ES2269064T3 - Cable para telecomunicaciones con elevado numero de fibras opticas. - Google Patents
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Abstract
Cable (21) que comprende: - una funda externa (22) con una cavidad central carente de elemento de anclaje en el centro de dicha cavidad central; - una pluralidad de tubos de protección (23) dispuestos en dicha cavidad central, estando conjuntamente acoplados dichos tubos de protección (23) para formar una unidad de núcleo compacta e indivisible (100) para impedir el deslizamiento entre dichos tubos de protección (23); y - al menos una fibra óptica (25) dispuesta dentro de cada uno de dichos tubos de protección (23), caracterizado porque dicha unidad de núcleo (100) está dispuesta en dicho cable (21) de forma que pueda deslizarse.
Description
Cable para telecomunicaciones con elevado número
de fibras ópticas.
La presente invención se refiere en general a
cables de fibra óptica y más concretamente a un cable con tubos de
protección en los que las fibras ópticas se encuentran dispuestas de
forma holgada. Los cables de fibra óptica se utilizan por ejemplo
en telecomunicaciones, para transmitir voz, datos, vídeo e
información multimedia.
La patente norteamericana 5.224.192 se refiere a
un cable óptico de transmisión que comprende una pluralidad de
tubos de protección, comprendiendo cada tubo de protección una
pluralidad de guías de onda de luz y un compuesto de relleno. Los
tubos de protección están contenidos en un tubo exterior. Entre los
tubos de protección y el tubo exterior se encuentra un material de
matriz al cual se ha incorporado una pluralidad de hilos elásticos.
Para fabricar el cable, los tubos de protección que contienen las
guías de onda de luz se trenzan conjuntamente con una pluralidad de
hilos elásticos revestidos con un material susceptible de
endurecerse. A continuación, se procede al curado de este material
y sobre los tubos de protección y los hilos elásticos revestidos se
extrude un tubo exterior.
La patente norteamericana 5.013.127 se refiere a
un cable flexible de distribución de fibra óptica que comprende un
primer tubo que contiene una pluralidad de fibras ópticas, un
segundo tubo que contiene el primer tubo y un tubo metálico que
tiene al menos 15 ondulaciones transversales por pulgada entre el
primer tubo y el segundo tubo.
El documento JP 57-141606 se
refiere a un cable de comunicaciones ópticas en el que una fibra
óptica se cubre sucesivamente con un primer revestimiento, una capa
de protección, una cubierta de fibra plástica reforzada (FRP) y una
capa adhesiva termo-fusible para constituir una
línea de comunicaciones ópticas. A continuación, las líneas de
comunicaciones ópticas cubiertas con FRP, se trenzan como se ha
mencionado anteriormente, cubriéndose a continuación por extrusión
mediante una hoja de resina termoplástico, y la capa adhesiva se
funde por calor generado durante dicho proceso de revestimiento por
extrusión, de forma que la cubierta de FRP y la hoja de resina
termoplástica se adhieran mutuamente.
Son muchos los factores que se tienen en cuenta
al diseñar cables, comprendiendo unos costes reducidos y unas
dimensiones compactas. Un diseño de cable compacto es muy importante
para conseguir una elevada eficacia (es decir, un elevado número de
fibras en un volumen de cable reducido). Otro factor es el
rendimiento del cable durante las variaciones de la temperatura en
el entorno en el cual se ha instalado dicho cable. Las variaciones
de temperatura hacen que el cable se expanda y se contraiga, lo que
conlleva la atenuación de la señal. La atenuación de la señal
resulta especialmente problemática en diseños de cable con cavidad
central.
Haciendo referencia a la figura 1, un cable de
cavidad central 1 tiene una funda externa 2 en el que se encuentran
dispuestos unos tubos de protección 3. Cada uno de los tubos de
protección 3 rodea una pluralidad de fibras ópticas 5 dispuestas de
forma holgada. La funda externa 2 y los tubos de protección 3 suelen
estar fabricados a base de material plástico. Estos materiales
plásticos tienen un coeficiente de dilatación térmica mucho más
elevado que los materiales vítreos que forman las fibras ópticas 5.
