DE69524001T2

DE69524001T2 - Herstellungsverfahren für ein verstärktes faseroptisches Kabel, zugehörige Vorrichtung und Kabel mittels diesem Verfahren gefertigt

Info

Publication number: DE69524001T2
Application number: DE69524001T
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Bonicel
Original assignee: Alcatel SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1994-08-10
Filing date: 1995-08-04
Publication date: 2002-07-04
Anticipated expiration: 2015-08-05
Also published as: EP0696750B1; ES2163481T3; DE69524001D1; FR2723645B1; EP0696750A1; US5619606A; FR2723645A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines verstärkten faseroptischen Kabels, eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, sowie ein durch dieses Verfahren erhaltenes Kabel.
Die Strukturen der derzeit bekannten faseroptischen Kabel gehören zu mehreren Typen: es gibt insbesondere faseroptische Kabel, bei denen die optischen Fasern frei oder in einem mittleren Rohr in Bändern angeordnet sind, oder faseroptische Kabel, bei denen die optischen Fasern in den schraubenförmigen Rillen eines gerillten Mittelstabs angeordnet sind. Es gibt noch andere Strukturen, die hier nicht im Detail beschrieben sind, jedoch gleichermaßen auf die vorliegende Erfindung angewendet werden können.
Bei allen Strukturen der faseroptischen Kabel ist es notwendig für mechanische Verstärkungselemente zu sorgen, um zu vermeiden, dass die optischen Fasern großen Kräften ausgesetzt sind, und zwar insbesondere Zug- und Biegekräften bei dem Einbau des Kabels in einer Führung, oder wenn das Kabel aufgehängt wird, was zurzeit für faseroptische Kabel immer mehr üblich wird. Die mechanischen Verstärkungselement dienen gleichermaßen zur Aufnahme der Effekte der Längenänderungen unterschiedlicher Elemente des Kabels abgesehen von den optischen Fasern (mittleres Trägerelement, beispielsweise in Form eines Rohrs oder Rillenstabs, Schutzhülle), wenn dieses großen Temperaturänderungen ausgesetzt wird. Folglich müssen diese Verstärkungselemente einen kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als der Rest des Kabels und einen größeren Young'schen Modul als der Rest des Kabels haben (abgesehen von den optischen Fasern, die insbesondere einen viel geringeren Ausdehnungskoeffizienten haben als die anderen Elemente des Kabels).
Diese Verstärkungselemente können metallisch oder dielektrisch sein. Es werden nichtmetallische Verstärkungselemente bevorzugt, d. h. keine elektrischen Leiter, um die Gefahren einer Beschädigung durch Blitze und die Probleme durch induzierte Spannungen zu vermeiden.
Um die Rolle der Verstärkungselemente anzunehmen, sind die verstärkten plastischen Materialien der Verstärkungsfasern besonders geeignet. Diese Materialien, die im Englischen häufig "Fiber Reinforced Plastics" (oder FRP) bezeichnet werden, umfassen Verstärkungsfasern, wie zum Beispiel Fasern aus Aramid, die etwa unter der Marke Kevlar in Handel vertrieben werden, aus Polyester, und aus Glas, welche in einem Harz, beispielsweise Epoxy- oder Polyesterharz eingebettet sind. Die Eigenschaften dieser Materialien machen sie für eine Verwendung in faseroptischen Kabeln besonders geeignet um die mechanische Festigkeit zu gewährleisten.
Die Ausführung von faseroptischen Kabeln, die aus FRP- Materialien gebildete Vestärkungselemente verwenden, kann zwei Formen annehmen.
Bei einer ersten Ausführungsform, deren Ergebnis zum Beispiel im Patent US-4 770 489, und zwar in Fig. 3B dieses Patents, veranschaulicht ist, in dem man erkennt, dass die optische Seele, welche zum Beispiel aus einem Rohr gebildet ist, das freie optische Fasern enthält, die von einer Vielzahl von Verstärkungselementen aus einem FRP- Material umgeben sind, wird jedes Verstärkungselement aus mit Harz bedeckten Verstärkungsstapelfaserbandbänder separat hergestellt, wobei diese Elemente dann während eines späteren Arbeitsschritts, der von der Verkabelung veschieden ist, auf der optischen Seele verkabelt, d. h. um diese schraubenförmig aufgebracht werden. Die Struktur des erhaltenen Kabels ist vorteilhaft, denn sie gewährleistet, dass das Kabel relativ biegsam ist und ihm die gewüschte mechanische Festigkeit vermittelt.
