DE2818575C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Kabelelementen mit optischen Fasern - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Kabelelementen mit optischen Fasern

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei einem aus der DE-OS 25 07 649 bekannten
Verfahren dieser Art werden die optischen Fasern in der bei der Kabelherstellung üblichen Verseiltechnik mittels eines Verseilnippels auf den glatten Umfang der Seele aufgebracht, wobei der üblichen Praxis entsprechend die Seele in horizontaler Richtung durch den mit horizontaler Achse angeordneten Verseilkranz geführt wird. Um Zugspannungen in den mechanisch sehr empfindlichen optischen Fasern sowohl beim Verseilen als auch später beim Handhaben und Verlegen des Kabels oder infolge von Temperaturschwankungen im Betrieb zu vermeiden, werden die optischen Fasern mit Überlänge auf die Seele aufgebracht Zu diesem Zweck wird der Seele während des Verseilvorgangs eine Vortorsion in der Schlagrichtung erteilt, deren Schlaglänge größer als die Schlaglänge der optischen Fasern ist, und die nach dem Verseilvorgang wieder aufgehoben wird. Diese Herstellung ist kompliziert und erfordert eine sehr genaue Regelung der verschiedenen Vorgänge. Dennoch ist die Lage der mit Überlänge aufgebrachten optischen Fasern auf der Seele nicht eindeutig definiert; vorzugsweise werden daher noch besondere ringförmige Halteelemente aufgebracht um die optischen Fasern auf der Seele zu fixieren.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens der eingangs angegebenen Art mit dem die optischen Fasern auf einfache Weise praktisch spannungslos und ohne mechanische Belastung auf die Seele aufgebracht werden können und dennoch eine genau fixierte Lage auf der Seele haben. Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren laufen die optischen Fasern frei nach unten hängend von den Abgabespulen des Kranzes ab, und sie werden durch die Faserführung in seitlicher Richtung in die Nuten der Umhüllung eingelegt. Die durch dieses Einlegen auf die Fasern ausgeübten mechanischen Belastungen sind äußerst gering, und die Fasern liegen im fertigen Kabelelement spannungslos in den Nuten der Umhüllung. Dennoch ist die gleichmäßige Lage der optischen Fasern auf der Seele durch die Nuten eindeutig festgelegt. Das Verfahren erfordert keine besonderen Regelungsvorgänge und kann mit einfachen Vorrichtungen durchgeführt werden, die zum größten Teil bei der Kabelherstellung üblich sind.
Die auf die optischen Fasern ausgeübten mechanischen Belastungen können gemäß vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch noch weiter verringert werden, daß auf die Fasern quer und/oder längs gerichtete Druckgasstrahlen einwirken, die das Einlegen in die Nuten bzw. den Vorschub der Fasern in der Faserführung unterstützen.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie bevorzugte Ausführungsformen einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 die Folge der Verfahrensschritte bei dem erfindungsgemäßen Verfahren,
F i g. 2 eine Gesamtansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
F i g. 3 eine Querschnittsansicht der mit der dielektrischen Umhü!!"ng versehenen Seele nach dem Strangpressen,
F i g. 4 einen Längsschnitt durch die Faserführung der Vorrichtung von Fig.2 entlang der Linie C-D von F i e. 5.
F i g. 5 einen Querschnitt durch die Faserführung von F i g. 4 entlang der Linie A-B,
F i g. 6 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform der Faserführung und
F i g. 7 einen Querschnitt durch das fertige Kabelelement
F i g. 1 zeigt die Folge der Verfahrensschritte bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, und Fig.2 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Der Verfahrensschritt 1 ist das Abspulen der mechanisch festen zentralen Seele 21 von der Abgabespule 10 in F i g. 2 in horizontaler Richtung unter der Wirkung eines Zugorgans, das an einer weiter hinten liegenden Stelle angeordnet ist und durch einen Raupenabzug 19 dargestellt ist.
Der Verfahrensschritt 2 ist das Formen des dielektrischen Materials mit Hilfe der Strangpresse 11. F i g. 3 zeigt einen Querschnitt durch das Kabelelement nach dem Strangpressen. Die Schnittansicht zeigt die zentrale Seele 21 des Kabelelements, die durch einen einzigen, in der Längsrichtung verlaufenden Strang gebildet ist das die Umhüllung 22 bildende thermoplastische dielektrische Material, eine Positionierungsrinne 23 mit rechteckigem Querschnitt und die Nuten 24, die jeweils zur Aufnahme einer optischen Faser bestimmt sind. Die Rinne 23 und die Nuten 24 verlaufen parallel entlang Schraubenlinien auf der Oberfläche der dielektrischen Umhüllung 22 mit einer Steigung ρ und einem konstanten Winkelabstand von A Grad.
