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Optisches Kabel mit mehrschichtigem Kunststoffmantel
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In neuerer Zeit werden zur Übertragung von Lichtwellen Kabel entwickelt.
Diese sogenannten optischen Kabel dienen beispielsweise zur Übertragung von Steuerimpulsen
oder ganz allgemein zur Übertragung im Bereich der Nachrichtentechnik. Wesentliche
Bausteine dieser Kabel sind Glasfasern, die zur Führung des jeweiligen Lichtstrahles
dienen. Bei der Konstruktion optischer Kabel muß den mechanischen Eigenschaften
dieser Glasfasern Rechnung getragen werden, d.h. die Glasfasern müssen insbesondere
gegen mechanische Beanspruchungen wie Druck, Zug- und Biegebeanspruchungen geschützt
werden.
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Bei einem bekannten optischen Kabel sind mehrere optischen Übertragungselemente
in Form von Glasfasern zusammen in mindestens einer Verseillage um einen langgestreckten
zentralen Kern angeordnet, der zur Aufnahme von Zugbeanspruchungen dient. Über und
unter der Verseillage ist eine Polsterschicht aus verschäumten Polyäthylen angeordnet.
Darüber befindet sich eine offene Bespinnung aus einem Kupferband und der äußere
Mantel aus einem Kunststoff wie beispielsweise Polyäthylen oder Polyvinylchlorid
(D2-dS 2 355 854).
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Bei einem anderen bekannten optischen Kabel sind jeweils mehrere Glasfasern
zu einem Bündel zusammengefaßt und mehrere Bündel miteinander verseilt, wobei zwischen
den Bündeln ein oder mehrere Zugentlastungsdrähte angeordnet und die Räume zwischen
den einzelnen Glasfasern und zwischen den Bündeln mit einem Gleitmittel ausgefüllt
sind. Die miteinander verseilten Bündel sind von einem ersten Schutzmantel umgeben,
auf dem eine Metallfolie angeordnet ist, die ihrerseits von einem zweiten Schutzmantel
umhüllt ist (DT-OS 2 302 662). Weiterhin ist es bekannt, in
optischen
Kabeln die für die Lichtübertragung vorgesehenen Fasern oder Faserbündel jeweils
mit einer Schutzhülle aus Kunststoff zu umgeben.
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Die bekannten Mantelkonstruktionen optischer Kabel sind relativ nachgiebig
und gewährleisten keinen ausreichenden Schutz der optischen Ubertragungselemente,
insbesondere dann nicht, wenn die optischen Übertragungselemente infolge der vorgesehenen
Kabelkonstruktion mit dem Kabelmantel direkt mechanisch gekoppelt sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den mechanischen Schutz
der Glasfasern in optischen Kabeln zu verbessern.
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Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einem optischen Kabel
aus, das aus einer die optischen Übertragungselemente enthaltenden Kabelseele und
aus einem die Kabelseele umgebenden, mehrschichtigen Mantel aus Kunststoff mit einer
äußeren Schicht die aus Polyvinylchlorid besteht und bei deWUbertragungselemente
aus einer Faser oder einem Faserbündel für die Lichtübertragung und aus einer die
Faser oder das Faserbündel umgebenden Schutzhülle aus einem Kunststoff bestehen.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß der Innendurchmesser der Schutzhülle um
wenigstens 30 % größer als der Außendurcbmesser der Naser oder des Faserbündels
ist und daß die Schutzhülle aus zwei Schichten von hinsichtlich ihren mechanischen
Eigenschaften unterschiedlichen Kunststoffen besteht, die gemeinsam eine gegenüber
mechanischen Beanspruchungen widerstandsfähige Hülle bilden, wobei die innere Schicht
einen geringen Reibungskoeffizienten gegenüber der Faser oder dem Faserbündel aufweist
und daß unter der äußeren Mantelschicht aus Polyvinylchlorid eine Schicht aus thermoplastischen
Polyurethan angeordnet ist und daß sowohl zwischen diesen beiden Schichten als auch
zwischen der Kabelseele und der Schicht aus Polyurethan eine Bespinnung aus Fäden
oder Rovings aus einem aromatischen Polyamid angeordnet ist.
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Bei einem derart ausgebildeten optischen Kabel sind die optischen
Übertragungselemente
durch den vorgesehenen Mantelaufbau wirksam gegen äußere mechanische Beanspruchungen
geschützt. Die innere Bespinnung aus Polyamidfäden oder -rovings dient als Bewehrung
der Kabelseele und bietet damit Schutz gegen Zugbeanspruchungen.
