DE102008015605A1

DE102008015605A1 - Optisches Kabel und Verfahren zur Herstellung eines optischen Kabels

Info

Publication number: DE102008015605A1
Application number: DE102008015605A
Authority: DE
Inventors: Dieter Kundis; Gerhard Merbach; Waldemar Dr. Stöcklein; Rainer Dr. Kamps
Original assignee: CCS Technology Inc
Current assignee: Corning Research and Development Corp
Priority date: 2008-03-26
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2009-10-08
Also published as: US20120201501A1; ES2610878T3; EP2105776A3; US8165438B2; US8588567B2; EP2105776A2; EP2105776B1; US20090245739A1

Abstract

Ein optisches Kabel (1) umfasst eine optische Festader (40) sowie eine Schutzhülle (20), welche die optische Festader (40) umgibt. Eine Zwischenschicht (12) umgibt die Schutzhülle (20) und weist zugfeste Elemente (14) auf. Des Weiteren enthält das optische Kabel einen Kabelmantel (10), der die Zwischenschicht (12) umgibt und einen seiner inneren Oberfläche zugewandten Übergangsbereich (15). In diesem ist ein Material des Kabelmantels (10) mit den zugfesten Elementen (14) der Zwischenschicht (12) vermischt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Kabel, welches insbesondere für verschiedene Innen- und Aussenanwendungen geeignet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen optischen Kabels.
Die zunehmende Vernetzung und die steigende Anforderungen an die Datenübertragung auch im Bereich privater Haushalte führen zu einer Verwendung optischer Kabel. Neben der regionalen Verteilung gewinnt zunehmend auch die so genannte letzte Meile an Bedeutung, bei der ein optisches Kabel eine Verteilerstation mit einzelnen Gebäuden bzw. Wohnungen verbindet. Hierbei steht im Vordergrund spezielle Kabel zu verwenden, welche ohne zusätzliche Maßnahmen sowohl innerhalb eines Gebäudes als auch im außerhalb eines Gebäudes verwendet werden können, da dadurch fehleranfällige Spleiß- oder Steckverbindungen vermieden werden. Solche so genannten ”Drop Kabel” können innerhalb und außerhalb von Gebäuden, dort außerhalb des Erdreichs aber auch als Erdkabel verlegt werden.
Kabel mit derart unterschiedlichen Anwendungsbereichen sollten eine Vielzahl von Anforderungen erfüllen. Zum einen soll das Kabel möglichst leicht und klein sein, um ohne Schwierigkeiten verlegt und weiterverarbeitet werden zu können. Zudem soll es einen möglichst geringen Biegeradius aufweisen, um auch innerhalb von Gebäuden mit einem Biegeradius bis zu 20 mm verlegt zu werden. Aufgrund der Verwendung dieser Kabel innerhalb von Gebäuden müssen die verwendeten Materialien die entsprechenden Brandschutzbestimmungen erfüllen. Darüber hin aus soll das Kabel bereits mit Steckverbindern versehen werden können, um als vorkonfektioniertes Kabel den Installationsprozess zu beschleunigen.
Ein derartiges Kabel für die genannten Anwendungsbereiche ist unterschiedlichsten Umwelteinflüssen ausgesetzt. Insbesondere die resultierenden Temperaturunterschiede zwischen einem beheizten Gebäude und dem eventuell deutlich kühleren Außenbereich führt zu unterschiedlichen Ausdehnungen des optischen Kabels, wodurch die optische Faser Zugbelastungen ausgesetzt sein kann. Ein Grund hierfür liegt in den unterschiedlichen Materialien, aus denen ein derartiges Kabel aufgebaut ist. Deren Ausdehnungsverhalten kann mittelbar zu einer Veränderung der Dämpfung führen, wodurch gegebenenfalls die Datenübertragungsrate beeinträchtigt wird. Im ungünstigsten Fall kann die optische Faser beispielsweise im Bereich einer Steckverbindung vollständig abreißen.
Demzufolge besteht das Bedürfnis, ein optisches Kabel anzugeben, bei dem das Schrumpfverhalten vermindert ist, so dass es sich für eine Vielzahl Anwendungen innerhalb und außerhalb von Gebäuden eignet. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kabels angegeben werden.
Diese Aufgaben werden mit den Gegenständen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen und Ausgestaltungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
In einer Ausgestaltung umfasst das optische Kabel eine optische Festader sowie eine Schutzhülle, welche die optische Festader umgibt. Eine Zwischenschicht umgibt die Schutzhülle und weist zudem mehrere zugfeste Elemente auf. Schließlich enthält das optische Kabel einen Kabelmantel, der die Zwi schenschicht umgibt und einen seiner inneren Oberfläche zugewandten Übergangsbereich umfasst. In dem Übergangsbereich ist ein Material des Kabelmantels mit den zugfesten Elementen der Zwischenschicht vermischt.
Dadurch wird ein inniger Kontakt zwischen dem Kabelmantel und der Zwischenschicht und den weiteren inneren Hüllen des optischen Kabels gewährleistet, wodurch ein unerwünschter Schrumpfprozess einzelner Komponenten des optischen Kabels verringert ist. Mit anderen Worten zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass eine besonders ausgeprägte mechanische Kopplung des Kabelmantels mit der Schutzhülle gegeben ist, die insbesondere durch den weiter unten dargestellten Fertigungsprozess gewährleistet ist. Die mechanische Kopplung zwischen dem Kabelmantel und der Schutzhülle führt zu einer gleichmäßigeren Längenänderung der Schichten in Abhängigkeit von der Temperatur.
