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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Übertragungselementes
sowie ein optisches Übertragungselement,
bei dem ein Lichtwellenleiter innerhalb einer Hülle von einer Füllmasse
umgeben ist.
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Optische Übertragungselemente
wie optische Kabel oder optische Adern weisen im Allgemeinen einen
oder mehrere Lichtwellenleiter auf, die innerhalb einer Aderhülle angeordnet
sind. Um zu verhindern, dass an einem Installationsende eines derartigen
optischen Übertragungselements
oder an Beschädigungsstellen
des optischen Übertragungselements
Wasser in das Übertragungselement
eindringt, sind optische Übertragungselement
längswasserdicht
ausgeführt.
Eine Füllmasse
innerhalb der Aderhülle
verhindert dabei, dass sich Wasser entlang der Lichtwellenleiter
ausbreiten kann. Neben dieser sogenannten Aderfüllmasse befindet sich zwischen
Kabelseele und äußerer Hülle beziehungsweise
dem Kabelmantel eine Seelenfüllmasse.
Diese verhindert, dass sich Wasser entlang der Kabelseele innerhalb des
Kabelmantels ausbreitet.
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Ader-
oder Seelenfüllmassen
bestehen im Allgemeinen aus einem Grundöl, welches mineralisch, teilmineralisch
oder vollsynthetisch sein kann. Als Verarbeitungshilfe wird dem
Grundöl
beispielsweise Aerosil zugesetzt. Aerosil enthält dispergierte Siliziumdioxid-Partikel,
welche auch beschichtet sein können.
Diese bewirken eine Thixotropie der Füllmasse. Das Grundöl selbst
enthält
Polymere. Um zu verhindern, dass die Polymerketten beispielsweise durch
UV-Licht oder hohe Temperaturen aufgespalten werden, wird dem Grundöl im Allgemeinen
ein Stabilisator hinzugefügt.
Als Stabilisator wird bei spielsweise ein Antioxidant verwendet.
Zur Abdichtung des optischen Übertragungselementes
gegen die Ausbreitung von Feuchtigkeit wird im Allgemeinen der gesamte
Raum zwischen Lichtwellenleiter und Aderhülle beziehungsweise zwischen
Kabelseele und Kabelmantel mit der Ader- beziehungsweise Seelenfüllmasse
ausgefüllt.
Aufgrund des auszufüllenden
Volumens stellt die Füllmasse
bei der Herstellung eines optischen Übertragungselementes einen nicht
unerheblichen Kostenfaktor dar.
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Die
Druckschrift
DE 101
29 772 A1 betrifft ein optisches Übertragungselement, bei dem
zwischen einem Lichtwellenleiter und einem umgebenden Kammerelement
eines optischen Übertragungselements
mindestens ein trockenes und kompressibles Fixierungselement angeordnet
ist, das den Lichtwellenleiter ganz oder teilweise umgibt und zur
Fixierung des Lichtwellenleiters in Längsrichtung des Übertragungselementes
eine definierte Anpresskraft gegen das Kammerelement und gegen den
Lichtwellenleiter ausübt.
Das Fixierungselement ist als eine kompressible Schaumfolie ausgebildet.
Um eine gute Wasserdichtigkeit des optischen Übertragungselementes zu erzielen,
wird die Schaumfolie mit einer bei Wassereintritt quellenden Substanz
versetzt.
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Die
Druckschrift
DE 198
37 998 A1 betrifft ein Brandschutzelement mit einer Sandwich-Struktur
auf Wasserglasbasis, das einen Kern aus einem gas- und wasserdicht
eingeschlossenen Wasserglas mit einem Restwassergehalt von 20 bis
40 Gew.-% und einen Mantel aus Polyurethanschaum mit einem Schaumgewicht
von 10 bis 100 g/l aufweist. Unter Hitzeeinwirkung kommt es zur
Ausbildung eines Wasserglasschaums, der die Umhüllung unter Entwicklung eines
Expansionsdruckes sprengt und sich nach allen Seiten hin ausdehnt.
Der Expansionsdruck ist groß genug,
um in der Nachbarschaft liegende Hohlräume auszufüllen und zu versiegeln. In der
Umgebung liegende Leitungen und Strukturen werden von dem Schaum
ummantelt und wirkungsvoll gegen Flammen- und Hitzeeinwirkung geschützt.
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Die
Druckschrift
DE 103
11 371 B4 gibt ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Übertragungselementes
an, bei dem eine Füllmasse
diskontinuierlich auf Lichtwellenleiterfasern des optischen Übertragungselements
aufgebracht wird, während die
Lichtwellenleiterfasern als Faserbündel in einen Extruder eingeführt werden.
