-
Die
Erfindung betrifft ein optisches Kabel, bei dem ein Zugentlastungselement
innerhalb einer Kabelseele des optischen Kabels angeordnet ist.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung
eines optischen Kabels, bei dem ein Zugentlastungselement in einer
Kabelseele des optischen Kabels angeordnet ist.
-
Zur
Gewährleistung
einer ausreichenden Flexibilität
werden bei einem optischen Kabel im allgemeinen optische Übertragungselemente
innerhalb einer Kabelseele des optischen Kabels um ein Zentralelement
angeordnet. In der Lichtwellenleiter-Kabeltechnik wird dazu hauptsächlich die
Lagenverseilung angewendet. Dabei sind die optischen Übertragungselemente
konzentrisch in einer oder mehreren Lagen um das Zentralelement
angeordnet. Die Verseilung wird typischerweise als eine Gleichschlagverseilung
oder eine SZ-Verseilung ausgeführt.
Bei der Gleichschlagverseilung werden die Verseilelemente in einer
Richtung mit gleich bleibendem Winkel zur Längsachse des Kabels verseilt.
Bei der SZ-Verseilung wechselt die Verseilrichtung nach einer bestimmten
Anzahl von Umläufen,
so dass die Verseilelemente entlang der Kabelachse zunächst eine S-Form
und dann beim Wechsel eine Z-Form beschreiben, wobei sie an den
Umkehrstellen parallel zur Kabelachse liegen.
-
Das
Zentralelement kann beispielsweise ein Glasfaser-verstärktes Element
beziehungsweise ein mit einem Polymer aufgedicktes Glasfaser-verstärktes Element
sein. Es werden auch Ausführungsformen
verwendet, bei denen das zentrale Element aus einem Metall, beispielsweise
aus einem Stahl, ausgebildet ist. Die genannten Zentralelementtypen zeichnen
sich durch eine gute Stützwirkung
aus. Sie weisen jedoch aufgrund der Materialcharakteristik eine
relativ große
Biegesteifigkeit auf.
-
Für Anwendungen,
bei denen eine besonders hohe Flexibilität des optischen Kabels gefordert ist,
muss auch das Zentralelement hochflexibel ausgebildet sein. Als
ein solches hochflexibles Zentralelement wird beispielsweise ein
Garnelement verwendet, bei dem mehrere längs laufende, hochfeste Garne
von einer Hülle
aus einem Polymer umspritzt sind. Ein solches Garnelement ist zwar
hochflexibel, jedoch zeigt sich, dass die Formstabilität des Garnelements
vergleichsweise gering ausfällt.
So tritt oftmals bei der Weiterverarbeitung eines optischen Kabels, bei
dem das Zentralelement aus mehreren längs laufenden, hochfesten Garnen
zusammengesetzt ist, eine Deformation des Zentralelements auf. Beim
Verseilen oder Mantelspritzen verschieben sich die Einzelgarne des
Garnelements relativ zueinander, so dass die ursprünglich im
wesentlichen runde Form des Garnelements zu einer Ellipse oder einem
Polygon degeneriert wird.
-
Um
der Deformation des Zentralelements entgegen zu wirken, werden die
Garne mit einer möglichst
steifen Hülle
aus einem Polymer umgeben. Die Formstabilität des Garnelements ist um so
besser gewährleistet,
je dicker die Hülle
aus dem Polymer ausgebildet werden kann. Oftmals kann die Polymerhülle jedoch
nicht in der erforderlichen Dicke ausgeführt werden, da ansonsten das
Zentralelement einen zu großen
Raum innerhalb der Kabelseele einnehmen würde. Des Weiteren ist zu berücksichtigen,
dass die Anzahl an Garnen beziehungsweise das Garngewicht im Garnelement
im wesentlichen die Zugfestigkeit des Garnelements bestimmen. Wenn
zur Erzielung der geforderten Zugfestigkeit bereits der Außendurchmesser
des Zentralelements aufgrund der Vielzahl an Garnen sehr groß ist, kann die
Polymerhülle,
die die Garne umgibt, nur noch mit einer geringen Dicke ausgebildet
werden. Aufgrund des begrenzten Außendurchmessers des Garnelements
ist auch in diesem Fall die geforderte Formstabilität des Garnelements
nicht mehr zu erreichen.
