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Zusatz
zu Patent P 43 12 121.
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Die
Erfindung betrifft ein optisches Kabel mit mehreren Lichtwellenleitern,
die in mindestens einer Gruppe mit einer vorgegebenen Struktur angeordnet
sind, wobei die einzelnen Lichtwellenleiter innerhalb der Struktur
jeweils unterschiedlichen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt
sind, wobei innerhalb der Struktur Lichtwellenleiter mit unterschiedlicher
mechanischer Empfindlichkeit vorgesehen sind, wobei die Lichtwellenleiter
mit einer geringeren mechanischen Empfindlichkeit in einem oder
mehreren Bereichen der vorgegebenen Struktur angeordnet sind, in
welchen erhöhte
mechanische Beanspruchungen auftreten, nach Patent P 43 12 121.
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In
EP 0 492 293 A2 wird
ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Kabels beschrieben,
bei dem jeweils eine Gruppe von Lichtwellenleitern zu einem Bändchen mechanisch
zusammengefaßt
werden. Hierbei werden die Lichtwellenleiter bei der Bildung des
Bändchens
einer Vortorsion unterworfen und der anschließende Ausfeilvorgang so durchgeführt, daß die dabei
auftretende Aufseiltorsion der Vortorsion der Lichtwellenleiter
entgegengesetzt gerichtet ist, so daß die resultierende Torsion
der Lichtwellenleiter im fertigen Kabel verringert wird.
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In
Kobayashi et al.: Study of Microbending Loss in Thin Coated Fibers
and Fiber Ribbons, International Wire & Cable Symposium Proc. 1993, S. 386–392 wird
die Abhängigkeit
von Mikrobiegeverlusten eines Lichtwellenleiters von der Dicke einer
Primär-
und einer Sekundärbeschichtung
des Lichtwellenleiters behandelt. Weiter wird festgestellt, daß Mikrobiegeverluste
eines Lichtwellenleiters in Abhängigkeit
zu einem Elastizitätsmodul
einer Primärbeschichtung
stehen.
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In
JP 61 173207 wird eine
optische Bandleitung beschrieben, bei der Pufferzonen an den Faserrändern vorgesehen
sind. Die beiden seitlichen Ränder
der Bandleitung werden mit einer weiteren Beschichtung versehen,
um eine größere Dicke
der Beschichtung zu erhalten zur Vermeidung von Dämpfungsverlusten
verursacht durch lateralen Druck auf die Bandränder.
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Die
Erfindung geht vom Patent P 43 12 121 aus, wobei auf dessen Aussagen
zum Aufbau einer Struktur mit Lichtwellenleitern unterschiedlicher,
mechanischer Empfindlichkeit Bezug genommen wird. Dort können ggf.
praktische Gegebenheiten, wie z.B. einzuhaltende Dimensionierungsvorgaben,
beim Aufbau einer Struktur mit mechanisch weniger empfindlichen
Lichtwellenleitern in denjenigen Bereichen, die am stärksten innerhalb
der Struktur beansprucht werden, nicht immer ohne weiteres berücksichtigt
werden. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen
Weg aufzuzeigen, wie eine vorgegebene Struktur mit Lichtwellenleitern unterschiedlicher
mechanischer Empfindlichkeit in einfacher Weise unter weitgehender
Berücksichtigung
praktischer Gegebenheiten aufgebaut werden kann. Gemäß einer
ersten Lösung
der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem optischen Kabel der eingangs
genannten Art durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Durch
die Aufdickung der ersten Beschichtungshülle (primäres Coating) der Lichtwellenleiter
jeweils im Bereich höherer
mechanischer Beanspruchung, sind diese Mikro- und/oder Makrobiegeeinflüssen (sogenanntes "Micro- oder Macrobending"), die zu unzulässig hohen
Dämpfungserhöhungen im Übertragungsverhalten
der Lichtwellenleiter führen
könnten,
weit weniger ausgesetzt. Denn durch die Aufdickung des primären Coatings
ist für
eine zusätzliche,
dämpfende
Wirkung gegenüber
etwaigen mechanischen Beanspruchungen, insbesondere Druckbelastungen,
gesorgt. Weiterhin ermöglichen
derartige Lichtwellenleiter einen differenzierten variablen Strukturaufbau,
der sich besonders einfach an praktische Gegebenheiten anpassen
läßt. Denn durch
gezieltes Einstellen der primären
Schichtdicke des jeweiligen Lichtwellenleiters lassen sich z.B.
vorgegebene Platzverhältnisse,
Dimensionierungsvorgaben der Struktur, maximal zulässige Druckkräfte auf
jeden Lichtwellenleiter, usw. ... besonders einfach beim Strukturaufbau
mitberücksichtigen.
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Gemäß einer
zweiten Lösung
wird die Aufgabe der Erfindung bei einem optischen Kabel der eingangs genannten
Art durch die Merkmale des Patentanspruchs 4 gelöst.
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Durch
diese Maßnahme
sind auch für
die Lichtwellenleiter an Stellen höherer mechanischer Beanspruchung
innerhalb der Struktur unzulässig
hohe Übertragungsdämpfungen
vermieden. Bei gleichem Außendurchmesser
sind die stärker
beanspruchten Lichtwellenleiter mit dem weicheren Werkstoff für das primäre Coating
gegenüber
den weniger beanspruchten Lichtwellenleitern besser gepolstert bzw.
mechanisch gedämpft.
