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Die Erfindung betrifft eine optische
Rangierweg-Signalisierung gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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An Knotenpunkten in Nachrichtennetzen werden
mit Hilfe von Verbindungskabeln wahlweise Verbindungen hergestellt.
Beispiele sind Glasfaser-Hauptverteiler in öffentlichen Netzen, in denen mit
Rangierkabeln flexible Verbindungen zwischen der übertragungstechnischen
Seite (Leitungsendgeräte)
und der linientechnischen Seite des Netzes hergestellt werden. Weitere
Beispiele sind Campus-, Gebäude-
oder Etagenverteiler in lokalen Netzwerken (Datennetze) mit sowohl
optischer als auch elektrischer Signalübertragung.
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Bei Rangierarbeiten werden die Verbindungen
innerhalb der Verteilfelder (Patchpanels) eines Verteilers oder
zwischen den Verteilfeldern mehreren Verteilern geändert. Die
Verteiler sind dabei häufig voll
bestückt
mit zahlreichen Verbindungskabeln, was es für den Installationstechniker
schwer oder unmöglich
macht, den Kabelverlauf zu verfolgen und insbesondere den Stecker
am anderen Ende eines bestimmten Verbindungskabels schnell und sicher aufzufinden.
Das gilt insbesondere dann, wenn das betreffende Verbindungskabel
inmitten eines Bündels
von anderen Kabeln durch Kabelführungselemente
des Verteilers läuft
und so der Verlauf einzelner Kabel nicht oder nur mühsam und
zeitraubend nachzuverfolgen ist. Erschwerend kommt hinzu, dass Anfang
und Ende eines Verbindungskabels in räumlich voneinander getrennten
Verteilergestellen liegen können,
zwischen denen die Verbindungskabel als Bündel in Kabelkanälen verlegt
sind. Die Gesamtlänge
eines Verbindungskabels kann so 20 Meter oder mehr betragen.
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Wenn bei Rangier- und Installationsarbeiten in
Verteilfeldern der Kabelverlauf nachverfolgt werden muss, kann dies
mit erheblichen Verzögerungen bei
der Arbeit verbunden sein. Andererseits ist zügiges Arbeiten beim Rangieren
insbesondere dann wichtig, wenn aufgrund von Ausfällen oder
Störungen
im Netz in kurzer Zeit Umwegleitungen geschaltet werden müssen. Verzögerungen
bedeuten dann verlängerte
Ausfallzeiten, was mit erheblichen Kosten verbunden ist. Ebenso
wichtig ist das Vermeiden von Fehlschaltungen, die mit ähnlichen
Konsequenzen verbunden sind. Solche Fehler beim Rangieren lassen
sich sehr viel besser vermeiden, wenn der Verlauf des Verbindungskabels
visuell kontrolliert und der Steckverbinder am anderen Ende des
Kabels schnell und sicher identifiziert werden kann. In der Vergangenheit
sind deshalb verschiedene Techniken entwickelt worden, um geschaltete
Rangierwege in Verteilern kenntlich zu machen.
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Eine bekannte Lösung besteht darin, statt dem üblichen
Verbindungskabel, das nur den Nachrichtenkanal durchschaltet, ein
spezielles hybrides Kabel zu verwenden, das zusätzlich eine elektrische Signalleitung
enthält,
die beim Schalten eines Verbindungsweges beispielsweise eine Leuchtdiode
(LED), die neben der entsprechenden Steckkupplung im Verteilfeld
angeordnet ist, zum Leuchten bringt. Nachteilig bei dieser Lösung ist,
dass neben einem speziellen Verbindungskabel auch spezielle, von
den gängigen
Standards abweichende Steckverbinder und -kupplungen erforderlich
sind, die außer
dem Durchschalten des Nachrichtenkanals (optisch oder elektrisch)
zusätzlich
einen elektrischen Kontakt zum Anschalten der LED herstellen (hybride
Steckverbindung). Außerdem
müssen
die Verteilfelder von vornherein mit entsprechenden elektrischen
Mitteln zur Signalisierung der geschalteten Verbindungen ausgestattet
sein, was mit erhöhtem
Aufwand verbunden ist. Außerdem
ist die vorteilhafte nachträgliche
Aufrüstung
bestehender Verteiler mit Mitteln zur Rangierweg-Signalisierung
auf diese Weise nicht möglich.
