FI83713C - Kabel och foerfarande foer framstaellning av en kabelkaerna. - Google Patents

Description

! 83713

Kaapeli sekä menetelmä kaapelisydämen valmistamiseksi

Keksintö koskee kaapelia, joka käsittää yhteisen suojavaipan sisällä ainakin yhden optisen kuidun ja ainakin 5 yhden kerratun metallijohdinparin. Keksintö koskee myös menetelmää kaapelisydämen valmistamiseksi.

Tunnetaan tällainen yhdistelmäkaapeli, joka yhdistää optiset kuidut ja kerratut johdinparit yhteisen suojavaipan sisälle. Tässä tunnetussa kaapelissa voi olla 2-5 element-10 tiä. Kukin elementti on joko kuituyksikkö tai kerrattu kuparijohdinpari. Jokainen kuituyksikkö sisältää yhden puskuroidun yksimuoto- tai monimuotokuidun, joka on varustettu vahvistetulla vaipalla. Tällaiset johdinpariyksiköt ja kuituyksiköt on sitten sijoitettu rinnakkain yhteisen 15 suojavaipan sisään.

Tällainen kaapeli mahdollistaa optisten kuitujen asentamisen siirtoyhteydelle samalla kun asennetaan kerrattuna kuparipareja. Tällöin voidaan kupariparit helposti korvata kaapelissa jo valmiina olevilla optisilla kuiduil-20 la, kun siirtoyhteyden kasvaneet kapasiteetti- ja kaistan-leveystarpeet tätä vaativat, ilman että tarvitsee purkaa vanha yhteys ja asentaa uusi optinen kaapeli.

Tämä tunnettu kaapeli on kuitenkin huonon pakkaus-tiheyden vuoksi halkaisijaltaan melko suuri aikaansaamatta 25 kuitenkaan parhaita mahdollisia sähköisiä ominaisuuksia kuparipareille ja parasta mahdollista suojaa optisille kuiduille.

Keksinnön päämääränä onkin aikaansaada kaapeli, jolla on suurempi pakkaustiheys ja pienempi koko ja joka 30 antaa paremmat sähköiset ominaisuudet kuparipareille ja paremman suojan optisille kuiduille.

Tämä päämäärä saavutetaan johdannossa esitetyn tyyppisellä kaapelilla, jolle on tunnusomaista, että mainittua ainakin yhtä metallijohdinparia ympäröi muoviaineesta muo-35 dostuva kaapelisydän, jonka pinnalla on ainakin yksi ura, 2 83713 johon on sijoitettu optinen kuitu.

Keksinnön perusajatuksena on, että metallijohdin-parien ympärille on muoviaineesta suulakepuristettu kaape-lisydän, joka eristää metallijohtimet toisistaan ja ympä-5 ristöstä ja jonka ulkopinnalle on muodostettu yksi tai useampia uria, joihin optiset kuidut voidaan sijoittaa. Näin on aikaansaatu optisille kuiduille ns. urarunko, jolla saavutetaan optisten kuitujen suojauksen kannalta kaikki tällaiselle urarungolle tyypilliset edut. Kova muovi-10 nen kaapelisydän suojaa kuituja poikittaissuuntaiselta puristukselta muodostaen siten eräänlaisen sisäpuolisen armeerauksen. Kaapelisydämen sisällä olevat johtimet puolestaan lisäävät kaapelin pituussuuntaista vetolujuutta. Kun johtimina käytetään teräskuparijohtimia, kaapeli sovel-15 tuu muovivaipalla ja mahdollisesti lisäksi kosteussuojalla varustettuna suoraan kanava-, ilma- ja maakaapeliksi.

Kun metallijohtimet on keksinnön mukaisesti sijoitettu kaapelisydämen sisään ja kuidut on sijoitettu kaapelisydämen pinnalla oleviin uriin, saavutetaan erittäin 20 suuri pakkaustiheys ja kaapeli, jonka halkaisija ei oleellisesti poikkea tavanomaisen, yhden parin t. nelikierteen käsittävän kuparikaapelin halkaisijasta. Pakkaustiheys on erityisen suuri silloin, kun kaapelisydämen ulkopinnalla olevat urat on sijoitettu metallijohtimien väliin. Tällöin 25 voidaan kaapelisydämen halkaisija minimoida.

