DE3320072A1 - Optical fibre cable and method for producing it - Google Patents
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Abstract
Description
Lichtwellenleiterkabel und Verfahren zu dessen Herstel-Fiber optic cable and process for its manufacture
lung Die Erfindung bezieht sich auf ein Lichtwellenleiterkabel mit einem rohrförmigen Mantel und mindestens einem mit diesem Mantel fest verbundenen Zugelement, wobei mindestens ein Lichtwellenleiter lose im Inneren des Kabels angeordnet ist.The invention relates to a fiber optic cable with a tubular jacket and at least one firmly connected to this jacket Tension element, with at least one optical waveguide loosely arranged in the interior of the cable is.
Ein Kabel dieser Art ist aus der DE-OS 30 24 310 bekannt. Bei Lichtwellenleiterkabeln ist es vielfach notwendig, daß die faserförmigen Lichtwellenleiter gegenüber dem Mantel eine entsprechende Uberlänge aufweisen. Dadurch kann gewährleistet werden, daß auch bei hohen mechanischen Zugbeanspruchungen oder im Rahmen der Verlegung unerwünschte mechanische Kräfte von den faserförmigen optischen Leitern ferngehalten werden können.A cable of this type is known from DE-OS 30 24 310. With fiber optic cables it is often necessary that the fiber-shaped optical waveguide compared to the Coat have a corresponding excess length. This ensures that that even with high mechanical tensile loads or in the context of laying unwanted mechanical forces kept away from the fiber-shaped optical conductors can be.
Aus der DE-OS 25 28 991 ist ein Lichtwellenleiterkabel bekannt, bei dem die einzelnen optischen Fasern im Inneren schlauchförmiger Umhüllungen lose angeordnet sind (Hohlader"). Dabei ist vorgesehen, daß zur Erzielung einer entsprechenden Uberlänge die Umhüllung im Rahmen des Herstellungsprozesses einer Wärmebehandlung unterworfen wird. Am Ende des Herstellungsvorgangs wird durch eine Kontraktion (Schrumpfung) der UmhUllung für die optische Faser eine entsprechende aber länge bewirkt.From DE-OS 25 28 991 a fiber optic cable is known at which loose the individual optical fibers inside tubular sheaths are arranged (hollow core). It is provided that to achieve a corresponding Excess length of the casing as part of the manufacturing process of a heat treatment is subjected. At the end of the manufacturing process, a contraction (shrinkage) the sheathing for the optical fiber has a corresponding but length.
Diese Art der Erzeugung einer Uberlänge für die Lichtwellenleiterfaser ist aber insofern nachteilig, als die Eigenschaften der meist relativ dünnen schlauchförmigen Umhüllungen direkt die Ausdehnungsverhältnisse bestimmen. Außerdem ist es schwierig, in den laufenden Extrusionsprozeß mit zusätzlichen mechanischen Zug-oder Dehnungsvorgängen auf die Umhüllung direkt einzuwirken.This type of generation of excess length for the optical waveguide fiber but is disadvantageous in that the properties of the mostly relatively thin tubular Coverings directly determine the expansion ratios. In addition, it is difficult in the ongoing extrusion process with additional mechanical tensile or stretching processes to act directly on the envelope.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Lichtwellenleiterkabel der eingangs genannten Art in besonders einfacher und wirkungsvoller Weise eine ausreichend große Uberlänge für die optische Faser gegenüber dem Mantel herzustellen. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß das Zugelement eine eine Uberlänge des Lichtwellenleiters ergebende Kompressionskraft auf den Mantel ausübt.The present invention is based on the object of an optical fiber cable of the type mentioned in a particularly simple and effective way to produce sufficiently large excess length for the optical fiber compared to the cladding. According to the invention, this is achieved in that the tension element has an excess length of the optical waveguide resulting compression force exerts on the cladding.
