NO853610L

NO853610L - OPTICAL FIBER CABLE.

Info

Publication number: NO853610L
Application number: NO853610A
Authority: NO
Inventors: Peter George Hale
Original assignee: Stc Plc
Priority date: 1984-09-14
Filing date: 1985-09-13
Publication date: 1986-03-17
Also published as: GB2164469A; GB8423266D0; JPS6173915A; GB2164469B; DK417585D0; DK417585A; FR2570510A1

Description

Foreliggende oppfinnelse omhandler optiske fiberkabler. Optiske fiberkabler så som slike fremstilt for undersjøisk telekommunikasjon eller luftgående kraftkabler som innebefatter optiske fibere, har behov for å isolere så langt som mulig fra de optiske fibere strekk-kreftene som ér involvert ved utlegging av kabelen på sjøbunnen og om mulig ved opphenting av kabelen for reparasjon hvis kabelen skulle bli skadet under bruk i tilfelle av en undersjøisk kabel, The present invention relates to optical fiber cables. Optical fiber cables, such as those produced for submarine telecommunications or overhead power cables that contain optical fibers, need to be insulated as far as possible from the optical fiber tensile forces involved when laying the cable on the seabed and, if possible, when retrieving the cable for repair should the cable be damaged during use in the case of a submarine cable,

og lignende strekk-krefter involvert i å opprettholde en luftgående kabel fra tårn hvor kabelen kan bli underkastet vesentlige temperaturforskjeller i løpet av sommer- og vintermånedene. and similar tensile forces involved in maintaining an overhead cable from towers where the cable may be subjected to significant temperature differences during the summer and winter months.

Den tidligere patentspesifikasjon 1.461.151 angikk en optisk fiberkabel hvor de optiske fibere er anbragt inne i et strekkrør og hvor fibrene er lengre enn røret hvor røret er løst anbragt rundt fibrene slik at fibrene og røret er i stand til relevant bevegelse og hvor strekk- og bøykrefter på kabelen i hovedsak blir boret av strekkrøret. I denne patentspesifikasjon er det foreslått at ethvert potensielt strekk på fibrene unngås ved å lage fibrene lenger enn strekkrøret slik at når strekkrøret påføres krefter og strekkes noe vil den overskytende lengde av fibrene inne i røret sikre at fibrene inne i seg selv ikke blir utsatt for strekk. En måte å oppnå denne overskytende lengde på fibrene og som er foreslått i denne tidligere patentspesifikasjon er å mate samlingen av fibere inn i røret med en større hastighet enn den som røret tilvirkes med. The previous patent specification 1,461,151 concerned an optical fiber cable where the optical fibers are placed inside a stretching tube and where the fibers are longer than the tube where the tube is loosely placed around the fibers so that the fibers and the tube are capable of relevant movement and where stretching and bending forces on the cable are mainly absorbed by the tension tube. In this patent specification, it is proposed that any potential stretching of the fibers is avoided by making the fibers longer than the stretching tube so that when the stretching tube is subjected to forces and stretched somewhat, the excess length of the fibers inside the tube will ensure that the fibers inside themselves are not subjected to stretching . One way to achieve this excess length of the fibers and which is suggested in this prior patent specification is to feed the assembly of fibers into the tube at a greater speed than that at which the tube is manufactured.