Auf diese Weise ist ein optimierter Strukturaufbau ermöglicht,
der sich an vielfältige
Gegebenheiten anpassen läßt.
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Von
besonderem Vorteil ist es, für
das primäre
Coating der stärker
beanspruchten Lichtwellenleiter eine größere primäre Schichtdicke (primäres Coating)
sowie gleichzeitig einen weicheren Werkstoff für das primäre Coating als für die mechanisch
weniger belasteten Lichtwellenleiter vorzusehen. Durch diese kombinierte
Maßnahme
läßt sich
besonders einfach eine Struktur aufbauen, die vielfältige Gegebenheiten
wie z.B. Dimensionierungsvorgaben, mechanische Mindestbelatbarkeit
(Robustheit), zulässige
Durchgangsdämpfungen für jeden
einzelnen Lichtwellenleiter, usw. ... erfüllt.
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Sonstige
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
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Die
Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachfolgend anhand von
Zeichnungen näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 in
schematischer Darstellung einen Querschnitt durch ein optisches
Kabel gemäß der Erfindung,
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2 schematisch
im Querschnitt eine erste Grundstruktur von Lichtwellenleitern für das optische
Kabel nach 1,
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3 eine
erste Abwandlung der Grundstruktur nach 2,
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4 eine
zweite Abwandlung der Grundstruktur nach 2,
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5 eine
weitere Grundstruktur von Lichtwellenleitern in schematischer Darstellung
für das
optische Kabel nach 1,
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6 in
schematischer Darstellung den Aufbau eines mechanisch weniger empfindlichen
Lichtwellenleiters für
die Strukturen nach den 1 mit 5,
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7 ein
Diagramm über
den Zusammenhang zwischen MAC-Wert und Dämpfungserhöhung durch Mikrobiegeverluste
bei Lichtwellenleitern mit verschieden dicken Coatingschichten,
und
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8 ein
Dämpfungsdiagramm
für Lichtwellenleiter
im oberen, mittleren und unteren Lichtwellenleiter-Bändchen eines
Bändchenstapels
bei einem optischen Kabel mit Grundstrukturen gemäß den 2 mit
5.
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Das
optische Kabel OC1 nach 1 weist im Zentrum ein zugfestes
Element CE1 auf, auf dem eine extrudierte Kunststoffschicht CP1
z.B. aus Polyäthylen
angeordnet ist. Auf der Kunststoffschicht CP1 sind zwei im Querschnitt
etwa U-förmige
Kammerelemente CA11 und CA1n gezeichnet. Im Rahmen eines Verseilvorganges
werden diese Kammerelemente CA11–CA1n, bei denen zur Vereinfachung
der Darstellung hier und in 2 auf eine
Schraffur verzichtet wurde, auf die Unterlage CP1 helixförmig verlaufend
aufgeseilt. Beim fertigen Kabel ist natürlich der gesamte Innenraum
zwischen dem Außenmantel
MA1 und der Auflage CP1 von n derartigen Kammerelementen CA1–CAn erfüllt. Außen ist
ein Mantel MA1 aufgebracht. In jedem Kammerelement ist (wie bei
CA11 dargestellt) eine Gruppe von Lichtwellenleitern in einer vorgegebenen
Struktur angeordnet. Im vorliegenden Beispiel wird die Struktur
ST1 bei dem Kammerelement CA11 durch einen Stapel von Lichtwellenleiterbändchen B11,
B12 und B13 gebildet, die jeweils 4 Lichtwellenleiter enthalten.
Die vorgegebene Struktur ST1 ergibt als Verbindungslinie für die jeweils
außen
liegenden Lichtwellenleiter eine rechteckförmige Figur.
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Infolge
des Aufseilvorganges des Kammerelementes CA11 auf die Unterlage
CP1 erfahren die Lichtwellenleiter innerhalb der Struktur ST1 unterschiedliche
mechanische Beanspruchungen. Im wesentlichen treten dabei auf: Torsionsbeanspruchungen,
durch die Umschlingung längs
der Verseilachse (= Mittelpunkt von CE1) sowie Biegebeanspruchungen
durch die gekrümmte
Führung
der helixförmigen
Bahn. Diese Beanspruchungen werden um so größer, je größer die Ausdehnung der die
Lichtwellenleiter enthaltenden Struktur ST1 in radialer und/oder
Umfangsrichtung ist. Besonders beansprucht werden dabei die am weitesten
außen
liegenden Lichtwellenleiter, weil diese sowohl hinsichtlich der
Torsion als auch hinsichtlich der Biegung am meisten von einer (gedachten)
neutralen Achse AX1 entfernt sind, die etwa im Schnittpunkt der
Diagonalen der Struktur ST1 liegt.
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Größere mechanische
Beanspruchungen der Lichtwellenleiter ergeben (ab einem bestimmten
noch zulässigen
Grenzwert) einen starken Anstieg der Übertragungsdämpfung der
Lichtwellenleiter. Um eine solche Beeinträchtigung der Lichtwellenleiter
im besonders beanspruchten Teilbereich z.B. in der äußersten
linken und rechten Ecke der Struktur ST1 zu vermeiden, werden dort
als dunkle Punkte dargestellte Lichtwellenleiter U111 und U114 angeordnet,
die besonders mechanisch unempfindlich sind. Dagegen weisen die
als Kreisringe dargestellten und ihnen benachbarten Lichtwellenleiter
E112 und E113 des äußeren Bändches B11
eine größere mechanische
Empfindlichkeit als die Lichtwellenleiter U111 und U114 auf. Auf
diese Weise sind zu große Dämpfungserhöhungen z.B.
durch den Verseilvorgang oder infolge von Mikrobiegeeffekten weitgehend
vermeidbar.