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Zusammen mit dem Innenmantel aus thermoplastischen Polyurethan, von
dem die innere Bewehrung zusammengehalten wird, dient sie weiterhin als Polster
gegen äußere Druck- und Stoßbeanspruchungen.
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Auf der Polyurethanschicht liegt die äußere Bewehrung aus Polyamidfäden
oder -rovings auf, die insbesondere zur Verbesserung des Schutzes gegen Zugbeanspruchungen
dient. Sie ist vorzugsweise im Gegenschlag zur inneren Bewehrung aufgebracht. Der
äußere PVC-Mantel wirkt als grober mechanischer Schlag und Abriebschutz und verhindert
durch seine Steifigkeit unbeabsichtigt geringe Biegeradien des Kabels.
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Während die vorgesehene Mantelkonstruktion die aus Glasfasern und
Schutzhülle bestehenden optischen Übertragungselemente wirksam schützt, wird durch
die spezielle Konstruktion der Schutzhülle der Übertragungselemente ein zusätzlicher
Schutz der Glasfasern selbst erreicht. Hierbei geht die Erfindung von der Erkenntnis
aus, daß an eine wirksame Schutzhülle für Fasern oder Faserbündel recht unterschiedliche
Anforderungen zu stellen sind, die von einem einzigen Material nicht erfüllt werden
können.
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Diese Anforderungen sind im wesentlichen eine Entkopplung der Faser
oder des Faserbündels von äußeren, längsgerichteten Reibungskräften, also ein kleiner
Reibungskoeffizient der Umhüllung gegenüber der Naser oder dem Faserbündel bei loser
Anordnung der Baser oder des Faserbündels in der Schutzhülle; weiterhin ein Schutz
gegen Querkräfte -sowie gegen dynamische Beanspruchungen; diese Anforderungen erfordern
einen hohen Elastizitätsmodul des Materials der Schutzhülle sowie hohe Zähigkeit.
Die mechanischen Eigenschaften der Schutzhülle müssen weiterhin ausreichen, um eine
Knicksicherung bei Biegebeanspruchungen oder bei Stauchungen zu gewährleisten. Weiterhin
sollte die Schutzhülle im Hinblick auf chemische Einflüsse ein gutes Spannungsrißverhalten
zeigen und im Hinblick auf die optischen Ubertragungseigenschaften eine möglichst
geringe zusätzliche Dämpfung der übertragenen Lichtwellen im Kontakt mit den optischen
Übertragungselementen hervorrufen.
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Es ist demnach wesentlich, daß zunächst eine Schutzhülle vorgesehen
wird, deren Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser der Faser bzw. des
Faserbündels ist, die also die Faser oder das Faserbündel mit Abstand umgibt; zweckmäßig
werden die Abmessungen hierbei derart gewählt, daß der Innendurchmesser der Schutzhülle
etwa 2 bis 3 mal so groß ist wie der Außendurchmesser der Faser oder des Faserbündels.
Weiterhin ist wesentlich, daß die Schutzhülle aus zwei Schichten unterschiedlicher
Kunststoffe aufgebaut wird, die dementsprechend unterschiedliche Eigenschaften haben
aber gemeinsam eine Schutzhülle mit den geforderten mechanischen Eigenschaften bilden.
Für die innere Schicht der Schutzhülle kommt dabei insbesondere die Verwendung von
Polystyrol in Betracht, das einen hohen Elastizitätsmodul bei geringstem Reibungskoeffizienten
gegenüber Glasfasern aufweist. Eine Schutzhülle allein aus Polystyrol wäre jedoch
nicht ausreichend, da dieser Werkstoff nicht sehr zäh, wenig knicksicher und nicht
öl- und lösungsmittelbeständig ist.
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Die innere Schicht kann gegebenenfalls auch aus einem Slourpolymer
bestehen. Geeignete Stoffe sind beispielsweise ein Copolymerisat aus Äthylen und
Detraflouräthylen, wie es beispielsweise von der Firma Du-Pont unter dem Handelsnamen
"lefell" vertrieben wird, ein flouriertes Äthylen-Propylen (BEP) sowie Perflouralkoxy-Harze
(1?Teflon PFA" der Firma Du-Pont).