Por lo tanto, cuando se producen variaciones de temperatura la
funda externa 2 y los tubos de protección 3 tienden a deformarse de
una forma más acusada que las fibras ópticas 5. Esta diferencia
relativa de deformación hace que los tubos de protección 3 flexionen
o, en un caso extremo, se retuerzan, aumentando de este modo la
pérdida de señal.
Por una parte, la deformación del tubo de
protección resulta desdeñable debido a que los tubos de protección
3 tienen unas paredes muy delgadas y delicadas en comparación con
las fibras ópticas 2. De hecho, para que el cable sea más compacto,
resulta deseable fabricar los tubos de protección 3 con la mínima
cantidad de material posible. De esta forma, las fibras ópticas 5
son lo suficientemente rígidas como para resistir y contrarrestar
las relativamente débiles fuerzas de deformación ejercidas por los
delicados tubos de protección 3. Adicionalmente, los tubos de
protección 3 cuentan con espacio libre en el cual pueden moverse las
fibras ópticas 5. Es decir, que las fibras ópticas 5 están
colocadas de forma holgada en los tubos de protección 3. Por tanto,
puede producirse una cierta deformación del tubo de protección sin
que ello tenga ningún efecto sobre las fibras ópticas 5 dispuestas
en su interior.
Por otra parte, la deformación de la funda
externa es más problemática. Concretamente, la funda externa 2 es
más pesada (fabricada a partir de más material por unidad de
longitud) que los tubos de protección 3. Por lo tanto, la funda
externa 2 se deforma drásticamente a causa de las fluctuaciones
térmicas. Además las fuerzas de deformación de la funda externa son
mucho mayores de lo que las fibras ópticas 5 son capaces de
resistir.
Consideremos por ejemplo un escenario en el que
la temperatura ambiente cae desde una temperatura relativamente
alta, como se muestra en la figura 2(A) a una temperatura
relativamente baja, como se muestra en la figura 2(B). La
figura 2(A) muestra el cable 1 en un estado no retorcido. En
algún punto 10 de la longitud del cable 1, la superficie interna de
la funda externa 2 se acopla por fricción a la superficie exterior
de uno de los tubos de protección 3 ("un tubo de protección de
contacto").
Volviendo a la figura 2(B), cuando
desciende la temperatura, los tubos de protección 3, 3' pueden
contraerse (o deformarse) ligeramente en una dirección longitudinal
15. Pero esta contracción queda contrarrestada por la rigidez de
las fibras ópticas 5, o evitada completamente gracias al espacio
libre en el interior de los tubos de protección 3, 3'. No obstante,
debido a su volumen, la funda externa 2 se contrae fuertemente en
la dirección longitudinal 15. El volumen de la funda externa 2
también genera unas importantes fuerzas de contracción. El
acoplamiento por fricción en el punto de contacto 10 combina
eficazmente las fuerzas de contracción de la funda externa 2 y del
tubo de protección de contacto 3'. Estas fuerzas combinadas de
contracción y contacto superan la rigidez de las fibras ópticas 5
situadas en el tubo de protección de contacto 3'. Por lo tanto,
cuando el punto de contacto 10 se desplaza hacia la derecha (por
ejemplo) a una distancia determinada d, el tubo de protección de
contacto 3' se flexiona y en circunstancias extremas se retuerce.
Eventualmente, el diámetro interior del tubo de protección de
contacto 3' se junta a las fibras ópticas 5 de su interior,
flexionándolas. Este fenómeno de flexión/retorcimiento microscópico
de la fibra, debido a la combinación de fuerzas de contacto y de
fricción, se conoce por la técnica como
micro-flexión. La micro-flexión
aumenta la pérdida de señal.
Convencionalmente, se han utilizado dos técnicas
para compensar la micro-flexión derivada de la
deformación térmica de los elementos del cable. La primera técnica
implica la incorporación de elementos de anclaje mayores y en un
mayor número en el centro de la cavidad central del cable. La figura
2(c) muestra un ejemplo de elemento de anclaje situado
centralmente, lo que se conoce en la técnica como elemento central
de refuerzo 4. Los tubos de protección 3 se trenzan en torno al
elemento central de refuerzo 4 durante la fabricación del cable. De
este modo, el elemento central de refuerzo 4 sirve para
"anclar" los tubos de protección 3. El elemento central de
refuerzo 4 está formado a base de materiales rígidos y que tienen
unas características de deformación térmica muy reducidas. En
consecuencia, el elemento central de refuerzo 4 aporta resistencia
al retorcimiento y contrarresta las contracciones de la funda
externa. La segunda técnica consiste en diseñar el cable 1 con un
mayor espacio libre en el cual pueden moverse los tubos de
protección 3 o las fibras ópticas 5. Este mayor espacio libre
permite que las fibras ópticas 5 se desplacen fácilmente alejándose
de una porción retorcida del tubo de protección de contacto 3'.
