ES2268255T3 - Cable de fibras opticas con acabado superficial optimizado para un dispositivo de instalacion neumatica. - Google Patents

Abstract

Cable óptico (20) que comprende un elemento de refuerzo central (22), unidades ópticas (24) trenzadas alrededor de dicho elemento de refuerzo central (22) y una cubierta exterior (26) con un espesor esencialmente constante; en el que dicha cubierta exterior (26) está dispuesta alrededor de dichas unidades ópticas (24) trenzadas alrededor de dicho elemento de refuerzo central (22) de tal forma que reproduzca la forma de las unidades ópticas trenzadas (24) en dicha cubierta exterior (26) formando de este modo una superficie exterior con textura caracterizada porque dicha superficie exterior con textura tiene entre una 1 y 2, 4 ondulaciones periódicas por centímetro (entre 2, 5 y 6 por pulgada) a lo largo de la dirección axial del cable óptico (20) y en el que dicha cubierta exterior (26) está hecha de un material con un coeficiente de fricción inferior a 0, 34.

Description

Cable de fibras ópticas con acabado superficial optimizado para un dispositivo de instalación neumática.

Campo técnico

La presente invención se refiere en general a portadoras de señal, eléctricas o de comunicaciones, tales como cables de fibra óptica. Más concretamente, la presente invención se refiere a un diseño de cable óptico trenzado optimizado con una superficie exterior con textura y un material de revestimiento de baja fricción, adecuado para su instalación en micro-conductos con dispositivos neumáticos.

Antecedentes

Convencionalmente, los cables de fibra óptica (\sim 15 mm de diámetro) se instalaban en conductos subterráneos estándar (1,25 in/32 mm diámetro interior), tirando de los cables por el interior de los conductos. Este procedimiento de instalación tenía como consecuencia que se ejercía una fuerza significativa sobre el cable, causada por la fricción inherente a la instalación por tracción. De este modo, se desarrolló un nuevo método de instalación de cables de fibra óptica que utilizaba aire comprimido inyectado en el conducto para instalar el cable (es decir, "instalación asistida por aire comprimido"). Este procedimiento está prácticamente exento de tensiones inducidas en el cable, debido a que durante la instalación tan sólo se aplica al cable una mínima fuerza.

Adicionalmente, la utilización de conductos estándar y de cable de fibra óptica convencionales no conseguía maximizar el volumen disponible del conducto. Por consiguiente, se ha desarrollado un nuevo método que utiliza unos conductos muy pequeños (es decir, "micro-conductos"). Como se muestra en la figura 1, el espacio disponible en los conductos estándar 10 aumenta al instalar micro-conductos 12 (es decir, 12 mm de diámetro exterior) en el interior de los conductos estándar 10. Los cables de fibra óptica 14, cuyas dimensiones se ajustan al interior de los micro-conductos 12 (es decir, micro-cables) se instalan a continuación.

La figura 1 también muestra una de las ventajas de la tecnología de micro-conductos, en la medida en que permite la instalación de micro-conductos en conductos que ya cuentan con cables existentes. De este modo, en las áreas urbanas congestionadas, un conducto que anteriormente se consideraba lleno puede llevar más cables instalados en su interior.

El diseño y el desarrollo de un cable optimizado para la tecnología de micro-conductos, implica un equilibrio de diversos parámetros. Además de los parámetros de diseño estándar de los cables de fibra óptica, a fin de cumplir las condiciones físicas y medioambientales, el cable debe estar también diseñado para su instalación en micro-conductos asistida por aire comprimido.

Los cables de la técnica anterior diseñados para micro-conductos suelen ser en general de tipo de tubo central, en los cuales las fibras ópticas se disponen en el centro del cable óptico. Este cable tipo de tubo central se ha utilizado debido a que ha sido el único sistema mediante el cual podía conseguirse una elevada densidad de fibras (por ejemplo, 72 fibras) con un cable de diámetro reducido (por ejemplo, 8 mm). Hasta el momento ha sido imposible fabricar un cable de tubo holgado (es decir, en el que las fibras, tienen holgura en el interior de los tubos de protección) lo suficientemente pequeño como para poder utilizarse eficazmente en el interior de los micro-conductos, manteniendo simultáneamente una elevada densidad de fibras.

