DE68929547T2

DE68929547T2 - Verbundmatrix aus transmittierenden Medien

Info

Publication number: DE68929547T2
Application number: DE68929547T
Authority: DE
Inventors: Kenneth W. Snellville Jackson; Gregory Alan Lawrenceville Lochkovic; Parbhubhai D. Dunwoody Patel; Michael L. Duluth Pearsall; James R. West Dundee Kane Petisce
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1988-06-30
Filing date: 1989-06-23
Publication date: 2006-11-30
Anticipated expiration: 2009-06-24
Also published as: JP2716212B2; EP0349206B1; ES2138955T3; EP0349206A3; CN1039121A; DE68929547D1; EP0349206A2; CN1021258C; EP0922980A2; DE68929072D1; CA1331530C; KR0159087B1; DK323789A; DK323789D0; EP0922980B1; US4900126A; EP0922980A3; DE68929072T2; KR910001412A; JPH0247606A

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verbundarray von Übertragungsmedien.
Hintergrund der Erfindung
Interesse an Verbundarrays optischer Fasern besteht seit einiger Zeit. Optikfaser-Wellenleiter-Bänder z.B. sind von Interesse für den Aufbau eines Mehrkanal-Übertragungskabels. In einem typischen planaren Optikfaserarray, das ein Band genannt wird, wird eine Mehrzahl von Faserwellenleitern, üblicherweise zwölf, an beabstandeten Positionen parallel zueinander, allgemein in einer üblichen äußeren Hülle oder Umhüllung, gehalten. Außerdem könnte eine äußere Oberfläche jeder der optischen Fasern mit einer Schicht aus einem Farbmittelmaterial versehen sein.
Ein Optikfaserband stellt einen Modularentwurf bereit, der den Aufbau, Einbau und die Wartung eines Optikfaserkabels vereinfacht, indem der Bedarf nach Handhabung der einzelnen Fasern beseitigt wird. Das Spleißen und das Verbinden der einzelnen optischen Fasern in einem Band z.B. wird durch ein Spleißen und Verbinden des viel größeren Bandes erzielt, wenn die Faserpositionen in demselben genau fixiert und beibehalten werden können. Eine genaue Ausrichtung der einzelnen Fasern während einer Herstellung des Bandes hat sich in der Vergangenheit als ein Problem dargestellt. Zusätzlich war eine Bandstruktur, die eine präzise Ausrichtung der einzelnen Fasern während einer Handhabung und Verwendung des Bandes beibehält, bisher etwas schwierig.
Diese Probleme wurden mit einem Haftmittel-Sandwich-Band, das häufig als ASR bezeichnet wird, überwunden. Das ASR umfasst ein planares Array optischer Fasern, die zwischen zwei Streifen gehalten werden. Jeder Streifen ist ein Laminat, das eine relativ weiche innere Schicht, die die optischen Fasern berührt, und eine relativ harte äußere Schicht, die mechanischen Schutz für das Array bereitstellt, aufweist. Üblicherweise wurden Optikfaserbänder durch ein Bewirken dessen hergestellt, dass ein paralleles Array optischer Fasern zwischen zwei flachen, sich längs erstreckenden Polyesterstreifen gehalten wird, wobei jeder Streifen eine Haftschicht auf einer Seite aufweist. Allgemein stehen Längsseitenabschnitte der Bänder über die optischen Fasern über. Siehe U.S.-Patent 4,147,407, das am 3. April 1979 in den Namen von B. R. Eichenbaum und W. B. Gardner ausgegeben wurde, und U.S.-Patent 3,920,432, das am 18. November 1975 in dem Namen von P. W. Smith ausgegeben wurde. Außerdem könnte jede der optischen Fasern zu Identifizierungszwecken mit einem Farbmittelmaterial versehen sein.
Eine derartige Optikfaser-Band-Struktur ist dahingehend von Vorteil, dass sie modular und mechanisch robust ist, kompakt ist, für ein gleichzeitiges Massenspleißen geeignet ist und relativ einfach in der Herstellung ist. Das Massenspleißen könnte mittels einer positiven und negativen Chip-Anordnung erzielt werden, wie in dem U.S.-Patent 3,864,018 gezeigt ist, das am 4. Februar 1975 in dem Namen von C. M. Miller ausgegeben wurde.
Da Streifen ausgerichtet, gespannt und neben ein sich bewegendes Array optischer Fasern gelegt werden müssen, ist die Verarbeitungsgeschwindigkeit einer Streifen-Typ-Bandleitung nicht optimal. Reduzierte Leitungsgeschwindigkeiten und die Streifen, die verwendet werden, um die optischen Fasern zu halten, tragen wesentlich zu den Kosten des Bands bei. Ferner darf es keine Überkreuzungen der optischen Fasern in dem Array geben, um ein fehlerfreies Spleißen sicherzustellen.
Die Technik hat zumindest einige dieser Nachteile erkannt. Als ein Ergebnis wurden Abweichungen von der typischen Streifen-Typ-Band-Struktur auf dem Markt verfügbar. Bei einigen kommerziell erhältlichen Bändern sind die optischen Fasern in eine Masse aus einem härtbaren Material eingebettet und in einigen Fällen gibt es eine Abdeckschicht aus einem relativ harten Kunststoffmaterial, das dem Band mechanischen Schutz verleiht. Typischerweise sind diese gegenwärtigen Angebote relativ dick, vielleicht in der Größenordnung von 0,450 mm, was zu einem Verwölben neigen könnte.