In dem Extruder wird eine Aderhülle
um das Faserbündel
geformt. Nach einer voreingestellten Verzögerungszeit und/oder durch
Unterstützung
durch Wärmezufuhr
expandiert die noch flüssige
Füllmasse
nach Verlassen des Extruders, wenn die Bündelader bereits in einem starren
Zustand ist, so dass die Aderhülle
nicht mehr von dem expandierenden Schaum der Füllmasse deformiert werden kann.
Die expandierte Füllmasse durchdringt
vorhandene Zwischenräume
im Innenraum der Aderhülle
und bildet im Endzustand ein trockenes kompressibles Füllelement.
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In
der Druckschrift
WO
02/42822 A1 ist ein Kommunikationskabel beschrieben, bei
dem wenigstens eine optische Faser in einer Ader angeordnet ist. Die
Ader enthält
ein Füllmaterial
mit thermoplastischen polymerischen Molekülen, die in dem Material ein
dreidimensionales Netzwerk bilden.
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In
der Druckschrift
US
6,451,865 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines geschäumten Materials
angegeben, das als Füllmaterial
in einem Kabel einsetzbar ist. Das Material weist ein geschäumtes gelartiges Öl auf, das
mit Füllstoffen,
wie beispielsweise Karbonaten, feuerfesten Oxiden oder Glasfasern,
gefüllt
ist.
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Die
Druckschrift
EP 1 087
247 A2 betrifft ein Kabel, bei dem ein Kabelkern von einem äußeren Mantel
umgeben ist. Zwischen dem Kabelkern und dem Mantel ist ein wasserabsorbierendes
schaumartiges Material enthalten. Das geschäumte Material kann beispielsweise
Magnesiumhydroxid oder Salze enthalten.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen
eines optischen Übertragungselements
anzugeben, bei dem ein Füllmassenvolumen
einer Füllmasse
zur Abdichtung des optischen Übertragungselementes
gegen das Eindringen von Feuchtigkeit reduziert ist. Eine weitere Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein optisches Übertragungselement
anzugeben, bei dem ein Füllmassenvolumen
einer Füllmasse
zur Abdichtung des optischen Übertragungselementes
gegen das Eindringen von Feuchtigkeit reduziert ist.
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Im
Folgenden wird ein derartiges Verfahren zum Herstellen eines optischen Übertragungselements
angegeben. Das Verfahren sieht das Bereitstellen eines Spritzkopfes
und das Bereitstellen einer Füllmasse
in einem ersten Vorratsbehälter
vor. In dem ersten Vorratsbehälter
wird die Füllmasse
erwärmt.
Nachfolgend wird die erwärmte
Füllmasse verschäumt. Danach
erfolgt das Einbringen eines Lichtwellenleiters und der geschäumten Füllmasse
in den Spritzkopf, in dem eine Hülle
um den Lichtwellenleiter und die geschäumte Füllmasse extrudiert wird. Nachfolgend
wird das Übertragungselement, das
den Lichtwellenleiter, die geschäumte
Füllmasse und
die Hülle
umfasst, abgekühlt.
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Gemäß einer
Weiterbildung des Verfahrens wird ein Füllkopf bereitgestellt. Der
Lichtwellenleiter und die erwärmte
Füllmasse
werden in den Füllkopf eingebracht.
Des Weiteren wird ein Initiatormittel in den Füllkopf eingebracht, wodurch
das Schäumen der
Füllmasse
durch ein Sieden von Anteilen der erwärmten Füllmasse einsetzt.
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Bei
einer weiteren Ausbildung des Verfahrens wird die Füllmasse
in dem ersten Vorratsbehälter
auf eine Temperatur über
100°C erwärmt.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
des Verfahrens wird die Füllmasse
mit einem Grundöl
aus Polymeren unterschiedlicher Kettenlänge bereitgestellt. Durch das
Einbringen des Initiatormittels in den Füllkopf wird ein Sieden von
niedermolekularen Anteilen des Grundöls hervorgerufen.
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Gemäß einer
Weiterbildung des Verfahrens wird als Initiatormittel ein Garn aus
einem Pflanzenzellstoff in den Füllkopf
eingeführt.
Als Garn kann dabei ein Faden aus Baumwolle, Hanf, Sisal oder aus Brennnesselfasern
in den Füllkopf
eingeführt
werden.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
des Verfahrens wird als Initiatormittel ein synthetisches Garn in
den Füllkopf
eingeführt.
Als synthetisches Garn kann ein Faden aus Aramid oder aus Polyester
in den Füllkopf
eingeführt
werden.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
des Verfahrens wird als Initiatormittel ein Zugentlastungselement
in den Füllkopf
eingeführt.
Das Zugentlastungselement kann beispielsweise Keflar enthalten.
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Gemäß einer
anderen Ausgestaltungsform wird ein Initiatormittel in den ersten
Vorratsbehälter eingebracht,
wodurch das Schäumen
der Füllmasse durch
ein Sieden von Anteilen der erwärmten
Füllmasse
einsetzt.
