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PATENTANSPRÜCH E
1. Lichtleiterkabel. gekennzeichnet durch mit Kunststoff umhüllte Lichtleiter(l2) und flexible, mehrfaserige, nichtmetallische Verstärkungsglieder (13) mit geringem Druckwiderstand, welche in einer einzigen Lage schraubenförmig um einen druckresistenten Kern (11) mit glatter Oberfläche verseilt sind, so dass, wenn das Kabel einer Längsspannung unterworfen wird, der Zug auf die Verstärkungsglieder den Kern statt die umhüllten Lichtleiter belastet.
2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (11) eine Kunststoff-Einzelfaser ist.
3. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern ( I I ) eine Kunststoffschnur mit einer einzigen zentralen Faser als Kern ist.
4. Kabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die einzige zentrale Faser eine Glasfaser ist.
5. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern ( I I ) ein stranggezogener Stab ist.
6. Kabel nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsglieder (13) aus Aramid-Fasern bestehen.
7. Kabel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsglieder ( 13) Schnüre aus verseilten Aramidfasern sind.
8. Kabel nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere nichtmetallische Fülladern derselben Abmessungen wie die umhüllten Lichtleiter ( 12) in der einzigen Lage von umhüllten Lichtleitern und Verstärkungsgliedern (13) vorhanden sind.
9. Kabel nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (11) und die ihn umgebende einzige verseilte Lage(l2, 13) von einem äussern Kunststoffmantel (16) umhüllt sind.
10. Kabel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wassersperre ( 15) zwischen dem äussern Mantel (16) und der schraubenförmig verseilten Lage (12, 13) vorhanden ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lichtleiterkabel gemäss dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.
In einem üblichen Lichtleiterkabel ist der oder jeder Lichtleiter aus Siliciumdioxid oder einem Multikomponenten Glas normalerweise mit zwei oder mehr Kunststoffüberzügen versehen, welcher Lichtleiter dann zusammen mit andern Elementen von einem äussern Kabel mantel umschlossen wird. Bei einem typischen Lichtleiter wird der erste Kunststoffüberzug über die Faser normalerweise gleichzeitig mit dem Herunterziehen der Faser aufgebracht, um die Reduktion der Zugfestigkeit der Faser möglichst klein zu machen, welche unmittelbar nach dem Ziehen der Faser einsetzt und welche hauptsächlich auf atmosphärische Einwirkungen auf die Oberfläche der Faser zurückzuführen ist.
Üblicherweise ist dieser erste Überzug sehr dünn und wird mit einer oder mehreren Kunststoffschichten überdeckt, um einen Lichtleiter zu erzeugen, welcher leicht handhabbar ist, ohne dass er allzu leicht zufällig beschädigt werden kann, und welcher insbesondere stark genug ist, um das Verseilen in einer Verseilmaschine zu überstehen.
Bei einem typischen Lichtleiterkabel wird die den optischen Fasern zusammen mit deren Umhüllung eigene Zugfestigkeit erhöht, indem eines oder mehrere Verstärkungsglieder im Kabel vorgesehen werden. Wenn ein metallisches Verstärkungsglied vorgesehen ist, wird es oft als passend angesehen, eine Geometrie zu verwenden, bei welcher das Verstärkungsglied den Kern des Kabels bildet, um welchen Kern die Lichtleiter schraubenförmig verseilt sind. Für diesen Zweck ist Stahl sehr geeignet, da Zugfestigkeit mit Druckfestigkeit und Flexibilität gepaart ist. Wenn jedoch eine Kabelkonstruktion mit metallfreien Verstärkungsgliedern erforderlich ist, verursacht diese Konfiguration etwelche Schwierigkeiten.
Der direkte Ersatz von Stahl durch ein stranggepresstes zentrales Verstärkungsglied des gleichen Durchmessers verschlechtert oft die Güte des Kabels im Hinblick auf die Zugfestigkeit oder auf die Biegsamkeit oder beides. Anderseits ist der Ersatz durch Seile aus Aramidfasern, welche unter dem Markennamen KEVLAR käuflich erhältlich sind, nicht vollständig zufriedenstellend, weil, obwohl solche Seile eine recht hohe Zugfestigkeit aufweisen, sie nicht gut sind bezüglich Knicken, wenn sie einem Längsdruck unterworfen werden.
Es ist nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abart der oben erwähnten Kabelgeometrie mit zentralem Verstärkungsglied anzugeben, bei welchem die Lichtleiter zusammen mit Verstärkungsgliedern in einer einzigen Lage um ein zentrales Verstärkungsglied verseilt sind.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des ersten Anspruchs genannten Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen können den abhängigen Ansprüchen entnommen werden.
