DE10129558A1

DE10129558A1 - Kabel mit einer optische Adern enthaltenden Kabelseele

Info

Publication number: DE10129558A1
Application number: DE10129558A
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Groegl; Thomas Mann
Original assignee: NEXANS FRANCE PARIS SA; Nexans France SAS
Current assignee: Nexans SA
Priority date: 2001-04-21
Filing date: 2001-06-19
Publication date: 2002-10-24

Abstract

Es wird eine optische Ader (1) mit einer Kunststoffhülle (3) beschrieben, in welcher ein oder mehrere Lichtwellenleiter (2) angeordnet sind. Auf der Kunststoffhülle (3) ist eine Armierung (4) aus mindestens einem Metalldraht oder mindestens einem Faden aus hochfestem Kunststoff schraubenlinienförmig gewickelt. Auf der Armierung (4) ist eine Schicht (5) aus einem thermoplastischen Kunststoff angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Ader nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein optisches Kabel nach Anspruch 6 sowie ein optisches Kabel nach Anspruch 13.

Für die Übertragung von Daten werden zunehmend an Stelle von Datenkabeln mit Kupferleitern solche mit optischen Adern eingesetzt.

Optische Adern sind entweder sogenannte Festadern, bei welchen eine optische Glasfaser in mehreren Kunststoffschichten eingebettet ist, oder Hohl- oder Bündeladern, bei welchen ein oder mehrere Lichtwellenleiter lose in einer Kunststoffhülle angeordnet sind. Der Zwischenraum zwischen den Lichtwellenleitern und der Kunststoffhülle (Aderhülle) ist in der Regel mit einer gelartigen Masse ausgefüllt, die eine Ausbreitung von eingedrungenem Wasser in Längsrichtung verhindern soll.

Die herkömmlichen Hohl- oder Bündeladern sind nicht querdruckstabil und von daher für Kabel, die starken mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, nicht einsetzbar. Im Falle von Längsdehnungen oder Stauchungen des Kabels werden die Lichtwellenleiter in den meisten Fällen zerstört. Zumindest erfahren sie aber eine starke Dämpfungszunahme. Das Kabel ist dann für die Übertragung von Daten nicht mehr einsetzbar.

Der vorliegenden Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, eine Hohl- oder Bündelader bereitzustellen, die für den Einsatz in Kabeln geeignet ist, die besonders starken mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt sind.

Des weiteren sollen Kabel angegeben werden, welche in der Lage sind, unter schwierigen Bedingungen optische Signale zu übertragen.

Diese Aufgabe wird durch die in den Anspruch 1, 6 sowie 12 aufgeführten Merkmale gelöst.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die optische Faser in der erfindungsgemäßen Aderhülle sowohl gegen mechanische Belastungen in Längs- und Querrichtung als auch gegen thermische Ausdehnungen geschützt ist. Die Ader weist sehr gute Tieftemperatureigenschaften auf.

Die Erfindung ist anhand der in den Fig. 1 bis 5 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

In Fig. 1 ist eine Hohlader 1 dargestellt, die aus einer optischen Faser bzw. einem Lichtwellenleiter 2 sowie einer die optische Faser bzw. den Lichtwellenleiter 2 umgebenden Aderhülle 3 besteht. Die Aderhülle 3 besteht aus einem geeigneten extrudierbaren Kunststoff wie beispielsweise Polyamid, Polybutylenterephtalat, Polyurethan oder ähnlichen Werkstoffen.

Auf die Aderhülle 3 ist eine Lage 4 aus einem oder mehreren Stahldrähten z. B. Edelstahl aufgeseilt und zwar derart, daß die einzelnen Drahtwindungen sich berühren, d. h. die Windungen liegen dicht an dicht. Soll die Ader metallfrei ausgebildet sein, kann an Stelle des Metalldrahtes auch ein Strang oder mehrere Stränge aus einem hochfesten Kunststoff oder einer Kombination aus Glas oder Aramid mit Kunststoff z. B. Polyamid, oder ähnliche geeignete Kunststoffe verwendet werden. Auf die Lage 4 ist eine Schicht 5 aus thermoplastischem Kunststoff aufextrudiert. Diese Schicht 5 besteht vorteilhafterweise aus thermoplastischen Polyurethan oder Polyamid.

