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Optisches Kabel
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Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches Kabel hit mindestens
einem im Inneren eines Außenmantels angeordneten Lichtwellenleiter, wobei im Eabelquerschnitt
mindestens ein sich in achsialer Richtung erstreckendes Längselement vorgesehen
ist.
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Es ist bekannt, daß Lichtwellenleiter gegen Biegung sehr empfindlich
sind. Es kann vorkommen, daß bei besonders geringen Biegeradien ein Bruch der Lichtwellenleiter
auftritt. Bei etwas größeren Biegeradien ergeben sich äußerst unerwünschte Dämpfungserhöhungen,
wobei in beiden Fällen häufig von außen dem Kabel keinerlef Schädigung anzusehen
ist. Dies liegt daran, daß die Außenmäntel der optischen Kabel normalerweise aus
sehr elastischem Material bestehen, das bei den bereits zu einer Schädigung der
Lichtwellenleiter führenden Biegeradien noch keinerlei sichtbare Verformung erfahrt.
Die nachträgliche Erfassung von Fehlern in der mit einem optischen Kabel ausgestatteten
Übertragungsanlage ist äußerst langwierig und zeitraubend, weil z.B. mit Impuls-Reflektometern
oder 3hnlichen Meßeinrichtungen erst eine Schädigung der Lichtwellenleiter ermittelt
werden muß. Darüber hinaus ist es schwer, dem Benutzer nachzuweisen, daß er zulässige
Krummungsradien unterschritten hat.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufbau
eines optischen Kabels so zu gestalten, daß eine bereits erfolgte unzulässige Biegung
des optischen
Kabels von außen sichtbar wird. Gemäß der Erfindung,
welche sich auf ein optisches Kabel der eingangs genannten Art bezieht, wird diese
Aufgabe dadurch gelöst, daß Längselemente in Form von Zentral- oder Stützelementen
vorgesehen sind, die bei Unterscr.rei-tung von für die Lichtwellenleiter zulässigen
Grenz-3egeradien irreversibel deformiert werden.
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Im Gegensatz zu den bekannten Längs elementen, welche normalerweise
nur der Zugentlastung dienen und deshalb entweder in Form von Fasern oder Seilen
ausgebildet und in den Kabelaufbau eingebettet sind, ist bei der Erfindung eine
besonders hohe Steifigkeit der Längs elemente vorgesehen. Diese Steifigkeit fUhrt
bei Beanspruchung unterhalb des noch zulässigen Grenz-Biegeradius zu einer irreversiblen
Deformation und damit zu einer sichtbaren Veränderung des Längselementes, so daß
an dem Kabel von außen bereits mit einer Sichtprobe feststellbar ist, daß die Kabelseele
einer unzulässigen Biegung ausgesetzt worden ist. Zugleich ist die Stelle, an welcher
diese Schädigung eingetreten ist, von außen sichtbar und dem Benutzer kann eine
Fehlbehandlung nachgewiesen werden. Ferner kann das Kabel an dieser Stelle aufgetrennt
und über einen entsprechenden Kabelspleiß nach Abtrennen des beschädigten Stelle
wieder in den betriebsfähigen Zustand versetzt werden. Dagegen wären Messungen,
z.B. auch nach der Impuls-Echomethode relativ umständlich und die dabei erzielteGenauigkeit
ist wesentlich geringer anzuse-tzen. Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist auch
darin zu sehen, daß bereits relativ kleine Zusatzdämpfungen, die durch entsprechend
noch relativ große Biegeradien verursacht werden, ebenfalls von außen vermutet werden
können, während ihre meßtechnische Erfassung äußerst schwierig ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher
erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Kabel mit zentralem Längselement im Querschnitt,
Fig. 2 ein Kabel im Längsschnitt mit einem Längselement aus Federstahl, Fig. 3 ein
Kabel im Längsschnitt mit einem Längs element aus Glasfaserkunststoff, Fig. 4 ein
Kabel mit zwei Längselementen im Querschnitt, Fig. 5 das Kabel nach Fig. 4 mit Längselementen
aus Glasfaserkunststoff in Seitenansicht, Fig. 6 ein Kabel in Seitenansicht mit
Längselementen in Form von Federstahl, Fig. 7 den Querschnitt eines Kabels mit zwei
eingebetteten Längselementen und Fig. 8 das Kabel nach Fig. 7 in Seitenansicht.