Die relativ flexiblen Verstärkungsglieder ergeben keine unzulässige Versteifung des ganzen Kabels, obwohl sie nicht in der Kabelachse liegen. Ebenso wenig bewirkt der zentrale Kern eine unzulässige Steifheit des Kabels, weil er, obwohl er an sich steif ist, in der Kabelachse liegt und einen geringen Durchmesser haben kann, weil sein Anteil an der Gesamtzugfestigkeit des Kabels wegen der ihn umgebenden Verstärkungsglieder nicht sehr gross sein muss. Die Anordnung der Lichtleiter und der Verstärkungsglieder in einer einzigen gemeinsamen Lage bedeutet, dass, wenn das Kabel unter Längsspannung versetzt wird, die Verstärkungsglieder primär auf den zentralen Kern und weniger auf die Lichtleiter drücken. Druck auf die Lichtleiter kann schädlich sein, insbesondere, wenn dieser Druck ungleichmässig rund um die Faseroberfläche verteilt ist.
Es ist zu bemerken, dass die druckaufnehmende Eigenschaft des zentralen Kernes nicht nur nützlich ist als Widerstand gegen ein Ausknicken bei Längsdruck über einen Teil oder dem ganzen Querschnitt, sondern auch als Widerstand gegen Verformung in einer Ebene senkrecht zur Kabelachse, wenn als Ergebnis von auftretender Zugbeanspruchung auf das Kabel der Kern durch die Verstärkungsglieder radial zusammengepresst wird. Eine Verformung dieser Art kann zu nichtannehmbaren asymmetrischen Belastungen der Lichtleiter führen, wenn sie zwischen der Innenwand des Kabelmantels und dem verformten Kern zusammengedrückt werden.
Der zentrale Kern und die diesen umgebende Lage von optischen Fasern und Verstärkungsgliedern werden üblicherweise durch einen Kunststoffmantel umhüllt. Wenn das Kabel gegen Wassereintritt geschützt werden soll, kann eine Wassersperrschicht an der innern Oberfläche dieses Mantels vorgesehen werden, oder es kann ein wassersperrendes Material, z.B. Vaseline, verwendet werden zum Füllen der Zwischenräume im Kabelaufbau.
Anhand der einzigen Figur, welche einen Querschnitt durch das Kabel zeigt, wird nun ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Das Kabel besitzt einen nichtmetallischen zentralen Kern 11, welcher widerstandsfähig gegen Druck sein muss. Dieser Kern hat üblicherweise die Form eines Einzel fadens aus einem Kunststoffmaterial von geeignet hohem Elastizitätsmodul, wie z.B.
Polyamid oder Polypropylen, oder die Form einer Kunststoffschnur mit einem einzelnen Faden als Kern, oder die Form eines Aufbaues mit vielen Fasern, welche vollständig mit Kunststoffmaterial imprägniert sind, um Steifigkeit zu erhalten, wie z.B. einen stranggepressten, glasfaserverstärkten Polyurethanstab. Im vorliegenden Fall wurde eine umhüllte Blindlichtleiterfaserals Kern verwendet, wobei die Blindfaser lediglich als geeigneter Teil verwendet wurde, um welchen Polyamid extrudiert wurde, um ein zylindrisches Element mit 2 mm Durchmesser und glatter Oberfläche zu erhalten. Um diesen Kern 11 wurde schraubenförmig eine einzige Lage einer geeigneten Anzahl von umhüllten Lichtleitern 12 abwechselnd mit nichtmetallischen flexiblen Verstärkungsgliedern 13 verseilt.
Im vorliegenden Beispiel sind vier umhüllte Lichtleiter vorhanden, welche je als Kern eine Glasfaser20 mit einem Durchmesser von 125 um besitzen.
Rund um diesen Kern ist ein primärer Siliciumüberzug 21 mit einer Dicke von 50 um aufgebracht, welcher seinerseits mit einem sekundären Überzug 22 aus Polyamid versehen ist, der einen Aussendurchmesser von 1 mm aufweist. Die Verstärkungsglieder 13 sind Schnüre aus dem bereits erwähnten Aramidmaterial, welche aus imprägnierten Geflechten aus Aramidfasern bestehen. Im vorliegenden Beispiel hat jede Schnur einen Nenndurchmesser von 1,1 mm, ist aber so flexibel, dass sie einen Querschnitt einnimmt, der angenähert dem Raum zwischen zwei benachbarten umhüllten Lichtleitfasern entspricht.