In einer anderen Ausführungsform umfasst ein optisches Kabel eine optische Festader sowie eine Schutzhülle, welche die optische Festader unter Bildung einer Lücke umgibt. Weiterhin ist eine Zwischenschicht vorhanden, welche um die Schutzhülle angeordnet ist und zugfeste Elemente aufweist. Ein um die Zwischenschicht angeordneter Kabelmantel steht über die Zwischenschicht mit der Schutzhülle derart in Wirkverbindung, dass eine relative Schrumpfung der Schutzhülle und das Kabelmantels nach 24 Stunden bezogen auf die optische Festader nicht größer als 3 mm bis 5 mm bei einer Kabellänge von 3 m und bei einer Temperatur von ungefähr 80°C beträgt.
In der Ausgestaltung sind somit die Komponenten, insbesondere die Schutzhülle und der Kabelmantel, fest miteinander gekoppelt, so dass sich ein unterschiedliches Ausdehnungsverhalten aufgrund der starken mechanischen Kopplung an die optische Festader nur geringfügig auswirkt.
In einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optischen Kabels wird unter anderem eine optische Festader bereitgestellt und um diese eine Schutzhülle extrudiert. Die Schutzhülle wird mit einer Zwischenschicht umgeben, welche zugfeste Elemente aufweist. Des Weiteren wird um die Zwischenschicht ein Kabelmantel druckextrudiert, so dass sich entlang der inneren Oberfläche des Kabelmantels ein Übergangsbereich ergibt, in dem ein Material des Kabelmantels mit einem Material der Zwischenschicht vermischt wird.
In Folgenden werden verschiedene Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung unter Zuhilfenahme der Zeichnungen im Detail erläutert. Es zeigen:
1 ein Diagramm zur Erläuterung des Schrumpfverhaltens der Schutzhülle in Längsrichtung des Kabels in Abhängigkeit einer Lagerzeit des Kabels;
2 ein Diagramm zur Darstellung des lateralen Schrumpfverhaltens eines optischen Kabels in Abhängigkeit der Lagerzeit des Kabels;
3 eine Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform eines optischen Kabels nach dem vorgeschlagenen Prinzip;
4 eine schematische Darstellung einer Produktionsstrasse zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens;
5 eine schematische Darstellung von Extrusionsköpfen zur Erläuterung verschiedener Extrusionsmöglichkeiten.
Die Erfindung lässt sich unabhängig von den dargestellten Ausführungsformen auf verschiedene Arten realisieren und ist nicht auf die schematischen Darstellungen beschränkt. Vielmehr bilden die Figuren und die dazugehörige Beschreibung eine Grundlage zur Erläuterung der verschiedenen Aspekte der Erfindung. Die Figuren sind diesbezüglich nicht maßstabsgerecht gezeichnet, sondern vielmehr einzelne Elemente aus Übersichtsgründen vergrößert oder verkleinert dargestellt. Wirkungs- bzw. funktionsgleiche Bauelemente tragen die gleichen Bezugszeichen.
3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optischen Kabels nach dem vorgeschlagenen Prinzip, bei dem das laterale Schrumpfverhalten der einzelnen Schichten aufgrund der starken mechanischen Kopplung der Schichten zueinander vermindert ist. Ein derartiges Kabel lässt sich somit besonders einfach weiterverarbeiten und beispielsweise mit einem Stecker versehen.
Das optische Kabel umfasst in der dargestellten Ausführung eine Festader 40, die einen Wellenleiter, beispielsweise eine optische Faser umfasst. Im Ausführungsbeispiel ist diese als Faser 43 dargestellt, bei der ein Faserkern von einem so genannten Cladding umgeben ist. Das Cladding ist ein Glas und weist gegenüber dem Faserkern einen unterschiedlichen Brechungsindex auf. Daneben enthält die Faser 43 auch eine Schutzbeschichtung (Coating). Die Faser 43 ist von einem Mantelmaterial 42 fest umgeben. Das Mantelmaterial 42 schützt die optische Faser 43 und umschließt sie eng anliegend voll ständig. Der Durchmesser der Festader 40, die auch als ”tight buffered fiber” (TB) bezeichnet wird, beträgt in dieser Ausführungsform circa 900 μm. Sie kann jedoch abhängig von der Größe des Faserkerns 43 und des dem Kern umgebenden Materials 42 auch andere Werte beispielsweise zwischen 400 μm und 900 μm aufweisen. Die Ummantelung 42 kann ein Material basierend auf Silikon, Polyvinylchlorid, Polyester, Polyurethan aber auch andere Materialien umfassen.
Um die Festader 40 herum ist des Weiteren eine Schutzhülle 20 angeordnet, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel an ihrer Innenseite 22 einen Durchmesser aufweist, der geringfügig größer ist als der entsprechende Außendurchmesser der Festader 40. Dadurch ergibt ein im Wesentlichen ringförmiger Zwischenraum 30, der im vorliegenden Fall eine Dicke im Bereich vom 50 μm umfasst. Demzufolge liegt der Innendurchmesser der Schutzhülle 20 im Bereich von 1000 μm.
Als Material für die Schutzhülle 20 kann unter anderem Polyethylene, Polyurethane, Polypropylene, Polyvinylfluorid, Polybuthylene oder auch Polyvinylchloride bzw. eine Kombination hiervon verwendet werden. Zudem eignen sich Polykarbonate und Polykarbonatgemische, da diese eine hohe Steifigkeit aufweisen. Ein Beispiel für ein Schutzhüllenmaterial ist eine Mischung aus Polycarbonate und Acrylnitril-Butadienstyrol (ABS).
