DE2628393C2

DE2628393C2 -

Info

Publication number: DE2628393C2
Application number: DE2628393A
Authority: DE
Inventors: Kenneth Martin San Dimas Calif. Us Stiles
Original assignee: Air Logistics Corp(ndgesdstaates Californien) Pasadena Calif Us
Current assignee: Air Logistics Corp(ndgesdstaates Californien) Pasadena Calif Us
Priority date: 1975-07-30
Filing date: 1976-06-24
Publication date: 1987-06-19
Also published as: JPS5218339A; DE2628393A1; GB1555363A; IT1068734B; US4113349A; JPS5936722B2

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Kabel mit einer Seele, die wenigstens eine langgestreckte, mit einem Elastomeren beschichtete optische Faser umfaßt, und ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Neben vielen anderen Anwendungen ermöglicht die Faseroptik die relativ schnelle Übertragung großer Informationsmengen durch Lichtimpulse. Hierzu müssen die optischen Fasern verstärkt sein, da große Faser längen zwischen Sender und Empfänger oder der Zwi schenverstärkung benötigt werden. Die optischen Fasern müssen außerdem gegen Abrieb, Bruch und schar fe Knicke sowie vor dem Einfluß von Zug- oder Quer kräften geschützt werden.

Dazu wurde versucht, eine optische Faser mit Glas faserbündeln oder anderen bruchfesten Fasern, wie etwa KEVLAR in einer Harz-Matrix zu umgeben, um auf diese Weise optische Faserkabel großer Länge zu erhalten. Obgleich die Fasern ungebrochen blieben, fand keine Lichtübertragung mehr statt. Dies war der Verspannung der optischen Faser durch Belastungen zuzuschreiben, die durch das ungleichmäßige Schrumpfen der faserver stärkten Harz-Matrix während deren Wärmebehandlung verursacht wurden.

Aus der DE-OS 24 30 857 ist ein optisches Kabel der eingangs genannten Art bekannt, dessen optische Fa sern mit einem Schaumgummimaterial umhüllt sein kön nen. Bei einer Zugbelastung bewegen sich jedoch wenigstens einige der optischen Fasern in Querrich tung des Kabels einwärts und drücken das Schaumgummi material zusammen, welches den Druck auf die weiter innen liegenden, dagegen ungeschützten Fasern min destens anteilig weitergibt. Auch können Radialkräfte praktisch ungehindert auf die optischen Fasern ein wirken. Druckkräfte auf die Fasern, die deren Leit fähigkeit beeinträchtigen, sind daher bei dem bekann ten Kabel nicht zu verhindern.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein optisches Kabel der eingangs genannten Art mit faser verstärktem Harzmantel und guten Übertragungseigen schaften sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das optische Kabel der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch ge kennzeichnet, daß die Elastomerenbeschichtung jeder Faser von einem Kabelmantel aus einem abgebundenen Kunstharz umgeben ist, das Verhältnis des Wärmeaus dehnungs-Koeffizienten der Elastomerenbeschichtung zu demjenigen des Kabelmantels im wesentlichen zwischen 3 : 1 und 30 : 1 liegt, und der Kabelmantel auf der wär meausgedehnten Elastomerenbeschichtung aufgetragen abgebunden ist und die abgekühlte Elastomerenbe schichtung gegenüber dem abgebundenen Kabelmantel ge schrumpft ist.

Die Stärke der Elastomerenbeschichtung beträgt min destens etwa 76 µm (3 Mil) und liegt vorzugsweise bei etwa 127-254 µm (5 bis 10 Mil). Der bevorzugte Silikongummi besitzt einen Wärmeausdehnungs-Koeffi zienten von etwa 30 × 10^{- 5}/°C, gemessen durch ASTM D-696 (Vorschrift D-696 der Amerikanischen Gesell schaft für Materialprüfung), kann jedoch von etwa 20 × 10^{- 5} bis etwa 30 × 10^{- 5}/°C oder mehr betra gen. Ein besonders geeignetes Material ist ein bei Zimmertemperatur vulkanisierbarer Silikongummi mit einer Shore-A-Härte von etwa 35.

