DE3518822A1

DE3518822A1 - Optisches faserkabel

Info

Publication number: DE3518822A1
Application number: DE19853518822
Authority: DE
Inventors: Purita Aurora Ill. Rasco
Original assignee: Cooper Industries LLC
Current assignee: Cooper Industries LLC
Priority date: 1984-05-25
Filing date: 1985-05-24
Publication date: 1985-11-28
Also published as: GB2159296A; GB8511380D0; CA1251972A; FR2564988A1; AU4182685A; US4687294A; GB2159296B; AU575638B2; FR2564988B1

Description

Optisches Faserkabel

Die Erfindung betrifft ein optisches Faserkabel und insbesondere ein optisches Faserkabel, welches sich durch Schachtbereiche eines Gebäudes zur übertragung von Nachrichtensignalen erstrecken soll.

Optische Faserkabel weisen eine Anzahl von Vorteilen gegenüber elektrischen Leitern, wie Kupferdraht zur Übertragung von Nachrichtensignalen auf. Optische Fasern können wesentlich mehr Daten als elektrische Leiter gleicher Größe übertragen. Von Bedeutung ist, daß optische Fasern anders als elektrische Leiter elektromagnetischen Störungen nicht ausgesetzt sind; eine Eigenschaft, die besonders von Bedeutung ist, wenn Daten, wie Computersignale übertragen werden. Optische Kabel zur Datenübertragung haben eine unmittelbare Bedeutung bei der örtlichen Übertragung von Nachrichtensignalen, z.B. zwischen einem Computer oder einem Wortverarbeitungsendan-Schluß und einem anderen. Ferner sind optische Faserkabel wesentlich leichter als elektrische Kabel.

Örtliche Nachrichtenkabel verlaufen durch Gebäude typischerweise durch Schachtregionen zwischen den StOCkWer- ^ΛΌ ken großer Gebäude, und erstrecken sich häufig von einem Gebäude zu einem anderen. Es ist wichtig, daß ein Kabel, welches durch Gebäudeschächte oder ähnliches hindurchgeführt ist, geringe raucherzeugende und flammenausbreitende Eigenschaften aufweist. Von Kabeln, die in den SQ USA in Gebäuden verwendet werden, wird im allgemeinen verlangt, daß sie die Anforderungen der nationalen, elektrischen Vorschriften erfüllen, die sich auf die raucherzeugenden und flammenausbreitenden Eigenschaften des

Kabels beziehen.
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Gleichzeitig ist es wichtig, daß das optische Kabel die optischen Signale ohne wesentliche Dämpfung überträgt. Die Signaldämpfung ist insbesondere ein bedeutendes Problem bei optischen Kabeln, die Signale über Bereiche mit einem großen Temperaturbereich übertragen. Ein Nachrichtenkabel kann durch unbeheizte Innenbereiche, Außenbereiche, wo es Wintertemperaturen ausgesetzt ist, und ebenso durch Schächte, in der Nähe von Heizungsleitungen oder ähnlichem verlegt sein. Somit wird es als wünschenswert angesehen, daß ein optisches Kabel über einen großen Temperaturbereich stabil ist, und für ein Kabel in einem Schacht umfaßt die Wärmestabilität vorzugsweise den Temperaturbereich von -40⁰C bis 8O⁰C.

Optische Fasern bestehen aus einem mittleren Glaskern, durch den die Lichtstrahlen tatsächlich übertragen werden und, um das Licht innerhalb des zentralen Kernes zurückzuhalten, aus Mitteln, wie eine umgebende Umhüllung, die einen niedereren Brechungsindex als der Kern aufweist, so daß eine Kern-Umhüllungsgrenzschicht dazu neigt, eher Strahlen in den Kern zurückzulenken als daß diese die Sperre durchdringen und der optischen Faser verloren gehen. Das Übertragungsvermögen der optischen Faser hängt in hohem Maße von der Gleichförmigkeit der Kern-Umhüllungsgrenzschicht ab. Von einer optischen Faser übertragenes Licht pflanzt sich mit unterschiedlichen Moden fort, d.h. unter unterschiedlichen Winkeln in Bezug auf die Achse des Kerns. Lichtmoden niederer Ordnung gelangen durch die Faser bei kleinsten Winkeln in Bezug auf die Kernachse, treffen auf die Kern-Umhüllungsgrenzschicht unter kleinen Einfallswinkeln auf und werden in den Kern zurückgelenkt. Lichtmoden höherer Ordnung verlaufen durch die Faser unter größeren Winkeln in Bezug auf die Kernachse und treffen mithin unter größeren Einfallswinkeln auf die Grenzschicht auf und wandern auch eine größere Gesamtstrecke durch die Faser. Diese Faktoren tragen dazu

bei, daß Lichtmoden höherer Ordnung relativ schnell von der Faser verlorengehen, während Moden niederer Ordnung über eine wesentliche Strecke der Faser ohne bedeutende Dämpfung laufen. Die Lichtübertragungsdämpfung einer optischen Faser ist eine Funktion der Gleichförmigkeit der Kern-Umhüllungs Grenzschicht,da Störungen in dieser Grenzschicht eher gedämpfte Lichtmoden höherer Ordnung von Lichtmoden niederer Ordnung erzeugen.

