устройство для предупреждения повреждения кабелей при прокладке кабельных линий

Формула изобретения

1. Магнитная муфта для прокладки кабелей, содержащая два элемента, которые соединяются первым и вторым крепежными устройствами соответственно с кабелем и с тянущим тросом и во время работы удерживаются в собранном виде силой магнитного притяжения и отсоединяются друг от друга в тот момент, когда приложенное к кабелю усилие натяжения достигает заданной величины.

2. Магнитная муфта по п.1, в которой первый элемент имеет магнитную часть, а второй элемент имеет часть, которая притягивается к первому элементу муфты под действием магнитного поля.

3. Магнитная муфта по п.2, у которой предусмотрена возможность изменения площади контакта между магнитной частью первого элемента и притягиваемой к ней под действием магнитного поля магнитной частью второго элемента.

4. Магнитная муфта по п.3, у которой площадь контакта между магнитной частью первого элемента и притягиваемой к ней под действием магнитного поля магнитной частью второго элемента определяется формой рабочей поверхности магнитной части второго элемента муфты.

5. Магнитная муфта по п.1, первый элемент которой имеет выполненный в виде стержня охватываемый соединительный элемент, который при сборке муфты вставляется в выполненный в виде стакана охватывающий соединительный элемент второго элемента муфты.

6. Магнитная муфта по п.5, у которой охватывающий соединительный элемент выполнен в виде стакана цилиндрической формы, в который по скользящей посадке вставляется имеющий соответствующие размеры, выполненный в виде стержня охватываемый соединительный элемент муфты.

7. Магнитная муфта по п.5, у которой охватывающий соединительный элемент имеет внутри втулку, в торец которой при сборке муфты упирается охватываемый соединительный элемент муфты.

8. Магнитная муфта по п.7, у которой торец внутренней втулки охватывающего соединительного элемента имеет определенную площадь контакта с другим элементом муфты, от которой зависит усилие, при котором происходит расцепление муфты.

9. Магнитная муфта по п.1, у которой первое и/или второе крепежные устройства имеют шарнирное соединение.

10. Магнитная муфта по п.1, у которой первое и/или второе крепежные устройства содержат шарнирную петлю.

11. Магнитная муфта по п.2, у которой один из двух ее элементов содержит сменный элемент, которым можно заменить другой сменный элемент, изменив тем самым напряженность магнитного поля, под действием которой два элемента муфты притягиваются друг к другу.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к прокладке кабелей и, в частности, к устройству для предупреждения повреждения кабелей при прокладке кабельных линий.

В настоящее время для передачи речи и данных конечным пользователям обычно используют кабели в виде так называемых медных витых пар (два скрученных изолированных медных провода), которые протягивают над потолком помещения или под землей на достаточно большие расстояния, достигающие иногда нескольких сотен метров. Большой проблемой, возникающей при прокладке таких кабелей, является возможное повреждение кабеля, которое связано с чрезмерным натяжением кабеля и возникновением больших напряжений в витых парах, заключенных в изолирующую оболочку кабеля. Уменьшение расстояния между витыми парами сопровождается увеличением помех, возникающих в результате влияния каналов друг на друга, и уменьшением эффективности витых пар. Кроме того, в процессе прокладки кабельных линий и натяжения кабеля часто происходит обрыв одного или нескольких проводов.

Обычно при прокладке кабельных линий монтажники используют намотанные на барабаны провода длиной 500 м. При этом, например, при прокладке кабельных линий в помещениях с четырьмя отдельными линиями монтажники одновременно протягивают провода, намотанные на четыре отдельных барабана. В этом случае, как очевидно, монтажникам приходится протянуть, начиная от исходной точки, около 2 км провода. Такая работа достаточно часто сопровождается повреждением кабеля.

При разработке стандартов Cat 6/7 были сформулированы новые требования к изготовителям кабелей, направленные на повышение их эффективности и расширение полосы пропускания. С учетом этих требований была разработана новая экранированная фольгой витая пара (ЭФВП). В таком кабеле каждый провод витой пары заключен в алюминиевую фольгу. Все заключенные в алюминиевую фольгу витые пары покрыты еще одним слоем фольги и заключены в наружную оплетку из проволоки. Имеющий такую конструкцию кабель позволяет увеличить скорость передачи данных приблизительно до 200 гигабайт в секунду против 100 мегабайт в секунду при использовании обычных витых пар. Такая скорость передачи данных, однако, существенно зависит от точности расположения проводов витой пары внутри оболочки кабеля.

