DE3217056C2 - - Google Patents

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DE3217056C2
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Norio Murata
Mitsutoshi Mito Ibaraki Jp Hoshino
Shinzo Katsuta Ibaraki Jp Yamakawa
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Description

Schutzumhüllung und Verfahren zu deren Aufbringung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzumhüllung zum Verpacken oder Umhüllen der miteinander verbundenen Teile von optischen Fasern. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zu deren Aufbringung, um so die miteinander verbundenen Teile durch die Verwendung einer solchen Schutzumhüllung zu schützen und zu verstärken.
Eines der praktikabelsten und zuverlässigsten Verfahren zur Verbindung optischer Fasern ist das sog. Schmelzverbinden oder Schmelzspleißen, bei dem folgende Schritte vorgesehen sind: Abstreifen der Kunststoffüberzüge von den beiden zu verbindenden Faserenden, Anordnung der beiden bloßen Faserenden in einer End-zu-End-Position und Schmelzspleißen beispielsweise durch Bogenspleißen der losen Faserenden. Dieses Schmelzspleißverfahren macht jedoch einen darauf folgenden Umhüllungs- oder Verpackungsvorgang erforderlich, um die fertige Spleißverbindung zu schützen, da diese keinen Schutzüberzug besitzt.
Es wurden bereits mehrere Verfahren zur Schutzumhüllung und Verstärkung des verbundenen Teils einer optischen Faser vorgeschlagen. Dazu gehören auch diejenigen Verfahren, welche einen durch Wärme schrumpfbaren Schlauch verwenden, wie dies beispielsweise in der japanischen Patentanmeldungs- Offenlegungsschrift No. 129,305/1980 und in der folgenden Literaturstelle beschrieben ist: "Fusing Splicing of Optical Fibers", von J. F. Balgleish, Electronics Letter, Band 15, No. 1, Seite 32 (1979). Bei den bekannten Verfahren zur Wärmeaufschrumpfung eines Schlauchs ist eine externe Wärmequelle oder Vorrichtung wie beispielsweise ein elektrisches Heizgerät erforderlich, um die Aufschrumpfung des durch Wärme schrumpfbaren Schlauches vorzunehmen. Demgemäß muß eine solche externe Wärmequelle mitgeführt werden, beispielsweise in ein gegrabenes Loch hinein, oder aber auf einen Mast hinauf, da beim Arbeiten im Feld beim Verbinden optischer Fasern solche Arbeitsbedingungen auftreten. Der Verpackungs- oder Umhüllungsprozeß macht eine relativ lange Heizzeit, beispielsweise 2 bis 3 Minuten erforderlich, weil die Schutzumhüllung extern von außen her durch eine externe Wärmequelle erhitzt wird. Was die Umhüllungsmaterialien anlangt, so liegt der Young'sche Modul des durch Wärme aufschrumpfbaren Schlauchs und von irgendeinem heiß-schmelzbaren Klebemittel in der Größenordnung von 1-100 kg/mm2. Dies sind wesentlich niedrigere Werte, als dies für den Young'schen Modul einer optischen Faser gilt, der annähernd 7000 kg/mm2 beträgt. Dadurch ergibt sich die Gefahr, daß die optische Faser dann bricht, wenn eine Zugbeanspruchung an den verstärkten Teil der optischen Faser beim Strecken der Umhüllungsmaterialien angelegt wird, so daß eine Bruchbeanspruchung auf die optische Faser ausgeübt wird. Ferner liegen die linearen Ausdehnungskoeffizienten des durch Wärme aufschrumpfbaren Schlauchs und irgendeines heiß-schmelzenden Klebemittels als Umhüllungsmaterialien in der Größenordnung von 10-5 bis 10-4/°C, was höhere Werte sind, als dies für den linearen Ausdehnungskoeffizienten der geschmolzenen optischen Siliziumdioxidfaser der Fall ist, bei der der Wert in der Größenordnung von 10-7 bis 10-6/°C liegt. Dies hat den Nachteil, daß die Ausdehnung oder Zusammenziehung der obenerwähnten Kunststoffumhüllungsmaterialien bei einer Temperaturänderung einen Übertragungsverlustanstieg der optischen Faser hervorrufen, und zwar infolge einer Mikrobiegung derselben und/oder wegen eines Faserbruchs, hervorgerufen durch das Vorstehen der optischen Faser.
In der DE-AS 25 34 756 ist eine Schutzumhüllung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 beschrieben. Nachteilig an dieser Schutzumhüllung ist, daß man zum Anlegen der Schutzumhüllung eine externe Wärmequelle benötigt. Denselben Nachteil weist auch die Lehre der DE-OS 26 21 127 auf. Dort wird über die Enden der Lichtleiter eine Glashülse geschoben, die mit einer externen Heizvorrichtung (Widerstandsheizelement) so erwärmt wird, daß sie sich flaschenhalsartig einschnürt und so die Enden festhält. Gewünschtenfalls enthält die Glashülse als Füllmittel einen Klebstoff. Das Widerstandsheizelement umgibt ringförmig die Glashülse und heizt sie so extern von allen Seiten auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzumhüllung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 so auszugestalten, daß die Nachteile der bekannten Schutzumhüllungen vermieden werden und sie leicht und sicher angewendet werden kann. Insbesondere sollen Übertragungsverlust oder Dämpfungsänderung minimiert und eine Bruchgefahr der optischen Faser praktisch beseitigt werden. Ferner bezweckt die Erfindung eine Schutzumhüllung der oben beschriebenen Art vorzusehen, welche im Laufe der Packungs- oder Umhüllungs-Ausbildung leicht sämtliche darinnen vorhandenen Gase und darinnen ausgebildeten Blasen aus der gebildeten Verstärkungseinheit entfernt, wobei die Einheit daher nur einer geringen Bruchtendenz und keinem Anstieg des Übertragungsverlustes einer optischen Faser dann ausgesetzt ist, wenn eine externe Kraft auf diese ausgeübt wird oder eine Temperaturänderung eintritt, auf welche Weise sich eine hohe Zuverlässigkeit über eine lange Zeitperiode hinweg ergibt. Weiterhin bezweckt die Erfindung eine Schutzumhüllung der beschriebenen Art vorzusehen, die eine verstärkte Einheit bildet und den Übertragungsverlustanstieg bei Temperaturänderung minimiert, wobei die optische Faser kaum eine Vorstehtendenz besitzt und somit wenig bei Temperaturänderungen der optischen Faser zum Brechen tendiert. Die Erfindung bezweckt ferner ein Verfahren zur Schutzumhüllung oder Verstärkung des verbundenen oder gespleißten Teils einer optischen Faser vorzusehen, und zwar unter Verwendung einer Schutzumhüllung der oben beschriebenen Art, wobei dieses Verfahren leicht und sicher in kurzer Zeit ausgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Maßnahmen des Kennzeichens des Anspruchs 1. Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Schutzumhüllung für den Verbindungsteil einer optischen Faser vorgesehen, der folgendes aufweist: einen Schrumpfschlauch, der durch Wärme in seiner Radialrichtung schrumpfbar ist, eine sich erstreckende Anordnung eines heiß-schmelzenden Klebemittels, angeordnet an der Innenseite des Schrumpfschlauchs, ein elektrisches Widerstandsheizelement, derart angeordnet an der Innenseite des Schrumpfschlauchs und sich in Axialrichtung des Schrumpfschlauchs erstreckend, daß es in der Lage ist, sowohl den durch Schrumpfschlauch als auch die sich erstreckende Anordnung des heiß-schmelzenden Klebemittels zu erhitzen, und einen in dem Schrumpfschlauch vorgesehenen Raum, um den Durchtritt der optischen Faser zu gestatten.
In der Schutzumhüllung gemäß der Erfindung ist die sich erstreckende Anordnung aus heiß-schmelzendem Klebemittel eine auf der Innenoberfläche des Schrumpfschlauchs vorgesehene Schicht oder Lage. Alternativ kann die sich erstreckende Anordnungsform des heiß-schmelzenden Klebemittels ein Schlauch oder Röhrchen sein, welches den Raum vorsieht, durch welchen die optische Faser verlaufen kann. Das elektrische Widerstandsheizelement kann in der Form von mindestens einem Linearteil zwischen dem Schrumpfschlauch und dem heiß-schmelzenden Klebeschlauch oder Röhrchen angeordnet sein. Der Linearteil kann entweder aus solcher oder nach Überzug mit dem heiß-schmelzenden Klebemittel verwendet werden. Wenn das elektrische Widerstandsheizelement die Form eines Röhrchens oder Schlauchs besitzt, so kann die Innen- und/oder Außenoberfläche des Heizelements mit heiß-schmelzendem Klebemittel überzogen sein.
Das elektrische Widerstandsheizelement kann entweder als solches oder nach einem vorläufigen Überzug mit einem heiß-schmelzenden Klebemittel verwendet werden; es kann gesondert von dem Schrumpfschlauch vorgesehen sein und kann in den Schrumpfschlauch eingesetzt werden, und zwar zusammen mit der optischen Faser und dem elektrischen Widerstandsheizelement, durch das elektrische Leistung eingegeben werden soll. Alternativ kann das elektrische Widerstandsheizelement in der heiß-schmelzenden Klebemittellage oder Schicht ausgebildet sein, beispielsweise durch Überziehen des heiß-schmelzenden Klebemittels auf die Innenoberfläche des Schrumpfschlauchs.
Das in der vorliegenden Erfindung zur Anwendung gelangende elektrische Widerstandsheizelement hat zweckmäßigerweise einen Young'schen Modul und einen linearen Ausdehnungskoeffizienten derart, daß deren Werte ähnlich denen einer verschmolzenen optischen Siliziumdioxidfaser sind. Gemäß der Erfindung verwendbare Widerstandsheizelemente sind beispielsweise die folgenden: ein Draht der Nichromlegierungsart, ein Draht aus einer Legierung der Eisen-Chrom-Aluminiumart, ein Wolframdraht, ein Molybdändraht, ein Platindraht und ein Material, welches einzeln oder hauptsächlich eine Siliziumcarbidfaser und/oder eine Kohlenstoffaser aufweist, und zwar verwendet alleine oder in Kombination, und entweder als solche oder in der Form einer Stange, hergestellt aus einem Bündel davon, oder aber in Netzform oder in Rohrform, hergestellt aus diesem Material. Als elektrisches Widerstandsheizelement kann auch eine Zusammensetzung eines Materials der obenerwähnten Art Verwendung finden, und zwar zusammen mit Kohlenstoff, anorganischem oder organischem Material, und zwar als das Material einer Matrix, in der das elektrische Widerstandsheizelement angeordnet oder eingebettet ist.
Das gemäß der Erfindung zu verwendende heiß-schmelzende Klebemittel soll gute Adhäsionseigenschaften gegenüber einer bloßen Faser und deren Kunststoffüberzug aufweisen, und auch gegenüber dem elektrischen Widerstandsheizelement.
Als bevorzugtes Material für das gemäß der Erfindung zu verwendende heiß-schmelzende Klebemittel seien folgende Materialien als Beispiele erwähnt: Polyolefine, Polyamide, Polyvinylchloride, Polyester, Polyvinylacetale, Polyurethane, Polystyrole, Acrylharze, Polyvinylester, Fluorkohlenstoffharze, Polyäther, Polyacetale, Polycarbonate, Polysulfone, Dienpolymere, Naturgummi, Chloroprengummi, Polysulfide und modifizierte Produkte daraus. Die genannten Materialien können entweder allein oder in Mischung verwendet werden (beispielsweise eine Mischung aus einer Vielzahl von Polymeren, eine Mischung aus einer Vielzahl von modifizierten Produkten oder eine Mischung aus mindestens einem Polymer und mindestens einem modifizierten Produkt).
Als bevorzugtes Material für den Schrumpfschlauch, verwendbar gemäß der Erfindung, kommen die folgenden in Frage: Polyäthylen, Äthylencopolymere oder Fluoropolymere, beispielsweise Polyolefine wie z. B. Polyäthylen, Polypropylen, Äthylen-Propylen-Copolymere, Polyvinylchlorid, Fluorpolymere wie beispielsweise Polyvinylidenfluorid und Silikonharze; auf diese Materialien ist die Erfindung nicht speziell beschränkt.
Das elektrische Widerstandsheizelement hat vorzugsweise einen niedrigeren elektrischen Widerstand in den beiden Endteilen als im Mittelteil, wodurch eine größere Wärmemenge im Mittelteil des Heizelements beim Anlegen des elektrischen Versorgungsstroms erzeugt werden kann, und zwar verglichen mit der in jedem der Endteile erzeugten Wärmemenge. Wenn eine Schutzumhüllung mit einem Heizelement der beschriebenen Art verwendet wird, so kann in vorteilhafter Weise die Blasenbildung während der Packungs- oder Umhüllungsverfahren minimiert werden. Die Verwendung des Heizelementes dieser Art ist besonders vorteilhaft bei einer Schutzpackungsanordnung der Art, welche ein Heizelement aufweist, welches zwischen einem Schrumpfschlauch und einem Röhrchen aus heiß-schmelzendem Klebemittel angeordnet ist, was einen Raum vorsieht, durch den eine optische Faser verlaufen kann.
Vorzugsweise weist das elektrische Heizelement einen Basisstab auf, und auf diesem ist ein Überzug aus einer leitenden Paste aufgebracht, oder eine Metallschicht ist auf den Basisstab vakuum-aufgedampft, so daß sich eine charakteristische Widerstandsverteilung in Axialrichtung des Schrumpfschlauches ergibt.
Das elektrische Widerstandsheizelement besteht vorzugsweise aus einem starren Material mit einer Biegefestigkeit von 10 kg/mm2 oder mehr, einem Biegeelastizitätsmodul von 1 to/mm2 oder mehr und einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von 10-6/°C oder weniger. In diesem Falle kann das elektrische Widerstandsheizelement vorteilhafterweise aus einem zusammengesetzten Material aus Kohlenstoffasern bestehen, die in einer Matrix aus Kohlenstoff angeordnet oder eingebettet sind.
Das gemäß der Erfindung verwendete elektrische Widerstandsheizelement kann vorteilhafterweise aus einem starren Material bestehen und nicht nur eine hohe Biegefestigkeit und einen hohen Biegeelastizitätsmodul aufweisen, sondern auch eine geringe Wasserabsorption und einen geringen Wärmegewichtsverlust zeigen. Wenn das Heizelement aus einem derartigen starren Material besteht, so kann die Verpackung oder Umhüllung des gespleißten Teils einer optischen Faser im wesentlichen ohne irgendwelche Restblasen ausgeführt werden, die aus dem im Heizelement absorbierten Wasser herkommen. Insofern wird es besonders bevorzugt, als elektrisches Widerstandsheizelement ein Kohlenstoff-Kohlenstoff-Faser- Zusammensetzungsmaterial zu verwenden, welches folgende Werte aufweist: eine Biegefestigkeit von 10 kg/mm2 oder mehr, einen Biegeelastizitätsmodul von 1 to/mm2 oder mehr, eine Gleichgewichtswasserabsorption von 1,0 Gew.-% oder weniger in 23°C 100% RH und einen Wärmegewichtsverlust von 0,01%/ Minute oder weniger, gemessen in 500°C Luft nach Trocknung.