Los cables de tubo central tienen unos elementos de refuerzo que impiden que el cable se doble o se combe en el interior del micro-conducto durante la instalación, y se encuentran situados sentido radial hacia el exterior desde las unidades ópticas ubicadas en la parte central. A continuación, esta combinación de unidades ópticas y elementos de refuerzo se cubre a seguidamente con un revestimiento compuesto de un material plástico, tal como un polietileno de alta densidad ("HDPE") que tiene una superficie exterior suave.

El documento DE 29620962 U hace referencia a un cable de fibra óptica que comprende un elemento central de refuerzo, unidades ópticas trenzadas alrededor de dicho elemento central de refuerzo y un revestimiento exterior con un espesor esencialmente constante dispuesto alrededor de dichas unidades ópticas, de tal forma que reproduzca la forma de las unidades ópticas trenzadas en dicho revestimiento exterior.

El documento DE 8211415 U se refiere a un cable de fibra óptica que comprende un núcleo de cable que contiene fibras ópticas y está rodeado por un revestimiento, estando a su vez dicho revestimiento rodeado por una pluralidad de elementos alrededor de los cuales se encuentra presente una delgada cubierta exterior.

El documento EP 0295931 A1 se refiere a un cable de fibra óptica que comprende una pluralidad de estructuras de fibra óptica, cada una de las cuales incluye una fibra óptica rodeada por, al menos, una capa de recubrimiento.

El documento DE 2428637 A se refiere a un cable de fibra óptica que comprende, al menos, una fibra óptica rodeada por una capa que es preferiblemente de resina termoplástica.

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No obstante, dichos diseños de tipo de tubo central presentan muchas desventajas. Aunque los elementos radiales de refuerzo proporcionan un adecuado refuerzo axial al cable óptico, también inhiben en gran medida la capacidad del cable para doblarse durante la instalación. Asimismo, si los elementos de refuerzo no se aplican de forma simétrica a los ejes, se establecen en el cable unas direcciones de doblado preferenciales. Estas características degradan la capacidad de dichos cables para ser utilizados en instalaciones asistidas por aire comprimido. Por otra parte, el material de revestimiento convencional, junto con la superficie exterior suave del revestimiento, impiden la utilización de una instalación asistida por aire comprimido a causa de la elevada fricción y de la amplia superficie de contacto entre la superficie exterior del revestimiento y la superficie interior del micro-conducto, así como la falta de fricción entre el revestimiento suave y el aire u otro fluido que atraviese el cable. Por último, la necesidad de unos elementos de refuerzo dispuestos de forma axial reduce la cantidad de superficie disponible para las unidades ópticas y, por tanto, se produce el correspondiente descenso del rendimiento óptico del cable.

La presente invención pretende superar uno o más de los problemas descritos anteriormente.

Resumen de la invención

Por lo tanto, resulta deseable disponer de un cable de fibra óptica que incluya fibras ópticas trenzadas alrededor de un elemento de refuerzo central que puede estar rodeado por un recubrimiento exterior delgado y con un bajo coeficiente de fricción, de forma que el perfil de la forma trenzada de las líneas ópticas se muestra a través del revestimiento, formando así una superficie con textura.

En un aspecto de la invención se facilita un cable de fibra óptica de acuerdo con lo definido en la reivindicación 1.

En otro aspecto de la invención, dicho revestimiento exterior tiene un espesor de 1,0 mm o inferior.

En otro aspecto de la invención, dicho revestimiento exterior tiene un espesor de 0,5 mm o inferior.

En otro aspecto de la invención, dichas unidades ópticas están trenzadas helicoidalmente.

En otro aspecto de la invención, dichas unidades ópticas están trenzadas con ondulaciones invertidas.

En otro aspecto de la invención, dicha superficie exterior con textura forma un patrón ondulado repetitivo.

En otro aspecto de la invención, se facilita un método para construir el cable óptico de acuerdo con lo definido en la reivindicación 7.