Der Verfahrensschritt 3 ist das Temperieren der mit der Umhüllung 22 versehenen Seele 21. Dies erfolgt durch eine Abkühlung in einem Wasserbehälter 12. Auf diesen Vorgang folgt als Verfahrensschritt 4 ein Trocknen mit Warmluft in der Vorrichtung 12', wodurch die Umhüllung 22 vorgewärmt wird, damit sie sich ausdehnt.
Im Verfahrensschritt 5 werden alle optischen Fasern gleichzeitig mit Hilfe der in Fig.2 dargestellten Vorrichtung 13 in die Nuten 24 der stranggepreßten und vorgewärmten Struktur 21, 22 eingelegt, die nach Umlenkung durch eine Umlenkrolle 26 in vertikaler Richtung abläuft. Die Vorrichtung 13 enthält einen kreisrunden Kranz 14, der mit einer Mittelöffnung 14a versehen ist, die als Durchlaß für das Kabelelement dient, das in V2rtikaler Richtung entlang der Drehachse des Kranzes 14 abläuft. Der Kranz führt N Umdrehungen pro Sekunde aus, wobei N durch die Beziehung N — v/p gegeben ist; dabei sind ν die Vorschubgeschwindigkeit des Kabelelements und ρ die Steigung der schraubenförmigen Nuten 24, die in dem Profil der dielektrischen Umhüllung 22 vorgesehen sind. Der Kranz 14 trägt die Abgabespulen 15 für die optischen Fasern 25, deren Abgabe in Abhängigkeit von der Vorschubgeschwindigkeit, der Steigung und dem Durchmesser der Fasern auf der Spule geregelt ist. Die Drehung des Kranzes 14 wird durch einen optischen Abtaster 16 in Verbindung mit der Rinne 23 geregelt. Die Positionierung der Fasern 25 in den Nuten 24 der stranggepreßten Struktur erfolgt durch eine Führung 17, von der zwei Ausführungsformen in den F i g. 4 und 6 dargestellt sind.
Der Verfahrensschritt 6 ist ein Bandagieren, das unmittelbar am Austritt der Faserführung 17 durchgeführt wird, wie schematisch bei 18 in F i g. 2 angedeutet ist.
Im Verfahrensschritt 7 wird das fertige Kabelelement auf eine Aufwickelspule 20 aufgewickelt, nachdem es mittels einer Umlenkrolle 27 wieder in die horizontale
Richtung umgelenkt worden ist.
Eine abgeänderte Ausführung des Verfahrens besteht darin, daß eine rotierende Abgabevorrichtung verwendet wird, welche die zentrale Seele zu einer Strangpresse liefert, die ein rotierendes Werkzeug enthält, während der K inz 14 feststehend gehalten wird. Der Antrieb des Kabelelements erfolgt durch einen rotierenden Raupenabzug, und das Kabelelement wird in einer rotierenden Aufnahmestation auf eine Spule aufgewikkelt. Bei dieser Ausführungsform werden, wie auch bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform, Bestandteile von herkömmlichen Kabelherstellungsmaschinen verwendet, mit Ausnahme der Faserführung 17.
Die in Fig.4 im Längsschnitt und in Fig. 5 im Querschnitt dargestellte Faserführung 17 besteht im wesentlichen aus einem kegelstumpfförmigen Körper 17a mit einem axialen Durchlaß i7b für die mit der dielektrischen Umhüllung 22 versehene zentrale Seele 21. An der Innenfläche des kegelstumpfförmigen Körpers 17a sind Nuten 17c mit Ω-förmigem Profil (F i g. 5) angebracht, die jeweils zur Durchführung einer von einer Abgabespule 15 ablaufenden optischen Faser 25 bestimmt sind. Die Innenfläche 176 der Faserführung 17 weist einen Finger 33 auf, der in die Positionierungsrinne 23 ragt und die Winkelstellung der Faserführung 17 derjenigen der Umhüllung 22 nachstellt, so daß die Führung 17 sehr genau der Position des Kabelelements folgt und insbesondere jede Drehung mitmacht, die das Kabelelement im Verlauf des Vorschubs ausführen kann. Am oberen, breiteren Teil des kegelstumpfförmigen Körpers 17a ist für jede Nut 17c eine Düse 30 angebracht, durch die ein Luftstrahl von oben nach unten in die Nut eingeblasen werden kann. Am unteren, engsten Teil des kegelstumpfförmigen Körpers 17a ist für jede Nut 17c eine weitere Düse 31 angebracht, durch die ein Luftstrahl horizontal in die Nut eingeblasen werden kann.
