DE3024310A1 - Optisches kabel und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents
Optisches kabel und verfahren zu seiner herstellungInfo
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen
Berlin lind München
30 P δ 8 1 2 DE
Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches Kabel mit mindestens einem lose oder fest in einer Schutzhülle
angeordneten optischen Lichtwellenleiter und mit mindestens einem Stützelement.
Kabelaufbauten mit Lichtwellenleitern bieten die generelle Schwierigkeit, daß bei oder nach thermischen Beanspruchungen
sehr leicht Längenänderungen, insbesondere durch Schrumpfung auftreten, welche die Dämpfung als
Folge von unzulässigen Biegungen hinaufsetzen. Es ist bekannt, die Lichtwellenleiter-Faser selbst mit einer
längenstabilisierenden, festaufsitzenden Umhüllung zu umgeben. Weiterhin ist aus der DE-OS 27 28 658 ein optisches
Kabel bekannt, bei dem zusammen mit den Lichtleitfasern zumindest ein Stützelement im Zentrum des
Verbandes verseilt ist. Der aus den Stützelementen und den vorzugsweise in Hohladern angeordneten Lichtwellenleitern
bestehende Kern wird außen mit einer Kunststoffbandage umhüllt und von einem Mantel aus besonders widerstandfähigem
Kunststoff umschlossen.
Diese Stützelemente, welche in erster Linie ein kurzwelliges Verbiegen der Lichtwellenleiter als Folge von
Längenverkürzungen der Hülle verhindern sollen und somit andere Aufgaben erfüllen als die üblichen, den Lichtwellenleiter
vor Zugbeanspruchung schützenden Tragelemente müssen in bestimmten Kabelkonstruktionen dezentral
ver- oder aufgeseilt sein und dann außer der Stützwirkung auch eine hinreichende Flexibilität aufbringen;
sofern sie vollisolierend sein müssen, kommen hierfür nur verseilte oder verzwirnte Garne in Frage,
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C-
8OP δδ 12 DE
Dabei - ergibt sich jedoch die Schwierigkeit, das derartige miteinander verseilte Garne ohne ein entsprechendes
härtendes Verbindungsmittel, welches die einzelnen Garne oder deren Elemente in sich fest verklebt, bei
Längs-Druckkräften keinerlei stützende Wirkung aufweisen. Andererseits dürfen die einzelnen Stützelemente
nicht miteinander verkleben und auch zwischen den Lichtwellenlei ternaoder deren Umhüllung und den Stutζelementen
keine mechanische Verbindungen entstehen, welche die Flexibilität des Kabels in ungünstiger Weise beeinflussen.
Der vorliegenden Erfindung, welche sich auf ein optisches Kabel der eingangs genannten Art bezieht, liegt
die Aufgabe zugrunde, Stützelemente zu schaffen, welche trotz des Aufbaus aus Garnen und auch bei Verwendung
von härtenden Harzen nicht zu einem Verkleben untereinander sowie mit dem Lichtwellenleiter bzw. dessen
Umhüllung führen und in einfachster Weise hergestellt werden können. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch
erreicht, daß das Stützelement aus verseilbaren Garnen besteht, die mit einem härtenden Harz versetzt sind,
und daß die getränkten Garne mit einer geschlossenen Schutzschicht versehen sind, und daß das fertige Stützelement
auf die Schutzhülle des Lichtwellenleiters aufgeseilt ist.
Derartig aufgebaute Stützelemente haben somit die Eigenschaft, daß sie trotz relativ großer Flexibilität hinreichend
steif sind, um gemeinsam,in den Kabelverband ein- oder auf demselben aufgeseilt, eine ausreichende
Stützwirkung aufbringen zu können, wobei gleichzeitig ihre Zug- und Abriebfestigkeit gegenüber ungetränkten
oder getränkten und uneingehüllten Garnen verbessert wird. Innerhalb der Schutzhülle kann das beschriebene
Stützelement auch aus mehreren, miteinander verseilten Garnen bestehen. Die Schutzhülle gestattet auch ein
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»Ρ 66 12 OE
nachträgliches Aushärten des Tränkinittels.
Besonders zweckmäßig werden für das Stützelement Glasgarne verwendet, die gute mechanische Eigenschaften
aufweisen und sich leicht verseilen lassen (handelsübliche Garne aus E- oder I-Glas).
