DE3109469C2

DE3109469C2 -

Info

Publication number: DE3109469C2
Application number: DE3109469A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr.Techn. 8000 Muenchen De Pascher
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-03-12
Filing date: 1981-03-12
Publication date: 1991-04-18
Also published as: US4759602A; CA1187682A; DE3109469A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines einen faserförmigen Lichtwellenleiter oder ein Lichtwellenleiterbündel enthaltenden langgestreckten optischen Übertragungselementes, bei dem der Lichtwellenleiter oder das Lichtwellenleiterbündel in Form einer Helix in das Innere einer rohrförmigen Schutzhülle eingeführt wird.

Ein Verfahren dieser Art ist aus der DE-OS 27 01 704 bekannt, wobei entweder die optische Faser selbst oder deren Beschichtung eine derartige Verformung erfahren, daß sie bleibend in einer helixförmigen Anordnung verlaufen. Eine derartige bleibende Verformung ist jedoch vor allem im Hinblick auf eine mögliche Minderung der Übertragungseigenschaften des faserförmigen Lichtwellenleiters mit Nachteilen verbunden. Zudem ist der Aufwand für die Erstellung einer derartigen bleibenden Verformung relativ hoch, so daß die hierfür anzuwendenden Verfahren umständlich zu handhaben sind.

Aus der DE-OS 25 21 659 ist es bekannt, daß lichtleitende Glasfasern nicht nur so hergestellt werden können, daß Kern- und Mantelmaterial miteinander in einem Arbeitsgang hergestellt und verschmolzen werden. Bei der dort beschriebenen Lösung ist ein als Einzelfaser oder Faserbündel bestehender Kern mit einem ersten Brechungsindex vorgesehen, auf dem weitere Fasern mit einem anderen Brechungsindex in geschlossener Lage fest aufgeseilt werden. Das so entstehende Gebilde hat also in seinem Kernbereich einen anderen Brechungsindex als im äußeren Mantelbereich und ist somit zur Lichtleitung analog einem in der üblichen Weise hergestellten Lichtwellenleiter verwendbar. Zum Zusammenhalt der so gebildeten Kern-Mantelstruktur wird eine Schutzhülle aufgebracht, welche direkt auf die Mantelfasern aufgebracht wird, z. B. mittels einer Schneckenpresse. Da das Material der Schutzhülle auch in die Zwickel der Mantelfasern eindringt, ergibt sich ein starres, in sich geschlossenes Gebilde, bei dem keine Beweglichkeit der Mantelfasern möglich ist.

Aus der nicht vorveröffentlichten älteren Patentanmeldung entsprechend der DE-OS 29 36 716 geht hervor, daß es für Spleißzwecke günstig ist, wenn eine Lichtwellenleiterader verwendet wird, bei der infolge eines helixförmig und deshalb mit Überlänge eingebrachten Lichtwellenleiters ein gewisser Längenausgleich innerhalb der Hülle erfolgen kann. Angaben darüber, in welcher Weise die helixförmige Anordnung der Lichtwellenleiter erfolgen soll, werden nicht gemacht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in besonders einfacher Weise einen helixförmigen Verlauf für den faserförmigen Lichtwellenleiter innerhalb einer rohrförmigen Schutzhülle zu gewährleisten. Gemäß der Erfindung, welche sich auf ein Verfahren der eingangs genannten Art bezieht, wird dies dadurch erreicht, daß der Lichtwellenleiter oder das Lichtwellenleiterbündel bei der Einführung in die Schutzhülle durch Abzug von einer Vorratsspule mit weniger als 100% Rückdrehung einer elastischen Vortorsion unterworfen wird und daß unter Beibehaltung der helixförmigen Konfiguration der Lichtwellenleiter oder das Lichtwellenleiterbündel fortlaufend an die Innenwand der Schutzhülle angelegt wird.

Die Vortorsion wird somit in besonders einfacher Weise dadurch erzeugt, daß ein Abzug mit weniger als 100% Rückdrehung angewandt wird. Dies erfordert praktisch keinen zusätzlichen Aufwand und ist auch für den oder die Lichtwellenleiter besonders schonend durchführbar.

Durch die Anwendung einer elastischen Vortorsion des Lichtwellenleiters erfährt dieser (bzw. bei einem beschichteten Lichtwellenleiter auch dessen Schutzschicht) keine bleibende Verformung. Der Lichtwellenleiter verläuft dennoch helixförmig im Inneren der rohrförmigen Schutzhülle, wobei seine elastischen Eigenschaften voll erhalten bleiben, d. h. z. B. bei einer Biegung oder Streckung der Schutzhülle bzw. des sie enthaltenden optischen Kabels werden unzulässig große mechanische Beanspruchungen der Faser weitgehend vermieden.

