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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Herstellen optischen
Fasereinheiten, die dünnwandige
Scheiden umfassen.
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Stand der Technik
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Die
EP A 0 108 590 offenbart
ein Verfahren zur Installation optischer Fasereinheiten entlang
einer vorab installierten Leitung oder Führung mittels Zugkräften, die
von einem gasförmigen
Strom erzeugt werden, der entlang der Leitung geblasen wird.
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Generell
gesprochen wird erwünscht,
die Distanzen, über
die die optischen Fasereinheiten geblasen werden können, zu
erhöhen,
da es andernfalls notwendig wird, verschiedene Längen einer optischen Fasereinheit
zu installieren, die anschließend miteinander
zu verspleißen
sind. Das Spleißen
beinhaltet Kosten und Zeit, da es oft erfordert, Löcher in Gehwege
(Bordsteine) oder Straßen
zu bohren, um Zugang zu der Leitung zu erhalten, und anschließend vor
dem Ausführen
des Spleißvorgangs
in die Leitung einzubrechen.
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Viele
Faktoren beeinflussen die Distanz, über die eine optische Fasereinheit
geblasen werden kann. Zwei bekannte Faktoren sind die Reibung zwischen
der Scheide und der Leitung sowie die Entstehung statischer Ladungen,
die dazu neigen, die Scheide an der Leitung anhaften zu lassen.
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Die
EP A 0 108 590 offenbart
die Möglichkeit des
Blasens von Massen in flüssiger
oder Pulverform entlang der Leitung vor oder während der Installation, um
eine Schmierung für
die optische Fasereinheit bereitzustellen und schlägt pulverförmiges Talkum
als geeignetes Schmiermittel vor.
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Die
GB-A-2 156 837 betrifft
ebenso optische Fasereinheiten, die durch Faserinstallations-Blastechniken
installiert werden sollen. Dieses Dokument offenbart die Verwendung
einer das Anhaften reduzierenden Substanz in der Leitung und/oder
der Scheide oder der optischen Fasereinheit. Das angegebene Beispiel
betrifft eine extrudierte Polyethylen-Leitung, zu der weniger als
3 Vol-% einer Mischung hinzugegeben ist, die gewerblich von der BXL
Plastics Ltd. aus Grangemouth, Stirlingshire, Großbritannien,
erhältlich
ist. Die Mischung ist als PZ 146 bekannt und umfasst ein Gleitagentium,
ein Antiblockieragentium sowie ein antistatisches Agentium sowie
ein Antioxidantium. Das Gleitagentium sowie das antistatische Agentium
des PZ 146 sind dergestalt, dass sie zur Oberfläche der Leitung wandern, um
die Reibung zu reduzieren und die Ableitung statischer elektrischer
Ladungen, die während
der Installation der optischen Fasereinheit erzeugt werden, zu verbessern.
Es liegt keine spezielle Offenbarung einer insbesondere die Anhaftung
reduzierenden Substanz vor, die in einer Scheide vorliegen könnte. Das
Dokument erwähnt
ebenso die Möglichkeit
der Beschichtung einer Scheide mit einer die Anhaftung reduzierenden
Substanz, stellt jedoch keinerlei Offenbarung dahingehend zur Verfügung, wie
dies erfolgen sollte.
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Andere
Faktoren, die die Distanzen beeinflussen über die optische Fasereinheiten
geblasen werden können,
sind das Gewicht der Einheit, der Unterschied zwischen dem Außendurchmesser
der Einheit und dem Innendurchmesser der Leitung sowie die Steifheit
der optischen Fasereinheit.
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Bisher
haben sich kommerziell erhältliche optische
Fasereinheiten (2, 4 und 8 Fasereinheiten) auf einen dichten Packungsaufbau
verlassen, um die zur Ermöglichung
des Blasens erforderliche Starrheit bereitzustellen. Diese enge Kunststoffscheide
für die Fasern
ist typischerweise mit Glasfaser eingebettet, die dazu dienen, die
Reibung zwischen der Scheide und der Leitung zu reduzieren.
