DE3133695C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kabels mit optischen Fasern, bei dem jeweils eine optische Faser in wenigstens eine in der Oberfläche eines zylindrischen Kerns in Längsrichtung schraubenförmig verlaufend ausgebildete Auskehlung eingebracht und der Kern mit den eingebrachten optischen Fasern mit einer Außenhülle versehen wird.

Kabel mit optischen Fasern finden wegen ihres geringen Gewichts, ihres geringen Durchmessers, ihres niedrigen Übertragungsverlustes und ihrer hohen Übertragungskapazität potentielle Verwendung als Seekabel unter hohen Wasserdruckbedingungen. Es wurde eine Kabelkonstruktion zur Verwendung unter hohem Wasserdruck als optisches Faserkabel vorgeschlagen, wobei ein Bündel von beschichteten optischen Fasern in einem Druckbehälter, wie zum Beispiel einem Metallrohr, eingeschlossen ist, um die Fasern gegen äußeren Druck zu schützen. Ein Seekabel, das auf dem Meeresgrund, der mehrere tausend Meter tief liegen kann, abgelegt wird, muß jedoch einem Druck von mehreren 100 kp/cm² widerstehen. Um diese Forderung zu erfüllen, muß die Wandstärke des Druckbehälters, zum Beispiel eines Metallrohrs beträchtlich erhöht werden, jedoch ist bei dem derzeitigen Stand der Fertigungstechnologie die Herstellung eines derartigen Druckbehälters sehr schwierig. Um dieses Problem auszuschließen, ist die Herstellung eines Kabels gemäß der Fig. 1, die einen Querschnitt durch ein herkömmliches druckfestes Kabel mit optischen Fasern zeigt, vorgeschlagen worden. Das Kabel weist ein luftdichtes Rohr 01 auf, das sowohl ein Bündel von beschichteten optischen Fasern 02 wie auch eine Flüssigkeit 03 enthält, so daß der Innendruck im Rohr 01 gleich dem auf dieses wirkenden Außendruck ist, wenn es hohem Druck ausgesetzt wird. Wenn auf diese Art von Kabel eine äußere Kraft einwirkt, dann unterliegen jedoch die Fasern 02 einer Mikrobiegung, die den Übertragungsverlust erhöht. Zusätzlich ist das Kabel nicht ausreichend in zufriedenstellender Weise gegen äußere Kräfte geschützt, wodurch Schwierigkeiten, wie beispielsweise Faserbruch, auftreten können.

Dieser Nachteil ist bei einem bekannten, nach einem Verfahren der eingangs erwähnten Art hergestellten Optikfaserkabel beseitigt, das einen zylindrischen Kern mit wenigstens einer längslaufenden sowie schraubenförmigen Auskehlung in seiner Oberfläche aufweist, und bei dem in der Auskehlung eine optische Faser angeordnet ist, wobei eine äußere Hülle den Kern umschließt.

Bei einem solchen, nach einem in der DE 29 23 132 A1 beschriebenen Verfahren hergestellten Optikfaserkabel umschließt die äußere Hülle den Kern mit den Glasfaserkabeln entweder nicht genügend eng oder nicht mit einem definierten Anpreßdruck, was sich nachteilig auf die Gebrauchseigenschaften des Kabels auswirkt.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zur Herstellung eines Kabels mit optischen Fasern vorzuschlagen, durch das sich Kabel mit verbesserten Gebrauchseigenschaften herstellen lassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Innendurchmesser der Außenhülle geringfügig größer als der Außendurchmesser des Kerns ausgebildet und dann verringert wird, bis die Innenoberfläche der Außenhülle in inniger Berührung mit der Außenoberfläche des Kerns ist.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird unter Verbesserung der Gebrauchseigenschaften des Kabels erreicht, daß die äußere Hülle den Kern in jedem Fall eng mit einem definierten Anpreßdruck umschließt.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann zwischen den Kern und die äußere Hülle vor der Verringerung des Innendurchmessers der Hülle ein gallertartiges Material gebracht werden. Beim Verringern des Durchmessers wird das gallertartige Material in die Auskehlung gedrängt. Indem die äußere Hülle eng an dem Kern anliegt, werden die Auskehlungen durch die äußere Hülle abgedichtet und das gallertartige Material frei von Luftblasen in den Auskehlungen gehalten. Indem das gallertartige Material die optische Faser in den Auskehlungen umgibt, wird die Biegebeanspruchung der optischen Fasern weiter vorteilhaft verringert.