Eine Variation der zuletzt beschriebenen Bandstruktur ist eine, bei der ein Array optischer Fasern mit einem Haftmatrixmaterial aneinander befestigt ist, das mit nur einer minimalen Menge an Haftmaterial zwischen jeweils zwei benachbarten Fasern angeordnet ist. Jede optische Faser ist mit einem einzelnen UV-härtbaren Beschichtungsmaterial oder mit zwei Beschichtungsmaterialien, die ein primäres Beschichtungsmaterial und ein sekundäres Beschichtungsmaterial aufweisen, versehen. Es wird bewirkt, dass ein Material, wie z.B. ein bekanntes UV-härtbares Material, das verwendet wurde, um eine Sekundärbeschichtung auf den optischen Fasern bereitzustellen, zwischen jeweils zwei benachbarten Fasern angeordnet ist. Die letztendliche Konfiguration könnte eine sein, bei der das Haftmaterial zwischen benachbarten Fasern eine Meniskus-Typ-Form aufweist.
Obwohl dieser Typ Struktur zu Materialeinsparungen führt, besitzt er zumindest mehrere Nachteile. Erstens ist es schwierig, ein planares Array optischer Fasern mit der vorstehenden Anordnung zum Verbinden der Fasern miteinander zu erhalten. Außerdem neigen optische Fasern innerhalb benachbarter Arrays in einem Stapel von Bändern, aufgrund der Meniskus-Typ-Konfiguration des Haftmaterials zwischen benachbarten optischen Fasern, dazu, sich ineinander zu verschachteln. Als ein Ergebnis sind die optischen Fasern in jedem Band nicht frei für eine Bewegung, wenn das Kabel gehandhabt wird, oder während Temperaturumschwüngen. Die Verwendung einer minimalen Menge an Verbindungsmaterial, wie bei dem Meniskus-Struktur-Band auftritt, erfordert außerdem eine starke Zwischenfaserverbindung mit einem Material mit relativ hohem Modul, um zu verhindern, dass das Band während des Verkabelns auseinandergeht. Die starke mechanische Zwischenfaserkopplung kann jedoch eine Entspannung von Faserbelastungen und Spannungen, die induziert werden, wenn das Band oder verkabelte Band hergestellt und nachfolgend gehandhabt, eingebaut oder Temperaturumschwüngen unterzogen wird, einschränken. Dies gilt insbesondere, wenn das Beschichtungsmaterial direkt benachbart zu der Faserumhüllung einen relativ hohen Modul aufweist und das Arrayverbindungsmaterial ebenso einen relativ hohen Modul aufweist. Dies könnte zu einem unerwünschten Mikrobiegen mit einhergehenden Verlusten bei Leistung oder zu dem Brechen optischer Fasern oder eines gesamten Bandes, wenn ein Band-Typ-Kabel in die Erde gepflügt wird, führen.
Die Meniskus- oder eine beliebige Band-Struktur, die ein Haftmaterial umfasst, das eine starke Zwischenfaserverbindung bereitstellt, bewirkt auch andere Probleme. Versuche, das Matrixmaterial massenmäßig von allen Fasern in dem Array abzuziehen und auf einzelne Fasern aus dem Array zuzugreifen, ohne Fasern zu brechen oder mögliches Farbmittelmaterial von der Faser, auf die zugegriffen wird, und/oder denjenigen, die benachbart zu derselben sind, zu entfernen, sind unter Umständen nicht erfolgreich. Die Entfernung von Farbmittelmaterial von der Faser während eines Zugriffs könnte die Farbcodeidentifizierung einzelner Fasern zerstören, was das Band weniger benutzerfreundlich macht. Ferner könnten komplexe und teure mechanische Abziehwerkzeuge erforderlich sein, um das Matrixmaterial von den optischen Fasern zu entfernen.
Scheinbar fehlt dem Stand der Technik eine Optikfaser-Band-Struktur, die keine Streifen umfasst, sondern eine, die Probleme, die einem gegenwärtig verfügbaren, oben beschrie benen Nicht-Streifen-Band zugeordnet sind, überwindet. Die angestrebte Struktur sollte eine mit ausreichender Zwischenband- und Zwischenfasermobilität sein, um eine Bewegung der Bänder und der Fasern während eines Handhabens und eines Einbaus zu erlauben, ohne die Bandstruktur zu beschädigen. Außerdem sollte die angestrebte Struktur mechanisch robust sein, um Verkabelungsvorgängen und einem Einpflügen des Kabels in den Boden während eines Einbaus zu widerstehen, und sollte ein akzeptables Verlustverhalten bei Temperaturen von nur –40°F zeigen. Trotz dieser Anforderungen sollte das Band eine kompakte Größe besitzen und ohne Zugang zu den einzelnen optischen Fasern von entweder einem Bandende oder von einer Mittelspannen ohne Entfernung von Farbgebungsmaterialen von den Fasern und ohne den Bedarf nach komplexen Werkzeugen abziehbar sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Array, wie in Anspruch 1 definiert, bereitgestellt. Der Oberbegriff des Anspruchs 1 basiert auf der EP 194891 .