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Ein
Ansatz zur Verbesserung der potentiellen Blasdistanzen dieser Konstruktionen
würde die Reduzierung
des Gesamtdurchmessers der Packung sein. Dies würde jedoch die Anzahl optischer
Fasern reduzieren, die in der Packung beinhaltet sein können. Ein
alternativer Ansatz könnte
die Reduzierung der Dicke der Kabelscheide für die optischen Fasern sein.
Wenn jedoch die Scheidendicke reduziert wird, ist die Einbringung
von Schmieradditiven aus Glasperlen in das Scheidenmaterial problematisch
und konventionelle Beschichtungsprozesse sind für die Beschichtung einer dünnwandigen
Scheide ungeeignet.
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Die
JP 11 038237 betrifft ein
Verfahren zur Beschichtung einer Faser mit einem körnigen Material,
das eine große
mechanische Festigkeit sowie einen Schmiereffekt aufweist.
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Die
GB 2 156 837 offenbart ein
optisches Faserelement, das aus einer Vielzahl von Fasern in einer
gemeinsamen Scheide bestehen kann, welche in Durchgängen zu
installieren sind. Eine das Anhaften reduzierende Substanz kann
in die Wand eines Durchgangs oder der Scheide eingebaut sein oder als
Beschichtung auf dem Durchgang oder der Scheide aufgebracht sein.
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Die
EP 0 108 590 betrifft ein
optisches Faserelement, das eine einzelne Faser oder eine Vielzahl
optischer Fasern in einem gemeinsamen Umschlag umfassen kann. Das
Faserelement wird in einem Durchgang unter Verwendung eines gasförmigen Mediums
installiert. Eine Flüssigkeits-
oder Pulver-Schmierung
kann entlang des Durchgangs aufgeblasen werden.
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Die
EP 0 527 266 offenbart einen
Dreistufen-Ofen für
die Trocknung einer Beschichtung auf einer optischen Faser.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Aspekte
der Erfindung werden in den anhängenden
Ansprüchen
angegeben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Zum
guten Verständnis
der Erfindung werden nunmehr einige Ausführungsformen, die nur beispielhaft
angegeben werden, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben,
in denen:
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1 eine
schematische Querschnittsansicht einer optischen Fasereinheit ist,
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2 eine
Seitenansicht einer Vorrichtung zur Beschichtung der Scheide der
optischen Fasereinheit aus 1 ist; und
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3 eine
vergrößerte Ansicht
eines Eintauchbads der Vorrichtung aus 2 ist.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Unter
Bezugnahme auf 1 umfasst eine optische Fasereinheit 10 eine
dünnwandige
Scheide 12 sowie eine Vielzahl von optischen Faserelementen 14.
Die Scheide 12 weist eine Beschichtung 16 in der
Form einer die Anhaftung reduzierenden Substanz, vorzugsweise ultrafeine
Graphitpartikel umfassend, auf.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Beschichtung 16 Graphitpartikel mit einem nominalen
Durchmesser von 1 bis 2 Mikrometer mit einem Maximalwert von 8 Mikrometer.
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Alternativ
können
andere die Anhaftung reduzierende Materialien verwendet werden,
wie etwa Molybdändisulfid
oder Polytetrafluorethylen (PTFE)-Partikel.
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Die
dünnwandige
Scheide 12 weist eine radiale Dicke von nicht mehr als
etwa 0,3 mm, vorzugsweise nicht mehr als etwa 0,2 mm auf. Eine Dicke von
nicht weniger als etwa 0,05 mm wird bevorzugt und am meisten wird
eine Dicke im Bereich von 0,05 bis 0,15 mm bevorzugt. In einer bevorzugten
Ausführungsform
weist die Scheide einen Außendurchmesser
von 1,35 mm +1-0,05 mm und einen Innendurchmesser von 1,1 mm +/-0,05
mm auf. Die Scheide kann aus einer Polymerzusammensetzung inklusive eines
polymerischen Materials und optional eines Inertfüllmaterials
bestehen. Das polymere Material kann beispielsweise ein Polyolefin
wie etwa Polyethylen, Polypropylen, Ethylenpropylencopolymer, Ethylen-Vinylacetat,
Copolymere (EVA) oder Polyvinylchloride (PVC) sein. Anorganische
Füllmaterialien können generell
als Hydroxide, Hydratoxide, Salz oder hydrierte Salze von Metallen,
insbesondere von Kalzium, Magnesium oder Aluminium, ebenso in der Form
von Mischungen mit anderen anorganischen Füllmaterialien wie etwa Silikat
bestehen. Die Menge an anorganischem Füllmaterial kann beispielsweise von
etwa 40% bis etwa 90 Gew-% des Gesamtgewichts der polymeren Zusammensetzung
variieren. Konventionelle Additive wie etwa Stabilisierer, Antioxidantien,
Prozessagentien und Kopplungsagentien können in die polymere Zusammensetzung
eingebaut sein.