Die ausgehärtete Elastomerenbeschichtung ist von einem Kabelmantel aus vorzugsweise faserverstärktem Kunstharz umgeben. Der faserverstärkte Kabelmantel liegt an dem Silikongummi an, wird jedoch durch den Silikongummi daran gehindert, bei den normalen Umge bungstemperaturen radiale Druckkräfte auf die op tische Faser auszuüben. Dies wird durch Abbinden des Harzes zu einem Zeitpunkt erreicht, während das aus gehärtete Silikongummi sich in einem wärmeausgedehn ten Zustand befindet. Obgleich als Harz ein Thermo plast geeigneter Festigkeit und Härte Verwendung fin den kann, wird ein in der Wärme abbindendes Harz häu figer benutzt. Als Verstärkung kommt eine große Viel falt von Fasern in Frage. Glasfasern, hochfeste or ganische Faser wie etwa ein KEVLAR von hohem Elasti zitätsmodul, Aramid-Fasern, Kohle-Metall-Fasern und Borfasern werden bevorzugt. Obgleich eine große Vielzahl von Faserorientierungen benutzt werden kann, sind Fasern parallel zur Kabelachse aus Gründen maximaler Zugfestigkeit zweckmäßig. Vorzugsweise erstrecken sich die Verstärkungsfasern wenigstens so weit wie die optischen Fasern.

Die erfindungsgemäßen optischen Faser-Kabel können in der Weise hergestellt werden, daß zuerst die optische Faser mit einem aushärtbaren Silikongummi in der gewünschten Stärke beschichtet und dann die aufgetragene Beschichtung ausgehärtet wird. Die optische Faser kann vor dem Auftragen der Schicht grundiert werden oder die Schicht kann direkt auf die Faser oder das Polyvinylidenfluorid (KYNAR) oder Polyfluoräthylen (TEFLON) aufgetragen werden, welches normalerweise in der opti schen Faser vorhanden ist. Wenn die Beschichtung ausgehärtet ist und sich in einem wärmeausgedehnten Zustand befindet, werden die verstärkenden Fasern und das bindende Harz aufgebracht. Dann wird gewartet, bis das Harz abgebunden hat oder aus gehärtet ist, wonach die Beschichtung zum Schluß gekühlt wird, um sicherzustellen, daß sämtliche Kräfte auf die Faser von dem thermisch expandierten und ausgehärteten Silikongummi aufgenommen und gleichförmig verteilt wird. Beim Kühlen schrumpft die Silikongummibeschichtung stärker als der faserver stärkte Kabelmantel, so daß auf diese Weise im wesentlichen sämtliche Druckkräfte in der optischen Faser eliminiert werden und gegebenenfalls gleichförmige radiale Zugkräfte eingeführt werden, die eine mittige Aufhängung der gepolster ten optischen Faser innerhalb des gehärteten Kabelmantels unterstützt.

Während der Herstellung des Kabels dient die thermisch expandierte Silikongummibeschichtung auf der optischen Faser dazu, daß die umgebende faserverstärkte Harz-Matrix Druckkräfte oder verspannende Drücke auf die optische Faser nicht ausüben kann. Weiter absorbiert und verteilt der elastomere Gummi aufgrund seiner relativ weichen Natur die Drücke, die sonst auf die optische Faser bei axialen Zugbelastungen ausgeübt würden, welche die umgebende faserverstärkte Matrix strecken und daher zusammendrücken. Bei der bestimmungsgemäßen Anwendung des Kabels, die ein Biegen der optischen Faser erfordert, verhindert die Silikongummibeschichtung das Knicken, welches die Lichtleitung nachteilig beeinflußt oder überhaupt ausschließt.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen be schrieben. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 einen vergrößerten Querschnitt durch das faserverstärkte optische Kabel gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Erläuterung des Zurüstungsverfahrens für die optische Faser, die in dem Kabel Ver wendung finden soll, indem eine Silikongummibeschichtung auf sie aufgebracht wird; und

Fig. 3 eine Erläuterung des Herstellungsverfahrens des erfindungsgemäßen faserverstärkten optischen Kabels unter Verwendung der optischen Faser mit Silikongummibeschichtung, die gemäß Fig. 2 zuge rüstet oder präpariert wurde.