Die vorstehenden Mängel des Stands der Technik wurden durch das Verbundarray von Übertragungsmedien dieser Erfindung überwunden. Das Array umfasst eine Mehrzahl sich längs erstreckender, einzeln beschichteter optischer Fasern, die in einem parallelen Array angeordnet sind. Ein Matrixverbindungsmaterial füllt Zwischenräume zwischen benachbarten Fasern und erstreckt sich um das Array optischer Fasern herum, derart, dass die Dicke des Verbindungsmaterials außerhalb jeder optischen Faser, wie entlang der Radien der optischen Faser gemessen, einen vorbestimmten Wert, der etwa 25 μm betragen könnte, nicht überschreitet.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Array ein Band, das ein koplanares Array sich längs erstreckender paralleler optischer Fasern umfasst, wobei ein Matrixverbundmaterial entlang jeder Hauptseite des Bandes angeordnet ist, um eine im Wesentlichen flache Oberfläche auf jeder der beiden Hauptseiten des Arrays bereitzustellen. Das Verbindungsmaterial an einem Schnittpunkt mit einem Radius jeder optischen Faser, die normal zu einer Ebene ist, die durch die Längsachsen der optischen Fasern definiert ist, besitzt eine Dicke in dem Bereich von etwa 12 bis 25 μm. Das Verbundmaterial füllt außerdem Zwischenräume, die zwischen Ebenen gebildet sind, die sich über das Band hinweg erstrecken, und die tangential zu den optischen Fasern und benachbarten optischen Fasern sind. Die optischen Fasern in dem Array sind unter Umständen nicht aneinandergrenzend.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist jede der einzeln beschichteten optischen Fasern mit einem Trennmittel beschichtet, das eine Affinität für das Verbindungsmaterial oder die Faserbeschichtung oder das Farbmittelmaterial auf der Faserbeschichtung besitzt, die gesteuert wird, um relativ gering zu sein. Als ein Ergebnis wird ein Farbmittelmaterial, typischerweise eine Tinte, auf einer äußeren Oberfläche jeder optischen Faser nicht entfernt, wenn das Matrixverbindungsmaterial entfernt wird, um auf eine Faser oder Fasern zuzugreifen. Ferner macht die Verwendung eines Trennmittels es möglich, die Zwischenfaserkopplung als optimal im Bezug auf die Robustheit des Arrays und die Leichtigkeit eines Zugangs einer einzelnen Faser einzustellen.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Verbindungsmaterial, das die Zwischenräume füllt, das gleiche wie dasjenige, das sich über die Seiten des Arrays hinweg erstreckt. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel weist ein erstes Verbindungsmaterial, das die Zwischenräume füllt, einen Modul auf, der wesentlich kleiner ist als derjenige eines zweiten Verbindungsmaterials, das das Array bedeckt. Die zwei Beschichtungen bei diesem zuletzt beschriebenen Ausführungsbeispiel können in einer einzelnen Beschichtungsvorrichtung oder in Doppelbeschichtungsoperationen aufgetragen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Querschnittsendansicht eines Verbund-Optikfaser-Bands dieser Erfindung;
2 ist eine Schnittendansicht eines Optikfaser-Bandes des Stands der Technik, bei dem eine Mehrzahl optischer Fasern zwischen zwei Haftpolyesterstreifen gehalten wird;
3 ist eine Schnittendansicht eines Optikfaser-Band-Entwurfs des Stands der Technik;
4 ist eine Schnittendansicht eines Verbund-Optikfaser-Bands dieser Erfindung, bei dem optische Fasern jeweils mit einer Beschichtung eines Trennmittels versehen sind;
5 ist eine Schnittendansicht eines weiteren Ausführungsbeispiel eines Verbund-Optikfaser-Bandes dieser Erfindung, das zwei Matrixmaterialien zum Umschließen und Zusammenhalten der optischen Fasern umfasst;
6 ist eine Schnittendansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des Optikfaser-Bands aus 5;
7 ist eine Schnittendansicht eines Verbund-Optikfaser-Bands, nicht gemäß der Erfindung, das ein Füllmaterial umfasst, das in Zwischenräumen um die Faser herum angeordnet ist;
8 ist eine perspektivische Ansicht des Bands aus 7;
9 ist eine Schnittendansicht einer weiteren Version des Optikfaser-Bands aus 7; und
10 bis 12 sind Schnittendansichten anderer Verbundarrays, nicht gemäß der Erfindung; und
13 ist eine Schnittendansicht eines Stapels von Verbundbändern dieser Erfindung.
Detaillierte Beschreibung
Bezug nehmend auf 1 ist eine Querschnittsendansicht eines Verbund-Optikfaser-Bandes dieser Erfindung gezeigt, das allgemein durch das Bezugszeichen 20 bezeichnet ist. Das Verbundband weist eine Mehrzahl einzeln beschichteter optischer Fasern 22-22 auf, die jeweils einen Kern 24 und eine Umhüllung 26 aufweisen. Die optischen Fasern 22-22 sind in einem parallelen Array 28 angeordnet, wobei sich eine Längsachse 27 jeder derselben parallel zu einer Längsachse 29 des Bandes erstreckt. Jede der optischen Fasern 22-22 ist mit zumindest einer Schicht 23 (siehe 1) eines Beschichtungsmaterials versehen, um die optische Faser zu schützen. Es ist nicht ungewöhnlich, zwei Beschichtungsschichten bereitzustellen, wobei eine innere Schicht einen Modul aufweist, der wesentlich kleiner ist als bei einer äußeren Schicht.
Es ist ebenso innerhalb des Schutzbereichs dieser Erfindung, dass jede optische Faser auch eine sogenannte Pufferbeschichtung aus einem härtbaren Beschichtung- oder einem extrudierbaren Polymermaterial umfasst, die z.B. die Beschichtungsschicht oder -schichten umschließt. Üblicherweise weist die optische Glasfaser mit einer einzelnen oder zwei Beschichtungsschichten einen Außendurchmesser von 250 μm auf. Der Außendurchmesser der optischen Faser, die eine oder zwei Beschichtungsschichten umfasst, die in einer Pufferschicht umschlossen sind, könnte in dem Bereich von etwa 500–1.000 μm liegen.
Das Array 28 ist derart, dass die Längsachsen der optischen Fasern in einer Ebene 30 angeordnet sind. Ferner ist das Array derart, dass benachbarte der optischen Fasern an einem Berührungspunkt in Einriff miteinander sein könnten.
In der Vergangenheit haben Optikfaser-Bänder andere Formen angenommen. In 2 z.B. ist ein Optikfaser-Band 32 gezeigt, das ein flaches Array sich längs erstreckender optischer Fasern 22-22 aufweist. Die optischen Fasern 22-22 in demselben werden zwischen zwei mit Haftmittel gefütterten Streifen 34-34 gehalten. Allgemein stehen die sich längs erstreckenden Seitenkanten der Streifen über das Array der optischen Fasern über. Diese streifenartigen Arrays, die auch als Haftmittel-Sandwich-Bänder (ASR) bezeichnet werden, schaffen eine hervorragende Leistung und eine hervorragende Robustheit, sie sind jedoch teuer und die Raumkompaktheit ist nicht optimal. Das Verbundband dieser Erfindung beinhaltet die exzellenten Merkmale des ASR, ist jedoch weniger teuer und räumlich kompakter.