Die Fig. 2 zeigt einen seitlichen Schritt durch eine Ader nach der Lehre der Erfindung. Der Lichtwellenleiter 2 hat eine größere Länge (Überlänge) als die Aderhülle 3. Der Innenraum der Aderhülle 3 ist üblicherweise mit einer gelartigen Masse ausgefüllt.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch eine Ausführungsform eines Kabels mit zwei optischen Adern 1, wie sie in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind. Die Adern 1 sind mit zwei Zugentlastungselementen 6 um ein Kernelement 7 zu einer Kabelseele verseilt. Das Kernelement 7 ist zweckmäßigerweise ein Strang aus Polypropylen oder ein Zugentlastungselement aus Stahl oder hochfestem Kunststoff. Jedes Zugentlastungselement 6 weist einen Kern 6a aus einem Stahlseil sowie einen Mantel 66 aus thermoplastischem Polyurethan auf. Die aus den Adern 1 und den Zugentlastungselementen 6 gebildete Kabelseele ist in einen Mantel 8 eingebettet, der aus einem geeigneten Kunststoff wie z. B. Polyurethan besteht. An Stelle der beiden Zugentlastungselemente 6 können auch zwei optische Adern 1 eingesetzt werden. Über der Kabelseele kann eine nicht dargestellte Bewicklung aus einem Faservlies angeordnet sein, wobei der Mantel 10 und die Faservlieslage miteinander verklebt sind.

Ein solches Kabel hat beispielsweise einen Außendurchmesser von weniger als 9 mm. Es weist eine maximale Zugbelastbarkeit von 300 N auf und hat ein Gewicht von ca. 85 kg/km.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 sind jeweils drei optische Adern 1 zu einem Bündel verseilt, und fünf Bündel sind um ein Kernelement 7 verseilt. Die aus dem Kernelement 7 und den Bündeln bestehende Kabelseele ist von einem zwickelfüllenden Kunststoffmantel 8 umgeben. Auch bei dieser Ausführung kann um die Kabelseele eine mit dem Mantel 8 verklebende Vliesbewicklung vorgesehen sein. Der Mantel 8 besteht vorzugsweise aus einem flammwidrigen halogenfreien Polyurethan.

Ein solches Kabel hat einen Außendurchmesser von 17,5 bis 18 mm und ist mit mindestens 1500 N belastbar.

Das Kabel nach Fig. 5 weist eine Kabelseele bestehend auf mehreren optischen Adern 1 wie aus Fig. 1 und 2 sowie mehreren Druckschutz-/Armierelementen 11 auf. Die Adern 1 und die Druckschutz-/Armierelemente 11 sind zu der Kabelseele verseilt.

Die Druckschutz-Armierelemente 11 sind Seile aus Metalldrähten oder aus Kunststoffsträngen vorzugsweise aus polyaramidverstärktem Kunststoff und weisen eine extrudierte Hülle aus beispielsweise Polyurethan auf.

Wenn ein solches Kabel in feuchter oder nasser Umgebung eingesetzt werden soll, ist es sinnvoll, zwischen den Lagen zumindest eine Bebänderung 12 aus einem bei Zutritt von Feuchtigkeit quellenden Material vorzusehen.

Die Kabelseele ist umgeben von einem Innenmantel 13, der vorzugsweise aus thermoplastischem Polyurethan besteht. Auf den Innenmantel 13 sind zwei Lagen 14 und 15 aus Armierelementen 16 aufgeseilt, wobei die Verseilrichtung der einzelnen Lagen 14 und 15 entgegengesetzt zueinander verläuft.

Die Armierelemente 16 sind Seile, die entweder aus Metall, z. B. rostfreiem Stahl oder für ein metallfreies Kabel aus zugfestem Kunststoff, z. B. polyaramidverstärktem Kunststoff bestehen. Auch die Armierelemente 16 können eine extrudierte Umhüllung aus Polyurethan, Polypropylen oder Polyamid aufweisen. Zwischen den Armierungslagen 14, 15 kann eine Bebänderung 17 aus bei Feuchtigkeitszutritt quellendem Material angeordnet sein.