Der Erfindungsgegenstand wird nun anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein herkömmliches druckfestes Kabel,

Fig. 2 einen Querschnitt durch ein optisches Faserkabel mit beschichteten optischen Fasern, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Optikfaserkabels in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 4 in den Querschnitten (a), (b) und (c) drei Fertigungsstufen eines nach dem in Fig. 3 gezeigten Verfahren hergestellten Optikfaserkabels,

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Optikfaserkabels mit beschichteten optischen Fasern in einer zweiten Ausführungsform, und

Fig. 6 in den Querschnitten (a) und (b) zwei Fertigungsstufen eines nach dem in Fig. 5 gezeigten Verfahren hergestellten Optikfaserkabels.

Der hier verwendete Ausdruck "beschichtete optische Faser" beinhaltet eine Glasfaser für optische Übertragungen mit äußeren Beschichtungen aus verschiedenen Materialien zum Zweck des mechanischen Schutzes und der Verstärkung der Glasfaser.

Ein typisches Beispiel für derartige beschichtete optische, auf dem einschlägigen Gebiet der Technik bekannte Fasern sind solche, die eine Primärschicht aus Silikon und eine Sekundärschicht aus unter dem Namen "Nylon" bekannten Polyamidfasern haben.

Gemäß dem Verfahren nach Anspruch 3 kann ein gallertartiges Material leicht in den Raum rund um die optische Faser eingefüllt werden, ohne in der Auskehlung Luft zu belassen.

Für die Erfindung bevorzugte Ausführungsformen sind in den Fig. 2 bis 6 dargestellt und im folgenden erläutert.

Das Optikfaserkabel gemäß der Ausführungsform von Fig. 2 weist einen mittig gelegenen zylindrischen Kern 1 mit mehreren Auskehlungen 2 (im Beispiel sind 4 Auskehlungen vorhanden), die in Längsrichtung sowie schraubenförmig in der Oberfläche des Kerns ausgebildet sind, und eine einzige beschichtete optische Faser 3 in jeder der Auskehlungen 2 auf. Der Kern, der wenigstens mit einer längslaufenden, schraubenförmigen Auskehlung versehen ist, kann in einfacher Weise hergestellt werden, beispielsweise durch Fließpressen unter Verwendung eines profilierten Extrudermundstücks oder durch kontinuierliches Strangpressen unter Verwendung eines geeignetes Extruders, z. B. "Conform"-Extruders, um einen zylindrischen Kern, der in seiner Oberfläche mit wenigstens einer geraden Auskehlung versehen ist, zu erzeugen und dann den Kern zu verdrehen, so daß ein Teil mit einer längs- und schraubenförmig verlaufenden Auskehlung oder mit mehreren solchen entsteht. Der Raum rund um die optische Faser 3 in der Auskehlung 2 wird gänzlich mit einem gallertähnlichen Material ausgefüllt, und das Einlegestück 1 wird mit einer luftdichten, dünnwandigen Außenhülle 5 überzogen, die in inniger Berührung mit dem Kern 1 ist. Die Außenhülle 5 wird ferner mit einer Bewehrung oder Armierung 6 ummantelt, die das Kabel mechanisch verstärkt.

Da für den Kern 1 die Forderung gilt, daß er einen Widerstand gegen Zug sowie eine hohe Festigkeit haben soll, daß er aber auch leicht zu unterschiedlichen Gestaltungen formbar sein soll, wird er vorteilhafterweise aus einem Metall wie Kupfer oder Aluminium, aus einem nichtmetallischen Werkstoff, wie (natürlicher oder synthetischer) Gummi oder anderem Kunststoff, aus einem Verbundwerkstoff, der faserige Materialien, wie Kohlenstoff-, Glasfasern, mit einem Harz gehärtete Polyamidfasern enthält, oder aus einer Kombination dieser Materialien gefertigt. Das gallertartige Material 4 ist eine bei Raumtemperatur flüssige oder halbflüssige Substanz, und geeignete Beispiele hierfür sind Petrolatum (Rohvaseline), nicht-vernetztes Silikonharz und Polybuten. Das gallertartige Material 4 dient dazu, die optischen Fasern 3 in den Auskehlungen 2 festzulegen, und soll einen Puffer gegen äußere Kräfte bilden. Die Außenhülle 5 wird vorzugsweise aus einem weichen Material, wie Kupfer oder Aluminium, oder aus einem Kunststoffmaterial, wie Polyäthylen, gefertigt.