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Bei dem in Fig. 1 im Querschnitt dargestellten Kabel ist ein äußerer
Mantel MA vorgesehen, auf den ein Zugelement ZE folgt. Im Inneren sind sieben Lichtwellenleiter
LW in Form von Glasfasern vorgesehen, die durch eine Posterschicht PS geschützt
sind. Im Zentrum des Kabels ist ein Längselement LE vorgesehen, das als Fehlerindikator
dient. Hierzu werten die Festigkeitseigenschaften des Längselementes LE folgendermaßen
gewählt: Die Lichtwellenleiter LW vertragen gewisse noch zulässige Toleranzwerte
der Krümmung, d.h. gewisse Toleranz-Biegeradien. Dabei sind bereits solche Biegeradien
zu berücksichtigen, welche zwar nicht zu einem Bruch eines Lichtwellenleiters LW
fuhren, aber durch eine unzulässige mechanische Verformung bereits eine Dämpfungserhöhung
bewirken. Bezeichnet man den ohne eine Schädigung des Lichtwellenleiters LW noch
zulässigen
Biegeradius mit rLW, so ist die Steifigkeit des Längselementes
LE so zu wählen, daß gilt: rLW c wobei rLE der zu einer sichtbaren irreversiblen
Veränderung des Längselementes LE fuhrende Grenz-3iegeradius ist.
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In den Figuren 2 und 3 sind Kabel im Längsschnitt dargestellt, bei
denen das Längselement LE bereits eine unzulässige Biegebeanspruchung erfahren hat.
Zur VereirA-fachung der Darstellung sind die im Inneren des Mantels MA vorhandenen
Lichtwellenleiter weggelassen. In Fig. 2 besteht das Längselement LES aus einem
Federstahl, der an der mit BV bezeichneten Stelle eine unzulässig starke Krümmung
erfahren hat und deshalb eine bleibende Deformation aufweist, die von außen zu erkennen
ist.
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Federstahl weist einen rein elastischen Verformungsbereich von etwa
1% auf. Dies entspricht etwa folgenden Grenz-Biegeradien: Drahtdurchmesser Grenz-Bie
geradius (mm) mm (mm) 0,8 40 1,0 50 1,4 60 Durch entsprechende Wahl des Drahtdurchmessers
kann also für ein jeweils gegebenes optisches Kabel in einfacher Weise ein als Indikator
geeignetes Längselement LE in Form eines Federstahldrahtes gewählt werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist das Längselement LEK als
aus Glasfaserkunststoff bestehend angenommen. Ein derartiger, durch Tränken mit
Harz relativ unelastisch gemachter, nahezu stabförmiger Zentralkörper weist etwa
2% Zerreißdehnung auf. Es können somit etwa folgende Grenz-Biegeradien durch entsprechende
Wahl des Durchmessers des aus Glasfaserkunststoff bestehenden Längselementes LEK
erreicht werden: Glasfaserkunststoff-Durchmesser Grenz-Biegeradius (mm) (mm) 1,5
30 2,0 40 Zur Erläuterung der Zusammenhänge wird folgendes Beispiel genannt: Optische
Fasern von 125 zum Durchmesser dürfen örtlich dauernd etwa mit 30 mm Radius gebogen
werden, bevor es zu einer Schädigung kommt. Dieser Wert des Toleranz-Biegeradius
entspricht also der Größe rLW. Der 30mm Toleranz-Biegeradius kann z.B. (bei einem
verseilten Kabel) aus einem Verseilradius von ca 80 mm und einem Kabel-Biegeradius
von ca 50 mm herrühren, was den resultierenden Wert von rLW = 30mm ergibt. Wenn
also dieser Wert beim Biegen des Kabels unteoschritten wird, ist durch entsprechende
Wahl des Längselementes dafür zu sorgen, daß es zu einer irreversiblen Verbiegung
des Federstahls LES oder einem Bruch des Glasfaserkunststoff-Längselementes LEK
kommt. Die Bruchstelle ist in Fig. 3 mit BS bezeichnet.