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Die
Füllmasse
wird dazu in dem ersten Vorratbehälter vorzugsweise auf eine
Temperatur unter 130°C
erwärmt.
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Gemäß eines
weiteren Merkmals des Verfahrens wird die Füllmasse mit einem Grundöl aus Polymeren
unterschiedlicher Kettenlänge
bereitgestellt. Durch das Einbringen des Initiatormittels in den ersten
Vorratsbehälter
wird ein Sieden von niedermolekularen Anteilen des Grundöls hervorgerufen.
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Gemäß einer
Weiterbildung des Verfahrens wird ein Füllkopf bereitgestellt. Der
Lichtwellenleiter, die geschäumte
Füllmasse
und das Initiatormittel werden in den Füllkopf eingebracht. In dem
Füllkopf wird
der Lichtwellenleiter mit der geschäumten Füllmasse und dem Initiatormittel
umgeben.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
des Verfahrens werden als Initiatormittel Mikropartikel mit einer
Korngröße kleiner
als 100 µm
verwendet. Vorzugsweise sind Mikropartikel mit einer porösen Oberfläche zu verwenden.
Es können
beispielsweise Mikropartikel aus Ton verwendet werden. Des Weiteren können Mikropartikel
aus einem Salz aus Polyacrylat verwendet werden. Ebenso ist auch
die Verwendung von Mikropartikeln aus Aerosil, Kreide, Aluminiumhydroxid
oder Magnesiumhydroxid möglich.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
des Verfahrens wird ein zweiter Vorratsbehälter zur Aufnahme einer verdampfbaren
Flüssigkeit,
eine Faserbeschichtungseinheit zur Beschichtung eines Lichtwellenleiters
mit der verdampfbaren Flüssigkeit
und ein Spritzkopf bereitgestellt. Die Füllmasse wird in dem ersten
Vorratsbehälter
auf eine Temperatur über 100°C erhitzt.
Der Lichtwellenleiter und die verdampfbare Flüssigkeit werden in die Faserbeschichtungseinheit
eingebracht. In der Faserbeschichtungseinheit wird der Lichtwellenleiter
mit der verdampfbaren Flüssigkeit
beschichtet. Der beschichtete Lichtwellenleiter und die erwärmte Füllmasse
werden in den Füllkopf
eingebracht, wodurch ein Schäumen
der Füllmasse
durch ein Verdampfen der verdampfbaren Flüssigkeit einsetzt. Der Lichtwellenleiter
wird in dem Füllkopf
mit der geschäumten
Füllmasse
umgeben.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
des Verfahrens wird der Lichtwellenleiter mit der verdampfbaren
Flüssigkeit
in der Faserbeschichtungseinheit mit einer Schichtdicke zwischen
1 µm und
100 µm
beschichtet.
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Gemäß einer
Ausführungsform
des Verfahrens enthält
die verdampfbare Flüssigkeit
Wasser. Als verdampfbare Flüssigkeit
kann auch eine wässrige
Lösung
aus einem Salz aus Polyacrylat verwendet werden. Des Weiteren ist
es möglich,
als ver dampfbare Flüssigkeit
ein Öl
mit niedermolekularen Anteilen zu verwenden. Als verdampfbare Flüssigkeit kann
auch eine Lösung
aus Alkohol und Wasser verwendet werden.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal des Verfahrens wird in dem Spritzkopf die Hülle als
eine Aderhülle
um die verschäumte
Füllmasse
und den Lichtwellenleiter extrudiert.
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Die
Füllmasse
enthält
vorzugsweise ein mineralisches oder ein teilmineralisches oder ein
vollsynthetisches Grundöl.
In dem Grundöl
kann auch ein Elastomer gelöst
sein. Des Weiteren kann die Füllmasse
einen Stabilisator enthalten. Die Füllmasse kann auch Aerosil enthalten.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens wird durch das Abkühlen des Übertragungselementes eine viskos
verschäumte
Füllmasse erzeugt.
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Im
Folgenden wird die Lösung
der Aufgabe in Bezug auf das optische Übertragungselement angegeben.
Das erfindungsgemäße optische Übertragungselement
weist eine Hülle,
einen Lichtwellenleiter und eine Füllmasse, die ein Grundöl aus Polymeren
unterschiedlicher Kettenlänge
enthält,
auf. Des Weiteren umfasst das optische Übertragungselement ein Initiatormittel,
das bei Kontakt mit der erwärmten
Füllmasse
ein Sieden von niedermolekularen Anteilen des Grundöls der Füllmasse
hervorruft. Der Lichtwellenleiter und das Initiatormittel sind von der
Füllmasse
umgeben, wobei die Füllmasse
von Gasblasen durchsetzt ist. Der Lichtwellenleiter, das Initiatormittel
und die Füllmasse
sind von der Hülle umgeben.