Der ringförmige Zwischenraum oder der Spalt 30 ist mit einem hochviskosen Gel 32 gefüllt, welches den Zwischenraum zwischen der Schutzhülle 20 und der Festader 40 vollständig ausfüllt. Als Füllmaterial kann insbesondere ein Gel verwendet werden, welches nur eine geringe bis keine Diffusion in das Mantelmaterial der Festader 40 bzw. in die Schutzhülle 20 aufweist. Dadurch werden Beschädigungen oder Alterungseffekte des Mantelmaterials der Festader 40 bzw. der Schutzhülle 20 verringert. Zudem sollte die Viskosität bei einer Temperatur von 23°C keine geringeren Werte als 4000 mPas (Milli-Pascal-Sekunde) betragen, um eine ausreichende mechanische Kopplung zwischen der Schutzhülle 20 und der Festader 40 zu erreichen. Zweckmäßig sind Viskositätswerte von größer als 6000 mPas.
Der vorhandene Zwischenraum 30 erlaubt ein gewisses Spiel bei einer Biegebeanspruchung des optischen Kabels, wobei die hohe Viskosität des vorhandenen Gels gleichzeitig eine gute mechanische Kopplung der Schutzhülle an die Festader erzeugt. Durch das Gel wird somit auch das Schrumpfverhalten der Schutzhülle 20 an die Festader 40 angepasst.
1 zeigt diesbezüglich ein Diagramm, welches das gemeinsame Schrumpfverhalten der Festader mit der Schutzhülle in Vergleich zu der Schutzhülle ohne die Festader 40 und damit ohne die mechanische Kopplung zwischen den beiden Elementen darstellt.
Auf der Abszisse ist die Lagerzeit in Minuten angegeben, auf der Ordinate das Schrumpfverhalten in Millimeter. Durchgeführt wurden die Messungen bei einer Temperatur von 70°C und einer Kabellänge von circa 30 cm.
Es ist zu erkennen, dass durch die gemeinsame mechanische Kopplung der Schutzhülle mit der Festader (Werte: Schutzhülle mit TB) unabhängig von der Lagerzeit im Wesentlichen bei Null verharrt. Die Abkürzung ”TB” steht im Folgenden für die Festader. Demgegenüber schrumpft die Schutzhülle ohne eine mechanische Kopplung an die Festader (Werte: Schutzhülle ohne TB) bei einer Kabellänge von circa 30 cm um 0,5 mm nach einer Lagerzeit von ungefähr 200 Minuten.
Durch die Füllmasse mit der hohen Viskosität wird damit das Schrumpfverhalten der Schutzhülle an das Schrumpfverhalten der Festader angepasst, so dass die relative Veränderung zwischen der Schutzhülle 20 und der optischen Festader 40 sehr gering ist.
Die Schutzhülle 20 ist nunmehr von einer Schicht 12 umgeben, welche mindestens ein Garn aus Aramidfasern 14 enthält. Als Aramide oder auch aromatische Polyamide werden synthetische Polyamide bezeichnet, bei denen mindestens 85% der Amidgruppen direkt an zwei aromatische Ringe gebunden sind.
Die Kunstfaser Aramid zeichnet sich durch eine hohe Festigkeit gegenüber einer Dehn- oder Zugbeanspruchung sowie eine Beständigkeit gegenüber Säuren und Laugen aus. Darüber hinaus ist sie sehr hitze- und feuerbeständig, schmelzt nicht, sondern beginnt bei circa 400°C zu verkohlen. Die Zwischenschicht 12 kann gewebte Aramidfasern enthalten und zusätzlich auch Glasfaserelemente aufweisen. Die Zwischenschicht 12 dient zur Verstärkung des optischen Kabels insbesondere bei Zugbeanspruchungen, um ein Brechen oder Reißen des Kabelkerns 43 der Festader zu vermeiden. Außer Fasern aus Aramid kommen auch Polyvinylketone und hochmolekulare Polyethylene sowie Fiberglas oder Kombinationen diesbezüglich in Frage.
Schließlich wird ein Kabelmantel 10 um die Zwischenschicht 12 mit den Aramidfasern 14 extrudiert. Dies erfolgt mittels Druckextrusion, so dass sich auf der Innenseite der Manteloberfläche ein Übergangsbereich 15 ausbildet. In dem Übergangsbereich 15 ist das extrudierte Mantelmaterial mit Ara midfasern 14 der äußeren Oberfläche der Zwischenschicht 12 vermischt. Dadurch wird eine starke mechanische Kopplung des Kabelmantels 10 über die Zwischenschicht 12 an die Schutzschicht 20 erreicht. Der Übergangsbereich 15, in dem die Vermischung des Kabelmantelmaterials mit den Aramidfasern stattfindet, kann bis zu einer Dicke von zwei Zehntel der Dicke des extrudierten Kabelmantels betragen.
Zusätzlich ist im Kabelmantel 10 ein Faden 13 eingearbeitet. Diese dient dazu, vor einem Spleißprozess den Kabelmantel zu öffnen und zu entfernen, um den Faserkern der optischen Festader mit einem Lichtwellenleiter zu verspleißen.
Der Kabelmantel 10 umfasst ein flammhemmendes nicht-korrodierendes Material, welches auch als FRNC-Material oder ”flame retardant non-corrosive material” bezeichnet wird. Für den Kabelmantel kann dafür Polyethylen, aber auch eine Gemische mit Polyethylen und Ethylenvinylacetat verwendet werden. Als flammhemmende Materialien kommt beispielsweise Aluminiumtrihydroxid oder auch Magnesiumhydroxid zum Einsatz.
