DE3417560A1 - Optische faser - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine optische Faser mit einer ausgezeichneten Beständigkeit gegen äussere Kräfte.
Optische Fasern bestehen im allgemeinen aus einem 5 Endlosfaden für eine optische übertragung aus einem
Quarzglaskern und einer Umhüllung aus Quarzglas, einem Siliconharz etc., auf welcher eine Mantelschicht aus
Nylon, einem Polyesterharz und dergleichen beschichtet ist. Siehe hierzu üS-PSen 3 865 466, 3 955 878,
4 038 489, 4 054 365, 4 118 594 und 4 153 332. Verwendet man die optische Faser in einer Umgebung mit von
aussen einwirkenden Kräften, wie Spannung, Druck, Biegebelastungen und dergleichen, dann hat man zur Verstärkung
der optischen Faser ein in der Längsrichtung
» · w 4 m
verlaufendes Zentralglied aus einem Material, das
nicht leicht verformbar ist, wie Aluminium, faserverstärkter Kunststoff, einem thermoplastischen Harz
(z.B. Polypropylen, Polyethylen etc.) und dergleichen mit einem bluten- oder sternähnlichen Querschnitt
verwendet, durch welches Mulden an der Oberfläche in Längsrichtung entstanden, wobei in jede dieser Mulden
eine optische Faser eingelegt wird, so dass die optische Faser gegenüber hohen Belastungen beständig ist.
Eine optische Faser dieser Art wird in den japanischen Patentveröffentlichungen 26 841/77 und 130 037/79
beschrieben und hat typischerweise einen Querschnitt, wie dies in Fig. 1 gezeigt wird, in welcher die Zahlen
1, 2 und 3 eine optische Faser, ein Zentralglied und die Kerben an der Peripherie des Zentralgliedes
angeben.
Die üblichen optischen Faserkabel der vorerwähnten Art, bei denen die optischen Fasern durch einen Zentralteil
verstärkt sind, haben die folgenden Nachteile:
(1) Der Schritt, bei dem man die optische Faser mit einem Aussendurchmesser von z.B. 0,9 mm in jede
der verschiedenen Einkerbungen mit einem äusseren Durch· messer von 3 bis 6 mm über mehrere Kilometer einlegen
muss, ist sehr kompliziert und erhöht die Produktionskosten .
(2) Da man ein verhältnismässig hartes Material als Zentralteil verwendet/ um die optische Faser vor
Beanspruchungen zu schützen, wird die optische Faser
insgesamt hart und es fehlt ihr an Weichheit.
(3) Verbindungen von optischen Faserkabeln untereinander werden schwierig, weil man die Festigkeit des
Zentralteils berücksichtigen muss und dadurch erhöht sich z.B. der Aussendurchmesser.
Aufgrund von Untersuchungen durch die Erfinder, um die vorerwähnten Nachteile, wie sie bei Verwendung von
Zentralteilen in üblichen optischen Faserkabeln auftreten, zu vermeiden, haben nun ergeben, dass man einer
optischen Faser eine Beständigkeit gegen äussere Kräfte verleihen kann, ohne dass man einen Zentralteil benötigt,
indem man eine zweite Mantelschicht hoher Elastizität auf eine erste Mantelschicht bei einer optischen
Faser aufbringt, wobei man eine Schmiermittelschicht dazwischen einbringt. Darauf beruht die vorliegende Erfindung.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt einer üblichen optischen Faser mit einem Zentralteil;
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt einer optischen Faser gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
Die Erfindung wird anhand der Fig. 2 näher erläutert.
Fig. 2 zeigt den Querschnitt einer erfindungsgemässen
optischen Faser. Dort bedeutet die Zahl 4 den Kern, die Zahl 5 eine umhüllung, die Zahl 6 eine erste Mantelschicht,
die Zahl 7 eine Schmiermittelschicht, und die
·— 7 —
Zahl 8 eine zweite Mantelschicht.
Der Kern 4, die Umhüllung 5 und die erste Mantelschicht
6 werden aus Materialien hergestellt/ wie sie üblicherweise bei optischen Fasern verwendet werden.
Beispielsweise besteht der Kern 4 hauptsächlich aus Quarzglas, die Umhüllung besteht aus Quarzglas, einem
Siliconharz, einem Tetrafluorethylenharz., einem Vinylidenchloridharz,
einem Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Copolymerharz,
einem Acrylharz etc., und die erste Mantelschicht 6 besteht aus einem thermoplastischen
Harz, z.B. Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Nylon, Polyester, Polyurethan und dergleichen,
vorzugsweise aus Polyethylen, Polypropylen, Nylon und Polyurethan. Die Dicke der ersten Mantelschicht liegt
im allgemeinen im Bereich von 0,2 bis etwa 2 mm.
