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Die
Erfindung betrifft ein optisches Übertragungselement mit einer
hohen Temperaturfestigkeit, bei dem mindestens ein Lichtwellenleiter
in einer Aderhülle
angeordnet ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein optisches
Kabel mit einem optischen Übertragungselement,
bei dem mindestens ein Lichtwellenleiter in einer Aderhülle angeordnet
ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung
eines derartigen optischen Übertragungselements
sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen optischen Kabels.
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Bei
einer Ausführungsform
eines optische Kabel sind so genannte Mikromodule als optische Übertragungselemente
von einem Kabelmantel umgeben. Ein Mikromodul enthält mehrere
Lichtwellenleiter, die von einer dünnen Aderhülle umgeben sind. Zweck der
Mikromodule ist die Bündelung
mehrerer Lichtwellenleiter und deren farbliche Kennzeichnung. Die
Aderhülle
eines Mikromoduls besteht derzeit aus Polymermischungen, die in
Extrusionsanlagen für Dünnschichtextrusion
als dünne
Hüllschicht
um die Lichtwellenleiter extrudiert wird.
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In
den Extrusionsanlagen werden die Polymermischungen geschmolzen.
Beim Extrusionsvorgang wird die geschmolzene Polymermischung durch
Düsen gepresst
und als Aderhülle
um die Lichtwellenleiter und die Füllmasse extrudiert. Polymere sind
langkettige Moleküle,
die insbesondere schwer zu verarbeiten sind, wenn dünne Schichten,
beispielsweise Aderhüllen
gefertigt werden. Eine technische Herausforderung stellt insbesondere
die Dünnschichtextrusion
von Polymermaterialien bei hohen Geschwindigkeiten dar. Derzeit
stellt eine Erhöhung der Verarbeitungsgeschwindigkeit
des geschmolzenen Polymers während
des Extrusionsvorgangs als auch eine Verringerung der Schichtstärken der
Hülle eines
Mikromoduls ein technisches Problem dar. Weitere Schwierigkeiten
treten dadurch auf, dass Polymermaterialien nur in niedrigen Temperaturbereichen
einsetzbar sind. Die derzeit eingesetzten niedrig schmelzenden Polymermaterialien
weisen eine Schmelztemperatur zwischen 70°C und 80°C auf.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein optisches Übertragungselement
anzugeben, zu dessen Herstellung Materialien verwendet werden, die
leicht verarbeitbar sind und einen breiten Anwendungsbereich erlauben.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein optisches
Kabel anzugeben, das optische Übertragungselemente enthält, die
leicht verarbeitbar sind und in einem breiten Anwendungsbereich
einsetzbar sind. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Übertragungselements
anzugeben, bei dem Materialien verwendet werden, die leicht verarbeitbar
sind und einen breiten Anwendungsbereich des optischen Übertragungselements
ermöglichen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren
zur Herstellung eines optischen Kabels anzugeben, bei dem optische Übertragungselemente
verwendet werden, die Materialien enthalten, die leicht zu verarbeiten
sind und die es erlauben, das optische Kabel in einem breiten Anwendungsbereich
einzusetzen.
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Die
Aufgabe in Bezug auf das optische Übertragungselement wird durch
ein optisches Übertragungselement
nach Anspruch 1 gelöst.
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Gemäß einer
Ausführungsform
des optischen Übertragungselements
umfasst das optische Übertragungselement
mindestens einen Lichtwellenleiter, der eine Glasfaser enthält. Des
Weiteren umfasst das optische Übertragungselement
eine Hülle, die
einen Raum umgibt, in dem der mindestens eine Lichtwellenleiter
enthalten ist. Die Hülle
ist aus einem Material gebildet ist, das einen Harz umfasst.
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Bisher
wurde zur Herstellung derartiger Hüllen, beispielsweise Aderhüllen, von
optischen Übertragungselementen
Polymermischungen verwendet. Die Umhüllung der einzelnen Lichtwellenleiter
erfolge auf Extrusionanlagen für
Dünnschichtextrusion.
Insbesondere die Dünnschichtextrusion
von Polymeren bei hohen Geschwindigkeiten stellt ein technisches Problem
dar. Des Weiteren wird bei einem optischen Übertragungselement gefordert,
dass die Aderhülle leicht
entfernbar sein soll. Dazu ist beispielsweise eine Verringerung
der Schichtstärke
der Aderhülle
erforderlich. Sowohl weitere Geschwindigkeitserhöhungen als auch eine Verringerung
der Schichtstärken
erscheinen derzeit bei der Verwendung von Polymermischungen als
Material für
die Aderhüllen
aus technischen Gründen
weitestgehend nicht mehr möglich.