Lichtabschwächende Störungen in der Kern-Umhüllungsgrenzschicht können auftreten, wenn die optischen Fasern des Kabels über ihre Länge einer Differenzialspannung ausgesetzt werden. Wenn das Kabel breiten Temperaturschwankungen über seiner Länge ausgesetzt wird, können Differenzialspannungen an den Fasern als Ergebnis unterschiedlicher Wärmeausdehnung und -zusammenziehung der verschiedenen das Kabel bildenden Materialien gemäß ihren unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten auftreten. Die Differenzialspannungen können entweder radial als Ergebnis des umhüllenden Kabelmaterials, welches nach innen unterschiedlich auf die optischen Fasern drückt, auftreten oder in Längsrichtung als Ergebnis des Umhüllungsmaterials, welches sich unterschiedlich relativ zu den optischen Fasern ausdehnt oder zusammenzieht, auftreten. Bei einem Kabel, welches breiten Temperaturschwankungen über seine Länge ausgesetzt werden soll, ist es wünschenswert, die optischen Fasern gegenüber den Wirkungen einer differenziellen Ausdehnung und Zusammenziehung der Materialien so weit wie möglich zu isolieren, um die Dämpfung des durch die Fasern übertragenen Lichtes zu minimieren.

Ein optisches Faserkabel nach der Erfindung,zur Nachrichtenübertragung durch Gebäude und auch durch Außenbereiche umfaßt eine oder mehrere (typischerweise zwei) umhüllte, optische Fasern, und eine gleiche Anzahl stabiler Verstärkungselementen, die in ein äußeres Rohr eingeschlos-

sen sind. Die Verstärkungselemente tragen nicht nur zur mechanischen Steifigkeit des Kabels bei, um das Kabel davor zu schützen, Kinken zu bekommen, welche zu einem Bruch der optischen Fasern führen könnten, sondern auch das Kabel wärmemäßig zu stabilisieren. Die Verstärkungselemente haben einen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der optischen Fasern ausreichend nahe ist, um die Wärmeausdehnung des Kabels derart zu steuern, daß örtliche Störungen der optischen Fasern minimiert werden. Die optischen Fasern sind durch eine Pufferschicht aus einem weichen Elastomermaterial gegenüber Radialspannungen geschützt.

Um die Anforderungen geringer Rauchentwicklung und niederer Flammenausbreitung bei einem solcher. Kabel zu erfüllen, das in Gebäudeschächten verwendet werden soll, werden nichtbrennbare oder schwerbrennbare und wenig rauchentwickelnde Materialien so weit verwendet, wie es praktisch möglich ist. Auch diejenigen Teile des Kabels, welehe notwendigerweise aus Materialien gebildet werden, die gegenüber einer Flammenausbreitung oder Raucherzeugung stärker anfällig sind, sind von nichtbrennbarem Material umhüllt, welches als ein Flammenschild wirkt. Insbesondere sind das äußere Rohr und die Umhüllungen der optischen Fasern aus wenig raucherzeugenden, geringe Flammenausbreitung aufweisenden Fluorkohlenstoffpolymeren gebildet, und das Verstärkungselement sowie die Umhüllungen, welche jede Pufferschicht umgeben, sind aus nichtbrennbaren Materialien hergestellt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher er läutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung eines optischen

Faserkabels, welches verschiedene Merkmale der Erfindung verkörpert,

Fig. 2 eine Querschnittsdarstellung größeren Maßstabs einer optischen Faser, die bei dem Kabel gemäß Fig.1 verwendet wird, und

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung des Kabels

gemäß Fig.1, wobei verschiedene Schichten entfernt worden sind.

Nach der Erfindung wird ein optisches Kabel 9 zur Übertragung von Nachrichtensignalen, zum Beispiel für Computer oder Wortverarbeitungseinrichtungen, angegeben, dessen optische Fasern 13 über einen breiten Temperaturbereich wärmemäßig stabilisiert sind,und welches geringe raucherzeugende und geringe flammenausbreitende Eigenschäften aufweist, wodurch das optische Kabel die Sicherheitsanforderungen zum Einbau in einem Gebäude erfüllt, indem es durch den freien Raum zwischen Stockwerken hindurchgeht. Das Kabel 9 besteht aus einem oder mehreren optischen Fasern 13, wobei im allgemeinen zwei Fasern von den Geräteausrüstern bevorzugt werden. Jede Faser 13 ist aus einer aus weichem Elastomermaterial gebildeten Pufferschicht 8 eng berührend umgeben, die die Faser gegenüber radialer Spannung schützt, welche signaldämpfende, örtliche Störungen hervorrufen könnte.