Erfindungsgemäß ist es auch vorzuziehen, als Material für das heiß-schmelzende Klebemittel ein Harz oder eine Harzzusammensetzung mit niedriger Wasserabsorption zu verwenden.
Eine Harzzusammensetzung, welche ein Polyamid und ein Ionomer aufweist, kann in vorteilhafter Weise als das Material für daß Heiß-Schmelz-Klebemittel mit geringer Wasserabsorption verwendet werden, und besitzt gute Adhäsion an der blanken oder bloßen Faser, sowie dem Sekundärüberzug einer optischen Faser. Das Polyamid sieht eine ausgezeichnete Adhäsion an dem Sekundärüberzug der optischen Faser vor, und zwar infolge der vollständigen Kompatibilität mit dem Sekundärüberzug zum Zeitpunkt der Wärmeschmelzung, wohingegen das Ionomer eine hinreichende Kompatibilität mit dem Polyamid besitzt und eine niedrige Wasserabsorption aufweist. Ein typisches Ionomer ist ein Äthylencopolymer mit Carboxylgruppen, von denen ein Teil eine intermolekulare Kettenkreuzvernetzung mit Metallionen vornimmt. Beispiele für verwendbare Polyamidarten in einer solchen Harzzusammensetzung sind die folgenden: Polyamid 6, Polyamid 66, Polyamid 11, Polyamid 12 und Copolymere der Monomermischung daraus. Bevorzugt wird Polyamid 12 mit der geringsten Gleichgewichtswasserabsorption, nämlich 1,5 Gew.-%, gemessen in 23°C Wasser. Die Gleichgewichtswasserabsorptionswerte der Ionomer-Materialien liegen in einem niedrigen Bereich von 0,1 bis 0,3 Gew.-%, gemessen in 23°C Wasser. Im Falle einer Harzzusammensetzung aus Polyamid 12 und einem Ionomer ist es zweckmäßig, ein Mischverhältnis derart zu wählen, daß eine Gleichgewichtswasserabsorption von 1 Gew.-% in 23°C Wasser erreicht wird, und zwar dadurch, daß man den Unterschied der Wasserabsorption zwischen Polyamid und dem Inonomer berücksichtigt.
In einer Schutzumhüllung gemäß der Erfindung ist zwischen dem Schrumpfschlauch oder Rohr und dem heiß-schmelzenden Kleberohr oder Schlauch ein Raum vorgesehen, durch den eine optische Faser verlaufen kann; das elektrische Widerstandsheizelement ist von solcher Art, daß es einen niedrigeren elektrischen Widerstand in beiden Endteilen als in den mittleren Teilen aufweist, wodurch eine größere Wärmemenge im Mittelteil dann erzeugt wird, wenn ein elektrischer Strom hindurch verläuft, und zwar ist die Wärmemenge im Mittelteil größer als in den beiden Endteilen; das heiß-schmelzende Klebemittel besteht vorzugsweise aus einem Material mit einem Schmelzpunkt, der höher liegt als die Schrumpftemperatur des Schrumpfschlauchs, und hat eine Gleichgewichtswasserabsorption von 1,0 Gew.-% oder weniger in 23°C Wasser, im Hinblick auf das Problem der Restblasen, die in einer verstärkten Einheit verbleiben können, die durch Verwendung der Packungsanordnung gebildet ist.
Vorzugsweise ist hierbei der Schrumpfschlauch ein durch Wärme aufschrumpfbarer Polyolefinschlauch, und als heiß-schmelzendes Klebemittel wird Polypropylen oder ein modifiziertes Produkt aus Polypropylen wie beispielsweise ein Maleinsäureanhydrid-gepfropftes Polypropylen oder ein Acrylsäure-gepfropftes Polypropylen verwendet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Schutzumhüllungsverfahren für den Schutz des gespleißten Teils von optischen Fasern vorgesehen, und zwar unter Verwendung der folgenden Schritte:
  • 1. Vorsehen einer Schutzumhüllung mit einem Schrumpfschlauch, der in Radialrichtung schrumpfen kann, eine sich erstreckende Anordnungsform eines heiß-schmelzenden Klebemittels, angeordnet auf der Innenseite des Schrumpfschlauchs und ein elektrisches Widerstandselement, welches an der Innenseite des Schrumpfschlauchs angeordnet ist und sich in Axialrichtung dieses Schlauchs erstreckt, um so sowohl den Schlauch als auch die sich erstreckende Anordnungsform des heiß-schmelzenden Klebemittels zu erhitzen, wobei ferner ein Raum in dem Schrumpfschlauch vorhanden ist, um den Durchtritt der optischen Faser zu gestatten,
  • 2. Anordnung der Schutzumhüllung um den durch den Raum geführten Spleißteil der optischen Fasern herum, und
  • 3. Lieferung von elektrischem Strom durch das elektrische Widerstandsheizelement, um auf diese Weise das heiß-schmelzende Klebemittel heißzuschmelzen und den durch Wärmeeinwirkung schrumpfbaren Schlauch zu schrumpfen, um so eine Verstärkungseinheit auszubilden, die den gespleißten Teil der optischen Faser und das elektrische Widerstandsheizelement umfaßt, wobei das heiß-schmelzende Klebemittel als ein Abdichtmittel innerhalb des durch Wärmeeinwirkung geschrumpften Schlauchs wirkt.
Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schutzumhüllung;
Fig. 2 einen Längsschnitt der Verstärkungseinheit, gebildet unter Verwendung der Schutzumhüllung der Fig. 1;
Fig. 3 einen Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Schutzumhüllung der Erfindung;
Fig. 4, 6 und 8 Querschnitte weiterer Ausführungsbeispiele der Schutzumhüllung gemäß der Erfindung;
Fig. 5, 7 und 9 Längsschnitte von Verstärkungseinheiten, gebildet unter Verwendung der Schutzumhüllungen der Fig. 4, 6, bzw. 8. und hergestellt gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren;
Fig. 10A einen charakteristischen Teil der Widerstandsverteilungen I und II, wobei die Ordinate den spezifischen Widerstand eines elektrischen Widerstandsheizelements darstellt, welches auf der Innenseite eines Schrumpfschlauchs angeordnet ist und sich in Längsrichtung des Schlauchs erstreckt und wobei ferner die Abszisse die Längsposition des elektrischen Widerstandselements angibt;
Fig. 10B eine perspektivische Ansicht eines elektrischen Widerstandsheizelements mit einem Überzug aus einer leitenden Paste oder mit einer durch Vakuum abgeschiedenen Metallschicht, die eine Widerstandsverteilungskennlinie ähnlich der Verteilung II gemäß Fig. 10A aufweist;
Fig. 11 einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schutzumhüllung;
Fig. 12 einen Längsschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schutzumhüllung zusammen mit einer optischen Faser mit einem zu umhüllenden Spleißteil;
Fig. 13 einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Schutzpackung der Erfindung;
Fig. 14 einen Längsschnitt einer Verstärkungseinheit, gebildet unter Verwendung der Schutzumhüllung der Fig. 13 unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 15, 16 und 17 Querschnitte von elektrischen Widerstandsheizelementen, die in den Beispielen 12 bzw. 13 bzw. 15 verwendet wurden;
Fig. 18 eine perspektivische Ansicht des elektrischen Widerstandsheizelements gemäß Beispiel 15;
Fig. 19 eine graphische Darstellung des Übertragungsverlustanstiegs (dB/Spleißteil), abhängig von der Temperaturabnahme der Spleißumhüllung, und zwar für ein starres elektrisches Widerstandsheizelement, verglichen mit einem flexiblen elektrischen Widerstandsheizelement;
Fig. 20 eine graphische Darstellung der Temperaturerhöhungen an den Umhüllungs-Zwischenflächen, die intern durch das elektrische Widerstandsheizelement erhitzt sind;
Fig. 21A und 21B Querschnitts- und Längsschnitt-Ansichten einer Schutzumhüllung der Erfindung sowie einer optischen Faser mit einem zu umhüllenden gespleißten Teil;
Fig. 22 A und 22B Quer- und Längsschnitte einer Struktur einer verstärkten Einheit, gebildet durch die Anordnung der Fig. 21A und 21B nach Widerstandserhitzung;
Fig. 23 und 24 Querschnitte von zwei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung zusammen mit einer optischen Faser;
Fig. 25A bzw. 25B Quer- bzw. Längsschnitte von einem weiteren Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schutzumhüllung, und zwar zusammen mit einer zu umhüllenden optischen Faser, die ein Spleißteil aufweist;
Fig. 26A bzw. 26B Quer- bzw. Längsschnitte einer Verstärkungseinheit, umhüllt unter Verwendung der Schutzumhüllung gemäß den Fig. 25A und 25B.
Im folgenden seien bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Die folgenden Beispiele sollen nicht einschränkend verstanden werden.
Beispiel 1
Fig. 1 zeigt den Querschnitt einer erfindungsgemäßen Schutzpackung die im folgenden auch Schutzumhüllung genannt wird. Fig. 2 ist der Längsschnitt einer Verstärkungseinheit, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgebildet wurde, und zwar unter Verwendung der Schutzpackung der Fig. 1.
Die Schutzpackung besteht aus einem durch Wärme schrumpfbaren Rohr oder Schlauch (Schrumpfschlauch) 1, der in der Lage ist, beim Erhitzen in Radialrichtung zu schrumpfen. Ferner ist eine Schicht oder Lage 2 aus einem heiß-schmelzenden Klebemittel vorgesehen, welches auf der Innenoberfläche des Schrumpfschlauchs 1 als Überzug aufgebracht ist; schließlich ist noch ein Stab aus einem elektrischen Widerstandsheizelement 4 vorgesehen, und zwar darum herum überzogen mit einer Schicht oder Lage 3 aus einem heiß-schmelzenden Klebemittel, und eingesetzt in einen durch die zylindrische Klebemittellage 2 vorgesehenen Raum 5. Das elektrische Widerstandsheizelement 4 erstreckt sich in Axialrichtung in dem durch Wärme schrumpfbaren Schlauch 1, so daß es in der Lage ist, sowohl den durch Wärme schrumpfbaren Schlauch 1 als auch die heiß-schmelzenden Klebelagen 2 und 3 zu erhitzen. Die Schutzumhüllung sieht den Raum 5 vor, durch den hindurch eine optische Faser geleitet werden kann.
Die Schutzumhüllungs- oder Verstärkungs-Verfahren gemäß der Erfindung unter Verwendung der obigen Schutzumhüllung laufen wie folgt ab. Durch den Raum 5 der Schutzumhüllung wird eine optische Faser vor der Schmelzverbindung von zwei optischen Fasern geleitet, wobei die Endteile der Fasern von den Kunststoffüberzügen befreit sind, um so die optischen Fasern 6 freizulegen; die Anordnung der Schutzumhüllung erfolgt derart um den schmelz-verbundenen oder schmelz-gespleißten Teil der optischen Faser herum, daß Teile der Kunststoffüberzüge 7 benachbart zu den beiden Enden der losen Faserteile 6 abgedeckt sind. Wenn ein elektrischer Strom durch das elektrische Widerstandsheizelement 4 geleitet wird, so wird der durch Wärme schrumpfbare Schlauch 1 wärmeaufgeschrumpft, und die heiß-schmelzenden Klebelagen 2 und 3 werden geschmolzen, um mit dem fusions-gespleißten Teil der optischen Faser verbunden zu werden. Auf diese Weise wird die in Fig. 2 gezeigte Verstärkungseinheit gebildet, die den gespleißten Teil der optischen Faser und das elektrische Widerstandsheizelement 4 umfaßt, und zwar wirkt dabei das heiß-schmelzende Klebemittel als eine Art Abdichtmittel innerhalb des durch Wärme aufgeschrumpften Schlauchs 1.
Da gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren das Schrumpfen des durch Wärmeeinwirkung aufschrumpfbaren Schlauchs in dessen Radialrichtung, was die Integration der Schutzumhüllungsanordnung mit dem gespleißten Teil der optischen Faser ermöglicht, nur durch das Hindurchleiten des elektrischen Stroms durch das elektrische Widerstandselement zur Bewirkung der internen Erhitzung hervorgerufen wird, kann die Verstärkung des gespleißten Teils einer optischen Faser leicht und in sicherer Weise in einer kurzen Zeitperiode ausgeführt werden, ohne daß irgendeine externe Heizvorrichtung wie bei den konventionellen Verfahren benutzt werden muß. Durch die Verwendung dieses elektrischen Widerstandsheizelements 4 mit einem hohen Elastizitätsmodul kann dieses auch als ein Verstärkungsmaterial dienen, wobei die Festigkeit des verstärkten gespleißten Teils der optischen Faser stark verbessert wird, so daß die gespleißte optische Faser kaum zerbrochen werden kann. Infolge des geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des elektrischen Widerstandsheizelements 4 werden Ausdehnung und Zusammenziehung infolge der Temperaturänderung des durch Wärme schrumpfenden Schlauchs 1 und der heiß-schmelzenden Klebelage 2 derart minimiert, daß die auf die bloße Faser ausgeübte Beanspruchung derart vermindert werden kann, daß der Übertragungsverlust der bloßen Faser klein gehalten wird, wobei ferner das Brechen der bloßen Faser im wesentlichen unterdrückt wird. Ferner befestigen die heiß-schmelzenden Klebelagen 2 und 3 den Verstärkungsteil der bloßen Faser derart fest, daß das Vorstehen der bloßen Faser und der Aufbau von Torsionsbeanspruchungen an der bloßen Faser verhindert werden kann, was ebenfalls zur Verhinderung des Brechens der bloßen Faser beiträgt.
Beispiel 2
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Schutzumhüllung, die in diesem Beispiel Verwendung findet. Die Schutzumhüllung besteht aus einem durch Wärme schrumpfbaren Schlauch oder Rohr 1, einer Lage 2 aus einem heiß-schmelzenden Klebemittel, aufgebracht als Überzug auf der Innenoberfläche des Rohrs 1, und schließlich aus einer Vielzahl von Drähten eines elektrischen Widerstandsheizelements 8, wobei diese Drähte sich in Längsrichtung des Schlauchs erstreckend angeordnet sind und mit einem gegebenen Intervall in der zylindrischen Lage 2 aus dem heiß-schmelzenden Klebemittel eingebettet sind. Das elektrische Widerstandsheizelement 8 war in dieser Anordnung in der Lage, sowohl das durch Wärme schrumpfbare Rohr 1 als auch die heiß- schmelzende Klebelage 2, die einen Raum 9 für den Durchgang einer optischen Faser bildet, zu erhitzen.
