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Die
Erfindung betrifft ein optisches Kabel, bei dem eine Kabelseele
von einer Hülle
umgeben ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
eines optischen Kabels, bei dem eine Kabelseele von einer Hülle umgeben
ist.
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Bei
optischen Kabeln, insbesondere bei optischen Kabeln für Erd- und
Röhrenanwendungen,
besteht die Gefahr, dass an einem Installationsende oder an Beschädigungsstellen
Wasser in das Kabel eindringen kann. Das Eindringen von Wasser führt im Allgemeinen
zu einer Verschlechterung der Übertragungseigenschaften
des optischen Kabels. Die Übertragungseigenschaften
verschlechtern sich insbesondere dann, wenn sich Wasser im Inneren
des Kabels in Längsrichtung
von optischen Übertragungselementen
ausbreitet, die in der Kabelseele angeordnet sind. Daher werden
optische Kabel im Allgemeinen längswasserdicht
ausgeführt.
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Um
die erforderliche Längswasserdichtigkeit zu
erreichen, wird eine Vielzahl an konstruktiven Maßnahmen
ergriffen. Die Kabelseele eines optischen Kabels, in der die optischen Übertragungselemente
angeordnet sind, wird beispielsweise mit einer Füllmasse gefüllt. Die Füllmasse umgibt die einzelnen
optischen Übertragungselemente,
sodass sich entlang der optischen Übertragungselemente keine Feuchtigkeit
ausbreiten kann. Semitrockene Kabel enthalten keine Seelenfüllmasse.
Bei einem semitrockenen Kabel mit Bündeladern als optischen Übertragungselementen
ist lediglich das Innere der Adern mit einer Aderfüllmasse
ausgefüllt.
Die Lichtwellenleiter im Inne ren einer Ader sind somit gegen Feuchtigkeit
geschützt.
Da die Aderhüllen
beziehungsweise die optischen Übertragungselemente
hingegen nicht von einer Seelenfüllmasse
umgeben sind, wird die Kabelseele im Allgemeinen von einem Quellvlies umgeben.
Beim Eindringen von Wasser in die Kabelseele quillt das Quellvlies
auf und dichtet somit den Raum zwischen den einzelnen optischen Übertragungselementen
ab.
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Neben
der Verwendung eines Quellvlieses zur Abdichtung der Kabelseele,
sind oftmals innerhalb der Kabelseele zusätzlich Quellgarne angeordnet.
Wie die Quellvliese, so enthalten auch die Quellgarne ein quellfähiges Material,
das bei Kontakt mit Wasser aufquillt und somit den Raum innerhalb
der Kabelseele zwischen den einzelnen optischen Übertragungselementen abdichtet.
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Bei
füllmassefreien
Kabeln, so genannten trockenen Kabeln, ist die Abdichtung des Kabels durch
Seelen- und Aderfüllmassen
nicht zulässig.
Bei trockenen Kabeln wird die Längswasserdichtigkeit ausschließlich durch
Quellvliese, die die Kabelseele und somit die einzelnen optischen Übertragungselemente
umgeben, und durch Quellgarne, die innerhalb der Kabelseele zwischen
den einzelnen optischen Übertragungselementen
angeordnet sind, gewährleistet.
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Quellvliese
als auch Quellgarne werden auf Spulen verarbeitet. Beim Abwickeln
eines Quellvlieses von einer Spule liegt zunächst ein bandförmiges Quellvlies
vor. Damit das Vliesband die Kabelseele hüllförmig umschließt, muss
es zu einer Hülle
geformt werden. Dazu wird das Vliesband nach Abwickeln von der Spule
einem Formrohr zugeführt.
Innerhalb des Formrohres wird das Vliesband zu einem hüllförmigen Schlauch
geformt. Dieser Schlauch wird anschließend um die Kabelseele bezie hungsweise die
sie enthaltenden optischen Übertragungselemente
angeordnet.
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Da
die Lauflänge
eines Vliesbandes auf einer Spule begrenzt ist und das optische
Kabel im Allgemeinen deutlich länger
als das auf der Spule aufgetrommelte Vliesband ist, wird die Kabelseele
eines optischen Kabels von mehreren hüllförmig geformten Vliesbandabschnitten
umgeben. Dabei können
sich die einzelnen Vliesbandabschnitte an ihren jeweiligen Enden überlappen
oder können
durch einen schmalen Spalt voneinander getrennt sein.