Die zweite Mantelschicht 8 gemäss der vorliegenden Erfindung,
besteht aus einem hochfesten Material, das beispielsweise Polypropylen, Nylon-6, Nylon-66, Nylon-11,
Nylon-12, Polybutylenterephthalatharz, Polycarbonatharz,
Acrylharz, Polyacetalharz, Polystyrolharz, PoIysulfonharz
oder Acrylnitril-Butadien-Styrolharz einschliesst, wobei Nylon und Polybutylenterephthalat
bevorzugt sind. Faserverstärkte Kunststoffe, wie glasfaserverstärktes Polybutylenterephthalat, können ebenfalls
mit Vorteil verwendet werden. Es ist wünschenswert, dass die zweite Mantelschicht flammbeständig
ausgerüstet ist. Man kann die zweite Mantelschicht beispielsweise durch ein schwer brennbares Harz aus den
vorgenannten Harzen und einem Chlor enthaltenden
t» ti · »
Flammverzögerungsmittel, z.B. chloriertem Paraffin, chlorierten Polyolefinen, Dimethylchlorendat etc.;
einem Brom enthaltenden Flammverzögerungsmittel, z.B.
Tetrabrombutan, Hexabrombenzol, Pentabromethylbenzol, Hexabrombiphenyl, Decabromdiphenyloxid, Pentabromchlorcyclohexan
etc.; einem phosphorhaltigen Flammverzögerungsmittel,
z.B. Phosphaten und Phosphorverbindungen, Tris(chlorethyl)phosphat, Tris(monochlorpropyl)phosphat,
Bis(2,3-dibrompropyl)dichlorpropylphosphat
etc.; einem anorganischen Flammverzögerungsmittel, z.B. Antimontrioxid, Zinkborat, Aluminiumhydroxid
etc.; auswählen. Diese Flammverzögerungsmittel können in Mengen von 10 bis 100 Gew.%, bezogen
auf das Gewicht der zweiten Mantelschicht, verwendet werden. Vorzugsweise haben diese Materialien, die für
die zweite Mantelschicht verwendet werden, ein Reissmodul der Elastizität im Bereich von etwa 100 bis
3.000 kg/mm2. Ist das Reissmodul der Elastizität kleiner
als 100 kg/mm2, dann hat das Material zwar eine Polsterwirkung gegenüber Schock in lateraler Richtung,
* so dass eine Beständigkeit gegen äussere Kräfte vorliegt, soweit man die optischen Fasernan speziellen
Stellen verwendet, bei denen äussere Kräfte nur in lateraler Richtung einwirken, jedoch ist die Polsterwirkung
gegenüber Zugkräften, Druckkräften und Biegekräften nicht ausreichend und deshalb ist das Anwendungsgebiet für solche optischen Fasern beschränkt.
Zwar haben Materialien für die zweite Mantelschicht mit einer Zugmodulelastizität von mehr als etwa 3.000
kg/mm2 eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber Zugkräften, Druckkräften und Biegekräften, wenn jedoch
das Reissmodul der Elastizität des Materials für die
zweite Mantelschicht 3.500 kg/mm2 übersteigt, dann fehlt der gebildeten optischen Faser die Weichheit.
Wenn deshalb eine Weichheit der optischen Faser nicht erforderlich ist, können optische Fasern, auf denen
eine zweite Mantelschicht mit einem Elastizitätsmodul von mehr als 3.000 kg/mm2 aufgebracht sind, selbstverständlich
verwendet werden. Wird jedoch eine ausreichende Weichheit der optischen Faser gefordert,
dann verwendet man besonders bevorzugt ein Material mit einem Reissmodul der Elastizität von etwa 1.500
kg/mm2 oder weniger.
