DE3111963A1 - Verfahren und einrichtung zur herstellung einer lichtwellenleiter-ader - Google Patents
Verfahren und einrichtung zur herstellung einer lichtwellenleiter-aderInfo
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT . Unser Zeichen ' Berlin und München 81 P. 5 4 4 7DE
Verfahren und Einrichtung zur Herstellung einer Lichtwellenleiter-Ader.
Die. Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung
einer Lichtwellenleiter-Ader, bei der in einer gefüllten Hülle ein faserförmiger Lichtwellenleiter
zumindest in gewissem Umfang beweglich angeordnet ist.
Aus der DE-AS 25 13 722 ist ein optisches Kabel'bekannt,
bei dem im Inneren einer Hülle ein faserförmiger Lichtwellenleiter lose angebracht ist. Die Hülle selbst besteht
aus zwei Teilhüllen, die aus unterschiedlichen Kunststoffmaterialien hergestellt sind und demgemäß
auch unterschiedliche mechanische Eigenschaften aufweisen. ;
Bei der Herstellung und Verarbeitung derartiger Lichtwellenleiter-Ader
ergeben sich eine Reihe von Schwierigkeiten, welche unter anderem darin bestehen, daß
eine genaue Übereinstimmung der mittleren Länge der . Aderhülle mit der Länge der Lichtwellenleiter-Faser .
gewährleistet sein muß oder aber eine Einstellung definierter Längenabweichungen (überlangen) der Licht-.
wellenleiter-Faser sichergestellt werden muß. Weiterhin
ist darauf zu achten, daß das Einbringen der Füll- · masse ohne Störung der Hülle und ohne eine Beeinträchtigung
der vorstehend erwähnten Längen-Definition erfolgen
soll. Außerdem muß eine nachträgliche Längenänderung im Anschluß an den Herstellungsprozeß in Form
elastischer Nachschrumpfung oder durch zu große Ausdehnungskoeffizienten vermieden werden.
Jb 1 Korn/20.03.1981
Λ- - - i - 81 P 6 4 W DE
Der vorliegenden Erfindung, welche sich auf ein Verfahren der eingangs genannten Art bezieht, liegt die
Aufgabe zu Grunde, die vorstehend erwähnten Anforderungen an den Herstellungsprozeß möglichst weitgehend zu
erfüllen. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht,
daß der Lichtwellenleiter in einem im wesentlichen senkrecht verlaufenden Fertigungsprozeß mit der
Hülle umgeben wird und sich dabei bis zum Aufwickeln mit einem großen Durchmesser soweit frei bewegen kann,
daß sich der Lichtwellenleiter beim Aufwickeln zunächst infolge Bremsung stets auf den kleinsten Krümmungsradius
in der losen Hülle legt und daß beim Abkühlen der während der Fertigung definiert erwärmten Hülle auf
die ebenfalls definierte Umgebungstemperatur in der · der Weiterverarbeitung dienenden Anlage eine-.definierte
Schrumpfung der Hülle durchgeführt wird, die eine gewünschte Relativlänge der Hülle zum Lichtwellenleiter
einzustellen gestattet.
Durch den im wesentlichen senkrecht verlaufenden Fertigungsprozeß beim Aufbringen der Hülle ist gewährlei-.
stet, daß die Hülle durch den gleichzeitig erfolgenden Füllvorgang und das gleichzeitige Einbringen der Faser
minimal deformiert oder in ihrer regelmäßigen Ausbil-.dung gestört wird. Dadurch, daß der Lichtwellenleiter
beim Aufwickeln infolge hinreichender Bremsung zunächst auf den kleinsten Krümmungsradius innerhalb der losen
Hülle gelegt wird, ergeben sich stets genau definierte Ausgangs-Verhältnisse, so daß die bei der Schrumpfung
oder Längenänderung infolge Abkühlung eintretenden Veränderungen kalkulierbar bleiben. Da die Abkühlung im
Rahmen einer definierten Umgebungstemperatur durchgeführt wird, läßt sich auch eine genau definierte
Schrumpfung der' Hülle einstellen und somit die Relativlänge der Hülle zum Lichtwellenleiter genau bestimmen.
Die Kombination aus Bremsung des Lichtwellenleiters
- 7.