Der in dieser Beschreibung verwendete Ausdruck "Abbinden" bedeutet den Übergang in einen gehärteten, nicht fließfähigen Zustand, wie er von einem verfestigenden thermoplastischen Harz oder einem verfestigenden und aushärtenden, d. h. bei dem Vernetzen eines wärmeabbindenden Harzes auftritt. Mit "wärmeausgedehntem Zustand" ist der Zustand gemeint, in welchem eine Silikongummibeschichtung aufgrund ihres Wärmeausdehnungs-Koeffizienten ausgedehnt wird, oder jedenfalls eine Stärke annimmt, die größer ist als diejenige, die die dichtere Lage bei Umgebungstemperaturen oder normalen Verwendungstemperaturen besitzt.

Gemäß Fig. 1 besteht das optische Kabel 10 aus einer optischen Faserseele 12, in der eine Einzelfaser vorgesehen ist. Hier könnte statt dessen ein Faserbündel vorgesehen sein, das unterteilt oder mit Abstand parallel geführt ist. Jede Seele 12 besteht aus einer optischen Faser 14, die normaler weise mit einem Polyvinylidenfluorid (KYNAR) oder TEFLON 16 beschichtet ist, das bereits vom Hersteller auf getragen wurde, und das üblicherweise von irregulärer Form ist, um die Faser zu schützen. Um die optische Faser 14 herum befindet sich eine elastomere Beschichtung 18 aus ausgehärtetem Silikongummi, welche in einer Stärke von wenigstens 16 µm (3 Mil), vorzugsweise jedoch von etwa 127-254 µm (5 bis etwa 10 Mils) aufgetragen ist. Der ausge härtete Silikongummi besitzt einen hohen Wärmeausdehnungs- Koeffizienten im Bereich von etwa 20 × 10^{- 5} bis etwa 30 × 10^{- 5}/°C oder mehr gemäß Messung mit ASTM D-696. Der gegenwärtig bevorzugte Silikongummi besitzt eine Shore-A-Härte (ASMD-785) Nr. 785 der Vorschriften der Amerikanischen Metallgesellschaft von etwa 35 und einen Wärmeausdehnungs-Koeffizienten von etwa 30 × 10^{- 5} pro °C.

Um die elastomere Schicht herum befindet sich eine Matrix aus mehreren zusammenhängenden Verstärkungsfasern 20, die durch ein Harz 22 miteinander zu einem faserverstärkten Kabelmantel 24 verbunden sind.

Während die Innenfläche des Kabelmantels 24 die rohrförmige Silikongummibeschichtung 18 kontaktiert, sind wegen des hohen Wärmeausdehnungs-Koeffizienten der Schicht während des Herstellungsverfahrens radiale Druckkräfte auf die optische Faser 12 minimal, wenn überhaupt vorhanden. Viel wahrschein licher ist es, daß statt Druckkräften radialer Zug auftritt, aufgrund der größeren Schrumpfung der Silikongummibeschichtung nach der Kabelherstellung gegenüber derjenigen der optischen Faser oder des Kabelmantels. Typischerweise sind die optische Faser 14 oder ihre Schicht 16 wie auch der Kabelmantel 24 in gewissem Ausmaß an das Silikongummi gebunden. Da auf die optische Faser selbst praktisch keine Druckkräfte über tragen werden und kleinere Kräfte durch den elastomeren Silikongummi absorbiert werden, ist die optische Faser selbst dann keinen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt, wenn sie relativ scharf gebogen wird. Da die Faser selbst von mikroskopischen Knicken frei bleibt, zeigt sie gute Übertragungseigenschaften. Diese Eigenschaft ist dem Vorhandensein der umgebenden elastomeren Pufferlage aus Silikongummi zuzuschreiben, das einen hohen Wärmeausdehnungs- Koeffizienten besitzt. Die zur Festigung des Kabelmantels 24 verwendeten Fasern können sehr verschieden artig sein und können Glasfasern, Metallfasern, Borfasern, Graphitfasern, hoch-zugfeste organische Fasern wie etwa KEVLAR, eine Aramid-Faser etwa in der von der Firma E.I. Du Pont de Nemour & Co. vertriebenen Art, und dergleichen sein. Die Verstärkungsfasern 20 können monofil sein oder mehrere Fasern enthalten, so daß sich dann ein langgestrecktes Bündel ergibt. Diese sind gewöhnlich als "Enden" bekannt. Die Fasern in der verstärkenden Seele sind vorzugsweise im wesentlichen parallel zur Achse der optischen Faser, können jedoch in Kreuzspiralen oder gegenspiralig oder in anderer Weise gewickelt sein, je nach dem für das Kabel vorgesehenen Verwendungszweck.