Die Schutzumhüllung des fusions-gespleißten Teils der optischen Faser erfolgte unter Verwendung der obenerwähnten Schutzumhüllung im wesentlichen wie dies gemäß Beispiel 1 beschrieben wurde.
Wie beim eben erläuterten Beispiel 1 erkennt man auch bei diesem Beispiel, daß erfindungsgemäß die Schutzumhüllung leicht und sicher in einer kurzen Zeitperiode ohne externe Heizvorrichtung durchgeführt werden kann. Erfindungsgemäß kann durch die Verwendung eines elektrischen Widerstandsheizelements mit einem hohen Elastizitätsmodul und einem geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und durch die Verwendung eines heiß-schmelzenden Klebemittels mit einem hohen Elastizitätsmodul und einer guten Adhäsion an der blanken Faser und an dem Plastiküberzug darauf, wie auch an dem elektrischen Widerstandsheizelement, eine außerordentlich zuverlässige Verstärkungseinheit ausgebildet werden, die in vorteilhafter Weise das Brechen der bloßen Faser verhindert und nur einen geringen Anstieg des Übertragungsverlusts der optischen Faser hervorruft.
Beispiel 3
Fig. 4 zeigt eine Querschnittsansicht einer Schutzumhüllung gemäß der Erfindung, die in diesem Beispiel Verwendung fand. Fig. 5 ist der Längsschnitt einer Verstärkungseinheit, gebildet unter Verwendung der Schutzumhüllung gemäß Fig. 4 und aufgebracht gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Die Schutzumhüllung besteht aus einem Schrumpfschlauch 21, der in Radialrichtung beim Erhitzen aufschrumpfbar ist, und ferner aus einem Schlauch oder Rohr 22 aus einem heiß-schmelzenden Klebemittel, angeordnet auf der Innenseite des durch Wärme schrumpfbaren Schlauchs 21, und schließlich aus einer Stange eines elektrischen Widerstandsheizelements 23, angeordnet benachbart zwischen den Rohren bzw. Schläuchen 21 und 22 und sich in Axialrichtung der Rohre 21 und 22 erstreckend. Das auf diese Weise angeordnete elektrische Widerstandsheizelement 23 war in der Lage sowohl den durch Wärme aufschrumpfbaren Schlauch 21 als auch den Heiß-Schmelz-Klebemittelschlauch 22 zu erhitzen, wobei letzterer einen Raum 24 besitzt, durch den eine optische Faser hindurchgeführt werden kann.
Der durch Wärme aufschrumpfbare Schlauch 21 besteht aus Polyäthylen und besaß eine Länge von 6 cm sowie einen Innendurchmesser von 2,5 mm und eine Radialdicke von 0,2 mm. Das Wärmeschrumpfen des Rohrs oder Schlauchs 21 betrug 50%. Der heiß-schmelzende Klebemittelschlauch 22 bestand aus einem mit Acrylsäure gepfropften Produkt aus Äthylen-Äthylacrylat Copolymer (Acrylsäuregehalt: 0,3%) und hatte eine Länge von 6 cm, einen Außendurchmesser von 1,6 mm und eine Dicke von 0,2 mm. Das elektrische Widerstandsheizelement 23 war ein Nichromdraht mit einem Durchmesser von 0,07 mm und einer Länge von 10 cm.
Unter Bezugnahme auf Fig. 5 wird das Verfahren zur Anbringung der Schutzumhüllung beschrieben.
Eine optische Faser mit einem Durchmesser von annähernd 0,9 mm wurde durch den Raum 24 der Schutzumhüllung der Fig. 4 geführt und aus der Schmelzzone heraus bewegt. Die optische Faser und eine weitere optische Faser mit freigelegten Endteilen, d. h. entfernten Kunststoffüberzügen 26, 27 und 28 zur Freilage der bloßen Fasern 25 mit einem Durchmesser von 125 µm wurden in eine End-zu-End-Position fusions-gespleißt oder schmelzverbunden. Die Schutzumhüllung, durch deren Raum 24 die optische Faser vor dem oben beschriebenen Schmelzspleißvorgang geführt wurde, wurde sodann um den schmelz-gespleißten Teil 25 A der optischen Faser herum angeordnet, um so die Teile der Kunststoffüberzüge 26, 27 und 28 benachbart zu beiden Enden des bloßen Faserkernteils abzudecken, wobei darauf hingewiesen sei, daß die Kunststoffüberzüge aus einem primären Silikonüberzug 26, einem Silikonpufferüberzug 27 und einem sekundären Polyamidüberzug 28 bestehen können. Wenn eine Gleichspannung von 10 Volt an das elektrische Widerstandsheizelement 23 angelegt wurde, so schrumpfte der durch Wärmeeinwirkung schrumpfbare Schlauch 22 in seiner Radialrichtung, während das heiß-schmelzende Klebemittelrohr 22 zur Bildung einer Klebelage 22′ geschmolzen wurde. Auf diese Weise wurde die in Fig. 5 gezeigte gepackte oder verstärkte Einheit in einer kurzen Zeitperiode von 1 bis 3 Minuten ausgebildet, wobei die Einheit den gespleißten Teil der optischen Faser und das elektrische Widerstandsheizelement 23 aufweist, und wobei ferner der heiß-geschmolzene Kleber 22′ als eine Art Dichtmittel innerhalb des durch Wärme geschrumpften Rohrs 21 wirkt.
Der gespleißte Teil der optischen Faser ist somit gemäß der Erfindung umhüllt und zusammengepackt (verstärkte Einheit) und besitzt die ausgezeichneten unten erwähnten Eigenschaften:
  • 1. Infolge der hohen Zugfestigkeit des elektrischen Widerstandsheizelements, welches sich in Längsrichtung in der Schutzumhüllung erstreckt, beträgt die Zugfestigkeit des gespleißten Teils bis zu 2 kg.
  • 2. Der Übertragungsverlust der optischen Faser, hervorgerufen durch diese Schutzumhüllung, war weniger als 0,01 dB pro gespleißtem Teil.
  • 3. Infolge der geringen bei Temperaturänderung auftretenden Ausdehnung und Zusammenziehung des elektrischen Widerstandsheizelements 23, angeordnet in Längsrichtung der Schutzumhüllung, war die Temperaturabhängigkeit des Übertragungsverlustes des auf die beschriebene Weise umhüllten und verstärkten optischen Faserspleißteils kleiner als 0,03 dB pro gespleißtem Teil innerhalb des Bereichs von -20 bis +60°C.
  • 4. Ein Herausstehen und Herausragen des optischen Faserkerns 25 infolge Temperaturänderung wurde in substantieller Weise verhindert. Selbst nach 30 Zyklen eines Heizzyklustests (-20°C bis +60°C, 6 Stunden pro Zyklus) trat nur geringes Brechen der optischen Faser auf, und die Übertragungsverluständerung war weniger als 0,04 dB pro gespleißtem Teil.
  • 5. Nicht nur nach einem 30tägigen Lagerungstest bei einer hohen Temperatur von 80°C, sondern auch nach einem 30tägigen Lagerungstest bei einer hohen Temperatur von 85°C sowie einer hohen relativen Feuchtigkeit von 85% war die Übertragungsverluständerung der optischen Faser kleiner als 0,04 dB pro gespleißtem Teil.
  • 6. Infolge der vollständigen Vereinigung des gespleißten Teils der optischen Faser mit dem heiß-schmelzenden Klebemittel wird die Fortpflanzung der Verdrehung oder Biegung der optischen Faser durch eine externe Kraft im wesentlichen verhindert, so daß ein Brechen der optischen Faser praktisch unmöglich wird.
Hinsichtlich dieses Beispiels und auch der folgenden Beispiele 4 bis 9 sei darauf hingewiesen, daß die Materialien für die hier beschriebene Schutzumhüllung und die Eigenschaften der gebildeten Schutzpackungseinheit in Tabelle 1 angegeben sind.
Beispiel 4
Fig. 6 zeigt den Querschnitt einer Schutzumhüllung gemäß der Erfindung und wurde in diesem Beispiel verwendet. Der einzige Unterschied zwischen der Schutzumhüllung der Fig. 4 und der Schutzumhüllung der Fig. 6, bestand darin, daß letztere eine Vielzahl (vier in Fig. 6, aber nicht notwendigerweise vier) von Drähten des elektrischen Widerstandsheizelements aufwies. Fig. 7 ist ein Längsschnitt Querschnittseinheit, gebildet durch Verwendung der Schutzumhüllung der Fig. 6 gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren. Der gespleißte Teil der optischen Faser, verstärkt gemäß diesem Beispiel in der gleichen Weise wie bei Beispiel 3 (Packungseinheit) hatte ausgezeichnete Eigenschaften, vgl. Tabelle 1.
Beispiel 5
Eine Schutzumhüllung mit der gleichen Struktur wie die Schutzumhüllung gemäß Beispiel 3, aber unter Verwendung unterschiedlicher Materialien wird in diesem Beispiel verwendet. Als elektrisches Widerstandselement 23 wurde anstelle von Nichromdraht 10 cm ein Kohlenstoffasergarn aus 6000 Fasern verwendet. Ein Äthylen-Propylen-Copolymer wurde anstelle des Polyäthylens als Material für den wärmeschrumpfbaren Schlauch 21 verwendet. Anstelle des Acrylsäure-gepfropften Produkts aus Äthylen-Äthylacrylat-Copolymer wurde Polyamid 12 als Material für den heiß-schmelzenden Klebemittelschlauch 21 verwendet.
Im wesentlichen die gleichen Verfahrensschritte wie bei Beispiel 3 wurden wiederholt, um den gespleißten Teil einer optischen Faser zu verstärken. Die Verstärkungseinheit zeigte ausgezeichnete Eigenschaften gemäß Tabelle 1.
Beispiel 6
Fig. 8 ist der Querschnitt einer Schutzumhüllung gemäß der Erfindung, wie sie in diesem Beispiel Verwendung fand. Fig. 9 ist der Längsschnitt einer Verstärkungseinheit, gebildet unter Verwendung der Schutzumhüllung der Fig. 8 gemäß der Erfindung.
Die Schutzumhüllung der Fig. 8 hatte im wesentlichen die gleiche Struktur wie die Schutzumhüllung der Fig. 6 mit der Ausnahme, daß die Drähte des elektrischen Widerstandselements 23 angeordnet zwischen den Schläuchen oder Rohren 21, 22 Lagen 32 aus einem heiß- schmelzenden Klebemittel als Überzug darauf aufwiesen.
Der wärmeschrumpfbare Schlauch 21 bestand aus Polyäthylen und hatte eine Länge von 6 cm, einen Innendurchmesser von 2,5 mm und eine Dicke von 0,2 mm. Die Wärmeschrumpfung des Schlauchs 21 betrug 50%. Der Schlauch 22 und die Lagen 32 des heiß-schmelzenden Klebemittels bestanden aus Polyamid 12 (getrocknet). Der Schlauch 22 hatte eine Länge von 6 cm, einen Außendurchmesser von 1,6 mm und eine Dicke von 0,2 mm. Die Lagen 32 hatten eine Dicke von ungefähr 0,2 mm. Eine Länge von 10 cm eines Kohlenstoffasergarns aus 6000 Fasern wurde als elektrisches Widerstandsheizelement 23 verwendet, und zwar mit dem obenerwähnten heiß-schmelzenden Klebemittel mittels eines Drahtüberzuggeräts überzogen.
Im wesentlichen das gleiche Verfahren wie beim Beispiel 3 wurde verwendet mit der Ausnahme, daß eine Gleichspannung von 4 Volt an beide Enden des elektrischen Widerstandsheizelements 23 angelegt wurde; die erwähnten wiederholten Schritte dienten zur Verstärkung des Spleißteils einer optischen Faser. Eine Verstärkungseinheit, wie in Fig. 9 gezeigt, wurde innerhalb einer kurzen Zeitperiode von 30 bis 60 Sekunden hergestellt.
Der gespleißte Teil der optischen Faser, die auf diese Weise zu einer Packung oder Verstärkungseinheit zusammengefaßt wurde, hatte ausgezeichnete Eigenschaften gemäß Tabelle 1. Beim Zugfestigkeitstest trat der Bruch in einem anderen Teil als dem verstärkten Spleißteil der optischen Faser auf. Selbst nach dem Wärmezyklustest ergab sich kein Brechen der optischen Faser.
Beispiel 7
bezieht sich auf eine Schutzumhüllung, die sich von der Schutzumhüllung der Fig. 8 lediglich dadurch unterscheidet, daß die Drähte (Kohlenstoffasergarn) des elektrischen Widerstandsheizelements längs der zylindrischen Innenoberfläche des heiß-schmelzenden Klebeschlauchs angeordnet waren, und nicht zwischen dem wärmeschrumpfbaren Schlauch und dem heiß-schmelzenden Klebemittelschlauch wie beim Beispiel 6.
Es wurden im wesentlichen die gleichen Verfahrensschritte wie beim Beispiel 6 wiederholt, um den gespleißten Teil einer optischen Faser zu verstärken. Die auf diese Weise gebildete Verstärkungseinheit zeigte ausgezeichnete in Tabelle 1 angegebene Eigenschaften.
Beispiel 8
unterscheidet sich von der Schutzumhüllung der Fig. 8, verwendet in Beispiel 6, nur dadurch, daß ein Polyamid 6 - Polyamid 12 Copolymer (getrocknet) anstelle von Polyamid 12 als das Material für das heiß-schmelzende Klebemittel verwendet wurde.
Der gespleißte Teil einer optischen Faser ist bei diesem Beispiel in der gleichen Weise wie beim Beispiel 6 zu einer Packung oder Verstärkungseinheit zusammengefaßt und wies die ausgezeichneten in Tabelle 1 angegebenen Eigenschaften auf.
Beispiel 9
sieht eine Schutzumhüllung vor, die sich von der Schutzumhüllung gemäß Fig. 8, verwendet im Beispiel 6, nur dadurch unterscheidet, daß ein Äthylen- Vinylacetat-Copolymer anstelle von Polyamid 12 als das Material für das heiß-schmelzende Klebemittel verwendet wurde.
