NO843951L - Fiberoptisk kabel - Google Patents

Abstract

Optisk fiberkabel med et støtteorgan (12) fremstilt av plast med innleirede glass-fiberstykker. Støtteelementet har radielt utragende armer (15) som rager ut til en utenforliggende kappe (18, 19), og sammen med denne danner kanaler i kabelkonstruksjonen. Støtteorganet har en sentral åpning, hvor det er innsatt et strekkelement (20). På grunn av konstruksjonen av støtteorganet får dette stor strekkstyrke, og man kan derfor redusere diameteren til strekkelementet, hvorved det oppnås en like sterk, mer flek-sibel og likevel billigere kabel.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår fiberkabler, og særlig en bedret slisset optisk kabel.

Optiske fiberoverføringer har bl.a. den fordel at de er immune overfor elektrisk interferens, da informasjonen blir overført i form av lyspulser. Siden en optisk fiber helt og holdent består av dielektriske materialer, blir den ikke påvirket av elektriske signaler, og den utsettes heller ikke for de samme korrosjonsproblemer som de fleste metalliske ledermaterialer.

Optiske fibre som er pakket sammen og er beskyttet av en kappe, utgjør en optisk kabel. Avhengig av bruksbetingelsene kan kravene som stilles til kabelkonstruksjonen være ganske ulike. I enkelte tilfelle behøver ingen spesielle dielektriske eller ikke-korrosive krav tilfredsstilles, og kabelen kan omfatte metalliske komponenter som styrkeelementer eller fuktighetsbarrierer. I andre anvendelser kan imidlertid spesielle forhold føre til betingelser som gjør at en kabel med utelukkende dielektrisk materiale vil være påkrevet. F.eks. vil en kabel med bare dielektrisk materiale ikke tiltrekke lynnedslag.

En viktig komponent i en optisk kabel er styrkeelementet som opptar strekket som kabelen nødvendigvis må utsettes for under installasjonsarbeid eller under driftsforhold.

Man har funnet få dielektriske materialer som innehar til-strekkelig . strekkstyrke og små strekkforlengelser til at de kan være kvalifisert som strekkelementmaterialer i optiske kabler.

Av denne grunn er prisen på disse få spesielle materialer høy.

Dessuten vil, når størrelsen og vekten til kabelen er stor, diameteren på styrkeelementet også måtte være stor, og dette går i betydelig grad ut over den endelige kabelens fleksibilitet.

Disse ulemper har vist seg å være spesielt uheldige når man skal konstruere kabler som utelukkende omfatter dielektriske materialer og dessuten har åpne kanaler. Man har allerede en tid vært oppmerksom på enkelte av disse problemene, og det foreligger en god del patenter og artikler som er rettet mot beskyttelse av og bruk av fibre i kabelstrukturer. Det kan f.eks. vises til US pat. nr. 4.038.489, som viser en kabel med dielektriske

optiske bølgeledere eller fibre hvor fibrene er anbragt i adskilte kanaler. US:pat. nr. 3.865.466 viser en kabel med en forlenget

sentral kjerne, som består av minst et ikke-optisk strekkelement, flere optiske bunter anbragt sammen i minst ett snodd lag omkring kjernen, og rundt det snodde laget finnes ytterligere et beskyt-tende belegg. Videre viser US patentene nr. 4.072.398 og 4.199.244 ulike kabelkonstruksjoner for å beskytte de optiske fibrene når de benyttes i denne. I alle tilfelle vil det, når man skal konstruere en fiberoptisk kabel, være behov for å forsyne kabelen med egnede understøttelsesorganer og fullstendig eliminere bruk av metaller eller elektriske ledende komponenter. På denne måten blir kabelen fullstendig dielektrisk. Markedet for fiberoptiske kabler med dielektriske karakteristikker for de optiske fibre og uten metalliske elementer slik som strekkelementer av stål, er stadig stigende. Derfor har mange kabelprodusenter under produksjon slike kabler hvor det benyttes Kevlar, epoxy eller polyester-impregnerte Kevlar-stenger, samt epoxy eller polyester-impregnerte staver av S- eller E-glass. Disse materialene er relativt kost-bare, og det er brist i tilførselene av dem. Det er selvsagt et viktig forhold under produksjon av slike kabler å holde kostnadene nede, mens man ikke avviker fra de elektriske og mekaniske krav som stilles til produktene. Hvis man derfor kan redusere omkostningene med det dielektriske strekkelement, kan man oppnå rimeligere kabel.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er derfor å tilveie-bringe en optisk fiberkabel som kan fremstilles ved lavere pro-duksjonskostnader, mens den beholder de ønskede styrke- og drifts-karakteristikker.

Dette oppnås ved å utforme kabelen i overensstemmelse med de nedenfor fremsatte patentkrav.

For å gi en klarere forståelse av foreliggende oppfinnelse vises til nedenstående detaljerte beskrivelse av et utførelses-eksempel, samt til tegningen, som viser et tverrsnitt av en optisk fiberkabel i henhold til foreliggende oppfinnelse. En slisset optisk kabel 10 er vist i figuren. Kabelen har en ytre kappe 11, som består av et dielektrisk eller isolerende materiale og har form av et langsgående•rørformet legeme. Inne i kappen 10 befinner det seg et oppslisset understøttelsesorgan 12, som tilveiebringer kanaler eller rom 13 mellom de utover ragende radielle armene eller veggene 15, som ligger an mot innsiden av kappen 11. Inne i hver kanal befinner det seg én eller flere optiske fibre 16 og 17, som kan være løst innlagt i kanalen eller på annen måte holdes på plass. Kappen 11 omfatter en indre omvikling 18, som kan bestå av plast eller polyester i båndform, og en annen omhylning 19, som kan bestå av plast- ..eller vanntett bånd. Et sentralt strekkelement 20 eller styrkeelement er anbragt sentralt i det oppsplittede organ 12 og tjener som et strekkelement og understøttelseselement for den endelige kabelen. I tidligere kjente kabler har støtteorganet 12 bestått av et plastelement med sentralt strekkelement fremstilt av et epoxyimpregnert glass. Dette er et kostbart materiale. Andre materialer som aramidfibre solgt under handelsnavnet Kevlar, er også benyttet i strekkelementer, men er også svært kostbart.