Ein etwas jüngerer Beitrag auf dem Markt von Optikfaser-Bändern umfasst ein Verbundband 40 (siehe 3), in dem es keine Streifen gibt. Stattdessen werden Zwischenräume zwischen benachbarten der optischen Fasern 22-22 durch ein UV-härtbares Verbindungsmaterial 42 mit einem Modul von etwa 0,5 GPa zusammengehalten. Hierin berühren die optischen Fasern 22-22 sich tangential oder sind leicht voneinander beabstandet. Das härtbare Verbindungsmaterial 42 erstreckt sich nicht bis zu Ebenen 44-44, die parallel zu einer Ebene 46 sind, die durch die Längsachsen der einzelnen optischen Fasern definiert ist. Wie in 3 zu sehen ist, weist die Außenoberfläche des ausgehärteten Kunststoffmaterials zwischen zwei benachbarten Fasern, das die anliegenden Fasern zusammenhält, eine Meniskus-Typ-Form auf. Eine derartige Struktur ist in einer Schrift von W. Lockas u.a. mit dem Titel „New Fiber Optic Ribbon Cable Design" offenbart und in den Bereichten von 1986 des International Wire and Cable Symposium veröffentlicht. Obwohl 3 darstellt, dass die Längsachsen der Fasern eine einzelne Ebene einnehmen, könnte dies in der Praxis schwierig zu erzielen sein.
Andere Optikfaser-Bänder sind in jüngsten Veröffentlichungen und auf dem Markt erschienen. Eines derselben verwendet keine Streifen, sondern umschließt stattdessen ein Array von optischen Fasern in einem UV-härtbaren Verbindungsmaterial. Das Verbindungsmaterial füllt nicht nur Zwischenräume zwischen den angrenzenden Paaren optischer Fasern, sondern bildet auch Abdeckschichten an der Außenseite des Arrays. Die Dicke der Außenbeschichtung in diesen ist wesentlich. Für ein Array z.B., bei dem jede optische Faser einen Außendurchmesser von etwa 250 μm aufweist, beträgt die Gesamtdicke des Bands etwa 450 μm. Bei einer derartigen Struktur beträgt die Dicke der Abdeckschicht aus Verbindungsmaterial, wie entlang einer Radiallinie jeder Faser gemessen, die sich von deren Längsachse nach Außen normal zu der Ebene erstreckt, die durch die Mehrzahl von Längsachsen definiert ist, etwa 100 μm.
Das Optikfaser-Band 20 dieser Erfindung unterscheidet sich in seiner Struktur von den Bändern des Stands der Technik, bietet jedoch die nachgewiesenen Vorteile der ASR-Struktur. Wie durch ein Betrachten der 1 und 4 zu sehen ist, werden die optischen Fasern 22-22 in einem Matrixverbindungsmaterial zusammengehalten. Insbesondere umfasst das Optikfaser-Band 20 ein Matrixverbindungsmaterial 50, das benachbarte optische Fasern des Arrays miteinander verbindet. Das Matrixverbindungsmaterial 50 füllt jeden Zwischenraum 52, der zwischen benachbarten optischen Fasern 22-22 erzeugt wird. Ferner erstreckt sich das Verbindungsmaterial 50 in jedem Zwischenraum 52 auf jeder flachen oder Hauptseite des Arrays nach außen zu einer Ebene 54, die parallel zu der Ebene 30 ist, die durch die Längsachsen 27-27 der optischen Fasern definiert ist, und die tangential zu jeder der Fasern in dem Array ist. Weiterhin erstreckt sich das Beschichtungsmaterial 50 leicht nach außen über die Ebene 54 hinaus, um eine Abdeckung 56 an der Außenseite des Arrays bereitzustellen. Die Dicke „t" der Abdeckung 56 zwischen dem äußersten Abschnitt der Oberfläche der optischen Fasern und der Außenoberfläche der Abdeckung, wie entlang einer Radiallinie gemessen, die sich von einer Mitte der optischen Faser nach außen und normal zu der Ebene 30 erstreckt, die durch die Längsachsen der optischen Fasern definiert ist, ist in dem Bereich von etwa 12–25 μm.
Außerdem ist es innerhalb des Schutzbereichs dieser Erfindung, dass jedes Array einen oder mehrere Metallleiter umfasst. In 4 ist das Verbund-Array gezeigt, um einen Metalleiter 58 zu umfassen, der einzeln isoliert oder durch das Matrixmaterial isoliert sein könnte.
Eine weitere wichtige Eigenschaft des Matrixverbindungsmaterials ist dessen Modul in Bezug auf die Temperatur. Idealerweise ist es erwünscht, dass die Glasübergangstemperatur des Verbindungsmaterials unterhalb von –40°F oder oberhalb von 180°F ist, d.h., dass sich der Modul in dem erwarteten Operationstemperaturbereich nicht wesentlich ändert. Es ist aufschlussreich, diesen Modul auf die Module der Beschichtungsmaterialien für die optischen Fasern zu beziehen. Wie wieder in Erinnerung gebracht wird, ist jede optische Faser 22 typischerweise in zwei Beschichtungen umschlossen, obwohl sie auch in nur einer umschlossen sein könnte. Die Innere ist relativ weich und weist einen Modul von etwa 1 MPa bei Raumtemperatur auf. Diese Beschichtung wird verwendet, um die optische Faser zu dämpfen und um Mikrobiegeverluste zu verhindern. Über der inneren Beschichtungsschicht ist eine äußere Beschichtungsschicht angeordnet, die üblicherweise einen Modul von etwa 1 GPa bei Raumtemperatur aufweist. Die äußere Schicht des Beschichtungsmaterials wird verwendet, um der optischen Faser mechanischen Schutz und eine bestimmte Festigkeit zu verleihen. Wie in Erinnerung gebracht wird, umfasst das ASR eine weiche innere Schicht und eine relativ harte äußere Schicht.