Der gespleißte Teil einer optischen Faser wurde gemäß diesem Beispiel in der gleichen Weise wie bei Beispiel 6 zu einer Packung (Verstärkungseinheit) zusammengefaßt und wies ausgezeichnete in Tabelle 1 angegebene Eigenschaften auf.
Gemäß der Erfindung kann, wie Beispiel 1 zeigt und sich auch aus den Beispielen 3 bis 9 ergibt, die Schutzumhüllung leicht und sicher in einer kurzen Zeitperiode ohne Verwendung irgendeiner externen Heizvorrichtung ausgeführt werden. Erfindungsgemäß wird durch die Verwendung eines elektrischen Widerstandsheizelements mit einem hohen Young'schen Modul und einem niedrigen linearen Ausdehnungskoeffizienten eine außerordentlich zuverlässige Verstärkungseinheit ausgebildet, die in vorteilhafter Weise wenig zum Brechen des optischen Faserkerns führt und auch eine verminderte Änderung des Übertragungsverlustes der optischen Faser zur Folge hat.
Bei den vorausgegangenen Beispielen besteht jedoch die Befürchtung, daß nach der Integration durch die Wärme Blasen innerhalb des durch Wärme aufschrumpfbaren Schlauchs verbleiben; diese Befürchtung führt zu einer gewissen Wahrscheinlichkeit eines Bruchs der optischen Faser, und zwar infolge der geringen Möglichkeit des Vorstehens des optischen Faserkerns in das Blasengebiet bei Temperaturänderung.
Infolge der obigen Erläuterungen hat das elektrische Widerstandsheizelement eine Widerstandskennlinienverteilung I oder II gemäß Fig. 10A, um vorzugsweise gemäß der Erfindung Verwendung zu finden. Insbesondere besitzt ein derartiges elektrisches Widerstandsheizelement einen höheren Widerstand in seinem Mittelteil und einen niedrigeren Widerstand an seinen beiden Endteilen, und zwar entsprechend den Endteilen des durch Wärme aufschrumpfbaren Schlauchs. Wenn ein elektrischer Strom durch das elektrische Widerstandsheizelement geleitet wird, so steigt die Temperatur im Mittelteil des Heizelements schnell an, um schnell die Mittelteile des durch Wärmeeinwirkung aufschrumpfenden Schlauchs und das heiß-schmelzende Klebemittelrohr zu erhitzen, während die Endteile des Heizelements sich langsam erwärmen und demzufolge auch die Endteile der Rohre oder Schläuche langsam erwärmen, wodurch das Wärmeschrumpfen des wärmeschrumpfbaren Schlauchs und das Schmelzen des heiß-schmelzenden Klebemittelschlauchs von den Mittelteilen her zu den Endteilen entwickelt wird, um dadurch in einfacher Weise die Blasen, gebildet beim Schmelzen des heiß-schmelzenden Klebemittels, aus der Verstärkungseinheit herauszuquetschen oder zu entfernen, und zwar durch den sich von der Mitte zu den Enden hin entwickelnden Schrumpfdruck.
Derartige Kennlinienwiderstandsverteilungen in Axialrichtung gemäß Fig. 10A können beispielsweise dadurch vorgesehen werden, daß man nur oder vorzugsweise die Endteile einer elektrischen Widerstandsheizelementbasis mit einer leitenden Paste mit niedrigerem Widerstandswert überzieht, als dies für die Heizelemente gilt, und zwar kann beispielsweise eine Silberpaste, eine Aluminiumpaste, eine Kupferpaste oder eine Nickelpaste verwendet werden, oder aber es kann durch Vakuumabscheidung ein Metall aufgebracht werden, wie beispielsweise Gold oder Aluminium, und zwar nur oder vorzugsweise an den Endteilen eines Basisheizelements. Die Widerstandsverteilungskennlinie I gemäß der ausgezogenen Linie in Fig. 10A kann beispielsweise dadurch ausgebildet werden, daß man den Überzug aus der leitenden Paste oder die Metallvakuumabscheidung nur auf den Endteilen (beispielsweise über der 50 cm langen Zone, benachbart zu den Enden) auf dem Basisheizelement vorsieht, wobei der zentrale Teil in Takt verbleibt. Die durch die gestrichelte Linie gemäß Fig. 19A gebildete Widerstandsverteilung II kann beispielsweise dadurch bewirkt werden, daß man den leitenden Pastenüberzug mit einer kontinuierlichen Abnahme der Überzugsdicke von den Enden zur Mitte hin vorsieht. Charakteristische Widerstandsverteilungen ähnlich der Kennlinienwiderstandsverteilung II können jeweils wie folgt ausgebildet werden: durch Vorsehen eines leitenden Pastenüberzugs mit einer Vielzahl von leitenden Pasten mit unterschiedlichem Gehalt an leitendem Material, und als Überzug aufgebracht derart, daß der Gehalt an leitendem Material von den Endteilen zu den Mittelteilen verringert wird oder Vorsehen des leitenden Pastenüberzugs oder der Vakuummetallabscheidung derart, daß sich ein elektrisches Widerstandsheizelement gemäß Fig. 10B bildet, welches aus einem Basisheizelement 36 und einem darauf vorgesehenen leitenden Teil besteht.
Fig. 11 zeigt den Längsschnitt einer Schutzumhüllung mit einem elektrischen Widerstandsheizelement mit einer charakteristischen Widerstandsverteilung, ähnlich der Verteilung II gemäß Fig. 10A. Speziell weist die Schutzumhüllung einen unter Wärmeeinwirkung schrumpfbaren Schlauch 41 auf, der beim Erhitzen in Radialrichtung schrumpft, und ferner ist ein Schlauch oder Rohr 42 aus einem heiß-schmelzenden Klebemittel auf der Innenseite des Schlauchs 41 angeordnet, und schließlich sind eine Vielzahl von Stäben aus einem elektrischen Widerstand des Heizelements 34 zwischen den Schläuchen 41 und 42 angeordnet und erstrecken sich in Axialrichtung der Schläuche, und zwar angeordnet längs der zylindrischen Innenoberfläche des durch Wärmeeinwirkung schrumpfenden Schlauchs. Die Stäbe 43 besitzen unterschiedliche Zonen oder Gebiete, wo die leitende Paste 44 als Überzug mit Verteilungen gemäß Fig. 11 aufgebracht ist. Die Stäbe des elektrischen Widerstandsheizelements 43 können mit dem heiß-schmelzenden Klebemittel imprägniert oder überzogen sein. Eine optische Faser kann durch den auf der Innenseite des Schlauches 42 vorgesehenen Raum 40 hindurchgeführt werden.
Fig. 12 zeigt den Längsschnitt einer Schutzumhüllung mit einem elektrischen Widerstandsheizelement, das eine charakteristische Widerstands-Widerstandsverteilung im wesentlichen identisch zur Verteilung I der Fig. 10A aufweist. Das elektrische Widerstandsheizelement 43 besteht aus einer Vielzahl von mit einer leitenden Paste 44 überzogenen Stäben, wie dies in Fig. 12 dargestellt ist. Die Stäbe des Heizelements besitzen heiß-schmelzende Klebemittellagen 45, die als Überzug auf der zylindrischen Außenoberfläche derselben aufgebracht sind. Die Stäbe des Heizelements sind zwischen den Rohren bzw. Schläuchen 41 und 42 in der in Fig. 11 beschriebenen Weise angeordnet und erstrecken sich in Axialrichtung der Rohre.
Im folgenden werden unter Bezugnahme auf Fig. 12 das erfindungsgemäße Schutzumhüllungsverfahren unter Verwendung einer Schutzumhüllung der obenbeschriebenen Art erläutert.
Eine optische Faser wird durch den Raum 40 der Schutzumhüllung geführt und von der Schmelz- oder Fusionszone wegbewegt. Die optische Faser und eine weitere optische Faser werden an ihren Endteilen von den Kunststoffüberzügen 48 freigelegt, um ihre Faserkerne 47 freizulegen, die durch Schmelzen verbunden werden (Fusionsspleißvorgang). Die Schutzumhüllung, durch deren Raum 40 die optische Faser vor dem obenbeschriebenen Schmelzspleißvorgang hindurchbewegt wurde, wird sodann derart um den schmelz- verbundenen oder schmelz-gespleißten Teil 47 A der optischen Faser herum angeordnet, daß der bloße Faserkern 47 sowie Teile der Kunststoffüberzüge 48 abgedeckt werden, die benachbart zu den beiden Enden des bloßen Faserkernteils liegen.
Beide Enden des elektrischen Widerstandsheizelements 43 werden elektrisch mit einer Konstantspannungsquelle wie beispielsweise einer Speicherbatterie oder Trockenzelle (in Fig. 12 nicht gezeigt) verbunden. Nach dem Durchgang der Elektrizität erzeugt das elektrische Widerstandsheizelement 43 Wärme, was die Temperatur des durch Wärmeeinwirkung schrumpfenden Schlauchs 41 und auch die Temperatur der heiß-schmelzenden Klebemittellagen 45 sowie das Rohr 42 schnell in den Mittelteilen und langsam an deren Endteilen erwärmt. Demgemäß entwickelt sich die Wärmeschrumpfung des durch Wärmeeinwirkung schrumpfenden Schlauchs 41 in Radialrichtung vom Mittelteil aus zu den Endteilen des Schlauches 41 hin, während gleichzeitig das Schmelzen der heiß-schmelzenden Klebemittellagen 45 und des Rohrs 42, ausgehend vom Mittelteil zu den Endteilen eintritt, um so eine Klebelage zu bilden, die vollständig die bloße Faser 47 umgibt, daran anhaftet und diese festlegt. Auf diese Weise wird eine Verstärkungseinheit gebildet, die den gespleißten Teil der optischen Faser und das elektrische Widerstandsheizelement aufweist, wobei das heiß-schmelzende Klebemittel als eine Art Abdichtmittel innerhalb des durch Wärmeeinwirkung geschrumpften Schlauchs wirkt. Die Entwicklung der Wärmeschrumpfung des durch Wärmeeinwirkung schrumpfenden Schlauchs 41 von der Mitte her zu den Enden hin ermöglicht, daß die Restblasen, die zwischen der bloßen optischen Faser 47, dem heiß-schmelzenden Klebemittelschlauch 42, dem elektrischen Widerstandsheizelement 43 und dem unter Wärmeeinwirkung schrumpfenden Rohr 41 gebildet werden, im wesentlichen vollständig aus der Verstärkungseinheit entfernt werden.
Wenn ein flexibles elektrisches Widerstandsheizelement in einer Schutzumhüllung der obenbeschriebenen Art verwendet wird, so tritt eine relativ große Schrumpfung und Biegung des durch Wärmeeinwirkung geschrumpften Schlauchs und einer aus heiß-schmelzendem Klebemittel bestehenden Lage als den Verstärkungsmaterialien während des Verlaufs der Abkühlung der sich ergebenden Verstärkungseinheit auf, und selbst dann, wenn niedrige Temperaturen unterhalb 23°C vorliegen. Das Auftreten eines derartigen Schrumpfens und Biegens kann manchmal eine Mikrobiegung der optischen Faser zur Folge haben, was zu einem erhöhten Übertragungsverlust einer optischen Faser und/oder zum Bruch der Faser führt. Wenn ein anderes Harz als Polyamid-Materialien als das Material für das heiß-schmelzende Klebemittel verwendet wird, so kann eine ausreichende Adhäsion oder Anhaftung der sekundären Polyamid-Kunststofflage an der optischen Faser nicht erhalten werden, was zu einer größeren Wahrscheinlichkeit des optischen Faserbruchs dann führt, wenn Zug-Beanspruchung auf die Verstärkungseinheit ausgeübt wird. Wenn ein Polyamid-Harz verwendet wird, so kann eine ausreichende Adhäsion oder Anhaftung an der sekundären Polyamid-Lage der optischen Faser dadurch erhalten werden, aber es entsteht die Möglichkeit der Blasenbildung im Harz aus der im Polyamid-Harz enthaltenen Feuchtigkeit, weil das Polyamid-Harz eine hohe Feuchtigkeitsabsorption während des Laufs der Widerstandserhitzung besitzt. Eine derartige Möglichkeit kann die Befürchtung hervorrufen, daß eine optische Faserübertragungsverluständerung und ein Herausbrechen infolge Temperaturänderung auftritt.
Im Hinblick auf obige Ausführungen kann als das elektrische Widerstandsheizelement ein starres Widerstandsmaterial mit einer hohen Biegefestigkeit, einem hohen Biegeelastizitätsmodul und einem niedrigen linearen Ausdehnungskoeffizienten, als das elektrische Widerstandselement mit Vorteil verwendet werden, und eine Polyamid-Ionomerharzzusammensetzung mit einer niedrigen Wasserabsorption bei Sättigung kann in vorteilhafter Weise als das heiß-schmelzende Klebemittel verwendet werden, um so die Schutzumhüllung zu bilden, wobei eine Mikrobiegung der optischen Faser während des Abkühlens und bei niedrigen Temperaturen im wesentlichen verhindert wird und wobei ferner die optische Faserübertragungsverluständerung und das Vorsprungbrechen infolge Temperaturänderungen gut unterdrückt werden kann.
Beispiel 10
Fig. 13 zeigt einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Schutzumhüllung, die in diesem Beispiel verwendet wurde. Fig. 14 ist ein Längsschnitt einer Verstärkungseinheit, gebildet durch Verwendung der Umhüllungsanordnung der Fig. 13 gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Die Schutzumhüllung besteht aus einem durch Wärme schrumpfbaren Rohr 51, welches in Radialrichtung bei Erwärmung schrumpft, einem Rohr 52 aus einem heiß-schmelzbaren Klebemittel, angeordnet an der Innenseite des Rohrs 51, und einer Stange eines elektrischen Widerstandsheizelements 53, angeordnet benachbart zwischen den Rohren 51 und 52 und sich in Axialrichtung der Rohre erstreckend. Das derart angeordnete elektrische Widerstandsheizelement 53 war in der Lage sowohl das durch Wärmeeinwirkung schrumpfbare Rohr 51 als auch das heiß-schmelzende Klebemittelrohr 52 zu erhitzen, wobei letzteres einen Raum 54 aufwies, durch den eine optische Faser hindurchgeleitet werden kann.