Die umhüllten Lichtleitfasern 12 und die Verstärkungsglieder 13 sind schraubenförmig um den Kern 11 verseilt, und zwar im vorliegenden Beispiel mit einer Schlaglänge im Bereich von 5 bis 50 cm, und werden in dieser Lage durch Umhüllen mit einem Band 14 aus Papier oder Polyester gehalten.
Die ganze Anordnung ist dann bereit für die Ummantelung, sie kann jedoch, falls erwünscht. mit einer Wassersperrre IS z.B. in Form eines Aluminium/Kunststoff-Laminates zwischen dem Band 14 und dem Mantel 16 vorgesehen werden. Der Mantel wird durch Extrusion aufgebracht und kann aus schwarzem Polyäthylen bestehen. Wenn ein besonders dicker Mantel erforderlich ist, z.B. eine Wanddicke von mehr als 1,5 bis 2,0 mm zur Verwendung in einer besonders rauhen Umgebung, wird der Mantel üblicherweise in zwei Stufen aufgebracht, um die Erwärmung der umhüllten Lichtleitfasern zu begrenzen. In diesem Fall wird ein nichtgezeigtes zweites Band um die zuerst extrudierte Schicht gewikkelt, das als Basis für die zweite Extrusion dient.
Es ist auch möglich, die zweite extrudierte Schicht in Form eines losen Rohres aufzubringen, in welchem Fall das zweite Band nicht benötigt wird.
In besondern Anwendungsfällen kann eine oder mehrere der umhüllten Lichtleitfasern in der einlagigen Wicklung weggelassen werden, um ein billigeres Kabel herzustellen.
natürlich mit geringerer Übertragungsmöglichkeit. wobei der Platz der weggelassenen umhüllten Lichtleitfaser durch ein nichtmetallisches Füllstück von gleicher Grösse eingenommen wird, üblicherweise aus einem Kunststoff-Einzelfaden oder einer Kunststoffschnur mit einer Einzelfaser als Kern.
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PATENT CLAIM E
1. Fiber optic cable. characterized by plastic-coated light guides (l2) and flexible, multi-fiber, non-metallic reinforcing members (13) with low pressure resistance, which are stranded in a single layer helically around a pressure-resistant core (11) with a smooth surface, so that when the cable is at a longitudinal tension is subjected to the tension on the reinforcing members of the core instead of the coated light guide.
2. Cable according to claim 1, characterized in that the core (11) is a plastic single fiber.
3. Cable according to claim 1, characterized in that the core (I I) is a plastic cord with a single central fiber as the core.
4. Cable according to claim 3, characterized in that the only central fiber is a glass fiber.
5. Cable according to claim 1, characterized in that the core (I I) is an extruded rod.
6. Cable according to one of the preceding claims, characterized in that the reinforcing members (13) consist of aramid fibers.
7. Cable according to claim 6, characterized in that the reinforcing members (13) are cords of stranded aramid fibers.
8. Cable according to one of the preceding claims, characterized in that one or more non-metallic filler wires of the same dimensions as the coated light guide (12) are present in the single layer of coated light guides and reinforcing members (13).
9. Cable according to one of the preceding claims, characterized in that the core (11) and the surrounding single stranded layer (l2, 13) are encased by an outer plastic sheath (16).
10. Cable according to claim 9, characterized in that a water barrier (15) between the outer jacket (16) and the helically stranded layer (12, 13) is present.
The present invention relates to an optical fiber cable according to the preamble of the first claim.
In a conventional light guide cable, the or each light guide made of silicon dioxide or a multicomponent glass is normally provided with two or more plastic coatings, which light guide is then enclosed by an outer cable sheath together with other elements. In a typical light guide, the first plastic coating over the fiber is usually applied simultaneously with the pulling down of the fiber in order to minimize the reduction in the tensile strength of the fiber which occurs immediately after the fiber is pulled and which is mainly due to atmospheric agents on the surface of the fiber Fiber is attributed.
Usually, this first coating is very thin and is covered with one or more plastic layers to produce a light guide that is easy to handle without being easily damaged accidentally, and that is particularly strong enough to be stranded in a stranding machine to survive.
In a typical optical fiber cable, the tensile strength inherent in the optical fibers together with their sheath is increased by providing one or more reinforcing members in the cable. When a metallic reinforcing member is provided, it is often considered appropriate to use a geometry in which the reinforcing member forms the core of the cable, around which core the light guides are helically stranded. Steel is very suitable for this purpose because tensile strength is combined with compressive strength and flexibility. However, if a cable construction with metal-free reinforcing members is required, this configuration causes some difficulties.