Des Weiteren lassen die derzeit eingesetzten Polymersysteme nur
beschränkte
Temperaturbereiche zu. So sollte bei einem optischen Übertragungselement,
bei dem als Material für
dessen Aderhülle
eine Polymermischung verwendet wird, eine Betriebstemperatur von
70°C bis
80°C nicht überschritten
werden.
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Durch
die Verwendung von Harzsystemen als Ersatz der thermoplastischen
Polymere werden etliche Vorteile erzielt. So können beispielsweise höhere Verarbeitungsgeschwindigkeiten
erreicht werden. Des Weiteren weisen optische Übertragungselemente, deren
Aderhüllen
aus einem Material aus Harz ausgebil det sind, eine höhere Temperaturbeständigkeit
auf. Das Harzsystem ist chemisch so ausgeführt, dass durch ein Einstellen
der Oligomer und/oder Füllstoffe
des Harzes, beispielsweise eines Acrylatharzes, ein leichtes Absetzen
der Hülle
möglich
ist.
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Bei
einer Ausführungsform
des optischen Übertragungselements
enthält
das Material aus dem Harz der Hülle
ein Acrylat. In das Material aus dem Harz der Hülle kann auch ein Füllstoff
eingemischt sein. So können
beispielsweise anorganische Materialien als Füllstoffe in das Harz eingemischt
sein. Des Weiteren können
Glasfaserabschnitte, Kreide oder Magnesiumhydroxid als Füllstoff
in das Material aus dem Harz der Hülle eingemischt sein.
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Bei
einer Weiterbildung des optischen Übertragungselements bildet
sich in dem Material aus dem Harz der Hülle bei einer Bestrahlung des
Materials mit Licht eine Netzstruktur aus. Das Material aus dem
Harz der Hülle
kann beispielsweise Fotoinitiatoren enthalten, wobei sich in dem
Material aus dem Harz der Hülle
bei der Bestrahlung der Fotoinitiatoren mit ultraviolettem Licht
eine Netzstruktur ausbildet.
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Gemäß einer
Ausbildungsform des erfindungsgemäßen optischen Übertragungselements weist
das Material aus dem Harz der Hülle
Moleküle der
Methacrylsäure
auf.
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Bei
einer anderen Ausgestaltungsform des optischen Übertragungselementes ist der
mindestens eine Lichtwellenleiter in dem Raum, den die Hülle umgibt,
beweglich angeordnet. Bei einer anderen Ausführungsform enthält der Raum,
den die Hülle umgibt
eine Füllmasse.
Die Füllmasse
kann beispielsweise Weiß-
oder Parafinöle
enthalten. Sie kann auch ein Material aus Gummi oder Aerosil enthalten.
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Bei
einer Weiterbildung des optischen Übertragungselements enthält der mindestens
eine Lichtwellenleiter eine Hülle,
die mindestens eine Glasfaser kompakt umgibt. Vorzugsweise ist die
Hülle,
die die mindestens eine Glasfaser umgibt ebenfalls aus dem Material
aus dem Harz ausgebildet.
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Gemäß einer
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen optischen
Kabels umfasst das optische Kabel mindestens ein optisches Übertragungselement
nach einer der oben genannten Ausführungsformen. Des Weiteren
weist das optische Kabel einen Kabelmantel auf, der einen Raum umgibt,
in dem das mindestens eine optische Übertragungselement enthalten
ist.
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Gemäß einer
Ausführungsform
des optischen Kabels ist das mindestens eine optische Übertragungselement
in dem Raum, der von dem Kabelmantel umgeben ist, beweglich angeordnet.
Eine weitere Ausführungsform
des optischen Kabels sieht vor, dass der Raum, der von dem Kabelmantel
umgeben ist, eine Füllmasse
enthält.
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Im
Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Übertragungselements
angegeben.
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Eine
Ausführungsform
des Verfahrens sieht vor, dass mindestens ein Lichtwellenleiter,
der eine Glasfaser enthält,
bereitgestellt wird. Ein Raum, in dem der mindestens eine Lichtwellenleiter
enthalten ist, wird mit einer Hülle
umgeben, wobei die Hülle
aus einem Material gebildet wird, das einen Harz umfasst.
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Als
Material aus dem Harz kann ein Material verwendet werden, das ein
Acrylat enthält.