In der Verbund-Band-Struktur 20 dieser Erfindung weist das Matrixverbindungsmaterial 50 einen Modul auf, der zwischen die Module der inneren und der äußeren Schicht der Beschichtungsmaterialien in einer doppelt beschichteten Faser fällt. Das Matrixverbindungsmaterial 50 ist ein UV-härtbares Verbindungsmaterial, das einen Modul aufweist, der größer ist als etwa 1 MPa, der jedoch kleiner ist als etwa 1 GPa. Der Modul muss ausreichend hoch sein, um eine geeignete mechanische Integrität bereitzustellen, kann jedoch nicht so hoch sein, dass die Verlustleistung der optischen Faser oder ein Zugang zu der Faser durch einen Handwerker, z.B. zu Spleißungszwecken, nachteilig beeinflusst wird. Das Matrixverbindungsmaterial 50 muss auch die optischen Fasern zusammenhalten, jedoch gleichzeitig eine Zwischenfaserbewegung ermöglichen.
Das Matrixverbindungsmaterial 50 ist ein härtbares Material, wie z.B. ein durch Strahlung härtbares Material. Es könnte auch ein thermisch härtbares Material sein, wie z.B. ein Material auf Polyimidbasis oder eine beliebige thermisch induzierte Kondensationspolymerisation.
Ein typisches UV-härtbares Verbindungsmaterial ist eine Mischung, die ein Harz, ein Verdünnungsmittel und einen Photoinitiator aufweist. Das Harz könnte ein diethylenendendes Harz umfassen, das aus einer Reaktion eines Hydroxialkylacrylats mit dem Reaktionsprodukt eines Polyesters von Polyether-Polyol mit einem Molekulargewicht von 1.000 bis 6.000 Dalton mit einem aliphatischen oder aromatischen Diisocyanat synthetisiert wird, oder ein diethylen-endendes Harz, das aus der Reaktion von Glycidylacrylat mit einem carboxyl-endenden Polyester oder Polyether mit einem Molekulargewicht von 1.000 bis 6.000 Dalton synthetisiert wird. Das Verdünnungsmittel könnte monofunktionelle oder multifunktionelle Acrylsäure-Ester mit einem Molekulargewicht von 100 bis 1.000 Dalton oder N-Vinylyrrolidinon aufweisen. Für den Photoinitiator könnte die Zusammensetzung Ketonverbindungen umfassen, wie z.B. Diethoxyacetophenon, Acetophenon, Benzophenon, Benzoin, Antracinon und Benzil-Dimethyl-Ketal. Bei einer typischen Zusammensetzung könnte die Verbindungsmatrix 50 bis 90 Gewichtsprozent Harz, 5 bis 40 Gewichtsprozent Verdünnungsmittel und 1 bis 10 Gewichtsprozent Photoinitiator umfassen. Andere Verbindungsmatrizen könnten ein Metacrylat, ein UV-härtendes Epoxid oder ein ungesättigtes Polyester umfassen.
Das Verbund-Band dieser Erfindung ist in vielerlei Hinsicht von Vorteil. Erstens erlaubt das Matrixverbindungsmaterial aufgrund seiner Dicke und aufgrund seines Moduls eine Zwischenfaserbewegung in dem gleichen Band. Außerdem beeinflusst die relativ dünne Abdeckung 56 das Umweltverhalten der optischen Fasern nicht nachteilig.
Mehrere weitere Vorteile entstehen aufgrund der Dicke des Verbund-Arrays optischer Fasern relativ zu dem Außendurchmesser der beschichteten optischen Faser in dem Array. Ein Zugreifen auf die einzelnen Fasern ist, ohne die Verwendung komplexer mechanischer Werkzeuge, relativ einfach, insofern, als sehr wenig Material über jede optische Faser hinaus zu entfernen ist. Trotz der relativ geringen Dicke des Verbindungsmaterials wird ein Verschachteln von Optikfaser-Bändern in einem Stapel von Bändern über die optischen Fasern hinaus verhindert. Obwohl ein Verschachteln unerwünscht ist, könnte es bei einigen streifenlosen Bändern des Stands der Technik auftreten, wobei das Verbindungsmaterial nur Abschnitte der Leerräume zwischen angrenzenden Fasern einnimmt. Eine Verschachtelung ist unerwünscht, da sie eine individuelle Quer-Band-Mobilität in einem Stapel von Bändern verhindert und zu einem Mikrobiegeverlust in einem Band und einem möglichen Brechen von Fasern innerhalb des Bands, wenn dieses in den Boden eingepflügt werden, führt. Stattdessen wird in dem Verbund-Band dieser Erfindung eine Quer-Zwischenbandbewegung ermöglicht.
Eine Schicht eines Farbmittelmaterials ist auf der Oberfläche der äußersten Beschichtungsschicht jedes Optikfaser-Beschichtungsmaterials vorgesehen. Eine farbcodierte Anordnung optischer Fasern ist für Handwerker an dem Einsatzort von großer Hilfe. Es sollte zu erkennen sein, dass, wenn farbige optische Fasern in ein Verbindungsmaterial eingebettet sind, um ein Verbund-Band zu binden, die Faser ohne Verlust der Farbe zugänglich sein sollten. Dies bedeutet, dass, wenn das Verbindungsmaterial entfernt wird, um auf die optischen Fasern zuzugreifen, das Farbmittelmaterial nicht zu einem Ausmaß von den optischen Fasern entfernt werden sollte, dass die Farbidentifizierung getrübt wird. Das Matrixmaterial der Verbund-Bänder dieser Erfindung ist ausgewählt, um eine Grenzflächen-Verbindungscharakteristik aufzuweisen, so dass die Verbindungsgrenzfläche des Matrixmaterials zu dem Farbmittelmaterial voraussagbar schwacher ist als die Verbindungsgrenzfläche des Farbmittelmaterials zu der äußersten Beschichtung auf der optischen Faser.