Da bei der Erfindung somit das Zugelement die notwendige Kompressionskraft liefert und den Mantel entsprechend verkürzt, braucht auf die Eigenschaften und die Zusammensetzung des Mantelmaterials kein besonderes Augenmerk gerichtet zu werden. Es können deshalb auch z.B. dünne Mäntel vorgesehen sein, wobei die Ausdehnungskoeffizienten der Mantelmaterialien nicht mehr so stark ins Ergebnis eingehen. Dagegen lassen sich die Zugelemente, welche ja von Haus aus wesentlich fester und somit mechanischer unkomplizierter zu beanspruchen sind, ohne weiteres so vordehnen, daß sie beim fertigen Kabel die notwendige Kompressionskraft auf den Mantel ausüben, mit der die gewünschte Uberlänge des Lichtwellenleiters gegenüber dem Mantel sichergestellt werden kann.Since in the invention thus the tension element has the necessary compression force supplies and shortens the coat accordingly, needs on the properties and The composition of the jacket material does not require particular attention. It is therefore also possible, for example, to provide thin jackets, whereby the expansion coefficients of the jacket materials no longer have such a strong impact on the result. Let against it the tension elements, which are inherently much stronger and therefore more mechanical are uncomplicated to claim, easily pre-stretch so that they are when finished Cable exert the necessary compression force on the sheath with which the desired Excess length of the optical waveguide compared to the jacket can be ensured.
Um eine einseitige Verformung des Lichtwellenleiterkabels durch das die Kompressionskraft ergebende Zugelement zu vermeiden ist es zweckmäßig, mehrere, vor- zugsweise zwei Zugelemente in symmetrischer Anordnung beim Mantel vorzusehen.To avoid a one-sided deformation of the fiber optic cable by the To avoid the tension element resulting in the compression force, it is advisable to use several before- preferably two tension elements in a symmetrical arrangement Provide coat.
Die Verbindung zwischen dem Zugelement einerseits und dem Mantel andererseits muß so vorgesehen sein, daß die Kompressionskraft, welche vom Zugelement ausgeht, auf den Mantel übertragen und so eine Verkürzung der Gesamtanordnung erreicht wird. Am einfachsten läßt sich dies dadurch erreichen, daß das Zugelement in den Mantel eingebettet ist, wodurch eine flächenhafte Ubertragung der Kompressionskraft auf den Mantel gewährleistet wird. Um eine besonders sichere Kraftübertragung zwischen dem Zugelement und dem Mantel zu erzielen, kann es zweckmäßig sein, die Oberfläche des Zugelementes aufzurauhen und/oder zu profilieren.The connection between the tension element on the one hand and the jacket on the other must be provided in such a way that the compression force emanating from the tension element transferred to the jacket and thus a shortening of the overall arrangement is achieved. The easiest way to achieve this is that the tension element is in the jacket is embedded, whereby an extensive transmission of the compression force the coat is guaranteed. To ensure a particularly secure power transmission between To achieve the tension element and the jacket, it may be appropriate to use the surface to roughen the tension element and / or to profile.
Sonstige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.Other developments of the invention are in the subclaims reproduced.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Lichtwellenleiterkabels, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß das Zugelement vor dem Einlauf in den Extruder für die Aufbringung des Mantels einer Längsdehnung unterworfen wird und daß die Längsdehnung beim Abkühlen und/oder nach dem Abkühlen des Mantels zur Erzeugung der Kompressionskraft aufgehoben wird.The invention further relates to a method for producing a Optical fiber cable, which is characterized in that the tension element before entering the extruder for the application of the jacket of a longitudinal stretch is subjected and that the longitudinal expansion during cooling and / or after cooling of the jacket to generate the compression force is canceled.
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein gemäß der Erfindung aufgebautes Lichtwellenleiterkabel im Querschnitt, Figur 2 ebenfalls im Querschnitt ein Lichtwellenleiterkabel nach der Erfindung und Figur 3 im Längsschnitt eine Einrichtung zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Lichtwellenleiterkabels.The invention and its developments are explained below with reference to Drawings explained in more detail. FIG. 1 shows a built-up according to the invention Optical fiber cable in cross section, Figure 2 also in cross section an optical fiber cable according to the invention and FIG. 3 shows a device in longitudinal section for the production of an optical waveguide cable according to the invention.
Das in Figur 1 dargestellte Lichtwellenleiterkabel weist einen Mantel MA auf, der üblicherweise aus einem Kunststoff (z.B. Äthylen, Polypropylen o. dgl.) besteht.The optical fiber cable shown in Figure 1 has a jacket MA, which is usually made of a plastic (e.g. ethylene, polypropylene or the like) consists.