En annen tidligere patentspesifikasjon 1.487.464 foreslår optiske fiberelementer for bruk ved produksjon av optiske fiberkabler hvor hvert element består av en optisk fiber som ligger løst inne i en rørformig slire som er individu-ell for hver fiber eller et antall fibere og hvor den optiske fiber eller fibrene opptar en større lengde inne i rørsliren enn lengden av sliren i seg selv. Det blir angitt to teknikker for å oppnå dette. For det første er det angitt at sliren kan strekkes under tilvirkning ved å på- føre strekk på denne og så tillate den å slakkes; alternativt kan varmebehandling brukes som ved å holde sliren til-strekkelig varm når den kommer ut fra en avkjølingstank etter ekstruksjon slik at når den avkjøles til romtemperatur, vil den bli vesentlig kortere på grunn av forskjellen i koeffisientene for termisk ekspansjon mellom sliremateri-ale og fiberen eller fibrene. Imidlertid innebefatter disse optiske fiberelementer en slire som kun er ment for å lette behandlingen av de optiske fibere ved produksjon av en kabel. Sliren i seg selv tilfører ingen signifikant strekkstyrke. Enhver strekkstyrke som kreves av kabelen blir fremskaffet av en separat strekkstyrkedel som i ut-førelsesformen vist i patentet består av en sterk wire i sentrum av kabelen rundt hvilken de optiske fiberelementer legges. Med denne anordning er det vanskelig å forutsi hvilken, om noen, strekkavlastning som fremskaffes i den ferdige kabel med hensyn til de krefter som uunngåelig blir tilført de optiske fiberelementer ved opplegg i tilvirkning av kabelen. Foreksempel kan slirene bli strukket under kabeltilvirkning, i hvilket tilfelle det ikke behøver å være noen overskytende lengde av fiberen i den ferdige kabel. Således kan enkelte fibere ende opp med vesentlig strekkavlastning mens andre fibere kan få liten eller ingen strekkavlastning og det vil kreve innviklet og sensitivt utstyr for å sikre at den overskytende lengde av optisk fiber i denne løse slire opprettholdes i den ferdige kabel. Another earlier patent specification 1,487,464 proposes optical fiber elements for use in the production of optical fiber cables where each element consists of an optical fiber which lies loosely inside a tubular sheath which is individual for each fiber or a number of fibers and where the optical fiber or the fibers occupy a greater length inside the pipe sheath than the length of the sheath itself. Two techniques are indicated to achieve this. Firstly, it is stated that the sheath can be stretched during manufacture by applying tension to it and then allowing it to relax; alternatively heat treatment can be used such as by keeping the sheath sufficiently warm when it emerges from a cooling tank after extrusion so that when it cools to room temperature it will be significantly shorter due to the difference in the coefficients of thermal expansion between the sheath material and the fiber or the fibers. However, these optical fiber elements include a sheath which is only intended to facilitate the processing of the optical fibers in the production of a cable. The sheath itself adds no significant tensile strength. Any tensile strength required by the cable is provided by a separate tensile strength part which in the embodiment shown in the patent consists of a strong wire in the center of the cable around which the optical fiber elements are placed. With this arrangement, it is difficult to predict what, if any, strain relief will be provided in the finished cable with regard to the forces that are inevitably applied to the optical fiber elements when laying out the cable. For example, the sheaths may be stretched during cable manufacture, in which case there need not be any excess length of fiber in the finished cable. Thus, some fibers may end up with significant strain relief while other fibers may receive little or no strain relief and it will require complicated and sensitive equipment to ensure that the excess length of optical fiber in this loose sheath is maintained in the finished cable.

Det er mål for foreliggende oppfinnelse å fremskaffe en optisk fiberkabel med strekkavlastning av de optiske fibere på en kontrollert og forutbestemt måte. It is the aim of the present invention to provide an optical fiber cable with strain relief of the optical fibers in a controlled and predetermined manner.

I henhold til foreliggende oppfinnelse er det fremskaffet en fremgangsmåte for å lage en optisk fiberkabel hvor en optisk fiber eller fiberbunt ligger inne i en metallisk hylse hvor fremgangsmåten innebefatter å mate fiberen eller fiberknippet inn i den metalliske hylse før hylsen lukkes og fremskaffe en temperatur-differensial mellom den slutt-ende kjerne og fiberen eller knippet hvor hylsen er varmere enn fiberen eller knippet for å fremskaffe minst 0,1% strekkavlastning. According to the present invention, a method has been provided for making an optical fiber cable where an optical fiber or fiber bundle is inside a metallic sleeve, where the method includes feeding the fiber or fiber bundle into the metallic sleeve before the sleeve is closed and producing a temperature differential between the end-end core and the fiber or bundle where the sleeve is hotter than the fiber or bundle to provide at least 0.1% strain relief.

