NO174486B - Fremgangsmaate for fremstilling av fiberoptisk kabel - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for fremstilling av fiberoptisk kabel, for fremskaffelse av spesielt men ikke utelukkende en optisk luft- eller antenne-fiberkabel, som har en total-dielektrisk eller hovedsakelig total-dielektrisk oppbygning, og som er innrettet for installasjon langs høyspennings-kraftoverføringslinjer.

Der er foreslått forskjellige kabelkonstruksjoner for bruk som luftkabler, innbefattende optiske fibre, for eksempel som jordtråder i et luft- eller utendørs kraftoverførings-system. Når der installeres et utendørs kraftoverføringssys-tem, er det passende å bruke den samme rute for rene telekommunikasjonsformål. En optisk kabel brukt som jordtråd for et kraftoverføringssystem er allerede foreslått i GB patentpublikasjon 2 029 043 B.

Det er også kjent å benytte optiske fibre med lysføring, som er innelukket i et syntetisk materiale i et område for en høyspennings-luftstrekklinje, og å utnytte en glassfiber-kabel med én eller flere tråder, plassert innenfor midtområ-det for en elektrisk leder i et luftstrekk, eller i en utvendig kledning av en fasekabel, for overføring av optiske kommunikasjonssignaler. Disse er omtalt for eksempel i tysk OS 2 314 538, OS 2 604 766, tysk bruksmønster 7 328 623.

Med disse forslag blir de nødvendige romlige tilpasninger for de optiske og elektriske ledere anordnet under installa-sjonen av det fullstendige system. Det er ikke mulig senere å installere en optisk kabel på en allerede eksisterende luftlinje-kraftledning, i det minste ikke når luft-kraftledningene er under spenning.

For å kunne fremskaffe en kabel som kan installeres i nærheten av luftstrekk-kraftlinjer etter at luftstrekk-kraftlinjene er blitt montert, har man foreslått teknikken ifølge US patentskrift 4 342 500. Denne gir imidlertid en konstruksjon som er kompleks og dyr å fremstille. Hovedhensikten med oppfinnelsen er å fremskaffe en enkel og effektiv total-dielektrisk eller hovedsakelig total-dielektrisk utendørs optisk luft-kabel som kan installeres ved siden av et kraftoverføringssystem som allerede er instal-lert.

Med andre ord går den foreliggende oppfinnelse ut på å skaffe en fremgangsmåte for fremstilling av fiberoptisk kabel omfattende å fremskaffe et langstrakt elektrisk ikke-ledende homogent kjerneelement, omfattende et hovedstrekkelement for kabelen og omfattende en eneste i lengderetningen forløpende åpen med flat bunn utført uttagning, hvilken uttagning er betydelig forskjøvet fra den nøytrale akse av strekkelementet, å mate minst en optisk fiber inn i uttagningen, å føre kjernen gjennom et injiseringshode som inneholder vannblokkerende medium ved over omgivende trykk for derved å fylle uttagningen med nevnte medium, å lukke uttagningen med en strimmellignende med trang pasning anordnet lokk for derved å bibeholde det vannblokkerende medium i uttagningen, og å påføre en kappe over kjernen og lokket.

I henhold til oppfinnelsen er fremgangsmåten karakterisert ved at kabelen trekkes rundt et gangspill med uttagningen anordnet radialt utover i forhold til kabelens akse etter fyllingen og lukkingen av uttagningen, hvorved det i uttagningen føres inn en overskytende lengde av fiber som er jevnt fordelt over hele kabellengden.

Fortrinnsvis går et trekk ved fremgangsmåten ut på å påføre et bindemiddel for å holde lokket sikkert på kjerneelementet før kjerneelementet føres rundt gangspillet.

Et ytterligere trekk går ut på å rengjøre overflaten av overskytende vannblokkerende medium før påføringen av kappen.

Enda et trekk går ut på at kjernen blir ført gjennom en stasjon hvor fyllsammensetningen eller fyllmaterialet blir injisert via et rør direkte inn i uttagningen, samtidig som et lite overskudd blir fjernet ved hjelp av viskerblader.

Den ytre flate av kjernen og strimmelen blir strøket ren for overskytende gris-lignende medium, og lokket blir deretter påført over toppen.

