DE2701650C2

DE2701650C2 - Ader für ein optisches Kabel bzw. ein optisches Kabelelement

Info

Publication number: DE2701650C2
Application number: DE2701650A
Authority: DE
Inventors: Axel Gentofte Andersen; Knud Bundgaard Skodsborg Jensen; Poul Ursin Hellerup Knudsen
Original assignee: Nordiske Kabel OG Traadfabriker AS
Current assignee: NKT AS
Priority date: 1976-11-09
Filing date: 1977-01-17
Publication date: 1986-12-11
Also published as: DE2701650A1; SE7712592L; DK505276A; FR2370295A1; SE425619B; NO148464C; DK138437C; FI66091C; JPS5381140A; JPS6143682B2; NO148464B; FI66091B; DK138437B; US4289375A; GB1593739A; NO773804L; FR2370295B3; FI773327A7

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Ader für ein optisches Kabel bzw. ein optisches Kabelelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Es ist bekannt (DE-OS 25 28 991), Lichtleitkabel mit optischen Fasern herzustellen, die in den Kabeln in in deren Längsrichtung verlaufenden Hohlräume mit wesentlich größerer Querabmessung als dem Faserdurchmesser verlegt sind.

Es ist auch bekannt, daß die Fasern in solchen Hohlräumen Überlänge haben sollen. Stand der Technik ist ferner das Verkleben von wellenförmig zwischen zwei Kunststoffbändern verlaufenden Fasern mit diesen Bändern und das Bewickeln eines soliden Trägerdrahts mit der so geschaffenen Einheit (DE-OS 24 24 041). Schließlich sind Kabel bekannt, deren Fasern wendelförmig um eine einen soliden Trägerdraht umgebende weiche Trägerschicht gewickelt sind (DE-OS 23 55 854). Bei allen vorerwähnten bekannten Kabeltypen soll nach Möglichkeit vermieden werden, daß auf die Kabel wirkende Biege- und insbesondere schädliche Zugkräfte die optischen Fasern selbst beeinträchtigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ader der genannten Art für ein optisches Kabel bzw. Kabelelement zu schaffen, bei welcher eine mechanische Beeinflussung der Transmission beispielsweise durch Zugbeanspruchung, Biegung, Torsion oder Vibration vermieden ist

Diese Aufgabe wird durch eine Ader für ein optisches Kabel bzw. ein optisches Kabelelement mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruches 1 gelöst

Es ist zu berücksichtigen, daß die Verringerung oder Zerstörung der Transmission einer im übrigen intakten optischen Faser bereits dann zu erwarten ist, wenn sie aufgrund eines oder mehrerer Fehler, wenn auch nur auf einem außerordentlich kleinen Teil einer Kabelstrecke verengt oder abgebogen wird, wobei eine fehlerhafte Strecke der Größenordnung von nur einem Bruchteil eines Millimeters genügt weshalb in einem solchen Fall von Mikrorissen oder Mikrobiegungen gesprochen wird. Es liegt auf der Hand, daß bei einer auf die optische Faser wirkenden Zugkraft das Risiko des Entstehens von Mikrorissen um so größer ist, je größer die Zugkraft ist Bei den bisher bekannten Konstruktionen für Lichtleitkabel mit optischen Fasern war man wie bereits erwähnt daher bestrebt, das Ausmaß möglicher Zugspannungen in den optischen Fasern und das hiermit verbundene Risiko zu vermindern. Bei der vorliegenden Erfindung wird zu diesem Zweck jedoch der entgegengesetzte Weg beschritten, da es sich überraschend herausgestellt hat, daß in verschiedener Hinsicht dadurch Verbesserungen erzielt werden, daß in jeder Faser dadurch eine nicht unwesentliche Druckkraft erzeugt wird, daß die Faser in einen dichtschließenden und angemessenen dicken Belag eingelagert wird, dem danach eine definierte Kontraktionsspannung erteilt wird.

