DE2525067A1 - Kabel aus optischen fasern - Google Patents

Kabel aus optischen fasern

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Description

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER
H. KINKELDEY
DR 1!1JG
,-£_£._£„ W. STOCKMAlR
K. SCHUMANN
,, prt ficR ΝΑΓ H'PL -PHYS
P. H. JAKOB
DiPL-ING
G. BEZOLD
Da RER ΝΑΓ ■ DIPL-CHEM
MÜNCHEN E. K. WEIL
DfI RER OEC IMG
LINDAU MÜNCHEN 22
MAXIMILIANSTRASSE 43
P 9314-
5. Juni 1975
Sumitomo Electric Industries, Ltd.
Nc 15, Kitaha.a 5-chome, Higashi-ku, Osaka-shi, Osaka, Japan
Kabel aus οόtischen Fasern
Die Erfindung betrifft ein Kabel aus optischen Fasern.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Kabel aus optischen Fasern, die zu Bündeln zusammengefaßt sind.
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•Α.
Allgemein bezieht die vorliegende Erfindung sich auf den Aufbau einen Kabels aus optischen Fasern, bei dem die Fasern beispielsweise zu Bündeln zusammengefaßt sein können, die jeweils mehrere optische Fasern aufweisen.
Es sind verschiedene optische Fasern entwickelt worden, die einen Kern, der aus hochreinem, geschmolzenen, mit Titanoxiden dotiertem SiIiziumdioxii besteht, und eine Uinkleidungs- bzw. Mantelschicht aus hochreinem Siliziumdioxid aufweisen; diese optischen Fasern können die optischen Signale mit geringeren Verlusten übertragen. In Anbetracht ihrer Flexibilität bzw. Elastizität, Längung bzw. Dehnung, Bruchfestigkeit und anderer Eigenschaften sind diese optischen Fasern jedoch noch nicht geeignet, um bei der Herstellung von Kabeln verwendet zu werden, die in der Praxis für die optische Übertragung eingesetzt werden können; bisher sind also keine optischen Fasern entwickelt worden, die in geeigneter Weise für die Praxis verwendet werden können.
Der Erfindung liegt deshalb unter anderem die Aufgabe zugrunde, einen Aufbau für ein Kabel aus optischen Fasern vorzuschlagen, das eine Vielzahl von optischen Fasern aufweist und eine ausgezeichnete Elastizität, Dehnung und Bruchfestigkeit für den praktischen Einsatz hat und in der Lage ist, die oben zusammengestellten technischen Probleme zu lösen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Kabel aus optischen Fasern gelöst durch ein längs mindestens einer optischen Faser angeordnetes Verstärkungsteil, wobei nahezu die gesamte, auf das Kabel aus optischen Fasern ausgeübte Spannkraft durch das Verstärkungsteil übernommen wird.
Bei einem aus mehreren Faserbündeln bestehenden Kabel wird diese Aufgabe gelöst durch ein längs des Kabels angeordnetes Verstärkungsteil, durch Schichten mit niedriger
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Reibung, die in der Nähe der Bündel von optischen Fasern vorgesehen sind, durch dämpfende Zwischenschichten, die über die Schichten mit niedriger Reibung an den optischen Fasern angeordnet sind, und durch Schutzschichten zum Schutz dieser Anordnung.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, daß bei der Installation oder dera Transport des Kabels aus optischen Fasern aufgrund seines Aufbaus die auf das Kabel ausgeübte Zugkraft durch ein Verstärkungsteil übernommen wird; außerdem werden der örtliche Druck -and die örtliche Zugkraft, die aufgrund einer Verbiegung des Kabels auf die in dem Kabel angeordneten optischen Fasern ausgeübt werden, in den dämpfenden Zwischenschichten absorbiert.
Die Erfindung schafft also ein Kabel aus optischen Fasern mit einem Aufbau, der optische Fasern, die Fasern über Schichten mit niedriger Reibung halternde dämpfende Zwischenschichten und ein Verstärkungsteil aufweist, das längs des Kabels angeordnet ist; auf diese Weise können die konzentrierte Spannung und der Druck, die aufgrund äußerer Biegekräfte auf die optischen Fasern ausgeübt werden, durch die dämpfenden Zwischenschichten und die Schichten mit niedriger Reibung verteilt werden, während die auf das ganze Kabel ausgeübte Spannung durch das Verstärkungsteil übernommen werden kann.