For at oppfinnelsen skal lettere forstås, vil der nå gjøres henvisning til de vedføyde tegninger. Figur 1 er et tversnitt gjennom en optisk luft-fiberkabel i henhold til en utførelsesform for den foreliggende oppfinnelse . Figur 2 viser et typisk apparat for tildannelse av kabelen på figur 1. Figur 3 viser del av apparatet på figur 2, mens figur 4 viser en detalj av figur 3. Figurene 5 og 5A viser skjematisk en alternativ fremstill-ingsmetode og apparat for en kabel i likhet med den som er vist, med unntak at denne har to båndfiberelementer.

På figur 1 er der vist en ikke-elektrisk ledende uttagnings-forsynt kjerne 1 av et homogent materiale tildannet av glassfiberforsterket plast ved hjelp av en pultrusjon eller lignende prosess, idet kjernen har en rektangulær uttagning 2 med konvekts avrundede kanter 2A og 2B og inneholder et optisk fiberbåndelement 3 som befinner seg ved bunnen av uttagningen 2. Kjernen 1 virker som et kabelforsterknings-element og armering (med stor knusemotstand) og er ettergiv-ende med en modul på minst 40 000 N/mm<2>.

Uttagningen 2 forløper rett langs profilen (kjernen) 1 og vil i det følgende bli betegnet som en overflateuttagning. Den er alltid plassert noe til siden for midtpartiet av

kjernen, idet midtpunktet er betegnet med 1A.

Uttagningen 2 er lukket med et lokk 5 tildannet av ekstrudert plastmateriale og med konkavt avrundede kanter 5A og 5B som passer nøyaktig til kantene 2A og 2B.

Uttagningen 2 er fyllt med et gris-lignende materiale, for eksempel av den art som er solgt under salgsnavnet SYNTEC Type FCC 21 OS, og som er et mykt tiksotropisk vannblokker-ingsmateriale.

Rundt kjernen 1 og lokket 5 befinner der seg et bindemiddel 6 som er spunnet i skrueform rundt og tjener til å plassere lokket 5 i posisjon på toppen av uttagningen 2 før ekstru-deringen av den ytre kappe 27, og under innføringen av en overskytende lengde av fiber rundt det store gangspill, slik dette vil bli omtalt senere.

Under fremstillingen av kabelen er det viktig at den ferdige kabel har en overskytende fiberlengde i uttagningen 2. Under henvisning til figur 2 vil det ses at profilen eller kjernen 1 blir tilført fra et opplagringshjul 7 med en brems 8 som kan aktiveres for bremsing av hjulet 7. Kjernen 1 blir ført fra hjulet 7 gjennom forskjellige trinne via et gangspill 9 og over på en lagringstrommel 10.

Når kjernen 1 forlater hjulet 7 vil det først blir ført inn i en kombinert fiberinnføringsenhet og en vannblokkerings-fyllestasjon 11. Denne er vist i ytterligere detalje på figur 4. Bånd-fiberelement 3 blir trukket av fra spolen eller hjulet 3A og blir ført inn i uttagningen 2 i profilen eller kjernen.

Slik det fremgår av figur 4, vil fiberinnføringsstasjonen 11 omfatte et hus 12 med et hult indre 13 som profilen eller

kjernen 1 blir ført gjennom via en innføringsåpning 14 og en utføringsåpning 15. Der foreligger en orienteringsplate 16 i form av en føringssko med en svakt avrundet flate 16A, rundt

hvilken det optiske fiberbåndelement 3 blir ført inn i bunnen av uttagningen 2, etter hvert som kjernen 1 blir trukket gjennom huset 12.

Ved utløpsåpningen 15 befinner der seg et par "0"-ringer 17 og 18 som fjerner overskytende fyllgris fra overflaten av kjernen.

Ved toppen av huset 12 befinner der seg en injeksjonsåpning 19, gjennom hvilken en vannblokkerende gel, for eksempel "Syntec" blir ført inn i huset og påføres uttagningen 2. I huset befinner der seg også en trykkføler 20 for avføling av trykket på den gris eller gel som fylles i huset, og som styrer graden av påføring av grisen eller gelen tilsvarende.

Når kjernen forlater huset 12 med uttagningen 2 fyllt med tiksotropisk gel, vil den passere gjennom en annen stasjon 21 hvor lokket 5 blir påført.

Lokket 5 blir matet fra en spole 5A og bøyet over en første føring 22 som omfatter et V-sporforsynt trekkhjul, idet V-sporet har en flat bunn og en bredde svarende til lokket 5, og under en annen føring 23 som utgjøres av et trekkhjul med buet spor som nøyaktig passer til den buede toppflate av lokket 5. Det annen hjul 23 fører lokket 5 mot uttagningen 2, slik at de tilpassede avrundede flater 5A, 5B og 2A, 2B passer overens og inn i hverandre.