Eine Umhüllung 10 aus einem nichtbrennbaren Material, wie schraubenförmig gewickelte Glasfasern, umgibt die Pufferschicht 8, um das Puffermaterial gegenüber Flammen abzuschirmen. Die Umhüllung 10 ist wiederum von einem eng sitzenden Mantel 11 umgeben, der aus einem relativ harten Polymer gebildet ist, welches niedere raucherzeugende und niedere flammenausbreitende Eigenschaften aufweist. Als Mittel, um zugleich mechanische Festigkeit und Wärmestabilität zu schaffen, sind Verstärkungselemente 15 aus einem stabilen, nichtbrennbaren Mate-

rial, wobei die Wärmeausdehnungskoeffizienten grob den Wärmeausdehnungskoeffizienten der optischen Fasern 13 entsprechen, mit den ummantelten, optischen Fasern 17 verwoben. Die Bestandteile, d.h. die ummantelten Fasern 17 und die Verstärkungselemente 15 sind in einer äußeren Ummantelung oder Röhre 19 gebündelt, die aus einem Material mit niederer Raucherzeugung und geringer Flammenausbreitung gebildet ist. Das äußere Rohr hält die relative Lage der miteinander verwobenen Bestandteile zusammen.

Die optischen Fasern 13, die in Fig.7 dargestellt sind, bestehen jeweils aus einem Glaskern (geschmolzenem Silica) 13a, durch den das Lichtsignal tatsächlich übertragen wird, einer die Faser umgebenden Glasumhüllung 13b und einer äußeren Schutzschicht 13c aus einem Polymer, welche aus einem geeigneten Acrylat gebildet sein kann. Die Kern-Umhüllungsgrenzfläche neigt dazu, Licht in den Kern zurückzureflektieren. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Kern 13a einen abgestuften Brechungs- index auf, der von außen zur Mitte hin zunimmt. Der abgestufte Brechungsindex dient dazu, die Geschwindigkeiten auszugleichen, mit denen Lichtwellen unterschiedlicher Moden übertragen werden, um dadurch eine Signalverbreiterung zu verringern. Die Umhüllung 13b weist vorzugsweise einen gleichförmigen Brechungsindex auf, der nahe demjenigen des äußeren Abschnittes des Kernes 13a ist. Diese optische Faser ist im Handel erhältlich und umfaßt keinen Teil der Erfindung. Die optischen Fasern 13 sollen jeweils Nachrichtensignale übertragen, und in Abhängigkeit von der Informationsmenge, die sie führen sollen, und die Entfernung > über die die Information übertragen werden soll, weisen die Fasern lichtübertragende Kerne 13a mit Durchmessern von zwischen ungefähr 50 und 100 \xm auf.

Ein bedeutender Gedanke der Erfindung besteht darin, daß die Pufferschicht 8 aus elastomerem Material, in welches die optische Faser 13 eingehüllt ist, weich und zusammendrückbar über den gesamten Arbeitstemperaturbereich des Kabels ist, um die Fasern gegenüber differenziellen Radialkräften abzufedern, welche sonst durch andere Kabelteile ausgeübt werden. Wenn das abfedernde Elastomer bei niederen Temperaturen hart werden sollte und seine elastomeren Eigenschaften verliert, würden die Pufferschichten die Fasern gegenüber radialen Druckkräften nicht abfedern und die Pufferschichten selbst würden einen wesentlichen nach innen gerichteten radialen Druck auf die optischen Fasern 13 beim Zusammenziehen ausüben, wodurch die Lichtübertragungseigenschaften der Fasern schwerwiegend abgeschwächt würden. Zum Zwecke der Erfindung liegt die Shore-Härte A des Elastomers zwischen ungefähr 64 und ungefähr 68 bei 23°, 10 sek. bei Messung mit einem ASTM D2240-Härtemesser. Von dem optischen Faserkabel 9 wird typischerweise erwartet, daß es auch dann arbeitet, wenn es tiefen Temperaturen bis zu -20⁰C und manchmal tiefen Temperaturen bis zu -4O⁰C ausgesetzt wird, und das Elastomer sollte bei diesen niedrigen Temperaturen nicht spröde werden oder seine Elastizität verlieren. Es wird auch erwartet, daß das Kabel auch in relativ heißen Bereichen arbeitet, wie in Schachtbereichen,sehr nahen Heizungsrohren oder Heißwasserleitungen. Somit liegt zum Zwecke der Erfindung der dynamische Temperaturbereich des Elastomers typischerweise zwischen ungefähr -20⁰C und 80⁰C und vorzugsweise zwisehen ungefähr-40°C und ungefähr 8O⁰C.

Die Pufferschichten 8 werden um die Fasern 13 herum durch Extrudieren gebildet und befinden sich in sehr enger Oberflächenberührung mit den Fasern. Geeignete polymerische Elastomere zum Extrudieren als Pufferschichten 8 um die optischen Fasern herum umfassen thermoplastische Gummi,

wie solche, die in der US-PS 4,3^0,704 beschrieben sind. Ein Elastomer, welches sich als besonders geeignet zur Faserumhüllung herausgestellt hat, ist ein Styren-Äthylen-Butylen-Styren-Blockpolymer, welches unter dem Handelsnamen Shell ELEXAR (Warenzeichen von Shell) Gummi der Qualität (grade) 8^31 verkauft wird, und einen dynamischen Temperaturbereich von -75⁰C bis 105⁰C aufweist.