Dem Belag wird zu diesem Zweck eine solche Adhäsion an der Faser erteilt, daß die während oder nach dem Auftragen des Belags in diesem erzeugte Kontraktionsspannung die Faser in deren Gesamtlänge mit einer solche axialen Druckkraft beaufschlagt, daß die sich hieraus ergebende Verkürzung der Faser eine entsprechende Erhöhung der Bruchdehnung bewirkt. Die Verkürzung beträgt vorzugsweise mindestens 0,5 °/oo der ursprünglichen Faserlänge bei im übrigen von äußeren Kräften freiem Element betragen. Die so in der optischen Faser erzeugte Druckspannung kann mindestens Vio der Bruchdehnung der Faser betragen.

Der verwendete Belag kann beispielsweise aus Kunststoff wie Polyäthylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid oder Polyamid, beispielsweise Polyamid 12 bestehen, wobei die letztgenannte Stoffgruppe wegen der starken Adhäsion zu anderen Stoffen besonders gut geeignet erscheint.

Gewünschtenfalls ist der Belag aus einem Grundmaterial aufbaubar, das ein Zusatzmaterial, beispielsweise ein Bewehrungsmaterial wie willkürlich oder in Längsrichtung orientierte Fasern enthält, die zumindest einen Teil der angestrebten Kontraktibilität gewährleisten.

Da wie ersichtlich eine hinreichend starke Adhäsion zwischen Faser und Belag sehr wichtig ist, kann es, falls das Belagsmaterial als solches die erforderliche Adhäsion nicht gewährleistet, erfindungsgemäß vorteilhaft sein, eine adhäsive Zwischenschicht aufzutragen, weiche sowohl an der optischen Faser wie an dem diese umgebenden Belag haftet.

Von den erwähnten Druckkräften beaufschlagte Fasern haben überraschenderweise in optischer Hinsicht völlig zufriedenstellende Eigenschaften. Bei den bisher bekannten Kabeltypen war man dagegen bestrebt, das Auftreten solcher Druckkräfte nach Möglichkeit zu vermeiden. Zn diesem Zweck hat man beispielsweise den

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Belag so aufgetragen, daß zwischen Faser und Belag ein freier Zwischenraum gewährleistet war und/oder die Faser mit Schmiermitteln, wie Silikonöl yersehen, welehe ein gegenseitiges Gleiten ermöglichen und ein teilweises Kleben des Belags an der Faser verhindern.

Wenn ein oder mehrere Elemente der vorerwähnten Art zur Herstellung beispielsweise eines Lichtleitkabels in einem Mantel angeordnet werden, ohne daß dabei die Elemente Zugkräften ausgesetzt werden, kann man wie

schutzschicht Unten in Kg. 1 ist die Verteilung σ der Zugspannung im Querschnitt der Ader dargestellt. Die Faser selbst steht unter Druckspannung, während der Belag unter Zugspannung steht Die durch die Druck-5 spannung in der Faser erreichte Verbesserung besteht darin, daß die Ader wie auch ein diese enthaltendes Kabel eine stärkere Dehnung und stärkere Biegung vertragen. Beträgt die relative Verkürzung infolge der Druckspannung ε, kann die Faser entsprechend einem an sich bekannt die Fasern geradlinig oder geschlungen io Biegeradius R = r/z gebogen werden, ohne daß an irverlegen. Ein solche Elemente enthaltendes fertiges Ka- gendeiner Stelle im Faserquerschnitt eine Zugspannung bei verträgt außergewöhnlich große Zugbeanspruchun- entsteht wobei /-den Faserradius bezeichnet
gen, die beim Hantieren und Verlegen des Kabels auf- Die Faser kann beispielsweise dadurch mit Druck betreten können und eine Dehnung des Kabels zu Folge aufschlagt werden, daß dem aufgetragenen Belag durch haben. Bei zunehmender Dehnung des Kabels treten 15 eine spezielle Wärmebehandlung ein Kontraktionsbestreben erteilt wird. Der Belag kann z. B. so um die Faser herum extrudiert werden, daß er genügend fest an dieser haftet um ein Gleiten der Faser im Verhältnis zum Belag zu verhindern.