In den Kabelmantel eingebettet sind zwei Zugelemente ZEI und ZE2, die so aufgebaut sind, daß sie auf Zug beansprucht-werden können. Vielfach ist eine Ausfuhrungsform derart zweckmäßig, daß zusätzlich auch Druckkräfte aufgenommen werden. Hierfür eignen sich vor allem Metalldrähte, insbesondere Stahldrähte oder auch Stützelemente z.B. aus glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK).Two tension elements ZEI and ZE2 are embedded in the cable sheath, which are constructed in such a way that they can be stressed on train. Multiple is one Embodiment is so expedient that compressive forces are also absorbed. Metal wires, in particular steel wires or also support elements, are particularly suitable for this e.g. made of glass fiber reinforced plastics (GRP).
Bei mehrschichtig aufgebauten Außenmänteln liegen die Zugelemente ZEI und ZE2 zweckmäßig im Ubergangsbereich zwischen aufeinanderfolgenden Mantelbereichen MA1 und MA2, wie das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 zeigt.In the case of multi-layered outer sheaths, the tension elements are located ZEI and ZE2 expediently in the transition area between successive jacket areas MA1 and MA2, as the embodiment of FIG. 2 shows.
Im Bereich der Kabelseele KS sind Lichtwellenleiter vorgesehen, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei derartige Lichtwellenleiter LW1 und LW2 dargestellt sind, die von entsprechenden Außenhüllen AH1 und AH2 umschlossen werden, welche ggf. auch nur als dünne Schutzschichten ausgebildet sind ("coating), Zwischen dem Mantel MA einerseits und den Lichtwellenleitern LW1 und LW2 andererseits soll keine oder nur eine ganz geringe mechanische Kraftübertragung stattfinden. Eine derartige Anordnung kann dadurch erreicht werden, daß die Lichtwellenleiter LW1 und LW2 im Inneren des nur mit Luft gefüllten Mantels MA angeordnet sind oder aber dadurch, daß eine entsprechend weiche, niederviskose und nicht tropfende Füllmasse FM von etwa pastenförmiger Konsistent vorgesehen ist. Bevorzugt sind thixotropierte Füllmassen verwendbar.In the area of the cable core KS optical waveguides are provided, with in the present embodiment two such optical waveguides LW1 and LW2 are shown, which are enclosed by corresponding outer shells AH1 and AH2, which, if necessary, are only designed as thin protective layers ("coating), between the jacket MA on the one hand and the optical waveguides LW1 and LW2 on the other hand no or only very little mechanical power transmission take place. One Such an arrangement can be achieved in that the optical waveguide LW1 and LW2 are arranged inside the jacket MA, which is only filled with air, or else in that a correspondingly soft, low-viscosity and non-dripping filling compound FM of approximately paste-like consistency is provided. Thixotropic ones are preferred Filling compounds can be used.
Die Zugelemente ZEI und ZE2 werden vor dem Aufbringen des Kabelmantels MA einer Längsdehnung unterworfen, so daß nach dem Herstellungsprozeß eine Kontraktion eintritt, welche durch die feste Verbindung zwischen den Zugelementen ZEl und ZE2 und dem Mantel MA auf diesen übertragen wird und eine entsprechende Schrumpfung des Mantels bewirkt. Dadurch wird die Uberlänge für die Lichtwellenleiter LW1 und LW2 gegenüber der resultierenden (verkürzten) Länge des Mantels MA sichergestellt. Der Wert dieser Uberlänge liegt normalerweise in der Größenordnung von etwa 10 3 bis 10 Wenn die Zugelemente ZEl und ZE2 zusätzlich so steif ausgebildet sind, daß sie auch als Stützelemente wirken, so hat dies gegenüber nur zugfesten Elementen zusätzlich den Vorteil, daß beim fertigen Kabel infolge von Temperaturerniedrigung beim Mantel MA auftretende Schrumpfkräfte von den Stützelementen aufgenommen werden, so daß die z.B. im Betrieb auftretenden Längenänderungen besonders gering gehalten werden können.The tension elements ZEI and ZE2 are attached before the cable sheath MA subjected to longitudinal expansion, so that after the manufacturing process, a contraction occurs, which through the fixed connection between the tension elements ZE1 and ZE2 and the jacket MA is transferred to this and a corresponding shrinkage of the coat causes. This increases the excess length for the optical waveguides LW1 and LW2 with respect to the resulting (shortened) length of the jacket MA ensured. The value of this excess length is usually on the order of about 10 3 to 10 If the tension elements ZE1 and ZE2 are also made so stiff that they also act as support elements, this has only tensile strength elements compared to this In addition, the advantage of the finished cable as a result of the temperature decrease Shrinkage forces occurring in the MA jacket are absorbed by the support elements, so that the changes in length that occur during operation, for example, are kept particularly small can be.
