DE3900901A1 - Lichtwellenleiter mit einem belag aus verstrecktem material - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Lichtwellenleiter mit einer Schutzschicht, auf der ein aus verstrecktem Material bestehender Belag angebracht ist.

Aus der DE-OS 25 21 659 ist es bekannt, auf eine Kernfaser eine Lage von Mantelfasern aufzuspinnen, die einen niedrigeren Brechungsindex aufweisen als die Kernfaser. Außen wird dann eine geschlossene Schutzhülle aus einem Thermoplasten aufgebracht, welche der Verbesserung der Zugfestigkeit und dem mechanischen Schutz dient.

Es ist bereits vorgeschlagen worden (EP-A 02 87 016), auf die blanke Lichtleitfaser ein in Längsrichtung aufgerecktes schlauchförmiges Material aufzubringen, wobei außen weitere Lagen des gleichen oder eines anderen Materials aufgetragen werden.

Die Anwendung verstreckter Materialien, z. B. LCP (= liquid cristal polymer) als Hülle bei Lichtwellenleitern kann auch bei spritztechnisch einwandfreier Durchfühung der Beschichtung wegen zweier widersprüchlicher Forderungen zu Schwierigkeiten führen. Die Verstreckung der Hülle ergibt hohe E-Modul-Werte und eine hohe Festigkeit, gleichzeitig aber eine stärkere Anisotropie in Längs- und Querrichtung. Dies hat zur Folge, daß die Biegefähigkeit des Lichtwellenleiters im gleichen Maße abnimmt, in dem der E-Modul und die Festigkeit steigen. Der Versuch, zu Kompromissen zwischen beiden sich entgegenstehenden Forderungen zu kommen, hat bisher zu wenig befriedigenden Ergebnissen geführt. Wird der E-Modul zu klein gewählt, dann sind zwar die Biegeeigenschaften ausreichend, aber es tritt ein Kriechen des Materials auf. Wird der E-Modul dagegen für eine Längsbeanspruchung hinreichend groß gewählt, kann es so weit kommen, daß nicht einmal die für die Glasfasern des Lichtwellenleiters zugelassenen Biegeradien den aufgebrachten Hüllen aus verstrecktem Material elastisch zugemutet werden können.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung für diese sich widersprechenden Forderungen hinsichtlich des E-Moduls und hinsichtlich der Biegefestigkeit zu finden und trotzdem die vorteilhaften Eigenschaften verstreckter Materialien mit nutzbar zu machen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Lichtwellenleiter der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Belag aus einzelnen verseilten Fäden besteht, die im verstreckten Zustand auf die Schutzschicht des Lichtwellenleiters aufgebracht sind. Auf diese Weise ist es möglich, die einzelnen Fäden stark zu verstrecken, also zu einem hohen E-Modul zu gelangen, ohne daß, wie sonst bei einer geschlossenen Schicht aus verstrecktem Material, die Biegefähigkeit des Lichtwellenleiters allzusehr eingeschränkt wird. Es ist also möglich, auf diese Art und Weise eine Lichtwellenleiterader zu schaffen, welche neben guten Biegeeigenschaften eine gute Zugfestigkeit und geringes Kriechen aufweist und somit besonders dann mit Vorteil eingesetzt werden kann, wenn hohe mechanische Dauerlängsbeanspruchungen zu erwarten sind. Dies gilt insbesondere dann, wenn der erfindungsgemäße Lichtwellenleiter im Rahmen vereinfachter Kabelkonstruktionen und/oder Verlegeverfahren, z. B. im Teilnehmerbereich, eingesetzt werden soll (z. B. als sogenannter "glasswire").

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Lichtwellenleiters, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß verstreckte Fäden auf die Schutzschicht des Lichtwellenleiters aufgeseilt werden.

Der kontinuierliche Prozeß des Faserziehens und der Beschichtung kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung dadurch erhalten bleiben, daß die Fäden während des Prozesses der Faserherstellung mit aufgeseilt werden, d. h. unmittelbar nach dem Aufbringen der Schutzschicht.

Sonstige Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen wiedergegeben.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in Seitenansicht eine Einrichtung zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Lichtwellenleiters,

Fig. 2 in Frontansicht einen Extruderkopf für die Herstellung verstreckter Fäden und

Fig. 3 im Querschnitt eine gemäß der Erfindung aufgebaute Lichtwellenleiterader.