En otro aspecto de la invención, el método incluye adicionalmente el trenzado helicoidal de las unidades ópticas.

En otro aspecto de la invención, el método incluye adicionalmente el trenzado de las unidades ópticas siguiendo ondulaciones invertidas.

Breve descripción de las figuras

Las ventajas, la naturaleza y las diversas características adicionales de la invención se verán más claramente al estudiar el ejemplo de realización de la invención que se indica esquemáticamente en las figuras, en las cuales:

La figura 1 muestra una sección transversal de un conducto estándar con micro-conductos en su interior;

La figura 2 muestra una vista en perspectiva del cable de la invención.

Descripción detallada

Aunque la invención está abierta a diversas modificaciones y formas alternativas, las realizaciones específicas de la misma se muestran mediante ejemplos en las figuras y se describen en más detalle en este documento. No se pretende limitar la invención a las formas específicas descritas.

En una realización, el diseño de cable propuesto permite una mejor facilidad de utilización debido a la incorporación de un elemento central de refuerzo que reduce, al mínimo, la rigidez de doblado y carece de un plano de doblado preferencial, aunque proporciona la suficiente rigidez axial para impedir que el cable se combe durante la instalación. La rigidez axial reduce al mínimo la expansión y la contracción del cable cuando está sometido a temperaturas extremas.

El diseño de cable propuesto también ayuda a proporcionar un mayor rendimiento de un dispositivo de instalación neumático. Por ejemplo, el cable puede incluir un material de revestimiento con un bajo coeficiente de fricción, lo que reduce la fricción entre el cable y el conducto, aumentando de este modo el rendimiento de un dispositivo de instalación neumático.

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Adicionalmente, el cable puede incluir una superficie exterior con textura que ayude a aumentar el rendimiento de un dispositivo de instalación neumático. En una realización, se facilita dicha superficie aplicando una cubierta exterior muy delgada sobre un núcleo de cable preformado. Dado que la cubierta es delgada, los componentes situados dentro el cable pueden verse a través de la cubierta del cable. Un ejemplo de realización de esta estructura sería una cubierta retractilada sobre el núcleo del cable. Esta superficie con textura reduce la superficie de contacto entre el cable y el conducto en el que se está instalando, lo que aumenta la distancia de instalación y facilita un medio para el acceso en medio del tramo.

Adicionalmente, durante una instalación con dispositivo neumático, el perfil de la superficie con textura genera fricción entre el aire (u otro fluido) que la atraviesa y el cable, generando un flujo turbulento que "captura" el cable. Esta fricción genera una fuerza que esencialmente empuja el cable hacia el interior del conducto.

Finalmente, el diseño del cable propuesto tiene una mejor funcionalidad debido a que cuenta con una mayor ventana operativa de transmisión, en comparación con los diseños de tipo de tubo central con un diámetro similar.

La figura 2 muestra una vista en perspectiva de un ejemplo de realización de un cable de tipo trenzado de acuerdo con la invención. En esta realización, el elemento de refuerzo central 22 está compuesto por plástico reforzado por vidrio (GRP) y está dispuesto en el centro del cable de fibra óptica 20. Las unidades ópticas 24 están dispuestas en forma radial hacia el exterior partiendo del elemento de refuerzo 22 y pueden contener una o más fibras ópticas 25. Las unidades ópticas 24 están trenzadas alrededor del elemento de refuerzo central. El trenzado puede llevarse a cabo en una dirección helicoidal, lo que se conoce como trenzado en "S" o trenzarse con ondulación invertida, lo que se conoce como trenzado "S-Z" (o cualquier otra configuración de trenzado aplicable). Este trenzado alrededor del elemento de refuerzo central aumenta la flexibilidad funcional y de instalación del cable de fibra óptica 20 en comparación con las alternativas de tipo de tubo central. Por ejemplo, la configuración "de trenzado S-Z" normaliza las fuerzas generadas en el cable al invertir periódicamente la dirección de enrollamiento del tubo de protección, proporcionando flexibilidad y permitiendo fácilmente el desenredado de los tubos para acceder a los tramos medios (al menos en comparación con los cables no trenzados en los que los tubos o fibras pueden resultar difíciles de desenmarañar).