Bei diesem Ausführungstyp treten dennoch Probleme auf.
An erster Stelle ist zu nennen, dass die separate Herstellung der Verstärkungselemente teuer ist.
Außerdem erfordert diese Ausführungsform den zusätzlichen Arbeitsschritt der vollständigen Herstellung der Verstärkungselemente und einen späteren Arbeitsschritt der Verkabelung, was die Herstellung des Kabels lang und komplex und folglich teuer macht.
Eine zweite bekannte Ausführungsform, deren Ergebnis im Patent US-4 770 489, und zwar in Fig. 2A dieses Patents veranschaulicht ist, erlaubt es die vorherigen Probleme zu lösen. Bei dieser Ausführungsform wird ein Rohr aus einem FRP-Material um die optische Seele beispielsweise über einen Pultrusion (im Gegensatz zur Extrusion) genannten Arbeitsschritt hergestellt, der darin besteht, auf einer Fertigungslinie Verstärkungsstapelfaserbänder in die Nähe der optischen Seele zu bringen, und danach das Ganze abspulen zu lassen, indem es sukzessiv durch ein Bad zum Überziehen mit Harz, eine Kalibrierziehdüse, um dem Kabel den gewünschten Querschnitt zu geben, und schließlich eine Vorrichtung zur Polymerisation des Harzes gezogen wird.
Das Pultrusionsverfahren, das es ermöglicht, um ein beliebiges Element ein Rohr aus einem FRP-Material herzustellen, ist im einzelnen in der Patentanmeldung EP-0 284 667 beschrieben (in dieser Druckschrift wird das Rohr direkt um eine optische Faser hergestellt).
Diese zweite Ausführungsform ist vorteilhaft, denn sie ist bei der Durchführung billiger als die zuvor beschriebene Form. In der Tat erfolgt die Herstellung des Verstärkungselements direkt um die optische Seele und in einem einzigen Arbeitsschritt. Überdies weist die erhaltene Struktur die gewünschten mechanischen Eigenschaften auf.
Dennoch ist diese Struktur sehr starr, so dass ihr Einbau in unterirdische Führungen oder ihre Aufhängung an Masten Probleme macht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Kabels mit durch Verstärkungselemente aus einem FRP-Material verstärkten optischen Fasern zur Verfügung zu stellen, das billiger durchzuführen ist und es ermöglicht ein Kabel herzustellen, das zugleich biegsam ist und die geforderten mechanischen Eigenschaften aufweist.
Die vorliegenden Erfindung gibt hierfür ein Verfahren zur Herstellung eines verstärkten faseroptischen Kabels an, das die in Anspruch 1 beanspruchten Schritte umfasst.
Das erfindungsgemäße Verfahren vereinigt die Vorteile der beiden Ausführungsformen des Standes der Technik, d. h. die geringen Kosten bei der Durchführung und die Möglichkeit ein biegsames Kabel, ohne dessen Nachteile, zu erhalten.
Tatsächlich ist es duch die Verwendung von Trennmitteln aus einem nur schwach an den Verstärkungselementen anhaftenden Material möglich, jedes Element durch einen einzigen Pultrusionsschritt separat, jedoch gleichzeitig und direkt um die optische Seele herzustellen. Die Trennmittel erlauben es, die Verstärkungselemente während der Pultrusion voneinander zu entkoppeln, so dass kein integrales Rohr wie in der zweiten Ausführungsform des Standes der Technik erhalten wird, und die Biegsamkeit des Kabels und seine geringen Herstellungskosten gewährleistet sind.
Die vorliegende Erfindung betrifft gleichermaßen Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie sie in den Ansprüchen 13 und 15 angegeben sind.
Wie bei den klassischen Pultrusionsvorrichtungen wird bei den erfindungsgemäßen Vorrichtungen, welche Mittel zum Bereitstellen von Trennmitteln umfassen, zum Beispiel drehend abgegeben und aufgenommen um den Verstärkungsfasetn und den sie enthaltenden Verstärkungselementen im Kabel eine schraubenförmige Struktur zu geben (andere bekannte Mittel und Äquivalente können zu diesem Zweck verwendet werden), wobei diese so gestaltet sind, dass die Polymerisation der Verstärkungselemente ermöglicht ist, sobald diese auf der optischen Seele abgeschieden worden sind um mit den Trennmitteln verschachtelt zu werden.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein verstärktes faseroptisches Kabel, wie es in Anspruch 16 angegeben ist.