For at oppfinnelsen lett skal forstås vil det bli henvist til de følgende tegninger hvor: Fig. 1 er et tverrsnitt av en optisk fiberkabel fremstilt i henhold til en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse, Fig. 2 viser en luftgående jordingsledning fremstilt i sam-svar med en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse og, Fig. 3 viser skjematisk et produksjonsarrangement for å danne kabelene i følge fig. 1 eller fig. 2 i henhold til en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. In order for the invention to be easily understood, reference will be made to the following drawings where: Fig. 1 is a cross-section of an optical fiber cable produced according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 shows an aerial grounding cable produced in accordance with a embodiment of the present invention and, Fig. 3 schematically shows a production arrangement for forming the cables according to fig. 1 or fig. 2 according to an embodiment of the present invention.

Under referanse til fig. 1 består kabelen av et optisk fiberknippe bestående av en knippeforsterkning A laget av stålwire med høy strekkstyrke som kan om ønsket være dekket med kobber for å forbedre dens elektriske konduktivitet og belagt med et plastovertrekk Al. Rundt knippeforsterkning-en A ligger åtte enkle sekundære belagte optiske fibere B som holdes i et knippe med forsterkningsdelen A ved hjelp av en fiberknippetvinning C. Det foretrekkes et fibrøst "Kevlar" bånd som i den spesielle utførelsesform som er beskrevet har ca. 200 denier. With reference to fig. 1, the cable consists of an optical fiber bundle consisting of a bundle reinforcement A made of steel wire with high tensile strength which can, if desired, be covered with copper to improve its electrical conductivity and coated with a plastic coating Al. Around the bundle reinforcement A are eight single secondary coated optical fibers B which are held in a bundle with the reinforcement part A by means of a fiber bundle winding C. A fibrous "Kevlar" tape is preferred which in the particular embodiment described has approx. 200 denier.

Fiberknippet ligger løst i en rørformig kjerne dannet av røret E som i foreliggende utførelsesform er av aluminium. Røret E har en enkel deling El ved hvilken det optiske fiberknippet innføres i røret før rørdelen lukkes. Rør-kjernen har en innvending kaliber D. The fiber bundle lies loosely in a tubular core formed by the tube E, which in the present embodiment is made of aluminium. The tube E has a simple division El by which the optical fiber bundle is introduced into the tube before the tube part is closed. The tube core has an objection caliber D.

Det optiske fiberknippet og den sirkulære avstand mellom fiberknippet og den innvendige kaliber D av rørdelen E er impregnert og fylt med en vannblokkerende forbindelse. The optical fiber bundle and the circular distance between the fiber bundle and the internal caliber D of the tube part E are impregnated and filled with a water-blocking compound.

Rundt kjernedelen E er et laminatforseglende belegg eller alternativt en tynn kobbertape F. Dette belegg eller tape er forseglet for å fremskaffe en hermetisk forsegling rundt de optiske fibere. Around the core part E is a laminate sealing coating or alternatively a thin copper tape F. This coating or tape is sealed to provide a hermetic seal around the optical fibers.

Rundt laget eller tapen F er det påført to lag med strekk-forsterkende elementer for kabelen G og H henholdsvis. Det første laget G består av et mindre antall av større stålwirere med høy strekkstyrke som i sammenfatning med et større antall ytre wirere med mindre diameter støtter kjernen og ligger an mot hverandre slik at det dannes en trykkresistent elektrisk konduktiv del med høy strekkstyrke som tilfører strekkstyrken som kabelen må ha. For en undersjøisk kabel kan dette være i størrelsesorden 18 tonn bruddstyrke. Around the layer or tape F, two layers of tension-strengthening elements have been applied for the cable G and H respectively. The first layer G consists of a smaller number of larger steel wires with high tensile strength which, together with a larger number of outer wires of smaller diameter, support the core and abut each other so that a pressure-resistant electrically conductive part with high tensile strength is formed which adds the tensile strength which the cable must have. For a submarine cable, this can be of the order of 18 tonnes breaking strength.

Ekstrudert rundt utsiden av og direkte på det ytre lags styrkewirere er en polyetylenslire J som danner en elekrisk isolering mellom utsiden og enhver elektrisk strøm eller elektrisk signal som ved bruk av kabelen transporteres langs den ledende sentralkjerne E. Extruded around the outside of and directly onto the outer layer of strength wires is a polyethylene sheath J which forms an electrical insulation between the outside and any electrical current or electrical signal carried along the conductive central core E by the use of the cable.

