablet ved høje temperaturer.

15 For det tredie kan hvert antal ved et kabel 80 omfatte en stanglignende forstærkningsdel 82 og to forgarn 84 og 86 med de to stanglignende dele som de yderste i hvert antal og med de stanglignende dele diametralt overfor hinanden (se fig. 6). Igen her bevirker antallet af forstærknings-20 dele og deres placering i kablet 80, at den neutrale akse for den foretrukne bøjningsoverflade er således, at den til kablet tilførte spændingsenergi er nedsat til et minimum under bøjning.

25 Hvad der er vigtigt er, at materialet for at forstærkningsdelene og deres anbringelse sammen med omslutningssystemets træk og trykegenskaber er således, at spændingsenergien, som påføres hver forstærkningsdel, nedsættes til et minimum. Hvis f.eks. forstærkningsdelene blev 30 anbragt i afstand fra hinanden, kunne forgarnene udsættes for unødig spænding, når de var på kablets trækside. Desuden anvendes kombinationen af stænger og forgarn til at styre krympningen.

35 Konstruktionen af kablet 20 kræver ikke noget skruelinie-lag, for så vidt forstærkningsdelenes anbringelse medfører en foretrukket bøjning, nedsætter spænding til et 20 DK 174909 B1 minimum og frembringer fleksibilitet og stabilitet. Fortrinsvis opnås bøjning ved lokal snoning og ses ikke af brugeren, idet det ikke kræver nogen speciel håndterings-procedure for en installation. Nøje undersøgelse har 5 vist, at uanset bøjningsretningen vil kablet under enhver forventet kombination af yderligere træk og torsionsbelastninger blive snoet lokalt for at opretholde den neutrale akse gennem forstærkningsdelsystemet og kernen, idet fiberspændingen nedsættes til et minimum. Eftersom 10 der ikke er noget skruelinielag, har forstærkningsdelene ikke nogen tendens til at sno kablet under installationsspænding. Torsionsstabilitet imod ydre påført snoning under installation tilvejebringes med kablets sammensatte struktur.

15

De stanglignende dele 62-62 i den foretrukne udførelsesform placerer den neutrale overflade i en lille afstand fra kabelmidten for at begrænse bøjningsspænding og styre bøjningsfleksibilitet. De fire glasforgarn, som er an-20 bragt på hver side af de to stænger for at opretholde fleksibilitet, medvirker til trækstyrken. Valget og placeringen af forstærkningsdelene frembringer bøjningsfleksibilitet og letter adgang til omslutningen sammen med den mekaniske integritet og trækstivhed og styrke.

25

Kablet ifølge opfindelsen er fordelagtigt ud fra flere andre synspunkter. For det første er kablet helt dielektrisk og derfor velegnet til lynudsatte områder. Desuden undgår en sådan konstruktion behovet for at inkludere 30 jordforbindelse. Desuden har de anvendte materialer udvidelses og sammentrækningscoefficienter, som er komper-tible med værdierne for lysledere. Derfor er kabeludformningen termisk stabil.

35 Kablerne ifølge opfindelsen er kompakte og lette. Eftersom forstærkningsdelene er koblet til kappen, virker hele omslutningen som en sammensat enhed, idet den letter DK 174909 B1 21 håndtering under installation. Kablet har en passende knusningsmodstand og tillader stramme bøjninger og snoninger uden kinkning eller bukning. Der er også tilvejebragt udmærket vandstandsning, både gennem kernen og kap-5 pen.

Som før omtalt kan lysledertransmission i sløjfen tilpasses et konisk kredsløb ligesom det gængse kobberanlæg, som kræver hyppig grensplejsning og hyppig indtrængning i 10 omslutningen. Kabler 20-20 ifølge opfindelsen klarer dette behov. Kabelkonstruktionen ifølge opfindelsen gør ka-' belindtrængning hurtigere, hvilket nedsætter installationstid i felten.