Bei der Einrichtung nach Fig. 1 wird in bekannter Weise aus einem Stab (Vorform) PR eine Kern und Mantel aufweisende Lichtleitfaser LF gezogen und in einer Beschichtungseinrichtung CTA mit einer Schutzschicht ("Primärcoating") CT (vgl. Fig. 3) versehen. Der so im vertikalen Durchlauf hergestellte Lichtwellenleiter LW wird über eine Umlenkrolle UR geführt und in horizontaler Richtung durch eine Öffnung OP (vgl. Fig. 2) eines Extruderkopfes EXK 1 hindurchgeführt, der Bestandteil eines Extruders EX 1 ist. Der Extruderkopf EXK 1 weist eine Reihe von Austrittdüsen OF 1 bis OFn auf, aus denen Fäden FD 1 bis FDn austreten (in Fig. 1 sind der Einfachheit halber nur zwei derartige Fäden dargestellt), die in ihrem Durchmesser fortlaufend durch Recken stark verkleinert werden. Diese Fäden werden deshalb aus einem Material erzeugt, das verstreckbar ist. Hierfür sind insbesondere geeignet: Flüssigkristallpolymere (LCP) oder auch andere hochverstreckbare, hochkristallisierende Polymere wie PP, PE oder Polyester. Die Orientierung der kristallinen Struktur hängt vom Reckgrad, also vom Verhältnis Düsenaustrittsquerschnitt (d. h. OF 1 bis OFn) zu Filamentquerschnitt ab, wobei Werte zwischen 10³ und 10⁵ zweckmäßig sind. Solche Reckprozesse sind im Prinzip bekannt und können durch verschiedene Einflüsse variiert werden.

Derartig verstreckte Materialien haben E-Modulwerte zwischen 60 000 und 30 000 N/mm² und zeichnen sich somit durch eine besonders hohe Zugfestigkeit aus. Die Außendurchmesser der so erzeugten Fäden FD 1 bis FDn liegen im Endzustand zweckmäßig zwischen 10 und 100 mm.

Die auf diese Weise verstreckten Fäden FD 1 bis FDn laufen in feststehende Verteilscheiben VT 1 und VT 2 ein, welche über ihren Umfang verteilt mindestens n axiale Bohrungen aufweisen, durch welche die Fäden FD 1 bis FDn hindurchgeführt werden. Die Verteilscheiben VT 1 und VT 2 sind Bestandteil einer Verseileinrichtung VE, die in vorliegendem Beispiel als Rohrspeicher RS ausgebildet ist. Dieser Rohrspeicher RS weist ein auf seiner Außenfläche glattes Rohr RO auf, welches in geeigneter Weise mit wechselnder Drehrichtung bewegt wird, beispielsweise mittels eines zwischen den Verteilscheiben VT 1 und VT 2 angebrachten Zahnriemens ZR, der von einem Motor MO angetrieben wird. Die Verteilscheiben VT 1 und VT 2 weisen im Innenbereich Lager LG 1 bzw. LG 2 auf, welche der Abstützung des Rohres RO des Rohrspeichers RS dienen. Am rechten Ende des Rohres RO ist eine Verseilscheibe VS angebracht, welche außen fest gelagert ist (Lager LS) und sich in ihrem inneren Teil entweder mit dem Rohr RO dreht oder unabhängig von diesem angetrieben bzw. bewegt wird. Die Verseilscheibe VS weist ebenfalls mindestens n über den Umfang verteilte Axialbohrungen auf, durch welche die Fäden FD 1 bis FDn hindurchgeführt werden. Der Lichtwellenleiter LW ist durch das Innere des Rohres RO hindurchgeführt und tritt am rechten Ende aus diesem aus, wobei die von der Verseilscheibe VS kommenden Fäden FD 1 bis FDn auf die Schutzhülle (coating) des Lichtwellenleiters LW aufgeseilt werden. Es ist zweckmäßig, über eine vor dem Extruder EX 1 angebrachte Dosiervorrichtung DS einen Haftvermittler (Klebstoff) auf die Schutzschicht des Lichtwellenleiters LW aufzubringen, um dadurch die aufgeseilten Fäden FD 1 bis FDn in ihrer Position zu sichern und gleichzeitig die Gesamtstruktur zu dichten. Der auf diese Weise mit einer Art Bewehrung aus zugfesten, verstreckten Fäden versehene Lichtwellenleiter kann als solcher bereits als Lichtwellenleiterader verwendet werden. Es ist aber vielfach zweckmäßig, noch eine geschlossene Schutzhülle außen aufzubringen. Hierzu läuft die Lichtwellenleiterader in einen zweiten Extruder EX 2 ein, mittels dessen Extruderkopf EXK 2 über einen Reckkegel eine äußere Schutzhülle SH aufgebracht wird, die die Lage der aufgeseilten Fäden FD 1 bis FDn vollständig umschließt und als Außenhülle wirkt. Neben UV-vernetzbaren Schutzhüllen SH können auch Thermoplasthüllen verwendet werden. Diese Schutzhülle ist relativ dünn, zweckmäßig nur10 bis 100 µm dick.