Der Druckextrusionsprozess für die Herstellung des Kabelmantels führt zu einer deutlich geringen lateralen Beweglichkeit des Kabelmantels bezüglich der innerhalb des Kabelmantels vorhandenen Schutzhülle 20 und der Festader 40.
2 zeigt diesbezüglich eine Darstellung des Schrumpfverhaltens über die Lagerzeit von zwei auf verschiedene Weisen hergestellten Kabeln. Die mit ”Standard” bezeichneten Werte wurden bei einem herkömmliche herstellten Kabel gemessen, bei dem der Kabelmantel nicht über den weiter unten detailliert dargestellten Druckextrusionsprozess mit den darunter liegenden Schichten verbunden wurde. Das Kabel ”Standard” wird bei einer Temperatur von 70°C gelagert. Ab einer Lagerzeit von circa 100 Minuten steigt bei einer Kabellänge von 1 m der Schrumpf des Kabelmantels stark an und beträgt bei einer Lagerzeit von circa 200 Minuten beispielsweise 2 mm. Dem gegenüber zeigt ein nach dem vorgeschlagenen Verfahren ein deutlich geringeres Schrumpfverhalten, angegeben durch die Werte ”Optimiert”. Diese Werte wurden mit einem Kabel nach dem vorgeschlagenen Herstellungsprinzip insbesondere mit Druckextrusionen des Kabelmantels unter den oben aufgeführten Bedingungen ermittelt.
Durch die mechanische Bindung des Kabelmantels an die darunter liegenden Schichten über die Zwischenschicht aufgrund der Mischung erfährt das optische Kabel eine deutlich geringere Schrumpfung. Der Durchschnittswert der Schrumpfung des optischen Kabels nach dem vorgeschlagenen Prinzip, insbesondere des Kabelmantels und der Schutzschicht relativ zu der Festader liegt im Bereich zu 5 mm bei einer Kabellänge von 3 m, die über 24 Stunden bei 80°C gelagert und anschließend bei Raumtemperatur vermessen wurde. Herkömmlich hergestellte Kabel zeigen dem gegenüber eine um den Faktor 3 größere Schrumpfung.
Mit anderen Worten werden durch die mechanische Kopplung des Kabelmantels an die Schutzhülle und die Schutzhülle wiederum an die Festader relative Längenänderungen der einzelnen Elemente aneinander angepasst. Die mechanische Kopplung führt also dazu, dass eine Längenänderung, beispielsweise aufgrund eines Schrumpfprozesses oder aufgrund von einer Temperaturänderung annähernd gleichmäßig in allen Elementen erfolgt.
Ein weiterer Aspekt betrifft somit auch die so genannte Faserüberlänge, die aufgrund des geringeren und gleichmäßigeren Schrumpfverhaltens nun nicht mehr oder kaum noch erforderlich ist. So kann die Faserüberlänge, also der Faserabschnitt der optischen Faser, die länger als der umgebende Kabelmantel oder die umgebende Schutzhülle ist, kleiner als 0.1% bezogen auf die Gesamtlänge sein. Insbesondere sind auch Werte von kleiner als 0,05% bis hin zu 0% möglich. Bei letzterem Wert entspricht die Länge der Faser der Länge der Schutzhülle bzw. des Kabelmantels.
Auf das Ende des Kabels mit freiliegender Festader kann ein Stecker oder eine Steckverbindung gesetzt werden. Diese wird am Kabel beispielsweise an dem Garn der Zwischenschicht für eine Zugentlastung befestigt. Zudem ist sie direkt mit der Festader verbunden. Dies ist nunmehr ohne größere Schwierigkeiten möglich, da die gemeinsame und gleichzeitig geringe Ausdehnung des gesamten Kabels ein Brechen der Faser im Bereich des Steckers verhindert. Das Kabel kann also insbesondere gleich mit einem Stecker geliefert werden.
Eine Alternative, die mechanische Kopplung zwischen den einzelnen Elementen des Kabels zu bestimmen, besteht in einer Ermittlung der so genannten Auszugskraft. Dabei wird die Kraft gemessen, die benötigt wird, um bei einer gewissen Auszugsgeschwindigkeit ein Element des optischen Kabels von anderen Elementen zu trennen. So beträgt beispielsweise die Auszugskraft, die erforderlich ist, den Faserkern 40 aus der Schutzhülle 20 heraus zu ziehen, mindestens 0,7 N bei einer Zuggeschwindigkeit von 40 bis 50 mm/min. Die Auszugskraft ist abhängig von dem verwendeten Füllmaterial 32 zwischen der Schutzhülle 20 und der Festader 40. Bevorzugt wird als Füllmaterial 32 ein Gel verwendet, durch das sich eine Auszugskraft von 2 N bis 3 N bei einer Kabellänge von 1 m und eine Auszugsgeschwindigkeit von 40 bis 50 mm/min einstellt.
Entsprechend lässt sich eine Auszugkraft zwischen der Schutzhülle 20 und dem die Schutzhülle umgebenden Kabelmantel 10 bestimmen. Diese Auszugskraft sollte bei einer Auszugsgeschwindigkeit von 40 bis 50 mm/min und einer Kabellänge von 1 m im Bereich von 20 N bis 60 N und insbesondere im Bereich von 30 N bis 60 N liegen. Derartig hohe Auszugskräfte lassen sich vor allem durch die verwendete Druckextrusion bei der Herstellung des Mantels um die Zwischenschicht 12 und die Schutzhülle 20 erreichen.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer Produktionslinie zur Herstellung eines optischen Kabels 10. Die Produktionslinie enthält mehrere einzelne hintereinander angeordnete Produktionseinheiten V1, V2 und V3. Eine optische Festader 210 ist auf eine Spule C1 aufgewickelt und wird der ersten Fertigungseinheit V1 zugeführt. Die Festader 210 umfasst einen Faserkern sowie ein umgebendes Mantelmaterial aus einem Polymer und besitzt einen Durchmesser von beispielsweise 500 μm.