Aunque estas técnicas convencionales se
consideran aceptables por lo general, presentan deficiencias desde
el punto de vista de la eficacia de diseño. Concretamente, ambas
técnicas aumentan las dimensiones del cable y, por lo tanto,
reducen la eficiencia del cable (es decir, un número menor de fibras
por volumen de cable). Además, los elementos de anclaje centrales
reducen significativamente la flexibilidad del cable, lo que resulta
especialmente problemático para algunas aplicaciones.
Por lo tanto, uno de los objetos de la invención
consiste en proporcionar un diseño de cable singular que presente
un mayor rendimiento en toda la gama de variaciones de temperatura
que se producen en el entorno de una instalación. Más
concretamente, el objeto de esta invención consiste en evitar de
forma efectiva la micro-flexión de la fibra óptica
(y la pérdida de señal resultante) como consecuencia de la
deformación térmica, sin que se reduzca por ello el número de
fibras por volumen de cable.
La invención se basa en un cable que tiene una
funda externa con una cavidad central en la que se dispone una
pluralidad de tubos de protección. Al menos se incluye una fibra
óptica en cada uno de los tubos de protección. Los tubos de
protección están acoplados conjuntamente para formar una unidad de
núcleo compacta indivisible a fin de evitar el deslizamiento entre
los tubos de protección. Los tubos de protección acoplados
conjuntamente presentan una mayor resistencia al retorcimiento. La
unidad central se inserta en el cable de forma que pueda
deslizarse. De acuerdo con un aspecto de la invención, los tubos de
protección se acoplan conjuntamente mediante un adhesivo. De
acuerdo con otro aspecto de la invención, los tubos de protección
están unidos conjuntamente por fusión.
Cuanto antecede, así como otras características
de la invención, comprendiendo diversos nuevos detalles de
construcción, se describirán a continuación de forma más detallada
haciendo referencia a las figuras adjuntas y de acuerdo con lo
indicado en las reivindicaciones. Se comprenderá que el cable
específico que incorpora la invención se muestra únicamente a modo
de ejemplo, sin que suponga una limitación de la invención. Los
principios y características de esta invención pueden utilizarse en
numerosas y variadas realizaciones sin salirse del ámbito de la
invención.
La figura 1 es una vista en perspectiva de un
cable con cavidad central.
Las figuras 2(A) y 2(B) muestran
secciones transversales longitudinales del cable mostrado en la
figura 1.
La figura 2(c) muestra un cable con
cavidad central que incorpora un elemento de anclaje situado en su
centro.
La figura 3 muestra una sección transversal de
un cable de acuerdo con una primera realización de la presente
invención.
La figura 4 muestra una sección transversal de
un cable de acuerdo con una segunda realización de la presente
invención.
Las figuras 5(A) y 5(B) muestran
secciones transversales longitudinales del cable mostrado en la
figura 3, y
La figura 6 muestra una sección transversal del
cable mostrado en la figura 4, incorporando elementos de cable
adicionales.
La figura 3 muestra un cable 21 de acuerdo con
una realización de la presente invención. El cable 21 tiene una
funda externa 22 en el cual se disponen unos tubos de protección 23.
Cada uno de los tubos de protección 23 rodea una pluralidad de
fibras ópticas 25 dispuestas de forma holgada.