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Als
Lichtwellenleiter, die ebenfalls erhöhten mechanischen Beanspruchungen
ausgesetzt werden, sind auch die beiden äußersten Lichtwellenleiter U131
und U134 des untersten Bändchens
B13 des Stapels ST1 anzusehen. Es kann deshalb zweckmäßig sein,
auch hierfür
Lichtwellenleiter mit besonders geringer mechanischer Empfindlichkeit
vorzusehen. Dagegen sind die beiden weiter innen liegenden Lichtwellenleiter E132
und E133 des Lichtwellenleiterbändchens
B13 (da sie näher
an der neutralen Achse der Struktur ST1 liegen) weniger mechanisch
beansprucht und werden deshalb ihre Dämpfung bei mechanischer Beanspruchung
(z.B. im Rahmen eines Verseilvorganges) kaum wesentlich erhöhen.
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Die
Auswahl derjenigen Lichtwellenleiter z.B. U111–U134, die innerhalb einer
Struktur eine geringere mechanische Empfindlichkeit aufweisen sollen,
hängt von
den jeweiligen Parametern des Kabelaufbaus und des Verseilvorganges
ab. Hierbei geht beispielsweise die Schlaglänge, mit der die einzelnen
Strukturen verseilt werden, derart mit ein, daß bei kürzer werdender Schlaglänge eine
erhöhte
mechanische Beanspruchung auftritt. Darüber hinaus gehen die Außenabmessungen
der jeweiligen Struktur derart mit ein, daß bei größeren Strukturen (d.h. einer
größeren Anzahl
von Lichtwellenleitern innerhalb der Struktur) die mechanische Beanspruchung
der einzelnen Lichtwellenleiter in den Außenbereichen ebenfalls zunimmt.
Wieviele der Lichtwellenleiter innerhalb einer Struktur deshalb
jeweils als mechanisch unempfindliche Lichtwellenleiter z.B. U111–U134 auszulegen
sind, hängt
somit von den jeweiligen Gegebenheiten und den der jeweiligen Struktur innewohnenden
Konfigurationseigenschaften ab. Im Einzelfall läßt sich neben theoretischen Überlegungen
die Anzahl und Lage der jeweils besonders mechanisch beanspruchten
Lichtwellenleitern innerhalb der Struktur auch einfach durch einen
praktischen Versuch ermitteln, indem nämlich bei einem Musterkabel
diejenigen Lichtwellenleiter bestimmt werden, die infolge z.B. des
Verseilvorganges eine Dämpfungszunahme über einen zulässigen Grenzwert
hinaus erfahren haben.
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Im
wesentlichen stützt
sich der Bändchenstapel
ST1 mit den vier Eckfasern U111, U114, U131, U134 im Kammerraum
ab. Zur Dämpfungserhöhung dieser
Eckform kann gegebenenfalls ein Temperaturzyklus, eine Biege- oder
Querdruckprüfung
führen,
d.h. die Eckfasern sind am empfindlichsten im Stapel.
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Eine
gewünschte
Unempfindlichkeit der Lichtwellenleiter der Struktur, vorzugsweise
in deren vier Eckbereichen ist dadurch ermöglicht, daß das Design der Beschichtungshülle (coating design)
der Lichtleitfasern an Orten höherer
mechanischer Beanspruchung gegenüber
demjenigen der Lichtleitfasern im Bereich geringerer mechanischer
Beanspruchung modifiziert ist. 6 zeigt
zur Veranschaulichung den Aufbau eines Lichtwellenleiters LW1*,
wie er z.B. für
die mechanisch weniger empfindlichen Lichtwellenleiter U111 bis
U134 in der Struktur ST1 von 1 eingesetzt
werden kann. Der Lichtwellenleiter LW1* von 6 weist
im Zentrum einen optisch leitenden Glaskern CO auf, der von einem
Mantelglas (= "cladding") CL umgeben ist,
so daß eine Lichtleitfaser
mit einem Außendurchmesser
DF gebildet ist. Auf diese Lichtleitfaser ist mindestens eine erste, innere
Kunststoff-Beschichtung (= primäres
Coating) PC aufgebracht. Für
dieses primäre
Coating PC ist vorzugsweise ein weiches Material wie z.B. Urethanacrylat
mit einem Elastizitätsmodul
zwischen 0,5 und 2,5 MPa gewählt.
Dieses primäre
Coating PC ist wiederum mit mindestens einer zweiten, weiter außen liegenden
Beschichtungshülle
(= sekundäres
Coating) SC überzogen.
Für dieses
sekundäre
Coating SC ist vorzugsweise ein härterer Werkstoff als für das primäre Coating
PC gewählt
wie z.B. SC, z.B. Urethanacrylat oder Siliconacrylat Epoxidacrylat
mit einem Elastizitätsmodul
zwischen 500 und 1500 MPa, um Verletzungen der Außenoberfläche des
primären
Coatings PC weitgehend zu vermeiden und dadurch eine zuverlässige, unproblematische
Weiterverarbeitung der Lichtleitfaser zu ermöglichen.
