DE4013755A1 - Optisches verkabelungselement sowie verfahren und vorrichtung zu dessen herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Verkabelungselement mit mindestens einem in einer schlauchförmigen Schutzhülle in Helixform angeordneten Lichtwellenleiter sowie ein Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines derartigen Verkabelungselementes.

Aus der EP 03 27 164 A2 ist ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Kabels bekannt, bei dem der von einer Vorratsrolle ablaufende Lichtwellenleiter in einem sich drehenden Gestell vor dem Einlaufen in den Extruder tordiert wird. Um den tordierten Lichtwellenleiter wird dann lose eine schlauchförmige Hülle extrudiert, deren Länge anschließend durch thermische Schrumpfung verkürzt wird. Dabei nimmt der Lichtwellenleiter aufgrund seiner inneren elastischen Spannungen eine wendelartige Form an. Die Schlaglänge der Wendelung entspricht hierbei etwa der zuvor aufgebrachten Torsion. Aufgrund der begrenzten Tordierfähigkeit des Lichtwellenleiters gestattet das Verfahren jedoch nur die Herstellung von optischen Kabeln mit geringer Dehnungsreserve. Darüber hinaus hat das Verfahren zur Herstellung von Faserüberlänge durch Verkürzen der Kunststoffhülle den Nachteil, daß die relative Längendifferenz zwischen Faser und Kunststoffhülle sich nach ihrer Herstellung durch äußere Einflüsse wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit irreversibel verändern kann und diese daher für definierte überlängen- und Krümmungsverhältnisse des/der Lichtwellenleiter für die Verkabelung ungeeignet sind.

Bei einem aus der DE 36 41 903 A1 bekannten Verfahren zur Herstellung eines eine Überlänge aufweisenden Lichtwellenleiters wird die noch weiche Glasfaser aus einer exzentrisch rotierenden Vorform über einen Stab hinweg abgezogen, durch den sie in Form einer Helix bis zur Erstarrung geführt ist. Anschließend wird die Glasfaser beschichtet und der so vorgeformte Lichtwellenleiter in eine schlauchförmige Hülle eingebracht. Die Herstellung eines derartigen Kabels ist jedoch verhältnismäßig teuer, weil hier nur mit relativ kleiner Abzugsgeschwindigkeit gearbeitet werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches Verkabelungselement zu schaffen, bei dem ein oder mehrere Lichtwellenleiter ohne Beeinträchtigung des Übertragungsverhaltens insbesondere im langwelligen Übertragungsbereich bei 1 550 nm eine durch helixförmige Anordnung zum einen möglichst große, zum anderen stabile Überlänge unter definierten Krümmungsverhältnissen aufweisen und das wahlweise entweder weiter verseilbar ist oder als eigenständiges Kabel verwendet werden kann. Zur Aufgabe gehört außerdem, hierfür ein möglichst einfaches Verfahren mit Vorrichtung zur wirtschaftlichen Herstellung des optischen Verkabelungselementes anzugeben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in den Ansprüchen 1, 6 und 7 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen des Verkabelungselementes und der Vorrichtung für dessen Herstellung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein so ausgestaltetes Verkabelungselement hat den Vorteil, ohne weitere Zusatzmaßnahmen gegenüber äußeren Einflüssen wie Zug, Druck, Stauchung, Temperatur weitgehend widerstandsfähig zu sein. Es eignet sich daher vornehmlich als kostengünstige Erd/Röhren- oder Luftkabelkonstruktion bis zu einer mittleren Faserzahl von 10-20. Außerdem können höherfasrige Kabelaufbauten durch Verseilung mehrerer Einzelelemente um ein Zentralelement realisiert werden. Das Verfahren zur wirtschaftlichen Herstellung des optischen Verkabelungselementes gestattet es durch Rotation der Lichtwellenleiter oder des LWL-Verbundes um die Achse des Verkabelungselementes eine Schlaglänge zu erzeugen, deren Amplitude durch die Differenz zwischen der Einlaufgeschwindigkeit in das dem Extruder vorgeschaltete Führungswerkzeug und der Abzugsgeschwindigkeit der längsstabilen Schutzhülle gesteuert werden kann. Weitere Vorteile sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen.