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein optisches Kabel anzugeben,
bei dem ein Zugentlastungselement des Kabels eine große Formstabilität aufweist.
Des Weiteren soll ein Zugentlastungselement zur Verwendung in einem
Kabel angeben werden, das eine große Formstabilität aufweist. Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren
zur Herstellung eines optischen Kabels mit einem Zugentlastungselement
anzugeben, bei dem das Zugentlastungselement eine große Formstabilität aufweist.
-
Die
Aufgabe in Bezug auf das optische Kabel wird gelöst durch ein optisches Kabel
mit einer Kabelseele mit mindestens einem optischen Übertragungselement,
das mindestens einen Lichtwellenleiter enthält und ein Zugentlastungselement
aufweist. Das Zugentlastungselement enthält Garne, die durch ein untereinander
Verwickeln miteinander verknüpft sind.
-
Bei
einer möglichen
Ausführungsform
des optischen Kabels sind die Garne untereinander durch ein Verseilen,
ein Verflechten, ein Verweben oder ein Verspinnen miteinander verknüpft. Durch
die angegebenen Arten der Verknüpfung
sind die Einzelgarne sehr gut aneinander gekoppelt, sodass das Zugentlastungselement
im Vergleich zu einem Einzelgarn eine sehr gute Formstabilität aufweist.
Die Zugfestigkeit des Garnelements wird von der Garnanzahl beziehungsweise
dem Garngewicht bestimmt. Durch das Verweben, Verflechten, Verspinnen
oder Verseilen der Einzelgarnen weist das erfindungsgemäß ausgebildete
Zugentlastungselement einen deutlich geringeren Durchmesser auf
als bisher eingesetzte Zugentlastungselemente.
-
Bei
einer weiteren Ausführungsform
ist mindestens eines der Garne als ein Aramidgarn ausgebildet. Bei
einer anderen Ausführungsform
enthält
eines der Garne Glasfilamente. Mindestens eines der Garne kann auch
Polyester enthalten.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform weist
das Zugentlastungselement eine Hülle
auf, die die Garne umgibt. Die Hülle
des Zugentlastungselements kann beispielsweise ein Polymermaterial,
Polyester, Polyamid, Polyethylen, Polyprophylen oder Ethyltetrafluorethylen
enthalten. Da das Zugentlastungselement zum Erreichen der gleichen
Zugfestigkeit mit einem geringeren Durchmesser als ein herkömmliches
Zugentlastungselement ausgebildet werden kann, lässt sich die Hülle, die
das Zugentlastungselement umgibt, mit einer größeren Dicke ausbilden. Dadurch
weist das Zugentlastungselement eine höhere Formstabilität, eine
höhere
Temperaturbeständigkeit
als auch eine höhere
Druckbeständigkeit
auf. Dies wirkt sich insbesondere positiv auf das Herstellungsverfahren
auf, da zur Herstellung des optischen Kabels somit Verfahren verwendet
werden können,
bei denen hohe Drücke
und Temperaturen zum Einsatz kommen.
-
Gemäß einer
Weiterbildung des optischen Kabels ist das Zugentlastungselement
innerhalb der Kabelseele zentral angeordnet. Mehrere der optischen Übertragungselemente
können
um das Zugentlastungselement angeordnet sein. Vorzugsweise umfasst
mindestens ein optisches Übertragungselement
eine Hülle,
die den mindestens einen Lichtwellenleiter umgibt. Die Kabelseele
kann auch mindestens einen Quellfaden umfassen, der ein quellfähiges Material
enthält,
das bei Wasserkontakt eine Volumenvergrößerung des Quellfadens bewirkt.
Vorzugsweise ist die Kabelseele von einem Kabelmantel umgeben, der
aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet ist.
-
Im
Folgenden wird ein Zugentlastungselement zur Verwendung in einem
optischen Kabel angegeben. Das erfindungsgemäße Zugentlastungselement enthält Garne,
die erfindungsgemäß durch ein
untereinander Verwickeln miteinander verknüpft sind. Die Garne können dabei
insbesondere durch ein Verseilen, ein Verflechten, ein Verweben
oder ein Verspinnen untereinander verknüpft sein.