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Um
die Lichtwellenleiter an Orten höherer
mechanischer Belastung wie z.B. U111 mit U134 von 1 innerhalb
ihrer Struktur ST1 vorzugsweise gegenüber einer etwaig wirksamen
werdenden Druckspannung mechanisch unempfindlicher zu machen, wird
deren Beschichtung jeweils derart aufgebaut, daß sie jeweils ein primäres Coating
PC mit einer größeren Schichtdicke
als die Lichtwellenleiter an Orten geringerer mechanischer Belastung
wie z.B. E112 bis E133 von 1 aufweisen.
Der Grund dafür
ist, daß in
erster Linie das primäre
Coating PC die Mikrobiegeempfindlichkeit eines Lichtwellenleiters
beeinflußt,
wie in "International
Wire und Cable Symposion Proceedings" (IWCS), 1993, Seiten 389 mit 390 angegeben
ist. Vorzugsweise weisen die Lichtwellenleiter wie z.B. U111 mit
U134 im Bereich höherer,
mechanischer Druckbelastung jeweils eine 1,5- bis 4-fach, insbesondere
eine 2- bis 3-fach, größere Schichtstärke (Schichtdicke)
ihres primären
Coatings PC als diejenigen Lichtwellenleiter wie z.B. E112 mit E133
von 1 im Bereich niedrigerer mechanischer Beanspruchung
auf. Bevorzugt ist für
das primäre
Coating PC der mechanisch weniger empfindlichen Lichtwellenleiter
eine Schichtdicke zwischen 20 und 50 μm, insbesondere zwischen 30
und 40 μm
gewählt.
Durch die Aufdickung des vorzugsweise weichen, primären Coatings
PC wird deren Polster- bzw. Pufferwirkung vergrößert, so daß etwaig wirksam werdende Druckbeanspruchungen
auf die jeweilige Lichtleitfaser gedämpft werden und sich insgesamt
ein robusterer Lichtwellenleiter ergibt.
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Die
mit dem primären
Coating PC versehene Lichtleitfaser des Lichtwellenleiters LW1*
von 6 weist vorzugsweise einen Außendurchmesser DPC auf, der
1,1 bis 1,5 fach, insbesondere zwischen 1,2 und 1,4 fach, größer als
der der mechanisch empfindlicheren Lichtwellenleiter wie z.B. E112
mit E133 von 1 ist. Vorzugsweise ist der
Außendurchmesser
DPC zwischen 165 und 250 μm,
insbesondere zwischen 170 und 210 μm gewählt. Das sekundäre Coating
SC bei den Lichtwellenleitern U111 mit U134 von 1 geringerer mechanischer
Empfindlichkeit weist jeweils in etwa die gleiche oder eine 1,1-
bis 2-fach größere Schichtdicke als
das sekundäre
Coating der Lichtwellenleiter E112 mit E133 von 1 geringerer
mechanischer Belastbarkeit auf. Bevorzugt ist die Schichtdicke für das sekundäre Coating
SC zwischen 10 und 40 μm,
insbesondere zwischen 20 und 30 μm,
gewählt.
Der mechanisch gegenüber
Druckbeanspruchung robustere Lichtwellenleiter LW1* weist somit
einen Gesamtaußendurchmesser
DLW auf, der gegenüber
den mechanisch empfindlicheren Lichtwellenleitern E112 mit E133
von 1 1,2- bis 1,8-fach, insbesondere zwischen 1,2-
und 1,5-fach größer ist.
Vorzugsweise ist der 200 und 300 μm,
insbesondere zwischen 200 und 250 μm, gewählt.
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Zur
Veranschaulichung des Einflusses des primären Coatings PC auf die Mikrobiegeempfindlichkeit des
jeweiligen Lichtwellenleiters sind in nachstehender Tabelle 1 beispielhaft
fünf verschiedene
Coatingvarianten T1 mit T5 von Lichtwellenleitern angegeben, die
einem sogenannten "mesh
wire -Test" unterzogen
wurden, wie er z.B. in "International
Wire und Cable Symposium" (IWCS)
Proceedings, 1989, Seite 450 beschrieben ist. Zum jeweiligen Lichtwellenleitertyp
T1 mit T5 sind im einzelnen jeweils der Gesamtaußendurchmesser DLW, der Lichtleitfaserdurchmesser
DF, der Außendurchmesser
DPC der mit dem primären
Coating PC beschichteten Lichtleitfaser sowie für das primäre Coating PC und das sekundäre Coating
SC deren zugehörige Elastizitätsmodule
angegeben.
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In
7 sind
beispielhaft für
die fünf
verschieden gecoateten Lichtwellenleiter T1 mit T5 jeweils die Mikrobiegeverluste
(Dämpfungsverluste) α* in dB/kg
Druckbeanspruchung in Abhängigkeit
vom jeweiligen sogenannten sogenannten MAC-Wert bei einer Wellenlänge von
1550 nm für
einen MAC-Bereich bevorzugt zwischen 6,5 und 8,5 dargestellt. Der
MAC- Wert charakterisiert dabei vorzugsweise die Mikrobiegeempfindlichkeit
einer Faser bzw. eines Lichtwellenleiters, wie in IWCS, Proceedings
1988, Seite 704–709
beschrieben ist. Nachfolgend wird zur Erläuterung der Zusammenhänge der
MAC-Wert herangezogen. Dabei gilt:
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Wie
sich aus dieser Gleichung ergibt, nimmt (λceff =
effektive Grenzwellenlänge)
die Biegeempfindlichkeit ab, wenn der Modenfelddurchmesser MFD des
jeweiligen Lichtwellenleiters kleiner gemacht wird. Die in 7 mit
T1* bezeichnete Meßgerade
für die
Coatingvariante T1 von Tabelle 1 gibt die Dämpfungsverhältnisse aufgrund von Mikrobiegeverlusten
bei einem gängigen
Monomode-Lichtwellenleiter in Abhängigkeit vom MAC-Wert wieder.