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Eine weitere aus der
US 5,666,453 bekannte Lösung besteht
darin, im Innern eines Glasfaser-Verbindungskabels zusätzlich zwei
elektrische Leitungen unterzubringen, an die mittels eines am Kabelende
hinter dem Steckverbinder angeordneten Kontaktelementes eine elektrische
Spannung angelegt wird, die eine in dem Kontaktelement am anderen
Kabelende angeordnete LED zum Leuchten bringt und es so erlaubt,
den zugeordneten Steckverbinder am jeweils anderen Ende des betreffenden
Verbindungskabels zu identifizieren. Nachteilig bei dieser Lösung ist,
dass nur das andere Ende des Verbindungskabels (mit elektrischen
Mitteln) markiert wird, der eigentliche Verlauf des Kabels, dessen
genaue Verfolgung bei Installationsarbeiten häufig von Bedeutung ist, aber
unkenntlich bleibt.
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Eine andere aus Patentschrift
EP 0 686 267 B1 bekannte
Lösung
besteht aus einem oder mehreren Lichtleitern, die mit dem Verbindungskabel
verbunden sind und in die mittels eines am Kabelende hinter dem
Steckverbinder angeordneten Koppelelements Licht eingekoppelt wird.
Dieses Licht bringt nach Durchlaufen des Verbindungskabels das spiegelbildlich
am anderen Kabelende hinter dem Steckverbinder angeordnete Koppelelement
zum Leuchten und erlaubt es so, den zugeordneten Steckverbinder
am Ende des betreffenden Verbindungskabels zu identifizieren. Nachteilig
bei dieser Lösung
ist, dass nur das andere Ende des Verbindungskabels (mit optischen
Mitteln) markiert wird, der eigentliche Verlauf des Kabels, dessen
genaue Verfolgung bei Installationsarbeiten häufig von Bedeutung ist, aber unkenntlich
bleibt. Bei einer anderen Ausführungsart dieser
Erfindung wird durch Einbringen von Kerben in den Lichtleiter an über die
Kabellänge
verteilten Stellen auch der gesamte Verlauf des Kabels visuell kenntlich
gemacht. Nachteilig bei dieser Ausführungsart ist, dass der signalisierende
Lichtleiter durch das Einbringen von Kerben mechanisch bearbeitet werden
muss. Damit ist ein erhöhter
Aufwand verbunden. Des weiteren sind die optischen Verluste durch
Reflexion und Streuung, die an den Kerben auftreten, relativ groß und hängen empfindlich
von Form und Tiefe der Kerben ab, so dass es sehr schwierig ist,
die Dämpfung
des Lichtleiters so zu begrenzen, dass auch längere Verbindungskabel auf diese
Weise visualisiert werden können.
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Aus der
DE 44 13 597 A1 ist ein
als Lichtleiter ausgebildetes Kennzeichnungsmittel für Leitungen zur Übertragung
von elektrischer Energie oder Signalen bekannt. Dabei wird vorgeschlagen,
den Lichtleiter bei einer kabelförmigen
Ausführung
der Leitung mit aufzuextrudieren oder diesen nachträglich aufzukleben
oder aufzubunden. Zur Einleitung des Lichtes in den Lichtwellenleiter
wird eine Lichtquelle vorgeschlagen, die den Beginn der Leitung
zangenartig umfasst und Licht in freigelegte Bereiche des Lichtleiters
einspeist. Dabei kann auch farbiges Licht verwendet werden, so dass
gleichzeitig mehrere Lichtquellen an unterschiedlichen Leitungen
verwendet werden können,
die eine gleichzeitige Selektion und Verfolgung verschiedener Leitungen
ermöglichen.