Hierbei wird der Wärmeausdehnungskoeffizient des Zug-und Stützeigenschaften aufweisenden Zugelementes vorteilhaft niedriger gewählt als der des Mantelmaterials.This is the coefficient of thermal expansion of the tensile and support properties having tension element advantageously selected lower than that of the jacket material.
Zweckmäßig sind Wärmeausdehnungskoeffizienten der Zug-und Stützelemente, die zwischen 10 10 6 bis 20 m/m°C liegen.Thermal expansion coefficients of the tension and support elements are useful, which are between 10 10 6 to 20 m / m ° C.
In Figur 3 ist ein Extruderkopf EK eines nur teilweise dargestellten Extruders EX in schematischer Darstellung wiedergegeben, in den über die Schnecke SN die Masse MA' in niederviskoser Form eingegeben wird, aus der später der Mantel MA des Lichtwellenleiterkabels entsteht. Der Extruderkopf EK weist eine axial durchlaufende zylindrische Öffnung auf, über welche die die Lichtwellenleiter sowie ggf. die Füllmasse FM enthaltende "Kabelseele" KS zugeführt wird. Von hier nicht näher dargestellten Vorratstrommeln o.dgl. werden die Zugelemente ZEI und ZE2 abgezogen und über entsprechende, ebenfalls in Längsrichtung verlaufende Bohrungen B01 und 302 in den Extruderkopf EK eingeführt. Der Verlauf dieser Zugelemente ist dabei so gewählt, daß gegen die Austrittsstelle des Extruderkopfes EK hin die Zugelemente ZEI und ZE2 zumindest teilweise in den Mantel MA eingebettet werden. Um später eine entsprechende Kompressionskraft durch die Zugelemente ZEl und ZE2 zu erzielen, ist im vorliegenden Beispiel eine Vorwärmung der Zugelemente ZEl und ZE2 vorgesehen, welche mittels der Heizelemente HEI und HE2 (z.B. Infrarotstrahler, Flammen, Heißluft, elektrische Widerstandsheizung o.In Figure 3, an extruder head EK is only partially shown Extruder EX shown in a schematic representation, in the over the screw SN the mass MA 'is entered in low-viscosity form, from which the jacket will later be MA of the fiber optic cable arises. The extruder head EK has an axially continuous cylindrical opening through which the optical waveguides and possibly the filling compound FM containing "cable core" KS is supplied. No closer from here shown Storage drums or the like. the tension elements ZEI and ZE2 are withdrawn and Boreholes B01 and 302 in the extruder head that also run in the longitudinal direction EK introduced. The course of these tension elements is chosen so that against the At least the tension elements ZEI and ZE2 at the exit point of the extruder head EK are partially embedded in the sheath MA. To get a corresponding compression force later to achieve by the tension elements ZE1 and ZE2, is one in the present example Preheating of the tension elements ZE1 and ZE2 is provided, which by means of the heating elements HEI and HE2 (e.g. infrared emitters, flames, hot air, electrical resistance heating O.
dgl.) bewirkt wird. Im Bereich der nach dem Extruderkopf EK stattfindenden Abkühlung des Mantels und der Stützelemente ZEl und ZE2 kommt es durch die Schrumpfung der vorher entsprechend erhitzten (z.B. auf 100 bis 2000C) Zugelemente ZEI und ZE2 zu einer Längskompression und damit Verkürzung der gesamten äußeren Mantelschicht MA. Damit gewinnen die Lichtwellenleiter LW1 und LW2 die erwünschte Uberlänge gegenüber dem Außenmantel.Like.) is effected. In the area of the after the extruder head EK The jacket and the support elements ZE1 and ZE2 cool down as a result of the shrinkage the tension elements ZEI and ZE2, which have been appropriately heated beforehand (e.g. to 100 to 2000C) to a longitudinal compression and thus a shortening of the entire outer jacket layer MA. In this way, the optical waveguides LW1 and LW2 gain the desired excess length the outer jacket.