Adicionalmente, se puede proporcionar adicionalmente un paso de trenzado muy estrecho (por ejemplo, 60 mm) para garantizar que el cable de fibra óptica tenga la ventana operativa necesaria para funcionar a bajas temperaturas (por ejemplo, -40ºC) y proporcionar el resto de propiedades de tensión deseadas descritas en este documento. Este paso de trenzado tan estrecho también proporciona un conjunto muy frecuente de ondulaciones periódicas (es decir, picos y valles) a lo largo de la dirección axial del cable de fibra óptica, que se transfieren a través de la fina cubierta exterior para crear una superficie exterior del cable con textura, como se comenta en más detalle a continuación. Estas ondulaciones u ondas mejoran el rendimiento de la instalación del cable con dispositivo neumático por los motivos que se comentan más adelante. Se ha determinado que un valor situado entre 0,5 y 10 ondulaciones periódicas por pulgada ("PUI") o más preferiblemente entre 2,5 y 6 proporciona un mejor rendimiento óptico de un dispositivo de instalación neumático, así como las propiedades mecánicas y medioambientales deseadas para un cable de fibra óptica.

Adicionalmente, colocar el elemento de refuerzo 22 en el centro del cable de fibra óptica 20 (en este ejemplo de realización) aumenta al máximo el rendimiento de un dispositivo de instalación neumático. La posición central equilibra y optimiza el doblado del cable y la rigidez axial. Cuando se instalan los cables mediante el método asistido por aire comprimido es preferible que el cable mantenga un equilibrio de baja rigidez de doblado, de forma que el cable pase fácilmente por los codos o giros del conducto, pero que tenga suficiente rigidez como para poder ser empujado por el interior del conducto sin doblarse ni combarse. En esta realización, la utilización de un elemento de refuerzo central ayuda a minimizar la rigidez de doblado y, sin embargo, la rigidez axial es suficiente para que el cable no se combe en el interior del conducto.

En este ejemplo de realización, rodeando al elemento de refuerzo central 22 y a las unidades ópticas 24 se encuentra una cubierta delgada 26 que, en este ejemplo, tiene un espesor esencialmente constante. En otras realizaciones se puede incluir una cubierta de espesor variable. En una realización la cubierta está fabricada con un material con un bajo coeficiente de fricción. Dichos materiales con bajo coeficiente de fricción tienen unos factores de fricción iguales o menores que 0,34 (inferiores a 0,14 cuando se utiliza lubricación). De hecho, se han presentado unos factores de fricción de tan sólo 0,23 (no lubricado) y 0,06 (lubricado) mediante la utilización de diversos materiales, y el límite inferior sólo se ve limitado por la elección del material. Este material de baja fricción mejora notablemente la resistencia para un dispositivo de instalación neumático provocada por la fricción entre el material de la cubierta y el conducto en el que se está instalando.

Por ejemplo, en una realización de la invención, la cubierta está fabricada con Nylon 12. Los datos de prueba han mostrado que el coeficiente de fricción entre el conducto HDPE de la técnica anterior y un cable con una cubierta exterior de Nylon 12 es inferior en más de un 20% al coeficiente de fricción de un cable con una cubierta exterior HDPE. Adicionalmente, otros materiales con bajo coeficiente de fricción, tal como un HDPE modificado y polipropileno, han mostrado también un mayor rendimiento y pueden ser utilizados por la invención. Otros materiales adicionales que pueden utilizarse incluyen el PE con un peso molecular ultra-alto, polietileno con aditivos de silicona y PE con aditivos de grafito.