Materialien, die man in der Schmierschicht 7, die sich zwischen der ersten Mantelschicht 6 und der zweiten
Mantelschicht 8 befindet, verwenden kann, sind viskose Substanzen, welche die Eigenschaften der ersten
und zweiten Mantelschicht nicht stören und die im allgemeinen eine Viskosität von etwa 500 bis etwa 500.000
cps, bestimmt bei einer Temperatur von 250C, aufwei-•
sen, wie organische Flüssigkeiten, z.B. Mineralöle und -fette, Siliconöle und -fette, fluorhaltige öle
und Fette etc., und Mischungen aus organischen Flüssigkeiten und festen Schmiermitteln, z.B. Graphit,
Molybdänpulvern etc.. Insbesondere bevorzugt man solche
Materialien, die eine Viskosität.von etwa 500 bis 500.000 cps bei 250C haben, weil ein hochviskoses
Schmiermittel einen ausreichenden Spalt zwischen der ersten und der zweiten Mantelschicht aufrecht erhält
und bei der Anwendung nicht abläuft. Bei einer Viskosität unterhalb etwa 500 cps neigt das Schmiermittel
ti « * * M tf
- 10 -
dazu, aus dem Spalt zwischen der ersten und der zweiten Mantelschicht auszulaufen und bei einer Viskosität
von mehr als 500.000 cps hat das Schmiermittel eine zu hohe Viskosität um aufgebracht zu werden,
selbst wenn man es auf eine Temperatur von etwa 1000C
erwärmt.
Die zweite Mantelschicht wird im allgemeinen in einer Dicke von 0,5 bis 5 mm aufgebracht und die Schmiermittelschicht
wird im allgemeinen in einer Dicke von etwa 0,1 bis 1 mm aufgebracht.
Die Viskosität der als Schmiermittel verwendeten viskosen Substanz hängt von den Aussenkräften (Aussen-
15 druck) welche auf die zweite Mantelschicht ausgeübt
werden, dem Spalt zwischen den beiden Mantelschichten und dem Elastizitätsmodul der zweiten Mantelschicht
ab. Sind die Aussenkräfte (der Druck von aussen) gross, dann erhöht man das Elastizitätsmodul der zweiten
Mantelschicht vorzugsweise, um den Reibungskoeffizienten
zwischen den beiden Mantelschichten so klein wie möglich zu machen, indem man die hochviskose Substanz
in einen breiten Spalt zwischen die Mantelschichten einfüllt. Ist der Spalt zwischen der ersten und der
zweiten Mantelschicht beispielsweise 0,5 mm gross und hat die viskose Substanz eine Viskosität von 1.000 cps,
dann wird der Reibungskoeffizient zwischen den beiden Mantelschichten 0,2 oder kleiner, so dass selbst wenn
ein Aussendruck auf die zweite Mantelschicht von 600 kg/cm2 oder mehr einwirken gelassen wird, ein solcher
Aussendruck nicht in einem solchen Masse auf die
erste Mantelschicht übertragen wird, dass dadurch der Kern beeinflusst wird.
Die optischen Fasern mit dem vorerwähnten Aufbau haben
folgende Eigenschaften:
(1) Die optische Faser ist sehr viel kleiner und kann mit niedrigeren Kosten hergestellt werden
im Vergleich zu den üblichen optischen Fasern mit einem Zentralteil. Insbesondere beträgt der Aussendurchmesser
der üblichen optischen Fasern mit einem Zentralteil beispielsweise 0,6 oder 0,9 mm, während
die optischen Fasern gemäss der vorliegenden Erfindung einen Aussendurchmesser von beispielsweise 1,4
oder 2 mm aufweisen und zwar aufgrund der Schmiermittelschicht und der zweiten Mantelschicht. Da jedoch
ein zentraler Verstärkungsteil bei den erfindungsgemässen optischen Fasern nicht erforderlich ist,
kann man ein langes optisches Faserkabel einfach herstellen, indem man die jeweilige Anzahl der optischen
Fasern zu einem Kabel verdrillt.
(2) Da ein Zentralteil mit einem komplizierten Querschnitt nicht verwendet wird, kann man die
Kabel miteinander verbinden, indem man die zweiten Mantelschichtenmit einem kreisförmigen Querschnitt
miteinander verbindet, wobei man lediglich die Festigkeit der Verbindung berücksichtigen muss. Beispielsweise
kann man das Verbinden der Kabel einfach durchführen, indem man die Verbindungsstelle mit einem wärme
schrumpf bar en Schlauch oder dergleichen, der eine
to WW «tow« * φ«
- 12 -
Klebeschicht an seiner Innenoberfläche aufweist, bedeckt.