Keksinnön mukaisella ratkaisulla saavutetaan erityisesti nelikierteen käsittävässä sovellutuksessa erittäin hyvä ylikuulumisvaimennus nelikierteen parien välillä. Tämä perustuu siihen, että metallijohtimet voidaan kaapelisy-30 däntä muodostettaessa sijoittaa tarkasti tasavälein kaa-. . pelisydämen keskiakselin ympärille siten, että kulloinkin parin muodostavat johtimet ovat symmetrisesti keskiakselin vastakkaisilla puolilla. Tällöin johdinparien symmetria-akselit ja täten myös niiden synnyttämät sähkökentät ovat 35 toisiaan vastaan kohtisuorassa eivätkä siten periaatteessa 3 83713 aiheuta ylikuulumista johdinparista toiseen. Saavutettu ylikuulumisvaimennus riippuu lähinnä kaapelisydämen valmistukseen käytettävän työkalun eli muovipuristimen tarkkuudesta. Tarkan työkalun valmistaminen on korkeista kus-5 tannuksista huolimatta taloudellista, koska samalla työkalulla voidaan valmistaa suuria määriä kaapelia.

Keksintö koskee myös patenttivaatimuksen 11 mukaista menetelmää kaapelisydämen valmistamiseksi.

Keksintöä selitetään seuraavassa esimerkinomaisten 10 suoritusmuotojen avulla viitaten oheisiin piirroksiin, joissa kuvio 1 on poikkileikkaus keksinnön mukaisesta kaapelista, jossa on yksi metallijohdinpari, kuvio 2 on poikkileikkauskuva keksinnön mukaisesta 15 kaapelista, jossa on kaksi metallijohdinparia nelikiertee-nä, kuviot 3 ja 4 esittävät perspektiivikuvat kahdesta keksinnön mukaisesta kaapelista, kuvio 5 on poikkileikkauskuva kaapelista, joka kä-20 sittää useita keksinnön mukaisia kaapeleita yhdistettynä, kuvio 6 on sivuleikkauskuva keksinnön mukaisen kaapelin valmistuksessa käytettävästä purlstinpäästä, kuvio 7 esittää kuvion 6 mukaista puristinpäätä nuolen A suunnasta nähtynä, ja 25 kuvio 8 esittää laitteistoa kaapelisydämen valmis tamiseksi .

Kuviossa 1 on esitetty eräs keksinnön mukainen yh-distelmäkaapeli, joka sisältää yhden kerratun metallijoh-dinparin ja useita optisia kuituja. Johdinparin johtimet 30 2 on sijoitettu yhtenäisen, muoviaineesta, kuten HOPE-, LDPE- tai PP-muovista, muodostuvan kaapelisydämen 1 sisään siten, että johtimet sijaitsevat symmetrisesti kaapelisydämen 1 pituussuuntaisen keskiakselin vastakkaisilla puolilla. Kaapelisydämen 1 ulkopinnalla on kaksi uraa 3, jois-35 ta toiseen on esimerkkitapauksessa sijoitettu yksi optinen 4 83713 kuitu 5 ja joista toiseen on sijoitettu kuitukimppu 6. Yksi urista 3 sijaitsee kaapelisydämen 1 toisella puolella johtimien 2 väliin rajoittuvalla kaapelisydämen ulkokehän alueella, toisen uran 3 sijaitessa vastaavalla kohdalla 5 kaapelisydämen vastakkaisella puolella. Sijoittamalla urat 3 metallijohtimien 2 väliin saadaan urille 3 riittävä syvyys pienimmällä mahdollisella kaapelisydämen 1 halkaisijalla. Tällaisessa rakenteessa tarvitsee kaapelisydän-materiaalin vahvuus kunkin johtimen 2 ja kaapelisydämen 10 ulkokehän välissä olla minimissään vain sellainen, että aikaansaadaan riittävä sähköinen eristys kaapelisydämen 1 ympäristön ja johtimen 2 välille.

Kaapelisydäntä 1 ympäröi suojavaippa 4, joka yksinkertaisimmillaan muodostuu yhdestä muovivaipasta. Suoja-15 vaippa 4 voi kuitenkin lisäksi sisältää metallivaipan kos-teussulkuna tai muita kaapeleissa yleisesti käytettyjä vaipparakenteita.