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Bei einer Schnittdarstellung nach Fig. 4 ist eine sogenannte Hohlader
dargestellt, d.h. im Inneren eines Mantels MA aus elastischem Kunststoff ist ein
faserförmiger, entsprechend beschichteter Lichtwellenleiter LW frei beweglich angeordnet.
Auf der Außenseite sind zwei
Längselemente LEI und LE2, diametral
gegenüberliegend angeordnet und zwar so, daß sie von außen frei sichtbar sind. Am
einfachsten kann dies bei der Herstilurg so bewirkt werden, daß beim Umspritzen
des Lichtwellenleiters mit dem äußeren Mantel MA die Längselemente LEI und LE2 mit
dem noch flüssigen Spritzmaterial in Kontakt gebracht und dadurch mechanisch an
der Außenseite des Mantels MA gehalten werden. Es ist auch möglich, nur ein einziges
Längselement LE vorzusehen oder aber auch mehr als zwei Längselemente über den Umfang
des Mantels MA zu verteilen.
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In Fig. 5 ist angenommen, daß die Längselemente LEI, LE2 aus faserverstärkten
harzgetränkten und relativ unelastischen Glasfaserkunststoffmaterial bestehen.
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Dabei wurde der Grenz-Biegeradius rLE der Langselemente bereits unterschritten,
so daß es im vorliegenden Fall zu einer Art Splitterbruch BS gekommen ist, der von
außen bereits bei einer flüchtigen Inspektion des Kabelmantels bereits sichtbar
ist.
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Bei dem Kabel nach Fig. 6 sind die Längselemente LE1' und LE2' aus
nur begrenzt elastischen Federstahldrähten bestehend angenommen. Hier kommt es bei
einer Biegung unterhalb des Grenzradius rLE der Längselemente LEI und LE2t zwar
zu keinem Bruch wie bei Fig. 2, aber es bleibt, da der Federstahl über den Elastizitätsbereich
hinaus verformt wurde, eine irreversible Knickstelle BV sichtbar, die ebenfalls
eine einfache Inspektion und damit das Auffinden der Fehlerstelle ermöglichen.
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Es ist auch möglich, anstelle der außen angesetzten Längselemente
LEI und LE2 bzw lw1' und LE2r eine Anordnung zu wählen, bei der diese Elemente eingebettet
sind.
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Ein Aufbau dieser Art ist in Fig. 7 dargestellt, wo auf der Außenhaut
des Mantels MA die Längselemente LE1 und LE2 angebracht sind, wobei jedoch noch
eine zusätzliche
Schutzhülle SH aufgebracht ist, in welche diese
Längselemente LEI und LE2 eingebettet sind. Die Stärke dieser zusätzlichen Schutzhülle
SH sollte zweckmäßig nicht zu groß gewählt werden, weil sonst eine zum Bruch (oder
zu einer Verbiegung entsprechend Fig. 6 führende Unterschreitung des Grenz-Biegeradius
rLE u.U. nicht mehr nach außen sichtbar wäre.
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Bei Fig. 8 ist an der Stelle, an welcher es zum Bruch des Längselementes
LEI gekommen ist, eine Erhöhung BS' angedeutet, die nach außen ohne weiteres sichtbar
ist.
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Gleichzeitig kommt es im Bereich der Bruchstelle BS' auch zu einer
Dehnung der Schutzhülle SH, was normalerweise entsprechende Farbänderung zur Folge
hat.
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Um welche Art von Lichtwellenleiter-Kabeln es sich im einzelnen handelt,
ist bei der Erfindung ohne Belang, deshalb ist in Fig. 7 und Fig. 8 eine Anordnung
mit drei in rohrförmigen Hüllen RH angebrachten Lichtwellenleitern LW angedeutet.
Es muß lediglich festgestellt werden, welchen Toleranz-Radius rLW das jeweilige
Lichtwellenleiterkabel hat und dementsprechend ist der Grenz-Biege radius rLE des
Langselementes zu wählen. Im allgemeinen ist es zweckmäßig, wenn rLE etwas oberhalb,
vorzugsweise 20% größer als rLW gewählt wird, um eine sichere Anzeige für eine mögliche
Beschädigung zu gewährleisten. Die Dicke des der Anzeige dienenden Längselementes
LE wird dem erlaubten Grenz-Biegeradius angepaßt.
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7 Patentansprüche 8 Figuren
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