(3) Da die optische Faser vor äusseren Kräften, wie Spannung, Druck, Biegen etc., geschützt ist, ist
ein Kabel, das sich aus einer Vielzahl von optischen
Fasern, die miteinander verdrillt sind, aufbaut, sehr zuverlässig gegenüber der Beständigkeit· von Aussenkräften
und verursacht praktisch keinen Lichtübertragungsverlust.
Die optischen Fasern gemäss der Erfindung mit den vorerwähnten
Vorteilen können für Kabel verwendet werden, bei denen Aussenkräfte in axialer Richtung einwirken,
wie bei Verbundkabeln, die über Gewässern aufgehängt werden oder für Kraftübertragungs-Verbundkabel für
grosse Entfernungen.
Die Erfindung wird ausführlich in den nachfolgenden 20 Beispielen beschrieben.
Auf einen Kern aus Quarzglas mit einem Aussendurchmesser von 0,10 mm wurde eine Umhüllung aus einem
Siliconharz aufgetragen und eingebrannt, so dass der Aussendurchmesser 0,15 mm betrug. Eine erste Mantel-
30 schicht aus einem niedrigdichten Polyethylen wurde
über die erhaltene optische Faser aufgebracht, wobei
- 13 -
sich der Aussendurchmesser auf 0,9 mm erhöhte. Anschliessend
vnirde eine zweite Mantelschicht aus dem in Tabelle 1 gezeigten Material aufextrudiert, wobei
man als Schmiermittel das in Tabelle 1 angegebene Material auf die äussere Oberfläche der ersten Mantelschicht
aufbrachte.
Die erhaltene optische Faser wurde auf Längen von 1 m geschnitten und der Spalt (Zwischenraum) zwischen der
ersten und der zweiten Mantelschicht, der durch die Schmiermittelschicht ausgefüllt war, wurde gemessen.
Dann wurde eine Druckbelastung auf die Oberfläche der zweiten Mantelschicht einwirken gelassen und die Kraft,
die erforderlich war, die erste Mantelschicht einschliesslich des Kerns und der Umhüllung herauszuziehen,
wurde gemessen, um dadurch den Reibungskoeffizienten zwischen den beiden Mantelschichten festzustellen.
Schliesslich wurde die obige optische Faser in einen Wasser-Druckbehälter eingelegt und der Übertragungsverlust bei einem Wasserdruck von 300 kg/cm2 wurde
festgestellt und mit der übertragung unter Atmosphärendruck verglichen.
Weiterhin wurde die obige optische Faser um einen Stab mit einem Durchmesser von 30 mm gewickelt, um Veränderungen
im Übertragungsverlust der optischen Faser vor und na.ch dem Aufwickeln festzustellen.
30 Die Ergebnisse werden in Tabelle 1 gezeigt.
- 14 -
Zum Vergleich wurde eine optische Faser aus einem Quarzglaskern mit einem Aussendurchmesser von 0,10 mm,
einer Siliconharzumhüllung und einer niedrigdichten Polyethylen-Mantelschicht (Vergleichsbeispiel 1) sowie
eine optische Faser der gleichen Art wie in Vergleichsbeispiel 1, mit jedoch einer Siliconölschmierschicht
und einerzweiten Mantelschicht, wie dies in Tabelle 1 gezeigt wird (Vergleichsbeispiel 2) hergestellt und
den gleichen Untersuchungen unterworfen wie oben. Die Ergebnisse werden auch in Tabelle 1 gezeigt.
| Beispiel Nr. |
Schmiermittelschicht | Viskosi-T | Dicke | zweite Mantelschicht | Elastizi | Reibungs- koeffi- |
Veränderung im verlust |
Übertragungs |
| 1 | Material | tät(cps) | (μ) | Material | tätsmodul (kg/mm2) |
aufgrund von Wasserdruck(%) |
aufgrund von Biegen (%) |
|
| 2 | • | 103 | 30 | 150 | 0,041 | 5,4 | 3,1 | |
| 3 | Silicon- öl |
It | ti | Nylon-12 | 900 | 0,030 | 3,7 | 4,1 |
| 4 | M | Il | It | PBT*2 | 1.500 | 0,035 | 3,6 | 3,7 |
| 5 | ti | 104 | 50 | *3 FR-PBT |
150 | 0,023 | 4,8 | 2,8 |
| 6 | M | Il | Il | Nylon-12 | 900 | 0,020 | 5,0 | 4,0 |
| 7 | It | Il | PBT | 1.500 | 0,026 | 3,7 | 3,6 | |
| 8 | ti | 105 | 60 | FR-PBT | 150 | 0,012 | 2,3 | 3,6 |
| 9 | F-halti- ges Schmier mittel*! |
Il | Il | Nylon-12 | 900 | 0,011 | 1,2 | 4,2 |
| Vergl,- Bsp. 1 |
ti | Il | Il | PBT | 1.500 | 0,011 | 1,4 | 5,8 |
| Vergl.- Bsp. 2 |
Tl | — | FR-PBT | 68,7 | 35,6 | |||
| keines | 10 | 10 | keines | 50 | 0,25 | 32,0 | 46,3 | |
| Silicon- öl |
hochdich- tes Poly ethylen |
Anmerkung: *1: DaifIon-Fett, Handelsname der Daikin Kogyo Co., Ltd.