Es können
auch blinkendes Licht, Blitzlicht oder verschiedenfarbige Fasern
verwendet werden. Der besteht insbesondere aus einer Kunststofffaser,
die als Multi-Mode-Faser ausgebildet ist. Weiter wird eine Ausführungsform
beschrieben, bei der der Kern des Lichtleiters mit Reflexionspartikeln
versehen wird, an denen Licht gestreut wird, so dass eine allseitige Lichtabgabe
aus dem Lichtleiter ohne mechanische Bearbeitung erfolgen kann,
sofern Schutzschicht und Mantel lichtdurchlässig gehalten sind.
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Aus der
DE 43 41 086 A1 ist ein
optischer Y-Koppler bekannt, bestehend aus einem durchgehenden Lichtwellenleiter
mit Polymermantel und einem seitlich einmündenden Lichtwellenleiter,
wobei der durchgehende Lichtwellenleiter an der Einmündungsstelle
gerade verläuft
und der seitlich einmündende
Lichtwellenleiter unter einem Winkel α, der kleiner ist als der Grenzwinkel
der Totalreflexion in dem durchgehenden Lichtwellenleiter, durch
den Mantelbereich des durchgehenden Lichtwellenleiters bis an oder
in den Kernbereich geführt
wird und das Verhältnis
Dicke des durchgehenden Lichtleiters / Dicke des seitlich einmündenden
Lichtwellenleiters mindestens 2 : 1 beträgt.
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Aus der
US-6,352,375 B1 ist eine
Koppeleinrichtung für
Lichtwellenleiter bekannt, wobei die Koppeleinrichtung einen beweglichen
Shutter umfasst, der durch einen gesteckten Laser nach unten bewegt wird.
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Der Erfindung liegt daher das technische Problem
zugrunde, eine optische Rangierweg-Signalisierung zu schaffen, die
das Rangierkabel über
seine gesamte Länge
visuell kenntlich macht und die dabei keine aufwendige Nachbearbeitung
des Lichtleiters erfordert und auch für längere Verbindungswege geeignet
ist.
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Die Lösung des technischen Problems
ergibt sich durch den Gegenstand mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich
aus den Unteransprüchen.
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Hierzu ist der Lichtleiter als Polymerfaser ausgebildet.
Dabei wird ausgenutzt, dass die bekannten Polymertasern technologisch
bedingt bereits Streuzentren aufweisen, gesamte Polymerfaser leuchtet
und somit den kompletten Rangierweg visualisiert. Diese für die Informationsübertragung
nachteilige Eigenschaft wird hier gezielt ausgenutzt, wobei die
Verluste aufgrund der Streuung so groß sind, dass einerseits eine
ausreichende Visualisierung stattfindet, jedoch die Verluste im
Hinblick auf lange Rangierwege ausreichend klein sind. Das Verbindungskabel
selbst kann dabei als optisches oder elektrisches Verbindungskabel
ausgebildet sein. Die externe Lichtquelle ist als grün emittierender
Laser, vorzugsweise als frequenzverdoppelnder Nd-YAG Laser, ausgebildet.
Der Vorteil von Lasern ist dabei die sehr hohe Einkopplungseffizienz
von über
95%. Die Nd-YAG Laser, die im Wellenlängenbereich von 532 nm emittieren,
weisen noch einige weitere Vorteile auf.
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- – Diese
Laser haben einen relativ geringen elektrischen Leistungsbedarf
und bieten kompakte Baugrößen.
- – Das
vom Laser emittierte Licht lässt
sich mit hoher Effizienz (>95%)
in eine optische Plastikfaser einkoppeln, z.B. in die bevorzugte
PMMA-Plastikfaser mit 0,25 mm Durchmesser.
- – Die
bevorzugte PMMA-Plastikfaser hat im grünen Spektralbereich (z.B. bei
532 nm Wellenlänge)
eine geringe Dämpfung
von 0,1...0,15 dB/m, was zur Realisierung großer Verbindungskabellängen günstig ist.
Mit einem Nd-YAG Laser mit 30 mW Leistung lassen sich Verbindungskabel
von 25 m Länge
und darüber
problemlos auf der gesamten Länge
sichtbar machen.