Обычно конфигурация таких кабелей из медных проводов меняется при их натяжении с усилием, превышающим 50 Н (5 кг). Изготовители экранированных фольгой витых пар четко определяют допустимые нагрузки, которые могут выдержать при натяжении вручную выпускаемые ими кабели и которые зависят от конфигурации кабеля и для кабелей типа 1×4 составляют 50 Н (5 кг), для кабелей типа 2×4 составляют 75 Н, для кабелей типа 3×4 составляют 100 Н, а для кабелей типа Х×4 составляют Х×25+25 Н (максимально 200 Н).

Прокладка таких кабелей может занимать достаточно много времени. Поскольку в процессе прокладки кабельных линий монтажник не может точно контролировать величину приложенного к кабелю усилия натяжения, которое может превысить допустимую величину, обычно повреждение кабеля устанавливается в результате соответствующей проверки только после полного завершения всех монтажных работ. При обнаружении повреждения кабеля монтажники вынуждены снова выполнить весь объем монтажных работ, непроизводительно затрачивая на них достаточно много времени. Необходимость замены поврежденных кабелей новыми заметно увеличивает стоимость работ. Цена одной бобины высококачественной экранированной фольгой витой пары (ЭФВП) составляет в настоящее время в розничной продаже около 185 английских фунтов стерлингов.

Проблемы, с которыми приходится сталкиваться в течение многих последних лет при прокладке кабельных линий, связаны не только с использованием кабелей с медными проводами. При появлении волоконных кабелей для решения этих проблем при прокладке кабелей стали использовать специальные предохранительные устройства, выпускаемые, в частности, фирмой Condux International, Inc. Разработанные этой фирмой устройства крепят к соответствующим концам прокладываемого кабеля и натяжного троса или каната. Такие устройства обычно состоят из двух цилиндрических втулок, шарнирно соединенных между собой изнутри металлическим разрываемым стержнем. Изготовленный с высокой точностью металлический стержень должен рваться строго при определенном усилии, которое должно быть меньше предельно допустимого усилия натяжения кабеля. При прокладке кабельных линий в зависимости от усилия разрыва стержня, которое определяется допустимой нагрузкой на кабель, используют разные металлические стержни.

Однако такие устройства непригодны для использования при прокладке кабельных сетей с непрочными медными проводами типа ЭФВП. Волоконно-оптические кабели обладают большей прочностью, чем медные, и поэтому в таких устройствах цилиндрические втулки соединяют между собой металлическими стержнями, рассчитанными на передачу усилий от 667 до 8006 Н. Такие расчетные нагрузки намного превышают допустимые нагрузки на натяжение кабелей с медными проводами, и в настоящее время отсутствует всякая возможность изготовления металлических стержней, которые разрушались бы при очень небольших допустимых нагрузках, установленных для кабелей с медными проводами (жилами). Связано это в первую очередь с тем, что с уменьшением диаметра металлического стержня существенно усложняется контроль усилия, при котором происходит разрыв стержня.

Для решения этой проблемы в настоящем изобретении предлагается магнитная муфта для прокладки кабелей, содержащая два элемента, которые соединяются первым и вторым крепежными устройствами соответственно с кабелем и тянущим тросом и во время работы удерживаются в собранном виде силой магнитного притяжения и отсоединяются друг от друга в тот момент, когда приложенное к кабелю усилие натяжения достигает заданной величины.