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An
fertigungsbedingten Verbindungsstellen zweier Vliesbandabschnitte
treten häufig
Knoten beziehungsweise Verdickungsstellen auf, die insbesondere
bei einer dünnen
Haut des Kabelmantels auch nach außen hin sichtbar sind. Probleme
treten bei einem derartigen optischen Kabel beispielsweise dann auf,
wenn das Kabel mit seinen Verdickungsstellen in ein Leerrohr eingeblasen
wird. Des Weiteren ist die Vlieshülle an einer Überlappungsstelle
zweier Vliesbandabschnitte deutlich steifer als an anderen Stellen,
was sich bei der Kabelfertigung negativ auswirkt. Problematisch
ist auch das Auftreten von Rückstellkräften, die
entstehen, wenn das zu einer Hülle
geformte Vliesband das Formrohr verlässt. Durch die Rückstellkräfte neigt
die Vlieshülle
insbesondere an den Überlappungsstellen
zu einem erneuten Aufklaffen. Somit entstehen auch infolge dieser
Rückstellkräfte entlang
eines optischen Kabels, bei dem die Kabelseele von einer Vlieshülle umgeben
ist, abschnittsweise immer wieder Knoten, Dick- oder Dünnstellen.
Durch derartige Unstetigkeitsstellen werden die optischen Übertragungseigenschaften verschlechtert
und die weitere Verarbeitung des Kabels erschwert.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein optisches Kabel anzugeben,
bei dem eine Längswasserdichtigkeit
des Kabels und gute Verarbeitungseigenschaften des Kabels gewärleistet
sind. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein
Verfahren zur Herstellung eines optischen Kabels anzugeben, bei
dem eine Längswasserdichtigkeit
des Kabels und gute Verarbeitungseigenschaften des Kabels gewährleistet
sind.
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Die
Aufgabe in Bezug auf das optische Kabel wird durch ein optisches
Kabel, das eine Kabelseele mit mindestens einem optischen Übertragungselement,
das mindestens einen Lichtwellenleiter enthält, gelöst. Das optische Kabel umfasst
des Weiteren eine Hülle,
die die Kabelseele umgibt. Die Hülle
ist aus einem Material aus einem Kunststoff ausgebildet, in das
ein Füllstoff
eingemischt ist, der ein quellfähiges
Material enthält,
das bei Wasserkontakt eine Volumenvergrößerung der Hülle bewirkt.
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Eine
Weiterbildung sieht vor, dass das quellfähige Material ein Acrylat enthält. Das
quellfähige Material
kann auch ein Salz aus einer Acrylsäure enthalten.
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Gemäß einer
Ausbildungsform des optischen Kabels enthält der Füllstoff Magnesiumhydroxid oder
Aluminiumhydroxid. Der Füllstoff
kann auch Kreide enthalten.
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Nach
einem weiteren Merkmal des optischen Kabels sind in das Material
aus dem Kunststoff Partikel eingemischt, die im Inneren einen Hohlraum
aufweisen. Die Partikel können
kugelförmig
ausgebildet sein. Die Partikel enthalten vorzugsweise ein Silikat. Sie
können
auch als Röhrchen
aus Kohlenstoff ausgebildet sein.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
des optischen Kabels enthält
das Material aus dem Kunststoff Ethylenvinylacetat. Das Material
aus dem Kunststoff kann auch Polyvinylchlorid enthalten. Es ist auch
möglich,
dass das Material aus dem Kunststoff ein thermoplastisches Elastomer
enthält.
Das Material aus dem Kunststoff ist vorzugsweise als ein mit Öl versetztes
oder Öl
gestrecktes thermoplastisches Elastomer ausgebildet. Gemäß eines
weiteren Merkmals des optischen Kabels ist die Hülle von einem Kabelmantel umgeben.