Fig. 2 viser i tverrsnitt en luftgående jordingsledning innebefattende optiske fibere. Fig. 2 shows in cross-section an overhead earthing cable including optical fibres.

Den har en langsgående forsterkning som består av et første lag stålwirere 13 med høy strekkstyrke anbragt rundt et delt aluminiumsrør 11 og dette er omgitt av en ytterligere elektrisk leder av tubulær konfigurasjon som består av et lag alumiumwirere 14 med større diameter. It has a longitudinal reinforcement consisting of a first layer of steel wires 13 with high tensile strength arranged around a split aluminum tube 11 and this is surrounded by a further electrical conductor of tubular configuration consisting of a layer of aluminum wires 14 of larger diameter.

Inne i aluminiumrøret 11 er et antall optiske fibere 10 som holdes sammen og støttes i et knippe av en "Keivar" tvinning ' 9 lignende den som er brukt i utføringsform ifølge fig. 1. Inside the aluminum tube 11 is a number of optical fibers 10 which are held together and supported in a bundle by a "Keivar" twist '9 similar to that used in the embodiment according to fig. 1.

I begge kabeler beskrevet i fig. 1 og 2 er det viktig å innebefatte strekkavlastning til de optiske fibere fordi dette vil forlenge fiberenes livetid ved å redusere eller fjerne strekk-krefter fra fiberene og derved redusere eller eliminere stresskorrusjon og dette vil også øke den sikre belastning på kabelen iløpet av installasjon eller reparasjon ved å redusere det faktiske strekk som oppleves av fiberene. In both cables described in fig. 1 and 2, it is important to include strain relief for the optical fibers because this will extend the life of the fibers by reducing or removing tensile forces from the fibers and thereby reducing or eliminating stress corrosion and this will also increase the safe load on the cable during installation or repair by reducing the actual stretch experienced by the fibers.

Under referanse til fig. 3 er det vist skjematisk et arrangement for fremstilling av kabelene ifølge fig. 1 eller 2 og som innebefatter strekkavlastning. With reference to fig. 3 schematically shows an arrangement for producing the cables according to fig. 1 or 2 and which includes strain relief.

Under referanse til fig. 3 lagres det optiske fiberknippe for kabelen i fig. 1 eller 2 på spole 20 og den metalliske "C"-seksjonsekstrusjon (E eller 11) lagres på spole 21. Fiberknippet kommer inn gjennom den åpne spalte i den ekstruderte "C"-seksjon ved et punkt de to komponentene kommer inn i en induksjonsovn 22. Dette varmer opp "C"-seksjonen til ca. lOO^C og lukkeruller og lukkefarging inkorporeres ved stasjon 23 for å lukke C-seksjons-spalten. Den lukkede "C"-seksjonen og fiberknippet 24 avkjøles så til romtemperatur og kan fortsette gjennom til første kordelloperasjon ("stranding operation") eller kan alternativt lagres temporært på en trommel. Pakke 24 kommer inn i en kordellmaskin 25 hvor første lag av wirere G eller 13 påføres rundt "C"-seksjonen. I tilfelle med en kabel av fig. 1 vil tapen eller båndet F påføres fra spolen Fl før første lag av forsterkninger legges på. Dette er vist ved F2 i fig. 3. Stasjon 25 påføres første lag wirere på konvensjonell måte og pakken 24 eller 24A med første lag wirere (G eller 13) fortsetter indikert av referansenr. 26 til andre kordellmaskin 27 hvor enten aluminiumslegerings-wirere 14 eller påført i tilfelle med kabel ifølge fig. 2 eller alternativt et andre lag av stålwirere H med høy strekkstyrke i tilfelle med kabelen ifølge fig. 1. With reference to fig. 3, the optical fiber bundle for the cable in fig. 1 or 2 on spool 20 and the metallic "C" section extrusion (E or 11) is stored on spool 21. The fiber bundle enters through the open slot in the extruded "C" section at a point the two components enter an induction furnace 22. This heats the "C" section to approx. lOO^C and closing rolls and closing coloring are incorporated at station 23 to close the C-section slit. The closed "C" section and fiber bundle 24 are then cooled to room temperature and may continue through to the first stranding operation or alternatively may be temporarily stored on a drum. Bundle 24 enters a cord machine 25 where the first layer of wires G or 13 is applied around the "C" section. In the case of a cable of fig. 1, the tape or tape F will be applied from the coil Fl before the first layer of reinforcements is applied. This is shown by F2 in fig. 3. Station 25 is applied to the first layer of wires in the conventional manner and the package 24 or 24A of first layer of wires (G or 13) continues indicated by the reference no. 26 to the second cord machine 27 where either aluminum alloy wires 14 or applied in the case of cable according to fig. 2 or alternatively a second layer of steel wires H with high tensile strength in the case of the cable according to fig. 1.