Ein Beispiel eines unerwünschten Matrixverbindungsmaterials ist eines, das identisch zu der Sekundärbeschichtung auf der optischen Faser ist. In diesem Fall währen die Verbindungsfestigkeiten zwischen dem Farbmittelmaterial und der Fasersekundärbeschichtung und zwischen dem Matrix- und dem Farbmittelmaterial gleich und ein Verbindungsfehler wäre unvorhersehbar, was bewirkt, dass Farbmittelmaterial während des Zugreifens auf die Fasern häufig von der Faserbeschichtung entfernt wird. Es wurde herausgefunden, dass vorzugsweise die Matrixverbindungsmaterialien dieser Erfindung kein Farbmittelmaterial von der Oberfläche der optischen Fasern zu einem Grad entfernen, der die Identitätsstruktur der optischen Fasern in dem Band zerstört.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Farbgebung auf der Faseroberfläche bewahrt werden, indem ein Trennmittel 55 auf eine Außenoberfläche jeder der optischen Fasern aufgetragen wird, und zwar vor der Aufbringung eines Ver bindungsmaterials auf ein Array der optischen Fasern (siehe 4). Das Trennmittel 55 erzeugt eine schwache Grenzschicht an der Grenzfläche des Farbmittelmaterials zu dem Matrixmaterial. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel könnte das Trennmaterial z.B. ein Teflon^®-Trockenschmiermittel sein.
Die Verwendung eines Trennmittels, das die beschichteten optischen Fasern bedeckt, könnte in weiterer Weise von Vorteil sein. Für das in den 1 und 4 gezeigte Array könnte das Matrixverbindungsmaterial einen Modul aufweisen, der so hoch ist, um eine geeignete Verbindungsfestigkeit für das Array bereitzustellen, dass die optischen Fasern mit einem Trennmittel beschichtet werden müssen, um das Zugreifen auf die einzelnen Fasern an dem Einsatzort zu erleichtern.
Allgemein wird dann die Erhaltung der Farbidentifizierung, wenn auf die einzelnen Fasern zugegriffen wird, durch ein Ausgleichen des Moduls und der Haftverbindungsfestigkeit gegenüber diesem Bedarf erzielt. Wenn der Modul und die Verbindungsfestigkeit relativ hoch sind, um Anforderungen nach mechanischen Eigenschaften zu erfüllen, könnte entweder eine Trennbeschichtung für jede optische Faser bereitgestellt werden oder es wird bewirkt, dass das Matrixmaterial derart ist, dass seine Polarität in Bezug auf diejenige des Farbmittelmaterials oder der äußeren Beschichtung der optischen Faser ein leichtes Trennen sicherstellt. Anders ausgedrückt könnte das Matrixmaterial fein abgestimmt werden, um das Trennen zu verbessern. Entsprechend ist der Modul des Matrixmaterials und dessen Verbindung mit der farbcodierten optischen Faser derart, dass eine Zwischenfaserbewegung erlaubt wird und einzeln auf die Fasern zugegriffen werden kann, ohne das Farbmittelmaterial von der Faser zu entfernen, während geeignete mechanische Eigenschaften für das Array bereitgestellt werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ist in 5 dargestellt und wird allgemein durch das Bezugszeichen 60 bezeichnet. Das Verbund-Band 60 umfasst eine Mehrzahl optischer Fasern 22-22, die möglicherweise jeweils ein primäres und ein sekundäres Beschichtungsmaterial oder eine einzelne Schicht eines Beschichtungsmaterials umfassen. Wie bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die optischen Fasern in dem Ausführungsbeispiel aus 5 in einem parallelen, sich längs erstreckenden, planaren Array angeordnet, derart, dass die Längsachsen der Fasern in einer Ebene 62 angeordnet sind.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind Zwischenräume 64-64 zwischen Abschnitten benachbarter Fasern mit einem inneren UV-härtbaren Matrixverbindungsmaterial 66 eingenommen, das die Fasern miteinander verbindet. Vorzugsweise weist das Matrixverbindungsmaterial 66 einen Modul auf, der etwa gleich wie oder etwas größer als derjenige der primären Beschichtung der optischen Fasern ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel z.B. weist der Modul des Beschichtungsmaterials, das die Zwischenräume 64-64 einnimmt und eine Grenzfläche zu dem Farbmittelmaterial aufweist, einen Modul von etwa 1 MPa und eine Polarität, die sich von derjenigen des Farbmittelmaterials unterscheidet, auf.
Das innere Matrixverbindungsmaterial 66 ist durch eine äußere Schicht 68 aus einem UV-härtbaren Matrixverbindungsmaterial bedeckt, das einen wesentlich höheren Modul als denjenigen des inneren Materials aufweist. Eine Größenordnung des Moduls der äußeren Schicht ist eine, die etwa 1 GPa nicht überschreitet. Es ist beabsichtigt, dass die äußere Schicht mechanische Schutz- und Festigkeitseigenschaften für das Band bereitstellt.
Außerdem ist, wie aus den Zeichnungen ersichtlich sein sollte, die Dicke t_a der äußeren Schicht relativ klein. Auf dieses Weise schränkt das Material mit höherem Modul ein Biegen des Bandes nicht übermäßig ein, was ein unerwünscht hohes Mikrobiegen in den optischen Fasern induzieren und zu einem Faserbrechen führen würde.