Um die Rauch- und Flammenausbreitungsanforderungen bei einem Kabel 9 zur Verwendung in Hohlräumen zu erfüllen, wäre es wünschenswert, daß die Pufferschicht 8 geringe Flammenausbreitungs- und geringe Raucherzeugungs-Eigenschaften aufweist. Jedoch sind ohne weiteres erhältliche und ausreichend billige Materialien, welche die erforderlichen elastischen Eigenschaften zum Puffern der Fasern gegenüber Druck aufweisen, im allgemeinen nicht im Hinblick auf die Raucherzeugungs- und Flammenausbreitungs-Eigenschaften geeignet, wie es wünschenswert wäre. Als Maßnahme dafür, die Wirkungen von Flammen an der Pufferschicht 8 der optischen Faser zu verringern, ist die aus nichtbrennbarem Material, wie z.B. Glasfasern, gebildete Umhüllung 10 schraubenförmig um die Pufferschicht herumgewickelt. Die Umhüllung 10 ist vorzugsweise wenigstens ungefähr 0,28 mm dick (wenn sie im Mantel 11 zusammengedrückt ist), um als eine Flammenbarriere zu wirken, und kann bis zu 0,56 mm oder dicker sein, so weit es mit den Größenanforderungen für das Kabel 9 vereinbar ist.

Die optischen Fasern 13 sind jeweils von einem Mantel 11 umgeben, welcher aus einem relativ harten Polymermaterial gebildet ist. Der Mantel 11 wird mit einem Schlauchverfahren um die Umhüllung 10 herum gebildet. Wenn der Mantel geformt wird und abkühlt, zieht er seih etwas um die Umhüllung herum zusammen, wobei er diese

fest gegen die Pufferschicht 8 drückt, jedoch nicht so fest, daß die Pufferwirkung der Pufferschicht wesentlich verringert wird. Der Mantel 11 für die optische Faser dient dazu, die optische Faser zu verstärken um] zu schützen, insbesondere in unmittelbarer Nähe der Anschlußplätze, wo der äußere Schlauch 19 entfernt wird, damit die einzelnen, ummantelten Fasern 17 getrennt gehandhabt werden können. Nahe den Anschlußstellen wirkt die Umhüllungschicht 10 mit dem Fasermantel 11 beim Schutz der Faser 13 gegenüber Kinken zusammen. Die Fasermäntel sind typischerweise zwischen ungefähr 0,4 mm und ungefähr 0,8 mm dick, wodurch die ummantelten Fasern einen Gesamtaußendurchmesser zwischen ungefähr 2,6 mm und ungefähr 3,0 mm erhalten.

Das optische Kabel 9 muß gegenüber einer Biegung über den Punkt hinaus , bei dem die optischen Fasern 13 brechen können, geschützt werden, und demgemäß enthält das Kabel ein oder mehrere Verstärkungselemente 15, die zur Steifigkeit des Kabels beitragen. Vorzugsweise entspricht die Anzahl der Verstärkungselemente der Anzahl der ummantelten, optischen Fasern 17; somit weist das dargestellte Kabel zwei Verstärkungselemente auf, die mit zwei ummantelten, optischen Fasern verwoben sind.

Gemäß einem wesentlichen Gedanken der Erfindung liefern die Verstärkungselemente 15 dem Kabel Wärmestabilität. Die Polymermaterialien, welche zur Bildung der Mäntel, des Schlauches bzw. Rohres und der Pufferschichten verwendet werden, weisen im allgemeinen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, die wesentlich größer als diejenigen der optischen Fasern 13 sind, und es bestünde die Neigung, daß sie ohne Wärmestabilisierungselement örtliche Störungen in den Fasern in Bereichen von Temperaturunterschieden erzeugen würden. Solche Störungen ergäben eine wesentliche Signaldämpfung.

4S ■':■ ■--■■■·■ -■

"3518622 Das Verstärkungselement 15 kann steif sein und einen Temperaturkoeffizienten innerhalb eines Bereiches nahe demjenigen der optischen Faser 13 aufweisen. Ein steifes Verstärkungselement, wie z.B. ein Verstärkungselement aus einem Stahlkabel, aus einem Glasfaser-Epoxydstab oder aus polymer-beschichteten Glasfaden neigt dazu, die Wärmeausdehnung des Kabels als Ganzes zu steuern. Glasfaser weist typischerweise einen Wärmeausdehnungskoeffizienten im Bereich von ungefähr 0,05 x 10"⁶ bis ungefähr 1,5 χ 10~⁶ cm/cm/°C auf und ein steifes Verstärkungselement kann einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von ungefähr 0,2 χ 10"* bis ungefähr 15 χ 10~ cm/cm/°C und vorzugsweise von

-fi -6

0,^r, χ 10 bis ungefähr Π χ 10 aufweisen. Diese Bet'oicho r.iii.l f.iinr-tif; im Vergleich mit dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der zur Bildung der verschiedenen Schichten verwandten Polymermaterialien, deren Wärmeausdehnungskoeffizienten typischerweise oberhalb von 20

ungefähr 100 χ 10 cm/cm/⁰C sind.