Die Erfindung wird anhand eines in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles wie folgt näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein optisches Verkabelungselement mit mehreren Lichtwellenleitern, im Querschnitt;

Fig. 2 einen Abschnitt des optischen Verkabelungselementes der Fig. 1, im Langsschnitt;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung von optischen Verkabelungselementen.

In den Fig. 1 bis 3 ist das optische Verkabelungselement insgesamt mit 1 bezeichnet. Es besteht im wesentlichen aus einer schlauchartigen oder einem Kunststoffröhrchen entsprechenden Schutzhülle 2, die in gleichmäßigen Abständen eingelagert eine ungerade Anzahl zug- und stauchstabile Elemente 2 enthält und in der mindestens ein Lichtwellenleiter 4 so in Helixform angeordnet ist, daß er sich mit definierter Periodenlänge lose gegen die Innenwand 5 der Schutzhülle 2 orientiert.

Natürlich kann auch eine größere Anzahl von Lichtwellenleitern 4 helixförmig in der Schutzhülle 2 untergebracht sein. Entweder sind es einzelne, lose und parallel nebeneinander liegende Lichtwellenleiter 4 oder beispielsweise auch ein LWL-Verbund, der aus einem ein- oder beidseitig bestückten Flachband, Wellband oder aus einem Rundbündel besteht. Außerdem enthält die Schutzhülle 2 eine gelartige Füllmasse 6, in welche die Lichtwellenleiter 4 eingebettet sind. Die Füllmasse 6 trägt mit dazu bei, daß die Lichtwellenleiter 4 ihre Lage beibehalten. Bei den in die Schutzhülle 2 eingelagerten zug- und stauchstabilen Elementen 3, handelt es sich um Stränge, die aus nichtmetallischem Material, wie z. B. imprägnierten Glasgarnen oder glasfaserverstärktem Kunststoff, hergestellt sind. Das metallfreie optische Verkabelungselement 1 bietet unter anderem den Vorzug, als Luftkabel verwendbar zu sein, bei dem jegliche Gefährdung z. B. beim Kreuzen von oberirdischen Starkstromanlagen oder bei Blitzschlag entfällt. Da der Durchmesser des optischen Verkabelungselementes auf max. fünf Millimeter begrenzt werden kann, zeichnet es sich durch ein besonders geringes Gewicht aus.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung zur Herstellung des optischen Verkabelungselementes handelt es sich um eine horizontal oder vertikal arbeitende Extrusionslinie, die unter anderem aus einem Antrieb 7, einem Spulenkorb 8 mit mindestens einer Faserspule 9, mehreren Vorratsspulen 10 mit zug- und stauchstabilen Elementen 3, dem Extrusionskopf 11, einer Kühlwanne 11′, einer beispielsweise als Raupenabzug ausgeführten Abzugsvorrichtung 12 und einer Kabeltrommel 13 zum Aufwickeln des fertigen Verkabelungselements 1 besteht. Unmittelbar vor dem Einlauf der Kunststoffmasse für die Schutzhülle 2 ist im Extrusionskopf 11 ein mit dem Antrieb 7 gekoppeltes und mit dem Spulenkorb 8 synchron drehendes Führungswerkzeug angeordnet. Es ist als Kegelstumpf 14 ausgeführt, der am Umfang für jeden Lichtwellenleiter oder LWL-Verbund eine spiralförmige Führung 15 aufweist. Letztere hat die Aufgabe, den unter einer einstellbaren Torsionsspannung stehenden Lichtwellenleiter 4 oder LWL-Verbund durch eine Zwangsführung innerhalb einer vorgegebenen Bahn helixförmig durch den Extruderkopf 11 in die Schutzhülle 2 einzuschleusen.

Dies wird dadurch bewerkstelligt, daß der Lichtwellenleiter 4 oder LWL-Verbund zur Kompensation des Rückstellmoments der eingeschlauchten Helix eine definierte Tordierung erfährt. Diese wird durch das Verhältnis aus Korbdrehzahl und Abzugsgeschwindigkeit definiert und durch eine zwischen 0 und 100% stufenlos regelbare Rückdrehung der Faserspulenlagerung realisiert.