Urat 3 ovat edullisesti U-uria, mutta niillä voi vaihtoehtoisesti olla mikä tahansa sopiva poikkileikkaus-20 muoto. Kun kuituja asetetaan uriin 3 voidaan soveltaa mitä tahansa kuitujen asennus- ja suojausperiaatteita, joita sovelletaan tavanomaisissa urarunkoa käyttävissä optisissa kaapeleissa. Mm. kuidut voivat olla suojaputken sisällä urissa.

25 Kuviossa 2 on esitetty toinen keksinnön mukainen

kaapeli, joka sisältää kaksi metallijohdinparia 2A, 2B ja 2C, 2D nelikierteenä. Metallijohtimet 2A, 2B, 2C ja 2D

sijaitsevat tasavälein symmetrisesti kaapelisydämen kes-kiakselin ympärillä siten, että kulloinkin parin muodos-30 tavat johtimet ovat symmetrisesti keskiakselin vastakkaisilla puolilla. Kuviossa 2 johtimet 2A ja 2B muodostavat parin. Johtimien 2A ja 2B toisella puolella niistä yhtä suuren välimatkan päässä oleva johdin 2C sekä johtimien 2A ja 2B vastakkaisella puolella niistä yhtä suuren väli-35 matkan päässä oleva johdin 2D muodostavat toisen parin.

5 83713

Kaapelisydämen 1 ulkokehällä on kulloinkin kahden vierekkäisen johtimen välissä ura 3, johon on sijoitettu yksi tai useampi kuitu 5. Urien 3 kokonaismäärä on siten neljä. Tällä rakenteella saavutetaan äärimmäisen suuri pakkaus-5 tiheys, koska kaapelisydämen 1 poikkileikkauspinta-ala käytetään täysin hyväksi. Uloimpana kaapelisydäntä ympäröi suojavaippa 4.

Sekä yksiparisessa tapauksessa että nelikierteen tapauksessa kaapelisydämen 1 sisällä olevat johtimet kier-10 tyvät pituussuunnassa samanlaisella nousulla kaapelisydämen 1 keskiakselin ympäri. Johtimien 2 kertaukseen voi käyttää tavanomaisia kertausmenetelmiä, kuten S, Z tai vaihtosuun-takertausta SZ.

Johtimien 2 välissä sijaitsevat urat kiertyvät spi-15 raalimaisesti samalla tavoin kuin metallijohtimet 2, mikä pienentää kuituihin kohdistuvia taivutusrasituksia. Kuviossa 3 havainnollistettu urien 3 jatkuvaa kertausta ja kuviossa 4 on havainnollistettu urien 3 vaihtosuuntakertaus-ta.

20 Metallijohtimet 2 ovat edullisesti kupari- tai alu- miinijohtimia. Jos kuitenkin halutaan saavuttaa suurempi vetolujuus, voidaan käyttää teräskupari- tai teräsalumii-nijohtimia, joissa sydämen muodostava teräslanka on pinnoitettu kuparilla tai alumiinilla.

25 Kaapelin vetolujuuden parantamiseksi voidaan kaape lisydämen 1 keskelle sijoittaa metallittomaksi vetoelemen-tiksi esimerkiksi lasikuitutanko tai nestekidemuovilanka.

Kuviossa 5 on havainnollistettu keksinnön mukaisen yhdistelmäkaapelin 10 käyttöä suuremman kaapelin 11 osa-30 elementtinä.

Keksinnön mukainen kaapelisydän 1 voidaan valmistaa suulakepuristamalla useilla eri menetelmillä.

Seuraavaksi selitetään lähemmin yksi esimerkki edellä esitettyjen kaapelisydänrakenteiden keksinnön mu-35 kaista valmistusta. Aluksi viitataan kuvioon 8, jossa esi- 6 83713 tetään esimerkki kokonaisesta valmistuslinjasta, joka soveltuu keksinnön mukaisen, nelikierteellä ja spiraalimaisilla urilla varustetun kaapelisydämen 1 valmistukseen. Erilliset, edullisesti pinnoittamattomat johtimet 2 läh-5 tevät omilta lähtökeloiltaan. Johtimet 4 etenevät edelleen puristinpäähän 20, jonka rakenne ja toiminta selostetaan nyt viitaten kuvioihin 7 ja 8.