Lo que es más importante, los tubos de
protección 23 están acoplados conjuntamente para impedir el
deslizamiento entre tubos de protección adyacentes 23. A este
respecto, los tubos de protección 23 forman una unidad de núcleo
compacta e indivisible 100. Cabe señalar que el acoplamiento es lo
suficientemente fuerte como para proporcionar resistencia frente a
retorcimiento; pero los tubos de protección pueden separarse
fácilmente para facilitar la terminación del cable, como se
comentará más adelante. El acoplamiento del tubo de protección
puede conseguirse mediante diversos medios. Por ejemplo, como se
muestra en la figura 3, los tubos de protección 23 se pueden pegar
entre sí mediante un adhesivo 30. Dependiendo de la aplicación y
del proceso de fabricación, el adhesivo 30 puede ser un adhesivo
termofusible o un adhesivo de curación por radiación ultravioleta.
Estos adhesivos son bien conocidos por la técnica correspondiente y
por lo tanto no se facilitará información detallada acerca de los
mismos.
Preferiblemente, la fuerza de pegado del
adhesivo 30 es inferior a la resistencia a desgarro de los tubos de
protección 23. Por ello, al acceder a las fibras ópticas 25 (por
ejemplo para realizar empalmes de fibra) un tubo de protección
seleccionado 23 puede desacoplarse fácilmente de la unidad de núcleo
100.
También debe observarse que el cable 21 no
incluye elemento de anclaje alguno en el centro de la cavidad. Esta
característica aporta ventajosamente al diseño de cable actual una
mayor eficiencia del cable. Es decir, el diseño de cable actual
tiene un mayor número de fibras por volumen de cable en comparación
con los diseños de cable convencionales.
La figura 4 muestra una segunda realización de
la invención. La segunda realización tiene los mismos elementos que
los mostrados en la figura 3. No obstante, la realización de la
figura 4 no utiliza un adhesivo para acoplar conjuntamente los
tubos de protección 23. Por el contrario, los tubos de protección 23
están fundidos entre sí para formar la unidad de núcleo 100.
La fusión puede efectuarse térmicamente,
químicamente o mediante una combinación de ambos métodos. Por
ejemplo, para la fusión térmica, los tubos de protección 23 se
calientan por encima de su temperatura de fusión y se presionan
entre sí de forma que las superficies de contacto de los tubos de
protección 23 adyacentes se peguen mutuamente. Preferiblemente, el
calentamiento de los tubos de protección se produce inmediatamente
después de una etapa de extrusión a fin de conseguir el efecto de
fusión térmica deseado. Además (o alternativamente) de la fusión
térmica que se acaba de mencionar, puede aplicarse un producto
químico a los tubos de protección para conseguir un efecto de
fusión química, es decir un enlace químico entre las superficies en
contacto de los tubos de protección 23 adyacentes.
En una tercera realización, el cable 21 tiene
los mismos elementos que la primera y segunda realizaciones. No
obstante, los tubos de protección 23 no se mantienen unidos mediante
pegado con adhesivo (primera realización) o por fusión (segunda
realización). Por el contrario, los tubos de protección 23 cuentan
con unas superficies exteriores con una elevada fricción. Por
ejemplo, las superficies exteriores pueden tener textura.
Adicionalmente, puede enrollarse un hilo en torno a los tubos de
protección 23 manteniéndolos en contacto mutuo. Las superficies de
elevada fricción y el hilo cooperan para impedir el deslizamiento
entre tubos de protección adyacentes 23. Los tubos de protección 23
y el hilo forman la unidad de núcleo 100.
En una cuarta realización, los tubos de
protección 23 están acoplados mecánicamente. Por ejemplo, un tubo
de protección 23 puede tener una superficie exterior con ranuras que
se acopla a una superficie exterior de un tubo de protección
adyacente 23 que cuenta con una forma complementaria. En función de
sus formas (y de la interacción del acoplamiento), las ranuras
practicadas en las superficies exteriores de los tubos de protección
23 pueden operar de forma que impidan el deslizamiento entre tubos
de protección adyacentes, además de mantener unidos los tubos de
protección 23 en una unidad de núcleo 100 compacta e indivisible.
Alternativamente, las superficies exteriores con ranuras pueden
combinarse con otro medio de acoplamiento, tal como pegado por
adhesivo (primera realización) o un pegado por fusión (segunda
realización).