Gegenüber
dieser ersten Coatingvariante T1 ist bei der zweiten Coatingvariante
T2 das sekundäre
Coating um etwa 20 μm
vergrößert, was
im Dämpfungsdiagramm
von 7 zu einer Meßgeraden T2*
führt,
die nur wenig unterhalb der Meßgeraden
T1* liegt. Eine weitaus größere Reduzierung
bzw. Absenkung der Übertragungsdämpfung läßt sich
hingegen durch eine Aufdickung der primären Coatingschicht erreichen.
Dies gilt beispielhaft für
die Coatingvariante T3, deren Meßgerade T3* in einem Abstand
von etwa 0,05 dB/kg (1 Meßgrößeneinheit)
unterhalb der Meßgeraden
T2* sowie etwa parallel zu dieser verläuft.
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In 7 ist
weiterhin für
die Coatingvariante T4 von Tabelle 1 die Meßgerade T4* eingezeichnet,
die im wesentlichen unterhalb der Meßkurve T3* und flacher als
diese verläuft.
Die Coatingvariante T4 ist vor allem durch eine gegenüber dem
Coatingtyp T3 deutlich größere Schichtdicke
(DPC-DF=80μm) des primären Coatings
gekennzeichnet. Gleichzeitig ist für dessen sekundäres Coating
PC, hier im Ausführungsbeispiel
ein Werkstoff mit einem geringeren, insbesondere um mehr als die
Hälfte
geringeren Elastizitätsmodul
gewählt. Bei
diesem Coatingdesign T4 läßt sich
eine weitere Absenkung der Dämpfungsverluste
erreichen, was sich in einer gegenüber der Meßkurve T3* flacher verlaufenden
Meßgeraden
T4* im relevanten MAC-Bereich zwischen 6,5 und 8,5 äußert. Bei
der Coatingvarianteö T5
kann schließlich
der Lichtwellenleiter in einem MAC-Wertbereich zwischen 6,5 und
8,5 nahezu unabhängig
von einer äußeren Druckbeanspruchung
gemacht werden. Dies gelingt bevorzugt dadurch, daß der Elastizitätsmodul
des primären
Coatings PC gegenüber
dem Elastizitätsmodul
des Typ T4 erniedrigt ist. Dies spiegelt sich in einer Meßkurve T5*
wieder, die unterhalb der von T4* näherungsweise in Form einer
Konstanten verläuft.
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Zusätzlich oder
unabhängig
zur Vergrößerung der
Schichtdicke des primären
Coatings bei denjenigen Lichtwellenleitern, die an Orten höherer mechanischer
Beanspruchung, insbesondere Druckspannung, positioniert sind, wie
z.B. U111 mit U134 von 1, lassen sich diese gegebenenfalls
auch dadurch druckunempfindlicher, d.h. robuster machen, in dem
für ihr
primäres
Coating PC ein weicherer Werkstoff gewählt ist als für die Lichtwellenleiter
z.B. E112 mit E133 im Bereich niedrigerer mechanischer Beanspruchung
innerhalb der Struktur ST1 von 1. Bevorzugt
weisen deshalb die Lichtwellenleiter wie z.B. U111 mit U134 von 1 im Bereich
höherer
mechanischer Beanspruchung ein primäres Coating PC mit einem möglichst
kleineren Elastizitätsmodul
als die Lichtwellenleiter jeweils im Bereich niedrigerer mechanischer
Beanspruchung auf. Insbesondere ist für das primäre Coating PC der stärker beanspruchten
Lichtwellenleiter U111 mit U134 von 1 ein 1-
bis 5-fach, insbesondere 1- bis 2,5-fach weicheren Material als
für die
Lichtwellenleiter E112 mit E133 von 1 jeweils
im Bereich niedrigerer, mechanischer Beanspruchung gewählt. Zweckmäßigerweise
weisen die robusteren Lichtwellenleiter U111 mit U134 von 1 einen
Elastizitätsmodul
zwischen. 0,5 und 3, insbesondere zwischen 1 und 2 Zusätzlich oder
unabhängig
zu dieser Maßnahme
können
die Lichtwellenleiter im Bereich höherer Druckbelastung gegebenenfalls
auch dadurch druckunempfindlicher gemacht werden, daß für das sekundäre Coating
ein härterer
Werkstoff als der der weniger beanspruchten Lichtwellenleiter gewählt wird.
Bevorzugt wird der Elastizitätsmodul
für das
sekundäre
Coating der robusteren Lichtwellenleiter U111 mit U134 zwischen
1,0- und 2,5-fach, insbesondere zwischen 1,0- und 2,0-fach größer als
der Elastizitätsmodul bei
den mechanisch empfindlicheren Lichtwellenleitern E112 mit E113
gewählt.
Vorzugsweise weist das sekundäre
Coating für
die mechanisch druckstabileren Lichtwellenleiter U111 mit U134 einen
Elastizitätsmodul zwischen
500 und 1600 MPa, insbesondere zwischen 800 und 1500 MPa auf. Das
sekundäre
Coating wirkt somit vorteilhaft als Schutzhülle, so daß äußere Kräfte vom sekundären Coating
SC flächig
ans innere Coating (primäre
Coating) PC weitergegeben werden können.