I tilfelle med kabelen ifølge fig. 1 påføres en etterfølg-ende ekstruksjon for polyetylenet J og en ytre panserbe-kledning K på konvensjonell måte. Ved å opprettholde et positivt temperaturdifferensial mellom den metalliske C- seksjon og fiberknippet danner påfølgende termisk sammen-trekning av metallet relativt til fiberene et overskudd av fiberlengde inne i den totale struktur. Faktisk kan, på grunn av differansen i koeffisienter av termisk ekspansjon mellom silica-glass og metaller (ca. 10 ^ og 10 ^ per grad C henholdsvis), begge enheter mates sammen ved den høye temperatur og etter hverandre, og strekkavlastning vil fremdeles erholdes ved lavere arbeidstemperatur eller romtemperatur. Imidlertid vil strekkavlastningseffekten være noe mindre enn ved å opprettholde en positiv temperatur-differensial ved stasjonene 22 og 23. Det er funnet at 0,1% avlastning er minimum som vil fremskaffe brukbar be-skyttelse av fiberen eller fiberene. In the case with the cable according to fig. 1, a subsequent extrusion for the polyethylene J and an outer armor coating K is applied in a conventional manner. By maintaining a positive temperature differential between the metallic C section and the fiber bundle, subsequent thermal contraction of the metal relative to the fibers creates an excess of fiber length within the overall structure. In fact, due to the difference in coefficients of thermal expansion between silica-glass and metals (about 10^ and 10^ per degree C respectively), both units can be fed together at the high temperature and one after the other, and strain relief will still be obtained at lower working temperature or room temperature. However, the strain relief effect will be somewhat less than by maintaining a positive temperature differential at stations 22 and 23. It has been found that 0.1% relief is the minimum that will provide usable protection of the fiber or fibers.

Betrakt foreksempel et aluminiumrør dannet rundt fiberene foreksempel i C-seksjonsrøret. Den termiske ekspansjons-koeffisient til aluminium er ca. 25 x 10 ^ per grad C. Consider, for example, an aluminum tube formed around the fibers, for example in the C-section tube. The thermal expansion coefficient of aluminum is approx. 25 x 10^ per degree C.

En strekkavlastning på 0,25% kan oppnås ved å danne røret ved den ovenfor nevnte temperatur på 100^C over romtemperatur eller arbeidstemperatur. A strain relief of 0.25% can be achieved by forming the tube at the above-mentioned temperature of 100°C above room temperature or working temperature.

I utførelsene beskrevet ovenfor virker aluminium C-seksjons-røret som "krympe"-delen og minkningen blir så effektivt "fiksert" ved påføring rundt C-seksjonsdelen av en del med høy strekkstyrke. In the embodiments described above, the aluminum C-section tube acts as the "shrink" part and the shrinkage is thus effectively "fixed" by applying a high tensile strength part around the C-section part.

Siden fiberene ligger på den nøytrale akse av kabelen vil foreløpig lagring av C-delen på en trommel ikke i vesentlig grad innvirke på strekkavlastningen som allerede er oppnådd. Since the fibers lie on the neutral axis of the cable, temporary storage of the C part on a drum will not significantly affect the strain relief that has already been achieved.