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Gemäß einer
Weiterbildung des optischen Übertragungselements
ist das Initiatormittel als ein Garn aus einem Pflanzenzell stoff
ausgebildet. Das Garn kann beispielsweise als ein Faden aus Baumwolle,
Hanf, Sisal oder Brennnesselfasern ausgebildet sein.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
des optischen Übertragungselements
ist vorgesehen, dass das Initiatormittel ein synthetisches Garn
enthält.
Das synthetische Garn kann als ein Faden aus Aramid oder Polyester
ausgebildet sein.
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Gemäß einer
weiteren Ausbildung des optischen Übertragungselements enthält das Initiatormittel
Mikropartikel mit einer Korngröße kleiner
als 100 µm.
Das Initiatormittel kann Mikropartikel mit einer porösen Oberfläche enthalten.
Die Mikropartikel können
beispielsweise als Tonpartikel ausgebildet sein.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
des optischen Übertragungselements
enthält
das Initiatormittel Mikropartikel aus einem Salz aus Polyacrylat.
Das Initiatormittel kann Mikropartikel aus Aerosil enthalten. Es
ist auch möglich,
dass das Initiatormittel Mikropartikel aus Kreide enthält. Weiterhin kann
das Initiatormittel Mikropartikel aus Aluminiumhydroxid oder Magnesiumhydroxid
enthalten.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren, die Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung zeigen, näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
erste Ausführungsform
einer Verarbeitungseinheit zum Verschäumen einer Füllmasse für ein optisches Übertragungselement,
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2 eine
erste Ausführungsform
eines optischen Übertragungselements
mit einer verschäumten
Füllmasse,
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3 eine
zweite Ausführungsform
einer Verarbeitungseinheit zum Verschäumen einer Füllmasse
für ein
optisches Übertragungselement,
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4 eine
dritte Ausführungsform
einer Verarbeitungseinheit zum Verschäumen einer Füllmasse für ein optisches Übertragungselement,
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5 eine
zweite Ausführungsform
eines optischen Übertragungselementes
mit einer verschäumten
Füllmasse.
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Erfindungsgemäß wird als
Füllmasse
für ein optisches Übertragungselement
ein Grundöl
aus Polymeren verwendet, wobei die Polymere unterschiedliche Kettenlänge aufweisen.
Die Verteilung der Molekulargewichte der Grundölketten wird dabei durch die
Molmassenverteilung beschrieben. Je kürzer die Kettenlänge einer
Polymerkette ist, desto höher
ist der Dampfdruck und um so niedriger ist der Siedepunkt der entsprechenden
Molmassenfraktion. Bei einer breiten Molekulargewichtsverteilung
gehen die niedermolekularen Anteile bei einer niedrigeren Temperatur
als die hochmolekularen Anteile von der flüssigen Phase in die Gasphase über. Aufgrund
eines Siedeverzugs bleiben die niedermolekularen Anteile jedoch
bei relativ hohen Temperaturen, die zwischen 100°C und 180°C liegen, noch nahezu vollständig in der
Füllmasse
gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verschäumungsverfahren
wird dieser Siedeverzug aufgelöst,
so dass die niedermolekularen Anteile des Grundöls bei einer bestimmten Temperatur
aus der Füllmasse
herausgelöst
werden und in die Gasphase übergehen.
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1 zeigt
eine Verarbeitungseinheit 100a zum Verschäumen von
Füllmassen
eines optischen Übertragungselements.
Die Verarbeitungseinheit weist einen Vorratsbehälter 10 auf, der eine
Füllmasse 1 enthält. Zur
Verarbeitung der Füllmasse
wird die Füllmasse
in dem Vorratsbehälter 10 durch
Erhitzen auf eine Temperatur zwischen 100°C und 190°C verflüssigt. Die erwärmte Füllmasse
wird anschließend in
einen Füllkopf 30 gepumpt.
Dem Füllkopf 30 werden
Lichtwellenleiter 3a sowie ein Initiatormittel 5 zugeführt. Die
Verarbeitungstemperatur im Füllkopf wird
im Allgemeinen niedriger als 200°C
gewählt,
da die Zersetzungstemperatur der Füllmasse im Allgemeinen zwischen
200°C und
250°C liegt.
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Wenn
das Initiatormittel im Füllkopf
bei einer Verarbeitungstemperatur zwischen 100°C und 190°C in Kontakt mit der erwärmten Füllmasse 1 kommt,
so wird der Siedeverzug der niedermolekularen Anteile des Grundöls der Füllmasse
aufgelöst.
Die niedermolekularen Anteile des Grundöls werden aus der Füllmasse
gelöst
und gehen in die Gasphase über. Die
niedermolekularen Anteile des Grundöls bilden innerhalb der Füllmasse
Gasblasen, wodurch die Füllmasse
verschäumt
wird.
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Als
Initiatormittel sind vorzugsweise Garne mit einer großen Oberfläche zu verwenden.