Als Acrylat kann ein Material verwendet werden, das Moleküle der Methacrylsäure enthält. Als
Material aus dem Harz kann auch ein Material verwendet werden, das
anorganische Füllstoffe
enthält.
Als anorganische Füllstoffe
können
beispielsweise Glasfaserabschnitte, Kreide und/oder Magnesiumhydroxid
verwendet werden.
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Bei
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird der mindestens eine Lichtwellenleiter vor dem Schritt des Umgebens
des mindestens einen Lichtwellenleiters mit der Hülle mit
einer Füllmasse
umgeben. Vorzugsweise erfolgen der Schritt des Umgebens des mindestens
einen Lichtwellenleiters mit der Füllmasse und der Schritt des Umgebens
der Füllmasse
mit der Hülle
zur gleichen Zeit. Der Schritt des Umgebens des mindestens einen
Lichtwellenleiters mit der Füllmasse
und der Schritt des Umgebens der Füllmasse mit der Hülle können beispielsweise
erfolgen, indem der mindestens eine Lichtwellenleiter mit der Füllmasse
benetzt wird und die Füllmasse
zur gleichen Zeit mit dem Material aus dem Harz benetzt wird. Beispielsweise kann
mittels einer Doppelschicht-Benetzung in einem Arbeitsgang die Füllmasse
und das Harzsystem aufgebracht werden. Die zu beschichtenden Lichtwellenleiter
können
dabei durch ein einziges Werkzeugsystem laufen. Da nur ein Werkzeugsystem
verwendet wird, wird das Anfahren und Bedienen einer maschinellen
Anlage erleichtert. Durch die Doppelschicht-Benetzung lassen sich
des Weiteren höhere Produktionsgeschwindigkeiten
erzielen und dünnere Hüllschichten
ausbilden als dies bei der Fertigung der Hülle mit einer erwärmten Polymermischung
möglich ist.
So lassen sich beispielsweise Produktionsgeschwindigkeiten zwischen
500 und 700 m/min und durch die Verwendung von Harzsystemen dünne Hüllschicht
zwischen 0,05 mm und 0,5 mm fertigen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird das Material aus dem Harz durch Bestrahlen mit Licht nach dem Schritt
des Benetzens des mindestens einen Lichtwellenleiters mit der Füllmasse
und dem Material aus dem Harz ausgehärtet.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren
zur Herstellung eines optischen Kabels sieht das Herstellen mindestens
eines optischen Übertragungselements nach
einer der oben genannten Ausführungsformen vor.
Das mindestens eine optische Übertragungselement
wird mit einem Kabelmantel umgeben.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren, die Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung zeigen, näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
Ausführungsform
eines optischen Übertragungselements
mit einer Hülle
aus einem leicht zu verarbeitenden Material, das bei hohen Temperaturen
einsetzbar ist,
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2 eine
Ausführungsform
eines optischen Kabels mit optischen Übertragungselementen, die Materialien
enthalten, die eine leichte Verarbeitung und einen Einsatz des Kabels
bei hohen Temperaturen ermöglichen,
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3 eine
Ausführungsform
einer Fertigungslinie zur Herstellung eines optischen Übertragungselements,
das Materialien aufweist, die leicht zu verarbeiten sind und einen
Einsatz des optischen Übertragungselements
bei hohen Temperaturen ermöglichen,
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4 eine
weitere Ausführungsform
einer Fertigungslinie zur Herstellung eines optischen Kabels, bei
dem optische Übertragungselemente
verwendet werden, die Materialien enthalten, die eine leichte Verarbeitung
und einen Einsatz des optischen Kabels bei hohen Temperaturen ermöglichen.
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1 zeigt
eine Ausführungsform
eines optischen Übertragungselements,
bei dem mehrere Lichtwellenleiter 10 als Bündel angeordnet
sind und von einer Hülle 30 umgeben
sind. Die Lichtwellenleiter 10 sind beispielsweise als
Festadern ausgebildet, die eine Glasfaser 1 enthalten,
die von einer kompakten Hülle 2 umgeben
ist. In einem Raum 20, der von der Hülle 30 umgeben ist,
ist eine Füllmasse 21 enthalten.
Die Füllmasse 21 enthält gelartig
eingestellte Kunststoffe. Sie kann beispielsweise ein Gemisch aus
Weiß-
oder Paraffinöl,
Gummi und Aerosilen aufweisen.
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Die
Hülle 30 des
optischen Übertragungselements
enthält
anstelle der bisher üblichen
Polymermischungen ein Material aus einem Harz. Die Hülle 30 kann
beispielsweise Acrylate enthalten. Die verwendeten Acrylate sind
vorzugsweise Moleküle
der Methacrylsäure.