Die Kabelseele ist vorzugsweise als eine füllmassenfreie Kabelseele ausgebildet.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
des optischen Kabels enthält
die Kabelseele ein Quellgarn, das ein quellfähige Material aufweist, das
bei Wasserkontakt eine Volumenvergrößerung bewirkt.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
des optischen Kabels ist vorgesehen, dass das optische Übertragungselement
als eine Bündelader
ausgebildet ist. Des Weiteren umfasst das optische Kabel ein Zugentlastungselement,
das als ein zentrales Element in der Kabelseele angeordnet ist.
Mehrere des mindestens einen optischen Übertragungselements sind um
das Zugentlastungselement angeordnet.
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Das
optische Übertragungselement
kann auch als eine Festader ausgebildet sein.
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Die
Aufgabe in Bezug auf das Verfahren wird gelöst durch ein Verfahren zur
Herstellung eines optischen Kabels, das folgende Schritte umfasst:
Es wird ein Polymergemisch bereitgestellt, das ein Material aus
einem Kunststoff aufweist, in das ein Füllstoff eingemischt ist, der
ein quellfähiges
Mate rial enthält,
das bei Wasserkontakt eine Volumenvergrößerung bewirkt. Des Weiteren
wird eine Kabelseele bereitgestellt, die mindestens ein optisches Übertragungselement
aufweist, das mindestens einen Lichtwellenleiter enthält. Das
Polymergemisch wird erwärmt.
Das erwärmte
Polymergemisch wird um die Kabelseele aufgebracht. Das erwärmte Polymergemisch
wird abgekühlt.
Um das Polymergemisch wird ein Kabelmantel extrudiert.
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Eine
Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass das erwärmte Polymergemisch
um die Kabelseele durch Extrudieren des erwärmten Polymergemisches um die
Kabelseele aufgebracht wird. Das erwärmte Polymergemisch kann auch
durch Pumpen des erwärmten
Polymergemischs um die Kabelseele aufgebracht werden.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal des Verfahrens wird die Kabelseele durch Anordnen
mehrerer des mindestens einen optischen Übertragungselements um ein
in der Kabelseele zentral angeordnete Zugentlastungselement bereitgestellt.
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Das
Polymergemisch kann durch Dispergieren von einem Acrylat als quellfähiges Füllstoffmaterial
in das Material aus dem Kunststoff bereitgestellt werden. Das Polymergemisch
kann auch durch Dispergieren von Kreide, Aluminiumhydroxid, Magnesiumhydroxid
oder Partikeln, die Silikate oder Kohlenstoff enthalten als weitere
Füllstoffe
in das Material aus dem Kunststoff bereitgestellt werden.
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Als
Material aus dem Kunststoff kann ein thermoplastisches Elastomer,
Ethylenvinylacetat oder Polyvinylchlorid verwendet werden. Als Elastomer
wird vorzugsweise ein mit Öl
versetztes oder mit Öl
gestrecktes thermoplastisches Elastomer verwendet.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren, die Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung zeigen, näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
erste Ausführungsform
eines optischen Kabels, bei dem eine Kabelseele des optischen Kabels
vor dem Eindringen von Feuchtigkeit geschützt ist,
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2 eine
zweite Ausführungsform
eines optischen Kabels, bei dem eine Kabelseele des optischen Kabels
vor dem Eindringen von Feuchtigkeit in die Kabelseele geschützt ist,
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3 eine
Fertigungslinie zur Fertigung eines optischen Kabels, das gegen
die Ausbreitung von Feuchtigkeit innerhalb der Kabelseele geschützt ist.
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1 zeigt
ein lagenverseiltes optisches Kabel. Die Kabelseele 100 umfasst
ein zentral angeordnetes Zugentlastungselement 20, um das
mehrere optische Übertragungselemente 10a angeordnet sind.
Die optischen Übertragungselemente 10a sind als
Bündeladern
ausgeführt.
Sie umfassen jeweils mehrere Lichtwellenleiter 1, die von
einer Aderhülle 2 umgeben
sind. Die Kabelseele 100 ist von einer Hülle 200 umgeben.
Um die Hülle 200 ist
ein Kabelmantel 300 extrudiert.