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Die
Scheide wird vorzugsweise aus PVC oder noch bevorzugter aus einem
halogenfreien, raucharmen Material ("low smoke zero halogen material") (LSOH) gefertigt
sein. Geeignete LSOH-Polymerzusammensetzungen
umfassen typischerweise ein Polyolefinmaterial (beispielsweise EVA
oder Mischungen aus EVA und Polyethylen) sowie anorganische Füllmaterialien
(beispielsweise Aluminiumhydroxid), typischerweise in einer Menge
von etwa 50-70 Gew-% der Gesamtzusammensetzung.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
liegen zwölf
optische Fasern 14 enthalten in der Scheide 12. Die
optischen Fasern 14 können
Fasern mit einzelnem Modus, Fasern mit vielzahligem Modus, dispersionsverschobene
(DS)-Fasern, Nicht-Null- Dispersions-(NZD)Fasern
oder Fasern mit einem großen
effektiven Bereich und dergleichen abhängig von den Anwendungserfordernissen
der optischen Fasereinheit 10 sein. Wenn erwünscht, können einige
der innerhalb der Scheide eingehauste optische Fasern 14 durch
nicht durchleitende Glasfasern ersetzt werden, um eine optimale
Fasermenge innerhalb der Scheide beizubehalten. Das optische Faserelement 12 kann in
paralleler Formation oder umeinander verseilt in einer SZ-Formation
vorliegen.
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Die
Scheide
12 kann Wasserblockierungselemente, beispielsweise
in der Form von Schmierstoff oder ölhaltigem Füllmaterial wie beispielsweise
einer auf Silikonöl
basierenden Füllzusammensetzung
enthalten. Alternativ kann das Wasserblockierungselement in der
Form von bei Wasserkontakt quellenden Pulverzusammensetzungen, beispielsweise
einer Mischung aus Polyacrylatpartikel und Talkumpartikel vorliegen,
wie sie in der Internätionalen
Patentanmeldung
WO 00/58768 beschrieben
wurden.
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Die
optische Fasereinheit wird typischerweise durch eine Leitung, beispielsweise
aus Polymermaterial wie etwa Polyethylen, insbesondere hochdichtes
PE, geblasen. Optional ist eine Beschichtung mit niedriger Reibung
(beispielsweise Silikon) innerhalb der Bohrung angeordnet.
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Der
innere Durchmesser der Leitung beträgt typischerweise etwa 3 bis
4 mm, beispielsweise etwa 3,5 mm. Dementsprechend kann eine Vielzahl
von optischen Faserelementen (beispielsweise drei) durch die Leitung
unter Verwendung konventioneller Glastechniken geblasen werden.
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Unter
Bezugnahme auf die 2 und 3 umfasst
eine Vorrichtung 50 zum Aufbringen der Beschichtung 16 auf
der Scheide 12 eine Abwicklungsvorrichtung 52,
auf der ein Coil 54 einer unbeschichteten optischen Fasereinheit 10 befestigt
ist. Die optische Fasereinheit 10 wird von dem Coil 54 zu einem Eintauchbad 56 über einen
Antriebsriemen 58 geführt.
Der Antriebsriemen 58 ist so angeordnet, dass er eine gesteuerte
Abwicklungsspannung von beispielsweise etwa 200 g bereitstellt.