- – Das
grüne Leuchten
der Plastikfaser ist bereits mit der unbehandelten Polymerfaser
gut zu erkennen, da die in den Polymerfasern vorhandenen Streuzentren
völlig
ausreichen. Eine Behandlung der Faser, z.B. durch mechanische Bearbeitung der
Oberfläche,
ist nicht erforderlich. Dadurch lässt sich der Aufwand gering
halten.
- – Im
grünen
Spektralbereich hat das menschliche Auge seine maximale Empfindlichkeit,
was für
die visuelle Erkennbarkeit des Leuchtens der signalisierenden Polymerfaser
günstig
ist.
- – Das
monochromatische grüne
Licht bietet einen hohen Farbkontrast zum normalen Raumlicht (Tageslicht,
künstliches
Raumlicht). Dieser Kontrast kann weiter gesteigert werden, wenn
der Betrachter eine Brille trägt,
die im wesentlichen nur den Spektralbereich der monochromatischen
Lichtquelle (z.B. 532 nm) passieren lässt und das übrige natürliche und
künstliche
Umgebungslicht größtenteils
herausfiltert. Dadurch wird es auch möglich, mit geringeren Leistungen
der Lichtquelle zu arbeiten, wodurch zum einen der Aufwand verringert
und zum anderen die Augensicherheit erhöht wird.
- – Durch
einen pulsierenden Betrieb des Lasers, der sich mit elektronischen
Mitteln leicht realisieren lässt,
kann die visuelle Erkennbarkeit der optischen Signalisierung weiter
gesteigert werden.
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Bevorzugt besteht die Polymerfaser
aus PMMA (Polymethylmethacrylat) und ist vorzugsweise als Stufenindex-Faser
ausgebildet.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist an den beiden Enden der Polymertaser jeweils eine Koppeleinrichtung
angeordnet, wobei die Koppeleinrichtung einen beweglichen Shutter
aufweist. Hierdurch wird verhindert, dass das Licht am der Lichtquelle
abgewandten Ende der Polymerfaser unkontrolliert austritt, was insbesondere
bei der Verwendung von Lasern aufgrund der Augensicherheit zu vermeiden
ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist der Shutter als Blattfeder innerhalb einer Öffnung/Bohrung der Koppeleinrichtung
angeordnet. Diese Bohrung dient als präzise Führung, um die Enden der am
Verbindungskabel angebrachten Polymerfaser bzw. des von der Lichtquelle
kommenden Lichtleiters dämpfungsarm
zueinander auszurichten. Vorzugsweise sind die Faserenden dazu in
Zentrierstiften gefasst, die in der Bohrung zueinander ausgerichtet
werden. In einer anderen Ausführungsform werden
die Faserenden ohne Zentrierstifte unmittelbar zueinander ausgerichtet.
In diesem Fall ist der Bohrungsdurchmesser an den Außendurchmesser der
Fasern angepasst.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
läuft die
Polymertaser bei der Extrusion des äußeren Kabelmantels mit durch
den Extruder und verläuft
so entlang der Oberfläche
des Kabels, dass sie für
eine sichere Fixierung hinreichend von Kunststoff umschlossen ist,
dabei aber von außen
sichtbar ist.
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Alternativ kann die Polymerfaser
in die Oberfläche
des Kabelmantels eingepresst und/oder eingeklebt werden, wozu gegebenenfalls
der Kabelmantel in Längsrichtung eingekerbt
wird.
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In einer weiteren alternativen Ausführungsform
läuft die
Polymerfaser bei der Extrusion des äußeren Kabelmantels mit durch
den Extruder, wobei mindestens ein Segment des Kabelmantels aus
einem transparenten Kunststoff besteht, in den die Polymerfaser
eingebettet ist.
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In einer weiteren alternativen Ausführungsform
wird die Polymerfaser auf dem Kabelmantel angeordnet und Polymerfaser
und Kabelmantel durch einen transparenten Schlauch umschlossen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand
eines bevorzugten Ausführungsbeispieles
näher erläutert. Die
Fig. zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer optischen Rangierweg-Signalisierung,
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2 eine
Schnittdarstellung durch eine Koppeleinrichtung,
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3 eine
Schnittdarstellung eines Verbindungskabels mit einer Polymerfaser
in einer ersten Ausführungsform,
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4 eine
Schnittdarstellung eines Verbindungskabels mit einer Polymerfaser
in einer zweiten Ausführungsform
und
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5 eine
Schnittdarstellung eines Verbindungskabels mit einer Polymerfaser
in einer dritten Ausführungsform.