*2: Polybutylenterephthalat
*3: glasfaserverstärktes Polybutylenterephthalat
*3: glasfaserverstärktes Polybutylenterephthalat
CD O
« « • * WWW
-- --- -- -www
VV W
- 16 -
Die obigen Ergebnisse in Tabelle Ϊ zeigen, dass optische Fasern gemäss der Erfindung, bei denen ein viskoses
Material mit einer Viskosität von 500 cps oder mehr als Schmiermittelschicht verwendet werden und
bei denen ein Material mit einem Elastizitätsmodul von 100 bis 3.000 kg/mm2 als zweite Mantelschicht verwendet
wird, nur einen Übertragungsverlust von 10 % oder weniger aufgrund des Wasserdrucks oder beim Biegen
erleidet. Dagegen weisen optische Fasern gemäss Vergleichsbeispiel 1 Veränderungen des Übertragungsverlustes von 40 % oder mehr bei den gleichen Versuchen
auf und haben bei einem hohen Wasserdruck von 300 kg/cm2 keine ausreichende Festigkeit. Weiterhin weisen die
optischen Fasern gemäss Vergleichsbeispiel 2 erhebliche Veränderungen im Übertragungsverlust bei einem hohen
Wasserdruck von 300 kg/cm2 und auch beim Biegen auf, was auf den niedrigen Elastizitätsmodul (50 kg/mm2) der
zweiten Mantelschicht zurückzuführen ist.
Claims (10)
1. Optische Faser aus einer Endlosfaser für optische
Übertragungen mit einer auf der Endlosfaser aufgebrachten ersten Mantelschicht, dadurch gekennzeichnet , dass eine zweite Mantels.chicht
über der ersten Mantel schicht ausgebildet ist und sich in dem Zwischenraum zwischen der
ersten Mantelschicht und der zweiten Mantelschicht eine Schmiermittelschicht befindet.
2. Optische Faser' gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Schmiermittelschicht
aus einem viskosen Material mit einer Viskosität von 50 bis etwa 500.000 cps bei 25°C
besteht.
ARABELLASTRAP=^ * - D-SOOO MÜNCHEN 81 . TELEFON CO89} 911087 ■ TELEX 5-29619 CPATHED · TELEKOPIERER »1
3. Optische Faser gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass das viskose Material
eine organische Flüssigkeit ist.
4. Optische Faser gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , dass die organische
Flüssigkeit ein Mineralöl oder -fett ist.
5. Optische Faser gemäss Anspruch 3, dadurch g e kennzeichnet, dass die organische
Flüssigkeit ein Siliconöl oder -fett ist.
6. Optische Faser gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , dass die organische
15 Flüssigkeit ein fluorhaltiges öl oder Fett ist.
7. Optische Faser gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass das viskose Material
eine Mischung aus einer organischen Flüs-
20 sigkeit und Graphit ist.
8. Optische Faser gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass das viskose Material
eine Mischung aus einer organischen Flüs-
25 sigkeit und Molybdänpulver ist.
9. Optische Faser gemäss Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet
, dass die zweite Mantelschicht aus einem Harz mit einem Elastizitäts-
30 modul von etwa 100 bis 3.000 kg/mm2 besteht.
10. Optische Faser geitiäss Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , dass das Harz Nylon ist.
11. Optische Faser gemäss Anspruch 9, dadurch g e kennzeichnet,
dass das Harz Polybutylenterephthalat ist.
12. Optische Faser gemäss Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , dass das Harz glasfaser-
10 verstärktes Polybutylenterephthalat ist.
Applications Claiming Priority (1)
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ID=13815107
Family Applications (1)
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- 1984-05-11 FR FR8407346A patent/FR2545943B1/fr not_active Expired
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