Bei einem optischen Faserkabel, das, wie oben beschrieben wurde, aufgebaut ist, hat der zylindrische Kern 1 einen ausreichenden Widerstand gegen Zug und eine ausreichende Stärke zum Schutz der optischen Fasern 3, so daß sich Belastungen, wie Längung, Biegung und Kompression, in den in den Auskehlungen 2 befindlichen Fasern 3 nicht ohne weiteres entwickeln können. Da ferner eine einzelne, von dem gallertartigen Material 4 umgebene Faser 3 in der Auskehlung 2 untergebracht ist, so wird eine von außen herrührende Kraft gleichförmig auf die Fasern 3 aufgebracht, so daß ein Ansteigen im Übertragungsverlust, wenn das Kabel unter hohem Wasserdruck zum Einsatz kommt, nicht zu verzeichnen ist. Im Gegensatz hierzu tritt bei einer Kabelkonstruktion, bei welcher mehrere optische Fasern in nur einer Auskehlung untergebracht ist, für jede der beschichteten Fasern eine Druckbewegung gegeneinander auf, wenn eine Biege- und/oder Zugkraft dem Optikfaserkabel auferlegt wird, da das gallertartige Material in diesem Fall als Gleitmittel wirkt, wodurch schließlich der Übertragungsverlust aufgrund des erhöhten Drucks gegen die Seitenwand der Fasern die Tendenz zum Ansteigen hat. Derartige Erscheinungen wurden durch verschiedene Versuche belegt. Es hat sich zum Beispiel herausgestellt, daß bei einem Optikfaserkabel mit einer Konstruktion nach Fig. 1, wobei mehrere optische Fasern in einem Aluminiumrohr in der Weise angeordnet sind, daß die Fasern in loser Anordnung von dem gallertähnlichen Material umgeben sind, der Übertragungsverlust aufgrund des erhöhten Drucks der Fasern gegeneinander, wie vorstehend beschrieben wurde, ansteigt. Andererseits wurde bei einem Optikfaserkabel mit einem Aufbau gemäß Fig. 2 und mit einem zylindrischen Kern aus Aluminium, mit einer einzelnen beschichteten optischen Faser in jeder Auskehlung und mit einer äußeren Hülle aus Aluminium (von z. B. 5 mm Durchmesser) kein Anstieg im Übertragungsverlust festgestellt, wobei die gleiche Prüfmethode angewendet wurde, wie bei einem Optikfaserkabel mit dem Aufbau, der in Fig. 1 gezeigt ist.

Im folgenden werden zwei bevorzugte Verfahren zur Herstellung des vorbeschriebenen Optikfaserkabels erläutert. Die Fig. 3 zeigt schematisch den Verfahrensablauf zur Herstellung eines Optikfaserkabels, dessen Außenhülse 5 aus einem Metallrohr besteht. Der zylindrische Kern 1 mit in seiner Oberfläche ausgebildeten, im wesentlichen längsverlaufenden und schraubenförmigen Auskehlungen 2, in die jeweils lose eine optische Faser 3 eingebracht ist, wird einer Metallband-Schweißvorrichtung zugeführt, der parallel dazu ein dünnes Metallband 7 aus Kupfer, Aluminium oder dergleichen ebenfalls zugeführt wird. Zur Zuführung des Kerns 1 bzw. des Metallbandes 7 sind Förderrollen oder -walzen 8 bzw. 9 vorhanden. Das Metallband 8 wird in eine erste Formgebungsvorrichtung 10 eingebracht, in der es in eine allgemein zylindrische Form gebogen wird, und zur gleichen Zeit wird in dessen Längsrichtung auf den Boden der zylindrischen Wand, das heißt auf die Innenoberfläche des tiefstliegenden Teils der zylindrischen Wand, wie Fig. 4(a) zeigt, durch einen Zufuhrkanal 11 einer der ersten Formgebungsvorrichtung zugeordneten Einfüllvorrichtung für gallertartiges Material aufgespritzt. Dann wird der Kern 1 in das zylinderartig vorgeformte Metallband 7 eingeführt, und Band sowie Kern werden zusammen einer zweiten Formgebungsvorrichtung 12 zugeleitet, in der, wie Fig. 4 (b) zeigt, die Längskanten des Metallbandes 7 gegeneinander gestoßen und verschweißt werden, was durch die Schweißelektrode 13 geschieht. In der ersten Formgebungsvorrichtung 10 wird das gallertartige Material 4 dem Boden des allgemein zylindrisch geformten Bandes 7 in dessen Längsrichtung zugeführt, was den Zweck hat, ein Niederschlagen des gallertartigen Materials im Bereich der Längskanten des Bandes 7 zu verhindern, da mit einem solchen Niederschlag der anschließende Schweißvorgang unmöglich durchgeführt werden kann.

Wie der Fig. 4(b) zu entnehmen ist, ist der Innendurchmesser der aus dem geschweißten Metallrohr gebildeten Außenhülle 5 etwas größer als der Außendurchmesser des Kerns 1, so daß zwischen der Außenhülle und dem Kern ein Luftabstand vorhanden ist. Indem die Außenhülle 5 anschließend durch eine herkömmliche, mit einer Ziehform versehene Reduziervorrichtung 14 geführt wird, wird der Durchmesser der Außenhülle 5 vermindert, wie Fig. 4(c) zeigt, um ein Kabel zu schaffen, bei dem jeglicher Raum in den Auskehlungen 2 mit dem gallertartigen Material 4 gefüllt ist, so daß in der Außenhülle 5 keine Luft verbleibt.