Die Behandlung zur Verkürzung des Belags kann beispielsweise darin bestehen, daß der Belag bei der Extrusion angemessen langsam abgekühlt wird, wodurch die Adhäsion an der Faser bei der thermisch bedingten Kontraktion des Kunststoffs gewährleistet ist. Eine verstärkte Verkürzung kann in gewissen Fällen dadurch

folgende Wirkungen auf:

a) Zunächst wird die geschlängelte Form ausgerichtet

b) dann erfolgt eine Dehnung der Elemente, bis die auf die optischen Fasern wirkende Druckkraft praktisch gleich null ist

c) hiernach erfolgt eine Dehnung der optischen Fasern, und

d) erst dann erfolgt in den optischen Fasern der Bruch.

Es leuchtet ein, daß das Element bei geeigneter Materialwahl eine wesentlich größere Bruchdehnung aufweist als die optischen Fasern, ohne Druckbeaufschlagung, da die vorerwähnte Verkürzung zur Bruchdehnung addiert wird.

Es ist oft erforderlich, ein Kabel mit Zugentlastungselementen zu versehen, die zur Aufgabe haben, die genannten Zugbeanspruchungen aufzunehmen, ohne daß dabei die Lichtleitelemente des Kabels beeinträchtigt werden.

Solche eventuellen Zugentlastungselemente sind beim erfindungsgemäßen optisch leitenden Element dank der wesentlich erhöhten Bruchdehnung aus relativ einfacheren und billigeren Materialien ausführbar, als dies bisher möglich gewesen ist.

Bei der erfindungsgemäßen Ader wird im Vergleich zu den bekannten Adern mit abgestützten oder fixierten optischen Fasern auch insofern ein Vorteil erzielt, als das Risiko des Entstehens von Mikrobiegungen unter der Einwirkung von örtlich stark begrenzten Kräften vermindert ist, da die Faser in der erfindungsgemäßen Ader nur von in deren Gesamtlänge gleichmäßig verteilten Kräften beaufschlagt ist. Außerdem werden sowohl entstandene Mikrorisse als auch die Tendenz zur Bildung solcher Risse unterdrückt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 im Querschnitt einen Teil einer erfindungsgemäßen Ader sowie den entsprechenden Längsschnitt erreicht werden, daß man den Kunststoff beim Extrudieren weitgehend molekular orientiert. Die Verkürzung wird dadurch erreicht, daß die Moleküle anschließend beispielsweise durch die vorerwähnte Wärmebehandlung in eine mehr zufällig orientierte Lage überführt werden, vgl. Fig. 4.

Der Wert der relativen Verkürzung ε der Fasern ist durch den Ausdruck

E₂A₂

E₁A, + E₂A₂

gegeben, wo ε' den Unterschied zwischen der relativen Verkürzung des Belags und der Faser bei der kontrahierenden Nachbehandlung in einem gedachten Fall bezeichnet, wo die beiden Komponenten sich bei der Nachbehandlung gegenseitig nicht beeinflussen können. Im übrigen sind

E₁: der Elastizitätsmodul der Faser £2: der Elastizitätsmodul des Belags A1: die Querschnittsfläche der Faser A₂: die Querschnittsfläche des Belags Fig. 2 zeigt, wie ε vom Verhältnis von E₂A₂ zu E₁Ai abhängig ist. Es ist ersichtlich, daß bei passend großen Werten für E₂ und A₂ eine relative Faserverkürzung ε erreichbar ist, die sich dem Unterschied ε' zwischen der relativen Verkürzung der Faser und der des Belags in freiem Zustand nähert.