Muovipuristimen työkalupää eli puristinpää 20 sisältää kuvion 6 ja 7 tapauksessa kiinteän matriisin 21 eli 10 suulakkeen sekä kiinteän torpedon 22, jonka läpi ulottuu pituussuunnassa neljä tasavälein symmetrisesti sen keskiak-selin ympärillä olevaa läpivientireikää, joiden kautta neljä johdinta johdetaan puristinpään 20 läpi. Matriisin 21 ja torpedon 22 muodot ja mitat sekä niiden keskinäinen 15 asema määräävät syntyneen ja kiteytyneen kaapelisydämen 1 mittasuhteet ja muodon. Rengasmaisen matriisin 21 keski-aukossa on tasavälein neljä uritusterää 21A, jotka muodostavat kaapelisydämen 1 ulkokehälle neljä uraa 3. Matriisi 21 ja torpedo 22 ovat edullisesti sijoitetut toisiinsa 20 nähden siten, että uritusterät 21A on suunnattu läpimeno-reikien 23 väliin, jolloin valmiissa kaapelisydämessä 1 urat sijoittuvat johtimien 2 väliin. Muovipuristimesta tuleva sula muovimassa 24, jota on kuvattu nuolella, täyttää puristinpään 20 tyhjät tilat ja etenee kohti matriisin 25 21 ja torpedon 22 muodostamaa rengasmaista rakoa, ja ym päröi torpedosta 22 ulostulevat neljä johdinta 2. Kuten edellä todettiin, määrää matriisin 21 keskiaukko, joka on varustettu uritusterillä 21A, lopullisen kaapelisydämen 1 mittasuhteet ja muodon. Tosin, koska muovimassa 24 on vielä 30 hetken aikaa sulassa tilassa sulatusvyöhykkeessä 25 tullessaan ulos puristinpäästä 20, voidaan sitä venyttää, jolloin sen halkaisija pienenee. Näin ollen puristimen massanvir-tauksen ja linjan vetonopeuden säätösuhteella voidaan vaikuttaa kaapelisydämen mittoihin.

35 Viitaten jälleen kuvioon 6, kaapelisydän 1 etenee 7 83713 sulavyöhykkeestä 25 jäähdytysaltaaseen 27, jossa se kiteytyy lopullisiin mittoihinsa. Kaapelisydän 1 etenee jäähdy-tysaltaan 27 läpi vapaasti pyörivälle pyörälle 30, jota kannattelee tukivarsi 31. Tukivarsi on laakeroitu kaapeli-5 sydänelementin 1 keskiakselin kanssa samankeskisestä ja siihen on kiinnitetty hammas- tai hihnapyörä 29 sen pyörittämiseksi keskiakselin F ympäri. Kun kaapelisydänele-mentti 1 etenee linjan vetolaitteen vetämänä ja kiertää pyörän 30 ympäri tarttuen sen kehälle, pyöritetään kanna-10 tinta 31 ja sen mukana pyörää 30 hihnan 28 ja hammas- tai hihnapyörän 29 välityksellä, jolloin kaapelisydänelementti 1 pyörii keskiakselinsa ympäri niiden mukana. Koska kaapelisydänelementti 1 kiteytyy jäähdytysaltaassa 27, mutta on vielä kiteytymätön sulavyöhykkeessä 25, kiertyy se pää-15 asiassa sulavyöhykkeessä siten, että johtimet 2 ja matriisin uritusterien 21A synnyttämät urat 3 kiertyvät spiraa-limaisesti kaapelisydänelementin 1 keskiakselin ympäri. Tahdistamalla pyörän 30 pyörimisnopeus keskiakselin ympäri linjan etenemisnopeuteen oikeassa suhteessa, saadaan joh-20 timille ja urille haluttu spiraalinousu. Luonnollisesti pyörän 30 pyörimisnopeutta ja -suuntaa voidaan vaihdella. Tuloksena on tällöin johtimien ja urien spiraalimainen nousu, jonka spiraalin kiertosuunta vaihtuu ajoittain vas-takätiseksi.