Das wärmeschrumpfbare Rohr 51 war ein Polyäthylenrohr mit einer Länge von 50 mm, einem Innendurchmesser von 3,2 mm, einer Radialdicke von 0,25 mm und einer Wärmeschrumpfung von 50%. Das heiß-schmelzende Klebemittelrohr 52 war aus einer Harzzusammensetzung, bestehend aus 15 Gew.-% Polyamid 12 und 85 Gew.-% eines Ionomers und besaß eine Länge von 50 mm, einen Außendurchmesser von 1,9 mm und eine Dicke von 0,2 mm. Das elektrische Widerstandsheizelement 53 bestand aus einer Kohlenstoff-Kohlenstoff- Faserzusammensetzung mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von im wesentlichen null und wies 24 000 Fasern aus Kohlenstoffaser, eingebettet in einer Kohlenstoffmatrix, auf, und eine Lage 53′ aus einer leitenden Ag-Paste war als Überzug auf sowohl den 10 mm langen Endteilen der Zusammensetzung aufgebracht, wo der elektrische Widerstandswert des Heizelements 53 derart abgesenkt war, daß die Wärmeerzeugung in den 10 mm langen Endteilen beim Durchgang von Elektrizität soweit begrenzt wurde, daß die Wärmeschrumpfung des wärmeschrumpfbaren Rohrs sich von der Mitte zu den Enden hin entwickeln konnte, um so die Entfernung der Blasen zu erleichtern. Die Kohlenstoff-Kohlenstoff- Faserzusammensetzung hatte eine Länge von 60 mm und einen Durchmesser von 1,8 mm. Die hier verwendete Kohlenstoff-Kohlenstoff- Faserzusammensetzung war hergestellt durch Imprägnierung eines Garnbündels aus Kohlenstoffaserfilamenten mit einem Harz wie beispielsweise einem Furfurylalkohol-Harz oder einem Phenol-Harz und Erhitzung des Bündels in einer inerten Atmosphäre, wie beispielsweise Argongas bei 800 bis 1000°C zur Carbonisierung des Harzes, wobei die Imprägnierung und Carbonisierung wiederholt wurden.
Die erfindungsgemäßen Umhüllungsverfahren unter Verwendung der obenerwähnten Schutzumhüllungsanordnung werden im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 14 beschrieben.
Eine optische Faser wurde durch den Raum 54 der Schutzumhüllungsanordnung der Fig. 13 hindurchgeführt und von der Schmelz- oder Verbindungszone weg bewegt. Die optische Faser sowie eine weitere optische Faser wurden an ihren Endteilen von dem plastischen Überzug 56, 57 und 58 befreit, um so deren Faserkerne 11 freizulegen, um sodann in einer End- zu-End-Position schmelzgespleißt zu werden. Die Umhüllungsanordnung, durch deren Raum 54 die optische Faser vor dem obenbeschriebenen Schmelzspleißvorgang hindurchgeführt wurde, wurde derart um den schmelz-gespleißten Teil 55 A der optischen Faser herum angeordnet, daß die bloße Faser 55 und Teile der Kunststoffüberzüge 56, 57, 58 benachbart zu beiden Enden des bloßen Faserkernteils liegen, wobei die Kunststoffüberzüge aus einem primären Silikonüberzug 56, einem Puffersilikonüberzug 57 und einem sekundären Polyamid- Überzug 58 bestehen. Die beiden Enden des elektrischen Widerstandsheizelements 53 wurden zwischen die beiden Elektroden eines Elektrodensystems einer konstanten Gleichstromsquelle gepreßt, um elektrisch mit dem Elektrodensystem verbunden zu werden. Wenn ein Gleichstrom von 4,5 A durch das Heizelement geleitet wurde, so wurde der durch Wärmeeinwirkung schrumpfbare Schlauch 51 in seiner Radialrichtung geschrumpft, während das heiß-schmelzende Klebemittelrohr 52 geschmolzen wurde, um eine Klebelage 52′ zu bilden. Auf diese Weise wurde eine Verstärkungseinheit gemäß Fig. 14 in einer kurzen Zeitperiode von 10 bis 30 Sekunden gebildet, wobei diese Verstärkungseinheit den gespleißten Teil 55 A der optischen Faser und das elektrische Widerstandsheizelement 53 umfaßte, und zwar zusammen mit der heiß-schmelzenden Klebemittellage 52′, die etwa wie ein Dichtmittel innerhalb des durch Wärmeeinwirkung geschrumpften Rohrs 51 wirkt.
Der gespleißte Teil der optischen Faser ist somit erfindungsgemäß verstärkt (bildet eine Verstärkungseinheit) und hat die unten erwähnten ausgezeichneten Eigenschaften.
  • 1. Infolge der Verwendung des elektrischen Widerstandsheizelements 53 mit einer hohen Zugfestigkeit und einem hohen Young'schen Modul und ferner infolge der Verwendung des heiß-schmelzenden Klebemittels 52′ mit einer hinreichenden Adhäsion oder Anhaftung an der sekundären Polyamid-Lage 58 der optischen Faser, ist die Zugfestigkeit des verstärkten gespleißten Teils der optischen Faser sehr hoch und liegt bei 2,5 kg bis 3,5 kg.
  • 2. Infolge der hohen Biegefestigkeit und des hohen Biege- Elastizitätsmoduls des elektrischen Widerstandsheizelements werden Biegen und Brechen des gespleißten Teils im wesentlichen verhindert, und der Übertragungsverlust der optischen Faser infolge der Umhüllung war kleiner als 0,01 dB pro gespleißtem Teil.
    Es sei ferner darauf hingewiesen, daß dann, wenn ein Heizelement von 1 bis 2 mm Durchmesser mit einer Biegefestigkeit von weniger als 10 kg/mm2 verwendet wird, die Wahrscheinlichkeit besteht, daß das Element während der Handhabung des Elements bricht. Daher wird vorgezogen, ein Heizelement mit einer Biegefestigkeit von mindestens 10 kg/mm2 zu verwenden. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß dann, wenn der Biege-Elastizitätsmodul des Heizelements kleiner ist als 1 to/mm2, der gespleißte Teil beim Schrumpfen der Kunststoffverstärkungsmaterialien gebogen wird, d. h. des durch Wärmeeinwirkung schrumpfenden Rohrs und des heiß-schmelzenden Klebemittels, und zwar tritt dies während des Abkühlens auf, was zu einem erhöhten Übertragungsverlust der optischen Faser führt. Es ist daher vorzuziehen, ein Heizelement mit einem Biegeelastizitätsmodul von mindestens 1 to/mm2 zu verwenden.
  • 3. Infolge der kleineren Ausdehnung und Schrumpfung bei Temperaturänderung des elektrischen Widerstandsheizelements 53 als dies bei der optischen Faser, die eine bloße Faser ist, auftritt, war die Temperaturabhängigkeit des Übertragungsverlustes des verstärkten gespleißten Teils der optischen Faser kleiner als 0,02 dB pro gespleißtem Teil innerhalb des Bereichs von -40 bis +70°C.
  • 4. Das Vorstehen des optischen Faserkerns 55, welches bei einer Temperaturänderung tendentiell auftritt, wurde im wesentlichen verhindert. Selbst nach 30 Zyklen eines Wärmezyklustests (-20°C bis +60°C, 6 Stunden pro Zyklus) trat wenig Brechen bei der optischen Faser auf, und die Übertragungsverluständerung der Faser war weniger als 0,02 dB pro gespleißtem Teil.
  • 5. Nicht nur nach einem 30tägigen Lagertest bei einer hohen Temperatur von 80°C, sondern auch nach einem 30tägigen Lagertest bei einer hohen Temperatur von 60°C und einer hohen relativen Feuchtigkeit von 95% war die Übertragungsverluständerung der optischen Faser kleiner als 0,02 dB pro gespleißtem Teil.
  • 6. Infolge der vollständigen Integration des gespleißten Teils der optischen Faser mit dem heiß-schmelzenden Klebemittel wurde die Fortpflanzung der Verdrehung und Biegung der optischen Faser durch externe Kraft im wesentlichen verhindert, was auch wenig zu dem Bruch der optischen Faser beitrug.
Beispiel 11
bezog sich auf eine Schutzumhüllung, die sich von der in Fig. 13 gezeigten und in Beispiel 10 verwendeten Anordnung nur im Hinblick auf die Art des elektrischen Widerstandsheizelements unterschied. Anstelle der Stange aus einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Faserzusammensetzung wurde eine Stange aus einem gesinterten Kohlenstoffmaterial (Graphitheizelement mit einer Biegefestigkeit von 18 kg/mm2, als elektrisches Widerstandsheizelement 53 verwendet. Die gesinterte Kohlenstoffmaterialstange hat eine Länge von 60 mm und einen Durchmesser von 1,5 mm, und die Lagen aus einer leitenden Ag-Paste, aufgebracht als Überzug auf den beiden 10 mm langen Endteilen der Stange waren wie bei Beispiel 10 vorgesehen.
Im wesentlichen die gleichen Verfahrensvorgänge wie beim Beispiel 10 wurden ausgeführt mit der Ausnahme, daß die Zeit für die Bildung einer Verstärkungseinheit 10 bis 30 Sekunden betrug und zur Verstärkung der Faser wiederholt wurde. Die auf diese Weise gebildete Verstärkungseinheit hatte im wesentlichen die gleichen ausgezeichneten Eigenschaften mit Ausnahme der Daten für die Zugfestigkeit des verstärkten gespleißten Teils der optischen Faser und der Temperaturabhängigkeit des Übertragungsverlust des verstärkten gespleißten Teils der optischen Faser.
Was dieses Beispiel und auch die folgenden Beispiele 12 bis 18 anlangt, so sind die hier verwendeten Materialien der Schutzumhüllung und die Eigenschaften der Verstärkungseinheit in Tabelle 2 angegeben.
Die Beispiele 12 und 13 der Schutzumhüllung unterscheiden sich von der Anordnung gemäß Fig. 13, verwendet als Beispiel 10, nur insoferne, als eine unterschiedliche Art eines elektrischen Widerstandsheizelements verwendet wurde. Fig. 15 und 16 zeigen Querschnitte der Strukturen der in den Beispielen 12 bzw. 13 verwendeten elektrischen Widerstandsheizgrundelemente. Das in Fig. 15 gezeigte elektrische Widerstandsheizgrundelement 61 wurde durch Überziehen eines Acrylsäure-gepfropften Produkts von Äthylen-Äthylacrylat- Copolymer um eine SUS-Stahlstange 62 herum hergestellt, wobei letztere einen Durchmesser von 1 mm und eine Länge von 60 mm besaß, um eine Isolierlage 63 zu bilden, und wobei ferner in Längsrichtung 18 000 Filamente einer Kohlenstoffaser 64, imprägniert mit dem obenerwähnten gepfropften Produkt um die Isolationslage 63 herum befestigt wurden. Das elektrische Widerstandsheizbasiselement 71 gemäß Fig. 16 wurde dadurch hergestellt, daß man in Längsrichtung 18 000 Filamente einer Kohlenstoffaser, imprägniert mit dem obenerwähnten gepfropften Produkt, um eine verstärkte Quarzglasstange 72 herum anordnete, und zwar verstärkt durch eine HF-Behandlung und eine Silan-Kupplungsagensbehandlung, und zwar hatte die Stange einen Durchmesser von 1 mm und eine Länge von 60 mm. Auf diese Weise hatten die elektrischen Widerstandsheizbasiselemente 61 bzw. 71, verwendet in den Beispielen 12 bzw. 13, jeweils eine Struktur mit einem um ein starres Isolationsmaterial herum angeordneten elektrischen Widerstandsmaterial. Lagen aus einer leitenden Ag-Paste wurden auf jedem der Heizbasiselemente 61 und 71 in der gleichen Weise ausgebildet, wie dies in Beispiel 10 beschrieben wurde, um so den gewünschten elektrischen Widerstand der Heizelemente vorzusehen.
Die gespleißten Teile der optischen Fasern umschlossen in Anordnungen gemäß dieser Beispiele, und zwar in der gleichen Weise wie beim Beispiel 11, (Verstärkungseinheiten) beschrieben, hatten ausgezeichnete in Tabelle 2 angegebene Eigenschaften.
Beispiel 14
betrifft eine Schutzumhüllung, die sich von der gemäß Fig. 13 und Beispiel 10 nur insoferne unterscheidet, als eine Stange (Länge 60 cm, Durchmesser 2,0 mm) aus einem leitenden Keramikmaterial als das elektrische Widerstandsheizbasiselement verwendet wurde, und zwar anstelle der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Faserzusammensetzungsstange.
Der gespleißte Teil einer optischen Faser umhüllt gemäß diesem Beispiel in der gleichen Weise, wie in Beispiel 11 beschrieben (Verstärkungseinheit) hatte ausgezeichnete in Tabelle 2 angegebene Eigenschaften.
Beispiel 15
betrifft eine Schutzumhüllung, die sich von der gemäß Fig. 13 und Beispiel 10 nur insofern unterscheidet, als es sich um das elektrische Widerstandsheizelement handelt. Die Fig. 17 und 18 zeigen einen Querschnitt bzw. eine perspektivische Ansicht eines elektrischen Widerstandsheizelements 81, wie es bei diesem Beispiel Verwendung findet. Speziell wurde das Heizelement 81 dadurch hergestellt, daß man eine vorimprägnierte Kohlenstoffaser 83 um ein Kernmaterial 82 herumwickelte, wobei letzteres aus einem Bündel von 3 Kohlenstoffasergarnen aus 6000 Filamenten bestand, und woraufhin dann eine Wärmeaushärtung erfolgte und darauffolgend ein AG-Pastenüberzug vorgesehen wurde, und zwar in den beiden Endteilen 84 in im wesentlichen in der gleichen Weise wie dies bei Beispiel 10 beschrieben wurde. Das Heizelement 81 hatte eine Länge von 60 mm und einen Durchmesser von 2,0 mm. Es sei zudem darauf hingewiesen, daß die vorimprägnierte Kohlenstoffaser 83 eine Schicht aus Kohlenstoffasern war, die sämtlich in einer Richtung angeordnet waren, und die mit einem unter Wärmeeinwirkung aushärtenden Harz, welches zu härten ist, imprägniert waren.
Der gespleißte Teil einer optischen Faser, der in diesem Beispiel in der gleichen Weise wie beim Beispiel 11 (Verstärkungseinheit) umhüllt wurde, hatte die in Tabelle 2 angegebenen ausgezeichneten Eigenschaften.
Beispiel 16
bezieht sich auf eine Schutzumhüllung, die sich von der Schutzumhüllung der Fig. 13 gemäß Beispiel 10 nur insoferne unterscheidet, als eine Stange (Länge 60 mm, Durchmesser 1,0 mm) aus einem zusammengesetzten Kohlenstoffasergarn (12 000 Filamente) sämtlich eingebettet in einer Richtung in einer Matrix aus einem unter Wärmeeinwirkung aushärtenden Polyimidharz als elektrisches Widerstandsheizbasiselement verwendet wurde, und zwar anstelle der Kohlenstoff-Kohlenstoffaserstange.