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Erfindungsgemäß enthält die Hülle 200 ein Material
aus einem Kunststoff, in dem ein Füllstoff eingemischt ist, der
ein quellfähiges
Material enthält, das
bei Wasserkontakt eine Volumenvergrößerung der Hülle 200 bewirkt.
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Als
ein geeignetes quellfähiges
Material werden beispielsweise Acrylate oder auch Salze aus einer
Acrylsäure
verwendet. Diese werden während
eines Compoundierungsprozesses als Pulver in ein Matrixpolymer dispergiert.
Als Matrixpolymer wird beispielsweise ein Grundöl verwendet, in dem ein vollsynthetischer
Gummi gelöst
ist. Dadurch wird das Grundöl
aufnahmefähig
für Füllstoffe.
Als Materialien für
das Matrixpolymer lassen sich vorzugsweise mit Öl versetzte oder ölgestreckte
thermoplastische Elastomere (TPE) einsetzen. Es kann aber auch Ethylenvinylacetat
(EVA) oder Polyvinylchlorid (PVC) verwendet werden. Durch die Verwendung
der genannten Materialien lässt
sich die Hülle 200 leicht
von Hand von den anderen Kabelkomponenten lösen.
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Zur
Unterstützung
der Längswasserdichtigkeit
enthält
die Kabelseele 100 des Weiteren Quellgarne 30.
Diese enthalten wie die Hülle 200 ebenfalls quellfähige Substanzen,
die beim Eindringen von Wasser eine Volumenvergrößerung der Quellgarne bewirken.
Als quellfähige
Materialien kommen auch hier Acrylate in Frage. Beim Eindringen
von Wasser quellen somit die Hülle 200 als
auch die Quellgarne 30 auf und dichten die Kabelseele 100,
die im Beispiel der 1 füllmassenfrei ausgebildet ist,
gegen das Eindringen von Wasser ab.
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Neben
ihrer Eigenschaft die Längswasserdichtigkeit
der Kabelseele des optischen Kabels zu garantieren, wirkt die Hülle 200 zusätzlich als
Wärmebarriere
und als Trennschicht zwischen der Kabelseele 100 und dem
Kabelmantel 300. In ihrer Eigenschaft als Wärmebarriere
verhindert sie beispielsweise, dass die optischen Übertragungselemente 10a bei
der Extrusion des Kabelmantels 300, aufgrund der dabei
auftretenden hohen Temperaturen gegeneinander beziehungsweise gegen
den Kabelmantel 300 verkleben. Durch ein derartiges Verkleben
der A derhüllen 2 der
optischen Übertragungselemente 10a würden ansonsten
die optischen Übertragungseigenschaften
des Kabels deutlich verschlechtert werden.
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2 zeigt
eine weitere Ausführungsform
eines optischen Kabels, bei dem eine Kabelseele 100 mehrere
optische Übertragungselemente 10b enthält. Die
optischen Übertragungselemente 10b sind im
Beispiel der 2 als Festadern ausgebildet.
Eine Festader umfasst einen Lichtwellenleiterkern 1, der von
einer kompakten Hüllschicht 2 umgeben
ist. Erfindungsgemäß ist die
Kabelseele 100 von einer Hülle 200 umgeben, die
von einem Material aus einem Kunststoff gebildet wird, in das als
Füllstoff
ein Material eingebettet ist, das bei Kontakt mit Wasser sein Volumen
vergrößert. Als
geeignete Füllmaterialien kommen
auch hier die bereits erwähnten
Acrylate in Frage. Als Matrixpolymer, in das Füllstoffe eingebettet sind,
werden vorzugsweise Polyvinylchlorid (PVC), Ethylenvinylacetat (EVA)
oder thermoplastische Elastomere (TPE) verwendet. Dabei werden insbesondere
mit Öl
versetzte oder ölgestreckte
thermoplastische Elastomere eingesetzt. Diese sind besonders gut
dazu geeignet, mit einem Füllstoff
gefüllt zu
werden.