Wenn beispielsweise das Kabel nur Abrieb- und Druckkräfte auszuhalten braucht, dann können kreuzspiralige Wicklungen und andere Verfahren zur Anordnung der verstärkenden Fasern um die Seele herum genügen. Wenn das Kabel erheb lichen Zugkräften ausgesetzt wird, ist es oft erwünscht, daß die Fasern im wesentlichen parallel zueinander verlaufen sowie sich parallel zur optischen Faserseele erstrecken. Dadurch wird sichergestellt, daß die Fasern im wesentlichen die Zugkräfte aufnehmen und verhindern, daß die Zugkräfte axial oder radial auf die optische Faser einwirken. Soweit solche Kräfte auftreten, werden sie von der Silikongummi beschichtung absorbiert bzw. gleichförmig über sie verteilt.

Der verstärkte Kabelmantel 24 enthält wie angegeben ebenfalls Harz, das die Fasern und den Silikongummi bindet.

Die für den Kabelmantel zur Verwendung kommenden Harze können thermoplastisch oder vorzugsweise in der Wärme abbindend sein und damit bei erhöhter Temperatur aushärten. Dadurch kann das Harz seine Fließfähigkeit verlieren, während sich der Silikongummi thermisch ausdehnt und auf einer etwa höheren Temperatur als der üblichen Umgebungs temperatur befindet, für welche das Kabel bei seiner Ver wendung vorgesehen ist.

Als nicht beschränkende Beispiele von in der Wärme abbin denden Polymeren, die als Binde-Harz zur Verstärkung des Kabelmantels verwendet werden können, seien genannt:
härtbares Epoxyharz, etwa wie jenes auf der Basis von Bisphenol "A" Epichlorhydrin-Harz; Phenol-Formaldehyd-Harz; Diallylphthalat-Harz; Melaminformaldehyd-Harz; Phenolformal dehyd-Harz; Phenol-Furfural-Harz; Urethan-Harz, Polyester, und dergleichen. Das Harz muß natürlich die Fähigkeit haben, die im Kabelmantel verwendeten Verstärkungsfasern zu benetzen und bei Aushärten einen Wärmeausdehnungs-Koeffizienten haben, der kleiner ist als der des Silikon gummis, der auf die optische Faser aufgetragen ist.

Nützliche thermoplastische Harze sind, wie erwähnt, diejenigen, die einen relativ hohen Erweichungspunkt haben und damit das Aushärten des Kabelmantels ermöglichen, während die Silikongummilage wärmeausgedehnt ist. Hierzu seien als thermoplastische Harze genannt:
Acrylnitril-Styrol-Butadien-Harz, Acetal-Homopolymere und -Co polymere, Acryle, Alkyl-Harze, Butadien-Styrol-Harz, Nylon, Polysul fone, Polycarbonate, Polystyrole, Vinyl-Harze und dergleichen.

Wie bei den in der Wärme aushärtenden Harzen muß der Kabelmantel, der das Harz, die Fasern und gegebenenfalls Füller, Farbstoffe etc. enthält, einen Wärmeausdehnungs-Koeffi zienten haben, der kleiner ist als derjenige des ausgehär teten Silikongummis. Vorzugsweise ist das Verhältnis der Wärme ausdehnungs-Koeffizienten der Silikongummibeschichtung 18 zu demjenigen des Kabelmantels 24 etwa 30 : 1 bis etwa 3 : 1.

Beim Netzaufbau liefert der Kabelmantel die Abriebfestigkeit, Schlagfestigkeit, Reibfestigkeit und Zugfestigkeit, was dem für ihn verwendeten Materialien und seiner Bauweise innewohnt. Dies dient zum Schutz der optischen Faser, während die ausgehärtete Silikongummibeschichtung auf der Faser die optische Faser von Druckkräften schützt, die sonst direkt auf die optische Faser einwirken würden, sei es während des Herstellprozesses für das Kabel oder während dessen Ver wendung.

Um den Kabeldurchmesser zu verkleinern, ist es natürlich erwünscht, die Zahl der verstärkenden Fasern und die Harzmatrix um die optische Faser herum zu konzentrieren. Normalerweise erzeugen die auf die opti sche Faser während der Herstellung ausgeübten Drücke kleine, jedoch merkbare und unregelmäßige und irreguläre Druckkräfte in der optischen Faser. Dies kann zu einer Verzerrung der optischen Faser führen, welche für die optische Durchlässigkeit außerordentlich schädlich ist, wenn sie diese nicht überhaupt unterbindet. Kleine Knicke, die bei der Herstellung des Kabels auftreten könnten und für elektrische Kabel annehmbar wären, machen das optische Kabel unbrauchbar.

