DE3024310C2 - Optisches Kabel und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Optisches Kabel und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches Kabel mit mindestens einem lose oder fest in einer Schutzhülle
angeordneten optischen Lichtwellenleiter, und mit mindestens einem Stützelement, das aus verseilbaren
Garnen besteht und mit einer geschlossenen Schutzschicht versehen ist
Ein Kabel dieser Art ist aus der DE-OS 29 10 135 bekannt Das »Stützelement« ist dabei als zentrales
Armierungsbauteil ausgebildet, auf das die in einer Schutzhülle angeordneten Lichtwellenleiter aufgeseilt
sind. Somit kann das Armierungsbauteil wegen seiner Lage im Zentrum des Kabels nur eine sehr geringe
Stützwirkung entfalten und ist praktisch nur gegen Zugkräfte effektiv wirksam. Eine wirksame Druckbeanspruchung ist bei dem zentralen Armierungsbauteil
nicht möglich, wenn dieses aus einem Bündel von zugfesten Fasern besteht, die nicht mit einem Harz,
od. dgl. vergossen sind, sondern nur lose in einer geschlossenen Schutzhülle liegen.
Auch bei der für ein optisches Kabel vorgesehenen Ader nach der DE-OS 25 13 722 sind nur zugfeste
Fasern vorgesehen, die zwischen der äußeren und der inneren Schicht einer Schutzhülle angeordnet sind.
Bei Kabelaufbauten mit Lichtwellenleitern tritt die Schwierigkeit auf, daß z. B. bei oder nach thermischen
Beanspruchungen sehr leicht Längenänderungen, insbesondere durch Schrumpfung auftreten, weiche die
Dämpfung als Folge von unzulässigen Biegungen hinaufsetzen. Es ist bekannt, die Lichtwellenleiter-Faser
selbst mit einer längenstabilisierenden, festaufsitzenden Umhüllung zu umgeben. Weiterhin ist aus der DE-OS
27 28 658 ein optisches Kabel bekannt, bei dem zusammen mit den Lichtleitfasern zumindest ein
Stützelement im Zentrum des Verbandes verseilt ist Der aus den Stützelementen und den vorzugsweise in
Hohladern angeordneten Lichtwellenleitern bestehende Kern wird außen mit einer Kunststoffbandage
umhüllt und von einem Mantel aus besonders widerstandsfähigem Kunststoff umschlossen.
Diese Stützelemerite, welche in erster Linie ein
kurzwelliges Verbiegen der Lichtwellenleiter als Folge von Längenverkürzungen der Hülle verhindern sollen
und somit andere Aufgabe erfüllen als die üblichen, den Lichtwellenleiter vor Zugbeanspruchung schützenden
Tragelemente müssen in bestimmten Kabelkonstruktionen dezentral ver- oder aufgeseilt sein und dann außer
der Stützwirkung auch eine hinreichende Flexibilität aufbringen; sofern sie vollisolierend sein müssen,
kommen hierfür nur verseilte oder verzwirnte Game in
Frage,
Dabei ergibt sich jedoch die Schwierigkeit, das
derartige miteinander verseilte Garne (wie sie z, B, aus der DE-OS 25 13 722 bekannt sind) ohne ein entsprechendes
härtendes Verbindungsmittel, welches die einzelnen Garne oder deren Elemente in sich fest
verklebt, bei Längs-Druckkräften keinerlei stützende
Wirkung aufweisen. Andererseits dürfen die einzelnen Stützelemente nicht miteinander verkleben und auch
zwischen den Lichtwellenleitern oder deren Umhüllung und den Stützelementen keine mechanischen Verbindungen
entstehen, welche die Flexibilität des Kabels in ungünstiger Weise beeinflussen.
Der vorliegenden Erfindung, welche sich auf ein optisches Kabel der eingangs genannten Art bezieht,
liegt die Aufgabe zugrunde, Stützelemente zu schaffen, weiche trotz des Aufbaus aus Garnen gegen Druckkräfte
besonders gut wirksam sind und auch bei Verwendung von härtenden Harzen nicht zu einem Verkleben
untereinander sowie mit dem Lichtwellenleiter bzw. dessen Umhüllung führen und in einfachster Weise
hergestellt werden können. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Garne des Stützetementes
mit einem härtenden Harz versetzt sind, und daß das fertige Stützelement auf die Schutzhülle des Lichtwellenleiters
aufgeseilt ist
Derartig aufgebaute Stützelemente haben somit die Eigenschaft, daß sie trotz relativ großer Flexibilität
hinreichend steif sind, um gemeinsam in den Kabelverband ein oder auf demselben aufgeseilt, eine ausreichende
Stützwirkung aufbringen zu können, wobei gleichzeitig ihre Zug- und Abriebfestigkeit gegenüber ungetränkten
oder getränkten und uneingehüllten Garnen verbessert wird. Innerhalb der Schutzhülle kann das
beschriebene Stützelement auch aus mehreren, miteinander verseilten Garnen bestehen. Gegenüber im
Zentrum liegenden Stützelementen, auf welche die Lichtwellenleiter aufgeseilt sind, ergibt sich der Vorteil,
daß das erfindungsgemäße Stützelement infolge seiner Lage außerhalb des Zentrums besser gegen ein
seitliches Ausknicken wirksam ist Die Schutzhülle gestattet auch ein nachträgliches Aushärten des
Tränkmittels.