Die Figuren 1, 2, 3 . und 4· stellen jeweils Querschnitte durch verschiedene Ausführungsformen von aus optischen Fasern bestehenden Kabeln oder Lichtleitern nach der vorliegenden Erfindung dar.
Zunächst soll im einzelnen die in Figur 1 dargestellte Ausführungsforra der vorliegenden Erfindung beschrieben werden; dieser Lichtleiter setzt sich aus folgenden Komponenten zusammen: Einem Vprstärkungsteil 1, das aus Stahldraht oder einer hochzugfesten Kunststoff-, insbe-
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Λ ·
sondere Kunstharzfaser, besteht, einer Kunststoff-Schicht 2, die das Ver3tärkungsteil 1 bedeckt, eine innere, dämpfende, auf der Kunststoffschicht 2 vorgesehene Schicht 3> die üblicherweise aus einer ungewebten bzw. ungesponnenen Kunststoffware oder einer geschäumten Kunststoffschicht besteht, einer dünnen Schicht4· mit niedriger Reibung, die auf der dämpfenden Schicht 3 vorgesehen ist, und einer weiteren dünnen Schicht 4·1 mit niedriger Reibung, die zwischen einer äußeren dämpfenden Schicht 3' und optischen Pasern 5 vorgesehen ist. Die optischen Pasern 5 werden im allgemeinen aus hochreinen Siliziumfasern mit ungefähr 200ja Durchmesser hergestellt. Schließlich eine Aussteifungs- bzw. Verstärkungsschicht 6 aufgebracht, die aus einem Kunststoff bzw. Kunstharz, einem Metall oder gegebenenfalls aus einem zusammengesetzten Material besteht, das Kunststoff und Metall enthält; dadurch entsteht ein Kabel von ungefähr 500 ja Durchmesser. Die optischen Pasern 5 können eine einzige Paser oder ein Bündel sein, das aus mehreren optischen Pasern zusammengesetzt ist.
Die dämpfende Zwischenschicht 3' soll verhindern, daß sich die Beanspruchung bzw. Spannung, die durch Verbiegen des Kabels verursacht wird, auf der optischen Paser konzentriert; der äußere Mantel 6 besteht im allgemeinen aus einem gemischten Material, das eine Metallumhüllung und Kunststoff aufweist.
Pur die Schichten 4· und 4·' können als Material mit niedriger Reibung Bänder verwendet werden, die beispielsweise aus Polyäthylen, Polyester,
PEP , TEP und ähnlichen Materialien mit schlüpfrigen bzw. glatten Oberflächen hergestellt sein können.
Das Kabel aus den optischen Pasern, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, wird Biegungs- und Zugkräften unterworfen, wenn es installiert oder transportiert wird. Dadurch werden Spann- und Biegekräfte auf die optischen Pasern, die
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in den Kabeln angeordnet sind, auf zwei verschiedene Weisen ausgeübt, nämlich eine Spannung bzw. Dehnung längs des Kabels, wenn das ganze Kabel in seiner Längsausdehnung gezogen wird, und eine örtliche Kompression und Spannung, wenn das Kabel gebogen oder verdreht wird. Aufgrund solcher örtlichen Beanspruchungen werden die optischen Fasern oft zerbrochen. Um diese innere Zugbeanspruchung oder die konzentrierte Biegebeanspruchung 2u verringern, sind die dämpfenden Zwischenschichten 3 und 31 vorgesehen, zwischen denen sich die Schicht mit den optischen Fasern befindet; darüberhinaus sind zwischen den optischen Fasern und diesen dämpfenden Zwischenschichten bei dem Faserkabel nach der vorliegenden Erfindung Schichten mit niedriger Reibung angeordnet. Durch diesen Aufbau können die optischen Fasern zwischen diesen Schichten in die Richtung gleiten, in der die auf die optische Faserschicht ausgeübte Spannung bzw. Dehnung verringert wird; auf diese Weise wird die örtliche Biegebeanspruchung, die sich sonst auf die optischen Fasern konzentrieren würde, über einen größeren Bereich verteilt.
Bei dieser Ausführungsform kann ein weiteres, fadenförmiges, dämpfendes Faserelement, wie beispielsweise Fäden aus Jutevorgarn bzw. Vorgespinst, gerollte, dünne Kunststoff-Fäden oder ein ähnliches Material, zwischen benachbarten optischen Fasern oder Einheiten 5 eingefügt werden, die aus mehreren optischen Fasern bestehen, die zu Bündeln zusammengefaßt sind; dadurch läßt sich eine noch bessere Pufferwirkung erreichen.