Adicionalmente (en una realización), si se utiliza un bajo coeficiente de expansión térmica ("CTE") y un material con un módulo elevado para la cubierta 26 (en combinación con su reducido espesor descrito anteriormente), el rendimiento del cable de fibra óptica 20 puede mejorar aún más a temperaturas extremas debido a la cantidad limitada de material plástico. Específicamente, con una cubierta delgada, el cable es menos sensible a la expansión y a la contracción a temperaturas extremas. Por ejemplo, los ensayos han demostrado que cuando se utiliza una cubierta de acuerdo con la invención, la contracción del cable en el límite inferior de la gama de operativa térmica del cable (aproximadamente -40ºC) se ha reducido hasta en un 65% en comparación con un cable dieléctrico similar con una cubierta de tamaño estándar.

En una realización (como se muestra en la figura 2), la cubierta 26 es lo suficientemente delgada como para permitir que se vea el perfil de la forma trenzada de las líneas ópticas 24 situadas bajo la cubierta 26. Entre los ejemplos de realización de los espesores de la cubierta se encuentran unos espesores de 1,0 mm o menos, o más preferiblemente de 0,5 mm o menos. Esta delgadez de la cubierta 26 proporciona una estructura para el cable 20 similar a una construcción en la que la cubierta está retractilada sobre la forma trenzada de las líneas ópticas 24.

En esta realización, debido al reducido espesor de la cubierta 26, la superficie exterior de la cubierta 26 varía periódicamente a lo largo de la dirección axial del cable 20 de una forma similar a la forma trenzada de las líneas ópticas 24 (véase la figura 2). Esta superficie exterior variable proporciona la superficie exterior con textura del cable o perfil con textura de la invención. Por supuesto, también son posibles otras varias construcciones que varían la superficie de la cubierta 26 siguiendo un patrón continuo o interrumpido.

El perfil con textura de la cubierta 26 facilitado en esta realización optimiza adicionalmente el cable para su instalación asistida por aire comprimido. Más específicamente, el perfil con textura reduce la superficie de contacto entre el cable y el conducto en el cual se está instalando, lo que reduce la fricción entre el cable y el conducto (mejorando de este modo el rendimiento de un dispositivo de instalación neumático). El perfil con textura también aporta una ventaja aerodinámica. Concretamente, en las instalaciones con dispositivos neumáticos debe maximizarse la fricción entre el aire y el cable. Cuanto mayor sea la fricción entre el aire en movimiento y el cable, mayor será la velocidad a la que pueda instalarse el cable, lo que a su vez significa que el cable puede instalarse a distancias mayores. El perfil de cable con textura genera esta fricción entre el cable y el aire, mejorando de este modo el rendimiento de un dispositivo de instalación neumático con respecto a la de un cable de textura suave.

Las realizaciones de la invención pueden facilitarse en diversos tamaños, dependiendo del micro-conducto en el cual se va a instalar. La tabla 1 resume los diseños para diversas realizaciones en función de un tamaño de micro-conducto dado (ID). Estos diversos tamaños se utilizan para proporcionar un "coeficiente de relleno" optimizado, o el coeficiente entre el diámetro del cable y el diámetro interior del conducto. Se han ensayado con éxito coeficientes de relleno de hasta un 90%.

ID de Micro-conducto	Diámetro	Peso del	Número de	Densidad	Densidad de la
	exterior	del cable	fibras	fibra/cable	fibra/superficie
	del cable				del conducto
8 mm	< 7,0 mm	< 40 kg/km	1f a 72f	Hasta 2,8	Conductos de hasta
				fibras/mm^{2}	1,4 fibras/mm^{2}
10 mm	< 8,0 mm	< 50 kg/km	1f a 72f	Hasta 2,2	Conductos de hasta
				fibras/mm^{2}	1,0 fibras/mm^{2}
11 mm	< 9,0 mm	< 70 kg/km	1f a 96f	Hasta 2,0	Conductos de hasta
				fibras/mm^{2}	1,1 fibras/mm^{2}
13 mm	< 11,5 mm	< 105 kg/km	1f a 144f	Hasta 1,7	Conductos de hasta
				fibras/mm^{2}	1,1 fibras/mm^{2}

Varias realizaciones del diseño del cable también presentan novedad debido a que tienen una elevada densidad de fibras por superficie de cable, de hasta 2,8 fibras por milímetro cuadrado de cable con un diseño trenzado. Esta elevada densidad de fibras por superficie de cable puede ser necesaria para cumplir los requisitos de rendimiento de la industria de las telecomunicaciones que hasta ahora sólo se han podido conseguir mediante el uso de cables de tipo de tubo central, con todas sus desventajas inherentes de tipo estructural, funcional y de instalación.