Die Verwendung einer ausgehärteten Silikongummi-Pufferbe schichtung auf den optischen Fasern ermöglicht die Produktion langgestreckter, großer, zusammenhängender Längen von Kabeln kleiner Durchmesser. Zunächst ist das Produkt während des Herstellungsverfahrens, wenn die Verstärkungsfasern und die Harz-Matrix aufgetragen werden, und das Harz abbindet, wärmeausgedehnt und wird dann in der Form des fertigen Kabels gekühlt. Der Silikon-Gummi zieht sich mehr zusammen als der Kabelmantel und die optischen Fasern. Das befreit die optische Faser von Drücken und stellt sicher, daß die Durchlässigkeit nicht nachteilig beein trächtigt wird.

Das Schrumpfen kann demzufolge allenfalls eine radiale Zugkraft in der Silikongummibeschichtung indu zieren, die dazu dient, die optische Faser genauer innerhalb des Gummis und dem Kabelmantel aufzuhängen; es dient ferner als Puffer gegenüber den Belastungen, die bei Verwendung des Puffers auftreten können. Beispielsweise wird unter Zuglasten der Kabelmantel zusammengedrückt. Soweit radiale Zugkräfte in der Silikongummibeschichtung vorhanden sind, ent spannen sie sich und verhindern, daß die äußere Belastung an die optische Faser weitergegeben wird. Soweit äußere Belastungen auf die Faser einwirken können, werden sie durch die elastomere Silikongummibeschichtung absorbiert und verteilt, so daß die Möglichkeit des Auftretens lokaler Belastungen bei hohem Druck auf die optische Faser reduziert wird. Die Verwendung der elastomeren Beschichtung von hohem Wärmeausdehnungs-Koeffizienten hat sich als Schlüssel für die erfolgreiche Herstellung großer Längen optischer Kabel mit ausgezeichneter Lichtdurchlässigkeit erwiesen.

Der Kabeldurchmesser wird durch erwünschte Verstärkung und durch die Anzahl der ent haltenen optischen Fasern bestimmt. Wenn mehrere kontinuierlich zusammenhängende optische Fasern in einem einzigen Kabelmantel enthalten sind, wird vorzugsweise jede Faser mit dem ausgehärteten Silikongummi elastomer beschichtet. Zur Identifikation jedes optischen Faserbündels kann die Be schichtung auf jeder Faser gefärbt oder sonstwie kodiert werden, damit am Ende des Kabels die richtigen Verbindungen vorgenommen werden können und das Kabel auch repariert werden kann.

Da die optischen Fasern normalerweise einzeln beschichtet sind, wird noch vorhandener Raum zwischen den Fasern vom gleichen oder einem anderen elastomeren Material ausgefüllt.

Maximale Kabelfestigkeit und minimale Wechselwirkung zwi schen den optischen Fasern wird erreicht, indem mehrere endlose Kabel verbunden und in Kombination mit dem vorzugsweise verstärkten Harz mit weiteren Faserlängen verbunden wird. In diesem Fall können die Kabelhüllen oder die Pufferschicht farbig kodiert werden.

Fig. 2 und 3 erläutern ein Herstellungsverfahren für die erfindungsgemäßen optischen Faserkabel. Bei den Herstellungs verfahren ist das Silikongummi nach Auftragen und Aus härten in der Wärme wärmeausgedehnt, so daß darauf die Fasern und das Harz aufgetragen werden können. Die wärmeausgedehnte Schicht schützt die in ihr enthaltene optische Faser von Drücken, die während des Kabelhüllen- Herstellens auftreten könnten, indem hier die polsternden Eigenschaften der elastomeren Schicht zum Tragen kommen. Nach dem Aushärten oder Abbinden des Harzes wird die Kombination abgekühlt und die elastomere Schicht schrumpft. Wegen der höheren thermischen Expansion der elastomeren Seele ist das Schrumpfen sehr viel größer als das Schrumpfen des umgebenden Mantels. Dies verhindert Drücke, von der Matrix des Kabelmantels auf die optische Faser, indem die polsternde Eigen schaft der Beschichtung Restkräfte verteilt, die eventuell noch vorhanden sind, so daß lokale Knicke sich nicht ausbilden können.