Ein Außenmantel 18 vorzugsweise aus thermoplastischem Polyurethan umgibt die Armierungslagen 14, 15.

Der Aufbau der Kabelseele ist so konzipiert, daß die Verseillagen die gleiche Faserlänge aufweisen. Die zur Ausfüllung der äußeren Lage der Kabelseele vorgesehenen Armier- bzw. Druckschutzelemente 11 dienen dazu, die Zugfestigkeit sowie die Druck- und Stauchstabilität des Verseilverbandes der Kabelseele zu erhöhen.

Wird von dem Kabel auch eine Übertragung von Energie gefördert, kann eines oder mehrere der Armier-/Druckschutzelemente 11 durch elektrische Adern ersetzt werden.

Die Verseilung und der Aufbau der Armierung ist so aufeinander abgestimmt, daß bei einer Zugbelastung des Kabels zuerst die Armierelemente 16 gleichmäßig und voll tragen, bevor der Verseilverband der Kabelseele überhaupt eine Belastung erfährt. Die einzelnen Lagen 14 und 15 der Armierung sind so ausgestaltet, daß die Armierelemente 16 die gleiche Elementlänge haben. Die Armierungslagen 14, 15 sind weitestgehend torsionskompensiert, beispielsweise durch die sogenannte Kreuzschlagverseilung und ggfs durch Vorformung der einzelnen Armierungselemente 16. Die Armierung 14, 15 ist so dimensioniert, daß bei maximaler zulässiger Dauerlast die einzelnen Lichtwellenleiteradern 1 keine Zugbelastung erfahren. Eine metallfreie Ausführung des Kabels ist erforderlich bei EMV-Problemen, um eine Ortung zu verhindern und um möglichst viel Gewicht einzusparen.

Bevorzugte Abmessungen eines erfindungsgemäßen Kabels sind:

Außendurchmesser der armierten Hohlader	2,5 mm
Außendurchmesser der Druckschutz-Armierelemente	2,5 mm
Außendurchmesser der Kabelseele	12,5 mm
Außendurchmesser des Innenmantels	16,7 mm
Außendurchmesser der 1. Armierungslage	20,7 mm
Außendurchmesser der 2. Armierungslage	21,7 mm
Außendurchmesser der Armierelemente	2,5 mm
Außendurchmesser des Mantels	30,0 mm
Anzahl der Hohladern	12
Anzahl der Druckschutz-Armierelemente	7
Anzahl der Armierelemente der 1. Armierungslage	29
Anzahl der Armierelemente der 2. Armierungslage	35
AL=L<Mechanische Eigenschaften:
AL=L CB=3<Zugbelastbarkeit (Bruchlast)@	Verseilverband der Kabelseele	10 KN
2-lagige Armierung	100 KN
zulässiger Biegeradius	360 mm
Querdruckbeständigkeit	1,5 Mpa
AL=L<Thermische Eigenschaften:
AL=L CB=3<zulässige Temperatur@	unbeweglicher Zustand	-40°C bis +70°C
beweglicher Zustand	-25°C bis +60°C
AL=L<Gewicht des Kabels:
metallfrei	ca. 800 kg/km
metallische Armierung	ca. 1.600 kg/km

Das beschriebene Kabel bestand den sogenannten Flexibilitätstest in einer 5 m langen Scheppkette.

Biegeradien	300 mm
Verfahrgeschwindigkeit	3 m/sec
Beschleunigung	5 m/sec²

Claims

1. Optische Ader (1) mit einer Kunststoffhülle (3), in welcher ein oder mehrere Lichtwellenleiter (2) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Kunststoffhülle (3) eine Armierung (4) aus mindestens einem Metalldraht oder mindestens einem Faden aus hochfestem Kunststoff schraubenlinienförmig gewickelt ist und daß auf der Armierung (4) eine Schicht (5) aus einem thermoplastischen Kunststoff angeordnet ist.