-
Vorzugsweise
ist mindestens eines der Garne als ein Aramidgarn ausgebildet. Bei
einer anderen Ausführungsform
enthält
mindestens eines der Garne Glasfilamente oder Polyester. Vorzugsweise
weist das Zugentlastungselement eine Hülle auf, die die Garne umgibt,
wobei die Hülle
des Zugentlastungselements ein Polymermaterial enthalten kann.
-
Im
Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Kabels
mit einem Zugentlastungselement angegeben. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
erfolgt das Ausbilden eines Zugentlastungselements durch Verknüpfen mehrerer
Garne untereinander durch ein Verwickeln der Garne. Eine Kabelseele
des optischen Kabels wird durch Anordnen mindestens eines optischen Übertragungselements,
das mindestens einen Lichtwellenleiter enthält, um das Zugentlastungselement
ausgebildet.
-
Vorzugsweise
werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
die mehreren Garne durch ein Verseilen, ein Verflechten, ein Verweben
oder durch ein Verspinnen untereinander verknüpft.
-
Bei
einer weiteren Ausführungsform
des Verfahrens werden die mehreren untereinander verknüpften Garne
von einer Hülle
aus einem Polymer umgeben. Die Hülle
des Zugentlastungselements kann dabei mittels eines Schlauchreck-Verfahrens oder
mittels eines Druckspritz-Verfahrens um die mehreren untereinander
verknüpften
Garne angeordnet werden.
-
Zur
Fertigstellung der Kabelseele wird das Zugentlastungselement zentral
in der Kabelseele angeordnet. Mehrere des mindestens einen optischen Übertragungselements
werden um das Zugentlastungselement angeordnet. In einer möglichen
Ausführungsform
wird ein Kabelmantel um die Kabelseele extrudiert.
-
Weitere
Ausführungsformen
betreffend das optische Kabel, das Zugentlastungselement und das Verfahren
zur Herstellung des Kabels sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
-
Die
Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren, die Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung zeigen, näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine
Ausführungsform
eines optischen Kabels mit einem Zentralelement, das eine hohe Formstabilität aufweist,
-
2 ein
Verfahren zur Herstellung eines optischen Kabels mit einem Zugentlastungselement, das
eine hohe Formstabilität
aufweist,
-
3 eine
Ausführungsform
einer Fertigungseinheit zur Herstellung eines optischen Kabels mittels
eines Druckspritz-Verfahrens,
-
4 eine
Ausführungsform
einer Fertigungseinheit zur Herstellung des optischen Kabels mittels
eines Schlauchreck-Verfahrens.
-
1 zeigt
ein optisches Kabel 1, das als ein lagenverseiltes Kabel
ausgeführt
ist. Innerhalb der Kabelseele 100 befindet sich zentral
angeordnet ein Zugentlastungselement 20. Das Zugentlastungselement
ist als ein Stützelement
zur Herstellung der Kabelseele ausgebildet, um die optischen Übertragungselemente
mittels eines Verseilverfahren verseilt in der Kabelseele anzuordnen.
Das Zugentlastungselement stellt somit ein Formelement zur Ausbildung
der Kabelseele dar. Der Durchmesser des Zugentlastungselements ist
im Allgemeinen größer als
der Durchmesser eines einzelnen optischen Übertragungselements 10 oder
genauso groß wie dessen
Durchmesser ausgelegt. Um das Zugentlastungselement sind mehrere
optische Übertragungselemente 10 angeordnet.
Die optischen Übertragungselemente 10 umfassen
eine Hülle 12,
in der mehrere Lichtwellenleiter 11 angeordnet sind. Zwischen
den optischen Übertragungselementen
und dem Zugentlastungselement sind Quellfäden 30 angeordnet.
-
Die
Quellfäden 30 enthalten
ein quellfähiges Material,
das bei Wasserkontakt eine Volumenvergrößerung der Quellfäden bewirkt.
Das quellfähige Material
kann beispielsweise ein Acrylat oder Salze einer Acrylsäure enthalten.