Das erfindungsgemäße Element ist wie bereits er-

und die Verteilung der Zugspannung im Querschnitt der 55 wähnt in optischen Leitern, beispielsweise Lichtleitka-^Ader· bein verwendbar. Fig. 3 zeigt ein solches Lichtleitkabel

Fig. 2 das Zusammendrücken der Faser in deren Längsrichtung als Funktion der Elastizitätmodule und Querschnittsflächen der beiden Materialien,

Fs™. 3 !!T! Querschnitt ein Lichtleitkabel mit c—tischcn Adern gemäß Fig. 1, und

Fig. 4 schematisch eine Vorrichtung zur Herstellung einer solchen Ader.

In der in Fig. 1 veranschaulichten Ausführungsform _r ,._

besteht die erfindungsgemäße Ader aus einer mit einer 65 nung aufweist, befindet sich zunächst auf'einer Spule"«
Schutzschicht überzogenen optischen Faser 1 und ei- oder in einem Behälter 22 und wird mit Hilfe einer Zugnem diese umgebenden Kunststoffbelag 2 aus einem vorrichtung 23 aus dem Behälter herausgezogen oder
Material mit angemessen großer Adhäsion zur Faser- von der Spule abgewickelt. Die Ader 20 wird durch ein

mit in einem Hohlraum 9 innerhalb eines Kunststoffmantels 10 verlegten optisch leitenden Elementen 1, 2. Der Mantel ist wie an sich bekannt außen mit Verstär-

I J.SL» «« 1

nuitgoutaiitv.li Ii Vbiacttcil,

Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung der Lichtleitader und zur Erzeugung der die Faser beaufschlagenden Druckkraft. Die Ader 20, die zu diesem Zeitpunkt noch keine wesentliche Kontraktionsspan-

Ol

Aggregat 24 zur Wärmebehandlung desselben geführt,

wonach sie einer mit der Vorrichtung 23 gekuppelten )

Zugvorrichtung 25 zugeführt wird, so daß die optische ^

Ader der Wärmebehandlung im Aggregat 24 nicht auf ,,

Zug beansprucht ist. Die fertigbehandelte Ader 20, die 5 λ

nun die gewünschte Kontraktionsspannung hat, wird
schließlich in einem Behälter 26 gesammelt oder auf
eine Spule 27 aufgewickelt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

10

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Claims

27 Ol Patentansprüche

1. Ader für ein optisches Kabel bzw. ein optisches Kabelelement mit einem auf eine Faser im wesentlichen koaxial aufgetragenen Belag von im wesentliehen kreisförmigem Querschnitt, dadurch ge kennzeichnet, daß der Belag (2) an der Faser (1) so fest haftet, daß eine während oder nach dem Auftragen des Belags (2) diesem erteilte Kontraktionsspannung die Faser (1) in deren Gesamtlänge mit einer solchen Druckkraft in der Faserachsrichtung beeinflußt, daß die dadurch erfolgte Faserverkürzung eine dieser entsprechende Erhöhung der Bruchdehnung bewirkt

2. Ader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser (1) in eine dünne Schutzschicht dicht eingeschlossen ist

3. Ader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Druckkraft bewirkte Verkürzung mindestens 0,5 %o der ursprünglichen Faserlänge bei im übrigen von äußeren Krafteinwirkungen freier Ader beträgt

4. Ader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durch das Zusammenziehen erzeugte Druckspannung in der Faser mindestens Vio der Bruchdehnung der Faser beträgt

5. Ader nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Belag einen Kunststoff, beispielsweise Polyäthylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid oder Polyamid enthält.

6. Ader nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Belag aus einem Grundmaterial und einem in diesem enthaltenen Zusatzmaterial besteht, welches dem Belag die gesamte beabsichtigte Kontraktionsspannung oder einen Teil desselben erteilt.

7. Ader nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Adhäsion mit Hilfe einer sowohl an der gegebenenfalls mit der Schutzschicht versehenen Faser als auch am umgebenden Belag haftenden Zwischenschicht gewährleistet ist.