Kjernen 1 blir deretter ført til en bindestasjon 25 med en matrise 24 som har en "0"-ring som renser hele overflaten av kjernen 1 og lokket 5 for alt fyllgris som ble påført ved stasjonen 11. "0"-ringen sikrer også at lokket passer tett inn i uttagningen. Staven blir deretter ført gjennom en annen matrise ut over hvilken der påføres terylengarn 6 som et bindemiddel rundt staven for å holde lokket fast på plass. Dette er vist skjematisk ved henvisningstall 25 på figur 2, og er vist i ytterligere detalj på figur 3 hvor terylengarnet blir tilført fra et påføringshode 26 som blir dreiet ved hjelp av en drivmekanisme som innbefatter trekkhjul 27a, 28a, 29a og 30a og en motor 31. Motorhastigheten blir styrt i henhold til hastigheten av kjernen 1 gjennom apparatet.

Terylenbindemidlet 6 er vist på kjernen på figurene 2 og 3. Kjernen blir deretter ført til det store gangspill 9 som er ca. én meter i diameter, og fordi uttagningen som inneholder bånd-fiberelementet befinner seg på utsiden når den blir ført rundt gangspillet, vil kjernen, når den forlater gangspillet, slik det er vist på figurene 2 og 3 ved hjelp av henvisningstall 1', få innført i seg en overskytende fiberlengde. Det innebærer at en overskytende fiberlengde er trukket tilbake fra fibertilførselsspolen 3A og den tiksotrope egenskap hos fyllgelen tillater bevegelse av fiberen for at det overskytende skal innføres rundt gangspillet, men samtidig tilstrekkelig fast under betingelser som ikke innebærer mekaniske skjærkrefter, slik at den overskytende fiber holdes i en bølgende eller buktende form langs uttagningen når kjernen forlater gangspillet 9.

Kjernen og bindemidlet blir deretter forsynt med kappe 27 i et plastekstruderingshode 26, idet der fortrinnsvis benyttes lavdensitetspolyetylen, selv om andre plastmateri-aler kan bli benyttet i henhold til omstendighetene. Ekstruderingshodet er vist i produksjonslinjen på figur 2, men kan også være utenfor produksjonslinjen, dvs. der kan fremskaffes en separat ekstruderingslinje.

På figur 3 utgjør gangspillet hovedrivkraften for fremtrekk-ing av kjernen gjennom apparatet, og slik det fremgår av figur 3, omfatter denne en drivmotor 9A og et trekksystem 9B og 9C som er forbundet for å drive gangspillet 9.

På figur 1 er fyllmediet fortrinnsvis et tiksotropisk materiale solgt under handelsnavnet "SYNTEC", og på figur 1 er det angitt med henvisningstall 28.

Fordelen med å bruke et lokk 5 med trange toleranser, som passer sammen med uttagningen 2, er at fyllmediet 28 kan forhindres fra å bli ekstrudert inn i grenseflaten mellom styrkeelement-kjernen 1 og plastekstruderingen 27.

Ved spesiell anvendelse av et passende fyllmedium, for eksempel "SYNTEC", er det funnet at overskytende fiberlengde lett og effektivt kan føres inn under bruk av gangspillet 9, samtidig som fyllmediet allerede er ført inn i uttagningen. Det er funnet at det er viktig at gangspillet er plassert forholdsvis tett opptil fibertilførselsspolen 3A. Jo lenger gangspillet befinner seg fra tilførselsspolen, jo mer vanskelig er det å "innføre" den overskytende lengde av fiber, på grunn av motstanden hos fyllmediet 28.

Det skal også forstås i forbindelse med figur 4, at skoen 16 har en trang toleransepasning i uttagningen 2, og vil derfor ikke bare mate fiberen inn i bunnen av uttagningen, men også orientere uttagningen i den ønskede oppoverrettede retning i forhold til resten av apparatet.

Fyllmediet ble tvunget inn i uttagningen 2 i hodet 11 under et trykk i området 0,1-0,2 p.s.i. slik dette måles i hodet 11. Fyllmediet er mykt nok til å muliggjøre en overskytende fiberlengde å bli ført inn ved hjelp av gangspillet, uten at der skaffes så mye motstand for fiberbevegelsen inne i uttagningen, at der fremskaffes strekking av fiberelementet, slik at den overskytende fremskaffede lengde ellers ville bli fjernet ved strekking av fiberbåndelementet. På den annen side er fiberelementet ikke så mykt at det vil løpe ut av uttagningen, og det er fast nok til å holde båndelementet i en generell bølget form uten at fiberene "kryper" langs uttagningen under bruk av kabelen, slik at noen partier ikke har noe overskudd, mens andre partier har dobbelt overskudd.