Das gegenwärtig bevorzugte Herstellungsverfahren endloser beschichteter optischer Fasern gemäß Fig. 2 sieht vor, daß die endlose Faser 14 alleine oder mit einer KYNAR-Beschichtung 16 zunächst mit bei Zimmertemperatur vulkani sierbaren Silikongummi beschichtet wird. Dies kann in ein facher Weise dadurch geschehen, daß die optische Faser von einer Trommel 26 durch einen Durchlaufbeschichter 28 gezogen wird, in welchem eine gleichförmige Schicht aus Silikongummi aufgetragen wird. Matrizen in dem Be schichter 28, der das flüssige Elastomer 18 ent hält, ermöglichen es, daß bei vorbestimmter Zugabegeschwin digkeit eine gleichförmige Schicht des härtbaren Silikongummis auf die Außenfläche der optischen Faser aufge tragen wird. Eine Grundschicht kann auf Wunsch vor dem Auftragen des Silikongummis aufgetragen werden. Weiter kann ein (nicht dargestelltes) Element zur Ab leitung statischer Elektrizität von der Außenfläche der Faser vorgesehen sein, um auf diese Weise eine korrekte Ausrichtung mit den Beschichtungsdüsen sicherzustellen.

Die optische Faser 14 und die umgehende Beschichtung aus Elastomer bilden die beschichtete Faser 12, die dann durch eine Härtzone 30 geführt wird, in welcher das Aushärten beschleunigt und, falls erwünscht, abgeschlossen wird. Auf Wunsch kann ein Aushärten bei Zimmertemperatur erfolgen. Temperaturen des beschleunigten Aushärtens liegen im Bereich von etwa 65 bis 150°C (150°F bis etwa 300°F). Die verwendeten Katalysatoren sind an sich bekannt und dienen zum Härten von Silikongummi bei Umgebungs- und erhöhten Temperaturen. Die mit ausgehärtetem Silikongummi beschichtete Faser wird dann auf eine Trommel 32 aufgewickelt und steht für die nachfolgende Verwendung bei der Herstellung des Kabels zur Verfügung; alternativ kann der beschichtete Faden direkt in den Arbeitsgang der Kabel herstellung eingeführt werden.

Gemäß Fig. 3 werden bei der Kabelherstellung die verstärkenden Fasern 20, die einen Teil des Kabelmantels 24 bilden, von Trommeln 21 durch eine Harz-Vorbeschichtungsstufe, etwa in Form des Tauchbades 34, herangeführt und Durchlaufen einer Heizkammer 36. Bei Verwendung von in der Wärme abbindenden Harzen mit den Stufen "B" und "C", wird die "B"-Stufe in der Kammer 36 bei für das verwendete Harz bekannten Temperaturen ausgehärtet.

Dann werden die vorbeschichteten Fasern zusammen mit der oder den mit ausgehärtetem Silikon beschichteten optischen Faser(n) durch ein Feld von ausrichtenden Düsen 38 geführt, was dafür sorgt, daß die harzbeschichteten Fasern um die mit Silikongummi beschichtete optische Faserseele in der gewünschten Endkonfiguration herum angeordnet werden. Wenn die gewünschte Konfiguration erreicht ist, wird die Kombination und der Zug durch einen Ofen 40 hin durchgeführt, in welchem die Kombination aufgewärmt wird. Die Kombination wird auf eine Temperatur aufgewärmt, die ausreicht, daß die Elastomerseele sich wärmeausdehnt und daß die vorbeschichteten Fasern sich miteinander verbinden. Das fertige Kabel 10 wird dann gekühlt, so daß die Silikon gummischicht nach dem Aushärten des Harzes des Kabelmantels schrumpfen kann.

Wenn das Harz in der Wärme abbindet, dann sind die in dem Ofen 40 angenommenen Temperaturen notwendig, um ein ab schließendes Aushärten oder ein Aushärten der "C"-Stufe zu ermöglichen. Für ein typisches Epoxyharz mit "B"- und "C"-Stufe beträgt die Aushärttemperatur etwa 150°C bis etwa 205°C. Aushärt-Zusätze wie etwa Polyamide werden gewöhnlich verwendet. Ein geeignetes Harzsystem besteht aus 60 Gew.-% eines Bisphenol "A"-Epichlorhydrin-Epoxy- Harzes und 40 Gew.-% eines Polyamid-Härters.