Durch das Aufquellen der Quellfäden
wird die Kabelseele gegen das Eindringen von Wasser abgedichtet,
so dass sich eindringendes Wasser nicht entlang der optischen Übertragungselemente
ausbreiten kann, was zu einer Verschlechterung der optischen Übertragungseigenschaften
führen
würde.
-
Die
Kabelseele 100 ist im allgemeinen von einer in 1 nicht
dargestellten dünnen
Hülle aus einem
Vliesmaterial umgeben, das die Kabelseele beziehungsweise die optischen Übertragungselemente
vor hohen Temperaturen, die während
eines Extrusionsvorganges zum Aufbringen der äußeren Mantelhülle 200 auftreten,
schützt.
Die Vlieshülle
verhindert somit, dass die optischen Übertragungselemente aufgrund
der hohen Temperaturen bei der Mantelextrusion untereinander verkleben.
Zum Entfernen des Kabelmantels 200 sind innerhalb des Mantelmaterials
Reißfäden 210 angebracht,
durch die der Kabelmantel relativ leicht entfernt werden kann, um
die optischen Übertragungselemente
beispielsweise für
einen Spleißvorgang
freizulegen.
-
Wie
oben erläutert
wurde, enthält
ein Zugentlastungselement im wesentlichen eine Vielzahl von in einer
Kabellängsrichtung
verlaufenden Garnen. Die geringe Formstabilität des Zugentlastungselements ist
im wesentlichen auf diese längslaufenden
Garne zurückzuführen, da
diese sich relativ leicht gegeneinander verschieben lassen.
-
Erfindungsgemäß werden
bei dem in 1 gezeigten optischen Kabel
die Garne 21 durch ein untereinander Verwickeln miteinander
verknüpft.
Bei einer Ausführungsform
des Zugentlastungselements 20 können die Garne beispielsweise
untereinander verseilt sein. Als ein mögliches weiteres Ausführungsbeispiel
können
die Garne auch untereinander verwoben oder verflochten sein. Bei
der Verflechtung werden mehrere Einzelgarne regelmäßig ineinander verschlungen.
Bei einer Webstruktur sind die Garnsysteme rechtwinklig zueinander
verkreuzt. Es ist auch möglich,
die Einzelgarne untereinander zu verspinnen oder zu verzwirnen.
Dadurch entsteht ein Element, bei dem die Einzelgarne sehr gut aneinander
gekoppelt sind, wodurch das Zugentlastungselement im Vergleich zu
mehreren längs
laufenden, lose angeordneten Einzelgarnen eine sehr gute Formstabilität aufweist.
-
Als
Garne werden beispielsweise Aramidgarne, aber auch Garne aus Polyester
oder Glasgarn, die aus mehreren Glasfilamenten bestehen, verwendet.
Des Weiteren kann das Zugentlastungselement ein Material, beispielsweise
ein Pulver enthalten, das bei Kontakt mit Wasser aufquillt, so dass sich
innerhalb des Zugentlastungselements kein Wasser ausbreiten kann.
Das Quellpulver kann beispielsweise Salze aus einer Acrylsäure enthalten,
mit dem die verwickelten Einzelgarne beschichtet sind. Eine weitere-Möglichkeit,
um das Zugentlastungselement längswasserdicht
auszuführen,
besteht darin, mindestens einen Quellfaden 23 mit den übrigen Einzelgarnen 21 des
Zugentlastungselements zu verwickeln. Als Quellfäden 23 können beispielsweise
Fäden aus
quellfähigem
Aramid oder quellfähigem Glasfgarn
verwendet werden.
-
Das
Zugentlastungselement kann lediglich aus den untereinander verknüpften Einzelgarnen
bestehen. Es ist jedoch auch möglich,
dass die Einzelgarne 21 von einer Hülle 22, wie in 1 gezeigt, umgeben
sind. Als Hüllmaterial
für die
Hülle 22 lässt sich
vorzugsweise ein Polymermaterial verwenden. Wenn beim Aufbringen
der Hülle 22 relativ
niedrige Temperaturen, das heißt
Temperaturen bis zu etwa 80° C
auftreten, kann beispielsweise als Material für die Hülle 22 Polyethylen
oder Polypropylen verwendet werden. Bei höheren Temperaturen, das heißt Temperaturen
bis zu 150° C
wird als Hüllmaterial
vorzugsweise Polyester oder Polyamid verwendet. Wenn hingegen sehr
hohe Temperaturen im Bereich von 2000 °C auftreten, wird als bevorzugtes
Polymermaterial für
die Hülle 22 ETFE
(Ethylentetrafluorethylen) verwendet.