Как уже было отмечено выше, настоящее изобретение в первую очередь относится к прокладке кабелей, которые очень легко подвержены повреждению из-за высокой точности расположения проводов внутри оболочки кабеля, от которой существенным образом зависят характеристики кабеля. Перегрузка кабеля (т.е. его натяжение с усилием, большим заданной величины), как правило, приводит к повреждению кабеля. При протягивании кабелей с использованием предлагаемой в изобретении магнитной муфты ее элементы автоматически расцепляются в тот момент, когда усилие натяжения кабеля достигает определенной величины. По внезапному уменьшению усилия натяжения монтажник может определить, что создаваемое им усилие натяжения достигло критической величины, но при этом не привело к повреждению кабеля. В этой ситуации монтажник может быстро и легко изменить усилие расцепления магнитной муфты и продолжить прокладку кабеля. Предлагаемая в изобретении магнитная муфта исключает необходимость в проведении специальной проверки состояния окончательно проложенного кабеля и благодаря этому позволяет существенно сократить время, необходимое для прокладки кабельной линии. (Поврежденные провода обычно имеют невидимые снаружи повреждения и, как правило, остаются внутри оболочки кабеля). Кроме того, использование предлагаемой в изобретении магнитной муфты существенно снижает общие затраты на прокладку кабельной линии с новыми и достаточно дорогими кабелями, которые при чрезмерном усилии натяжения при любых условиях остаются целыми в результате расцепления муфты.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения первый элемент муфты имеет магнитную часть, а второй ее элемент имеет часть, которая притягивается к первому элементу муфты под действием магнитного поля. Магнитную часть первого элемента муфты можно выполнить в виде постоянного магнита, напряженность магнитного поля которого не изменяется в течение всего срока службы магнитной муфты (точнее до момента замены магнита). Ту часть второго элемента муфты, которая притягивается под действием магнитного поля к первому элементу, изготавливают из материала, который притягивается к постоянному магниту первого элемента муфты (в частности, из материала на основе железа, например чугуна). Очевидно, что в другом варианте можно использовать муфту, оба элемента которой имеют соответствующие магниты.

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения в предлагаемой в нем муфте можно менять площадь контакта между магнитной частью первого элемента и притягиваемой к ней под действием магнитного поля магнитной частью второго элемента. Изменив площадь контакта между магнитными частями первого и второго элементов муфты, можно изменить усилие, при котором происходит расцепление муфты. Необходимо отметить, что усилие, при котором происходит расцепление муфты, можно также изменить путем изменения напряженности магнитного поля магнитной части первого элемента муфты (или одновременно обоими этими способами в их сочетании). В простейшем случае изменять площадь контакта, от которой зависит усилие, при котором происходит расцепление муфты, можно при соответствующей механической обработке магнитной части первого элемента муфты. Такой способ обеспечивает возможность более точного задания усилия, при котором происходит расцепление муфты. Необходимую площадь контакта между магнитной частью первого элемента и притягиваемой к ней под действием магнитного поля магнитной частью второго элемента можно обеспечить за счет придания соответствующей формы рабочей поверхности магнитной части второго элемента муфты. Для этого также можно определенным образом механически обработать поверхность магнитной части первого элемента муфты, однако такой способ требует достаточно сложной обработки магнита и не является оптимальным также по той причине, что изменение формы магнита сопровождается изменением не только площади контакта, но и напряженности магнитного поля.

В следующем предпочтительном варианте осуществления изобретения первый элемент магнитной муфты имеет выполненный в виде стержня соединительный элемент, который при сборке муфты вставляется в охватывающий его соединительный элемент второго элемента муфты (очевидно, что охватывающий и охватываемый соединительные элементы муфты можно поменять местами). Охватывающий соединительный элемент муфты предпочтительно выполнить в виде цилиндрического стакана, который исключает необходимость дополнительной центровки осей соединяемых элементов и упрощает сборку муфты. Очевидно, однако, что соединительные элементы муфты могут иметь и любую иную форму и любое иное конструктивное исполнение.

Выполненный в виде стержня соединительный элемент муфты предпочтительно должен вставляться в охватывающий его стакан по скользящей посадке. Соединение элементов муфты по скользящей посадке исключает возможность расцепления муфты во время прокладки кабеля под действием изгибающих усилий и одновременно не создает дополнительного сопротивления для расцепления муфты при определенной величине тягового усилия. Выполненный в виде стакана охватывающий соединительный элемент муфты удерживает все элементы муфты в требуемом положении при любой величине приложенного к муфте бокового усилия. Выполненная таким образом муфта расцепляется только под действием силы, приложенной к ней параллельно направлению натяжения кабеля. Сборка элементов муфты по скользящей посадке позволяет также после расцепления муфты легко воспроизвести их исходное положение в снова собранной муфте. Тем самым обеспечивается постоянство усилия, под действием которого происходит расцепление муфты.