-^. · 81 P 6 4 Λ 7 OE '
. einerseits und genau definierter Schrumpfung im Rahmen einer bestimmten festgelegten Umgebungstemperatur ergibt
einen Fertigungsprozeß, der mit hoher Genauigkeit. durchgeführt werden kann und stets Produkte von gleichbleibender
Qualität liefert.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Einrichtung zur Durchführung des Herstellungsverfahrens, welche dadurch
gekennzeichnet ist, daß mindestens ein senkrecht arbeitender Extruder vorgesehen ist, oberhalb dessen
die Vorratsspule für den Lichtwellenleiter angeordnet ■ ist, .daß unterhalb des Extruders eine mit Kühlflüssig-
• . keit gefüllte Wanne vorgesehen ist, in welche die
Lichtwellenleiter-Ader vertikal eingeführt wird und daß diese Wanne sowie alle nachfolgenden Teile bis
■ hin zur Ablage in einem geschlossenen Gehäuse mit definierter Innentemperatur angeordnet sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren und dessen Weiterbildungen
werden nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.
In der Figur ist eine getrennte Vorratsspule VS gezeichnet, auf welcher der mit einer primären Schutzschicht
versehene Lichtwellenleiter LW aufgetrommelt ist. Beim Abzug wird der Lichtwellenleiter LW von der
Vorratsspule VS über eine ggf. gebremste Umlenkroile
UR1 geleitet und bewegt sich am Ausgang dieser Uml'enkrolle UR1 in vertikaler Richtung von oben nach
unten.
Nachfolgend wird davon ausgegangen, daß der Lichtwellenleiter LW im Inneren einer Hülle untergebracht werden
soll, die aus zwei Teilhüllen besteht. Die erste Teilhülle HL1 wird durch einen ersten Extruder EX1 erzeugt,
der ebenfalls in vertikaler Richtung arbeitet und in
..· ·..· .:. 3Ί 11963
- /- it P 6 4 4 7 DE
dessen durchgehende Mittenbohrung der Lichtwellenle'iter
L¥ eingeführt wird.
Die Füllmasse wird "beim Extruder EX1 entweder durch
eine Injektionsnadel, die in den Reckkegel hineinragt,.,
zugeführt oder auf die Lichtwellenleiter-Faser im Durchlauf durch eine Küvette mit passend dimensionierter
Austrittsdüse aufgetragen und mit in den Reckkegel geschleppt. Auch eine Kombination beider Verfahren'ist
möglich. Da die Füllmasse zweckmäßig im kalten Zustand
zugeführt wird, kühlt sie den Schlauch von innen und begrenzt so die Länge des Reckkegels auf einen konstanten
und geringen Wert. Dies führt zu besonders guter Durchmesserkonstanz. " . '
' .
Die erste Teilhülle HL1 wird aus-zähen, form- und struk-.turbeständigen,
relaxierenden Werkstoffen wie geeigneten. Fluorpolymeren oder Polyamiden hergestellt und soll im
üblichen Temperaturbereich einen Ausdehnungskoeffizi-
-5 -1 enten von etwa 0,5 bis 0,7·10 Κ haben. Die' zweite
Teilhülle HL2 dient der Verstärkung " ' der ersten Teilhülle HL1 und besteht entweder aus denselben Stoffen
oder aus Stoffen mit speziellen anderen Eigenschaften, z.B. besonders hohem Ε-Modul, Hitze- und Flammresistenz
usw. (z.B." Polyester, Polyamid, .höherschmelzende Fluor.-polymere).
Es wird zunächst die tragende dünne Innenhülle HL1 hergestellt, die rasch abkühlt und auf diese
eine zweite, möglichst haftende Teilhülle HL2 gespritzt, die u.U. eine vorübergehende Temperwirkung auf die
erste Teilhülle HL1 hat. Zusammen mit der kühlenden Füllmasse läßt sich auf diese Weise trotz hoher Fertigungsgeschwindigkeit
eine besonders wenig nachschrumpfende Gesamthülle HL1, HL2 herstellen, wobei die Nach-
. schrumpfung·bei Ό·10 liegen sollte.
81 P 6 lh 7 QE
Die Abmessungen dieser ersten Teilhülle HL1 werden so gewählt, daß im abgekühlten Zustand eine ausreichend
große lichte Weite vorhanden ist. Fluchtend zu dem ersten Extruder EX1 ist ein zweiter Extruder EX2 ange-5
ordnet, der eine zweite Teilhülle HL2 auf die erste Teilhülle HL1 aufspritzt. Beim Eintritt in die fluchtende
Durchgangsöffnung des zweiten Extruders EX2 ist die erste Teilhülle HL1 zwar noch nicht völlig abgekühlt,
aber hinreichend verfestigt.