-
2 zeigt
eine Ausführungsform
einer Fertigungslinie zur Herstellung des optischen Kabels. Die
Herstellungslinie weist eine Verarbeitungseinheit V1 zur Ausbildung
des erfindungsgemäßen Zugentlastungselements 20 auf.
Der Verarbeitungseinheit V1 werden eingangsseitig mehrere Einzelgarne,
die beispielsweise als Aramidgarne ausgeführt sind, zugeführt. Innerhalb
der Verarbeitungseinheit V1 werden die Einzelgarne miteinander verknüpft, indem
sie untereinander verwickelt werden. Die Verarbeitungseinheit V1
ist dazu beispielsweise derart ausgebildet, dass die ihr zugeführten Einzelgarne 21 innerhalb
der Verarbeitungseinheit verwoben, verflochten, verspinnt, verzwirnt
oder auch untereinander verseilt werden.
-
Die
derart untereinander verknüpften
Einzelgarne werden anschließend
einer Verarbeitungseinheit V2 eingangsseitig zugeführt. Innerhalb
der Verarbeitungseinheit V2 werden die untereinander verwickelten
Einzelgarne 21 von einer Hülle 22, die beispielsweise
ein Polymermaterial aus ETFE (Ethylentetrafuorethylen) enthält, umgeben.
Die Polymerhülle wird
dabei vorzugsweise im Rahmen eines Schlauchreck- oder eines Druckspritz-Verfahrens
um die untereinander verwickelten Einzelgarne 21 angeordnet.
-
Nach
Fertigstellung des erfindungsgemäßen Zugentlastungselements 20 wird
das Zugentlastungselement zusammen mit den optischen Übertragungselementen 10 und
den Quellfäden 30 einer Verarbeitungseinheit
V3 zur Fertigung einer Kabelseele 100 des optischen Kabels
zugeführt.
Innerhalb der Verarbeitungseinheit V3 werden die optischen Übertragungselemente 10 um das
Zugentlastungselement 20, das innerhalb der Kabelseele
zentral angeordnet wird, angeordnet. Zusätzlich werden in der Kabelseele
die Quellfäden 30 angeordnet,
die bei Wasserkontakt eine Volumenvergrößerung erfahren, wodurch die
Kabelseele gegen eine Ausbreitung von Wasser abgedichtet wird.
-
Die
Kabelseele 100 wird nachfolgend einer Verarbeitungseinheit
V4 zugeführt.
Mittels der Verarbeitungseinheit V4 wird eine Hülle aus einem Vliesmaterial 300 um
die Kabelseele ausgebildet. Die Vlieshülle ist dazu als ein lang gestrecktes
Band aus Polyester ausgebildet, das mittels eines Formrohrs F zu
einer Hülle
geformt wird.
-
In
der Verarbeitungseinheit V5 wird ein Kabelmantel um die Kabelseele 100,
die von der Vlieshülle 300 umgeben
ist, extrudiert. Innerhalb eines Behälters B1 befindet sich dazu
ein Polymermaterial, das zu einer Schmelze erwärmt wird und mit hohen Temperaturen
um die Kabelseele als äußere Hülle angeordnet
wird. Die Vlieshülle 300 wirkt
dabei als Hitzebarriere, die verhindert, dass die optischen Übertragungselemente 10 der
Kabelseele untereinander verkleben.
-
3 zeigt
eine Ausführungsform
der Verarbeitungseinheit V2, bei der die Hülle 22 mittels eines Druckspritz-Verfahrens
um die Einzelgarne 21, die bereits durch das untereinander
Verwickeln miteinander verknüpft
sind, gespritzt wird. Die Verarbeitungseinheit V2 ist mit einem
Behälter
B2 und einem Behälter
B3 verbunden, die jeweils eine erwärmte Polymerschmelze enthalten.