Unter der nachfolgend aufgebrachten Schutzschicht kann das verbindende Harz (Mastix) ohne besondere Maßnahmen
bei mäßigen Temperaturen aushärten, was einen vereinfachten und schnelleren Prozeß bedeutet. Dabei hält
die Kunststoffhülle das harzgetränkte Element etwa rund, auch wenn dieses ohne besondere Sorgfalt aufgewickelt
wurde. Die runde Form des Elementes ist für gleichmäßige Biegbarkeit von wesentlicher Bedeutung.
Die Schutzschicht besteht vorteilhaft aus einer, vorzugsweise
im Schlauchschreckverfahren aufgebrachten Thermoplastschicht, wobei hierfür besonders Fluorpolymere
(FEP, PFA oder PVDF) eingesetzt werden können.
Diese Materialien haben den Vorteil, daß sie auch weitgehend flammresistent sind, was sonst vielfach nur mit
metallischen Stützelementen erreicht werden kann.
Sofern besondere Anforderungen an die Flammwidrigkeit
nicht gestellt werden müssen, lassen sich auch Polyamide, Polyester oder thermoplastische Polyurethane verwenden,
sofern sie/rur den Prozeß erforderliche hohe Molgewicht besitzen.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Kabels, welches dadurch
gekennzeichnet ist, daß die in sich verseilten Garne, vorzugsweise im Verseilbereich, mit dem härtenden Harz
versehen und anschließend mit der Schutzschicht umgeben werden, und daß nachfolgend die weitere Verseilung des
in einer Schutzhülle angebrachten Lichtwellenleiters
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-
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mit dem/den so -hergestellten Stützelementen durchgeführt wird, wobei das Aushärten des erwähnten Harzes
im Stützelement auf einer Spule oder aber auch erst im mit diesen Stützelementen gebildeten Kabel geschehen
kann. Dieser Prozeß bietet die Möglichkeit, die unausgehärteten Stützelemente mit Torsion (ohne Rückdrehung)
einzuseilen.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Teilstück eines Stützelementes,
Fig. 2 einen Querschnitt durch ein nach der Erfindung
aufgebautes Kabel,
Fig. 3 in schematischer Darstellung eine Einrichtung
Fig. 3 in schematischer Darstellung eine Einrichtung
zur Herstellung eines Kabels nach der Erfindung. 20
In Fig. 1 ist der aus einem verseilten Garn, insbesondere Glasgarn bestehende Kern GG eines Stützelementes
SE dargestellt, das außen von einer fest aufsitzenden etwa 20 bis 100 /um dicken Schutzschicht SS umschlossen
ist. Um diese Anordnung als Stützelement SE benutzen zu können, ist es erforderlich, daß die einzelnen Garne
des Kernes GG mit einem entsprechenden Härtungsmittel, insbesondere langsam härtenden Epoxydharz getränkt sind,
bei dessen Aushärtung der Kern zu einem hinreichend steifen, d.h. gegen Ausknicken gesicherten, aber dennoch
noch für das Auftrommeln des Kabels ausreichend flexiblen Gebilde zusammenbäckt. Die Garne können statt aus
Glasfaden auch aus Fäden hochfester Kunststoffe (Aramide) bestehen.
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Bei dem Kabel nach Fig. 2 ist eine Lichtwellenleiter-Faser mit LW bezeichnet und. im Inneren einer Schutzhülle
SH lose angeordnet (Hohlader). Es ist aber auch möglich, den Hohlraum innerhalb der Schutzhülle SH
mit entsprechendem, vorzugsweise weichem Schaumstoff od. dgl. auszufüllen oder "fest", also weich umhüllte
Faser zu verwenden. Auf der Oberfläche des durch die Schutzhülle SH gebildeten Kerns des Kabels ist mindestens
ein Stützelement SE aufgebracht und zwar zweckmäßig aufgeseilt. Im vorliegenden Beispiel ist angenommen,
daß die gesamte Oberfläche der Schutzhülle SH gleichmäßig mit acht Stützelementen SE1, SE2 usw. belegt
ist. Dadurch ergibt sich eine besonders steife Stützkonstruktion und eine unzulässige Stauchung des
den Lichtwellenleiter LW enthaltenden Kerns ist vermieden und damit dieser vor unzulässigen Dämpfungserhöhungen
oder mechanischen Uberbeanspruchung geschützt. Die aus dem Kern und den Stützelementen bestehende
Gesamtanordnung ist außen mit einem Mantel MA. umspritzt, so daß ein hinreichend fester und geschützter Kabelaufbau
entsteht.