Weniger steife Verstärkungselemente 15, sowie Garn oder Seil aus KEVLAR (Warenzeichen von duPont )können auch verwendet werden. Weniger steife Materialien neigen dazu, die Wärmeausdehnung des Kabels als Ganzes weniger zu steuern, können nichtsdestotrotz aber dazu dienen, den hohen positiven Wärmeausdehnungskoeffizienten der Polymermaterialien entgegenzuwirken. Somit, wenn das Garn oder Seil einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der kleiner als derjenige des Polymermaterials oder nahe demjenigen der optischen Faser ist, oder sogar einen negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt, wirkt es der Wärmeausdehnung des Polymers entgegen und stabiliesiert dadurch die Wärmeausdehnung des Kabels als Ganzes nahe zu der Wärmeausdehnung der optischen Fasern.

Wenn ein Seil oder Garn als Verstärkungselement ver-

BAD ORIQfNAL

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wendet wird, reicht der Wärmeausdehnungskoeffizient des Fasermaterials von ungefähr -5 x 10" bis zu unge-

-6

fähr 15 x 10 cm/cm/°C und vorzugsweise von ungefähr -2 χ 10 bis ungefähr 6,5 * 10 cm/cm/°C.

Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist das Verstärkungselement 15 von einer dünnen Ummantelung 21 aus einem relativ steifen Polymermaterial umgeben. In Übereinstimmung mit der Notwendigkeit, die flammenaus- -,Q breitenden und raucherzeugenden Eigenschaften des Kabels zu minimieren, wird ein Polymer mit diesen Eigenschaften ausgewählt. Die Ummantelung ?1 der. Verr.tärkungr.H ementos dient dazu, das Ausfasern der Litzen oder Fasern der. Vcrstärkungselementes zu verhindern. Es unterstützt auch

, r- das Gleiten zwischen den Teilen,z.B. zwischen den urn-Ib

mentelten Fasern 17, den Verstärkungselementen 15 und dem Band 31 oder dem äußeren Schlauch 19. Ein solches Gleiten ist immer dann notwendig, wenn das Kabel gebogen werden muß. Die Ummantelung 21 des Verstärkungs-

_nn elementes ist typischerweise aus einem Fluorkohlenstoff-Polymermaterial gebildet, wie aus dem Fluorkohlenstoffmaterial, welches verwendet wird, den Mantel 11 für die Faser und den äußeren Schlauch 19 zu bilden. Die Ummantelung des Verstärkungr.el emrntes ist 1 ypi r.oher-

_nc weise zwischen ungefähr 0,1 mm und ungefähr 0,,' mm dick.

Damit sich das Kabel biegen kann, sind die ummantelten Fasern 17 schraubenförmig mit den Verstärkungselementen 15 verwoben bzw. verschlungen. Typischerweise liegt die _n Länge einer Lage, d.h. die Länge einer vollständigen Schraube zwischen ungefähr 5 und 30 cm,und vorzugsweise zwischen ungefähr 10 und ungefähr 20 cm. Das Verschlingen der Teile fördert auch die Wärmekopplung zwischen den Verstärkungselementen 15 und den Fasern 13-

n ■ ■■■

Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind die verschlungenen, ummantelten Fasern 17 und die Verstärkungselemente 15 eng mit einer schraubenförmig gewickelten Bandschicht 31 umwickelt. Das Band dient dazu, das Teilebündel zusammenzuhalten, wenn der Außenschlauch herum ausgebildet wird. Wenn der äußere Schlauch 19 durch Extrudieren gebildet wird, hilft das Band 31 auch, den äußeren Schlauch zu halten, um nicht in die Zwischenräume 25 zwischen die Teile einzudringen, die als tote Lufträume dienen und die Fasern 13 isolieren. Ein geeignetes Band ist MYLAR (Warenzeichen von DuPont) -Polyester. Obgleich MYLAR-Band nicht die gleiche niedere flammenausbreitende und niedere raucherzeugende F.ipirnriohnft wie Fl u->rk - hl enr.tof Vc aufweist, die für einige eier¹ äußeren Polymerschichten verwendet werden, umfaßt es einen relativ kleinen Anteil der Gesamtmenge an Polymermaterial, und ein Kabel, welches eine Wicklung mit MYLAR-Band aufweist, kann ohne weiteres die Flammenausbreitungs- und Raucherzeugungs-Anforderungen erfüllen. Wenn es erwünscht ist, diese Anforderungen zu unterschreiten, kann ein Fluorkohlenstoffband statt eines MYLAR-Bandes verwendet werden.