Der Verarbeitungseinheit V2 werden die untereinander verwobenen,
verflochtenen oder verseilten Einzelgarne 21 eingangsseitig zugeführt. Beim
Druckspritz-Verfahren
wird ein konischer Schmelzestrom noch innerhalb der Verarbeitungseinheit
V2 auf die Einzelgarne aufgebracht, so dass das Zugentlastungselement
die Verarbeitungseinheit bereits im ummantelten Zustand verlässt.
-
4 zeigt
eine Ausführungsform
der Verarbeitungseinheit V2, bei der die Ummantelung 22 auf die
Einzelgarne 21 mittels eines Schlauchreck-Verfahrens aufgebracht
wird. Die Polymerschmelze, beispielsweise eine Schmelze aus ETFE,
ist in den Behältern
B2 und B3 untergebracht. Der Verarbeitungseinheit V2 werden eingangsseitig
die untereinander verwobenen, verflochtenen oder verseilten Einzelgarne 21 zugeführt. Im
Unterschied zum Druckspritz-Verfahren geschieht der eigentliche
Beschichtungsvorgang allerdings erst außerhalb der Verarbeitungseinheit.
Die Einzelgarne 21 und ein zylindrischer Schmelzeschlauch 22 verlassen
konzentrisch die Verarbeitungseinheit und treffen erst in einigen Millimetern
Entfernung vom Austrittspunkt aufeinander. Der Schmelzeschlauch
verjüngt
sich dabei kegelförmig,
bis der Innendurchmesser des Schmelzeschlauchs so klein wie der
Außendurchmesser
des Zugentlastungselements wird, das zu diesem Zeitpunkt lediglich
die Einzelgarne 21 aufweist. Im Inneren des Kegels kann
ein Unterdruck erzeugt werden, über
den die Kegellänge
steuerbar ist, wodurch der Einschluss von Luftblasen vermieden wird
und die Haftung der Hülle 22 auf
den Einzelgarnen 21 verbessert wird.
-
Im
Gegensatz zur Verwendung eines Zugentlastungselements aus lose angeordneten
Einzelgarnen, die beispielsweise als Aramidgarne ausgebildet sind,
weist das erfindungsgemäße Zentralelement,
bei dem die Einzelgarne untereinander verwoben, verflochten, verspinnt
oder verseilt sind, eine höhere
Formstabilität
auf. Die höhere
Formstabilität kommt
einerseits durch die verwickelte Anordnung der Einzelgarne untereinander
zustande, andererseits wird durch die verwickelte Anordnung der Durchmesser
des Zentralelements reduziert. Dadurch kann die äußere Hülle mit einer deutlich höheren Schichtdicke
auf die Einzelgarne aufgebracht werden, als wenn die Einzelgarne
in Längsrichtung des
Kabels und lose angeordnet sind. Daraus resultiert eine höhere Temperaturbeständigkeit,
eine höhere
Druckbeständigkeit
und eine höhere
Zugfestigkeit des Zugentlastungselements. Da das erfindungsgemäße Zugentlastungselement
höheren
Drücken
und Temperaturen standhält,
wird eine bessere Qualität
des optischen Kabels ermöglicht.
-
Des
Weiteren zeigt sich, dass das optische Kabel beziehungsweise das
Zugentlastungselement bei gleicher Anzahl von Garnen eine höhere Flexibilität aufweist,
als wenn die Einzelgarne längslaufend lose
angeordnet sind.
-
- 1
- optisches
Kabel
- 10
- optisches Übertragungselement
- 11
- Lichtwellenleiter
- 12
- Hülle des
optischen Übertragungselements
- 20
- Zugentlastungselement
- 21
- Einzelgarn
- 22
- äußere Hülle des
Zugentlastungselements
- 30
- Quellfaden
- 100
- Kabelseele
- 200
- Kabelmantel
- 210
- Reißfaden
- 300
- Vlieshülle
- B
- Vorratsbehälter
- F
- Formrohr
- V
- Verarbeitungseinheit