Durch Experimente ist folgendes bestätigt worden: Während die Verlängerung der optischen Fasern ungefähr 0,5 $ betragen sollte, um ein optisches Faserkabel mit einer 1 # Dehnung beim Bruch eines üblichen Kabels ohne diese dämpfenden Zwischenschichten zu erhalten, kann die scheinbare Verlängerung des optischen Faserkabels nach dieser Erfindung bis auf 5 % erhöht werden, wenn die dämpfenden
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Zwischenschichten und die Schichten mit niedriger Reibung vorgesehen werden.
Querschnitte durch andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den Figuren 2, 3 und 4- dargestellt. In Fig. 2 sind gleiche Teile wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen; das Bezugszeichen 7 bezeichnet Stromleitungen oder andere Kommunikationsleitungen, die parallel zu dem optischen Faserkabel verlaufen.
Bei dem in Fig. 3 gezeigten optischen Fasa?kabel ist eine Vielzahl von optischen Fasern zu sieben Einheiten gebündelt,. von denen Jede durch Schichten 4·1 mit niedriger Reibung bedeckt ist. Die Einheiten sind über eine Schicht 4- mit niedriger Reibung von dämpfenden Zwischenschichten umgeben, wobei sich über diesen Schichten weiterhin eine als Schutz dienende Mantelschicht 6 befindet. Über seine Länge ist das in Figur 3 gezeigte Kabel aus optischen Fasern mit einem Ve-cstärkungsteil 1 versehen, wie es auch bei dem Kabel nach Fig. 2 verwendet wird.
Das in Fig. 4 dargestellte Kabel aus optischen Fasern ist ein zusammengesetztes Kabel, das eine Stromleitung oder eine andere Verbindungsleitung in der Mitte des Kabels und mehrere Schichten aus optischen Fasern, Schichten mit niedriger Reibung und dämpfende Zwischenschichten auf dem äußeren Umfang der Leitungen "aufweist.
Das aus optischen Fasern bestehende Kabel nach der vorliegenden Erfindung, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, wird beim Verlegen oder bei der Handhabung zwei Arten von Beanspruchungen bzw. Zugkräften unterworfen: Eine Zugkraft wird auf die Gesamtheit der optischen Fasern ausgeübt, wenn das Kabel gezogen wird, während die andere Beanspruchung eine konzentrierte Kompression und Zugkraft ist, die auf die optischen Fasern ausgeübt werden, die auf den gegenüberliegenden Seiten der neutralen Schicht der Fasern angeordnet sind, wenn das Kabel gebogen oder verdreht wird.
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Die Längung bzw. Dehnung der optischen Fasern ist im Vergleich mit der von Kupfer- oder Stahldrähten sehr viel geringer ,und es wird angenommen, daß sie im allgemeinen kleiner als 0,5 # ist. Wenn also da3 Kabel beim Verlegen gesogen oder gebogen wird, werden die optischen Fasern in einem solchen Kabel leicht durch die örtlichen Beanspruchungen zerbrochen, die durch diese Spannung und Biegung verursacht werden.
Deshalb muß das Verstärkungsteil in dem Kabel aus optischen Fasern, das den in Fig. 1 gezeigten Aufbau hat, einen ausreichenden Querschnitt aufweisen, um nahezu die gesamte Spannkraft zu übernehmen und auszuhalten, die auf das Kabel ausgeübt wird. Die örtlichen Beanspruchungen, die in dem Kabel aufgrund der Spannungen und Dehnungen bzw. Biegungen während der Installation erzeugt werden, können dadurch wesentlich verringert werden, daß die Schichten 4- und 4-1 mit niedriger Reibung in der Nähe der optischen Fasern gleiten können, und daß die dämpfenden Zwischenschichten 3 und 31 eine Pufferwirkung haben.
Ein Kabel aus optischen Fasern mit einem äußeren Durchmesser von ungefähr 20 mm und 250 m Länge, das den in Fig. dargestellten Aufbau hat, zeigt keinen Bruch seiner optischen Fasern, wenn es unteq/einer Spannung von 50 kg installiert wird. Die optischen Fasern weisen auch dann keine Brüche auf, wenn das Kabel um eine Stange bis 80 mm Radius gewickelt und ungefähr zehn mal wiederholt durchgebogen wird.