Der äußere Schlauch 19 wird mit einem Schlauchverfahren um die verwundenen und mit Band gebündelten Teile gebildet. Wenn der Schlauch gebildet wird und abkühlt, zieht sich der Schlauch 19 etwas zusammen, wobei er die Verstärkungselemente 15 und die ummantelten Kabel 17 fest zusammenbindet. Der Schlauch 19 folgt allgemein der Gestalt der verschlungenen Teile und gibt dem Kabel 9 ein verdrehtes Aussehen. Der äußere Schlauch 19 ist im allgemeinen relativ dick, typischerweise zwischen ungefähr 0,5 mm und ungefähr 1,5 mm dick. Der äußere Schlauch umfaßt einen beträchtlichen Anteil des Polymermaterials des Kabels und es ist von Bedeutung,

4S

daß das den Schlauch bildende Material wenig raucherzeugend und wenig flammenausbreitend ist, z.B. ein geeigneter Fluorkohlenstoff.

Das gleiche Fluorkohlenstoffmaterial kann für eine Anzahl von Polymerschichten verwendet werden, oder unterschiedlich , geeignete Fluorkohlenstoffpolymermaterialien können verwendet werden. Ein besonders geeignetes Polymermaterial ist Polyvinylidenfluorid (PVDF), wie es unter dem Pennwalt-Handelsnamen KYNAR gekauft wird. Dieses Material kann beispielsweise verwendet werden, um den Mantel 11 der Fasern, die Ummantelungen 21 der Verstärkunselemente und den äußeren Schlauch 19 zu bilden. Das Material, aus dem jedes dieser Teile gebildet ist, sollte eine Shore-Härte D bei 23⁰C, 10 sek. von zwischen 65 und ungefähr 88 und vorzugsweise zwischen ungefähr 70 und ungefähr 78 aufweisen.Andere geeignete Fluorkohlenstoffe umfassen, sind jedoch darauf nicht beschränkt, polymeres Monochlortrifluoräthylen und polymeres Tetrafluoräthylen. Zusätzlich zu dem Vorteil bezüglich der Flammenwiderstandsfähigkeit gleiten Fluorkohlenstoff polymere leicht aneinander, wodurch das Biegen des Kabels erleichtert wird.

Ein Kabel 9 nach der Erfindung kann eine einzige ummantelte Faser mit einem einzigen ummantelten Verstärkungselement aufweisen. Im allgemeinen werden für eine Zweiweg-Nachrichtenverbindung zwei ummantelte Fasern benötigt. Zusätzliche ummantelte Fasern 17 und Verstärkungselemente 15 können in einen einzigen, äußeren Schlauch 19 eingeschlossen sein; jedoch erhöhen eine zunehmende Anzahl von ummantelten Kabeln und Verstärkungselementen die Steifigkeit des Kabels. Eine praktische obere Grenze für ummantelte Fasern bei dieser Art von Kabel beläuft sich auf ungefähr acht; jedoch werden zur leichteren Installation zwei bevorzugt. Die Ummantelungen 11 um Mehr-

fachfasern 13 sind zum Zweck der Installation farbcodiert .

Optische Fasern zur Verwendung in Umgebungsluft, wie z.B. in einem Hohlraum sollten die Richtlinien des Abschnittes 770-7 des National Electric Code (NEC) erfüllen. Wenn ein Kabel diese Anforderungen nicht erfüllt, muß es in einem Kanal oder ähnlichem eingeschlossen werden, was beträchtlich zu den Installationskosten beiträgt. Der NEC-Abschnitt 770-7 verlangt,daß Kabel für Kanäle, offene Bereiche und andere Umgebungsluftbereiche die folgenden Parameter beim UL 910 Steiner Tunnel Test erfüllen oder überschreiten (Underwriters Laboratories Inc. "Standard for Test Method for Fire and Smoke Characteristics of Cables Used in Air-Handling Spaces", UL 910 First Edition, as revised April 30, 1982, Seiten 1-14):

Raucherzeugung; maximale optische Dichte 0,5, maximale mittlere optische Dichte 0,15.

Feuerwiderstandsfähigkeit: maximale zulässige Flammenwanderungsentfernung 1,52 Meter.

Es wird zur erhöhten Sicherheit bevorzugt, daß das Kabel die NEC-Anforderungen überschreitet und hierbei wird es bevorzugt, daß die maximale optische Dichte 0,05 oder kleiner, die durchschnittliche optische Dichte 0,0? oder weniger und die Flammenwanderungsentfernung 1 Meter oder weniger betragen. 30

Als ein besonderes Beispiel wird ein Kabel 9 angegeben, welches von Beiden division of Cooper Industries hergestelt wird und mit GDO-434 bezeichnet ist. Die Kabelausgestaltung ist im wesentlichen die in den Fig.1 und 3 dargestellte und diesbezüglich beschriebene und enthält zwei ummantelte Fasern 17 und zwei Verstärkungselemente 15. Die optischen Fasern 13 weisen unter Einschluß

•j_ ihrer äußeren Polymerschicht 13c einen Durchmesser von 0,05 mm auf. Die Pufferschicht 8 ist 0,P mm dick; die Umhüllung 10 ist 0,28 mm dick und die Faserummantelung 11 ist 0,6 mm dick, so daß sich für die ummantelte Faser 17 ein Außendurchmesser von 2,8 mm ergibt. Die Verstärkungselemente 15 sind Stahlkabel mit einem tatsächlichen Außendurchmesser von 1,6 mm, und die Ummantelung 21 des Verstärkungselementes weist eine Dicke von 0,15 mm auf, so daß sich ein Außendurchmesser für das