Bei der Anordnung nach Fig. 3 sind schematisch drei Spulen G1, G2, G3 dargestellt, welche die Garne für
die Bildung des Kerns des Stützelementes liefern. In einer ersten Verseileinrichtung VSG werden diese Garne,
sofern das Stützelement mehrere Garne enthält, miteinander verseilt und dabei über einen Fülltrichter TRE
das härtende Harz EH, insbesondere in Form von Epoxydharz .zugeführt. Am Ausgang der ersten Verseileinrichtung
VSG liegt somit das verseilte, mit dem Härtemittel getränkte Garnbündel GG vor. In einer nachfolgenden
Spritzmaschine SP wird die dünne Schutzschicht SS aufgebracht, wobei deren Material in einen Fülltrichter
TRP enthalten und mit TP bezeichnet ist. Hierfür werden vorzugsweise thermoplastische Materialien verwendet,
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wobei das Aufziehen selbst zweckmäßig im Schlauchreckverfahren erfolgt. Am Ausgang der Spritzeinrichtung SP
liegt somit ein mit einer Schutzschicht SS versehenes Stützelement SE vor, das entweder auf eine Trommel aufgebracht
wird und, dort aushärtet oder aber direkt weiter verarbeitet wird, in diesem Falle in einer SZ-Verseileinrichtung
VSK. Dieser Verseileinrichtung VSK wird der in einer Schutzhülle SH angeordnete Lichtwellenleiter
LW zugeführt, z.B. von einer entsprechenden Vorratstrommel. Sollen mehrere Stützelemente auf den
Lichtwellenleiter-Kern aufgeseilt werden, so sind entsprechend viele parallele Herstelleinrichtungen entsprechend
dem linken Teil der Fig. 3 vorzusehen. Sofern die Stützelemente SE jedoch aufgetrommelt aufbewahrt
werden, genügt es, Vorratstrommeln in entsprechender Zahl für die Stützelemente SE vorzusehen. In
der Verseileinrichtung VSK wird dann die gewünschte Konfiguration aus Stützelementen SE und aus dem Kern
SH. LW zu einem Bündel zusammengefaßt.
Die Stützelemente SE werden vorteilhaft mit Winkeln
über 80 ° auf den aus SH und LW gebildeten Lichtwellenleiter-Kern gesponnen. Die nachfolgende Ummantelung
erfolgt in einer weiteren Spritzeinrichtung SPM, wobei das Material für die Ummantelung TM in einem Vorratsbehälter
TR enthalten ist. An Stelle des Mantels kann auch eine Bandbespinnung treten. Am Ausgang dieser
Spritzeinrichtung SPM liegt dann das fertig umhüllte Kabel vor.
Sind die Elemente bereits ausgehärtet, empfiehlt es sich, diese im Gleichschlagverfahren aufzuseilen oder
bei SZ-Verseilung vor dem Extruder eine Haltewendel zu setzen. Werden die Elemente in einem Arbeitsgang hergestellt
und verseilt, kann der aufgespritzte Mantel zum Halten der SZ-Verseilung benutzt werden. Nach dem
Aushärteprozeß sind die Elemente nicht nur auf Stauchung
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.f.φ 80P 66 12DE
sondern bei genügend/Fixierung auch auf Zug beanspruchbar.
Die Stützelemente sind somit nach diesem Prozeß der entsprechend umhüllten Faser angepaßt und weitgehend
frei von inneren Spannungen. Außerdem ist die gesamte Anordnung durch den fest aufliegenden Mantel MA auch
hinreichend zusätzlich gegen Ausknicken gesichert.
Die Stützelemente SE weisen zweckmäßig eine Zerreißfestigkeit
von = 500 N/mm bei einem Ε-Modul von
= 25.000 N/mm2 Kernquerschnitt (70.000 N/mm2 auf Glasquerschnitt
bezogen) auf. Sie sind zumindest im gewissen Umfang allein oder ggf. mit zusätzlichen zugfesten
Elementen (z.B. Polyamid-Garnen) auch mit zur Zugentlastung zu verwenden. Bei genügend fester Einfassung
durch den gemeinsamen Mantel oder eine Bespannung wird der Stauchmodul ebenso groß wie der Zugmodul. Stauchbeanspruchungen
bis. zu einigen 10 fahrungsgemäß reversibel möglich.