15 For det helt igennem dielektriske omslutningssystem 40 kan stram-omslutningsmidter-udspændingsindføring udføres uden at skære forstærkningsdelene. To afrivningssnore 45-45, som er anbragt i nærheden af glasstængerne, eksponeres ved at spalte yderkappen over stængerne i omkring 5 20 cm. Afrivningssnoren trækkes så, styret af stængerne for at skære yderkappen i halvdele. Kappehalvdelene bliver sammen med den vandstandsende tape 44 skrællet fra kernerøret, idet de kontinuerlige forstærkningsdele befries.

Dette eksponerer kabelkernen, idet der tilvejebringes di-25 rekte adgang til lyslederne.

Kabler ifølge opfindelsen har været genstand for en lang række mekaniske udholdenhedsprøver for at sikre overlegen mekanisk ydelse i felten. Kablerne ifølge opfindelsen har 30 vist sig at imødekomme eller overgå alle disse krav.

Kabler 20-20 ifølge opfindelsen blev også udsat for to ødelæggende begravelsessimulationsundersøgelser i laboratoriet: en skarp kant undersøgelse og en dynamisk klem-35 ningsundersøgelse. Disse undersøgelser, som mishandler kablerne godt ud over den normale belastning, simulerer urigtig og usædvanlig kabelpløjningsprocedure under ned- 22 DK 174909 B1 gravede installationer. I begge undersøgelser tilfredsstillede kablerne 20-20 eller overskred ydelsen for flerlagskonstruktionen .

5 10 15 20 25 30 35

Claims (8)

1. Helt igennem dielektrisk optisk fiberkabel (20), som 5 omfatter en kerne (21) med mindst et optisk fibertransmissionsmedium (24-24), et kernerør (34), som omslutter kernen, en kappe (46) af et plastmateriale og som omslutter kernerøret, og et forstærkningsdelsystem omfattende et antal i længderetningen forløbende forstærkningsdele 10 (60-60) af dielektrisk materiale, og som er anbragt mel lem kernerøret og en ydre overflade for kappen, kendetegnet ved, at forstærkningsdelene er tæt samlede i diametralt modstående grupper af parallelle forstærkningsdele, hvilket giver tilstrækkeligt rum mellem 15 grupperne til direkte adgang til fibrene og kernerøret, og forstærkningsdelene i hver gruppe omfatter mindst et stift stanglignende element, som er i stand til at optage både træk- og trykbelastninger, og mindst to relativt fleksible elementer, hvor kablet har en foretrukket bøj-20 ningsoverflade for at minimere den spændingsenergi, som kablet udsættes for.

2. Kabel ifølge krav 1, kendetegnet ved, at længden af nævnte mindst ene optiske fibertransmissions- 25 medium overstiger længden af kernerøret.

3. Kabel ifølge krav 1, kendetegnet ved, at hver af forstærkningsdelene omfatter et fiberglasmateriale, som er blevet imprægneret med et harpiksmateriale. 30

4. Kabel ifølge krav 1, kendetegnet ved, at hver af de stanglignende dele er et fiberglasmateriale, som er blevet imprægneret med et epoxymateriale, og hver af de relativ fleksible forstærkningsdele omfatter et 35 garnlignende materiale, som er blevet imprægneret roed et urethan materiale. DK 174909 B1 24

5. Kabel ifølge krav 1, kendetegnet ved, at nævnte forstærkningsdelsystem omfatter en første og en anden diametralt modstående gruppe af forstærkningsdele.

6. Kabel ifølge krav 5, kendetegnet ved, at i hver gruppe af forstærkningsdele er hver fleksibel del diametralt modstående til en fleksibel del af den anden gruppe.

7. Kabel ifølge krav 5, kendetegnet ved, at i hver gruppe af forstærkningsdele er én fleksibel del anbragt diametralt modsat en fleksibel del i den anden gruppe, og den anden fleksible del er anbragt diametralt overfor den stanglignende del i den anden gruppe. 15

8. Kabel ifølge krav 5, kendetegnet ved, at i hver gruppe af forstærkningsdele er én fleksibel del anbragt mellem den anden fleksible del og den stanglignende del i gruppen, og den anden fleksible del er an-20 bragt diametralt overfor den anden fleksible del i den anden gruppe. 30 35