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Der
Einfluß des
Elastizitäts-Moduls
des sekundären
Coatings ist somit im wesentlichen vernachlässigbar gegenüber dem
des primären
Coatings.
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Die
Lichtwellenleiter mit der Coatingvarianten T3 mit T5 in der Tabelle
1 weisen somit in einem MAC-Wertbereich zwischen etwa 6,5 und 8,5
geringere Mikrobiegeverluste als üblich dimensionierte Lichtwellenleiter
entsprechend der Coatingvariante T1 auf. Derartig modifizierte Lichtwellenleiter
sind deshalb vorzugsweise an denjenigen Stellen der Struktur ST1
von 1 positioniert, an denen etwaige Druckspannungen wirksam
werden können.
Im Ausführungsbeispiel
von 1 sind das bevorzugt die vier Eckpositionen im Bändchenstapel.
Besonders zuverlässig
kann es jedoch auch sein, jeweils im Bändchenstapel von 1 bei sämtlichen
Bändchen
B11, B12 und B13 jeweils in den Eckpositionen derartig druckunempfindlichere
Lichtwellenleiter vorzusehen.
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2 zeigt
beispielhaft als Grundbaustein der Struktur ST1 von 1 ein
Lichtwellenleiter-Bändchen BL1.
Dieses Bändchen
BL1 nimmt vorzugsweise lediglich den Platz des zuunterst liegenden
Bändchens
B13 und/oder des zuoberst liegenden Bändchens B11 des Bandstapels
(Struktur ST1) von 1 ein. Die dazwischen untergebrachten, übrigen Bändchen können hingegen
herkömmlich
ausgelegte Bändchen
mit jeweils der gleichen Sorte von Lichtwellenleitern sein. Alternativ
dazu können
aber auch im Stapel ST1 von 1 sämtliche
Bändchen
in der Art von BL1, d.h. gleichen Typs ausgebildet sein. Diese Alternative
hat den Vorteil, daß einheitliche
Mehrfachspleißgeräte eingesetzt
werden können.
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Das
Bändchen
BL1 setzt sich aus einem Lichtwellenleiter-Standardbändchen GB mit einer etwa rechteckförmigen,
flachen Kunststoff-Außenhülle AH1
sowie jeweils mindestens einem weiteren, zusätzlichen Lichtwellenleiter
LW1* bzw. LWn* zusammen. Letzterer ist jeweils außen an der
abgerundeten Schmalseite des Standardbändchens GB in Längsrichtung
mittels eines Verbindungsmittels VM an die Außenhülle AH1 separat angesetzt.
n Lichtwellenleiter LW1 mit LWn eingebettet in der Außenhülle AH1
des Standardbändchens
GB sind somit durch zwei separate Lichtwellenleiter LW1* bzw. LWn*
seitlich begrenzt, so daß sich
ein gegenüber dem
Standardbändchen
GB verbreitertes Bändchen
BL1 ergibt. Dabei sind die Lichtwellenleiter LW1 mit LWn entlang
einer gedachten geradlinigen Verbindungslinie zentrisch in der Außenhülle AH1
untergebracht, während
die beiden Lichtwellenleiter LW1* bzw. LWn* ohne äußere Schutzhülle diese
gedachte Verbindungsgerade beidseitig fortsetzen. Die separaten,
zusätzlichen
Lichtwellenleiter LW1*, LWn* sind in 2 mit einem
größeren Durchmesser
gezeichnet als die Lichtwellenleiter LW1 mit LWn des Standardbändchens
GB. Dies soll andeuten, daß als
Lichtwellenleiter LW1* bzw. LWn* in 2 vorzugsweise
solche vorgesehen sind, wie vorstehend erläutert wurde, insbesondere für die Lichtwellenleiter
U111 mit U134 von 1. Bevorzugt wiesen die beiden
Lichtwellenleiter LW1*, LWn* eine größere Schichtdicke ihres primären Coatings
auf als die innenliegenden und damit weniger druckbeanspruchten
Lichtwellenleiter LW1 mit LWn (so z.B. insbesondere Lichtwellenleiter
entsprechend dem Coatingtyp T3 von Tabelle 1). Selbstverständlich kommen
auch all die anderen, zuvor genannten Lichtwellenleitertypen (unterschiedliche
Brechzahlen für
Kern und Mantelzyklus, d.h. unterschiedliche MAC-Werte) Coatingdesigns
für die
Lichtwellenleiter LW1*, LWn* in Frage, die gegenüber etwaigen Druckspannungen
weniger empfindlich sind, so z.B. bevorzugt Lichtwellenleiter entsprechend
den Coatingtypen T3, T4 und T5 aus Tabelle 1. Als Verbindungsmittel
VM für
die Lichtwellenleiter LW1*, LWn* ist vorzugsweise ein Klebstoff,
ein übliches
Bändchencoating
oder ein sonstiges Haftmittel gewählt.