~ zweckmäßig Die erhöhte Temperatur der Zugelemente wird/so gewählt, daß sie über der Raumtemperatur, aber unter der Austrittstemperatur des Materials für den Mantel MA am Ausgang des Extruderkopfes EK liegt.~ expedient The increased temperature of the tension elements is / is selected so that that they are above room temperature but below the exit temperature of the material for the jacket MA is located at the exit of the extruder head EK.
Die Kompressionskraft kann allein für sich oder zusätzlich zu einer Erwärmung auch durch eine mechanische Zugspannung (z.B. durch gebremsta Abzug) auf die Zugelemente ZEI und ZE2 ausgeübt werden. Infolge des Wegfalls der mechanischen Zugspannung beim fertigen Kabelaußenmantel (z.B. nach einem Raupenabzug o.dgl.) tritt ebenfalls eine Schrumpfung der Zugelemente ZEl und ZE2 auf. Werden beide Schrumpfungsprozesse (Vorwärmung und mechanische Vordehnung) gleichzeitig eingesetzt, so überlagern sich ihre Wirkungen und ergeben eine besonders starke Längskompression.The compression force can be used alone or in addition to a Heating is also due to mechanical tensile stress (e.g. due to a braked trigger) the tension elements ZEI and ZE2 are exercised. As a result of the elimination of the mechanical Tensile stress in the finished outer cable sheath (e.g. after a caterpillar haul-off or the like) there is also a shrinkage of the tension elements ZE1 and ZE2. Will both shrinkage processes (Preheating and mechanical pre-stretching) used at the same time, see above overlay their effects and result in a particularly strong longitudinal compression.
Um noch größere Uberlängen der Lichtwellenleiter zu erreichen, können diese in bekannter Weise auch mit etwas höherer Geschwindigkeit als die Abzugsgeschwindigkeit des Mantels MA in den Extruderkopf EK eingeführt werden, wodurch sich von Haus aus eine gewisse zusätzliche Uberlänge (z.B. mäanderförmiger Verlauf der Lichtwellenleiter oder helixförmige Struktur) ergibt.In order to achieve even greater excess lengths of the optical waveguides, you can this in a known manner at a slightly higher speed than the withdrawal speed of the jacket MA are introduced into the extruder head EK, which is inherent in itself a certain additional excess length (e.g. meander-shaped course of the optical waveguides or helical structure).
Schließlich ist es auch möglich, eine ergänzende Uberläge durch eine sogenannte Pendelverseilung (SZ-Verseilung) um ein Mittelelement vorzusehen, wobei die Fasern nicht fest fixiert werden. Beispielsweise können die Lichtwellenleiter auf dem zentralen Mittelelement mit einer pastösen Füllmasse nur leicht geheftet werden, die bei Bedarf für die Verarbeitung soweit gekühlt wird, daß die nötige Viskosität und damit Stabilität des Mittel elementes zum Aufbringen der Fasern erreicht wird. Bei der Zugbelastung und damit Dehnung des Kabels löst sich der SZ-Verband (Aufkorben oder Aufseilen), wodurch eine zusätzliche Uberlänge in einfacher Weise erreicht wird, weil die Lichtwellenleiterfasern sich meflr oder weniger weit nach außen bewegen.Finally, it is also possible to use a supplementary overlap so-called pendulum stranding (SZ stranding) to provide a central element, whereby the fibers are not firmly fixed. For example, the optical waveguides only lightly stapled on the central middle element with a pasty filling compound that is cooled if necessary for processing to the extent that the necessary Viscosity and thus stability of the middle element for applying the fibers is achieved will. The SZ bandage loosens when the cable is subjected to tensile stress and thus elongation (Basketing or roping up), creating an additional excess length in a simple manner is achieved because the optical fibers are more or less far after move outside.
3 Figuren 13 Patentansprüche3 Figures 13 claims
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