Det er funnet at denne teknikk er effektiv for å sikre at den overskytende fiberlengde blir jevnt fordelt langs kabelen. Forsøk på å fylle uttagningen etter å ført inn overskuddet, kan føre til uregelmessig fordeling av overskuddfiberen.

Det skal her bemerkes at fremstillingsteknikken og kabelkon-struksjonen beskrevet her, omfatter en flerhet av andre fordeler. Lokket 5 vil ved påsetting på uttagningen 2, øke graden av fylling for vannblokkeringsmediet i forhold til tidligere måter å fylle og omvikle. Spesielt vil virkningen av lokket være, alt ettersom det rulles på uttagningen på en progressiv måte i kjernen 1, og når denne skrider frem gjennom fyllestasjonen, ha en tendens til å presse ut overskytende vannblokkeringsmedium, og eventuelle ikke-fangede luftbobler vil også bli presset ut. Dessuten er lokket 5 fremstilt av gjennomsiktig plast og vil således fremstå som gjennomsiktig når uttagningen er fullstendig full, men skaffer en nyttig visuell kontroll med hensyn til den oppnådde fyllingsgrad.

Det er også viktig at der finner sted en fullstendig fylling uten at der levnes noen luftspalter, hvori fuktighet eventuelt kunne trenge inn, fordi under betingelser av høy elektrisk påkjenning, slik som man finner i nærheten av høyspennings-kraftoverføringssystemer, vil degradering kunne finne sted, noe som fører til skade på styrkeelementkjernen 1, dersom der foreligger spalter og fuktighet.

Det er også viktig å oppnå fullstendig fylling slik at hverken luft eller fuktighet når selve fibrene, hvilket ellers over tid ville kunne føre til degradering av fiberoverføringsegenskapene.

Vannblokkerings-fyllteknikken som er beskrevet, kan modifiseres som vist på figur 5. I stedet for å føre materialet inn i uttagningen på en rent trykkstyrt måte, kan det være mulig å måle det materiale som skal inn i uttagningen, via et rør i henhold til hastigheten som kjernen trekkes med gjennom fyllstasjonen, og et tverr-snittsareal for den lukkede uttagning, slik at der oppnås en forhåndsbestemt fyllgrad uten at utsiden av kjernen 1 og lokket 5 samtidig vætes.

Slik det fremgår av figur 5, blir den uttagningsforsynte stang 1 ført fra venstre til høyre og føres gjennom en innføringsstasjon 41 for båndfiberelement. Her vil et par båndfiberelementer 42 og 43 bli tilført fra båndavleverings-spoler 44 og 45 via føringstrekkhjul, for eksempel 46, til en segment-formet sko 47 (nøyaktig samme funksjon som skoen 16 vist på figur 4) som fører båndfiberelementet inn i uttagningen 2 i stangen 1 .

Etter fiberinnføringsstasjonen 41 befinner der seg en sammensatt vannblokkerings-fyllestasjon 48 hvor en fyllsammensetning, for eksempel Syntec Rheogel FCC 21 OS blir pumpet via en tilførselspumpe 49 og en målepumpe 50, som leverer fyllsammensetningen med en konstant leveringshast-ighet, som er brakt i forhold til linjehastigheten under betraktning av tverrsnittet av uttagningen. Fyllsammensetningen blir pumpet via en dyse 51 som ligger inne i uttagningen 2 og har en radius 52 på sin førende kant. Fyllsammensetningen blir pumpet inn i uttagningen og i en slik avmålt mengde at der skaffes et lite overskudd like over nivået for uttagningen, noe som er vist ved henvisningstall 53.

Etter passering av fyllestasjonen 48 befinner der seg en

lokkinnføringsstasjon 54, hvor uttagningslokket 5 blir matet fra en tilførselsspole 5a og vandrer via føringstrekkhjul 55 inntil den når en segmentformet føring 56 som har likhet med en sko på samme måte som skoen 47. Dette segment 56 gir en

fast føring for lokket på toppen av utsparingen 2, for

derved å lukke utsparingen, og slik det fremgår på tegningen vil lokket skyve det overskytende fyllmedium i en "rullende" bank 57, og overskytende fyllsammensetning vil flyte over på siden.

