DE3003760A1 - Optisches kabel - Google Patents

Optisches kabel

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DE3003760A1
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DE19803003760
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Herbert Dipl.-Ing. Krägenow
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Siemens AG
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    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/44Mechanical structures for providing tensile strength and external protection for fibres, e.g. optical transmission cables
    • G02B6/4439Auxiliary devices

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Description

  • Optisches Kabel
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In Fig. 5 ist angenommen, daß die Längselemente LEI, LE2 aus faserverstärkten harzgetränkten und relativ unelastischen Glasfaserkunststoffmaterial bestehen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Gleichzeitig kommt es im Bereich der Bruchstelle BS' auch zu einer Dehnung der Schutzhülle SH, was normalerweise entsprechende Farbänderung zur Folge hat.
  • 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.
  • 7 Patentansprüche 8 Figuren Leerseite

Claims (7)

  1. PatentansprUche «~ 1. Optisches Kabel mit mindestens einem im Inneren eines Außenmantels angeordneten Lichtwellenleiter, wobei im Eabelquerschnitt mindestens ein sich in achsialer Richtung erstreckendes Längselement vorgesehen ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß Längselemente (LE) in Form von Zentral- oder Stützelementen vorgesehen sind, die bei Unterschreitung von für die Lichtwellenleiter (lkw) zulässigen Grenz-Biegeradien irreversibel deformiert werden.
  2. 2. Optisches Kabel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Längselement (LES) aus einem harzgetränkten Glasfaserkunststoffmaterial besteht, das bei Erreichen des Grenz-Biegeradius bricht (Fig. 3).
  3. 3. Optisches Kabel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Längselement (LES) aus Federstahl besteht, der bei Erreichen des Grenz-Biegeradius bleibend verformt wird (Fig. 2).
  4. 4. Optisches Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r 0 h g e k e n n z e i c h n e t daß das Längselement (LE) auf der Oberfläche der Mantelwandung (MA) angebracht ist (Fig. 4).
  5. 5. Optisches Kabel nach einem der vorhergehenden Anspruche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß zwei Längselemente (leu, LE2) in symmetrischer Anordnung vorgesehen sind.
  6. 6. Optisches Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Längselemente (LE1, LE2) in eine Schutzhülle (SH) eingebettet sind, deren Material undjoder Stärke so gewählt ist, daß die Veränderung sichtbar bleibt (Fig. 7).
  7. 7. Optisches Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i. c h n e t daß der Grenz-Biegeradius des Längselementes (LE) etwas, vorzugsweise um etwa 20%,oberhalb des noch zulässigen Toleranz-Biegeradius des optischen Kabels gewählt ist.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3142929A1 (de) * 1981-10-29 1983-06-01 AEG-Telefunken Nachrichtentechnik GmbH, 7150 Backnang Aus mehreren lichtleitfasern aufgebautes nachrichtenkabel
EP0110445A1 (de) * 1982-10-27 1984-06-13 Philips Kommunikations Industrie AG Mantelelement für Lichtwellenleiter
US4895426A (en) * 1988-09-20 1990-01-23 The Boeing Company Electrically conducting reinforced optical fiber

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2513722A1 (de) * 1975-03-25 1976-09-30 Siemens Ag Ader fuer optische kabel

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