Los efectos ventajosos de la presente invención
se definirán a continuación haciendo referencia a las figuras
5(A) y 5(B). La figura 5(A) muestra el cable 21
a una temperatura relativamente elevada, y la figura 5(B)
muestra el cable 21 a una temperatura relativamente baja. Con fines
de aclaración, las figuras 5(A) y 5(B) muestran la
unidad de núcleo 100 en términos generales y tan sólo los detalles
de un tubo de protección 23 y de las fibras ópticas 5 situadas en
su interior.
Como se muestra en la figura 5(A) existe
un punto 200 situado a lo largo de la longitud del cable 21 en el
cual la superficie interior de la funda externa 22 se acopla por
fricción con la superficie exterior del tubo de protección 23'
mostrado ("el tubo de protección de contacto").
Volviendo a la figura 5(B), cuando baja
la temperatura, los tubos de protección 23, 23' pueden contraerse
(o deformarse) ligeramente en una dirección longitudinal 15. Pero la
contracción del tubo de protección se contrarresta con la rigidez
de las fibras ópticas 5, o se evita en su conjunto gracias al
espacio libre del interior de los tubos de protección 23, 23'. La
funda externa 22 también se contrae longitudinalmente. Debido a su
volumen, la funda externa 22 se contrae más aún y con más fuerza.
Sin embargo, la unidad de núcleo 100 no se flexiona ni retuerce.
Por el contrario, la unidad de núcleo 100 tiene la suficiente
resistencia al retorcimiento como para superar el acoplamiento por
fricción en el punto de contacto 200. En consecuencia, en el punto
de contacto 200, la superficie interior de la funda externa 22 se
desliza a través de la superficie exterior del tubo de protección
de contacto 23'. Es decir, la superficie de contacto inicial 201 de
la funda externa 22 puede desplazarse a una distancia determinada d
con respecto al núcleo 100.
Esta ventajosa acción de deslizamiento se lleva
a cabo debido a que la unidad de núcleo 100 presenta una mayor
resistencia al retorcimiento en comparación con un solo tubo de
protección no acoplado 23. Esta mayor resistencia al retorcimiento
puede atribuirse al menos a los siguientes factores. En primer
lugar, cuando los tubos de protección 23 se acoplan conjuntamente
de forma que sus superficies no se deslicen mutuamente, las fuerzas
transversales ejercidas por la funda externa 22 se distribuyen a
través de la superficie de la sección transversal combinada de
todos los tubos de protección 23, 23' en lugar de hacerlo a través
de la sección transversal del tubo de protección de contacto 23'
únicamente. Por lo tanto, cuando se aplica la misma fuerza
transversal, la unidad de núcleo 100 se desvía menos en una
dirección transversal. En segundo lugar, la rigidez de la totalidad
de las fibras ópticas 25 (y no tan sólo las fibras ópticas que se
encuentran en el tubo de protección de contacto 23') contrarresta
las fuerzas transversales aplicadas por la funda externa 22.
Cabe señalar que la resistencia a combado de la
unidad de núcleo 100 debe aumentarse lo suficiente para superar el
acoplamiento por fricción en el punto de contacto 200 entre la funda
externa 22 y el tubo de protección de contacto 23'.
Debido a la acción de deslizamiento entre la
unidad de núcleo 100 y la funda externa 22 en el punto de contacto
200, la unidad de núcleo 100 no se retuerce. Esta acción eliminará o
reducirá en gran medida las flexiones o retorcimientos agudos
localizados de los tubos de protección en las posiciones de
contacto. Por consiguiente, el tubo de protección de contacto 23'
no se acopla a las fibras ópticas 5 de su interior ni las flexiona
ni retuerce. De este modo, el actual diseño del cable reduce
significativamente el fenómeno de la micro-flexión
(y la mayor atenuación de señal asociada) que se produciría de lo
contrario a causa de las fluctuaciones en la temperatura.
Con este diseño de cable, pueden utilizarse
materiales convencionales para fabricar los elementos del cable.
Entre los materiales convencionales se incluyen, sin limitación, el
polietileno, el polipropileno, el cloruro de polivinilo, el
poliéster, la poliamida o una mezcla de copolímeros o polímeros de
los materiales que anteceden. Dichos materiales son bien conocidos
por la técnica correspondiente y, por lo tanto, no se facilitará una
descripción detallada de los mismos. También pueden formularse
nuevos materiales para generar la fusión entre los tubos de
protección. Las características de dichos nuevos materiales
incluirán, sin limitación, una menor suavidad superficial y una
menor estabilidad térmica.