Es können
beispielsweise Garne aus einem Pflanzenzellstoff, wie beispielsweise
Fäden aus
Baumwolle, Hanf, Sisal oder auch aus Brennnesselfasern zum Einsatz
kommen. Als Initiatormittel können
aber auch synthetische Garne verwendet werden. Bei der Verwendung
von synthetischen Garnen kommen beispielsweise Aramidfäden oder
Polyesterfäden
in Frage. Neben der Verwendung eines Initiatorgarns kann der Siedeverzug
beispielsweise auch durch ein Zugentlastungselement aus Keflar,
das dem Füllkopf 30 zugeführt wird,
aufgelöst
werden.
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Die
Lichtwellenleiter 3a, das Initiatormittel 5 und
die verschäumte
Füllmasse 1 werden über eine Füllnadel 31 einem
Spritzkopf 40 zugeführt.
Im Spritzkopf 40 wird eine Aderhülle 4 als Schlauch
auf die Lichtwellenleiter 3a, das Initiatormittel 5 sowie
auf die verschäumte
Füllmasse 1 extrudiert.
Die verschäumte
Füllmasse 1 bildet
die Aderfüllmasse
des optischen Übertragungselements.
Die Aderhülle
bildet mit den Lichtwellenleitern, dem Initiatormittel und der verschäumten Füllmasse
eine optische Ader.
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2 zeigt
ein optisches Übertragungselement
in einem Querschnitt, bei dem Lichtwellenleiter 3a und
ein Initiatormittel 5 in einer Füllmasse 1 eingebettet
sind. Die niedermolekularen Anteile des Grundöls der Füllmasse werden durch das Initiatormittel 5 gelöst und durchsetzen
die Füllmasse
als Gasblasen. Dadurch wird die Füllmasse, die von der Aderhülle 4 umschlossen
ist, verschäumt.
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Innerhalb
der Aderhülle
kühlt die
Füllmasse ab,
wodurch die Viskosität
der Füllmasse
ansteigt. Dadurch bleiben die Gasblasen formstabil in der Füllmasse
erhalten. Für
die Formstabilität
der Gasblasen ist die Verwendung einer Füllmasse mit einem hohen Elastomeranteil,
wie beispielsweise Kraton, erforderlich. Die Formstabilität der Gasblasen
innerhalb der Füllmasse
gewährleistet,
dass sich die Gasblasen nicht untereinander zu einem Blasenschlauch
verbinden, durch den sich Wasser in Längsrichtung des Übertragungselements
ausbreiten kann.
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Die
in 2 gezeigte optische Ader bildet die Kabelseele
eines optischen Kabels und wird gemäß 1 einem
weiteren Spritzkopf 80 zugeführt. An den Spritzkopf 80 ist
ein Vor ratsbehälter 70,
in dem sich eine Füllmasse 7 befindet,
angeschlossen. Die Füllmasse 7 enthält wie die
Füllmasse 1 ein Grundöl aus Polymeren
unterschiedlicher Kettenlänge.
Die Füllmasse 7 wird
in dem Vorratsbehälter 70 auf
eine Verarbeitungstemperatur zwischen 100°C und 190°C erhitzt und befindet sich
somit in einem flüssigen
Zustand. Obwohl bei dieser Verarbeitungstemperatur die Siedetemperatur
der niedermolekularen Anteile des Grundöls bereits erreicht ist, bleiben aufgrund
des Siedeverzugs auch hier die niedermolekularen Anteile des Grundöls weiterhin
in der erwärmten
Füllmasse
gelöst.
Die erwärmte
Füllmasse 7 wird
in den Füllkopf 80 gepumpt.
Ebenso wird dem Füllkopf 80 ein
Initiatormittel 5 zugeführt.
Das Initiatormittel 5 ist beispielsweise als ein Garn aus
Naturfäden
oder synthetischen Fäden
ausgebildet. Ebenso kann auch als Initiatormittel ein Zugentlastungselement
verwendet werden.
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Ähnlich wie
bei dem Vorgang, der zuvor in dem Füllkopf 30 stattgefunden
hat, so bewirkt das Initiatormittel 5 innerhalb des Füllkopfs 80 eine
Auflösung
des Siedeverzugs der niedermolekularen Anteile der erwärmten Füllmasse 7.
Dabei werden die niedermolekularen Anteile der Füllmasse bei Kontakt mit dem
Initiatormittel 5 als Gasblasen aus der flüssigen Füllmasse 7 gelöst, wodurch
die Füllmasse
verschäumt
wird. Es ist auch hier darauf zu achten, dass die Verarbeitungstemperatur
der Füllmasse
in dem Füllkopf 80 unter
der Zersetzungstemperatur der Füllmasse,
die zwischen 200°C
und 250°C
liegt, gehalten wird. Die verschäumte
Füllmasse 7,
die Kabelseele 4 sowie das Initiatormittel 5 werden
anschließend über eine
Füllnadel 81 einem
Spritzkopf 90 zugeführt.