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Wie
am besten in 3 ersehen werden kann, umfasst
das Eintauchbad 56 einen Kessel 60, der eine flüssige Dispersion 62 aus
dem die Adhäsion
reduzierenden Beschichtungsmaterial enthält. Die optische Fasereinheit 10 wird
in dem Kessel 60 über eine
Führungswalze 64 gerichtet
und verläuft
unter einem Riemen 66 mit vergleichsweise größerem Durchmesser,
der teilweise in die Flüssigkeit 62 eintaucht,
so dass die optische Fasereinheit 10 dazu gezwungen wird,
durch die Flüssigkeit
hindurch zu verlaufen. Die Flüssigkeitsbeschichtung
wird auf die Polymerscheide bei Raumtemperatur oder Umgebungstemperatur,
d.h. bei einer Temperatur von niedriger als 40°C, typischerweise zwischen 15° und 30° aufgebracht.
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Eine
weitere Führungswalze 68 ist
stromabwärts
des Riemens 66 positioniert und so angeordnet, dass sie
die optische Fasereinheit 10 in einen Filz 70 hineinführt, der
dazu dient, überschüssige Flüssigkeit
von der optischen Fasereinheit zu entfernen.
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Eine
Trocknungsstation 80 ist stromabwärts des Eintauchbads 56 platziert.
Die Trocknungsstation 80 umfasst einen ersten Ofen 82 sowie
einen zweiten Ofen 84. Jeder Ofen umfasst einen länglichen
hohlen Körper 83,
durch den die optische Fasereinheit verlaufen kann, sowie eine Hitzequelle 86.
In einer bevorzugten Ausführungsform
der Beschichtungsvorrichtung 50 ist die Hitzequelle ein
Heißluftgebläse 86. Ein
geeignetes Gebläse
für diesen
Zweck ist der Leister CH6065, der bei 3400 W betrieben wird. In der
bevorzugten Ausführungsform
beträgt
die Länge des
länglichen
Körpers
etwa 0,3 m.
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Jeweilige
Führungsriemen 90, 92 sind
nahe der Enden der Öfen 82 und 84 vorgesehen
und derart angeordnet, dass die einmal durch den unteren Ofen 82 hindurch
verlaufende optische Fasereinheit in stromabwärtiger Richtung der Vorrichtung
verläuft und
nach oben in den oberen Ofen 84 gerichtet wird, durch den
sie in stromaufwärtiger
Richtung der Maschine hindurch verläuft, bevor sie stromabwärts vom Ausgang
des oberen Ofens in den unteren Ofen 82 für einen
zweiten Durchgang hindurch geführt
wird.
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Jeder
Ofen 82, 84 ist mit einem Element 98 zur Überwachung
der Temperatur innerhalb des Ofens versehen. Dieses Überwachungselement 98 beinhaltet
einen geeigneten Temperatursensor (nicht gezeigt) sowie eine Anzeige
zum Anzeigen der gemessenen Temperatur. Das Temperaturüberwachungselement
kann jeden geeigneten Sensor, Anzeige und Schaltkreis und dergleichen
zum Bearbeiten des Sensorsignals umfassen, wie dies dem Fachmann
gut bekannt ist. Dementsprechend wird hierin keine detaillierte
Beschreibung der Temperaturüberwachungselemente
angegeben.
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Eine
Aufwickelvorrichtung 110 ist stromabwärts der Öfen 82, 84 angeordnet,
um die beschichtete optische Fasereinheit 10 aufzunehmen.
Die Aufwickelvorrichtung 110 umfasst einen angetriebenen Gurt 112,
der eine gesteuerte Aufwickelspannung von beispielsweise etwa 200
g bereitstellt. Die Aufwickelvorrichtung 110 umfasst des
Weiteren eine geeignete Befestigung für eine Spule, auf der die beschichtete
optische Fasereinheit 10 aufgehaspelt wird.
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Um
eine optische Fasereinheit 10 herzustellen, werden eine
geeignete Anzahl optischer Faserelemente 14 durch einen
Extrusions-Kreuzkopf hindurchgeführt
und die dünnwandige
Scheide 12 wird um die Faserelemente herum extrudiert.