Auch beim Spleißen ergibt sich für ein derartiges in einem optischen Kabel enthaltendes Übertragungselement ein Vorteil insofern, als infolge der Elastizität der Vortorsion der faserförmige Lichtwellenleiter nach einer Durchtrennung der Schutzhülle sofort um ein gewisses Maß herausspringt und dadurch die zum Spleißen benötigte Überlänge bereitgestellt wird. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Schutzhülle nur mit Luft oder einem sehr weichen Medium gefüllt ist.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Anordnung, und

Fig. 2 bis Fig. 4 Querschnitte eines optischen Übertragungselementes mit einem Bündel von Lichtwellenleitern.

Für die in Fig. 1 gezeichnete Anordnung ist angenommen, daß ein einziger Lichtwellenleiter LW im Inneren einer Schutzhülle SH angeordnet werden soll. Es ist jedoch auch möglich, mehr als einen derartigen Lichtwellenleiter vorzusehen. Diese Lichtwellenleiter können gemeinsam auf einer Spule aufgewickelt sein oder auf getrennten, zueinander jedoch raumfest angeordneten Spulen. Der (die) vorzugsweise mit einer Schutzschicht versehene(n) Lichtwellenleiter ist (sind) auf einer Vorratsspule VS aufgewickelt, die in einem Korb KO untergebracht ist. Beim Abzug des (der) Lichtwellenleiters LW wird der Korb KO so um die Längsachse der Anordnung gedreht, daß keine 100%-ige Rückdrehung erfolgt, sondern nur eine teilweise Rückdrehung. Dadurch bleibt eine Resttorsion vorhanden, welche auf den (die) Lichtwellenleiter LW übertragen wird, und diesen (diese) veranlaßt, eine etwa helixförmige Konfiguration anzunehmen.

Um diese Konfiguration beizubehalten und in geordnete Bahnen zu lenken, ist unmittelbar an den Korb KO anschließend ein Führungsrohr FR vorgesehen, dessen Innendurchmesser etwa demjenigen entspricht, den die später aufzubringende Schutzhülle SH des optischen Übertragungselementes aufweisen soll. Das Führungsrohr FR ist bis zu einer Einrichtung geführt, welche der Erzeugung der Schutzhülle SH dient. Im vorliegenden Beispiel ist angenommen, daß es sich um einen Extruder EX handelt, der im Schlauchreckverfahren die Schutzhülle SH im zunächst plastischen Zustand ausgibt, worauf diese auf den endgültigen Durchmesser heruntergereckt und abgekühlt wird. Im Inneren dieser Schutzhülle SH verläuft der Lichtwellenleiter LW helixförmig und liegt somit fortlaufend an der Innenwand der Schutzhülle SH an.

In Fig. 2 bis 4 sind an unterschiedlichen Stellen längs des optischen Übertragungselementes liegende Querschnitte durch eine Schutzhülle SH wiedergegeben, in die mehrere, z. B. sieben Lichtwellenleiter gemeinsam und dicht benachbart eingebracht sind. Sie werden nachfolgend kurz Bündel genannt.

Die Mittelachse des Bündels liegt wie jeder einzelne Leiter auf einer Helix innerhalb der Schutzhülle SH. Die Orientierung der einzelnen Lichtwellenleiter zueinander bleibt dabei längs des Kabels erhalten. Die Orientierung des gesamten Bündels, in Fig. 2 bis Fig. 4 durch den Leiter LW1 (weißer Kreis) symbolisiert, dreht sich dabei von Fig. 2 nach Fig. 4 über die Strecke einer Schlaglänge um x% einer vollen Umdrehung nach rechts, während die Bündelmitte eine volle Umdrehung nach rechts um den Mittelpunkt des Schutzhüllenquerschnittes rotiert. Mit anderen Worten beträgt die Rückdrehung des Bündels (100-x)%. Zur deutlicheren Darstellung ist in der Skizze x=25% gewählt, in Wirklichkeit wird man wesentlich unter diesem Wert bleiben. Fig. 3 zeigt einen Zustand, der räumlich zwischen die Querschnitte nach Fig. 2 und Fig. 4 einzuordnen ist.

Wie weiter oben schon erwähnt, ergibt sich daraus für die praktische Durchführung des Verfahrens die Vereinfachung, daß das Bündel entweder von einer gemeinsamen Spule oder von mehreren getrennten Spulen abgezogen werden kann, die starr in einem drehbaren Korb untergebracht sind.

Bei einer gemeinsamen Spule kann an Stelle der Unterbringung in einem drehbaren Korb KO (Fig. 1) auch der Überkopfabzug mit raumfester Spule zur Anwendung kommen. Voraussetzung für alle genannten Varianten des Verfahrens ist, daß sich innerhalb des Verseilkreises im Zentrum der Schutzhülle kein weiteres Verseilelement (Beilauftrense) befindet.