Im Spritzkopf 90 wird eine äußere Hülle beziehungsweise ein Kabelmantel 9 um
die verschäumte
Füllmasse 7 extrudiert.
Die verschäumte
Füllmasse 7 bildet
die Seelenfüllmasse
des optischen Übertra gungselements.
Nach Abkühlung
wird die Seelenfüllmasse
viskos, wodurch die Gasblasen innerhalb der Seelenfüllmasse
formstabil erhalten bleiben.
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Der
Verschäumungsgrad
der Aderfüllmasse 1 beziehungsweise
der Seelenfüllmasse 7 lässt sich über die
Prozesstemperatur und die Wahl des Initiatormittels variieren. Bei
einer hohen Prozesstemperatur wird der Ausgasungs- beziehungsweise
Siedevorgang beschleunigt, so dass der Verschäumungsgrad der Füllmasse
ansteigt. Des Weiteren werden umso mehr Gasblasen aus der erwärmten Füllmasse
gelöst,
je größer die
Oberfläche
des Initiatormittels ist.
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3 zeigt
eine weitere Verarbeitungseinrichtung zum Verschäumen von Füllmassen für ein optisches Übertragungselement.
In einem Vorratsbehälter 50 befinden
sich Mikropartikel 5'.
Der Vorratsbehälter 50 ist
an den Vorratsbehälter 10 angeschlossen.
In dem Vorratsbehälter 10 befindet
sich eine Füllmasse 1.
Die Füllmasse 1 enthält ein Grundöl, aus Polymeren
unterschiedlicher Kettenlänge.
Kurzkettige Polymere bilden dabei niedermolekulare Anteile des Grundöls. Um den
zur Verschäumung
benötigen
Dampfdruck zu erzeugen, wird die Füllmasse 1 im Vorratsbehälter 10 der
Verarbeitungseinheit 100b auf eine Temperatur zwischen
100°C und
130°C erhitzt.
Aufgrund eines Siedverzugs kommt es vorerst jedoch noch nicht zu
einem Sieden der Füllmasse. Der
erwärmten
Füllmasse
werden anschließend
die Mikropartikel 5' zugeführt. Bei
einem Kontakt der Mikropartikel mit der erwärmte Füllmasse wird der Siedeverzug
der niedermolekularen Aneile des Grundöls der Füllmasse aufgelöst. Das
Sieden der Füllmasse
setzt schlagartig ein. Die niedermolekularen Anteile des Grundöls werden
bei einer Temperatur von annähernd
130°C aus
der Füllmasse
als Gasblasen gelöst,
wodurch die Füllmasse
verschäumt
wird.
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Die
geschäumte
Füllmasse
wird in einen Füllkopf 30 gepumpt.
Des Weiteren werden dem Füllkopf 30 Lichtwellenleiter 3a zugeführt.
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Der
Verschäumungsgrad
lässt sich über die Prozesstemperatur
und die Anzahl der Mikropartikel variieren. Bei zunehmender Prozesstemperatur nimmt
der Verschäumungsgrad
zu. Ebenso lässt
sich der Verschäumungsgrad
steigern, indem die Anzahl der Mikropartikel erhöht wird. Des Weiteren ist es auch
möglich
die Lichtwellenleiter 3a mit den Mikropartikeln zu beschichten.
In diesem Fall wird der Siedeverzug der Füllmasse bei Kontakt der Füllmasse mit
den Mikropartikel beschichteten Lichtwellenleiter im Füllkopf 30 aufgelöst.
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Als
Mikropartikel sind bevorzugt Partikel mit einer Korngröße kleiner
als 100 µm
zu verwenden. Partikel mit einer porösen Oberfläche, wie beispielsweise Ton,
setzen den Verschäumungsvorgang
bei einer Temperatur von zirka 130°C in Gang. Ebenso können aber
auch Mikropartikel aus Polyacrylat, Aerosil, Kreide sowie Mikropartikel
aus Aluminiumhydroxid oder Magnesiumhydroxid verwendet werden.
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Die
verschäumte
Füllmasse 1 wird
mit den Lichtwellenleitern 3a und den Mikropartikeln 5' anschließend durch
eine Füllnadel 31 einem
Spritzkopf 40 zugeführt.
Im Spritzkopf 40 wird eine Aderhülle 4 als Schlauch
auf die verschäumte
Füllmasse 1 extrudiert.
Die Verarbeitungstemperatur der Füllmasse steigt im Spritzkopf 40 im
Allgemeinen auf eine Verarbeitungstemperatur zwischen 150°C und 190°C an. Dadurch
wird der Verschäumungsprozess,
der bei Temperaturen von zirka 130°C im Vorratsbehälter 10 beziehungsweise
bei Mikropartikel beschichteten Lichtwellenleitern im Füllkopf 30 begonnen
hat, weiter verstärkt.