Der gespleißte Teil einer in diesem Beispiel in der gleichen Weise wie im Beispiel 11 umhüllten optischen Faser (Verstärkungseinheit) hatte ausgezeichnete, in der Tabelle 2 angegebene Eigenschaften.
Beispiel 17
bezieht sich auf eine Schutzumhüllung, die sich von der gemäß Fig. 13 und Beispiel 10 nur insoferne unterscheidet, als eine Stange (Länge 60 mm, Durchmesser 1,0 mm) aus Kohlenstoffasergarn (12 000 Filamente) imprägniert mit einem Silankupplungsagens und zudem wärme-geformt als elektrisches Widerstandsheizbasiselement anstelle der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Faserstange verwendet wurde.
Der gespleißte Teil einer in diesem Beispiel in der gleichen Weise wie bei Beispiel 11 umhüllten optischen Faser (Verstärkungseinheit) hatte ausgezeichnete Eigenschaften, die in Tabelle 2 angegeben sind.
Beispiel 18
bezieht sich auf eine Schutzumhüllung, die sich von der Umhüllungsanordnung der Fig. 13, verwendet in Beispiel 10, nur insoferne unterscheidet, als eine Stange (Länge 60 mm, Durchmesser 1,0 mm) verwendet wird, und zwar eine Stange aus Kohlenstoffasergarn (12 000 Filamente), miteinander befestigt mittels eines anorganischen Klebemittels, als das elektrische Widerstandsheizbasiselemente verwendet wurde, und zwar anstelle der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Faserstange.
Der gespleißte Teil einer optischen Faser umhüllt gemäß diesem Beispiel in der gleichen Weise wie in Beispiel 11 (Verstärkungseinheit) hat ausgezeichnete, in Tabelle 2 gezeigte Eigenschaften.
Wie bereits durch Beispiel 1 demonstriert wurde, so ergibt sich auch aus den Beispielen 10 bis 18, daß erfindungsgemäß die Schutzumhüllung in leichter und sicherer Weise in einer kurzen Zeitperiode ausgeführt werden kann, und zwar einfach dadurch, daß man einen elektrischen Strom durch das elektrische Widerstandsheizelement leitet, ohne daß dabei ein externes Heizgerät verwendet werden muß. In jedem der Beispiele 10 bis 18 konnte durch die Verwendung des starren elektrischen Widerstandsheizelements mit einer hohen Biegefestigkeit, einem hohen Biegeelastizitätsmodul und einem niedrigen linearen Ausdehnungskoeffizienten, und durch die Verwendung eines Heiß-Schmelzklebemittels mit einer hinreichenden Klebefähigkeit für den sekundären Polyamid-Überzug der optischen Faser einer außerordentlich zuverlässige Verstärkungseinheit gebildet werden, die in vorteilhafter Weise im wesentlichen zu keinerlei Brucherscheinungen bei der optischen Faser führt und eine verminderte Änderung des Übertragungsverlustes der optischen Faser hervorruft.
Wenn beispielsweise in einer Umhüllungsanordnung gemäß Fig. 13 ein nicht-starres oder flexibles elektrisches Widerstandsheizelement verwendet wird, so kann eine Biegung des gespleißten Teils einer optischen Faser, umhüllt durch die Anordnung, auftreten, und zwar wegen des Zusammenziehens eines unter Wärmeeinwirkung schrumpfbaren Rohrs und eines heiß-schmelzenden Klebemittels während des Laufs der Abkühlung, was zu einer Mikrobiegung der optischen Faser führt, was wiederum zur Folge hat, daß ein erhöhter Übertragungsverlust der optischen Faser auftreten kann, wie dies in Fig. 19 gezeigt ist, und/oder es kann zum Bruch der Faser kommen. In Fig. 19 bezeichnen die Symbole ○ und die Übertragungsverlustanstiege, abhängig von der Temperatur bei optischen Fasern, und zwar umhüllt von Packungs- oder Umhüllungsanordnungen mit einem starren Heizelement, bzw. einem flexiblen Heizelement.
Bei der Schutzumhüllung der Fig. 13 ändern sich die Temperaturen T 1, T 2 und T 3 des elektrischen Widerstandsheizelements 53, der Raum an der Innenseite des heiß-geschmolzenen Klebemittelrohrs bzw. des durch Wärme schrumpfbaren Rohrs 51 im Laufe des Packungs- oder Umhüllungsvorgangs, und zwar mit der Heizzeitperiode gemäß Fig. 20. Die Temperatur T 1 des Heizelements 53 soll auf mindestens 300°C erhöht werden, um das heiß-schmelzende Klebemittelrohr 52 zu schmelzen und die Packungs- oder Umhüllungsanordnung mit dem gespleißten Teil einer optischen Faser zu integrieren. Bei Temperaturen von 300°C oder mehr können, was das Heizelement anlangt, Gase durch die Zerlegung von darinnen vorhandenen Verunreinigungen gebildet werden und Luft im Raum darum herum kann durch Wärme ausgedehnt werden, was zur möglichen Bildung und Aufrechterhaltung von Blasen in der Verstärkungseinheit führt, und zwar zusätzlich zu Blasen, die durch jedwedes absorbierte Wasser im Heizelement gebildet werden können.
Was das aus heiß-schmelzendem Klebemittel hergestellte Rohr anlangt, so kann jedwedes darin absorbierte Wasser die Möglichkeit der Bildung und Zurückhaltung von Blasen in der Verstärkungseinheit erhöhen. Solche Restblasen führen zu einer erhöhten Wahrscheinlichkeit des Vorsprungbruchs der optischen Phase und zur Übertragungsverluständerung bei Temperaturabsenkung.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Verstärkungseinheit, wo eine geringe Möglichkeit der Blasenbildung und Aufrechterhaltung vorliegt, sei im folgenden erläutert. Eine Schutzumhüllung gemäß diesem Ausführungsbeispiel besitzt vor der Widerstandserhitzung eine Struktur, die zusammen mit einer optischen Faser mit einem zu verstärkenden Spleißteil im Querschnitt in Fig. 21A und im Längsschnitt in Fig. 21B dargestellt ist. Die Schutzumhüllung besteht aus einem wärmeschrumpfbaren Rohr 91, einem aus heiß-schmelzendem Klebemittel hergestellten Rohr 92 mit einer Gleichgewichtswasserabsorption von 1 Gew.-% oder weniger in 23°C Wasseer, und einem elektrischen Widerstandsheizelement 93 aus einer Kohlenstoffaserzusammensetzung mit einer Biegefestigkeit von 10 kg/mm2, oder mehr, einem Biegeelastizitätsmodul von 1 to/mm2 oder mehr, einer Gleichgewichtswasserabsorption von 1,0% oder weniger in 23°C 100% RH, einer Gewichtsverlustgeschwindigkeit von 0,01% pro Minute, gemessen in 500°C Luft nach Trocknung und eine Dichte von 1,8 g/cm2 oder mehr in einer Matrix aus Kohlenstoff. Das heiß-schmelzende Klebemittelrohr 92 sieht einen Raum vor, durch den hindurch die optische Faser geleitet werden kann.
Wie in den Fig. 21A und 21B gezeigt ist, wird die Schutzumhüllung, bei welcher durch den Raum des heiß-schmelzenden Klebemittelrohrs 92 die optische Faser hindurchgeführt wurde, um den gespleißten Teil 95 der optischen Faser 94 herum angeordnet. Wenn sodann Elektrizität durch das Heizelement 93 geschickt wird, um die Erhitzung von der Innenseite der Umhüllungsanordnung her zu bewirken, so wird das heiß-schmelzende Klebemittelrohr 92 geschmolzen, während das durch Wärme schrumpfbare Rohr 91 schrumpft, wodurch der gespleißte Teil 95 der optischen Faser mit dem Heizelement 93, dem geschrumpften Rohr 91 und dem Klebemittelrohr 92 integriert wird, wie dies im Querschnitt in Fig. 22A und im Längsschnitt in Fig. 22B dargestellt ist.
Als Material für das wärme-schrumpfbare Rohr gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann beispielsweise auf folgende Materialien hingewiesen werden: Polyolefine wie beispielsweise Polyäthylen, Polypropylen, Äthylenpropylen-Copolymere, Polyvinylchlorid, Fluorpolymere, wie beispielsweise Polyvinylidenfluorid und Silikonharze, wobei das verwendbare Material nicht auf diese Materialien beschränkt ist.
Als Material für das heiß-schmelzende Klebemittel gemäß diesem Ausführungsbeispiel kommt beispielsweise folgendes in Frage: Polyolefine, Polyamide, Polyvinylchloride, Polyester, Polyvinylacetale, Polyurethane, Polystyrole, Acrylharze, Polyvinylester, Fluorkohlenstoffharze, Polyäther, Polyacetale, Polycarbonate, Polysulfone, Dienpolymere, Naturgummi, Chloroprengummi, Polysulfide und modifizierte Produkte daraus. Die Materialien können entweder allein oder in Mischung Verwendung finden. Das heiß-schmelzende Klebematerial mit einer Gleichgewichtswasserabsorption von 1 Gew.-% oder weniger bildet bei Verwendung mit der Schutzumhüllungsanordnung im wesentlichen keine Blasen aus irgendwelcher darinnen enthaltene aus Luft kommender Feuchtigkeit.
Die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Faserzusammensetzung, die als ein elektrisches Widerstandsheizelement in diesem Ausführungsbeispiel verwendet werden kann, ist eine Zusammensetzung, die hergestellt wurde durch Imprägnierung eines Bündels von Kohlenstoffasergarnen mit einem Harz wie beispielsweise Furfurylalkoholharz oder einem Phenolharz und Erhitzung in einer inerten Atmosphäre wie beispielsweise Argongas auf 800 bis 1000°C, zur Carbonisierung des Harzes, wobei die Imprägnierung und Carbonisierung wiederholt wird.
Wenn eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Faserzusammensetzung mit einer Biegefestigkeit von weniger als 10 kg/mm2 in der Schutzumhüllungsanordnung verwendet wird, so kann die Anordnung manchmal während deren Handhabung brechen. In diesem Sinne wird eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Faserzusammensetzung mit einer Biegefestigkeit von mindestens 10 kg/mm2 bei diesem Ausführungsbeispiel verwendet. Wenn eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Faserzusammensetzung mit einem Biegeelastizitätsmodul von weniger als 1 to/mm2 in der Packungs- oder Umhüllungsanordnung verwendet wird, so kann das Biegen einer optischen Faser in dem verstärkten gespleißten Teil nach der Verfestigung des heiß-geschmolzenen Klebemittels und dem Kühlen des dann aufschrumpfbaren Rohr während des in den Fig. 21A und 21B sowie den Fig. 22A und 22B gezeigten Packungsvorgangs oftmals einen erhöhten Übertragungsverlust der optischen Faser zur Folge haben, und zwar hervorgehoben durch die Packungs- und Umhüllungsverfahren; es sei auf Tabelle 3 und insbesondere einen Vergleich der Beispiele 22 mit den Beispielen 19 bis 21 hingewiesen. Demgemäß wurde beim vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Kohlenstoff- Kohlenstoff-Faserzusammensetzung mit einer Biegefestigkeit von mindestens 1 to/mm2 verwendet.
Beispiele 19 bis 22
Schutzumhüllungen sind in den Fig. 21A und 21B dargestellt, bei denen Kohlenstoff-Kohlenstoff- Faserzusammensetzungen mit unterschiedlichen Biegeelastizitätsmodulen jeweils verwendet wurden.
Die Materialien der Schutzumhüllungen und die Ergebnisse, erreicht mit den Verstärkungseinheiten, gebildet daraus in der gleichen Weise wie es in den Fig. 22A und 22B beschrieben ist, sind in Tabelle 3 angegeben.
Tabelle 3
In den Beispielen 19 sowie 23 bis 26 wurden Schutzumhüllungen gemäß den Fig. 21A und 21B verwendet, und zwar mit Kohlenstoff-Kohlenstoff-Faserzusammensetzungen mit einer unterschiedlichen Gleichgewichtswasserabsorption bei 23°C und 100% RH (relative Feuchtigkeit).
Die Materialien der Schutzumhüllungen sowie die Ergebnisse der daraus in der gleichen Weise wie in den Fig. 22A und 22B gezeigten Art hergestellten Verstärkungseinheiten sind in Tabelle 4 angegeben, wobei das "Beispiel 19" die gleiche Umhüllungsanordnung wie in Tabelle 3 angegeben bezeichnet.
In jedem der Beispiele 19, 23 und 24 wurden - da die Zusammensetzung eine Gleichgewichtswasserabsorption von unterhalb 1 Gew.-% in 23°C, 100% RH hatte - im Laufe der Packung, d. h. im Laufe der Bildung der Verstärkungseinheit, keine Blasen gebildet; demzufolge war der Übertragungsverlustanstieg der optischen Faser bei einer Temperaturabsenkung von +20°C auf -20°C klein, und zwar lediglich 0,03 dB pro gespleißtem Teil. Andererseits können in jedem der Beispiele 25 und 26 Blasen in einer Zusammensetzung (zusammengesetztem Körper) mit einer Gleichgewichtswasserabsorption von oberhalb 1 Gew.-% bei 23°C 100% RH während des Verlaufs der Packung gebildet werden, und somit kann ein Anstieg des Übertragungsverlusts einer optischen Faser bei einer Temperaturabsenkung von +20°C bis -20°C von 0,12 dB oder mehr pro gespleißtem Teil auftreten. Man erkennt somit, daß vorzugsweise eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Faserzusammensetzung verwendet wird, die eine Gleichgewichtswasserabsorption von 1 Gew.-% oder weniger bei 23°C 100% RH aufweist.
Tabelle 4
Die Beispiele 19, 27 und 28 sind Schutzumhüllungen gemäß den Fig. 21A und 21B, wobei die Kohlenstoff-Kohlenstoff- Faserzusammensetzungen eine unterschiedliche Gewichtsverlustgeschwindigkeit aufwiesen, und zwar gemessen bei 500°C in Luft nach der jeweiligen Trocknung. Die Messung der Gewichtsverlustgeschwindigkeiten oder Raten wurde unter Verwendung einer thermogravimetrischen Analysevorrichtung (TGA) ausgeführt.
Tabelle 5 gibt die Materialien der Schutzumhüllungen an und ebenso die Ergebnisse hinsichtlich der daraus in der gleichen Weise wie in den Fig. 11A und 22B gezeigten Weise gebildeten Verstärkungseinheiten; Beispiel 19 bezeichnet die gleiche Packungs- oder Umhüllungsanordnung wie in Tabelle 3.