Der Lichtwellenleiter 4 oder LWL-Verbund wird mit Hilfe eines mitrotierenden Rollenpaares in die ihm zugeordnete Führung 15 des Kegelstumpfes 14 hineingefördert und erhält unmittelbar vor Einlauf in die mit gelartiger Masse 6 gefüllte Schutzhülle 2 die der gewünschten Helix angepaßte Form. Hierzu ist maximal eine halbe Schlaglänge notwendig. Der Einlauf des Lichtwellenleiters 4 in die Führung 15 des Kegelstrumpfes 14 geschieht tangential unter dem durch den Konus vorgegebenen Anstellwinkel zur Kegelstumpfachse. Die Führung 15 mündet extrusionsseitig ungefähr im letzten Drittel der Gesamtlänge des Kegelstumpfes in die der Schlaglänge entsprechende Spiralform ein.

Die Führung 15 des Lichtwellenleiters 4 ist zweckmäßigerweise in den Kegelstumpf 14 eingelassen und besteht für den einzelnen Lichtwellenleiter aus einem Röhrchen, dessen Innendurchmesser so bemessen ist, daß der Lichtwellenleiter 4 darin leicht, also reibungsarm gleiten kann. Im Fall der Verwendung eines Rundbündels ist der Innendurchmesser des Röhrchens entsprechend größer gewählt. Werden LWL-Bändchen verwendet, bestehen die Führungen 15 aus angepaßten Schlitzkanälen. Der Kegelstumpf 14 kann mit bis zu 20 Führungen 15 versehen sein, die jedoch bei Verwendung eines bereits eine größere Faserzahl enthaltenden LWL-Verbundes reduziert wird.

Als Förderhilfe ist vor der rückwärtigen Stirnseite des Kegelstumpfs 14 jeder Führung 15 eine in den Spulenkorb 8 integrierte Abzugsvorrichtung 16 zugeordnet. Diese zieht den Lichtwellenleiter 4 oder LWL-Verbund von der Faserspule 9 ab und schiebt ihn unter Ausnutzung seiner Eigensteifigkeit in den Einlauf der Führung 15. Die Abzugsvorrichtung 16 besteht vorzugsweise aus einem angetriebenen Rollenpaar, zwischen dessen Rollen der Lichtwellenleiter 4 oder LWL-Verbund hindurchläuft. Wegen beengter Raumverhältnisse kann es erforderlich sein, bei Verwendung einer größeren Anzahl Abzugsvorrichtungen 16, diese im Spulenkorb 8 gestaffelt hintereinander anzuordnen. In diesem Fall sind die Führungen 15 des Kegelstumpfs 14 bis unmittelbar vor die entsprechende Abzugsvorrichtung 16 verlängert. Aufgrund der vergleichsweise geringen Gewichte und Abmessungen von Faserspulen lassen sich selbst für Lauflängen von bis zu 10 km Korbdrehzahlen realisieren, die eine Abzugsgeschwindigkeit von 50-100 m/min ermöglichen.

Außerhalb des Spulenkorbes 8 sind in der Nähe des Extrusionskopfes 11 die stationär gehalterten Vorratsspulen 10 mit den zug- und stauchstabilen Elementen 3 angeordnet. Letztere laufen erforderlichenfalls über Umlenkrollen 17 durch eine Lochscheibe und den Extrusionskopf 11 direkt parallel in die Schutzhülle 2 ein. Bedarfsweise können die zug- und stauchstabilen Elemente 3 hierbei einen geringen SZ-Verseilschlag erhalten, welcher mit der in diesem Fall oszillierend angetriebenen Lochscheibe erzeugt wird. Die Zahl der zug- und stauchstabilen Elemente 3 ist aus Gründen der Vermeidung einer gegenüberliegenden Anordnung zur Verbesserung der Biegbarkeit vorzugsweise auf drei begrenzt. Die Integration der zug- und stauchstabilen Elemente 3 in die Schutzhülle 2 verhindert jegliche Änderung der Längendifferenz zwischen Lichtwellenleiter 4 und Schutzhülle. Das Verkabelungselement 1 eignet sich daher bei entsprechender Auswahl des Werkstoffes für die Schutzhülle sowohl als selbständiges, extrem dünnes Kabel als auch zur Herstellung unverseilter und verseilter optischer Kabel mit vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten.