2. Optische Ader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metalldraht ein Draht aus rostfreiem Stahl ist.

3. Optische Ader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden aus Polyaramid oder aus einer Kombination von Polyamid und Polyaramid oder aus glasfaser- oder aramidverstärktem Kunststoff besteht.

4. Optische Ader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Metalldraht bzw. der Kunststoffaden derart auf die Kunststoffhülle (3) aufgewickelt ist, daß sich die Windungen einander berühren.

5. Optische Ader nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (5) aus thermoplastischem Polyurethan oder Polyamid besteht.

6. Optisches Kabel mit einer optischen Ader nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine oder mehrere optische Adern (1), die mit einem oder mehreren zug- und stauchstabilen Strängen (6) oder miteinander zu einer Kabelseele verseilt sind, und einen die Kabelseele umgebenden Kunststoffaußenmantel (10).

7. Optisches Kabel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei optische Adern (1) mit zwei zug- und stauchstabilen Strängen (6) um ein Kernelement (7) verseilt sind.

8. Optisches Kabel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß vier optische Adern (1) um ein zug- und stauchstabiles Kernelement (7) vorzugsweise ein Stahlseil oder ein hochfestes Kunststoffelement verseilt sind.

9. Optisches Kabel nach Anspruch 6, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zug- und stauchstabilen Elemente (6) Stahlseile (6a) oder hochfeste Kunststoffelemente mit einer Umhüllung (6b) aus einem thermoplastischen Kunststoff auf der Basis von Polyurethan oder Polyamid sind.

10. Optische Kabel nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kabelseele eine Bewicklung aus Faservlies aufweist und die Bewicklung mit dem Außenmantel (10) verklebt ist.

11. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere optische Adern (1) vorzugsweise drei bis sechs optische Adern (1) zu einem Bündel verseilt sind, daß mehrere Bündel um ein zentrales Zugentlastungselement zur Kabelseele verseilt sind und daß die Kabelseele von einem zwickelfüllendem Außenmantel aus Kunststoff, vorzugsweise flammwidrigem Polyurethan umgeben ist.

12. Optisches Kabel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Bündel ein Kernelement aus Stahl oder Kunststoff vorgesehen ist.

13. Optisches Kabel, welches aufweist

a) eine Kabelseele mit einer oder mehreren optischen Adern (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
b) zumindest eine über der Kabelseele befindliche Armierungslage (14, 15) aus einer Vielzahl von Strängen (16) aus Metall oder Kunststoff.

14. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kabelseele neben den optischen Adern (1) Armierungselemente (11) vorgesehen sind.

15. Optisches Kabel nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Adern (1) und ggfs die Armierungselemente (11) lagenverseilt sind.

16. Optisches Kabel nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einzelnen Lagen eine Bandierung (12) aus Quellvliesband angeordnet ist.

17. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Armierungselemente (11) in der Kabelseele Stränge aus Metall oder stauchstabilem Kunststoff sind.

18. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kabelseele und der Armierungslage (14, 15) ein Innenmantel (13) vorgesehen ist.

19. Optisches Kabel nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenmantel (13) aus thermoplastischem Polyurethan besteht.

20. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Armierungslage aus mindestens zwei Einzellagen (14, 15) besteht.

21. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die die Armierungslage (14, 15) bildenden Elemente (16) Stränge aus Metall oder Kunststoff sind.

22. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einzelnen Lagen (14, 15) der Armierungslage eine Bandierung (17) aus Quellvliesband angeordnet ist.

23. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Lagen (14, 15) der Armierungslage mit gegenläufigem Schlag verseilt sind.

24. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß über der Armierungslage (15) ein Außenmantel (18) aus Kunststoff vorzugsweise aus thermoplastischem Polyurethan angeordnet ist.

25. Optisches Kabel nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der äußersten Lage (15) der Armierungslage und dem Außenmantel (18) eine Bandierung aus Quellvliesband angeordnet ist.

26. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 13 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere elektrische Adern an Stelle der Armierungselemente (11) vorgesehen sind.