Die Länge L einer Helix mit dem Durchmesser D und der Ganghöhe (Schlaglänge) H ergibt sich aus der Formel

Die relative Überlänge der Helix gegenüber ihrer Achse beträgt also

Ein längs der Schraubenlinie verlegter Lichtwellenleiter befindet sich dann im Zustand minimaler Torsionsenergie, wenn die Rückdrehung ρ pro Ganghöhe, ausgedrückt im Bogenmaß, nach folgender Beziehung gewählt wird:

Diese Beziehung ist aus der Bewehrungstechnik für Seekabel bekannt. Nach Gleichung (1) und (2) ist somit der an 100% fehlende Bruchteil der Rückdrehung mit guter Näherung gleich der relativen Überlänge der Helix gegen ihre Achse. Damit sich die Lichtwellenleiter zuverlässig und leicht in die gewünschte Helixlinie legen, ist es zweckmäßig, die Resttorsion gegenüber der idealen Rückdrehung (πD/H)²/2 um ein mehrfaches größer einzustellen. Andererseits wird man in der Praxis auch nicht über größenordnungsmäßig 10% hinausgehen, um die Torsionsbelastung der Lichtwellenleiter nicht zu groß werden zu lassen. Diese Grenzen können in der Praxis leicht eingehalten werden, weil die relative Faserüberlänge im allgemeinen zwischen 1 und 10‰ gewählt wird, um einerseits mit tragbarem Aufwand für die Zugbewehrung, andererseits mit nicht zu großem Verseildurchmesser auskommen zu können.

Bei der Herstellung eines optischen Übertragungselementes nach der Erfindung sind zweckmäßig folgende Dimensionierungen einzuhalten:

Die Rückdrehung der Vorratsspule VS sollte zwischen 90 und 99% gewählt werden.

Die Schlaglänge der Helix sollte mindestens auf das 10fache und höchstens auf das 100fache ihres Durchmessers eingestellt werden. Besonders günstige Werte liegen zwischen dem 20- und 50fachen.

Der Durchmesser der Helix wird günstig zwischen 5- und 25fachen des Durchmessers des Lichtwellenleiters bzw. des Bündels gewählt. Für umhüllte Lichtwellenleiter zwischen 0,25 und 1 mm Durchmesser wird man aus Gründen der Handlichkeit des Kabels im Bereich 5 bis 15 mm Verseildurchmesser bleiben können.

Die Vorschubgeschwindigkeit v_H bei der Erzeugung der Schutzhülle und die Vorschubgeschwindigkeit v_A beim Ablauf des Lichtwellenleiters von der Vorratsspule VS sollten so aufeinander abgestimmt werden, daß mit den vorstehend eingeführten Bezeichnungen die Beziehung gilt

Bei der vorliegenden Erfindung ist auch das kontrollierte Einbringen der Überlänge z. B. mit positionsgesteuerter Bremse und Schleppströmung des Füllmittels nach der Lehre der Patentanmeldung P 30 27 743.1 der Anmelderin möglich.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines einen faserförmigen Lichtwellenleiter oder ein Lichtwellenleiterbündel enthaltenden langgestreckten optischen Übertragungselementes, bei dem der Lichtwellenleiter (LW) oder das Lichtwellenleiterbündel in Form einer Helix in das Innere einer rohrförmigen Schutzhülle (SH) eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (LW) oder das Lichtwellenleiterbündel bei der Einführung in die Schutzhülle (SH) durch Abzug von einer Vorratsspule (VS) mit weniger als 100% Rückdrehung einer elastischen Vortorsion unterworfen wird und unter Beibehaltung der helixförmigen Konfiguration der Lichtwellenleiter (LW) oder das Lichtwellenleiterbündel fortlaufend an die Innenwand der Schutzhülle (SH) angelegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (LW) zur Einstellung der Vortorsion über Kopf von der Vorratsspule abgezogen wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vortorsion je Schlaglänge der Helix die mindestens denselben Bruchteil einer vollen Umdrehung beträgt, der gleich ist der relativen Überlänge des Lichtwellenleiters (LW) in der Schutzhülle (SH), bezogen auf den gestreckten Zustand, eingestellt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlaglänge der Helix mindestens auf das 10fache und höchstens auf das 100fache ihres Durchmessers, vorzugsweise auf das 20- bis 50fache ihres Durchmessers eingestellt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaufspulen der Lichtwellenleiter gegeneinander raumfest in einem gemeinsamen, drehbaren Joch untergebracht werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verarbeitung mehrerer Lichtwellenleiter diese von einer gemeinsamen Ablaufspule abgezogen werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verarbeitung mehrerer Lichtwellenleiter diese miteinander verseilt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtwellenleiter mit weniger als 100% Rückdrehung gegeneinander verseilt werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der der Vortorsion unterworfene Lichtwellenleiter (LW) unmittelbar in eine die Schutzhülle (SH) erzeugende Einrichtung (EX) eingeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (LW) zwischen der Vortordierung und der Einrichtung (EX) durch ein Führungsrohr (FR) hindurchgeführt wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückdrehung der Vorratsspule (VS) zwischen 90 und 99% gewählt wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Helix zwischen dem 5- und 25fachen des Durchmessers des Lichtwellenleiters bzw. bei mehreren Lichtwellenleitern des Lichtwellenleiterbündels gewählt wird.