I fiberoptiske kabelkonstruksjoner er det vanlig praksis å henføre hele strekket som må opptas til strekkelementet og derfor dimensjonere denne komponenten uten å ta med i beregningen de bidrag til opptak av strekk som resten av elementene i kabelen utgjør. De øvrige elementene tas bare i betraktning som bi-dragsytere til den totale kabelvekten.

Hovedideen med en kabel i henhold til foreliggende oppfinnelse er rettet i to retninger.

For det første antas at andre kabelkomponenter bortsett fra strekkelementet, også kan bidra til å øke strekket i den totale kabel.

For det andre blir disse elementene fremstilt av et materiale med høyere strekkmodul enn for materialene som de skal erstatte, og med en sammenlignbar bøyemodul.

Bidraget til strekkstyrken fra et materiale er en funksjon av produktet av tverrsnittsarealet og modulen til dette materiale.

For å kunne dra full nytte av ideene som er nevnt ovenfor, må det velges et element med relativt stort tverrsnitt. I den optiske kabel med åpne kanaler er det element som har størst tverrsnittsareal det slissede, profilerte understøttelsesorgan 12, og følgelig er dette blitt valgt som element som skal bidra til å bedre kabelstrekkbetingelsene. Hva materialvalg angår, har det valgte materiale en strekkmodul som er 10 ganger større enn den høytetthetspolyetylen som den erstatter. Dette materialet vil nedenfor bli kalt armert plast. Den armerte profilen eller understøttelsesorgan 12 er fremstilt av en polymer hvor det er innleiret korte lengder glassfibre, ca. 0,5 cm. Volumprosenten til glassfibre i støtteelement 12 er omtrent 25% og ligger fortrinnsvis mellom 25% og 30%.

Støtteorganet 12 er ekstrudert sammen med glassfibrene, og under ekstruderingsprosessen vil de relativt korte glassfibrene, som opprinnelig er spredd i plastmaterialet med vilkårlig orientering, bli reorientert, slik at de hovedsakelig strekker seg i støtteorganets langsretning. I praksis vil ekstruderingsprosessen skyve fibrene inn i plasten slik at de ikke blir liggende bare på overflaten. Det egentlige strekkelement blir fortsatt laget av S-glass fremstilt av glassfibre impregnert med en epoxy-resin.

Den nye kabelen blir konstruert mens det tas hensyn til den vekt som fås fra det armerte plastmateriale (omtrent to ganger tyngre enn polyetylen) og den samlede styrke til både S-glasset og understøttelsesorganet 12 av armert plast.

Den nye kabelen krever et strekkelement av S-glass, som har en betydelig mindre diameter enn det som var nødvendig med tidligere konstruksjoner. Forholdet mellom diametrene er 2,6.

Som en følge av dette vil den nye kabelen unngå begge de ovennevnte problemer: a) kostnadene til kabelen vil bli senket, da den benytter vesentlig mindre mengde av den relativt sett dyreste komponenten. b) fleksibiliteten til hele kabelen vil bli bedret, da diameteren til S-glasset er vesentlig redusert.

Claims (9)

1. Optisk kabel med dielektrisk materiale og med et sveiset understøttelsesorgan for understøttelse av optiske fibre, hvor kabelen har en rørformet ytre kappe og omfatter et støtteorgan av plast med en sentral åpning for opptak av et sentralt strekkelement, og hvor støtteorganet har utoverragende, radielle armer som ligger an mot innsiden av den ytre kappe slik at det dannes flere rom, hvert for opptak av minst én optisk fiber, karakterisert ved at plast-støtteorganet (12) er fremstilt av en plast med flere innleirede glassfibre som hoved-

sakelig er orientert langs støtteorganets lengderetning, hvorved støtteorganet bidrar til å øke kabelens styrke, noe som tillater en betydelig reduksjon av tverrsnittet til det sentrale strekkelement (20) .

2. Optisk kabel ifølge krav 1, karakterisert ved at støtteorganet av plast er fremstilt av polyetylen.

3. Optisk kabel ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at glassfibrene er korte fiberstykker som har en lengde på ca. 0,5 cm.

4. Optisk kabel ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at fibrene utgjør mellom 25% og 30% av volumet til materialet i støtteorganet.

5. Optisk kabel ifølge krav 1, 2, 3 eller 4, karakterisert ved at glassfibrene presses inn i plastmassen til støtteorganet slik at de praktisk talt ikke foreligger ved overflaten av det profilerte støtteorgan.

6. Optisk kabel ifølge et av kravene 1-5, karakterisert ved at strekkelementet (20) er fremstilt av epoxyimpregnert glass.

7. Optisk kabel ifølge et av kravene 1-5, karakterisert vedat strekkelementet er fremstilt av glassarmert plast, f.eks. glassarmert polyetylen.

8. Optisk kabel ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at glassfibrene blir ekstrudert sammen med plastmassen.

9. Optisk kabel ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at den dessuten omfatter minst ett ytre støttelag, fortrinnsvis påviklet, omkring støtteorganet 12, samt en ytre, fortrinnsvis ekstrudert beskyttelseskappe av plast.