Besonders zweckmäßig werden für das Stützelement Glasgarne verwendet die gute mechanische Eigenschaften
aufweisen und sich leicht verseilen lassen (handelsübliche Garne aus E- oder I-GIas).
Unter der nachfolgend aufgebrachten Schutzschicht kann das verbindende Harz (Mastix) ohne besondere
Maßnahmen bei mäßigen Temperaturen aushärten, was einen vereinfachten und schnelleren Prozeß bedeutet
Dabei hält die Kunststoffhülle das harzgetränkte Element etwa rund, auch wenn dieses ohne besondere
Sorgfalt aufgewickelt wurde. Die runde Form des Elementes ist für gleichmäßige Biegbarkeit von
wesentlicher Bedeutung.
Die Schutzschicht besteht vorteilhaft aus einer, vorzugsweise im Schlauchreckverfahren aufgebrachten
Thermoplastschicht, wobei hierfür besonders Fluorpolymere
(FEP, PFA oder PYDF) eingesetzt werden können. Diese Materialien haben den Vorteil, daß sie
auch weitgehend flammresislent sind, was sonst vielfach nur mit metallischen Stützelementen erreicht werden
kann.
Sofern besondere Anforderungen an die Flammwidrigkeit
nicht gestellt werden müssen, lassen sich auch Polyamide, Polyester odes' thermoplastische Polyurethane
verwenden, sofern sie das für den Prozeß erforderliche hohe Molgewicht besitzen.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Kabels,
s welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die in sich verseilten Garne, im Verseilbereich, mit dem härtenden
Harz versehen und anschließend mit der Schutzschicht umgeben werden, und daß nachfolgend die weitere
Verseilung des in einer Schutzhülle angebrachten
ίο Lichtwellenleiters mit dem/den so hergestellten Stützelementen
durchgeführt wird, wobei das Aushärten des erwähnten Harzes im Stützelement auf einer Spule oder
aber auch erst im mit diesen Stützelementen gebildeten Kabel geschehen kann. Dieser Prozeß bietet die
is Möglichkeit die unausgehärteten Stützelemente mit
Torsion (ohne Rückdrehung) einzuseilen.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran-■
sprächen wiedergegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Zeichnungen näher erläutert Es zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ^n Teilstück eines
Stützeiementes,
Fig.2 einen Querschnitt durch ein nach der Erfindung aufgebautes Kabel,
F i g. 3 in schematischer Darstellung eine Einrichtung
zur Her··'ellung eines Kabels nach der Erfindung.
In Fig. 1 ist der aus einem verseilten Garn,
insbesondere Glasgarn bestehende Kern CC eines Stützeiementes SE dargestellt, das außen von einer fest
aufsitzenden etwa 20 bis 100 μπι dicken Schutzschicht
SS umschlossen ist Um diese Anordnung als Stützelement SEbenutzen zu können, ist es erforderlich, daß die
einzelnen Garne des Kernes GG mit einem entsprechenden
Härtungsmittel, insbesondere langsam härtenden Epoxydharz getränkt sind, bei dessen Aushärtung
der Kern zu einem hinreichend steifen, d.h. gegen Ausknicken gesicherten, aber dennoch noch für das
Auftrommeln des Kabels ausreichend flexiblen Gebilde zusammenbäckt Die Garne können statt aus Glasfaden
auch aus Fäden hochfester Kunststoffe (Aramide) bestehen.