Wenn das Harz thermoplastisch ist, dann ist die Temperatur des Ofens 40 ausreichend, um das Harz über seine Schmelz temperatur aufzuwärmen, damit ein Benetzen und ein Binden der Fasern mit der gehärteten Silikongummibeschichtung ermöglicht wird.

Wenn das Harz bei relativ niedriger Temperatur schmilzt, kann die silikonbeschichtete Faser mit dem Heizer 42 auf eine höhere Tempera tur vorgeheizt werden, damit eine größere Wärmeausdehnung erreicht wird als diejenige, die sich mit dem Ofen 40 erzielen läßt. In diesem Fall bleibt die Beschich tung warm und im ausgedehnten Zustand, während der Kabelmantel auf einen Durchmesser abbindet, der durch das Ausmaß der Ausdehnung des Silikongummis und der Menge der hinzugegebenen Fasern und des Harzes vorbestimmt ist.

Obgleich ein bei Zimmertemperatur vulkanisierbarer Silikon gummi als Beschichtung für die optischen Fasern vorgezogen wird, können auch andere elastomere Stoffe Verwendung finden, vorausgesetzt, sie haben einen Wärmeausdehnungs-Koeffi zienten (ASTM D-696), der größer ist als derjenige der opti schen Faser und des Harzmantels.

Statt die Fasern 20 vorzubeschichten, ist es auch möglich, pulverisiertes oder flüssiges Harz über das durch die Düsen 38 gebildete Kabel zu verteilen, welches entweder von selbst oder jedenfalls dann fließt, wenn es über die Schmelztemperatur erwärmt wird, und dann zwischen die Verstärkungsfasern und die Seele fließt und abbindet, nach dem sich die Silikongummibeschichtung in der Heizzone 40 ausgedehnt hat. Wiederum ist nur notwendig, daß sich die Schicht in einem wärmeausgedehnten Zustand befindet, wenn das Harz des Kabelmantels abbindet, um Druck freiheit zu garantieren, wenn die Beschichtung schrumpft.

Das in Fig. 3 dargestellte Verfahren kann auch zur Herstellung eines zusammengesetzten Kabels verwendet werden, bei dem mehrere optische Kabel 10 vorgesehen sind. In diesem Falle enthalten einige oder sämtliche Spulen 21 das optische Kabel 10 und werden in der dargestellten Weise verbunden und mit Harz beschichtet und ergeben somit ein mehrfaseriges optisches Kabel. Einige der Spulen können Fasern als Füller oder Verstärker enthalten.

Beispiel 1

Zur Herstellung eines mit den Merkmalen der Erfindung aus gestatteten optischen Kabels wird eine optische Faser von 127 µm (5 Mil) Durchmesser, mit 12,7 µm (0,5 Mil) an KYNAR beschichtet, unter einer Zelle vorbeigeführt, welche die Oberflä chenladungen entfernt, und wird dann im Durchlauf mit einem bei Zimmertemperatur vulkanisierbaren Silikongummi in einer Stärke 178 µm (7 Mil) beschichtet. Die aufgetragene Beschichtung ist als Dow Corning 93-072 RTV Silikon-Rubber bekannt, der von Dow Corning Corporation hergestellt wird. Danach wurde ausgehärtet gemäß Betriebsanleitung in Bulletin 08-327, veröffentlicht von Dow Corning. Die Aushärttemperatur betrug 138°C (280°F). Das beschichtete optische Kabel von 508 µm (20 Mil) Durchmesser wurde aufgewärmt und mit 48, 204 Faden "S" Glasfaser-Strängen umgeben, so daß sich ein Kabel von 1270 µm von (50 Mil) Durchmesser ergibt. Die Glasfaserstücke laufen in der opti schen Faser parallel. Das Bindeharz war ein in der Wärme aushärtendes Epoxyharz. Die Härttemperatur betrug 177°C (350°F). Nach dem Aushärten wurde das Kabel auf Zimmertemperatur abgekühlt und die Lichtdurchlässigkeit war gleichmäßig über seine ge samte Länge.