In vorteilhafter Weise können die Trennmittel, um nicht an das die Verstärkungselemente bildende Material zu haften, aus fluoriertem Harz oder aus Polyesterharz sein.
Um keine Verschlechterung ihrer Eigenschaften während des Polymerisationsschritts zu erleiden, können die Trennmittel aus einem Material bestehen, dessen Eigenschaften der schwachen Anhaftung aufrechterhalten werden, wenn es hohen Temperaturen ausgesetzt ist.
Die Verstärkungselemente können unmittelbar auf die optische Seele oder auf einer auf dieser abgeschiedenen Hülle aufgebracht werden.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung können die Trennmittel aus dünnen Bändern mit einer Breite, die der Dicke des Verstärkungsrohrs im wesentlichen gleich ist, bestehen.
Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung können die Trennmittel durch die Rillen eines die optische Seele umgebenden sogenannten äußeren gerillten Stabs gebildet sein, wobei die Verstärkungselemente in die Rillen dieses Stabs eingefügt werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung treten durch die folgende Beschreibung mehrerer Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Kabels, sowie eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Herstellung eines solchen Kabels hervor, die zum Zwecke der Veranschaulichung angegeben sind und nicht beschränkend sind.
Die folgenden Figuren zeigen:
- Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen faseroptischen Kabels,
- Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen faseroptischen Kabels,
- Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen faseroptischen Kabels,
- Fig. 4 ist eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In diesen Figuren tragen die gemeinsamen Elemente die gleichen Bezugsziffern.
Man sieht in Fig. 1 ein faseroptisches Kabel 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Kabel 10 umfasst ein Mittelrohr 11 zum Beispiel aus Nylon, aus Polyester, aus Polypropylen oder jedem anderen geeigneten Material, das eine Vielzahl von mit einem Harzüberzug (nicht beziffert) überzogenen optischen Fasern 12 beinhaltet. Die gemeinsame Anordnung des Rohrs 11 und der optischen Fasern 12, die es beinhaltet, wird als "optische Seele" bezeichnet und ist mit 13 beziffert. Gegebenenfalls kann das Rohr 11 mit einem Füllgel oder einem durch Wasser schwellendes Material 14 gefüllt werden, das insbesondere dazu dient die Fasern 12 gegen das Eindringen von Feuchtigkeit zu schützen.
Die optische Seele 13 ist direkt von einer Vielzahl von Verstärkungselementen 15 aus einem FRP-Material umgeben. Genauer wird jedes Verstärkungselement von einer Verstärkungsstapelfaser 16 gebildet, wie beispielsweise Fasern aus Aramid, die beispielsweise unter der Marke Kevlar im Handel vertrieben werden, aus Polyester, aus Glas, aus Kohlenstoff, oder anderem, wobei diese in ein Harz 17 vom Typ eines Epoxyharzes oder Polyesterharzes eingebettet sind, so dass der Young-Modul der Verstärkungselemente 15 größer und ihr Wärmeausdehnungskoeffizient geringer als der des Rests des Kabels ist, abgesehen von den optischen Fasern. Die Verstärkungselemente 15 sind mit einer konstanten oder wechselnden Ganghöhe (d. h. SZ) schraubenförmig um die optische Seele 13 angeordnet.
Die Verstärkungsfasern 16 selbst können schraubenförmig im Innern der Verstärkungselemente 15 angeordnet sein.
Erfindungsgemäß sind die Verstärkungselemente 15 voneinander durch ein dünnes Band 18 aus einem nur gering an das Harz 17 anhaftenden Material getrennt; die Bänder 18 können zum Beispiel aus fluoriertem Harz oder aus Polyesterharz sein, entsprechend dem Harz 17 des Elements 15.
In der Ausführungsform der Fig. 1 sind die die Trennmittel bildenden Bänder 18 bezüglich der Achse X des Kabels 1 radial angeordnet.