Bet dem Kabel nach Fi g. 2 ist eine Lichtwellenleiter-Faser
mit LW bezeichnet und im Inneren einer Schutzhülle SH lose angeordnet (Hohlader). Es ist aber
auch möglich, den Hohlraum innerhalb der Schutzhülle SH mit entsprechendem, vorzugsweise weichem
Schaumstoff od. dgl. auszufüllen oder »fest«, also weich umhüllte Faser zu verwenden. Auf der Oberfläche des
durch die Schutzhülle SH gebildeten Kerns des Kabels
so ist mindestens ein Stützelement SE aufgebracht und
zwar zweckmäßig aufgeseilt Im vorliegenden Beispiel ist angenommen, daß die gesamte Oberfläche der
Schutzhülle SH gleichmäßig mit acht Stützelementen SEi, Γ.Ε2 usw. belegt ist Dadurch ergibt sich eine
besonders steife Stützkonstruktion und eine unzulässige Stauchung des den Lichtwellenleiter L W enthaltenden
Kerns ist vermieden und damit dieser vor unzulässigen Dämpfungserhöhungen oder mechanischen Überbeanspruchung
geschützt. Die aus dem Kern und den Stützelementen bestehende Gesamtanordnung ist
außen mit einem Mantel MA umspritzt, so daß ein hinreichend fester und geschützter Kabelaufbau entsteht
Bei der Anordnung nach F i g. 3 sind schematisch drei Spulen G 1, G 2, G 3 dargestellt, welche die Garne für
die Bildung des Kerns des Stützelementes liefern. In einer ersten Verseileinrichtung VSG werden diese
Garne, sofern das Stützelement mehrere Garne enthält.
miteinander verseilt und dabei über einen Fülltrichter TREdas härtende Harz EH, insbesondere in Form von
Epoxydharz zugeführt. Am Ausgang der ersten Verseileinrichtung VSG liegt somit das verseilte, mit
dem Härtemittel getränkte Garnbündel GG vor. In einer nachfolgenden Spritzmaschine 5fwird die dünne
Schutzschicht SS aufgebracht, wobei deren Material in einen Fülltrichter TRPenthalten und mit 7Pbezeichnet
ist. Hierfür werden vorzugsweise thermoplastische Materialien verwendet, wobei das Aufziehen selbst
zweckmäßig im Schlauchreckverfahren erfolgt. Am Ausgang der Spritzeinrichtung SP liegt somit ein mit
einer Schutzschicht 55 versehenes Stützelement 5£"vor,
das entweder auf eine Trommel aufgebracht wird und, dort aushärtet oder aber direkt weiter verarbeitet wird,
in diesem Falle in einer SZ-Verseileinrichtung VSK. Dieser Verseileinrichtung VSK wird der in einer
Schutzhülle SH angeordnete Lichtwellenleiter LW zugeführt, z. B. von einer entsprechenden Vorratstrommel.
Sollen mehrere Stützelemente auf den Lichtwellenleiter-Kern
aufgeseilt werden, so sind entsprechend viele parallele HerstelJeinrichtungen entsprechend dem
linken Teil der Fig. 3 vorzusehen. Sofern die Stützelemente
SE jedoch aufgetrommelt aufbewahrt werden, genügt es, Vorratstrommeln in entsprechender Zahl für
die Stützelemente SE vorzusehen. In der Verseileinrichtung VSK wird dann die gewünschte Konfiguration aus
Stützelementen 5Eund aus dem Kern SH. LWzu einem
Bündel zusammengefaßt.
Die Stützelemente SE werden vorteilhaft mit Winkeln über 80° auf den aus SH und L W gebildeten
Lichtwellenleiter-Kern gesponnen. Die nachfolgende Ummantelung erfolgt in einer weiteren Spritzeinrichtung
SPM, wobei das Material für die Ummantelung TM in einem Vorratsbehälter TR enthalten ist. An Stelle des
Mantels kann auch eine Bandbespinnung treten. Am
is Ausgang dieser Spritzeinrichtung SPM liegt dann das
fertig umhüllte Kabel vor.
Sind die Elemente bereits ausgehärtet empfiehlt es sich, diese im Gleichschlagverfahren aufzuseilen oder
bei SZ-Verseilung vor dem Extruder eine Haltewendel zu setzen. Werden die Elemente in einem Arbeitsgang
hergestellt und verseilt, kann der aufgespritzte Mantel zum Halten der SZ-Verseilung benutzt werden. Nach
dem Aushärteprozeß sind die Elemente nicht nur auf Stauchung, sondern bei genügender Fixierung auch auf
Zug beanspruchbar. Die Stützelemente sind somit nach diesem Prozeß der entsprechend umhüllten Faser
angepaßt und weitgehend frei von inneren Spannungen. Außerdem ist die gesamte Anordnung durch den fest
aufliegenden Mantel MA auch hinreichend zusätzlich gegen Ausknicken gesichert.