Det optiske fiberknippe i begge utførelsesformer har en pakket tvinning rundt seg og dette fremskaffer et begrenset termisk isoleringslag som hjelper til med å opprettholde et positivt temperaturdifferensial ved stasjonene 22 og 23 i fig. 3. Således oppnår det optiske fiberknippe, selvom det underkastes til en viss grad temperaturer av aluminiumsrør-et når det varmes i induksjonsovnen 22, likevel ikke The optical fiber bundle in both embodiments has a wrapped twist around it and this provides a limited thermal insulation layer which helps maintain a positive temperature differential at stations 22 and 23 in FIG. 3. Thus, the optical fiber bundle, although it is subjected to a certain degree to the temperatures of the aluminum tube when it is heated in the induction furnace 22, nevertheless does not

lOO^C på grunn av isoleringslaget.lOO^C due to the insulation layer.

En bedre termisk isolering kan fremskaffes ved å påføre det optiske fiberknippe silikongummi impregnering. Således under referanse til fig. 3 kan påføring av termisk isola-sjon indikert av den stiplede linje boks 30 impregnere knippet eller i tilfelle av en enkel fiber simpelten bekle fiberen med foreksempel silikongummi. A better thermal insulation can be obtained by applying silicone rubber impregnation to the optical fiber bundle. Thus, with reference to fig. 3 application of thermal insulation indicated by the dashed line box 30 can impregnate the bundle or in the case of a single fiber simply coat the fiber with e.g. silicone rubber.

Selvom det ikke er vist i fig. 3 innebefatter stasjon 22 en injektor for injisering av et vannblokkerende materiale i "C"-seksjonen før lukning av denne for å hindre vann som kan trenge inn i C-seksjonen ved etødeleggelsespunkt under påfølgende bruk idet den trenger inn på langs i kabelens lengde. Denne vannblokkering kan være ved diskret inter-valler langs C-seksjonen. Fortrinnsvis har det vannblokkerende materiale en meget høy viskositet ved romarbeids-temperatur dvs. 10 millioner eps ved ca. 25^C men som er lett injiserbar ved lOO^C. Dette "limer" effektivt fiberknippet til C-seksjonsrøret men tillater relativ "kryping" over lengre perioder foreksempel dager. Det er funnet at disse egenskaper til det vannblokkerende materiale er viktige for å avlaste strekket på fiberen som ikke alltid kan være nøyaktig på kabelen nøytrale akse på grunn av slakk inne i kabelen. Although not shown in fig. 3, station 22 includes an injector for injecting a water-blocking material into the "C" section prior to closing it to prevent water from entering the C-section at the point of destruction during subsequent use as it penetrates lengthwise along the length of the cable. This water blockage can be at discrete intervals along the C-section. Preferably, the water-blocking material has a very high viscosity at room working temperature, i.e. 10 million eps at approx. 25^C but which is easily injectable at lOO^C. This effectively "glues" the fiber bundle to the C-section tube but allows relative "creep" over longer periods eg days. It has been found that these properties of the water blocking material are important to relieve the tension on the fiber which cannot always be exactly on the cable neutral axis due to slack inside the cable.

Claims

1. Method for manufacturing an optical fiber cable where the optical fiber cable or fiber bundle is inside a metallic tube, characterized in that the method includes feeding the fiber or fiber bundle into the metallic tube before the tube is sealed and providing a temperature differential between the closed core of the fiber or bundle where the tube is hotter than the fiber or bundle to provide at least 0.1% strain relief.

2. Method according to claim 1, characterized in that a tensile strength part is applied around the pipe when the pipe has cooled to room temperature or when the temperature of the strength part is greater than that of the pipe.

3. Method according to claim 1 or claim 2, characterized in that the pipe is heated during injection of a water-blocking compound into the pipe and heating is also applied in a subsequent step when the pipe is closed.

4. Method according to claim 3, characterized in that the subsequent step consists of a set of rollers which are heated and a closing ring which is heated.

5. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the tube is a C-section extrusion which is closed to a tube with a circular cross-section.

6. Method according to claim 5, characterized in that the tube is made of aluminium.

7. Method according to any of the preceding claims, characterized in that the layer of strength-adding wires is heated just before they are laid over the pipe.

8. Method according to any of the preceding claims, characterized in that an insulating layer is extruded over the strength-adding wires.

9. Method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that a layer of highly conductive metallic wires, for example copper or aluminium, is laid over the strength-generating wires.

10. Procedure for making a cable essentially as previously described with reference to the accompanying drawings.

11. Cable, characterized in that it is produced by a method according to any of the preceding claims.