Die Fertigungseinheit V1 weist einen Tank T1 auf, der über einen Extruder E1 an einen Extruderkopf CH1 angeschlossen ist. Der Tank T1 ist mit einem Extrudiermaterial gefüllt, welches das Ausgangsmaterial für die Schutzhülle 20 bildet. Als Beispiel kommen hierfür Materialien basierend auf Polycarbonaten in Frage, die darüber hinaus auch flammhemmende Komponenten aufweisen können. Flammhemmende Materialien können somit bereit im Ausgangsmaterial vorhanden sein, aber auch während des Extrudiervorgangs dem Extrudiermaterial beigemischt werden.
Nach Erhitzen des Materials im Extruder E1 wird die heiße polymere Schmelze um die Festader 210 mittels des Extruderkopfes CH1 extrudiert. Der Extruderkopf CH1 wird dabei derart eingestellt, dass sich zwischen der Festader 40 und der Innenseite der Schutzhülle 20 eine schmale Lücke oder ein schmaler Spalt 30 ergibt. Die hierbei und im Späteren noch detailliert dargestellte Schlauchextrusion erlaubt es, die Spaltlücke zu bestimmen, die bevorzugt im Bereich von wenigen 10 μm insbesondere von 50 μm liegt.
Zudem ist in der Fertigungseinheit V1 vorgesehen, ein Füllmaterial in den Spalt zwischen der Festader 40 und der Schutzhülle 20 einzubringen. Das Füllmaterial ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein hoch viskoses Gel mit einer Viskosität im Bereich von 4000 mPas bis 12000 mPas gemessen bei einer Temperatur von 23°C. In einer besonderen Ausführungsform wird ein Material verwendet, dessen Viskosität mindestens 6000 mPas oder größer ist gemessen bei 23°C. Alternativ können zusätzlich auch Garne oder andere Materialien zur Stütze in die Schutzhülle oder in den Spalt eingebracht werden.
Die extrudierte Schutzhülle wird in der Produktionseinheit V1 abgekühlt, so dass sich eine steife und mechanisch gut an die optische Festader gekoppelte Schutzhülle ergibt. Das teilweise hergestellte und abgekühlte Kabel wird anschließend der zweiten Produktionseinheit V2 zugeführt. Diese umgibt die Schutzhülle 20 nun mit einem Garn aus einem hoch zugfesten Material 240 und bildet so die Zwischenschicht 12 nach dem Ausführungsbeispiel gemäß 3.
Hierfür können beispielsweise Aramid, Polyvinylketon aber auch sehr langkettige Polyethylene verwendet werden. Zusätzlich lassen sich Fiberglasfasern zur weiteren mechanischen Stabilität einflechten. Die Stabilitätselemente werden um die Schutzhülle 20 bevorzugt symmetrisch angeordnet und stehen in Wirkverbindung mit der Schutzhülle.
An die Produktionseinheit V2 ist die weitere Produktionseinheit V3 angeschlossen. Diese umfasst einen zweiten Tank T2, der über einen zweiten Extruder E2 mit einem weiteren Extruderkopf CH3 verbunden ist. Der Extruderkopf CH3 ist für eine Druckextrusion ausgeführt.
Das aus der Produktionseinheit V2 austretende Kabel wird dem Extruderkopf CH3 zugeführt. Gleichzeitig wird das Mantelmaterial im Tank T2 über den Extruder E2 erhitzt und die heiße Schmelze mit hohem Druck im Extruderkopf CH3 um das durch den Extruderkopf laufende Kabel gepresst. Die Schmelze wird daher bereits im Extruderkopf mit der Zwischenschicht in Kontakt gebracht. Durch die Druckextrusion vermischt sich in einem Übergangsbereich des Kabelmantels das heiße Kabelmaterial mit den Aramid und/oder Glasfasern der Zwischenschicht und führt so zu einer guten mechanischen Ankopplung und dem verbesserten Schrumpfverhalten.
Anschließend wird das aus dem Extruderkopf CH3 austretende Kabel in einem Wasserbad W gekühlt und auf die zweite Rolle C2 aufgewickelt. Hierbei erfolgt jedoch im Gegensatz zu einer Schlauchextrusion keine weitere Zugbelastung, sondern der Kabelmantel behält seine im Wesentlichen durch die Öffnung des Extruderkopfes CH3 vorgegebene Form. Aus der Sicht einer molekularen Struktur reduziert die Druckextrusion im Extruderkopf CH3 eine Ausrichtung der Polymerketten im Mantelmaterial, so dass die Morphologie des Mantelmaterials näher an einer unorientierten Gleichgewichtsverteilung liegt. Anschlie ßend wird das Kabel, sofern erforderlich und gewünscht noch mit einem Abschlussstecker versehen.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Produktionslinie durchgehend, d. h. das Kabel wird in einem durchlaufenden Prozess gefertigt. Es kann aber durchaus sinnvoll sein, den in der 4 dargestellten Prozess zu unterbrechen, um das Kabel bzw. die Kabelseele zu Ruhe kommen zu lassen und gegebenenfalls herstellungsbedingte Schrumpfprozesse abzuwarten. Zu diesem Zweck kann das Kabel beispielsweise nach jeder Produktionseinheit, insbesondere nach der Produktionseinheit V1 auf eine weitere nicht dargestellte Trommel aufgewickelt und kurzzeitig gelagert werden. Dadurch hat die Kabelseele, also die Festader umgeben von der Schutzhülle nach dem ersten Produktionsschritt Zeit, seine endgütige Form anzunehmen. Zudem können auf diese Weise unterschiedliche Produktionsgeschwindigkeiten zwischen den einzelnen Produktionseinheiten V1, V2 und V3 ausgeglichen werden.