Sie enthalten Monomere mit kurzer Kettenlänge und Oligomere mit längerer Kettenlänge. Die
mechanischen Eigenschaften des Acrylatharzes, wie beispielsweise
Härte,
Reißdehnung
und Verformbarkeit, sind über
den Oligomeranteil der Acrylate einstellbar. Je höher der
Oligomeranteil ist, desto härter
wird das Harz und somit die Hülle 30 des optischen Übertragungselements.
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In
das Material aus den Acrylaten der Hülle 30 können des
Weiteren Füllstoffe
eingemischt sein. Im Wesentlichen werden anorganische Materialien eingesetzt.
Verwendet werden beispielsweise Kreide oder Magnesiumhydroxide.
Des Weiteren ist es möglich,
in den Acrylaten zusätzlich
Glasfaserabschnitte 31 einzubetten. Das Harzsystem der
Hülle 30 ist
vorzugsweise als ein Acrylatsystem ausgebildet, das bei Bestrahlung
mit Licht, beispielsweise mit ultraviolettem Licht, eine netzartige
Struktur ausbildet und dabei aushärtet. Die gleichen Materialien,
die für
die Hülle 30 des
optischen Übertragungselements
verwendet werden, können
auch für
die Hülle 2,
die die Glasfaser 1 kompakt umgibt, eingesetzt werden.
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2 zeigt
eine Ausführungsform
eines optischen Kabels, das mehrere optische Übertragungselemente, die den
so genannte Mikromodulen der 1 entsprechen,
enthält.
Die Mikromodule enthalten mehrere zu einem Bündel angeordnete Lichtwellenleiter 10,
die von einer Hülle 30,
die aus den oben genannten Harzsystemen gefertigt ist, umgeben sind.
Mehrere derartige Mikromodule sind in einer Kabelseele 200 des
optischen Kabels angeordnet. Um die Kabelseele 200 ist
ein Außenmantel,
beispielsweise aus einem Kunststoff wie Polyethylen, extrudiert.
Die Mikromodule können
innerhalb der Kabelseele beweglich angeordnet sein oder von einer
Füllmasse
umgeben sein. Sie können
auch innerhalb der Füllmasse
beweglich angeordnet sein.
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3 zeigt
eine Fertigungslinie zur Herstellung eines optischen Übertragungselements
des optischen Kabels. Dabei werden mehrere Lichtwellenleiter 10 einer
Verarbeitungseinheit V1 zugeführt.
An die Verarbeitungseinheit V1 sind ein Behälter B1 und ein Behälter B2
angeschlossen. In dem Behälter
B1 befindet sich die Füllmasse 21.
In der Verarbeitungseinheit V1 werden die Lichtwellenleiter von
der erwärmten
Füllmasse 21 umgeben.
Als Füllmassen werden
dabei beispielsweise Gemi sche aus Weiß- oder Paraffinölen, Gummi
und/oder Aerosilen eingesetzt.
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Des
Weiteren wird in der Verarbeitungseinheit V1 die Hülle 30 aus
einem Material aus einem Harz um die Füllmasse 21 gespritzt.
Dazu ist die Verarbeitungseinheit V1 mit einem Behälter B2
verbunden, der das Material aus dem Harz (Harzsystem) enthält. Das
Harzsystem enthält
im Wesentlichen ein Acrylat, das mit einem Füllstoff versetzt sein kann. Als
Füllstoff
werden dem Acrylat beispielsweise anorganische Materialien hinzugefügt. Dabei
kommen beispielsweise Füllstoffe
aus Kreide oder Magnesiumhydroxid zum Einsatz. Des Weiteren können in der
Verarbeitungseinheit V1 dem Harzsystem auch Glasfasern zugemischt
werden. Die in der Verarbeitungseinheit V1 als Hülle aufgebrachten Acrylatharze enthalten
vorzugsweise Moleküle
der Methacrylsäure.
Diese enthalten Monomere und Oligomere. Die mechanischen Eigenschaften
des Acrylatharzes, insbesondere die Harte, Reißdehnung und verformbarkeit
der Hülle 30 lässt sich
in der Verarbeitungseinheit V1 über
den verwendeten Oligomeranteil einstellen. Je mehr Oligomere in
dem Acrylatharz enthalten sind, desto härter wird die Hülle 30.