Die Fig. 5 zeigt den Verfahrensablauf zur Herstellung eines Kabels mit optischen Fasern, dessen Außenhülle 5 aus einem Kunststoffrohr besteht. Ein zylindrischer Kern 1 mit einer in jede seiner Auskehlungen 2 lose eingelegten optischen Faser wird einer Kabelherstellungsvorrichtung zugeführt, und wenn es durch eine Vorrichtung 15 zum Eingeben von gallertartigem Material läuft, dann wird in die Auskehlung 2 und auf die Oberfläche des Kerns 1 ein gallertartiges Material 4 ein- bzw. aufgebracht. Hierauf wird der Kern 1 einer Strangpresse 16 zugeführt, in der ein die Außenhülle 5 bildendes Kunststoffrohr ausgepreßt wird, um den Kern 1 zu ummanteln. Vor seinem Eintritt in die Strangpresse 16 wird der Kern 1 nicht erhitzt, und wenn der Kern 1 mit der Kunststoffaußenhülle 5 durch einen Wasserbehälter 17 zur Kühlung geführt wird, dann verfestigt sich die Außenhülle 5, so daß ein Rohr gebildet wird, dessen Innendurchmesser etwas größer ist als der Außendurchmesser des Kerns 1, wie Fig. 6(a) zeigt.

Anschließend wird der Kern 1 mit dem Kunststoffrohr 5 in einem Erhitzer 18 erwärmt und dann im Wasserbehälter 19 gekühlt, und als Ergebnis einer auf das Nachlassen der inneren Spannung zurückzuführenden Schrumpfung wird eine innige Berührung zwischen dem Kern 1 und dem Kunststoffrohr 5 erzielt, wie in Fig. 6(b) gezeigt ist, wobei der von der Außenhülle 5 umschlossene Raum frei von Luftblasen, jedoch insgesamt mit dem gallertartigen Material 4 gefüllt ist.

Wie vorstehend erläutert wurde, wird bei einem Kabel mit optischen Fasern gemäß der Erfindung in jede in der Oberfläche eines zylindrischen Kerns in Längsrichtung ausgebildete Auskehlung eine optische Faser eingebracht, die Außenoberfläche des Kerns wird von einer Außenhülle ganz eng ummantelt und der Raum rund um die optische Faser wird gänzlich mit einem gallertartigen Material gefüllt. Aufgrund dieser baulichen Ausbildung wird für das Kabel eine sehr gute Wasserdichtheit bei hohem Wasserdruck erreicht und der hohe Wasserdruck wird durch das gallertartige Material auf die optischen Fasern gleichförmig übertragen, so daß sich keinerlei verformende Belastung entwickelt und der Übertragungsverlust sich nicht erhöht. Das Verfahren gemäß der Erfindung bietet die Möglichkeit, ein Kabel mit optischen Fasern des oben angegebenen Aufbaus ohne die Bildung von Luftblasen in dem gallertartigen Material herzustellen.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung eines optischen Kabels mit optischen Fasern, bei dem jeweils eine optische Faser in wenigstens eine in der Oberfläche eines zylindrischen Kerns in Längsrichtung schraubenförmig verlaufend ausgebildete Auskehlung eingebracht und der Kern mit den eingebrachten optischen Fasern mit einer Außenhülle versehen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Außenhülle geringfügig größer als der Außendurchmesser des Kerns ausgebildet und der Innendurchmesser der Außenhülle dann verringert wird, bis die Innenoberfläche der Außenhülle in inniger Berührung mit der Außenoberfläche des Kerns ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Kern und ein allgemein zylindrisch geformtes Metallband, auf dessen Boden ein gallertartiges Material aufgespritzt ist, derart zusammengebracht werden, daß der Kern innerhalb der allgemein zylindrischen Form des Metallbandes angeordnet ist, und daß die Seitenkanten des Metallbandes gegeneinanderstoßen sowie verschweißt werden und daß das entstandene verschweißte Metallrohr durch eine Reduziervorrichtung geführt wird, um den Durchmesser der Metallrohraußenhülle zu verringern.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Bedecken des die optischen Fasern in Auskehlungen enthaltenen zylindrischen Kerns mit einem gallertartigen Material, durch Einführen des Kerns in eine Strangpresse, in der ein Kunststoffrohr als Umhüllung des Kerns ausgepreßt wird, durch Erhitzen des entstandenen Kabels und anschließendes Kühlen, so daß der Durchmesser der Kunststoffumhüllung vermindert und eine innige Berührung zwischen dem Kern und der Kunststoffrohr-Außenhülle erreicht wird.