'· Unmittelbar anschließend an den Ausgang des zweiten Extruders EX2 und mit dem Beginn der Kühlung sind das
Kühlbad.und alle weiteren zum Prozeß gehörenden Prozeßschritte gekapselt (in einem Gehäuse GH) und gemeinsam
temperaturgeregelt. In dem Gehäuse .GH herrscht. ■ eine bestimmte Temperatur <\5»2, welche höher ist als ..
die Raumtemperatur'$1 außerhalb des Gehäuses GH. Die
Temperatur $2 liegt soweit über der äußeren.Raumtemperatur
$1, daß das Produkt aus Ausdehnungskoeffizient
der Hülle und Temperaturdifferenz die gewünschte Längenänderung der Hülle ergibt. Auf den zweiten Extruder
folgt für die Lichtwellenleiter-Ader LA in kurzem Abstand ein· temperiertes Kühlbad,' das· hier aus einer
Wanne WA mit Umlenkrolle UR2 und vorgeschaltetem KUhI-schacht
besteht. Durch die Kühlflüssigkeit in dieser Wanne WA wird eine relativ schnelle weitere Abkühlung
der Hüllen HL1 und HL2 bewirkt, wobei am unseren Ende . der Wanne WA BT der bisher vertikal verlaufende Herstellungsprozeß
durch das unter Kühlflüssigkeit laufende Umlenkrad in eine andere Richtung gebracht wird.
' Der Durchmesser dieses Umlenkrades UR2 wird im Bereich zwischen 100 und 1000x Aderdurchmesser gewählt. Die
Lichtwellenleiter-Ader LA wird von der Umlenkrolle UR2 aus einem höher (und außerhalb von WA) liegenden
Abzug zugeführt, dessen Abzugsrad AR einen ähnlichen Durchmesser aufweist wie die Umlenkrolle UR2. Der
Scheibenabzug wird vorzugsweise mit einem Andruck-
riemen versehen, kann aber auch als Bandraupe BR ausgeführt sein. Von dem Abzugsrad AR aus .wird die Lichtwellenleiter-Ader
LA schräg nach unten bewegt und auf einen rotierenden Teller TE frei aufgelegt.. Dabei kann
die Lichtwellenleiter-Ader LA in einem Durchmesserbereich zwischen dem größten Durchmesser D1 und einem
kleineren Durchmesser D2 in einer ringförmigen Anordnung abgelegt werden. Um den gesamten Bereich in dem
ringförmigen Aufnahmeteil, welcher durch D1-D2 gebildet
ist, gleichmäßig mit der·Lichtwellenleiter-Ader . zu bewickeln, wird die Umdrehungsgeschwindigkeit des
Tellers TE zwischen einem Maximalwert (im Bereich von D1) und einem.Minimalwert (im Bereich von D2) etwa
säg'ezahnförmig geändert. Die Lichtwellenleiter-Faser liegt als Folge der Bremsung jeweils an der Innenwandung und zwar am Innenkreis der inneren Teilhülle HLI.
Dies wird dadurch sichergestellt, daß die Lichtwellenleiter-Faser mit einer bestimmten Bremskraft in den
vertikal· verlaufenden Herstellungsprozeß-"eingeführt ·
wird. Diese Bremskraft kann in einfacher Weise durch
die Reibungskräfte der Vorratsspule VS und der Umlenkrolle UR1 sowie ggf. zusätzlicher Bremseinrichtungen
in diesem Bereich erzeugt werden.·
Durch die definierte Umgebungstemperatur ίΛ2, welche
von der Raumtemperatur $1 abweicht, ist der Abkühlungsund
Schrumpfungsprozeß nach Aussetzen des Tellers TE · aus dem.Gehäuse GH für alle Herstellungsvorgänge unterschiedlicher
Herstellungslose jeweils gleich und es ist gewährleistet, daß durch die entsprechenden Abkühlungs-
.und Schrumpfungsprozesse die gewünschte Lan- · gendefinition zwischen der Lichtwellenleiter-Faser LW ·
auf der einen Seite und der Hülle HL1,HL2 eingehalten werden kann.
- ? - 81 P 6 V4 7 OE
Die Umlenkung in eine andere Richtung im Bereich der
Umlenkrolle UR2 erfolgt erst nach Erreichen fast völliger
Abkühlung. Die Temperatur der Hülle'dort ist in jedem Falle 1000C 7$>$2, was bei den. verwendeten
Stoffen praktisch den Abschluß der,Verfestigung bedeutet.
Damit entfällt jedes bei horizontalen Ummantelungsprozessen
unvermeidbare Durchhängen der zu- . nächst noch weichen Hülle und es ist auch jede sonst
mögliche Haftung zwischen der Innenwandung der Hülle lind der Lichtwellenleiter-Faser vermieden.