Beispiel 2

Gemäß Beispiel 1 wurden drei endlose Kabel hergestellt und kombiniert und die Leerräume wurden mit parallelen Stücken von zugfestem Glas und Epoxyharz ausgefüllt, so daß sich ein zu sammengesetztes Kabel von 2920 µm (115 Mil) Durchmesser ergab. Licht wurde gleichförmig durch sämtliche optische Fasern des zusammengesetzten Kabels übertragen.

Claims

1. Optisches Kabel, mit einer Seele, die wenigstens eine langgestreckte, mit einem Elastomeren beschichtete optische Faser umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Elastomerenbeschichtung (18) jeder Faser (14) von einem Kabelmantel (24) aus einem abgebundenen Kunstharz (22) umgeben ist,
b) das Verhältnis des Wärmeausdehnungs-Koeffizienten der Elastomerenbeschichtung (18) zu demjenigen des Kabelmantels (24) im wesentlichen zwischen 3 : 1 und 30 : 1 liegt, und
c) der Kabelmantel (24) auf der wärmeausgedehnten Elastomerenbeschichtung (18) aufgetragen abgebunden ist und die abgekühlte Elastomerenbeschichtung (18) gegenüber dem abgebundenen Kabelmantel (24) ge schrumpft ist.

2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elastomerenbeschichtung (18) mit der optischen Faser (14) und dem Kabelmantel (24) verbunden ist.

3. Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kabelmantel (24) mit Verstärkungsfasern (20) versehen ist.

4. Kabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern zur optischen Faser axial ausgerichtet sind und sich genau so weit wie diese erstrecken.

5. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elastomerenbeschichtung (18) aus gehärtetem Silikongummi besteht.

6. Kabel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeausdehnungs-Koeffi zient der gehärteten Silikongummibeschichtung etwa 20 × 10^{- 5} bis etwa 30 × 10^{- 5} beträgt.

7. Kabel nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gehärtete Silikongummi beschichtung eine Stärke von wenigstens etwa 76 µm (3 Mil) beträgt.

8. Kabel nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gehärtete Silikongummi beschichtung eine Stärke von etwa 127 bis 254 µm (5 bis 10 Mil) besitzt.

9. Kabel nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern Glas fasern sind.

10. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz thermo plastisch ist.

11. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz in der Wärme abbindet.

12. Kabel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es mit mehreren durch ein Harz zu einer Einheit verbundenen Fasern versehen ist.

13. Verfahren zur Herstellung des Kabels nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine optische Faser mit einem Elastomeren von hohem Wärmeausdehnungs-Koeffizien ten beschichtet wird; daß die Elastomerenbeschichtung gehärtet wird; daß auf die mit dem Elastomeren beschich tete optische Faser ein abbindendes Kunstharz aufgetra gen wird, so daß sich ein äußerer Kunstharzmantel um die beschichtete optische Faser herum ergibt, daß das Kunstharz ausgehärtet wird, und der Wärmeausdehnungs- Koeffizient des Kabelmantels im ausgehärteten Zustand kleiner als derjenige der ausgehärteten Elastomerbe schichtung ist, wobei das Kunstharz ausgehärtet wird, wenn die abgebundene Elastomerenbeschichtung sich in einem wärmeausgedehnten Zustand befindet, so daß sich ein optisches Faserkabel mit verfestigtem Kunstharz- Kabelmantel ergibt; und daß das Kabel abgekühlt wird und sich durch die Differenz der Wärmeausdehnungs- Koeffizienten des ausgehärteten Kunstharzmantels und der Elastomerenbeschichtung so kontrahiert, daß die Elastomerenbeschichtung sich stärker kontrahiert als der Kabelmantel und damit Druckkräfte von der optischen Faser fernhält.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Kabelmantel Verstärkungs fasern vorgesehen und vorzugsweise mit der optischen Faser axial ausgerichtet werden.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Faser bis zu einer Stärke von wenigstens 76 µm (3 Mil), vorzugsweise bis zu einer Stärke von 127 bis 254 µm (5 bis 10 Mil) beschichtet wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Elastomerenbeschichtung zu ihrer Wärmeausdehnung auf eine Temperatur von etwa 150°C (300°F) bis etwa 205°C (400°F) gehalten wird, wenn das Kunstharz aushärtet.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindeharz ein in der Wärme abbindendes Harz verwendet wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindeharz ein thermo plastisches Harz gewählt wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß als Elastomerenbeschichtung ein Silikongummi verwendet wird.