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Die
Verwendung einer Hülle 200 in
den Ausführungsbeispielen
der 1 und 2 aus den genannten Kunststoffmaterialien,
in die ein quellfähiger Füllstoffe
eingebettet ist, ermöglicht
es, dass die Hülle 200 hochelastisch
und sehr dünn
extrudierbar ist. Neben der Möglichkeit,
die Hülle 200 im
Rahmen eines Extrusionsvorgangs um die Kabelseele 100 anzuordnen,
besteht auch die Möglichkeit,
das gefüllte Kunststoffmaterial
durch Pumpen um die Kabelseele 100 aufzubringen. Dies ist
auf die geringe Viskosität des
Materials, beispielsweise bei Verwendung eines ölgestreckten thermoplastischen
Elastomers, zurückzuführen.
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Zusätzlich zur
der Verwendung von Füllstoffen
mit quellfähigen
Eigenschaften können
bei den in den 1 und 2 gezeigten
Ausführungsformen auch
noch weitere Füllmaterialien
verwendet werden. Beispielsweise lässt sich dem Matrixpolymer
als weiterer Füllstoff
Kreide zumischen. Dadurch wird der Ölgehalt des Grundöls gesenkt,
wodurch die Festigkeit und Stabilität der Hülle 200 erhöht wird.
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Wenn
die Hülle 200 zusätzlich flammwidrige Eigenschaften
aufweisen soll, kann dem Matrixpolymer beispielsweise als weiterer
Füllstoff
Magnesiumhydroxid oder Aluminiumhydroxid zugemischt werden. Magnesiumhydroxid
und Aluminiumhydroxid gehören
zu den aktiven Füllstoffen.
Die Flammwidrigkeit von Matrixmaterialien, die mit Metallhydroxiden gefüllt sind,
ist darauf zurückzuführen, dass
Metallhydroxide im Falle eines Brandes Wasser abspalten.
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Weitere
Füllstoffe
sind beispielsweise Nanopartikel. Als Nanopartikel können Schichtsilikate,
die in das Matrixpolymer fein dispergiert eingemischt werden, verwendet
werden. Als Nanopartikel können auch
sogenannte Nanotubes eingesetzt werden. Dabei handelt es sich um
einen mehrlagigen Aufbau von dünnen
Graphitschichten mit Lagen von bis zu zehn Atomen. Nanotubes können mit
einem Innendurchmesser von 5 nm und einem Außendurchmesser von bis zu 10
nm hergestellt werden. Die Länge
beträgt durchschnittlich
1000 bis 1500 nm. Durch die Verwendung derartiger Nanopartikel als
Füllstoffe
für das
Matrixpolymer der Hülle 200 lässt sich
der Oberflächenwiderstand
des Materials reduzieren. Des Weiteren lässt sich durch die Verwendung
von Nanopartikel als Füllstoffe
der Abrieb während
der Fertigung reduziert. Nanopartikel als Füllstoffe dienen darüber hinaus
als Verarbeitungshilfe bei der Kabel fertigung, mit der sich die
Fließfähigkeit
des Matrixpolymers verbessern lässt.
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3 zeigt
eine Fertigungslinie zur Fertigung der in den 1 und 2 angegebenen
Kabelanordnungen. Einer Verarbeitungseinheit V1 wird ein Lichtwellenleiter 1 zugeführt. Die
Verarbeitungseinheit V1 ist mit einem Behälter B1 verbunden, in dem eine
Polymerschmelze enthalten ist. Die Polymerschmelze wird der Verarbeitungseinheit
V1 zugeführt.
In der Verarbeitungseinheit V1 wird die Polymerschmelze als Aderhülle 2 um
die Lichtwellenleiter 1 extrudiert. Dabei kann die Verarbeitungseinheit
V1 derart ausgebildet sein, dass entweder Bündeladern oder Festadern als
optische Übertragungselemente gefertigt
werden. Im Falle einer Bündelader
sind mehrere Lichtwellenleiter 1 von der Aderhülle aus
der Polymerschmelze umgeben, wohingegen die Polymerschmelze bei
der Formung einer Festader die Lichtwellenleiter 1 nach
Erkalten kompakt umgibt.