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Das
Ausgasen von niedermolekularen Anteilen des Grundöls aus der
erwärmten
Füllmasse 1 wird
neben den Mikropartikeln 5' noch
durch einen Scherungseffekt, der vor allem im Füllkopf 30 und in der
Füllnadel 31 auftritt,
begünstigt.
Die Scherung kommt dadurch zustande, dass insbesondere in der Füllnadel 31,
durch die die verschäumte
Füllmasse
in den Spritzkopf 40 strömt, ein Geschwindigkeitsgefälle zwischen
der Mitte der Strömung
und der Wand der Füllnadel
auftritt. Je kleiner der Durchmesser des Füllrohres beziehungsweise der
Füllnadel
ist, desto größer ist
das Geschwindigkeitsgefälle
zwischen Strömungsteilchen,
die in der Mitte des Füllrohres
mit einer hohen Geschwindigkeit strömen und den Strömungsteilchen,
die in der Nähe
der Wand des Füllrohres
mit einer niedrigen Geschwindigkeit strömen, und desto größer ist
auch der Scherungseffekt.
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Neben
der in 3 gezeigten Verschäumung einer Aderfüllmasse 1 durch
Kontakt der erhitzten Aderfüllmasse
mit Mikropartikeln lässt
sich auch eine Seelenfüllmasse
auf die gleiche Art verschäumen.
Dazu werden dem in 1 dargestellten Füllkopf 80 anstelle
eines Garns Mikropartikel zugeführt oder
die Mikropartikel werden bereits zuvor im Vorratsbehälter 70 mit
der erwärmten
Füllmasse
vermischt.
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4 zeigt
eine weitere Verarbeitungseinheit, mit der sich Füllmassen
eines optischen Übertragungselements
verschäumen
lassen. In einem Vorratsbehälter 10 befindet
sich eine Füllmasse 1. Die
Füllmasse 1 kann
beispielsweise wieder ein Grundöl
enthalten, in dem Polymere gelöst
sind. Die Füllmasse 1 wird
im Vorratsbehälter 10 erhitzt
und bei einer Temperatur zwischen 100°C und 190°C verflüssigt. Die erhitzte und verflüssigte Füllmasse
wird anschließend
in den Füllkopf 30 ge pumpt.
An dem Füllkopf 30 ist
des Weiteren eine Faserbeschichtungseinheit 60a angeschlossen.
Der Faserbeschichtungseinheit 60a werden Lichtwellenleiter 3a zugeführt. Über einen
Vorratsbehälter 20a,
der mit einer verdampfbaren Flüssigkeit 2 gefüllt ist,
wird der Faserbeschichtungseinheit 60a die verdampfbare Flüssigkeit 2 zugeführt. In
der Faserbeschichtungseinheit 60a werden die Lichtwellenleiter 3a mit
der verdampfbaren Flüssigkeit 2 beschichtet.
Die mit der verdampfbaren Flüssigkeit
beschichteten Lichtwellenleiter 3b werden anschließend dem
Füllkopf 30 zugeführt. Im
Füllkopf 30 treffen
die flüssigkeitsbeschichteten
Lichtwellenleiter 3b mit der erhitzten Füllmasse 1 zusammen.
Durch die hohe Temperatur der Füllmasse,
die zwischen 100°C
und 190°C
liegt, findet in dem Füllkopf 30 ein
Phasenwechsel der Flüssigkeit 2 von
flüssig
nach gasförmig
statt, wodurch die Füllmasse
verschäumt
wird.
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Über ein
Füllrohr 31 wird
die so verschäumte Füllmasse
mit den Lichtwellenleitern einem Spritzkopf 40 zugeführt. Im
Spritzkopf 40 wird die verschäumte Füllmasse 1 mit den
Lichtwellenleitern in eine Aderhülle 4 eingefüllt. Die
Aderhülle 4 bildet
mit den Lichtwellenleitern und der verschäumten Füllmasse eine optische Ader
beziehungsweise die Kabelseele eines optischen Kabels. Die Kabelseele wird
anschließend
einer weiteren Faserbeschichtungseinheit 60b zugeführt.
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Die
Faserbeschichtungseinheit 60b ist mit einem Vorratsbehälter 20b,
der ebenfalls mit der verdampfbaren Flüssigkeit 2 gefüllt ist,
verbunden. In der Faserbeschichtungseinheit 60b wird die
Kabelseele mit der verdampfbaren Flüssigkeit 2 beschichtet.
Die mit der verdampfbaren Flüssigkeit 2 beschichtete
Kabelseele wird anschließend
einem Füllkopf 80 zugeführt. Der
Füllkopf 80 ist
mit einem Vorratsbehälter 70,
der eine Seelenfüllmasse 7 enthält, gefüllt. Die
Seelenfüllmasse 7 wird
in dem Vorratsbehälter 70 erhitzt,
wodurch sie verflüssigt
wird. Die verflüssigte
Seelenfüllmasse 7 wird
anschließend
in den Füllkopf 80 gepumpt.