25 Vaihtoehtoisesti kaapelisydämen 1 valmistusmenetel mässä käytetään samanlaista puristinpäätä kuin kuvioissa 7 ja 8 on esitetty, mutta metallijohtimien 2 lähtötelat 32 sekä veto- ja vastaanottolaitteet on järjestetty pyörimään akseliensa ympäri. Tällä saavutetaan sama johtimien 30 2 ja urien 3 kiertyminen kuin kuvion 6 yhteydessä esite tyllä pyörällä 30.

Edelleen voidaan käyttää valmistusmenetelmiä, joissa käytetään pyörivää tai oskilloivaa torpedoa ja pyörivää tai oskilloivaa matriisia. Tässäkin tapauksessa matriisissa 35 täytyy olla jokaista kaapelisydänelementtiin 1 muodostet- 8 83713 tavaa uraa 3 kohti yksi uritusterä kuvion 8 mukaisesti, ja torpedossa läpivientireikä jokaista johdinta 2 varten.

Kuviot ja niihin liittyvä selitys on tarkoitettu vain havainnollistamaan esillä olevaa keksintöä. Yksityis-5 kohdiltaan keksinnön mukainen kaapeli voi vaihdella oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (11)

1. Kaapeli, joka käsittää yhteisen suojavaipan (10) sisällä ainakin yhden optisen kuidun (5) ja ainakin yhden 5 kerratun metallijohdinparin (2, 7), tunnettu siitä, että mainittua ainakin yhtä metallijohdinparia (2, 7) ympäröi muoviaineesta muodostuva kaapelisydän (1), jonka pinnalla metallijohtimien välisessä tilassa on ainakin yksi ura (3), johon on sijoitettu ainakin yksi optinen kuitu 10 (5).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kaapeli, tunnettu siitä, että kaapelisydän on pursotettu eristä-mättömien metallijohtimien (2) päälle.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen kaapeli, 15 tunnettu siitä, että kaapelisydämessä on yksi joh- dinpari (2), jonka johtimet sijaitsevat symmetrisesti kaa-pelisydämen (1) keskiakselin vastakkaisilla puolilla, ja että kaapelisydämen ulkopinnalla on kaksi uraa (3), jotka sijaitsevat kaapelisydämen vastakkaisilla puolilla metal-20 lijohtimien (2) välissä.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen kaapeli, tunnettu siitä, että kaapelisydämessä on kaksi johdinparia nelikierteenä (2A, 2B, 2C, 2D), jolloin johtimet (2A, 2B, 2C, 2D) sijaitsevat tasavälein kaapelisy- 25 dämen keskiakselin ympärillä siten, että kulloinkin parin muodostavat johtimet ovat symmetrisesti keskiakselin vastakkaisilla puolilla, ja että kaapelisydämen (1) ulkopinnalla on neljä uraa (3), jotka sijaitsevat metallijohtimien välissä.

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen kaape li, tunnettu siitä, että urat (3) kiertävät pituussuunnassa kaapelisydämen ympäri samanlaisella kertauksella kuin kaapelisydämen (1) sisällä olevat metallijohtimet.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen 35 kaapeli, tunnettu siitä, että kuhunkin uraan (3) 10 83 71 3 on sijoitettu useita optisia kuituja, jotka on kimputettu tai suojattu, edullisesti sidonnalla tai putkella.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kaapeli, tunnettu siitä, että kaapelisydämen kes- 5 kellä on metalliton veto-osa, edullisesti lasikuitutanko tai nestekidemuovilanka tai kevlar- tai lasikuitulujite.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kaapeli, tunnettu siitä, että metallijohtimet ovat teräskupari- tai teräsalumiinijohtimia.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kaapeli, tunnettu siitä, että suojavaippa käsittää kosteussuoj an.

9 83713

10. Patenttivaatimuksen 1 mukaisen kaapelin käyttö toisen kaapelin osaelementtinä suojavaipalla varustettuna 15 tai ilman suojavaippaa.

11. Menetelmä jonkin edellä olevan vaatimuksen mukaisessa kaapelissa käytettävän kaapelisydämen valmistamiseksi, jossa menetelmässä käytetään joko kiinteää, pyörivää tai oskilloivaa muovipuristinpään matriisia (21) ja 20 torpedoa (22), tunnettu siitä, että matriisissa (21) on uritusterät (21A) torpedon (22) läpimenoreikien (23) välissä. 11 83 71 3