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Für die äußere Schicht kommen insbesondere Kunststoffe wie Polyamid,
vorzugsweise ein aromatisches Polyamid, und Polyterephthalat oder auch Polypropylen
und Polyäthylen in Betracht. Die Werkstoffe kommen andererseits für die Schutzhülle
als ganzes ebenfalls nicht in Be.tracht, da sie relativ kleine Elastizitätsmodule
und demzufolge auch höhere Reib\:rngskoeffizienten gegenüber Glasfasern aufweisen.
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Gegebenenfalls muß bej der Ausgestaltung der Schutzhülle der optischen
Ader b.erücksichtigt werdendaß bei Temperaturschwankungen die Schutzhülle größere
Dehnungen und Schrumpfungen ausführt als
die darin enthaltenen Glasfasern.
Durch das unterschiedliche Ausdehnungsverhalten können die Dämpfungseigenschaften
der optischen Übertragungselemente beeinträchtigt werden. Um dies auszuschalten,
ist daher in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß im Grenzbereich zwischen
der inneren und der äußeren Schicht der Schutzhülle zugfeste Fasern aus Glas oder
Stahl eingebettet sind; gegebenenfalls können auch hochfeste organische Fasern Verwendung
finden. Da diese Fasern fest mit der Schutzhülle verbunden sind, lassen sie temperaturabhängige
Längenänderungen der Schutzhülle nur im Rahmen der eigenen Längenänderungen zu.
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Eine derartige mechanische Brtüchtigung der Schutzhülle kann beispielsweise
mit Hilfe von 1 bis 4 Fasern erfolgen, die bei der Extrusion der Schutzhülle in
diese miteinlaufen una gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt sind.
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Ein Ausführungsbeispiel des neuen optischen Kabels ist in den Figuren
1 und 2 dargestellt.
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Die Figur zeigt ein optisches Kabel, um dessen zentrales zugfestes
Element 1 aus Federstahldraht mit einer Umhüllung 2 aus thermoplastichen Polyurethan
10 optische Übertragungselemente 3 verseilt sind. Hierbei handelt es sich um Glasfasern,
die in einer Kunststoffhülle lose angeordnet sind. Darüber befindet sich eine Bespinnung
4 aus einem Papierband sowie eine nicht näher bezeichnete Haltewendel aus einer
Kunststoffolie, beispielsweise aus Polyamid. Uber diesen Aufbauelementen, die die
Kabelseele bilden, ist der äußere Mantel angeordnet, der aus der inneren Bewehrung
5, dem Innenmantel 6, der äußeren Bewehrung 7 und dem Außenmantel 8 besteht. Der
Innenmantel 6 besteht aus thermoplastichem Polyurethan, während für den Außenmantel
8 Polyvinylchlorid vorgesehen ist. Die innere und die äußere Bewehrung bestehen
aus aufgeseilten, hochfesten Kunststoffrovings aus einem vorgereckten, aromatischen
Polyamid, wie es im Handel unter der Bezeichnung "Kevlar" erhältlich ist.
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Figur 2 zeigt eine einzelne optische Ader 3. Die dargestellte Ader
besteht aus einer Glasfaser 31/32 sowie aus der die Glasfaser
umgebenden
Schutzhülle 33/34. Die Glasfaser ist zweischichtig ausgebildet und enthält im Kern
31 ein Material zur eigentlichen Übertragung der Lichtwellen mit einem höheren Brechungsindex
und einem Mantel 32 aus einem Material mit kleinerem Brechungsindex, Die Schutzhülle
ist ebenfalls zweischichtig ausgebildet und besteht aus der inneren Schicht 33 und
der äußeren Schicht 34. Im dargestellten Beispiel besteht die innere Schicht 33
aus Polystyrol, wahrend für die äußere Schicht 34 ein aromatisches Polyamid vorgesehen
ist.
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Die Schutzhülle 33/34 umgibt die Glasfaser 31/32 mit Abstand.
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Dieser Abstand ist derart bemessen, daß die Glasfaser innerhalb der
Schutzhülle insbesondere bei Biegebeanspruchungen hinreichende Ausgleichsbewegungen
ausführen kann. Zu diesem Zweck beträgt der Innendurchmesser der Schutzhülle etwa
das 1,5 bis 2-fache des Außendurchmessers der Glasfaser.
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3 Ansprüche 2 Figuren