Auf die optischen Fasern in einem Kabel werden im allgemeinen örtliche Spannungen und örtliche Drücke ausgeübt, die während der Installation durch die Zieh- und Biegekräfte auf das gesamte Kabel wirken; bei dem Kabel aus optischen Fasern nach der vorliegenden Erfindung können diese Spannungs- und Druckkräfte dadurch verringert werden, daß bei der Schicht aus optischen Fasern dämpfende Zwischenschichten vorgesehen werden, die über Schichten
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mit niedriger Reibung wirken, die in der Nähe der Faserschicht angeordnet sind. Außerdem erstreckt sich ein Verstärkungsteil über die Länge des Kabels aus optischen Fasern; dieses Verstärkungsteil übernimmt nahezu die gesamte Spannung, die auf das Kabel ausgeübt wird, so daß diese Beanspruchungen bei der Installation des Kabels nicht auf die optischen Fasern wirken können. Mit der vorliegenden Erfindung wird also ein Kabel aus optischen Fasern geschaffen, das ausgezeichnete Eigenschaften hat und bei dem die optischen Fasern sehr widerstandsfähig gegen Beanspruchungen sind, so daß sie nur bei Extrembelastungen zerbrechen.
- Patentansprüche -
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Claims (12)

  1. • α ·
    Patentansprüche
    Kabel mit optischen Fasern, gekennzeichnet durch ein längs mindestens einer optischen Faser (5) angeordnetes Verstärkungsteil (1), wobei nahezu die gesamte, auf das Kabel aus optischen Fasern ausgeübte Spannkraft durch das Verstärkungsteil (1) übernommen wird.
  2. 2. Kabel mit optischen Pasern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsteil (1) aus Stahldraht besteht.
  3. 3- Kabel mit optischen Fasern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsteil (1) aus einem Kunststoff besteht.
  4. 4·. Kabel mit optischen Fasern nach einem der Ansprüche 1 oder 3* dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsteil (1) aus verstärktem Kunststoff besteht.
  5. 5. Kabel mit optischen Fasern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Verstärkungsteil (1) aus Kohlenstofffasern besteht.
  6. 6. Kabel mit optischen Fasern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsteil (1) aus Glasfasern besteht.
  7. 7. Kabel mit optischen Fasern, gekennzeichnet durch wenigstens eine Schicht aus optischen Fasern, ein längs des Kabels angeordnetes Verstärkungsteil (1), Schichten (4-, V) mit niedriger Reibung, die in der Nähe der Schicht von optischen Fasern (5) vorgesehen sind, dämpfende Zwischenschichten (3, 31), die über die Schichten (4-, 4-') mit niedriger Reibung an den optischen Fasern (5) angeordnet sind, und Schutzschichten (6) zum Schutz dieser Anordnung.
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  8. 8. Kabel mit optischen Fasern nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die dämpfenden Schichten (3? 3') aus ungewebten bzw. ungesponnenen Kuststofxasern bestehen.
  9. 9. Kabel mit optischen Fasern nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dämpfenden Schichten (3, 3') aus geschäumtem Kunststoff bestehen.
  10. 10. Kabel mit optischen Fasern nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die dämpfenden Schichten (35 3') aus ungewebten bzw. ungesponnenen Glasfasern bestehen.
  11. 11. Kabel mit optischen Fasern nach Anspruch 7 ■> dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (4, 4-1) mit niedriger Reibung aus Polyäthylen, Polyester FEP- und/oder TEF-Band bestehen.
  12. 12. Kabel mit optischen Fasern, gekennzeichnet durch zu Bündeln zusammengefaßte optische Fasern, ein längs des Kabels angeordnetes Verstärkungsteil -(1), Schichten (4-,V) mit niedriger Reibung, die in der Nähe der Bündel von optischen Fasern (5) vorgesehen sind, dämpfende Zwischenschichten (3, 3')? die über die Schichten (4-, 4-') mit niedriger Reibung an den optischen Fasern (5) angeordnet sind, und Schutzschichten (6) zum Schutz dieser Anordnung.
    13- Kabel mit optischen Fasern nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch wenigstens einen isolierten Leiter zum Obertragen von insbesondere elektrische Signalen bzw. Leistung.
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