,Q ummantelte Verstärkungselement von 1,9 mm ergibt. Wenn gebündelt, wie in Fig.1 gezeigt, wobei sich die ummantelten Fasern tangential berühren, so ergibt sich eine Querabmessung des Bündels (Stecke A) von ungefähr ^r>, 6 mm in beiden Richtungen. Das Bünde] ist in MYL, A R-Band ver-

. ρ- nachlässigtarer Dicke eingewickelt un.i von einem f.-'hlaue;-von 0,8 mm Dicke ummantelt, wodurch sich Tür das Kabel eine Querabmessung (Abstand B) von 7,5 mm ergibt. Der Mantel 11 für die Fasern, die Ummantelung 21 für das Verstärkungselement und der äußere Schlauch 19 sin-.i

_ΟΛ alle aus Polyvinylidenfluorid mit einer Shore-Härte D von 76 bei 23°, 10 sek. ausgebildet. Die Pufferschicht ist aus Shell ELEXAR-Gummi des Wertes 8431 gebildet, der eine Shore-Härte A von 66 bei 23° 10 sek. aufweist.

_oc Die Flammenausbreitungs- und Raucherzeugungseigenschaften dieses beschriebenen Kabels wurden durch ein unabhängiges Labor gemäß den UL 910 Steiner Tunnel Testspezifikationen geprüft. Es ergaben sich folgende Ergebnisse.

_ Test Nr.der Probenangabe maximale optische optische Nr. Längen Ausbreitungs- Dichten- mittlere strecke spitze Dichte

1 30* GDO434 0,46 m 0.02 kleiner als 0,01

2 36** GDO434 0,73 m 0.02 kleiner als 0,01 NBC

Grenzen 1,52 0.50 0.15

erfüllt Flächenanforderungen
** überbieten Flächenanforderungen

BAD

Diese Ergebnisse überbieten allgemein tatsächlich die Anforderungen für Kabel zur Verwendung in Hohlräumen bzw. Schächten in den Vereinigten Staaten. Es hat sich herausgestellt, daß das Kabel ein ausgezeichnetes Wärme— betriebsverhalten aufweist, welches ungefähr 1,5 dB/km in dem Temperaturbereich von -MO⁰C bis 80⁰C zunimmt.

Mehrere Vorteile der Erfindung können nun besser eingeschätzt werden. Das Kabel kann ohne weiteres in seine Teile zerlegt werden, so daß jede ummantelte Faser unabhängig angeschlossen werden dann. Es hat eine vorzügliche Flammenwiderstandsfähigkeit und erzeugt minimale Mengen an Rauch, wenn es verbrennt. Seine Verstärkungselemente geben dem Kabel ein ausgezeichnetes Wärmebe- triebsverhalten und hohe mechanische Festigkeit.

Während die Erfindung im Hinblick auf gewisse, bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist, können Abwandlungen, die für den Durchschnittsfachmann offensichtlieh sind, vorgenommen werden, ohne von dem Erfindungsgedanken abzuweichen. Verschiedene Merkmale der Erfindung sind in den folgenden Ansprüchen angegeben.

Leersei te

Claims

1. Optisches Faserkabel gekennzeichnet durch eine oder mehrere optische Fasern (13),eine Pufferschicht (8) aus einem elastomeren Material,welches jede der optischen Fasern (13) umgibt und mit ihnen in enger Berührung steht, um die Faser gegenüber Radialspannungen innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereiches zu schützen, eine Umhüllung (10) aus einem nichtbrennbaren Material um jede der Pufferschichten (8), einer. Mantel aus relativ steifem Polymermaterial, welcher die Umhüllung (10) umgibt, ein oder mehrere Verstärkungselementen, um die Festigkeit und Steifigkeit des Kabels zu erhöhen und die aus einem Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von zwischen ungefähr 0,2 χ 10 und ungefähr 15 x 10" cm/cm/°C gebildet ist, wobei die Verstärkungs-

elemente die Wärmeausdehnungseigenschaften des Kabels steuern,und durch einen äußeren Schlauch, der die ummantelten optischen Fasern und die Verstärkungselemente (15) bündelt und sie gegeneinander zusammendrückt, wodurch die Verstärkungselemente (15) wirken, die optischen Fasern wärmemäßig zu stabilisieren, und wobei das Kabel eine Flammenausbreitung von 1,52 m oder weniger eine maximale optische Dichte von 0,5 oder weniger und eine mittlere optische Dichte von 0,15 oder weniger aufweist, wie sie beim UL910 Steiner Tunnel Rauch- und Flammentest gemessen worden sind.

2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Fasermantel (11) aus einem Fluorkohlenstoff gebildet ist, der eine Shore-Härte D bei 23⁰C, 10 sek. von zwischen ungefähr 65 und ungefähr 88 aufweist und aus der Polyvinylidenfluorid, polymeres Monochlortrifluoräthylen und polymeres Tetrafluoräthylen umfassenden Gruppe ausgewählt ist.

3. Kabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet ,daß der Fasermantel aus einem Fluorkohlenstoff mit einer Shore-Härte D bei 23⁰C 10 sek. von zwischen ungefähr 70 und ungefähr 78 gebildet ist.

4. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der äußere Schlauch aus einem Fluorkohlenstoff gebildet ist, der eine Shore-Härte D bei 23⁰C, 10 sek. von zwischen ungefähr 65 und ungefähr 88 aufweist und aus der Polyvinylidenfluorid, polymeres Monochlortrifluoräthylen und polymeres Tetrafluoräthylen umfassenden Gruppe ausgewählt ist.

5. Kabel nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der äußere Schlauch aus einem

Fluorkohlenstoff mit einer Shore-Härte D bei 23⁰C, 10 sek. von zwischen ungefähr 70 und ungefähr 78 gebildet ist.

6. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungselement (15) aus einem Material gebildet ist, welches aus der Stahlkabel, Glasfaser-Epoxydstab und polymer beschichtete Glasfaserfäden umfassenden Gruppe besteht.

7. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Verstärkungselement (15) von einem Material ummantelt ist, welches aus einem Fluorkohlenstoff mit einer Shore-Härte D bei 23⁰G, 10 sek. von zwischen ungefähr 65 und ungefähr 88 gebildet ist und aus der Polyvinylidenfluorid, polymeres Monochlortrifluoräthylen und polymeres Tetrafluoräthylen umfassenden Gruppe ausgewählt ist.

8. Kabel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungselement (15) von einem Material ummantelt ist, welches aus einem Fluorkohlenstoff mit einer Shore-Härte D bei 23⁰C, 10 sek. von zwischen ungefähr 70 und ungefähr 78 gebildet ist.

9- Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die zusammengebündelten, ummantelten Fasern und Verstärkungselemente (15) mit einem Band (31) umwickelt sind und daß der äußere Schlauch (19) das Band (31) umgibt.

10. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das zur Bildung der Pufferschicht (8) verwendete Material eine Shore-Härte A von zwischen ungefähr 64 und ungefähr 68 bei 23⁰C, 10 sek. und einen dynamischen Temperaturbereich von ungefähr -20⁰C bis ungefähr 80⁰C aufweist.

-ΜΙ 11. Kabel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß das zur Bildung der Pufferschicht (8) verwendete Material einen dynamischen Temperaturbereich von -MO⁰C bis 8O⁰C aufweist.

12. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Verstärkungselemente (15) mit zwei ummantelten optischen Fasern (13) gebündelt sind.

13. Kabel nach Anspruch 12, dadurch g e k e η η zeic hnet, daß die Verstärkungselemente (15) und die ummantelten optischen Fasern (13) über eine Seillänge von ungefähr 5 bis ungefähr 30 cm verschlungen sind.

14. Kabel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verseillänge zwischen ungefähr 10 und ungefähr 20 cm liegt.

15. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Flammenausbreitung von 1 m oder weniger, eine maximale optische Dichte von 0,05 oder weniger und eine mittlere optische Dichte von 0,02 oder weniger bei dem UL 910 Steiner Tunnel Rauch-und Flammentest aufweist.

16. Optisches Faserkabel gekennzeichnet durch eine oder mehrere optische Fasern (13), eine Pufferschicht (8) aus einem Elastomermaterial, die jede optische Faser (13) umgibt und in enger Berührung mit dieser steht, um die Faser gegenüber Radialspannungen in einem vorbestimmten Temperaturbereich zu schützen, eine Umhüllung (10) aus einem nichtbrennbaren Material um jede der Pufferschichten (8),einen Mantel (11) aus relativ steifen Polymermaterial, der die Umhüllung (10) umgibt, ein oder mehrere Verstärkungselemente (15),um

* die Festigkeit des Kabels zu erhöhen und die aus einem Fasermaterial mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von zwischen ungefähr -5 x 10" und ungefähr 15 x 10" em/cm/°C gebildet sind, wobei die Verstärkungselemente (15) dem großen, positiven Wärmeausdehnungskoeffizienten der Polymermaterialschichten entgegenwirken, und einen äußeren Schlauch (19), der die ummantelten optischen Fasern (13) und die Verstärkungselemente (15) bündelt und sie gegeneinander drückt, wodurch die Verstärkungselemente (15) wirken, wärmemäßig die optischen Fasern (13) zu stabilisieren, wobei das Kabel eine Flammenausbreitung von 1,52 m oder weniger, eine maximale optische Dichte von 0,5 oder weniger und eine mittlere optische Dichte von 0,15 oder weniger beim UL 910 Steiner Tunnel Rauch- und Flammentest aufweist.

17. Kabel nach Anspruch 16, dadurch g e k e η η zeichnet ,daß es eine Flammenausbreitung von 1m oder weniger, eine maximale optische Dichte von 0,05 oder weniger und eine mittlere optische Dichte von 0,02 oder weniger beim UL 910 Steiner Tunnel Rauch- und Flammentest aufweist.