5A zeigt hierzu eine Querschnittsansicht des Extrusionskopfes CH3 für die Druckextrusion. Der Extrusionskopf CH3 umfasst einen Nippel, der chonisch zuläuft und im vorderen Bereich mit einer Öffnung versehen ist. Ein Durchmesser der Öffnung des Nippels entspricht im Wesentlich dem Durchmesser der durchgeführten Kabelseele aus der Festader, der Schutzhülle und der Zwischenschicht. Auf den Nippel und deren Öffnung aufgesetzt ist ein Mundstück, so dass sich zwischen dem Nippel und dem Mundstück eine chonisch zulaufende Zuführung für das Mantelmaterial ergibt. Das Mundstück ist derart ausgestaltet, dass das durch die Zuführungen eingebrachte Mantelmaterial fest auf die Kabelseele gepresst und gemeinsam entlang eines Abschnitts L bis zu einer Öffnung O geführt wird. Die Öffnung O des Mundstücks umfasst einen Durchmesser, der im Wesentlichen dem Aussendurchmesser des gewünschten Kabels entspricht. Mit anderen Worten wird innerhalb des Mundstücks im Bereich L das Mantelmaterial an die Kabelseele gepresst, wodurch sich die Vermischung im Übergangsbereich des Kabelmantels ergibt. Das aus dem Extruderkopf austretende Kabel wird anschließend im Wasserbad gekühlt.
5B zeigt dem gegenüber ein Ausführungsbeispiel für eine Schlauchextrusion, wie sie beispielsweise im Extruderkopf CH1 eingesetzt wird. Bei dieser ist ebenfalls ein Nippel vorgesehen, durch den die Kabelseele geführt wird. Diese ist im vorliegenden Fall die optische Festader. Im Gegensatz zum Druckextrusionskopf CH3 bildet die Öffnung des Nippels auch die Öffnung des Extruderkopfes CH1. Zudem wird über ein weiteres, um den Nippel angelegtes Mundstück das Material der Schutzhülle extrudiert. Dabei ist der Durchmesser der ringförmigen Öffnung des Mundstücks so gestaltet, dass das extrudierte Material nicht unmittelbar mit der Kabelseele in Kontakt kommt. Der ringförmige Durchmesser der Öffnung des Mundstücks ist so ausgestaltet, dass die Öffnung des Nippels in die Öffnung des Mundstücks gesetzt ist.
Dadurch kontaktiert das Schutzhüllenmaterial die optische Festader erst nach dem Verlassen des Extrusionskopfes. Dies erfolgt, indem das Schutzhüllenmaterial und die optische Festader entlang der dargestellten Z-Richtung gezogen werden.
Bei dem Schlauchextrusionskopf CH1 besitzt die Austrittsöffnung des Nippels einen geringfügig größeren Durchmesser als die Festader. Dies dient dazu, in den Hohlraum H eingebrachtes Gel in Kontakt mit der Festader zu bringen, so dass die Festader von einer dünnen Gelschicht überzogen wird. Wenn die Festader dann durch den Nippel in Richtung auf die Öffnung gezogen wird, bildet das Gel eine dünne Schicht auf der Oberfläche der Festader und verlässt so den Extruderkopf CH1.
Das Material der Schutzhülle wird dann nicht direkt auf die Festader, sondern auf das die Festader umgebende Gel aufgebracht. Dadurch ergibt sich ein geringfügig größerer Innendurchmesser der extrudierten Schutzhülle, so dass sich ein Spalt zwischen Schutzhülle und Festader in einem Bereich von beispielsweise 50 μm bildet. Dies ermöglicht ein kleines Spiel der Festader innerhalb der Schutzhülle und verhindert ein Ankleben der Festader an der Schutzhülle und damit eine unerwünschte Dämpfung. Gleichzeitig liegt die Festader geradlinig und nicht gewölbt innerhalb der Schutzhülle.
Als Material für die Schutzhülle kann ein Gemisch aus Polykarbonaten mit Akrylnitril-Butadienstyrol verwendet werden, welches zudem mit flammhemmenden Komponenten versehen sein kann. Beispielsweise lässt sich zusätzlich Aluminiumtrihydroxid oder Magnesiumhydroxid mit einem Massenanteil bis zu 60% in die Matrix der Schutzhülle einbringen. Dies erfolgt noch im Bereich der Zuführungen des Extruderkopfes, in dem das Kabelmantelmaterial mit den flammhemmenden Komponenten vermischt wird.
Das vorgestellte Kabeldesign kann als ”Drop Kabel” für Innen- und Aussenanwendungen verwendet werden. Dabei erfüllt es die Anforderungen hinsichtlich Größe und Flexibilität. Die steife Schutzhülle schützt die optische Festader gegenüber äußeren Druck und erlaubt es, auch geringe Biegedurchmesser zu erreichen. Darüber hinaus wird das Schrumpfverhalten der einzelnen Schichten aufgrund der guten mechanischen Ankopplung der Schichten an die Festader verringert. Dies ermöglicht es, das Kabel direkt mit einer entsprechenden Steckverbindung zu kop peln, ohne zusätzliche Verstärkungselemente oder Adapter vorsehen zu müssen. Dabei wird durch die optische Festader und die steife Schutzhülle ein Anschluss an einen Stecker ebenso verbessert.