Por supuesto, pueden incorporarse otros
elementos al actual diseño del cable. Por ejemplo, como se muestra
en la figura 6, el cable 21 puede incluir un blindaje 26 en la funda
externa 22, o unos elementos de refuerzo 27 en la funda externa 22.
El cable 21 puede también incluir hilos, cintas y elementos
hinchables mediante agua. Todos estos elementos adicionales del
cable son bien conocidos por la técnica y, por tanto, no se
facilitará una descripción detallada de los mismos.
Un cable de acuerdo con la presente invención
presenta significativas ventajas. Concretamente, este cable
presenta un mayor rendimiento durante las variaciones de
temperatura, sin comprometer por ello su compacidad.
Claims (15)
1. Cable (21) que comprende:
- una funda externa (22) con una cavidad central
carente de elemento de anclaje en el centro de dicha cavidad
central;
- una pluralidad de tubos de protección (23)
dispuestos en dicha cavidad central, estando conjuntamente acoplados
dichos tubos de protección (23) para formar una unidad de núcleo
compacta e indivisible (100) para impedir el deslizamiento entre
dichos tubos de protección (23); y
- al menos una fibra óptica (25) dispuesta
dentro de cada uno de dichos tubos de protección (23),
caracterizado porque dicha unidad de
núcleo (100) está dispuesta en dicho cable (21) de forma que pueda
deslizarse.
2. Cable de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque
- dichos tubos de protección (23) se acoplan
conjuntamente mediante un adhesivo (30).
3. Cable de acuerdo con la reivindicación 2,
caracterizado porque dicho adhesivo es un adhesivo
termofusible.
4. Cable de acuerdo con la reivindicación 2,
caracterizado porque dicho adhesivo es un adhesivo de
curación por radiación ultravioleta.
5. Cable de acuerdo con la reivindicación 2, 3 o
4 caracterizado porque la fuerza de pegado de dicho adhesivo
es inferior a la resistencia a desgarro de dichos tubos de
protección (23).
6. Cable de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque dichos tubos de protección (23) se
acoplan conjuntamente por fusión.
7. Cable de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque
- un blindaje (26) está previsto en dicha funda
externa rodeando dichos tubos de protección (23).
8. Cable de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque al menos una fibra óptica (25) está
dispuesta de forma holgada dentro de cada uno de dichos tubos de
protección (23).
9. Método para fabricar un cable (21),
comprendiendo dicho método las siguientes etapas:
- disponer al menos una fibra óptica (25) dentro
de cada uno de una pluralidad de tubos de protección (23),
- acoplar conjuntamente los tubos de protección
para formar una unidad de núcleo compacta e indivisible (100) para
así impedir el deslizamiento entre los tubos de protección; y
- colocar una funda externa (22) sobre la unidad
de núcleo (100) de forma que una cavidad de la funda externa
carezca de elemento de anclaje en el centro de la cavidad
caracterizado porque
dicha unidad de núcleo (100) está instalada
dentro de dicho cable (21) de forma que pueda deslizarse.
10. Método de acuerdo con la reivindicación 9
caracterizado porque la etapa de acoplamiento comprende
proporcionar un adhesivo (30) sobre los tubos de protección (23)
para acoplar conjuntamente los tubos de protección (23).
11. Método de acuerdo con la reivindicación 10
caracterizado porque el adhesivo es un adhesivo
termofusible.
12. Método de acuerdo con la reivindicación 10
caracterizado porque el adhesivo es un adhesivo de curado
por radiación ultravioleta.
13. Método de acuerdo con la reivindicación 10,
11 o 12 caracterizado porque el adhesivo tiene una fuerza de
pegado inferior a la resistencia a desgarro de los tubos de
protección (23).
14. Método de acuerdo con la reivindicación 9
caracterizado porque la etapa de acoplamiento comprende unir
conjuntamente los tubos de protección (23) por fusión.
15. Método de acuerdo con la reivindicación 9
caracterizado porque el método incluye adicionalmente la
etapa de:
- colocar un blindaje (26) en la funda externa
rodeando los tubos de protección (23).
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