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In 2 wirken
die das Standardbändchen
GB seitlich begrenzenden Lichtwellenleiter LW1*, LWn* in der Art
eines Flankenschutzes für
die innen liegenden Lichtwellenleiter LW1 mit LWn. Sie sind also
gerade an denjenigen Stellen und zwar den Enden des Bändchens
BL1 plaziert, die am stärksten
einer etwaig auftretenden Druckspannung innerhalb des Bändchens
BL1 ausgesetzt sind. Da im Bändchen
BL1 von 1 lediglich die beiden zu äußerst vorgesehenen
Lichtwellenleiter LW1*, LWn* vorzugsweise jeweils eine Aufdickung
ihres primären
Coatings aufweisen, lassen sich dennoch insgesamt in etwa die gleichen
Bändchenmaße einhalten, wie
sie ein Standardbändchen
mit n+2 Lichtwellenleitern gleicher Art innerhalb der Außenhülle AH1
aufweist. Auf diese Weise ist ein besonders kompaktes Bändchen BL1
gebildet, das zwei unterschiedliche Arten von Lichtwellenleitern
aufweist: weniger druckstabile Lichtwellenleiter LW1- LWn in dem
durch die Außenhülle AH1 definierten
Innenbereich sowie zumindest zwei dengegenüber druckstabilere Lichtwellenleiter
LW1*, LWn* im durch etwaige Beanspruchungen gefährdeten Außenbereich an den Schmalseiten
des Standardbändchens GB.
Dieses Bändchen
BL1 zeichnet sich somit durch eine relativ hohe Packungsdichte sowie
durch eine besonders einfache Herstellung aus. Weiterhin ist bei
der Herstellung vorteilhaft eine gleichmäßigere Faserlage im Bändchen ermöglicht.
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Beim
Lichtwellenleiter-Bändchen
BL2 von 3 sind im Unterschied zum Bändchen BL1
von 2 die beiden Lichtwel lenleiter LW1, LWn* jeweils
in den Eckpositionen der Schmalseite der Außenhülle AH1 halbseitig integriert.
Die Lichtwellenleiter LW1*, LW2* bilden also mit ihrer Außenkontur
eine abgerundete Schmalseite für
das Bändchen
BL2. (Unverändert übernommene
Elemente aus 2 sind dabei in 3 mit den
gleichen Bezugszeichen versehen.) Die Lichtwellenleiter LW1*, LW2*
weisen jeweils in etwa einen Außendurchmesser
auf, der der Bändchendicke
entspricht, so daß sie
eine Art Abschluß für die Schmalseiten
der Außenhülle AH1
bilden.
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Alternativ
zum Bändchen
BL2 von 3 sind in 4 die
beiden Lichtwellenleiter LW1*, LWn* jetzt vollständig in eine Außenhülle AH2
intergriert, d.h. sie liegen gemeinsam mit den Lichtwellenleitern
L1 mit Ln vollständig
eingebettet im Kunststoff-Material der Außenhülle. Auf diese Weise ist ein
Lichtwellenleiter-Bändchen
BL3 gebildet, das bezüglich
seiner Außenhülle AH3
im wesentlichen homogen aufgebaut ist, da auch seine Eckfasern von
dieser Schutzhülle
umgeben sind.
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5 deutet
schließlich
eine zusätzliche
oder eigenständige
Maßnahme
zu den Bändchenarten
B11 mit B13 gemäß 1 sowie
BL1 mit BL3 gemäß den 2 mit
4 an: das jeweilige Lichtwellenleiter-Bändchen ist von einer zusätzlichen,
weiteren Bändchenbeschichtung
(Coating) umgeben. In 5 ist beispielhaft das Bändchen BL1
von 2 mit einem weiteren Bändchencoating BC vollständig umgeben.
Dabei ist das Bändchen
BL1 der Einfachheit halber nur durch eine etwa rechteckförmige Umrahmung
angedeutet. Der Übersichtlichkeit
halber ist dabei auch auf Schraffierungen des Bändchencoatings sowie des Bändchens
BL1 verzichtet worden. Als zusätzliches
Bändchencoating
ist vorzugsweise ein Werkstoff gewählt, der einen niedrigeren,
vorzugsweise 1 bis 5-fach niedrigeren Elastizitätsmodul als die bereits vorhandene
Bändchenaußenhülle AH1 aufweist.
Zweckmäßigerweise
weist das zusätzliche
Bändchencoating
einen Elastizitätsmodul
zwischen 50 und 500 N/mmo auf.
-
Das
weitere Bändchen-Coating
BC bildet somit eine zusätzliche
weiche Dämpfungs-
bzw. Pufferschicht um das gesamte Bändchen BL1 herum. Gegebenenfalls
können
Gleitmittelzusätze
im sowie zwischen dem zusätzlichen
Bändchen-Coating
BC und der Außenhülle des
Bändchens
BL1 oder im zusätzlichen
Bändchencoating
selbst vorgesehen sein, um die Reibung zwischen den Bändchen eines
Stapels zu reduzieren. Damit sind Spannungen im Stapel durch Ausgleich
von lokalen Überlängen/Unterlängen im
Kabel (Kabel beim Biegen) vorteilhaft reduziert. Es handelt sich
also in 5 um ein Zweischicht-Bändchen,
dessen zusätzliche Bändchen-Coating-Schicht
BC eine zusätzliche
Dämpfungswirkung
gegenüber
Druckspannungen bewirkt.. Insbesondere ist die Schichtdicke des
zusätzlichen
Bändchen-Coatings
BC zwischen 10 und 40 μm,
insbesondere zwischen 20 und 320 μm
gewählt.
Folgende Dimensionierungen eignen sich bevorzugt in der Praxis:
- a) Außendurchmesser
der Lichtwellenleiter LW1*, LW2* zwischen 0,245 und 0,300 mm;
- b) Außendurchmesser
der Lichtwellenleiter LW1 mit LWn zwischen 0,180 ... 0,245 mm;
- c) Bändchen-
Gesamtdicke (einschließlich
zusätzlichen
Bändchencoating
BC) λ (≙Gesamthöhe) zwischen 0,245
und 0,32 mm.