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения охватывающий соединительный элемент муфты имеет внутри втулку, в торец которой при сборке муфты упирается охватываемый соединительный элемент муфты. Такая конструкция и точное взаимное расположение соединяемых между собой элементов муфты обеспечивает постоянство усилия, под действием которого происходит расцепление муфты. Торец внутренней втулки охватывающего соединительного элемента муфты имеет определенную площадь контакта с другим элементом муфты, от которой зависит усилие, при котором происходит расцепление муфты. Чем больше будет площадь контакта втулки с магнитной частью первого элемента муфты, тем большее усилие потребуется приложить к муфте для ее расцепления. В одном из вариантов осуществления изобретения торец внутренней втулки охватывающего соединительного элемента муфты предлагается выполнить в виде венца со множеством зубьев, изменив расстояние между которыми, можно соответствующим образом изменить и площадь контакта магнитных элементов муфты.

Первое и/или второе крепежные устройства предлагаемой в изобретении магнитной муфты предпочтительно должны иметь шарнир. Наличие шарнира обеспечивает возможность поворота муфты относительно оси протягиваемого кабеля и защищает кабель от скручивания. Первое и/или второе крепежное устройство предпочтительно содержит шарнирную петлю, к которой крепится кабель или тянущий трос.Такая петля придает муфте определенную гибкость и снижает опасность повреждения кабеля.

Усилие, которое может выдержать каждый конкретный кабель, обычно зависит от типа кабеля и количества одновременно протягиваемых кабелей. Номинальные значения нагрузок, которые выдерживают при натяжении разные кабели, указаны выше в описании предпосылок создания изобретения. Поэтому один из двух элементов муфты предпочтительно должен иметь съемный элемент, который при необходимости можно заменить другим таким же элементом, позволяющим изменить величину усилия, под действием которого элементы муфты притягиваются друг к другу.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения предлагаемая в нем магнитная муфта имеет набор разных сменных магнитных элементов, которые в собранной муфте взаимодействуют друг с другом и создают разное усилие притяжения. Каждый такой магнитный элемент рассчитан на определенное усилие, при котором происходит расцепление муфты. Предлагаемая в изобретении муфта может иметь три сменных магнитных элемента, рассчитанных на передачу усилий, указанных выше в описании предпосылок создания изобретения. При наличии таких сменных магнитных элементов предлагаемую в изобретении муфту можно использовать для прокладки кабелей с допустимой нагрузкой 50, 75 или 100 Н (предпочтительно не более 200 Н). Необходимо отметить, что изобретение не ограничено этими конкретными вариантами и не исключает возможности использования в предлагаемой муфте другого количества сменных магнитных элементов, рассчитанных на передачу разных усилий. Наличие сменных взаимозаменяемых магнитных элементов существенно расширяет возможности предлагаемой в изобретении муфты и создает предпосылки для прокладки принципиально новых кабельных линий. Так, например, предлагаемую в изобретении муфту со специально изготовленным сменным магнитным элементом, рассчитанным на передачу сравнительно небольшого усилия, можно использовать для прокладки кабельных линий из новых проводов, менее прочных по сравнению с проводами, известными в настоящее время.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере некоторых, не ограничивающих объем изобретения вариантов его возможного осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:

на фиг.1 и 2 - предпочтительный вариант возможного выполнения предлагаемого в изобретении устройства, изображенного в двух разных рабочих положениях, и

на фиг.3а и 3б - два предпочтительных варианта выполнения внутренней части притягиваемого под действием магнитного поля элемента предлагаемого в изобретении устройства.