Por supuesto, se sobreentiende que es posible desviarse de la realización preferida de la invención por parte de aquellas personas versadas en la materia sin apartarse del ámbito de la invención, que está limitada solamente por las siguientes reivindicaciones.

Claims (12)

1. Cable óptico (20) que comprende un elemento de refuerzo central (22), unidades ópticas (24) trenzadas alrededor de dicho elemento de refuerzo central (22) y una cubierta exterior (26) con un espesor esencialmente constante; en el que dicha cubierta exterior (26) está dispuesta alrededor de dichas unidades ópticas (24) trenzadas alrededor de dicho elemento de refuerzo central (22) de tal forma que reproduzca la forma de las unidades ópticas trenzadas (24) en dicha cubierta exterior (26) formando de este modo una superficie exterior con textura caracterizada porque dicha superficie exterior con textura tiene entre una 1 y 2,4 ondulaciones periódicas por centímetro (entre 2,5 y 6 por pulgada) a lo largo de la dirección axial del cable óptico (20) y en el que dicha cubierta exterior (26) está hecha de un material con un coeficiente de fricción inferior a 0,34.

2. Cable óptico (20) como el indicado en la reivindicación 1, en el que dicha cubierta exterior (26) tiene un espesor de 1,0 mm o inferior.

3. Cable óptico (20) como el indicado en la reivindicación 1 en el que dicha cubierta exterior (26) tiene un espesor de 0,5 mm o inferior.

4. Cable óptico (20) como el indicado en la reivindicación 1 en el que dichas unidades ópticas (24) están trenzadas helicoidalmente.

5. Cable óptico (20) como el indicado en la reivindicación 1 en el que dichas unidades ópticas (24) están trenzadas con ondulaciones invertidas.

6. Cable óptico (20) como el indicado en la reivindicación 1 en el que dicha superficie exterior con textura tiene forma de picos y valles.

7. Método para construir un cable óptico (20) que comprende:

colocar un elemento de refuerzo central (22), trenzando unidades ópticas (24) alrededor de dicho elemento de refuerzo central (22), y

recubrir dichas unidades ópticas (24) trenzadas alrededor de dicho elemento de refuerzo central (22) con una cubierta exterior (26) delgada con un espesor esencialmente constante de manera que la forma de las unidades ópticas (24) trenzadas se reproduzca en dicha cubierta exterior (26) y forme una superficie exterior con textura sobre dicha cubierta exterior (26), caracterizado porque dichas unidades ópticas (24) están trenzadas de tal forma que dicha superficie exterior con textura obtenida tenga a lo largo de la dirección axial del cable óptico (20) entre 1 y 2,4 ondulaciones periódicas por centímetro (entre 2,5 y 6 por pulgada) y en el que dicha cubierta exterior (26) está hecha de un material cuyo coeficiente de fricción es inferior a 0,34.

8. Método para construir un cable óptico (20) de acuerdo con lo indicado en la reivindicación 7 en el que dichas unidades ópticas (24) están trenzadas helicoidalmente.

9. Método para construir un cable óptico (20) de acuerdo con lo indicado en la reivindicación 7 en el que dichas unidades ópticas (24) están trenzadas mediante capa invertida.

10. Método para construir un cable óptico (20) de acuerdo con lo indicado en la reivindicación 7 en el que dicha cubierta exterior (26) tiene un espesor de 1,0 mm o inferior.

11. Método para construir un cable óptico (20) de acuerdo con lo indicado en la reivindicación 7 en el que dicha cubierta exterior (26) tiene un espesor de 0,5 mm o inferior.

12. Método para construir un cable óptico (20) de acuerdo con lo indicado en la reivindicación 7 en el que dicha superficie exterior con textura tiene forma de picos y valles.