Ein weiterer Parameter, der wichtig für das in 5 gezeigte Ausführungsbeispiel ist, ist die minimale Entfernung d₁, um die die äußere Matrixverbindungsschicht 68 von den optischen Fasern beabstandet ist. Diese Beabstandung ist wichtig, da, wenn sie zu groß ist, ein Zugreifen auf die optischen Fasern ein Problem werden könnte. Andererseits könnte, wenn sie zu klein ist, die Anordnung der äußeren Schicht mit höherem Modul benachbart zu der optischen Faser zu unerwünschten Verlusten führen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Optikfaser-Bandes aus 5 ist in 6 gezeigt. Eine äußere Schicht 69 aus einem Material mit relativ hohem Modul bedeckt das Array optischer Fasern und ein Material mit niedrigerem Modul füllt die Zwischenräume zwischen den optischen Fasern. Im Gegensatz zu der äußeren Schicht 68 in 5 ist die äußere Schicht 69 in 6 in Ineingriffnahme mit den optischen Fasern angeordnet. Das Material mit relativ hohem Modul könnte auch behandelt sein oder es könnte anderweitig bewirkt werden, dass es einen relativ niedrigen Reibungskoeffizienten aufweist, wenn es in Ineingriffnahme mit einem weiteren Band steht. Auf diese Weise wird eine Zwischenbandmobilität während des Handhabens, eines Einbaus und thermischer Veränderungen ermöglicht. Das Material mit hohem Modul könnte auch ein Farbmittel beinhalten, um eine Identifizierung des Bands zu ermöglichen.
Die 7 und 8 zeigen ein Bandkabel, das allgemein durch das Bezugszeichen 80 bezeichnet wird, und das ein flaches Array optischer Fasern umfasst. Wieder sind die optischen Fasern so angeordnet, dass ihre Längsachsen eine einzelne Ebene 82 definieren.
Die Zwischenräume 83-83 zwischen den optischen Fasern 22-22 sind mit einer fettartigen Zusammensetzung 84 gefüllt. Eine derartige fettartige Zusammensetzung könnte eine derartige sein, wie in dem U.S.-Patent 4,701,016, das am 20. Oktober 1987 in den Namen von C. H. Gartside u.a. ausgegeben wurde, und das hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist, offenbart und beansprucht ist.
Das fettartige Material ist dahingehend von Vorteil, dass es eine hervorragende Zwischenfasermobilität in einem Band erzeugt und auch ein wasserblockierendes Material ist. Ferner erlaubt es eine leichte Abziehbarkeit und einen Zugriff auf eine einzelne Faser.
Die fettartige Zusammensetzung 84 wird durch eine Schicht 86 aus einem UV-härtbaren Material umschlossen, das einen Modul in dem Bereich von etwa 1 GPa aufweist. Wie bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Schicht 86 an ihren nächsten Punkten leicht von den optischen Fasern beabstandet. Die fettartige Zusammensetzung 84 füllt nicht nur die Zwischenräume zwischen den optischen Fasern, sondern Abschnitte derselben sind auch zwischen der Abdeckschicht 86 und den optischen Fasern angeordnet.
Eine weitere Version des Optikfaser-Bands aus 7 ist in 9 gezeigt und wird allgemein durch das Bezugszeichen 90 bezeichnet. In dem Band 90 füllt die fettartige Zusammensetzung 84 die Zwischenräume zwischen den optischen Fasern 22-22. Eine äußere Schicht 96 mit einem relativ hohen Modul umschließt die optischen Fasern 22-22 des Bandes und ist im Gegensatz zu dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel in Ineingriffnahme mit den optischen Fasern angeordnet.
In 10 ist ein Verbund-Array gezeigt, das allgemein durch das Bezugszeichen 100 bezeichnet wird. Das Array 100 umfasst vier optische Fasern 22-22, die jeweils mit einem Farbmittelmaterial versehen sind, und die jeweils eine Trennbeschichtung 102 umfassen könnten. Ein Mittelleerraum 103, der durch die vier Fasern definiert ist, könnte mit einem fasrigen Bauteil 104 versehen sein, das ein Festigkeitsbauteil sein könnte. Wie zu sehen ist, umfasst das Array 100 ein Matrixverbindungsmaterial 106, das ein Verbindungsmaterial zum Zusammenhalten der optischen Fasern ist. Das Matrixverbindungsmaterial 106 füllt Leerräume zwischen benachbarten Fasern, tritt jedoch sehr wahrscheinlich nicht in den Mittelleerraum 103 ein. Außerdem ist das Matrixmaterial 106 durch eine Hülle 108 definiert, die angeordnet ist, um zu bewirken, dass die Dicke des Matrixmaterials, das einen äußersten Abschnitt jeder Faser bedeckt, einen Wert von etwa 25 μm nicht überschreitet.
In 11 ist ein Array 120 gezeigt, das eine Mehrzahl optischer Fasern 22-22 umfasst, die jeweils mit einem Farbmittelmaterial auf ihrer äußeren Oberfläche versehen sind. Die optischen Fasern 22-22 in 11 sind in zufälliger Weise angeordnet und werden durch ein Matrixmaterial 124, das durch eine Hülle 126 definiert ist, zusammengehalten. Das Matrixmaterial könnte das Verbindungsmaterial sein, das in 1 dargestellt ist, und füllt Zwischenräume zwischen benachbarten optischen Fasern und erstreckt sich um eine Entfernung, die etwa 25 μm nicht überschreitet, über Linien hinaus, die tangential zu benachbarten Fasern sind. Die optischen Fasern bei diesem Ausführungsbeispiel könnten auch mit einem Trennmittel versehen sein, falls dies zum Zugreifen auf die optischen Fasern nötig ist. Sollte der Modul des Matrixverbindungsmaterials ausreichend niedrig sein und dennoch die mechanischen Anforderungen für das Array erfüllen, könnte ein Trennmaterial unnötig sein.