Die Stützelemente SE weisen zweckmäßig eine Zerreißfestigkeit von ä 500 N/mm2 bei einem Ε-Modul
von > 25 000 N/mm2 Kernquerschnitt (70 000 N/mm2 auf Glasquerschnitt bezogen) auf. Sie sind zumindest im
gewissen Umfang allein oder ggf. mit zusätzlichen zugfesten Elementen (z. B. Polyamid-Garnen) auch mit
zur Zugentlastung zu verwenden. Bei genügend fester Einfassung durch den gemeinsamen Mantel oder eine
Bespinnung wird der Stauchmodul ebenso groß wie der Zugmodul. Stauchbeanspruchungen bis zu einigen 10~3
Stauchung sind erfahrungsgemäß reversibel möglich.
Ein :inadriges Kabel nach der Erfindung kann beispielsweise folgendermaßen aufgebaut sein:
30
35
Ader SH 0 (mm) 1,4
GG: 1 + 6 Glasgarne 0 (mm) 0,65
55: FEP. 0,1 dick 0 (mm) 0,85
8 Elemente auf Ader aufgeseilt 0 (mm) 3,1
MA: PE-Mantel 0,7 dick 0 (mm) 4,5
| Kabeleigenschaften | |
| E A | 90 000N |
| Belastbarkeit ca. | 200N |
| Kurzzeitig ca. | 400N |
| Zerreißkraft ca. | lOOON |
| Biegeradius ca. | 40 mm |
11 250 N
25 N
50N
125 N
hängt von Einfassung ab
125 N
hängt von Einfassung ab
Die Stauchbelastbarkeit des Kabels härgt von der
Stauchlänge ab. Betrachtet n.an nur die Stauchkraft des
Außenmantels, sind je nach Aufbau der Ader Minus-Temperaturen von 30 bis 70° C ohne Dämpfungsanstieg
zulässig. Anstelle einer Bespannung mit Garnen kann g£r auch
eine Bewicklung mit entsprechend getränkten Folien vorgesehen sein.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (18)
1. Optisches Kabel mit mindestens einem lose oder fest in einer Schutzhülle angeordneten
optischen Licbtwellenleiter, und mit mindestens
einem Stützelement, das aus verseilbaren Garnen besteht und mit einer geschlossenen Schutzschicht
versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß
die Garne (GG) des Stützelementes (SE) mit einem härtenden Harz versetzt sind, und daß das fertige
Stützelement (SE) auf die Schutzhülle (SH) des Lichtwellenleiters (L W) aufgeseilt ist.
2. Optisches Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das härtende Harz langsam
härtend, insbesondere als Epoxydharz ausgebildet ist
3. Optisches Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schutzsohkht (SS) aus einer, vorzugsweise im Schlauchreckverfahren aufgebrachten Thermoplastschicht besteht
4. Optisches Kabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoplastschicht aus
einem Fluorpolymer besteht
5. Optisches Kabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoplastschicht aus
Polyester, Polyamid oder thermoplastischem Polyurethan besteht
6. Optisches Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprache, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schutzschicht 20 bis 100 μπι stark ausgebildet ist
7. Optisches Kaber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Garne (GG) aus Glasgarnen gt jildet sind.
8. Optisches Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Garne (GG) aus Aramidfasern gebildet sind.
9. Optisches Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das
Stützelement (SE) mit einem Verseilwinkel >80° verseilt ist
10. Optisches Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
den Lichtwellenleiter enthaltende Schutzhülle (SH) allseitig von Stützelementen (SE 1, SE2 ...) umgeben ist
11. Optisches Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf
dem Stützelement (SE) ein äußerer Mantel (MA) so angebracht ist
12. Optisches Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
anstelle einer Bespinnung mit Garnen eine Bewicklung mit entsprechend getränkten Folien vorgese-
hen ist
13. Optisches Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Stützelemente (SE), ggf. mit zusätzlichen Elementen
(z. B. Aramid-Garnen) auch als Zugelemente verwendet sind.
14. Verfahren zur Herstellung eines optischen Kabels nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß die verseilten Garne (GG) im Verseilbereich mit dem härtenden Harz versehen
und anschließend mit der Schutzschicht (SS) umgeben werden, und daß nachfolgend die weitere
Verseilung des in einer Schutzhülle (SH) angebrachten Lichtwellenleiter (LW) mit dem/den Stützelement^) (S£?durcbgeführt wird,
15, Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß nach der weiteren Verseilung
die Gesamtanordnung mit einem äußeren Mantel (5WAJumspritzt wird.
16, Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder
15, dadurch gekennzeichnet, daß das ganze Kabel zum Aushärten des Harzes auf mäßige Temperaturen erwärmt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung beim Aufspritzen des äußeren Mantels (MA) durchgeführt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet daß die Stützelemente im
SZ-Verfahren aufgeseilt werden.
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