Как показано на фиг.1, предлагаемое в изобретении устройство (магнитная муфта) состоит из двух основных элементов: открытого с одной стороны стакана, внутри которого расположен магнит (магнитный элемент 10 устройства), и притягиваемого к нему под действием магнитного поля элемента 20. Во время прокладки кабельной линии и протягивании кабеля оба элемента магнитной муфты притянуты друг к другу под действием магнитного поля, создаваемого магнитным элементом муфты. При прокладке кабельной линии магнитный элемент муфты шарниром 50 и петлей 40 соединяют с протягиваемым кабелем 30. Притягиваемый к магниту элемент муфты соединяют шарниром 80 и петлей 70 с самим кабелем 60. Обычно при прокладке кабельной линии кабель помещают внутрь плотно прижатого снаружи к кабелю металлического чулка 90, который надежно удерживает кабель на месте. Фактически петля 70 соединяется с металлическим чулком кабеля. Наличие шарниров обеспечивает необходимую податливость кабеля в процессе прокладки кабельной линии и исключает возможное скручивание кабеля.

Притягиваемый к магниту элемент муфты должен быть механически обработан с достаточно высокой точностью, чтобы при растяжении основных элементов муфты с определенным усилием в результате расцепления муфты натяжение кабеля падало до его перегрузки и повреждения (см. фиг.2). Расцепление муфты служит сигналом, по которому монтажник сразу же может определить, что приложенное им к кабелю усилие превышает допустимые пределы.

В отличие от известных предохранительных устройств, используемых при прокладке кабельных линий, два основных элемента предлагаемой в изобретении муфты, которые притягиваются друг к другу под действием магнитного поля, расцепляются при сравнительно низкой величине усилия натяжения, предельные значения которой указаны выше в описании предпосылок создания изобретения. Предлагаемое в изобретении устройство не содержит никаких требующих регулярной замены элементов, в частности разрушающихся при перегрузке кабеля металлических стержней, и имеет несколько сменных деталей, которые используются по мере необходимости. Такая конструкция предлагаемого в изобретении устройства обеспечивает его исключительно высокую надежность. По существу в настоящем изобретении предлагается приспособление для прокладки кабельных линий, использование которого позволяет существенно повысить производительность труда монтажников. Кроме того, используемые в предлагаемой в изобретении магнитной муфте шарниры и петли можно изготовить из легкого материала, например алюминия, изготовив одновременно относительно легкими и два ее основных элемента. Использование легких материалов позволяет изготовить муфту, общий вес которой не превышает 200 г. Работа с такой легкой муфтой позволяет избежать повреждения кабелей (например при расцеплении и падении муфты на кабель).

На фиг.3а и 3б показана механически обработанная внутренняя часть двух притягиваемых к магниту элементов муфты, которые расцепляются с магнитом при разном усилии натяжения кабеля. Притягиваемый к магниту элемент муфты имеет наружный корпус или стакан 100, внутри которого расположена втулка 110 с имеющими различное исполнение торцами 120, 125. Размеры обработанной с высокой точностью втулки и площадь ее торца определяют величину усилия, при котором происходит расцепление магнитной муфты. Чем больше будет площадь торца втулки, тем больше будет усилие притяжения втулки к магниту и соответственно усилие, которое нужно приложить к муфте для ее расцепления. На фиг.3а показана втулка с зубчатым торцом 120 (окрашенные в черный цвет зубья разделены белыми промежутками). На фиг.3б показана втулка со сплошным торцом 125, которая притягивается к магниту с большим усилием, чем втулка с зубчатым торцом, показанным на фиг.3а. Обусловлено это тем, что втулка, показанная на фиг.3б, имеет большую площадь контакта с магнитом, чем втулка, показанная на фиг.3а. В этой связи следует отметить, что одним из факторов, определяющих параметры предлагаемой в изобретении муфты, является также толщина втулки, которая притягивается к магниту под действием создаваемого им магнитного поля.