Insgesamt ergibt sich für die fertige Anordnung einer Lichtwellenleiterader LWU der in Fig. 3 im Querschnitt gezeigte Aufbau. Dort ist die aus Kern und Mantelschicht bestehende optische Faser mit LF bezeichnet. Außen auf dieser Faser ist mindestens eine Schutzschicht (coating) CT angebracht, auf welche in mindestens einer geschlossenen Lage die verstreckten Fäden FD 1 bis FDn aufgeseilt sind, vorzugsweise mit wechselnder Schlagrichtung (SZ-Verseilung). Das die Zwischenräume füllende Klebematerial ist zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeichnet. Eine, gegebenenfalls auch mehrere Schutzhüllen SH schließen die Gesamtanordnung nach außen ab, und es ergibt sich ein zugfestes, wegen der einzelnen Fäden FD 1 bis FDn trotz deren hohem E-Modul noch ausreichend biegbares unempfindliches Grundelement (Lichtwellenleiterader LWA), die entweder weiter verseilt oder auch direkt verlegt bzw. aus einem Verseilverband entnommen und zu unterschiedlichen Teilnehmern geführt werden kann.

Für die Lichtwellenleiterader LWA nach Fig. 3 können etwa folgende Abmessungen angesetzt werden:

Außendurchmesser von LW (LF + CT)|250 µm
aufgeseilte Fäden FD 1 bis FDn von 0,1 mm Durchmesser, aufgeseilt mit 100 mm Schlaglänge und in Klebemittel gelegt, Außendurchmesser	450 µm
Schutzhülle SH, UV-vernetzbar oder Thermoplast, Außendurchmesser	600 µm.

Claims (12)

1. Lichtwellenleiter (LW) mit einer Schutzschicht (CT), auf der ein aus verstrecktem Material bestehender Belag angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Belag aus einzelnen Fäden (FD 1, FDn) besteht, die im verstreckten Zustand auf die Schutzschicht (CT) des Lichtwellenleiters (LW) aufgebracht sind.

2. Lichtwellenleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden (FD 1-FDn) in mindestens einer geschlossenen Lage als Bewehrung auf die beschichteten Lichtwellenleiter (LW) aufgebracht sind.

3. Lichtwellenleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden (FD 1-FDn) auf den beschichteten Lichtwellenleiter (LW), vorzugsweise mit wechselnder Schlagrichtung, aufgeseilt sind.

4. Lichtwellenleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden (FD 1-FDn) durch eine auf dem beschichteten Lichtwellenleiter (LW) angebrachte Haftschicht gehalten sind.

5. Lichtwellenleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden (FD 1-FDn) außen von einer, vorzugsweise aufextrudierten Schutzhülle (SH) umgeben sind.

6. Lichtwellenleiter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzhülle eine Wandstärke zwischen 10 und 100 µm aufweist.

7. Lichtwellenleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden (FD 1-FDn) aus hochkristallisierendem Polymer- Material bestehen.

8. Lichtwellenleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstreckung des Materials der Fäden (FD 1-FDn) Werte zwischen 10³ und 10⁵ aufweist.

9. Lichtwellenleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden (FD 1-FDn) Durchmesser zwischen 10 µm und 100 µm aufweisen.

10. Verfahren zur Herstellung eines Lichtwellenleiters nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die verstreckten Fäden (FD 1-FDn) auf die Schutzschicht (CT) des Lichtwellenleiters (LW) aufgeseilt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden (FD 1-FDn) zuerst extrudiert, anschließend verstreckt und dann der Verseileinrichtung (VE) zugeführt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufseilung der Fäden (FD 1-FDn) in einem Durchlauf unmittelbar im Anschluß an den Zieh- und Beschichtungsvorgang des Lichtwellenleiters (LW) vorgenommen wird.