Fig.4 zeigt eine optische Feder 25, die durch eine Nut 17c der Führung 17 geführt ist und im unteren Teil der Führung in eine Nut 24 der dielektrischen Umhüllung 22 eingebracht ist.
Der Luftstrahl, der durch eine Düse 30 von oben nach unten eingeblasen wird, schiebt die Faser 25 vorwärts, wodurch jede Reibung zwischen der Faser 25 und der Nut 17c vermieden wird. Der zweite Luftstrahl, der über die untere Düse 31 eingeblasen wird, drückt die Faser 25 am unteren Ende der Faserführung 17 in die Nut 24. Da das Einlegen entlang der Tangente an die von der Nut 24 gebildete Schraubenlinie erfolgt, verläuft die Faser in einem konstanten Winkel zur Achse X-X und das Einlegen kann ohne Kraftausübung auf die Faser erfolgen. Der Finger 33 hält die Faserführung 17 in fester Beziehung zur Seele, so daß die Nuten 17c stets
auf die Nuten 24 ausgerichtet bleiben. Die Querabmessungen der Nuten 17c verringern sich in dem Maße, wie der Durchmesser des kegelstumpfförmigen Körpers 17a abnimmt.
Wenn eine Vorerwärmung angewendet wird, um die Umhüllung 22 vor dem Einlegen der Fasern 25 auszudehnen, wird vorzugsweise die durch die Düsen 30 und 31 eingeblasene Luft erwärmt, damit ein Abkühlen der Umhüllung vermieden wird.
Bei der Ausführungsform von Fig. 6 ist die Faserführung durch zwei konzentrische Ringe 34 und 35 gebildet, die Mittelöffnungen 34a, 35a für den Durchgang der mit der Umhüllung 22 versehenen Seele 21 aufweisen. Am Umfang des oberen Rings 34 sind öffnungen 36 vorgesehen, von denen jede a!s Durchgang für eine optische Faser 25 dient. Am Umfang des unteren Rings 35 sind Öffnungen 38 angebracht, in welche die oberen Enden von Kapillarrohren 37 eingesetzt sind, durch welche die optischen Fasern hindurchgehen. Der untere Teil jedes dieser Kapillarrohre ragt in die entsprechende Nut 24 der Umhüllung 22. Bei Verwendung einer solchen Faserführung kann die Positionsierungsrinne 23 des stranggepreßten Profils entfallen, da die Nachregelung der Faserführung durch die Kapillarrohre 37 gewährleistet ist.
Eine Drehung des Kranzes 14 um ±180° ermöglicht eine Verkabelung mit abwechselnder Steigung.
Bei den beiden beschriebenen Ausführungsformen der Faserführung muß die Toleranz für den Durchmesser der stranggepreßten Umhüllung bekannt sein, damit der Innendurchmesser der Faserführung am unteren Teil in der Nähe des maximalen Durchmessers der Umhüllung liegt, unter Berücksichtigung der Dicke der noch nicht in ihre Nut eingetretenen Fasern. Die Ausdehnung der Umhüllung durch die Vorerwärmung ermöglicht die Verringerung des Spiels, wobei gegebenenfalls eine Kalibrierung der Umhüllung vor dem Durchgang durch die Faserführung vorgenommen wird.
Bei einer praktischen Durchführung des beschriebenen Verfahrens wurden Kabelelemente der in F i g. 7 dargestellten Art mit einer Vorschubgeschwindigkeit zwischen 1 und 4 m/min hergestellt Die Drehung der Seele war so berechnet, daß die von den Fasern eingenommene Schraubenlinie eine Steigung von etwa 200 mm aufwies. Für den Kleinstwert der obigen Vorschubgeschwindigkeit betrug die Drehzahl 5 U/min. Die Abgabespulen für die optischen Fasern hatten zwei Größen, nämlich Spulen von 165 mm Durchmesser und Spulen von 380 mm Durchmesser. Für die verschiedenen Stationen zur Durchführung des Verfahrens wurden im Handel erhältliche Bestandteile von Kabelherstellungsmaschinen verwendet
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Kabelelementen mit auf den Umfang einer mechanisch festen Seele aufgebrachten optischen Fasern, bei welchem die Seele kontinuierlich koaxial durch einen Kranz vorgeschoben wird, der eine Gruppe von Abgabespulen für die optischen Fasern trägt, die von den Abgabespulen ablaufenden optischen Fasern mittels einer Faserführung auf die Seele aufgelegt werden und die auf die Seele aufgelegten optischen Fasern durch Umwickeln festgelegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Seele (2?) vor dem Aufbringen der optischen Fasern (25) mit einer dielektrischen Umhüllung (22) versehen wird, die an ihrem Umfang schraubenförmige Nuten (24) aufweist, daß die mit der Umhüllung (22) versehene Seele (21) in vertikaler Richtung von oben nach uMen durch den mit vertikaler Achse angeordneten Kranz (14) geführt wird, und daß die von den Abgabespulen (15) nach unten ablaufenden optischen Fasern (25) mittels der Faserführung (17; 34, 35) in die schraubenförmigen Nuten (24) der Umhüllung (22) eingelegt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Umhüllung (22) aus Plastikmaterial auf der Seele (24) gebildet wird, und daß das Plastikmaterial der Umhüllung (22) vor dem Einlaufen in den Kranz (14) erwärmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Plastikmaterial der Umhüllung (22) mittels einer Strangpresse (11) an einer vor dem Kranz (14) liegenden Stelle auf die Seele (21) aufgebracht wird, und daß die Seele (21) horizontal durch die Strangpresse (11) geführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Relativdrehung zwischen der Seele (21) und dem Kranz (14) aufrechterhalten wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Faserführung (17) auf jede optische Faser (25) ein das Einlegen in die Nuten (24) unterstützender Druckgasstrahl (31) einwirkt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf jede optische Faser (25) beim Eintritt in die Führung (17) ein in der Vorschubrichtung der Faser (25) gerichteter Druckgasstrahl (30) einwirkt.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer die Seele des Kabelelements enthaltenden Abgabespule, von der die Seele in horizontaler Richtung abläuft, einem die Abgabespulen für die optischen Fasern tragenden Kranz mit einer Mittelöffnung, durch welche die Seele geführt ist, einer koaxial zum Kranz angeordneten Faserführung, welche die Seele und die von den Abgabespulen des Kranzes ablaufenden optischen Fasern zusammenführt, eine hinter der Faserführung angeordnete Bandagiereinrichtung und eine Aufnahmevorrichtung für das fertige Kabelelement, der das Kabelelement in horizontaler Richtung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kranz (14) und die Faserführung (17; 34, 35) entlang einer vertikalen Achse angeordnet sind, daß zwischen der Abgabespule (10) und dem Kranz (14) eine erste Umlenkvorrichtung (26) zur Umlenkung der Seele
(21) von der horizontalen in die vertikale Richtung angeordnet ist und daß zwischen der Faserführung (17) und der Aufnahmevorrichtung (20) eine zweite Umlenkvorrichtung (27) zum Umlenken des Kabelelements von der vertikalen Richtung in die horizontale Richtung vorgesehen ist
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Abgabespule (10) und der ersten Umlenkvorrichtung eine Strangpresse (11)
ίο zum Aufpressen der mit schraubenförmigen Nuten (24) versehenen Umhüllung (22) und eine Kühlvorrichtung (12) angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten Umlenkvorrichtung (26) und dem Kranz (14) eine Heizvorrichtung (12') zum Erwärmen des Plastikmaterials der Umhüllung (22) angeordnet ist
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserführung (17) einen kegelstuinpfförmigen Körper {Via) aufweist der einen mittleren axialen Durchlaß {\7b) für die mit der Umhüllung (22) versehene Seele (21) aufweist und daß in die Innenfläche des kegelstumpfförmigen Körpers (17a; Führungsnuten (17c;
mit Ω-förmigem Profil eingearbeitet sind, deren Querschnittsabmessung sich mit zunehmender Entfernung von dem dem Kranz (14) zugewandten, den größten Durchmesser aufweisenden oberen Teil des kegelstumpfförmigen Körpers (17a; verringert.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Teil des kegelstumpfförmigen Körpers (17a; eine Reihe von nach unten gerichteten Druckluftdüsen (30) angeordnet sind, die jeweils mit einer der Führungsnuten (17c,) in
J5 Verbindung stehen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Teil des kegelstumpfförmigen Körpers (17a; eine Reihe von horizontal gerichteten Druckluftdüsen (31) angeordnet sind, die jeweils mit einer der Führungsnuten (17c; in Verbindung stehen.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserführung zwei koaxial entlang der vertikalen Achse angeordnete Ringe (34,35) enthält, die jeweils eine Mittelöffnung (34a, 35a; für die Durchführung der mit der Umhüllung (22) versehenen Seele (21) aufweist, daß der obere Ring (34) einen größeren Durchmesser als der untere Ring (35) hat und eine Reihe von
so Öffnungen (36) für die Durchführung der optischen Fasern (25) aufweist, und daß der untere Ring (35) Öffnungen (38) aufweist, in welche Kapillarrohre (37) eingeführt sind, die sich bis in die Nuten (24) der Umhüllung (22) erstrecken und durch die jeweils eine optische Faser (25) hindurchgeht
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß an der Faserführung (17) ein nach innen in eine schraubenförmige Positionierungsrinne (23) der Umhüllung (22) ragender Finger (33) angebracht ist.
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