Помимо точной механической обработки самой втулки необходимо обеспечить и плотное прилегание ее торца к магниту другого элемента муфты. Добиться этого можно с помощью наружного корпуса (стакана) втулки, геометрия которого обеспечивает возможность точного воспроизведения взаимного положения соединяемых между собой элементов муфты. Наличие такого стакана, кроме того, гарантирует постоянную величину усилия, под действием которого происходит расцепление муфты. Помимо этого плотная посадка магнита в стакан, внутри которого находится втулка притягиваемого к магниту элемента муфты, удерживает в собранном виде притянутые друг к другу под действием магнитного поля элементы муфты, нагруженной возникающей во время прокладки кабеля силой изгиба, и обеспечивает расцепление муфты только под действием силы натяжения кабеля. Иными словами, наружный корпус притягиваемого к магниту элемента муфты удерживает муфту в собранном виде при любых действующих на муфту боковых усилиях. Расцепление предлагаемой в изобретении магнитной муфты происходит только под действием силы, параллельной направлению натяжения кабеля. Очевидно, что при расцеплении муфты под действием силы, меньшей усилия, необходимого для прокладки кабеля, кабель остается целым, однако при этом монтажники должны постоянно перебирать муфту, меняя соответствующим образом ее магнитные элементы.

Необходимо также отметить, что поверхность магнита, к которой притягивается другой элемент муфты, должна быть максимально чистой. Очевидно, что наличие грязи на рабочей поверхности магнита снижает усилие, при котором происходит расцепление муфты.

Предлагаемую в изобретении магнитную муфту предпочтительно хранить в показанном на фиг.1 собранном виде. Хранение муфты в таком состоянии препятствует попаданию грязи на рабочую поверхность магнита. При необходимости загрязненную рабочую поверхность магнита, к которой притягивается другой элемент муфты, можно легко протереть, полностью очистив от грязи.

Еще одним преимуществом муфты, предлагаемой в предпочтительном варианте осуществления изобретения, является наличие в ней шарниров 50, 80, которые обеспечивают возможность перемещения соответствующего элемента муфты относительно тянущего троса или кабеля. Предлагаемая в изобретении магнитная муфта имеет очень небольшие размеры и не цепляется за внешние предметы при прокладке кабеля.

Для возможности использования предлагаемой в изобретении магнитной муфты с различными притягиваемыми к магниту элементами и прокладки кабелей с разным допустимым натяжением в корпусе притягиваемого к магниту элемента выполнено резьбовое отверстие 130, в которое ввертывается резьбовой хвостовик шарнира 80. Наличие такого резьбового соединения позволяет в любой момент заменить один притягиваемый к магниту элемент муфты другим. В одном из вариантов осуществления изобретения предлагаемая в нем магнитная муфта имеет набор из трех разных притягиваемых к магниту элементов. Каждый такой элемент рассчитан на одну из трех нагрузок, указанных выше в описании предпосылок создания изобретения. Очевидно, однако, что настоящее изобретение не ограничено этим вариантом и что количество притягиваемых к магниту элементов муфты может быть и иным. Возможность замены одного притягиваемого к магниту элемента муфты другим позволяет использовать предлагаемую в изобретении магнитную муфту для прокладки самых разных кабельных линий из проводов, создание которых обусловлено последними достижениями кабельной промышленности. Так, например, при появлении на рынке новых и менее прочных проводов в предлагаемую в изобретении магнитную муфту можно установить специально изготовленный для этой цели притягиваемый к магниту элемент, рассчитанный на прокладку кабелей с низким допустимым усилием натяжения.

Необходимо отметить, что изобретение относится не только к описанному выше варианту выполнения муфты со сменными притягиваемыми к магниту элементами, но и к муфте с незаменяемым притягиваемым к магниту элементом. В этом варианте осуществления изобретения для получения муфты с заданным усилием расцепления необходимо соответствующим образом выбрать напряженность магнитного поля, создаваемого магнитом муфты. Проще, однако, для создания муфты с заданным усилием расцепления соответствующим образом механически обработать рабочую поверхность элемента, притягиваемого к магниту элемент муфты. Такой вариант обеспечивает возможность более точно контролировать натяжение кабеля, при котором происходит расцепление муфты.

Следует также отметить, что настоящее изобретение относится не только к прокладке кабельных линий из медных ЭФВП, но и к прокладке любых других кабелей. Однако в первую очередь предлагаемая в изобретении магнитная муфта позволяет защитить от повреждения относительно непрочные кабели, поскольку имеющийся в ней магнитный элемент и притягиваемый к нему элемент могут расцепляться при натяжении кабеля с усилием, которое намного меньше в аналогичных устройствах, используемых при прокладке кабелей в настоящее время.