Im Falle jeder der Schutzumhüllungen gemäß den Beispielen 27 und 28, die eine Zusammensetzung verwenden, welche eine Gewichtsverlustgeschwindigkeit von mehr als 0,01%/Minute, gemessen in 500°C Luft nach Trocknung besaßen, wurde eine kleine Menge weißen Rauchs festgestellt, von dem angenommen wird, daß er ein Zersetzungsgas ist, welches auf die Verunreinigungen der Zusammensetzung zurückführbar ist; dieser Rauch wurde während des Packungsvorgangs festgestellt; einige Blasen blieben in der Verstärkungseinheit zurück. Ferner lag in jedem der Beispiele 27 und 28 der Übertragungsverlustanstieg einer optischen Faser bei Temperaturabsenkung von +20°C bis -20°C oberhalb 0,1 dB pro gespleißtem Teil. Es ist daher die Verwendung einer Kohlenstoff- Kohlenstoff-Faserzusammensetzung vorzuziehen, die eine Gewichtsverlustgeschwindigkeit von 0,01%/Minute oder weniger aufweist, und zwar gemessen in 500°C Luft nach Trocknung.
Tabelle 5
Bei den Beispielen 19 und 29 bis 33 wurden Schutzumhüllungen gemäß den Fig. 21A und 21B verwendet, bei denen Heiß-Schmelz-Klebemittel mit einer unterschiedlichen Gleichgewichtswasserabsorption in 23°C benutzt wurden.
Die Materialien der Umhüllungsanordnungen und die Ergebnisse hinsichtlich der daraus in der gleichen Weise wie in den Fig. 22A und 22B hergestellten Verstärkungseinheiten sind in Tabelle 6 angegeben, in der Beispiel 19 die gleiche Packungsanordnung wie in Tabelle 3 bezeichnet.
Im Falle jeder der Packungs- oder Umhüllungsanordnungen der Beispiele 19 und 29 bis 31 unter Verwendung eines heiß-schmelzenden Klebemittels mit einer Gleichgewichtswasserabsorption von weniger als 1,0 Gew.-% in 23°C Wasser wurden im wesentlichen keine Blasen im Laufe des Packungsvorgangs gebildet. Andererseits wurden im Falle jeder der Umhüllungsanordnungen der Beispiele 32 und 33 unter Verwendung eines heiß-schmelzenden Klebemittels mit einer Gleichgewichtswasserabsorption oberhalb 1,0 Gew.-% in 23°C Wasser einige Blasen gebildet und somit ergab sich ein Übertragungsverlustanstieg einer optischen Faser bei abnehmender Temperatur von +20°C auf -20°C von 0,1 dB pro gespleißtem Teil. Es ist daher vorzuziehen, ein heiß-schmelzendes Klebemittel mit einer Wasserabsorption unter Sättigung von 1,0 Gew.-% oder weniger in 23°C Wasser zu verwenden.
Tabelle 6
Beispiele 19, 34 und 35
Schutzumhüllungen gemäß Fig. 23 und 24 wurden in diesen Beispielen zusammen mit der gleichen Umhüllungsanordnung verwendet, wie sie in dem vorausgegangenen Beispiel 19 verwendet wurde, und in den Fig. 21A und 21B dargestellt ist. Die Schutzumhüllung der Fig. 23, verwendet im Beispiel 34, bestand aus einem wärmeschrumpfbaren Schlauch 91, einer Lage aus einem heiß- schmelzenden Klebemittel 92′ anhaftend an der Innenoberfläche des Schlauches 91, und einem elektrischen Widerstandsheizelement 93 mit einer darum herum angeordneten Lage aus dem heiß-schmelzenden Klebemittel 92′ und angeordnet im Raum, umgeben von der heiß-schmelzenden Klebemittellage auf der Innenoberfläche des wärmeschrumpfbaren Schlauchs 91, wobei durch diesen Raum eine optische Faser geführt ist, wie dies in Fig. 23 dargestellt ist. Die Umhüllungsanordnung der Fig. 24, verwendet im Beispiel 35, bestand aus einem wärmeschrumpfbaren Schlauch 91 und einer Stange oder einem Stab aus einem heiß-schmelzenden Klebemittel 92″ sowie einem elektrischen Widerstandsheizelement 93, angeordnet auf der Innenseite des Schlauchs 91, wie in Fig. 24 gezeigt.
Die Materialien der Schutzumhüllungen und die Ergebnisse hinsichtlich der daraus im wesentlichen in der gleichen Weise wie in den Fig. 22A und 22B gezeigten Weise hergestellten Verstärkungseinheiten sind in Tabelle 7 angegeben.
Jede Verstärkungseinheit zeigte ausgezeichnete Eigenschaften. Die Zugfestigkeit betrug 2,5 kg bis 3,5 kg; der Übertragungsverlustanstieg durch die Verstärkung lag unterhalb 0,01 dB pro gespleißtem Teil; die Temperaturabhängigkeit der Übertragungsverluständerung (-60°C bis +70°C) betrug 0,06 bis 0,10 dB pro gespleißtem Teil, und die Übertragungsverlustanstiege nach jedem Wärmezyklus, einem Hochtemperaturlagertest und einem Hochtemperatur- und Hochfeuchtigkeits-Lagertest lagen sämtlich unterhalb 0,02 dB pro gespleißtem Teil.
Tabelle 7
Aus den Beispielen 19 bis 35 ergibt sich klar, daß eine außerordentlich zuverlässige Verstärkungseinheit dann gebildet wird, wenn folgendes verwendet wird: ein Widerstandsheizelement aus einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Faser-Zusammensetzung (d. h. ein Verbundkörper, bestehend aus Kohlenstoff sowie Kohlenstoffaser), wobei das Element eine Biegefestigkeit von 10 kg/mm2 oder mehr, einen Biege-Elastizitätsmodul von 1 to/mm2 oder mehr, eine Gleichgewichtswasserabsorption von 1,0 Gew.-% oder weniger in 23°C und 100% RH und eine Gewichtsverlustgeschwindigkeit von 0,01%/Minute oder weniger, gemessen in 500°C nach Trocknung aufweist, und wobei ferner ein heiß-schmelzendes Klebemittel eine Gleichgewichtswasserabsorption von 0,01 Gew.-% oder weniger in 23°C Wasser besitzt; infolgedessen tritt kaum ein Brechen einer optischen Faser auf und es ergibt sich eine verminderte Übertragungsverluständerung der Faser, abhängig bei Temperaturänderungen.
Wenn der Schmelzpunkt des heiß-schmelzenden Klebemittels niedriger liegt als die Schrumpftemperatur des durch Wärme schrumpfenden Schlauchs, so wird das heiß-schmelzende Klebemittel geschmolzen, bevor die Schrumpfung des durch Wärme schrumpfbaren Schlauchs auftritt, und zwar im Verlauf der durch die Erhitzung der Umhüllungsanordnung bewirkten Integration mit dem gespleißten Teil einer optischen Faser, was zu einer Einfangung von Luft führen kann, die darauf folgend in einigen Fällen nicht herausgequetscht werden kann, so daß sich Restblasen in der sich ergebenden Verstärkungseinheit selbst dann bilden, wenn das elektrische Widerstandsheizelement eine charakteristische Widerstandsverteilung besitzt, wie sie durch die Verteilung gemäß I oder II in Fig. 10A gegeben ist. Andererseits haben im allgemeinen heiß-schmelzende Klebemittelharze eine ausgezeichnete Adhäsion oder Anhaftung an Polyamid, was im allgemeinen als ein Material für den Kunststoffüberzug einer bloßen optischen Faser verwendet wird, wobei eine hohe Polarität und somit hohe Wasserabsorption vorliegt. Daher kann die Verwendung eines derartigen Harzes oftmals zur Blasenbildung führen, wobei diese ihren Ursprung im absorbierten Wasser während des Erhitzens nehmen. Jedwede Restblasen in der sich ergebenden Verstärkungseinheit können zu Vorsprüngen oder Wölbungen führen, und somit zum Bruch einer optischen Faser in dem Blasengebiet der Einheit bei Temperaturänderungen, und es kann ferner eine Übertragungsverluständerung der Faser bei Temperaturänderung eintreten.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die obigen Punkte berücksichtigt, was im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 25A und 25B sowie auf die Fig. 26A und 26B beschrieben wird.
Die Fig. 25A und 25B zeigen einen Quer- bzw. Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Schutzumhüllung, in die eine optische Faser eingesetzt ist. Die Schutzumhüllung besteht aus einem durch Wärme aufschrumpfbaren Schlauch 101, der in seiner Radialrichtung bei Wärmeanlage schrumpfen kann und ferner ist ein Schlauch 102 aus einem heiß-schmelzenden Klebemittel auf der Innenseite des Schlauchs 101 angeordnet, und zwar besitzt dieses einen höheren Schmelzpunkt als die Schrumpftemperatur des durch Wärme schrumpfbaren Schlauchs 101 sowie eine Gleichgewichtswasserabsorption von 1 Gew.-% oder weniger in 23°C Wasser; ferner ist eine Stange oder ein Stab als elektrisches Widerstandsheizelement 103 vorgesehen und zwischen den Schläuchen 101 und 102 angeordnet, und zwar sich in Axialrichtung der Schläuche erstreckend. Die beiden Endteile der Heizelemente sind mit einer leitenden Paste überzogen, um eine charakteristische Widerstandsverteilung I gemäß Fig. 10A zu erhalten. Der Schlauch 102 sieht einen Raum 109 vor, durch den eine optische Faser geführt sein kann.
Die im Zusammenhang mit der obenerwähnten Schutzumhüllung verwendeten Packungsverfahrensschritte werden unter Bezugna 12549 00070 552 001000280000000200012000285911243800040 0002003217056 00004 12430hme auf die Fig. 25A und 25B sowie die Fig. 26A und 26B beschrieben. Eine optische Faser wurde durch den Raum 109 der Umhüllungs- oder Packungsanordnung eingesetzt und aus der Fusions- oder Schmelzzone herausgeführt. Die optische Faser wurde mit einer weiteren optischen Faser in einer End-zu-End-Position schmelz-gespleißt, und zwar nachdem die Endteile von den Kunststoffüberzügen 108 freigelegt wurden, um die bloßen Fasern 107 freizulegen. Sodann wurde die Schutzumhüllung, durch deren Raum 109 die optische Faser vor dem Schmelzspleißvorgang geführt wurde, derart um den schmelz-gespleißten Teil 107 A der optischen Faser herum angeordnet, daß die bloße Faser 107 sowie Teile der Kunststoffüberzüge 108 benachbart zu beiden Enden des bloßen Faserteils abgedeckt waren. Daraufhin wurden die beiden Enden des elektrischen Widerstandsheizelements 103 elektrisch mit einer Konstantspannungsquelle 111 verbunden, beispielsweise über einen Schalter 112, der mit einer Spannungsquelle in der Form einer Speicherbatterie oder Trockenzelle in Verbindung steht. Nachdem elektrische Leistung angelegt wurde, erzeugte das elektrische Widerstandsheizelement 103 Wärme, die ihrerseits die Temperatur des wärmeschrumpfbaren Schlauchs 101 und auch die Temperatur des heiß-schmelzenden Klebemittelschlauchs 102 schnell in den Mittelteil und langsam an den Endteilen erhöht. Auf diese Weise entwickelt sich die Wärmeschrumpfung des durch Wärme schrumpfenden Schlauchs 101 in Radialrichtung vom Mittelteil aus zu den Endteilen des Schlauchs 101 hin, und der Schmelzvorgang des heiß-schmelzenden Klebemittelschlauchs 102 entwickelt sich vom Mittelteil aus ebenfalls zu den Endteilen hin, und zwar mit einer geringen Zeitverzögerung gegenüber der entsprechenden Schrumpfentwicklung des Schlauchs 101, auf welche Weise eine Klebeschicht oder Lage gebildet wird, die vollständig die bloße optische Faser 107 umgibt, daran anhaftet und diese befestigt. Auf diese Weise wird eine Verstärkungseinheit gebildet, die den gespleißten Teil der optischen Faser umfaßt, und zwar zusammen mit dem elektronischen Widerstandsheizelement, wobei das heiß-schmelzende Klebemittel als eine Art Abdichtmittel innerhalb des durch Wärme geschrumpften Schlauchs dient.
Da gemäß diesem Ausführungsbeispiel sich der Schmelzvorgang des heiß-schmelzenden Klebemittelschlauchs 102 bei der Widerstandserhitzung vom Mittelteil aus zu den beiden Endteilen hin mit einer geringen Zeitverzögerung bezüglich der Schrumpfung des durch Wärme schrumpfbaren Schlauchs 101 vom Mittelteil zu den beiden Endteilen hin entwickelt, wird die zwischen den optischen Faserkernen 107 und dem geschmolzenen Klebemittelschlauch 102 sowie zwischen dem Heizelement 103 und dem durch Wärme schrumpfbaren Schlauch 101 verbleibende Luft leicht herausgequetscht und vollständig aus der sich ergebenden Verstärkungseinheit entfernt.
Beispiele 36 und 37
Bei der Schutzumhüllung gemäß den Fig. 25A und 25B wird ein Schlauch aus einem Polyäthylen niedriger Dichte verwendet, und zwar mit einer Schrumpftemperatur von 115°C, einer Länge von 6 cm, einem Innendurchmesser von 3,2 mm, und einer Dicke von 0,2 mm; dieser Schlauch wird als der durch Wärme schrumpfende Schlauch 101 verwendet. Zudem verwendet die Schutzumhüllung gemäß den Fig. 25A und 25B als heiß-schmelzenden Klebemittelschlauch 102 einen Schlauch aus einem modifizierten Propylen mit einem Schmelzpunkt von 160°C, einer Länge von 6 cm, einem Innendurchmesser von 1,2 mm und einer Dicke von 0,2 mm; ferner wird als elektrisches Widerstandsheizelement 102 ein mit Kohlenstoffaser verstärkter Kohlenstoffverbundkörper benutzt, der eine Länge von 7 cm und einen Durchmesser von 1,4 mm besitzt und an den beiden 3 cm langen Endteilen mit einer Ag-Paste 104 überzogen ist. Diese Packungsanordnung bildet das Beispiel 36.