Beim Austritt aus dem Extruder wird die Scheide luftgekühlt und
die optische Fasereinheit wird auf einer Spule aufgehaspelt. Die
Gerätschaft,
auf der diese Prozesse ausgeführt
werden, sind konventionell und dem Fachmann bekannt und werden daher
nicht hierin detailliert beschrieben. Die Spule wird später auf
die Abwickelvorrichtung 52 der Beschichtungsvorrichtung 50 aufgesetzt
und am Ende des Coils 54 der optischen Fasereinheit wird
durch die Vorrichtung hindurchgeführt und auf eine leere Spule,
die auf den Aufwickelvorrichtung 110 aufgesetzt ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens zur Herstellung wird der Kessel 60 mit einer
Beschichtungsflüssigkeit 62 gefüllt, die
ultrafein dispergierte Graphitpartikel beinhaltet. Ein kommerzielles
Produkt, das als Aquadag Dag® T144, hergestellt von
Acheson Colloids Company aus Prince Rock, Plymouth 266351 USA bekannt
ist, wird vorzugsweise verwendet, welches eine konzentrierte Dispersion
ultrafeiner Graphitpartikel in Wasser ist. Dieses Material ist thixotrop
und normalerweise unter Verwendung destilliertem oder schwach mineralhaltigem
Wasser aufgelöst,
um eine geeignete Konsistenz zu erhalten. Ein oberflächenaktives
Agentium, vorzugsweise nichtionischer Art, wird vorzugsweise zu
der Flüssigkeit 62 beispielsweise
in einer Menge von 0,5 bis 5 Gew-% zur Erhöhung der Benetzbarkeit des
Scheidenmaterials hinzugegeben. Vorzugsweise ist das nicht-ionische
oberflächenaktive
Agentium ein ethoxyliertes Derivat eines (C8-C12) Alkylphenols.
In der bevorzugten Ausführungsform
wurde 1 Gew-% IGEPAL
CO/620 (Rhone-Poulenc) hinzugegeben.
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Die
Abwickel- und Aufwickelvorrichtungen 54, 110 werden
so betrieben, dass sie eine Liniengeschwindigkeit von 40 m/min bereitstellen.
Die Öfen 82, 84 werden
auf eine Temperatur von 108°C
eingestellt. Nach einer Anfangsphase des Laufs muss zur Beibehaltung
der eingestellten Temperatur von 108° die zu den Heißluftgebläsen zugeführte Heizenergie erhöht werden,
um die Verdampfung des Wassers in der Beschichtungsflüssigkeit 62 zu
berücksichtigen.
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Unter
den oben angegebenen Prozessbedingungen liegt die Temperatur der
Scheide während ihres
ersten Durchgangs durch den Ofen 82 im Bereich von 38°C. Während des
Durchgangs durch den Ofen 84 erhöht sich die Temperatur der
Scheide auf etwa 40°C
und während
des zweiten Durchgangs durch den Ofen 82 erhöht sich
die Temperatur auf etwa 57°C.
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Beim
Austritt aus dem Ofen 82 nach dem zweiten Durchgang hier
hindurch war der Flüssigkeitsgehalt
der Flüssigkeitsbeschichtung 62 verdampft
und eine gleichmäßige Schicht 16 ultrafeiner Graphitpartikel
verblieb auf der Scheide 62, um eine Beschichtung bereitzustellen,
die die Reibung zwischen der Scheide und der Führung während der Glasinstallation
zu reduzieren und zum Ableiten statischer elektrischer Ladungen,
die während
der Installation erzeugt waren, beizutragen. Es wurde herausgefunden,
dass diese Beschichtung keine bemerkbare Variation in den Durchleitungseigenschaften
der Fasern erzeugt.
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Während der
Zeit, in der die optische Fasereinheit vom Ofen 82 zur
Aufwickelvorrichtung 110 verlief, wurde sie auf eine Temperatur
im Bereich von 25°C
abgekühlt.
Falls erwünscht,
kann ein (nicht gezeigtes) Gebläse
stromabwärts
der Öfen 82, 84 bereitgestellt
werden, um die Abkühlung
der optischen Fasereinheit zu unterstützen.
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Dabei
sollte angemerkt werden, dass durch die Vielzahl von Durchgängen durch
die Öfen 82, 84 der
Flüssigkeitsgehalt
der Flüssigkeitsbeschichtung ohne
Anstieg der Temperatur der Scheide auf ein Niveau, das die Scheide
schädigen
könnte,
verdampft wird.