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In der 1 ist
eine Prinzipdarstellung einer optischen Rangierweg-Signalisierung
für ein
Verbindungskabel 1 dargestellt. Das dargestellte Verbindungskabel
ist ein Lichtwellenleiter-Verbindungskabel (Patchcord) mit zwei
gleichartigen Steckern 2 an den jeweiligen Enden. Das Verbindungskabel 1 ist zusätzlich mit
einer Polymerfaser
3 ausgebildet, deren Enden jeweils in
einer Koppeleinrichtung 4 enden. Des weiteren umfasst die
optische Rangierweg-Signalisierung eine externe Lichtquelle 5 mit
einem Lichtleiter 6. Die Enden des Lichtleiters 6 einerseits
und der Polymerfaser 3 andererseits werden mit der Koppeleinrichtung 4 so
zueinander ausgerichtet, dass das von der externen Lichtquelle 5 emittierte Licht über den
Lichtleiter 6 mit geringer Dämpfung in die Polymerfaser 3 einkoppelbar
ist. Das eingekoppelte Licht wird bis zu der am anderen Ende der
Polymerfaser 3 angeordneten Koppeleinrichtung 4 übertragen
und dort gestreut. Aufgrund der technologisch bedingten Streuzentren
der Polymerfaser 3 kommt es entlang der gesamten Länge der
Polymerfaser 3 zur Lichtstreuung, die als Leuchten der
Polymerfaser 3 wahrnehmbar sind. Somit wird der gesamte
Rangierweg ohne Nachbearbeitung der Polymerfaser 3 visualisiert.
Die externe Lichtquelle 5 ist dabei vorzugsweise als frequenzverdoppelnder Nd-YAG
Laser mit einer Wellenlänge
von 532 nm ausgebildet.
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In der 2 ist
eine Koppeleinrichtung 4 dargestellt, die auf ein Verbindungskabel
vor der Konfektionierung der Steckverbinder 2 aufgeschoben
und auf dem Kabel z.B. mit Schrumpfschlauch befestigt wird. Die
Koppeleinrichtung 4 umfasst ein äußeres Gehäuse 7, das vorzugsweise
aus einem transparenten, lichtstreuenden Kunststoff besteht. Die
Koppeleinrichtung 4 ist mit einer Schräge 8 ausgebildet, innerhalb
derer sich eine zentrische Bohrung 9 befindet. In dieser
Bohrung 9 ist ein Zentrierstift 10 angeordnet.
Der Zentrierstift 10 ist mit einer zentrischen Bohrung
ausgebildet, in der die Polymerfaser 3 geführt und
gegebenenfalls eingeklebt ist. Innerhalb der Bohrung 9 ist
vor dem Zentrierstift 10 eine bewegliche Klappe bzw. Shutter 11 angeordnet.
Beispielsweise ist der Shutter 11 als Blattfeder ausgebildet. Das
Ende des von der Lichtquelle 5 kommenden Lichtleiters 6 ist
ebenfalls mit einem Zentrierstift 12 ausgebildet, in dessen
zentrische Bohrung der Lichtleiter 6 vorzugsweise eingeklebt
ist. Der Lichtleiter 6 besteht vorzugsweise aus einer Polymerfaser
vom gleichen Typ wie die Polymerfaser 3. Wird nun der Zentrierstift 12 in
die Bohrung 9 eingeführt,
so wird der Shutter 11 nach unten gebogen und die beiden Stirnflächen der
Zentrierstifte 10, 12 stehen einander gegenüber, sodass
das Licht der externen Lichtquelle 5 in die Polymerfaser 3 eingekoppelt
wird. Das eingekoppelte Licht läuft
innerhalb der Polymerfaser 3 bis zur anderen Koppeleinrichtung 4 und
wird dort an dem geschlossenen Shutter 11 auf das Gehäuse 8 reflektiert
und dort gestreut. Somit ist einerseits sichergestellt, dass kein
gerichteter Lichtstrahl austritt und andererseits die Koppeleinrichtung
hell aufleuchtet.