Claims (13)

1. Optisches Verkabelungselement mit mindestens einem in einer Schutzhülle in Helixform angeordneten Lichtwellenleiter, dadurch gekennzeichnet, daß in die Schutzhülle (2) in gleichmäßigen Abständen eine ungerade Anzahl von wenigstens drei nichtmetallischen zug- und stauchstabilen Elementen (3) gleichmäßig über den Umfang verteilt eingelagert sind und daß der Lichtwellenleiter (4) mit definierter Periodenlänge lose gegen die Innenwand (5) der Schutzhülle (2) orientiert ist.

2. Optisches Verkabelungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zug- und stauchstabilen Elemente (3) aus imprägnierten Glasgarnen oder glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellt sind.

3. Optisches Verkabelungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zug- und stauchstabilen Elemente (3) einen geringen SZ-Verseilschlag haben.

4. Optisches Verkabelungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzhülle (2) außer einem oder mehreren Lichtwellenleitern (4) eine aus auslaufsicherem Gel bestehende Füllmasse (6) enthält.

5. Optisches Verkabelungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Schutzhülle (2) angeordneten Lichtwellenleiter (4) aus einem ein- oder beidseitig bestückten Flachband, Wellband oder aus einem, durch ein Rundbündel gebildeten LWL-Verbund bestehen.

6. Verfahren zur Herstellung eines optischen Verkabelungselementes mit mindestens einem in eine Helixform gebrachten Lichtwellenleiter, bei dem über die Helix eine rohrförmige Schutzhülle extrudiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die mittels eines angetriebenen Rollenpaares von Faserspulen (9) abgezogenen Lichtwellenleiter (4) oder ein LWL-Verbund vor Erzeugung der Schutzhülle (2) mit einer spiralförmigen Vorschubbewegung lose in die Schutzhülle (2) befördert werden und daß zug- und stauchstabile Elemente (3) von Vorratsspulen (10) durch eine Lochscheibe und den Extrusionskopf (11) laufen.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung eines optischen Verkabelungselementes nach Anspruch 6, mit einem Antrieb, einem mindestens eine Faserspule haltenden und drehbar angetriebenen Spulenkorb sowie mehreren Vorratsspulen für die zug- und stauchstabilen Elemente, einer Lochscheibe, einem Extrusionskopf, einer Kühlwanne, einer Abzugsvorrichtung und einer Kabeltrommel, dadurch gekennzeichnet, daß am Extrusionskopf (11) unmittelbar vor dem Einlauf der Kunststoffmasse ein mit dem Spulenkorb (8) synchron drehender Kegelstumpf (14) angeordnet ist, dessen extrusionsseitiges Ende eine spiralförmige Führung (15) für jeden Lichtwellenleiter (4) oder LWL-Verbund aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die innerhalb des Extrusionskopfes (11) angeordnete Lochscheibe oszillierend angetrieben ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die im Spulenkorb (8) gehalterten Faserspulen (9) rückdrehbar gelagert sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (15) am Ende des Kegelstumpfs (14) einen S- oder Z-förmigen Schlag hat und daß der Kegelstumpf (14) so lang ist, daß er mindestens eine einer halben Schlaglänge entsprechende helixförmige Führung (15) aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (15) aus einem den Lichtwellenleiter (4) oder ein Rundbündel reibungsarm aufnehmenden Röhrchen besteht.

12. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (15) aus einem dem Querschnitt des LWL-Verbundes angepaßten Schlitzkanal besteht.

13. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß vor der rückwärtigen Stirnseite des Kegelstumpfs (14) jeder Führung (15) eine in den Spulenkorb (8) integrierte, den Lichtwellenleiter (4) oder LWL-Verbund in den Einlauf der Führung (15) schiebende Abzugsvorrichtung (16) zugeordnet ist.