Die Schutzumhüllung, bei der durch den Raum 109 des heiß-schmelzenden Klebemittelschlauchs 102 eine optische Faser geleitet wurde, wurde derart um den gespleißten Teil 107 A der Faser herum angeordnet, daß die bloße Faser 107 und Teile des Plastiküberzugs 108, benachbart zu den beiden Enden des bloßen Faserteils abgedeckt wurden. Sodann wurde eine Gleichspannung von 2 Volt an die Enden des Heizelements 103 angelegt und der Schrumpfvorgang entwickelte sich bei dem durch Wärme schrumpfenden Schlauch 101 vom Mittelteil aus zu den Endteilen hin und war innerhalb einer Zeitperiode von 30 Sekunden vollendet, und zwar gefolgt von der entsprechenden Entwicklung, mit einer geringen Zeitverzögerung, des Schmelzens des heiß-schmelzenden Klebemittelschlauchs 102 vom Mittelteil aus zu den beiden Endteilen hin, um so eine heiß-schmelzende Klebemittellage 105 zu bilden, wobei sich eine vollständige Luftentfernung aus der sich ergebenden Verstärkungseinheit ergibt. Die Übertragungsverluständerung der optischen Faser infolge der Packung lag unterhalb 0,01 dB pro gespleißtem Teil. Nach 100 Zyklen in einem Wärmezyklustest (+20°C bis +60°C, 6 Stunden pro Zyklus), wurde kein Bruch der optischen Faser festgestellt, und die Übertragungsverluständerung der Faser lag unterhalb 0,02 dB pro gespleißtem Teil. Die Übertragungsverluständerung der optischen Faser nach einem 30tägigen Hochtemperatur- und Hochfeuchtigkeits-Test (85°C, 95% RH) lag unterhalb 0,02 dB pro gespleißtem Teil.
In Beispiel 7 wurde eine Schutzumhüllung verwendet, die sich von der Anordnung gemäß Beispiel 36 nur insofern unterschied, als ein Äthylen-Vinylacetat-Copolymer-Schlauch verwendet wurde, der einen Schmelzpunkt von 69°C, eine Länge von 6 cm, einen Innendurchmesser von 1,5 mm und eine Dicke von 0,2 mm besaß, und zwar wurde dieser Schlauch als der heiß-schmelzende Klebemittelschlauch anstelle des modifizierten Polypropylenschlauchs des Beispiels 36 verwendet, und die Packung oder Verstärkungseinheitsbildung einer optischen Faser erfolgte im wesentlichen in der gleichen Weise wie dies unter Bezugnahme auf Beispiel 36 erläutert wurde. Der Schmelzvorgang des aus Äthylen-Vinylacetat- Copolymer bestehenden heiß-schmelzenden Klebemittelschlauchs 102 entwickelte sich vom Mittelteil aus zu den beiden Endteilen hin nach der Widerstandserhitzung, bevor die entsprechende Schrumpfentwicklung des durch Wärme schrumpfenden Schlauchs 101 vom Mittelteil zu den beiden Endteilen hin erfolgte, wodurch eine gewisse Lufteinfangung in der Klebelage 105 erfolgte. Jedwede eingefangene Luft wurde nicht vollständig aus der sich ergebenden Verstärkungseinheit herausgequetscht oder entfernt und tendierte in der Form von Restblasen zurückzubleiben. Die Übertragungsverluständerung der optischen Faser in der Verstärkungseinheit mit den Restblasen betrug nach dem gleichen Wärmezyklustest wie beim Beispiel 36 0,1 dB pro gespleißtem Teil. Man erkennt ohne weiteres aus den obigen Ausführungen, daß die Verwendung eines heiß-schmelzenden Klebemittelschlauchs mit einem Schmelzpunkt höher als der Schrumpftemperatur des durch Wärme schrumpfbaren Schlauchs zu bevorzugen und vorteilhaft ist.
Beispiele 38 bis 46
Schutzumhüllungen unter Verwendung des gleichen elektrischen Widerstandsheizelements wie bei den Beispielen 36 und 37 sowie unter Verwendung von Materialien gemäß Tabelle 8 wurden bei diesen Beispielen für die Packung von optischen Fasern verwendet, und zwar im wesentlichen in der gleichen Weise wie dies unter Bezugnahme auf die Beispiele 36 und 37 beschrieben wurde. Die Ergebnisse sind zusammen mit den Ergebnissen für das Beispiel 37 in Tabelle 9 angegeben.
In jedem der Beispiele 37 und 41 bis 44, wo ein heiß-schmelzendes Klebemittel mit einem Schmelzpunkt höher als der Schrumpftemperatur des durch Wärme schrumpfbaren Schlauchs verwendet wurde, entwickelte sich das Schmelzen des heiß-schmelzenden Klebemittelschlauchs vom Mittelteil zu den beiden Endteilen bei Widerstandserhitzung vor der entsprechenden Entwicklung des Schrumpfens des durch Wärme schrumpfbaren Schlauchs vom Mittelteil zu den beiden Endteilen hin, wodurch sich eine Tendenz zum Einfangen von Luft in der Klebemittellage ergab. Jedwede eingefangene Luft wurde nicht vollständig herausgequetscht oder aus der Verstärkungseinheit entfernt, wodurch sich die Tendenz ergab, daß die Luft als Restblasen darin verblieb. Bei jedem der Beispiele 45 und 46, wo ein heiß-schmelzendes Klebemittel mit einer Gleichgewichtswasserabsorption oberhalb 1,0 Gew.-% in 23°C Wasser verwendet wurde, wurden einige Blasen, die ihren Ursprung in dem vom Klebemittel absorbierten Wasser hatten, gebildet und verblieben in der Verstärkungseinheit. In jedem der Beispiele 38 bis 40, wo ein heiß-schmelzendes Klebemittel mit einem Schmelzpunkt höher als der Schrumpftemperatur des durch Wärme schrumpfbaren Schlauchs und einer Gleichgewichtswasserabsorption von weniger als 1 Gew.-% in 23°C Wasser verwendet wurde, konnten keine Restblasen in der sich ergebenden Verstärkungseinheit beobachtet werden.
Tabelle 8
Tabelle 9
Aus den Tabellen 8 und 9 ergibt sich, daß bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem heiß-schmelzenden Klebemittel mit einem Schmelzpunkt höher als der Schrumpftemperatur eines unter Wärmeeinwirkung schrumpfenden Schlauches und einer Gleichgewichtswasserabsorption von 1 Gew.-% oder weniger in 23°C Wasser in der Packungs- oder Umhüllungsanordnung, die ein elektrisches Widerstandsheizelement aufweist, welches vom Mittelteil aus zu den beiden Endteilen hin erhitzt wird, im wesentlichen keine Blasen aus dem Wasser entstehen, welches in dem zu bildenden heiß-schmelzenden Klebemittel absorpiert ist, wobei ferner zwischen den blanken oder bloßen optischen Fasern und dem geschmolzenen Klebemittelschlauch verbleibende Luft sowie zwischen dem Heizelement und dem durch Wärme schrumpfbaren Schlauch verbleibende Luft leicht herausgequetscht und vollständig aus der sich ergebenden Verstärkungseinheit entfernt wird, da sich das Schmelzen des aus heiß-schmelzendem Klebemittel bestehenden Schlauchs infolge der Widerstandserhitzung vom Mittelteil zu den beiden Endteilen hin entwickelt, und zwar mit einer geringen Zeitverzögerung nach der entsprechenden Entwicklung des Schrumpfvorgangs des durch Wärme schrumpfenden Schlauchs vom Mittelteil zu den beiden Endteilen hin. Es ergibt sich somit eine außerordentlich zuverlässige Verstärkungseinheit, die ausgezeichnete Temperatureigenschaften besitzt, und zwar über eine lange Zeitperiode hinweg. Diese Einheit kann in einfacher sowie schneller Weise hergestellt werden, wobei ein Herausragen der optischen Faser in irgendeinem Blasengebiet infolge von Temperaturänderungen unmöglich gemacht wird, und es wird ferner erreicht, daß die Möglichkeit eines Bruchs der optischen Faser minimiert wird, was auch für die Übertragungsverluständerung infolge der Temperaturänderung gilt.

Claims (25)

1. Schutzumhüllung für den gespleißten Teil einer optischen Faser, wobei folgendes vorgesehen ist:
ein durch Hitzeeinwirkung in Radialrichtung schrumpfender, den gespleißten Teil aufnehmender Schlauch (Schrumpfschlauch) (1),
ein heiß-schmelzendes Material (2) in langgestreckter Ausbildungsform, angeordnet innerhalb des Schrumpfschlauches (1), dadurch gekennzeichnet, daß das heiß-schmelzende Material ein Klebemittel ist, daß innerhalb des Schrumpfschlauches (1) ein sich in Axialrichtung dieses Schlauchs (1) erstreckendes elektrisches Widerstandsheizelement (4) angeordnet ist, um den Schrumpfschlauch (1) und das heiß-schmelzende Klebemittel (2) zu erhitzen, und daß im Schrumpfschlauch (1) ein die hindurch verlaufende optische Faser aufnehmender Raum (5) vorgesehen ist.
2. Schutzumhüllung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Klebemittel an der Innenoberfläche des Schrumpfschlauches als eine Schicht (2) vorgesehen ist.
3. Schutzumhüllung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Klebemittel ein den erwähnten Raum (24) vorsehender Schlauch (22) ist.
4. Schutzumhüllung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Widerstandsheizelement (23) aus mindestens einem linearen Teil besteht, der zwischen dem Schrumpfschlauch (21) und dem Schlauch (22) aus heiß-schmelzendem Klebemittel eingesetzt ist.
5. Schutzumhüllung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein linearer Teil mit dem heiß-schmelzenden Klebemittel (32) überzogen ist.
6. Schutzumhüllung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Widerstandsheizelement einen ortsvariablen elektrischen Widerstand aufweist, der an seinen beiden Endteilen niedriger liegt als im Mittelteil, um so im Mittelteil eine größere Wärmemenge als in jedem der Endteile zu erzeugen.
7. Schutzumhüllung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Widerstandsheizelement eine Stange ist und eine elektrische Widerstandsverteilung in Axialrichtung aufweist, und zwar dadurch, daß eine leitende Paste (44) als Überzug aufgebracht ist.
8. Schutzumhüllung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Widerstandsheizelement aus starrem Material besteht mit einer Biegefestigkeit von 10 kg/mm2 oder mehr, einem Biegeelastizitätsmodul von 1 to/mm2 oder mehr und einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von 10-6/°C oder weniger.
9. Schutzumhüllung nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Widerstandsheizelement mindestens einen sich in Axialrichtung des Schrumpfschlauches erstreckenden Teil aufweist und eine der folgenden Formen besitzt: eine Linearform, eine netzartige Form, eine Rohrform.
10. Schutzumhüllung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Widerstandsheizelement einen Young'schen Modul und einen linearen Ausdehnungskoeffizienten im wesentlichen gleich den Werten der optischen Faser aufweist, und daß das Heizelement aus einem Material hergestellt ist, welches allein oder in erster Linie mindestens eines der folgenden Elemente umfaßt: einen Nichromlegierungsdraht, einen Eisenchromaluminiumlegierungsdraht, einen Wolframdraht, einen Molybdändraht, einen Platindraht und ein Material, welches allein oder hauptsächlich eine Siliziumcarbidfaser und/oder eine Kohlenstoffaser enthält.
11. Schutzumhüllung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das heiß-schmelzende Klebemittel eine der folgenden Verbindungen ist: Polyolefine, Polyamide, Polyvinylchloride, Polyester, Polyvinylacetale, Polyurethane, Polystyrole, Acrylharze, Polyvinylester, Fluorkohlenstoffharze, Polyäther, Polyacetale, Polycarbonate, Polysulfone, Dienpolymere, Naturgummi, Chloroprengummi, Polysulfide und modifizierte Produkte daraus.
12. Schutzumhüllung nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Widerstandsheizelement aus einem gesinterten Kohlenstoffmaterial besteht.
13. Schutzumhüllung nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Widerstandselement aus einem starren Isoliermaterial besteht, und zwar mit einem elektrischen Widerstandsmaterial darum herum befestigt.
14. Schutzumhüllung nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Widerstandsheizmaterial aus einem leitenden Keramikmaterial hergestellt ist.
15. Schutzumhüllung nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Widerstandsheizmaterial aus einer Zusammensetzung, d. h. einem zusammengesetzten Körper aus Kohlenstoffasergarnen, eingebettet sämtlich in einer Richtung in einer Matrix eines unter Wärmeeinwirkung aushärtenden Harzes aufgebaut ist.
16. Schutzumhüllung nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Widerstandsheizelement eine Stange ist, die aus Kohlenstoffasergarnen imprägniert und befestigt mit einem Silankopplungsagens besteht.
17. Schutzumhüllung nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Widerstandsheizelement eine Stange aus Kohlenstoffasergarnen ist, die mit einem anorganischen Material festgelegt sind.
18. Schutzumhüllung nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Widerstandsheizelement aus einem Kernmaterial aus Fasergarn besteht, und zwar bewickelt mit einer Kohlenstoffaser, die durch Erhitzen in einem Vorimprägnierverfahren gehärtet ist.
19. Schutzumhüllung nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Widerstandsheizelement aus einem zusammengesetzten Körper aus Kohlenstoffasern, eingebettet in einer Matrix aus Kohlenstoff, besteht.
20. Schutzumhüllung nach Anspruch 1, 8 oder 19 dadurch gekennzeichnet, daß das heiß-schmelzende Klebemittel aus einem Harzkörper besteht, der ein Polyamid und ein Ionomer aufweist und eine Gleichgewichtswasserabsorption von 1,0 Gew.-% oder weniger in 23°C Wasser besitzt.
21. Schutzumhüllung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Harzzusammensetzung oder der Harzkörper eine Gleichgewichtswasserabsorption von 1,0 Gew.-% oder weniger bei 23°C und 100% relativer Luftfeuchtigkeit besitzt, sowie eine Gewichtsverlustgeschwindigkeit von 0,01%/Minute oder weniger, gemessen in 500°C Luft nach Trocknung.
22. Schutzumhüllung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das heiß-schmelzende Klebemittel einen Schmelzpunkt besitzt, der höher liegt als die Schrumpftemperatur des Schrumpfschlauchs und eine Gleichgewichtswasserabsorption von 1,0 Gew.-% oder weniger in 23°C Wasser.
23. Schutzumhüllung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das heiß-schmelzende Klebemittel aus Polypropylene und/oder modifizierten Produkten daraus besteht.
24. Schutzumhüllung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die modifizierten Produkte des Polypropylens die folgenden Produkte umfassen: Maleinsäureanhydrid-gepfropftes Polypropylen und Acrylsäure-gepfropftes Polypropylen.
25. Verfahren zum Anbringen einer Schutzumhüllung zum Schützen des gespleißten Teils optischer Fasern, wobei der gespleißte Teil mit einem heiß-schmelzenden Material in langgestreckter Form in einem in Radialrichtung schrumpfenden Schrumpfschlauch angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisches Widerstandsheizelement im Schrumpfschlauch in Axialrichtung verlaufend angeordnet wird, und daß das Widerstandsheizelement den Schrumpfschlauch und auch das Material in der Form eines heiß-schmelzenden Klebemittels erwärmt, und so die Schutzumhüllung bildet.
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