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Ein
optisches Übertragungselement
in Form einer Bündel-
oder Festader wird anschließend
einer Verarbeitungseinheit V2 zugeführt. Des Weiteren werden der
Verarbeitungseinheit V2 ein Zentralelement 20 sowie Quellgarne 30 zugeführt. Die
Verarbeitungseinheit V2 ist mit einem Behälter B2 verbunden. Der Behälter B2
enthält
ein Polymergemisch G aus einem Matrixpolymer P und einem Füllstoff
F. Als Matrixpolymer P wird vorzugsweise Ethylenvinylacetat, Polyvinylchlorid
oder ein mit Öl
versetztes oder ölgestrecktes
thermoplastisches Elastomer verwendet. Als Füllstoff F wird eine quellfähige Substanz, wie
beispielsweise ein Acrylat, verwendet. Zusätzlich können in dem Behälter B2
weitere Füllstoffe
wie Kreide, Magnesium-, Aluminiumhydroxid oder Nanopartikel enthalten
sein.
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Das
Polymergemisch G wird in dem Behälter B2
erhitzt, und der Verarbeitungseinheit V2 zugeführt. Darüber hinaus werden der Verarbeitungseinheit
V2 ein Zugentlastungselement 20 und Quellgarne 30 zugeführt. In
der Verarbeitungseinheit V2 wird die Polymerschmelze P als Hülle 200 um
die Kabelseele 100 des optischen Kabels extrudiert. Im
Falle der Herstellung eines lagenverseilten Kabels mit Bündeladern
enthält
die Kabelseele das Zugentlastungselement 20, die Bündeladern 10a und
die Quellgarne 30. Im Falle der Herstellung eines Kabels
mit Festadern enthält
die Kabelseele, wie in 2 gezeigt, die Festadern 10b.
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Da
insbesondere bei Verwendung eines mit Öl gestreckten thermoplastischen
Elastomers die Polymerschmelze in dem Behälter B2 sehr niederviskos ist,
kann die Polymerschmelze P auch als Hülle um die Kabelseele gepumpt
werden. Der Extrusionsvorgang kann somit auch durch einen Pumpvorgang
ersetzt werden.
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Im
Falle der Herstellung eines optischen Kabels nach 1 ist
die Verarbeitungseinheit V2 mit einer Verarbeitungseinheit V3 verbunden.
Die Verarbeitungseinheit V3 ist wiederum an einen Behälter B3 angeschlossen,
der eine Polymerschmelze enthält, die
zur Formung des Kabelmantels 300 verwendet wird. Nach Abkühlung des
extrudierten beziehungsweise gepumpten Hüllmaterials der Hülle 200 wird
in der Verarbeitungseinheit V3 der Kabelmantel 300 um die
Hülle 200 extrudiert.
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Im
Gegensatz zur Verwendung einer Vlieshülle wird erfindungsgemäß eine kontinuierlich
extrudierbare beziehungsweise pumpbare Schicht 200 als Hülle um die
Kabelseele 100 angeordnet. Durch die Extrusion beziehungsweise
das Pumpen einer derartigen Schmelze und das Ausformen der Schmelze
zu einer Schicht werden Verdickungsstellen, wie sie bei der Verwendung
einer Vlieshülle
aufgrund der Überlappung
einzelner Vliesbandabschnitte entstehen, entlang der Kabelseele
vermieden. Des Weiteren wird der Fertigungsprozess verbessert, da
Spulenwechsel beziehungsweise Spulenabläufe vermieden werden. Darüber hinaus
werden entlang des Kabelmantels Klebestellen, an denen bisher zwei
Vliesbandabschnitte miteinander verklebt wurden, vermieden. Durch
die Verwendung einer extrudierbaren beziehungsweise pumpbaren Schicht
als Hülle
um die Kabelseele werden die optischen Übertragungseigenschaften des
optischen Kabels verbessert, wohingegen Vlieshüllen und ihre Überlappungsstellen bisher
stets eine Störung
der Adergeometrie darstellten, was zu einer Verschlechterung der
optischen Übertragungseigenschaften
führte.
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- 1
- Lichtwellenleiter
- 2
- Aderhülle
- 10
- optisches Übertragungselement
- 20
- Zugentlastungselement
- 30
- Quellgarn
- 100
- Kabelseele
- 200
- Hülle
- 300
- Kabelmantel
- V
- Verarbeitungseinheit
- B
- Behälter
- G
- Polymergemisch
- P
- Matrixpolymer
- F
- Füllstoff