Et par langsgående viskeblader 58 og 59, som er vist klarere på figur 5A, forhindrer at denne utsondrede sammensetning renner ned på siden av den uttagningsforsynte stav 1.

I tillegg foreligger der et horisontalt viskeblad 60, noe som er vist tydelig på figur 5A, som "skuffler" fyllsammensetningen som fremdeles blir båret av den uttagningsforsynte stav og lokket som nå befinner seg fast i posisjon, og avleder den overskytende fyllsammensetning som bæres av stangen og lokket i en sideveis retning på begge sider av staven, slik at det faller over på de langsgående viskeblader 58 og 59.

Et samletrau 61 fanger opp den overskytende fyllsammensetning for resirkulasjon eller vraking etter behov.

På denne måte blir fyllsammensetningen forhindret fra å fremskaffe en tilgrisning over hele flaten av den-uttag-ningsf orsynte stav, og selv om ved den tidligere utførelses-form "0"-ringene 17 og 18 vist på figur 4, og endelig "0"-ringen 24 på figur 3, i kombinasjon har til hensikt å viske staven ren for eventuelt overskytende fyllmateriale, vil der likevel normalt gjenvære en "tilgrisning" av fyllsammensetning på overflaten av staven. Den utførelsesform som er vist på figur 5, vil på den annen side fjerne hovedsakelig alt overskytende fyllmateriale fra ytterflaten av staven og lokket, slik at når den lokkforsynte stav nærmer seg det skrueformede bindehode vist skjematisk ved 62, vil overflaten av staven hovedsakelig være fri for overskytende fyllsammensetning.

De viskeblader som er vist på figurene 5 og 5A kan være av neopren gummi eller støpt gummi eller lignende, og det er viktig at de langsgående viskeblader 58 og 59 skaffer en god kantavtetning mot staven når denne fortsetter langs produksjonslinjen. På lignende måte vil den horisontale visker 60 skaffe en god tverravtetning på toppen av staven og kombinasjonen av de tre viskere fjerner alt av overskytende fyllsammensetning.

Det skrueformede bindehode 62 er hovedsakelig det samme som det som er vist på figur 3, og resten av produksjonsteknik-ken svarer til det tidligere omtalte.

Som et alternativ til den horisontale visker 60 kan der benyttes en visker med V-form, i likhet med en "sneplog" for derved på en lettere måte å avlede overskytende sammensetning eller materiale til en eller annen side av staven og på de langsgående viskere.

Selv om oppfinnelsen nå er blitt beskrevet i forbindelse med en luft- eller antennekabel, så skal det forstås at kabelen kunne finne anvendelse som en rimelig landkabel, i hvilket tilfelle kjernedelen ikke trenger å være så sterk og de ikke-metalliske krav ikke trenger være oppfylt.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av fiberoptisk kabel omfattende å fremskaffe et langstrakt elektrisk ikke-ledende homogent kjerneelement (1), omfattende et hovedstrekkelement for kabelen og omfattende en eneste i lengderetningen forløpende åpen med flat bunn utført uttagning (2), hvilken uttagning (2) er betydelig forskjøvet fra den nøytrale akse av strekkelementet, å mate minst en optisk fiber (3) inn i uttagningen (2), å føre kjernen (1) gjennom et injiseringshode som inneholder vannblokkerende medium (28) ved over omgivende trykk for derved å fylle uttagningen (2) med nevnte medium, å lukke uttagningen (2) med en strimmellignende med trang pasning anordnet lokk (5) for derved å bibeholde det vannblokkerende medium (28) i uttagningen (2), og å påføre en kappe (27) over kjernen (1) og lokket (5), karakterisert ved at kabelen trekkes rundt et gangspill (9) med uttagningen (2) anordnet radialt utover i forhold til kabelens akse etter fyllingen og lukkingen av uttagningen (2), hvorved det i uttagningen (2) føres inn en overskytende lengde av fiber som er jevnt fordelt over hele kabellengden.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved å påføre et bindemiddel (6) for å holde lokket sikkert på kjerneelementet (1) før kjerneelementet (1) føres rundt gangspillet (9).

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved å rengjøre overflaten av overskytende vannblokkerende medium (28) før påføringen av kappen (27 ) .

4. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1 - 3, karakterisert ved at kjernen (1) blir ført gjennom en stasjon hvor fyllsammensetningen eller fyllmaterialet blir injisert via et rør direkte inn i uttagningen (2), samtidig som et lite overskudd blir fjernet ved hjelp av viskerblader.