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Die
Hülle 30 sowie
die Füllmasse 21 werden vorzugsweise
in einem Arbeitsgang aufgebracht. Das Aufbringen der Füllmasse 21 auf
die Lichtwellenleiter 10 sowie das Umgeben der Füllmasse 21 mit der
Mikromodulhülle 30 erfolgt
vorzugsweise durch eine Doppelschicht-Benetzung. Dabei werden die Füllmasse 21 sowie
die Harzsysteme der Mikromodulhülle 30 beispielsweise
durch eine Ringspaltdüse D
aufgetragen. Das Material aus dem Harz des Behälters B2 ist bei der Verarbeitung
in der Verarbeitungseinheit V1 eine wässrige Lösung, die durch Düsenprozesse
bei Raumtemperatur aufgebracht wird.
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Durch
die Verwendung von Harzsystemen, die als wässrige Lösung aufgebracht werden, lassen sich
sehr hohe Verarbeitungsgeschwindigkeiten erzielen. Die Verarbeitungsgeschwindigkeiten
liegen dabei im Bereich zwischen 500 und 700 m/min. Dies entspricht
den 3- bis 4-fachen Geschwindigkeiten, die bei der Extrusion von
Polymermaterialien, die bisher als Mikromodulhülle verwendet worden sind, möglich waren.
Des Weiteren lässt
sich die Hüllschicht 30,
die als wässrige
Lösung
durch einen Benetzungsvorgang aufgebracht wird, besonders dünn ausbilden.
Bei der Verwendung der Acrylatharzsysteme als Materialien für die Hüllschicht 30 lässt sich
dadurch eine Schichtdicke der Hüllschicht
im Bereich von 0,05 bis 0,5 mm erzielen.
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Nach
dem Benetzen der Lichtwellenleiter mit der Füllmasse 21 und den
Harzsystemen der Hülle 30 wird
die wässrige
Schicht der Hülle 30 mit
Licht, beispielsweise ultraviolettem Licht, bestrahlt. In dem Material
aus dem Harz sind vorzugsweise Fotoinitiatoren enthalten, die bei
Bestrahlung mit ultraviolettem Licht innerhalb des Harzmaterials
eine Netzstruktur ausbilden. Wenn diese UV-Harzsysteme vollständig vernetzt
sind, entsteht ein duroplastischer beziehungsweise elastomerischer
Zustand, der sich auch bei hoher Wärmezufuhr nicht mehr auflöst. Dadurch ist
es möglich,
die optischen Übertragungselemente auch
in Umgebungen mit hoher Temperatur zu verwenden. Die bisher verwendeten
Polymermaterialien, die im Allgemeinen als niedrig schmelzende Thermoplaste
ausgebildet waren, sind bereits bei 70°C bis 80°C geschmolzen. Die für die Hülle 30 eingesetzten
UV-vernetzbaren Harzsysteme weisen dagegen eine höhere thermische
Festigkeit auf. Die Viskositäten
des Füllmaterials 21 und
der Acrylatharze liegen vorzugsweise zwischen 4.000 bis 8.000 MPas.
Die Verwendung von Harzsystemen für die Hülle 30 hat des Weiteren
den Vorteil, dass das Material ohne große Kraftaufwendung abgezogen
beziehungsweise abgeschält
werden kann. Dadurch wird eine leichte Zugänglichkeit zu den Lichtwellenleitern
ermöglicht.
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Die
Mikromodule, die die Verarbeitungseinheit V1 verlassen, werden nach
Bestrahlung mit UV-Licht und dem Aushärteprozess aufgetrommelt. Zur
Fertigung eines Kabels werden, wie in 4 gezeigt,
mehrere der aufgetrommelten Mikromodule 100 einer Verarbeitungseinheit
V2 zugeführt.
In der Verarbeitungseinheit V2 wird ein Außenmantel, beispielsweise ein
Kabelmantel aus Polyethylen, um die Mikromodule extrudiert. Der
von dem Kabelmantel umschlossene Raum kann dabei füllmassenfrei
ausgebildet sein, oder eine Füllmasse
enthalten, in der die Mikromodule eingebettet sind.
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- 1
- Glasfaser
- 2
- Hülle des
Lichtwellenleiters
- 10
- Lichtwellenleiter
- 20
- Innenraum
des Mikromoduls
- 21
- Füllmasse
- 30
- Mikromodulhülle
- 31
- Füllstoff
- 100
- Mikromodul
- 200
- Kabelseele
- 210
- Füllmasse
der Kabelseele
- 300
- Kabelmantel
- V
- Verarbeitungseinheit