Das optische Kabel ist im Gegensatz zu dem bisher verwendeten Verbindungskabeln robuster und gleichzeitig flexibler zu Handhaben als bisherige Lösungen. Es kann sowohl im Innenbereich als auch im Außenbereich unter verschiedenen äußeren Bedingungen verwendet werden, ohne aufgrund des Schrumpfverhaltens eine unakzeptable und zusätzliche optische Dämpfung zu erhalten.

1: optisches Kabel
2: Kabelmantel
12: Zwischenschicht
14: Aramidfasern
15: Übergangsbereich
20: Schutzhülle
22: innere Oberfläche der Schutzhülle
30: Zwischenraum, Spalt
32: Füllmaterial, Gel
13: Faden
40: optische Festader
42: Faserummantelung
43: Faserkern
C1, C2: Rolle
V1, V2, V3: Produktionseinheit
T1, T2: Tank
E1, E2: Extruder
CH1, CH3: Extruderkopf
210: Kabelseele
240: Zwischenschichtmaterial
W: Wasserbad

Claims

Optisches Kabel, umfassend: – eine optische Festader (40), – eine Schutzhülle (20), welche die optische Festader (40) umgibt; – eine Zwischenschicht (12), welche die Schutzhülle (20) umgibt und zugfeste Elemente (14) aufweist; – ein Kabelmantel (10), der die Zwischenschicht (12) umgibt und einen seiner inneren Oberfläche zugewandten Übergangsbereich (15) umfasst, in dem ein Material des Kabelmantels (10) mit den zugfesten Elementen (14) der Zwischenschicht (12) vermischt ist.
Das optische Kabel nach Anspruch 1, bei dem die Zwischenschicht (12) ein Garn aus Aramidfasern aufweist.
Das optische Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem die Zwischenschicht (12) Glasfasern umfasst.
Das optische Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem bei dem der Übergangsbereich (15) 0,1% bis 20% einer Dicke des Kabelmantels (10), insbesondere 10% bis 20% der Dicke des Kabelmantels (10) umfasst.
Das optische Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Material des Kabelmantels (10) ein flammhemmendes nicht korrodierendes Material umfasst.
Das optische Kabel nach Anspruch 5, bei dem das Material des Kabelmantels (10) Polyethylen und Aluminiumtrihydroxid oder Polyethylen und Magnesiumhydroxid aufweist.
Das optische Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter aufweisend eine Lücke (30) zwischen der optischen Festader (40) und der die optische Festader umgebenden Schutzhülle (20).
Das optische Kabel nach Anspruch 7, bei dem die Lücke (30) eine Dicke im Bereich von 30 bis 100 μm, insbesondere eine Dicke im Bereich von 45 bis 55 μm aufweist.
Das optische Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem ein Innendurchmesser der Schutzhülle (20) nicht größer als 1000 μm ist.
Das optische Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem ein Aussendurchmesser der optischen Festader (40) im Bereich von 900 μm liegt.
Das optische Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem zwischen der Schutzhülle (20) und der optischen Festader (40) eine Füllmasse (32), insbesondere ein Gel mit einer Viskosität größer als 4000 mPas bei einer Temperatur von 23°C vorgesehen ist.
Das optische Kabel nach Anspruch 11, bei dem die Viskosität der Füllmasse (32) im Bereich von 6000 mPas bis 12000 mPas bei einer Temperatur von 23°C liegt.
Das optische Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die Schutzhülle (20) eine Mischung aus Polycarbonat und Acrylnitril-Butadienstyrol aufweist.
Das optische Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die Schutzhülle (20) über die Zwischenschicht (12) mit dem Kabelmantel derart in Wirkverbindung steht, dass eine relative Schrumpfung der Schutzhülle (20) und des Kabelmantels (10) nach 24 Stunden bezogen auf die optische Festader nicht größer als 3 mm bis 5 mm bei einer Kabellänge von 3 m und einer Temperatur von ungefähr 80°C beträgt.
Das optische Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem durch die Vermischung des Materials des Kabelmantels (10) mit den zugfesten Elementen der Zwischenschicht (12) eine temperaturinduzierte Längenänderung reduziert ist.
Das optische Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem die optischen Festader (40) und die sie umgebende Schutzhülle (20) derart in Kontakt zueinander stehen, dass eine auf die optischen Festader (40) oder die sie umgebende Schutzhülle (20) ausgeübte Auszugskraft bei Raumtemperatur und einer Auszugsgeschwindigkeit im Bereich von 40 mm/min bis 50 mm/min bei einer Kabellänge von 1 m den Wert von 0,7 N nicht unterschreitet.
Das optische Kabel nach Anspruch 16, bei dem die Auszugskraft im Bereich von 2 N bis 3 N liegt.
Das optische Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem die Schutzhülle (20) und der sie umgebende Kabelmantel (10) über die Zwischenschicht (12) derart in Wirkverbindung zueinander stehen, dass eine Auszugskraft der Schutzhülle (20) aus dem Kabelmantel (10) bei Raumtemperatur und einer Auszugsgeschwindigkeit im Bereich von 40 mm/min bis 50 mm/min bei einer Kabellänge von 1 m im Bereich von 30 N bis 60 N liegt.
Optisches Kabel, umfassend: – eine optische Festader (40), – eine Schutzhülle (20), die unter Bildung einer Lücke (30) die optische Festader (40) umgibt; – eine Zwischenschicht (12), die um die Schutzhülle (20) angeordnet ist und zugfeste Elemente aufweist; – ein Kabelmantel (10), der um die Zwischenschicht (12) angeordnet ist, und über die Zwischenschicht (12) derart in Wirkverbindung mit der Schutzhülle (20) steht, dass eine relative Schrumpfung der Schutzhülle (20) und des Kabelmantels (10) nach 24 Stunden bezogen auf die optische Festader nicht größer als 3 mm bis 5 mm bei einer Kabellänge von 3 m und einer Temperatur von ungefähr 80°C beträgt.