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Bei einer anderen Ausführungsart
der Koppeleinrichtung 4 werden die Enden der Polymerfaser 3 und
des (gleichartigen) Lichtleiters 6 ohne die Zentrierstifte 10 und 12 unmittelbar
zueinander ausgerichtet. In diesem Fall ist der Durchmesser der
Bohrung 9 an den Außendurchmesser
der Polymerfasern 3 bzw. des Lichtleiters 6 angepasst.
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In der 3 ist
eine erste mögliche
Ausführungsform
für die
Verbindung von Verbindungskabel 1 und Polymerfaser 3 dargestellt.
Das Verbindungskabel 1 umfasst einen Kabelkern 13 und
einen Kabelmantel 14, in dessen Oberfläche die Polymerfaser 3 angeordnet
ist. Ein mögliches
Herstellungsverfahren besteht darin, bei der Extrusion des äußeren Kabelmantels 14 die
von einer Rolle abgespulte Polymerfaser 3 mit durch den
Extruder laufen zu lassen und die Polymerfaser 3 durch
eine Düse
im Extrusionskopf so in die extrudierte Kunststoffmasse des Kabelmantels 14 einzubetten,
dass diese entlang der Oberfläche
des Verbindungskabels 1 verläuft, aber hinreichend von Kunststoff
umschlossen ist, um einen sicheren Halt im Kabelmantel 14 zu
gewährleisten.
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Eine weitere in 4 dargestellte Möglichkeit zur Herstellung besteht
darin, bei der Extrusion des äußeren Kabelmantels 14 des
Verbindungskabels 1 mindestens einen Streifen 15 des
Kabelmantels 14 aus einem transparenten Kunststoff zu extrudieren,
in den die Polymerfaser 3 eingebettet wird. Wie zuvor beschrieben,
läuft dabei
die von einer Rolle abgespulte Polymerfaser mit durch den Extruder.
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Eine weitere Möglichkeit besteht darin, bei der
Extrusion des äußeren Kabelmantels 14 des
Verbindungskabels 1 eine Längsrille im Kabelmantel 14 zu
erzeugen, in der die Polymerfaser 3 mit einem geeigneten
Kleber fixiert wird. Vorteilhaft ist dabei die Verwendung von transparentem,
UV-härtendem
Kleber. Der Prozess des Einklebens der Polymerfaser 3 in
die im Kabelmantel 14 verlaufende Rille kann als zusätzlicher
Schritt in den Fertigungsprozess des Verbindungskabels 1 integriert
werden.
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Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Längsrille
im Kabelmantel 14 erst nachträglich durch Einschneiden mit
einem geeigneten Schneidewerkzeug zu erzeugen, in der die Polymerfaser 3,
wie vorstehend beschrieben, durch Einkleben mit einem geeigneten
Kleber fixiert wird.
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Eine weitere in 5 dargestellte Möglichkeit besteht darin, auf
den äußeren Kabelmantel 14 des
Verbindungskabels 1 einen zusätzlichen transparenten Schlauch 16 aufzuextrudieren,
der die darunter verlaufende Polymerfaser 3 fixiert.
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Grundsätzlich können statt einer Polymerfaser 3 auch
mehrere Polymerfasern mit dem Verbindungskabel 1 verbunden
werden. Zur Anwendung kommen kann auch ein Plastikfaser-Band, z.B.
ein aus vier Fasern mit 0,1 mm Durchmesser zusammengefügtes flaches
Faserband, das vorteilhaft mit transparentem UV-härtendem
Kleber mit dem Verbindungskabel 1 verbunden werden kann.
Die Polymerfaser 3 bzw. das Plastikfaserband kann außer in Längsrichtung
des Verbindungskabels 1 auch in Spiralen gewunden um die
Kabeloberfläche
laufen. Dadurch kann die Sichtbarkeit in Verteilergestellen weiter
verbessert werden.