-
8 veranschaulicht
beispielhaft die Dämpfungsverhältnisse
für einen
rechteckförmigen
Bändchenstapel
aus sechzehn übereinander
geschichteten Bändchen
jeweils der gleichen erfindungsgemäßen Art, wie sie z.B. in den
1 mit
5 beschrieben
worden sind, im Vergleich zu einem 16er-Bändchenstapel aus übereinandergeschichteten
Bändchen
herkömmlicher
Art mit jeweils Lichtwellenleitern gleich großer Empfindlichkeit gegenüber mechanischen
Druckspannungen. Im Diagram von
8 sind jeweils
die relativen Dämpfungsmeßwerte
für die erste, für die beiden
mittleren (, d.h. die achte und neunte ) sowie die letzte Faserposition
des untersten und des zuoberst liegenden Lichtwellenleiter-Bändchens
eingetragen. Die relativen Meßwerte
für das
zuoberst liegende Bändchen
im erfindungsgemäß aufgebauten
Bändchenstapel
sind dabei jeweils mit einem ausgefüllten Quadrat, die relativen
Meßwerte
für das
zuunterst liegende Bändchen
mit einem nicht ausgefüllten,
leeren Quadrat gekennzeichnet. Relative Meßwerte für die Lichtwellenleiter des
zuoberst liegenden Bändchens
des herkömmlichen
Bändchenstapels
sind mit einem gefüllten
Kreis sowie die Meßwerte
für dessen
zuunterst liegendem Bändchen
mit einem leeren, nicht ausgefüllten
Kreis symbolisiert. Die Dämpfungsmeßwerte in
den Ecken des erfindungsgemäßen Bändchenstapels,
das heißt
an der ersten sowie an der sechzehnten Faserposition des zuoberst
sowie des zuunterst liegenden Bändchens
liegen jeweils deutlich unterhalb der relativen Dämpfungsmeßwerte (vgl.
Kästchen
mit ᾶ = 8,9; ᾶ = 4,0; ᾶ = 6,2; ᾶ =
5,3) der Lichtwellenleiter in den Eckpositionen des herkömmlich aufgebauten
Bändchenstapels.
Dadurch, daß also
zumindest beim zuoberst sowie zuunterst liegenden Bändchen jeweils
außen,
das heißt
zumindest in den Eckpositionen des Bändchenstapels, jeweils Lichtwellenleiter
vorgesehen sind, die weniger empfindlich gegenüber etwaigen Druckspannungen ausgebildet
sind als in den weniger beanspruchten Bereichen der Bändchenstapel-Struktur,
kann eine deutliche Absenkung der Übertragungsdämpfung der
Lichtwellenleiter in den Eckpositionen des Bändchenstapels erreicht werden.
Es ergibt sich insbesondere eine Reduzierung der Dämpfungszunahme
um einen Faktor 2 bis 12 bei gleichen Kabeldurchmesser gegenüber Bändchenstapeln
mit Standardbändchen.
Weiterhin macht das Dämpfungsdiagramm
von
8 deutlich, daß für die Lichtwellenleiter in
den mittleren Faserpositionen, das heißt zum Beispiel an der achten
und neunten Faserposition im jeweiligen Bändchen beim erfindungsgemäßen sowie
beim herkömmlichen
Bändchenstapel
etwa die gleiche Übertragungsdämpfung aufweisen.
Diese lokalen Faserpositionen verbleiben innerhalb der Struktur
also weitgend microbiegung frei. Vorzugsweise lassen sich durch den
erfindungsgemäßen Aufbau
des Bändchenstapels
mit den Grundstrukturen entsprechend den
1 mit 5,
insbesondere 2 mit 5, Dämpfungsmeßwerte unter
0,3 dB/km bei λ =
1550 nm auch für
die Lichtwellenleiter in den Eckpositionen des Bändchenstapels ST1 von
1 erzielen.
Die mittleren Faserpositionen im jeweiligen Bändchen können vorzugsweise durch Lichtwellenleiter
besetzt sein, die eine größere Microbiegeempfindlichkeit
aufweisen, da sie weniger gegenüber
etwaigen Druckspannungen gefährdet
sind.
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Eine
besonders gegenüber
etwaigen Druckkräften
robuste Struktur ergibt sich im Fall, daß sämtliche Lichtwellenleiterbändchen der
Stapelstruktur ST1 von 1 durch gleichartige Lichtwellenleiter-
Bändchen
ein und derselben Ausführungsform
z.B. bevorzugt gemäß den 1 mit
5, insbesondere 2 mit 5 ersetzt sind, d.h. der Stapel ist mit gleichartigen
Bändchen
aufgebaut. Dann liegen die mechanisch unempfindlicheren Lichtwellenleiter
auf einem gedachten, rechteckförmigen
Außenrahmen,
der die innenliegenden, übrigen
Lichtwellenleiter im weniger gefährdeten
Bereich umgibt.
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Derartige,
entsprechend den 1 mit 5, insbesondere 2 mit
5, aufgebaute Bändchen
eignen sich für vielfältige Anwendungen
in der Lichtwellenleitertechnik, so z.B. zum Einlegen in die Kammern
eines Kammerstrangs (Kammerkabel), eines U-Profilkabels wie in 1 oder
auch eines Bündelkabels.