beanspruchungen bis. zu einigen 10 Stauchung sind er-
Ein einadriges Kabel nach der Erfindung kann beispielsweise
folgendermaßen aufgebaut sein:
| Ader SH | 0 (mm) 1,4 | 30 E . A | 90.000 N | " 4,5 | N |
| GG: 1+6 Glasgarne | " 0,65 | Belastbarkeit ca. | 200 N | N | |
| 25 SS: FEP, 0,1 dick | « 0,85 | kurzzeitig ca. | 400 N | N | |
| 8 Elemente auf | Ader aufgeseilt " 3,1 | Zerreißkraft ca. | 1.000 N | N | |
| MA: PE-Mantel 0,7 | dick | Biegeradius ca. | 40 mm | I ab | |
| Kabeleigenschaften: | |||||
| Elementeigenschaften: | |||||
| 11.250 | |||||
| 25 | |||||
| 50 | |||||
| 125 | |||||
| hängt von Einfassuni |
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BQP 6 6 1 2 HF 302Α310
Die Stauchbelastbarkeit des Kabels hängt von der Stauchlänge
ab. Betrachtet man nur die Stauchkraft des Außenmantels, sind je nach Aufbau der Ader Minus-Temperaturen
von 30 bis 70 0C ohne Dämpfungsanstieg zulässig.
Anstelle einer Bespannung mit Garnen kann ggf. auch eine Bewicklung mit entsprechend getränkten Folien
vorgesehen sein.
3 Figuren
18 Patentansprüche
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Leerseite
Claims (18)
1. Optisches Kabel mit mindestens einem lose oder fest
in einer Schutzhülle angeordneten optischen Lichtwellenleiter, land mit mindestens einem Stützelement, dadurch gekennzeichnet, daß das
Stützelement (SE) aus verseilbaren Garnen (GG) besteht, die mit einem härtenden Harz versetzt sind, daß die
getränkten Garne mit einer geschlossenen Schutzschicht (SS) versehen sind, und daß das fertige Stützelement
(SE) auf die Schutzhülle (SH) des Lichtwellenleiters (LV) aufgeseilt ist.
2. Optisches Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das härtende Harz
langsam härtend, insbesondere als Epoxydharz ausgebildet ist.
3. Optisches Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schutzschicht (SS) aus einer, vorzugsweise im Schlauchschreckverfahren aufgebrachten Thermoplastschicht
besteht.
4. Optisches Kabel nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Thermoplastschicht
aus einem Fluorpolymer besteht.
5. Optisches Kabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Thermoplastschicht
aus Polyester, Polyamid oder thermoplastischem Polyurethan besteht.
6. Optisches Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schutzschicht 20 bis 100 /um stark ausgebildet ist.
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ORIGINAL INSPECTED
, 80 P 6 6 ί 2 DF
7. Optisches Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Garne (GG) aus Glasgarnen gebildet sind.
8. Optisches Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet,
daß die Garne (GG) aus Aramidfasern gebildet sind.
9. Optisches Kabel nach einem der vorhergehenden Anspräche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Stützelement (SE) mit einem Verseilwinkel =80° verseilt ist.
10.Optisches Kabel nach einem der vorhergehenden Anspräche,
dadurch gekennzeichnet, daß die den Lichtwellenleiter enthaltende Schutzhülle (SH) allseitig von Stützelementen (SE1, SE2 ...) umgeben
ist.
11. Optisches Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß auf dem Stützelement (SE) ein äußerer Mantel (MA) angebracht ist.
12. Optisches Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet,
daß anstelle einer Bespinnung mit Garnen eine Bewicklung
mit entsprechend getränkten Folien vorgesehen ist.
13. Optisches Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche ,dadurch gekennzeichnet,
daß die Stützelemente (SE), ggf. mit zusätzlichen Elementen (z.B. Aramid-Garnen) auch als Zugelemente verwendet
sind.
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14. Verfahren zur Herstellung eines optischen Kabels
nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß die verseilten
Garne (GG) vorzugsweise im Verseilbereich mit dem härtenden Harz versehen und anschließend mit der
Schutzschicht (SS) umgeben werden, und daß nachfolgend die weitere Verseilung des in einer Schutzhülle
(SH) angebrachten Lichtwellenleiter (LW) mit dem/den Stützelement(en) (SE) durchgeführt wird.
10
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß nach der weiteren Verseilung
die Gesamtanordnung mit einem äußeren Mantel (MA) umspritzt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15»
dadurch gekennzeichnet, daß das ganze Kabel zum Aushärten des Harzes auf mäßige Temperaturen erwärmt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß die Erwärmung beim Auf
spritzen des äußeren Mantels (MA) durchgeführt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17 , dadurch gekennzeichnet, daß die
Stützelemente im SZ-Verfahren aufgeseilt werden.
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| DE3024310A DE3024310C2 (de) | 1980-06-27 | 1980-06-27 | Optisches Kabel und Verfahren zu seiner Herstellung |
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