Das Durchmesser-Verhältnis D1 zu D2 sollte möglichst
in der Nähe von 1 liegen, d.h. der Wert von D1 wird zweckmäßig relativ groß gewählt und D2 nur etwa 20%
kleiner. D1 kann im Bereich 1:2m liegen, vorzugsweise ΐ,3:1,6m. Bei einem Außendurchmesser. D1 in der Größenordnung
von etwa 1-45ein und einem Innendurchmesser D2
bis herunter bis etwa 115cm liegt der mittlere Aufwickeldurchmesser somit bei 130(^ 15cm). Dabei wird
die.Lichtwellenleiter-Faser je nach dem Durchmesser . der Innenhülle HL1 um 0,46 i 0,05·1O~5 kürzer als·die
Hüllenachse. Die Bandraupe BR greift an der Außenseite der Lichtwellenleiter-Ader LA an und.fördert somit
die Lichtwellenleiter-Faser LW nur durch Haftreibung . zwischen der Innenseite der Aderhülle und der Faser
im gekrümmten Zustand auf dem Teller TE. .
Der Aufwiekelteller TE arbeitet in erwärmter Umgebung,
so daß die Ader LA nach der Hauptabkühlung auf,einer
Übertemperatur gegenüber der Umgebung verbleibt, die ihrer nach Aussetzen des Tellers beabsichtigten Minder
länge gegenüber der Faser entspricht, oder sie in gewünschter Weise überschreitet, so daß nach Entnahme
und Abkühlung des gefüllten Tellers TE die Aderhülle sich auf die Länge der Faser oder auch darüber hinaus
verkürzt. Zur Erläuterung soll folgendes Zahlenbeispiel dienen:
Hülle - 7·1Ο~5 ·Κ~1; ^1$ » 1OK;
41 - 7-10-*,
. Minderlänge auf erwärmtem Teller = 4,6·10" ; · .
• Überlänge der Faser (7-4,6)·10 · = 2,4·10 .
Die eventuell eingestellte.Überlänge der Faser gegenüber
der Hülle wird'beim Verseilen mit definierter Bremskraft
an der Aderhülle wieder entfernt. Dabei verhindert die lose Lage der Ader auf dem Teller TE. das Auftreten
nennenswerter Massetragheitskräfte in der Aderhülle.
.
· . · .
· . · .
Die in die Ader einzubringende Füllmasse ist zwe.ckmäßig pastenartig· ausgebildet. Diese Paste weist im Benutzungstemperaturbereich
des Kabels weder einen Einfriernoch einen Schmelzpunkt' auf und kann dem Verwendungszweck
des Kabels angepaßt werden.· Ihre Schmierfähigkeit genügt dem verlangten Gleitverhalten der Faser.
Die Brennkraft· für die Lichtwellenleiter-Faser LV beträgt vorteilhaft 0,2N bis 2N. Die.Temperatur &2 in
dem Gehäuse GH sollte zwischen 5 und 300C höher gehal
ten werden als die Raumtemperatur. iki von etwa 200C.
1 Figur
20 Patentansprüche
Claims (19)
1. Verfahren zur Herstellung einer Lichtwellenleiter-Ader,
bei der in einer gefüllten Hülle ein. faserförmiger Lichtwellenleiter zumindest in gewissem Umfang beweglich
angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Lichtwellenleiter (LW) in einem im wesentlichen senkrecht verlaufenden Fertigungsprozeß mit der Hülle (HL1, HL2) umgeben wird und sich
dabei bis zum Aufwickeln mit einem großen Durchmesser (D) frei bewegen kann, daß sich der Lichtwellenleiter
(LW) beim Aufwickeln zunächst infolge Bremsung stets auf den kleinsten Krümmungsradius in der losen Hülle
(HL1., HL2) legt, und daß beim Abkühlen der während der ■ Fertigung definiert erwärmt gehaltenen Hülle (HL1, HL2)
auf die ebenfalls definierte Umgebungstemperatur in der der Weiterverarbeitung dienenden Anlage eine definierte
Schrumpfung der Hülle (HL1, HL2) durchgeführt wird, die eine'gewünschte Relativlänge der Hülle (HL1, HL2)
zum Lichtwellenleiter (LW) einzustellen gestattet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet
, daß die Lichtwellenleiter-Ader (LA) am Ende des Herstellungsprozesses in horizontaler
Lage abgelegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet
, daß die Ablage auf einem Teller (TE) vorgenommen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch g e kennzeichnet
, daß der Teller (TE) mit unterschiedlicher Drehgeschwindigkeit um seine Mittelachse
bewegt wird und dadurch die Ablage der Lichtwellenleiter-Ader innerhalb eines bestimmten Durchmesserbereiches
(D1-D2) des Tellers erfolgt.