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Durch
die hohe Temperatur der erwärmten Seelenfüllmasse 7 wird
ein Phasenwechsel der Flüssigkeit 2,
mit der die Kabelseele beschichtet ist, von flüssig nach gasförmig induziert.
Dadurch wird auch die Seelenfüllmasse 7 verschäumt. Die
verschäumte Seelenfüllmasse 7 wird
mit der Kabelseele einem Spritzkopf 90 zugeführt. Im
Spritzkopf 90 wird eine äußere Hülle beziehungsweise ein Kabelmantel 9 auf die
verschäumte
Seelenfüllmasse 7 und
die Kabelseele extrudiert.
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Die
verdampfbare Flüssigkeit 2 zur
Beschichtung der Lichtwellenleiter 3a beziehungsweise der
Kabelseele 4 enthält
vorzugsweise Wasser. Wenn das Wasser mit der erhitzten Ader- beziehungsweise
Seelenfüllmasse
in Kontakt tritt, kommt es zu einem Siedevorgang, des Wassers, wodurch sich
in der Aderfüllmasse
beziehungsweise in der Seelenfüllmasse
Gasblasen bilden. Das Wasser in den Dampfblasen hat dabei einen
relativ hohen Dampfdruck. Der hohe Dampfdruck bewirkt, dass das
Wasser aus der Ader nach außen
migriert.
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Als
eine weitere verdampfbare Flüssigkeit
ist beispielsweise eine wässrige
Lösung,
die ein Polyacrylatsalz enthält,
einsetzbar. Ebenso können
niedermolekulare Öle,
deren Siedepunkt niedriger als der Siedepunkt des Grundöls der Füllmasse
ist, als verdampfbare Flüssigkeit
verwendet werden. Als ein azeotropes Lösungsgemisch kann beispielsweise auch
eine Mischung aus Wasser und Alkohol zur Beschichtung der Lichtwellenleiter
beziehungsweise der Kabelseele heran gezogen werden.
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Der
Verschäumungsgrad
der Füllmasse kann über die
Prozesstemperatur und die Beschichtungsdicke des Lösungsmittel
variiert werden. Der Verschäumungsprozess
kommt zum Erliegen, wenn aufgrund der Aderkühlung beziehungsweise der Mantelkühlung die
Temperatur in der Ader beziehungsweise in dem Kabelmantel unter
den Siedepunkt des Lösungsmittels
fällt.
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5 zeigt
ein optisches Übertragungselement,
das aus einer Aderhülle 4 und
Lichtwellenleitern 3a gebildet wird. Die Lichtwellenleiter 3a sind
innerhalb der Aderhülle 4 in
eine verschäumte
Füllmasse 1 eingebettet.
Da die Lichtwellenleiter mit der verdampfbaren Flüssigkeit 2 beschichtet
worden sind, bilden sich zunächst
nach dem Einsetzen des Siedevorgangs der verdampfbaren Flüssigkeit
Gasblasen um die Lichtwellenleiter herum, die sich nach kurzer Zeit
in der gesamten Füllmasse
verteilen. Die Füllmasse 1 wird
dadurch verschäumt.
Nach Abkühlung
der Füllmasse
in der Aderhülle
bleiben die Gasblasen formstabil erhalten. Auch bei diesen Verfahren
ist die Verwendung einer Füllmasse
mit einem hohen Elastomeranteil erforderlich, damit sich die Gasblasen
nicht innerhalb der Füllmasse
zu einem Blasenschlauch verbinden.
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Durch
das erfindungsgemäße Verfahren
des Verschäumens
von Ader- beziehungsweise Seelenfüllmassen wird es ermöglicht,
bis zu 80% des Füllmassenvolumens
eines optischen Übertragungselements
einzusparen. Dadurch lassen sich die Kosten bei der Herstellung
eines optischen Übertragungselements
erheblich reduzieren. Des Weiteren wird das optische Übertragungselement
durch die Verwendung von verschäumten
Ader- beziehungsweise Seelenfüllmassen
deutlich leichter.
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- 1
- Füllmasse
- 2
- verdampfbare
Flüssigkeit
- 3a
- Lichtwellenleiter
- 3b
- beschichteter
Lichtwellenleiter
- 4
- Aderhülle
- 5
- Initiatormittel
- 7
- Füllmasse
- 9
- Kabelmantel
- 10
- Vorratsbehälter für Füllmasse
- 20
- Vorratsbehälter für verdampfbare
Flüssigkeit
- 30
- Füllkopf
- 31
- Füllnadel
- 40
- Spritzkopf
- 50
- Vorratsbehälter für Mikropartikel
- 60
- Beschichtungseinheit
- 70
- Vorratsbehälter für Füllmasse
- 80
- Füllkopf
- 90
- Spritzkopf
- 100
- Verarbeitungseinheit