In 12 ist ein Array durch das Bezugszeichen 130 bezeichnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Mehrzahl optischer Fasern 22-22 um eine Mittelachse 132 herum angeordnet, wobei die Achsen der Fasern einen Kreis definieren. Ein Festigkeitsbauteil 134 könnte in einem Mittelleerraum, der durch die optischen Fasern gebildet wird, angeordnet sein. Das Festigkeitsbauteil 134 könnte aus einem metalli schen oder nichtmetallischen Material hergestellt sein. Außerdem könnte es stabartig sein oder es könnte ein fasriges Material sein, das zu Identifizierungszwecken mit einem Farbmittelmaterial versehen ist. Außerdem ist das Festigkeitsbauteil 134 in einem Kunststoffpuffermaterial 135 eingeschlossen und könnte mit einer Haftmittelbeschichtung versehen sein, um eine Anordnung der optischen Fasern mit demselben zu erleichtern. Die optischen Fasern 22-22 werden in einem Matrixverbindungsmaterial 136 zusammengehalten, das Zwischenräume zwischen benachbarten optischen Fasern füllt. Wie zu sehen ist, wird das Matrixverbindungsmaterial 136 aufgebracht, um zu bewirken, dass es in einer Hülle 138 beinhaltet ist, die eine kreisförmige Konfiguration besitzt. Die optischen Fasern könnten sich parallel zu der Längsachse des Bauteils 134 erstrecken oder könnten mit unidirektionalen oder Verdrehungen mit abwechselnden Richtungen um dasselbe verdreht sein.
In jeder der 10, 11 und 12 sind der Modul des Matrixmaterials und dessen Verbindung mit den optischen Fasern derart, dass eine Zwischenfaserbewegung erlaubt wird, und derart, dass auf einzelne Fasern zugegriffen werden könnte, ohne die mechanischen Eigenschaften des Arrays zu beeinträchtigen. Ferner ist die Hülle, die jedes Array umgibt, derart, dass die Entfernung von der Hülle zu den äußersten Peripheriepunkten der optischen Fasern etwa 25 μm nicht überschreitet. Ferner sind in den in den 10 und 11 gezeigten Ausführungsbeispielen die optischen Fasern in jedem Array gerade und parallel zueinander und zu der Längsachse des Arrays.
Sollte ein Matrixverbindungsmaterial mit relativ hohem Modul verwendet werden, könnte eine Trennbeschichtung erforderlich sein, um ein Zugreifen ohne Trübung der Farbidentifizierung sicherzustellen. Bei der Alternative könnte das Matrixmaterial fein abgestimmt werden, um zu bewirken, dass dessen Polarität sich ausreichend von derjenigen der farbigen beschichteten optischen Faser unterscheidet, so dass ein Zugreifen erleichtert wird. Andererseits sind, wenn der Modul ausreichend niedrig ist, unter Umständen keine Trennvorkehrungen nötig. Außerdem ist die Hülle strukturiert, um eine Verschachtelung zu vermeiden, und die niedrigen Werte der Abdeckdicke sparen Material.
In 13 ist ein Mehrzahl von Verbund-Bändern dieser Erfindung in einem Stapel 140 angeordnet. Jedes Band könnte mit einer Trennbeschichtung 142 versehen sein. Benachbarte Bänder sind durch ein Matrixverbindungsmaterial 144 miteinander verbunden. Der Modul des Verbindungsmaterials 144 liegt in einem Bereich, der eine Zwischenbandbewegung erlaubt, der jedoch eine geeignete mechanische Festigkeit und eine geeignete Verbindungsfestigkeit für den Stapel bereitstellt. Ferner könnte jedes Band des Stapels mit einem Farbmittelmaterial versehen sein, das durchscheinend oder unterbrochen sein könnte, so dass die optischen Fasern in demselben identifiziert werden können.
Es wird darauf verwiesen, dass die oben beschriebenen Anordnungen einfach darstellend für die Erfindung sind. Andere Anordnungen könnten durch Fachleute auf dem Gebiet entwickelt werden, die die Prinzipien der Erfindung ausführen und in den Schutzbereich derselben fallen.

Claims

Ein Optikfaser-Band (20) mit folgenden Merkmalen: einer Anzahl sich längs erstreckender optischer Fasern (22-22), die in einem planaren Array (28) mit Längsachsen (27) angeordnet sind, die im Wesentlichen parallel zueinander sind, wobei jede der optischen Fasern eine Glasfaser aufweist, die zumindest eine Schicht (23) aus einem Schutzbeschichtungsmaterial aufweist, wobei die optischen Fasern durch ein Matrixmaterial (50) umgeben sind, das die Zwischenräume zwischen benachbarten Fasern füllt, um dieselben als eine einzelne Einheit miteinander zu verbinden, wobei das Matrixmaterial einen Modul bei Raumtemperatur aufweist, der in dem Bereich von etwa 1 MPa bis 1 GPa liegt, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrixmaterial eine Dicke aufweist, die in dem Bereich von etwa 12 bis 25 μm liegt, wenn in einer Richtung gemessen wird, die normal zu dem planaren Array ist, wobei die Schutzbeschichtung jeder Faser durch eine Schicht aus einem Farbidentifizierungsmaterial umgeben ist, wobei das Farbidentifizierungsmaterial eine größere Haftung an der optischen Faser aufweist als das Matrixmaterial, wobei der Modul des Matrixmaterials, die Dicke des Matrixmaterials und die Haftung des Matrixmaterials an jeder farbidentifizierten optischen Faser einen einzelnen Zugang der Fasern erleichtern.
Das Optikfaser-Band (20) gemäß Anspruch 1, bei dem das Matrixmaterial (50) durch Belichtung mit ultravioletter Strahlung härtbar ist.