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Wie
von den Anmeldern beobachtet, können dann,
wenn die Temperatur des Polymermaterials, das die Scheide ausbildet,
den Erweichungspunkt des Materials übersteigt, irreversible Veränderungen in
der Scheide erzeugt werden. Beispielsweise kann sich die Scheide
deformieren und im Querschnitt oval werden, was wiederum zu einer
Schwächung
des durch die optischen Faserelemente hindurchgeleiteten Signals
führen
könnte.
Um derartige unerwünschte
Veränderungen
zu vermeiden, wird die Temperatur des Polymermaterials somit vorzugsweise
unterhalb von dessen Erweichungstemperatur gehalten. Die Erweichungstemperatur
kann beispielsweise gemäß ASTM D1525-00
(Standardtestverfahren für
die Vicat Erweichungstemperatur von Kunststoffen) bestimmt werden.
Vorzugsweise wird die Temperatur etwa 10°C unterhalb der Erweichungstemperatur
des Polymermaterials, das die Scheide der optischen Fasereinheit
ausbildet, gehalten.
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In
von den Anmeldern betriebenen Ausführungsformen war das Scheidenmaterial
ein halogenfreies, raucharmes Material ("low smoke zero halogen") so wie PVC. Die
Erweichungstemperatur des Polymer-Scheidenmaterials betrug etwa
70°C und durch
die Ausführung
einer Vielzahl von Durchgängen
durch die Trocknungskammern, wie dies oben beschrieben wurde, wurde
gewährleistet,
dass die Temperatur der Scheide nicht wesentlich über 60°C anstieg.
Die beschichteten optischen Fasereinheiten, die von den Anmeldern
unter Verwendung dieses Prozesses erzeugt wurden, wurden mit einer
gleichmäßigen Schicht
ultrafeiner Graphitpartikel versehen und keine nennenswerte Störung der
optischen Eigenschaften der Faserelemente wurde beobachtet. Dabei
ist anzumerken, dass die oben erwähnten speziellen Temperaturen
nur beispielhaft angegeben wurden und so verändert werden können, dass
sie für
das Material, aus denen die Scheide gefertigt ist, angepasst wird.
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Die
Verwendung einer beschichteten, dünnwandigen Scheide, die die
optischen Faserelemente lose einhaust, stellt eine optische Fasereinheit
für die Blasinstallation
zur Verfügung,
die eine Vielzahl vorteilhafter Merkmale verglichen mit den derzeit
kommerziell erhältlichen
optischen Fasereinheiten für Glasfaserinstallation
aufweist. Ein Vorteil ist der, dass das Niedertemperaturverhalten
der Einheit verbessert ist. Dies ist darin begründet, dass die optischen Faserelemente
nicht in nahem Kontakt mit der Scheide stehe, so dass sich die Scheide
kontrahiert, wenn sie niedrigen Temperaturen ausgesetzt ist, wodurch das
optische Betriebsverhalten der Faser nicht beeinflusst wird.
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Ein
weiterer Vorteil der dünnwandigen
Scheide ist der, dass sie ein leichtes Ausbrechen der optischen
Faserelemente erlaubt, was das Bereitstellen einer Aufreißlinie unnötig macht.
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Noch
ein weiterer Vorteil der dünnwandigen Scheide
ist die verbesserte Flexibilität
der optischen Fasereinheit, wenn eine hohe Anzahl von Fasern vorliegt.
Wie bereits vorab erwähnt,
bestehen derzeit erhältliche
Produkte aus einem Bündel
optischer Faserelemente, die eng in einer Kunststoffscheide gepackt
sind. Eine dichte Packung von acht Fasern in einer Kunststoffscheide
führt zu
einer vergleichsweise unflexiblen Einheit, die das Installationsverhalten entlang
schwieriger Routen beschränkt.
Durch Verwendung einer beschichteten, dünnwandigen Scheide haben die
Anmelder eine optische Fasereinheit mit zwölf Fasern erzeugt, die eine
verbesserte Flexibilität
und ein verbessertes Installationsverhalten auch entlang schwieriger
Routen aufweist.