Replacing steel directly with an extruded central reinforcing member of the same diameter often degrades the quality of the cable in terms of tensile strength, flexibility, or both. On the other hand, the replacement with ropes made of aramid fibers, which are commercially available under the brand name KEVLAR, is not completely satisfactory because, although such ropes have a rather high tensile strength, they are not good in terms of kinking when subjected to longitudinal pressure.
It is an object of the present invention to provide a variant of the above-mentioned cable geometry with a central reinforcing member, in which the light guides are stranded together with reinforcing members in a single layer around a central reinforcing member.
This object is achieved by the features mentioned in the characterizing part of the first claim. Advantageous further developments can be found in the dependent claims.
The relatively flexible reinforcing members do not result in an inadmissible stiffening of the entire cable, even though they are not in the cable axis. Neither does the central core cause an inadmissible stiffness of the cable because, although rigid in itself, it lies in the cable axis and can have a small diameter, because its share in the total tensile strength of the cable is not very large due to the reinforcing members surrounding it got to. The arrangement of the light guides and the reinforcing members in a single common position means that when the cable is placed under longitudinal tension, the reinforcing members primarily press on the central core and less on the light guides. Pressure on the light guides can be harmful, especially if this pressure is unevenly distributed around the fiber surface.
It should be noted that the pressure-absorbing property of the central core is useful not only as resistance to buckling under longitudinal pressure over part or all of the cross-section, but also as resistance to deformation in a plane perpendicular to the cable axis when as a result of tensile stress the core is pressed radially onto the cable by the reinforcing members. Deformation of this type can lead to unacceptable asymmetrical loads on the light guides if they are compressed between the inner wall of the cable jacket and the deformed core.
The central core and the layer of optical fibers and reinforcing members surrounding it are usually encased in a plastic jacket. If the cable is to be protected against water ingress, a water barrier layer can be provided on the inner surface of this sheath, or a water barrier material, e.g. Vaseline, used to fill the gaps in the cable structure.
A preferred embodiment of the invention will now be described with reference to the single figure, which shows a cross section through the cable. The cable has a non-metallic central core 11, which must be resistant to pressure. This core is usually in the form of a single thread made of a plastic material with a suitably high modulus of elasticity, e.g.
Polyamide or polypropylene, or the shape of a plastic cord with a single thread as the core, or the shape of a structure with many fibers, which are completely impregnated with plastic material to obtain rigidity, e.g. an extruded, glass fiber reinforced polyurethane rod. In the present case, a clad blind fiber was used as the core, the blind fiber being used only as a suitable part around which polyamide was extruded to obtain a cylindrical member with a 2 mm diameter and a smooth surface. A single layer of a suitable number of coated light guides 12 was alternately twisted helically around this core 11 with non-metallic flexible reinforcing members 13.
In the present example there are four coated light guides, each of which has a glass fiber 20 with a diameter of 125 μm as the core.
A primary silicon coating 21 with a thickness of 50 μm is applied around this core, which in turn is provided with a secondary coating 22 made of polyamide, which has an outer diameter of 1 mm. The reinforcing members 13 are cords made of the aramid material already mentioned, which consist of impregnated braids made of aramid fibers. In the present example, each cord has a nominal diameter of 1.1 mm, but is so flexible that it takes on a cross-section that approximately corresponds to the space between two adjacent coated optical fibers.
The coated optical fibers 12 and the reinforcing members 13 are twisted helically around the core 11, in the present example with a lay length in the range of 5 to 50 cm, and are held in this position by wrapping with a tape 14 made of paper or polyester.
The entire assembly is then ready for the shroud, but can, if desired. with a water barrier IS e.g. be provided in the form of an aluminum / plastic laminate between the band 14 and the jacket 16. The jacket is applied by extrusion and can consist of black polyethylene. If a particularly thick coat is required, e.g. a wall thickness of more than 1.5 to 2.0 mm for use in a particularly harsh environment, the jacket is usually applied in two stages in order to limit the heating of the coated optical fibers. In this case, a second tape, not shown, is wound around the first extruded layer, which serves as the basis for the second extrusion.
It is also possible to apply the second extruded layer in the form of a loose tube, in which case the second band is not required.
In particular applications, one or more of the coated optical fibers in the single-layer winding can be omitted in order to produce a cheaper cable.
naturally with less transmission possibility. the space of the omitted coated optical fiber being taken up by a non-metallic filler of the same size, usually made of a single plastic thread or a plastic cord with a single fiber as the core.