Das optische Kabel nach Anspruch 19, beim dem eine Auszugskraft der Schutzhülle (20) aus dem Kabelmantel (10) bei Raumtemperatur und einer Auszugsgeschwindigkeit im Bereich von 40 mm/min bis 50 mm/min bezogen auf eine Kabellänge von 1 m im Bereich von 30 N bis 60 N liegt.
Das optische Kabel nach einem der Ansprüche 19 bis 20, bei dem die Zwischenschicht (12) Aramidfasern als zugfeste Elemente aufweist.
Das optische Kabel nach einem der Ansprüche 19 bis 21, bei dem in einem Übergangsbereich zwischen der die Zwischenschicht (12) und dem Kabelmantel (10) eine Vermischung der jeweilig verwendeten Materialien vorhanden ist.
Das optische Kabel nach Anspruch 22, bei dem der Übergangsbereich 0,1% bis 20% einer Dicke des Kabelmantel, insbesondere 10% bis 20% der Dicke des Kabelmantels umfasst.
Das optische Kabel nach einem der Ansprüche 19 bis 23, bei dem das Material des Kabelmantels (10) ein flammhemmendes nicht korrodierendes Materialgemisch umfasst.
Das optische Kabel nach einem der Ansprüche 19 bis 24, bei dem die Lücke eine Dicke im Bereich von 30 μm bis 100 μm, insbesondere eine Dicke im Bereich von 45 μm bis 55 μm aufweist.
Das optische Kabel nach einem der Ansprüche 19 bis 25, bei dem ein Innendurchmesser der Schutzhülle (20) im Bereich von 800 μm bis 1200 μm, insbesondere im Bereich von 900 μm bis 1000 μm liegt.
Das optische Kabel nach einem der Ansprüche 19 bis 26, bei dem ein Aussendurchmesser der optischen Festader (40) im Bereich von 900 μm liegt.
Das optische Kabel nach einem der Ansprüche 19 bis 27, bei dem die Lücke (30) eine Füllmasse (32) aufweist.
Das optische Kabel nach Anspruch 28, bei dem bei, die Füllmasse (32) ein Gel mit einer Viskosität größer als 6000 mPas bezogen auf eine Temperatur von 23°C umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines optischen Kabels, umfassend: – Bereitstellen einer optischen Festader (40); – Extrudieren einer Schutzhülle (20) um die optische Festader (40); – Umgeben der Schutzhülle (20) mit einer Zwischenschicht (12), die zugfeste Elemente aufweist; – Druckextrudieren eines Kabelmantels (10) um die Zwischenschicht (12), so dass sich in einem Übergangsbereich ein Material des Kabelmantels (10) mit einem Material der Zwischenschicht (12) vermischt.
Das Verfahren nach Anspruch 30, bei dem der Schritt des Druckextrudierens umfasst: – Bereitstellen des den Kabelmantel (10) bildenden Materials; – kontaktierendes Umgeben der Zwischenschicht (12) mit dem Material; – Pressen des Materials des Kabelmantels (10) zusammen mit der die Schutzhülle (20) umgebenden Zwischenschicht durch eine gemeinsame Öffnung (O), deren Durchmesser im Wesentlichen dem Aussendurchmesser des optischen Kabels (1) nach Abkühlung entspricht; – Abkühlen des Kabels.
Das Verfahren nach Anspruch 31, bei dem die Öffnung (O) einen Durchmesser im Bereich von 5 mm aufweist.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 32, bei dem das Material des Kabelmantels (10) ein flammhemmendes nicht korrodierendes Materialgemisch umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 33, bei dem das Material des Kabelmantels (10) Polyethylen mit Aluminiumtrihydroxid oder Magnesiumhydroxid umfasst.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 33, bei dem der Schritt des Extrudierens umfasst: – Bereitstellen eines die Schutzhülle bildendes Material; – Umgeben der optischen Festader mit dem Material der Schutzhülle; – Strecken des Materials der Schutzhülle; – Abkühlen der Schutzhülle.
Das Verfahren nach Anspruch 35, bei dem das Material der Schutzhülle gestreckt wird, bis dass diese in Kontakt mit der optischen Festader gebracht ist.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 36, bei dem das Material der Schutzhülle (20) gestreckt wird, bis eine Lücke (30) zwischen der optischen Festader und der Schutzhülle im Bereich von 40 μm bis 60 μm liegt.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 37, wobei der Schritt des Extrudierens einer Schutzhülle (20) umfasst: – Bereitstellen eines Füllmaterials (32); – Umgeben der optischen Festader (40) mit einer Schicht aus dem Füllmaterial (32).
Das Verfahren nach Anspruch 38, bei dem das Füllmaterial eine Viskosität aufweist, die größer als 6000 mPas ist.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 38 bis 39, bei dem die Dicke des Füllmaterials (32) im Bereich von 40 mm bis 60 μm liegt.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 38 bis 40, bei dem das Füllmaterial (32) ein Gel ist.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 41, bei dem als Material der Schutzhülle (20) ein Gemisch aus Polycarbonat und Acrylnitril-Butadienstyrol verwendet wird.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 42, bei dem die Zwischenschicht (12) ein Garn aus Aramidfasern aufweist.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 43, bei dem die Zwischenschicht (12) Glasfasern aufweist.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 44, bei dem ein Aussendurchmesser der optischen Festader (40) im Bereich von 900 μm liegt.