81 P 644 7DE
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß. die
Aufbringung.der Hülle mittels mindestens eines senkrecht
von oben nach unten arbeitenden Extruders (EX1) vorgenommen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch' gekennzeichnet
, daß nach dem ersten Extruder (EX1) ein weiterer Extruder (EX2) vorgesehen isti
und. daß die Hülle somit zweischichtig (HL1, HL2) ausgebildet werden kann, wobei beide Hüllen aufeinander
aufgeschrumpft werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e kennzeichnet,
daß die äußere Teilhülle
' · . (HL2) andere physikalische und/oder chemische Eigenschaften aufweist als die innere Teilhülle (HL1).
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung der Hülle (HL1, HL2) mit einer pastenartigen
Füllung im Bereich des jeweils ersten benutzten Extruders (EX1) vorgenommen wird. · ■
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (.LW) vor dem Aufbringen der Hülle
(HL1, HL2) in ausreichender Weise gebremst wird·.
30·
10. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch g e kennzeic
h--n e t , daß die Bremskraft durch das Bremsmoment der den Lichtwellenleiter enthaltenden '
Vorratsspule (VS) sowie ggf. einer oder mehrerer nachgeschalteter Umlenkrollen (UR1) festgelegt wird.
ι ■ ♦ N t *
■3111C-63.
81 P ^'f 4;"
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Bremskraft
zwischen 0,2N und 2N beträgt.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
umhüllte Lichtwellenleiter-Ader (LA) nach dem (ggf. letzten) Extrusionsvorgang in einem geschlossenen Gehäuse
(GH) geführt wird, in dem auch die Aufwicklung · .der fertigen.Ader vorgenommen wird,und daß in diesem
Gehäuse (GH) eine bestimmte Temperatur ( $> 2) einge- halten
wird, die höher liegt als die sonstige Raum-. temperatur ( #1). ··
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die im Inneren des Gehäuses (GH) herrschende Temperatur ( <#2) um 5 bis 30°
höher liegt als die Raumtemperatur (
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Lichtwellenleiter-Ader (LA) nach dem (ggf. letzten) Extruder (EX2) durch eine ein flüssiges Kühlmittel.enthaltende
Wanne (WA) hindurchgeführt wird.
' ■ ■
15.' Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß in der Wanne (WA) die 'Lichtwellenleiter-Ader (LA) über eine Umlenkrolle (UR2)
geführt wird, die sich innerhalb der Kühlflüssigkeit'
befindet.
oder 15,
16. Verfahren nach Anspruch 14/ dadurch gekennzeichnet
, daß außerhalb der Wanne (WA) ein Scheiben-Band- oder Band-Band-Abzug (AR, BR) die
Lichtwellenleiter-Ader (LA) zunächst nach oben führt,
und daß von diesem Abzug (BR) aus die Ablage der Lichtwellenleiter-Ader (LA) durchgeführt wird.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
eine in die Lichtwellenleiter-Ader eingebrachte Füllmasse im kalten"Zustand eingebracht wird.
■' ' ■ .
18. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, dadurc.h gekennz.eichnet, daß
mindestens ein senkrecht arbeitender Extruder (z.B. EX1) vorgesehen ist, oberhalb dessen die Vorratsspule
(VS) für den Lichtwellenleiter (LW) angeordnet ist, daß unterhalb des Extruders eine mit Kühlflüssigkeit
gefüllte Wanne (WA) vorgesehen ist, in welche die Lichtwellenleiter-Ader (LA) vertikal eingeführt wird
und daß diese Wanne (WA) sowie alle nachfolgenden Tei-
15· Ie bis hin zur Ablage (TE) in einem geschlossenen .
Gehäuse (GH) mit definierter Innentemperatur ( 1Λ 2)
angeordnet sind.
19. Einrichtung nach Anspruch*18, dadurch
gekennzeichnet, daß nach der Wanne (WA). ein Abzug (BR, AR) vorgesehen'ist. .
2O0 Einrichtung nach Anspruch 18 oder 19 f dadurch
gekennzeichnet , daß die Ablage als horizontal liegender, entsprechend angetriebener Teller
.(TE) ausgebildet ist. . ·
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