Wie bereits weiter oben gezeigt wurde, erlaubt die Verwendung der Bänder 18 die Verstärkungselemente 15 voneinander mechanisch zu entkoppeln, um eine Struktur von dem Typ der im Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschriebenen ersten Ausführungsform zu erhalten, so dass die Biegsamkeit des Kabels 10 groß ist. Diese Trennbänder 18 ermöglichen gleichermaßen mehrere Verstärkungselemente 15 (und nicht ein einziges starres Verstärkungsrohr, wie es der Fall bei der im Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschriebenen zweiten Ausführungsform ist) separat und gleichzeitig durch Pultrusion zu fertigen, und sie vor der Polymerisation des Harzes 17 bei ihrer Herstellung direkt um die optische Seele 13 zu wickeln, um relativ geringe Herstellungskosten zu haben.
Um die Verstärkungselemente 15 befindet sich eine äußere Schutzhülle 19 des Kabels 10. Diese Hülle kann aus jedem extrudierbaren Material bestehen (Polyolefine, Verbindungen, fluorierte Harze usw.) und insbesondere aus Materialien, die ihre Eigenschaften sogar in Gegenwart von hohen elektrischen Feldern bewahren, vor allem wenn das erfindungsgemäße Kabel in der Nähe von Leitungen mit hoher Spannung oder sehr hoher Spannung aufgehängt werden soll. Es ist festzuhalten, dass der Zustand der Aussenfläche der Verstärkungselemente 15 nicht glatt ist und diese somit eine gute Anhaftung an die Hülle 19 haben.
Wie man in Fig. 1 sieht, haben die Verstärkungselemente 15 einen im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt, wobei ihre großen Seiten 150 gekrümmt sind und sich der Krümmung der optischen Seele 13 anschmiegen. Dies gewährleistet die Kompaktheit des Kabels 10.
In Fig. 2 sieht man ein erfindungsgemäßes Kabel, in einer zweiten Ausführungsform.
Die optische Seele 23 des Kabels 20 unterscheidet sich von der optischen Seele 13 des Kabels 10 darin, dass sie vom Typ eines gerillten Stabs 21 ist. Der gerillte Stab 21, der beispielsweise aus einem Material vom gleichen Typ wie diejenigen, die für das Rohr 11 angegeben wurden, gebildet ist, weist eine Vielzahl von Rillen 210 auf, von denen jede eine oder mehrere überzogene optische Fasern 22 aufnehmen soll. Ein Band aus Polyester oder Papier 211 kann um den Stab 21 gewickelt sein, um die Fasern 22, sowie ein möglicherweise in den Rillen 210 enthaltenes Füllgel (nicht dargestellt) zurückzuhalten.
Um die so gebildete optische Seele 23 befindet sich eine Vielzahl von Verstärkungselementen 25 aus einem FRP- Material, von denen jedes aus in ein Harz 27 eingebetteten Verstärkungsstapelfaserbändern 26 besteht. Der einzige Unterschied zwischen den Verstärkungselementen 25 und den Verstärkungselementen 15 von Fig. 1 liegt in ihrem Querschnitt: in Fig. 2 ist der Querschnitt der Verstärkungselemente 25 so, dass ihre kleinen Seiten 251, sowie die Trennbänder 28 (aus einem Material mit den gleichen Eigenschaften, wie diejenigen, die für die Bänder beschrieben wurden) im wesentlichen nicht ausgestreckt sind, sondern einen eine Spitze 252 bildenden doppelt abeschrägten Querschnitt haben, so dass sich die Verstärkungselemente 25 ineinander fügen. Dies hat den Vorteil die Gewölbewirkung des Kabels 20 in Bezug auf das Kabel 10 zu verbessern, d. h. den Kontakt zwischen den Verstärkungselementen 25 durch Erhöhung der Kontaktfläche zwischen diesen zu verbessern, wobei alle Verstärkungselemente 25, sogar wenn das Kabel 20 großen Strahlungseinflüssen unterworfen ist, am Platz gehalten werden.
Schließlich wird eine äußere Schutzhülle 29, die vom gleichen Typ wie die Hülle 19 des Kabels 10 ist, um die Verstärkungselemente 25 angeordnet.
Die Verstärkungselemente 25 und die Bänder 28 weisen die gleichen Vorteile auf, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Verstärkungselementen 15 und Bändern 18 von Fig. 1 angegeben wurden.
Man sieht in Fig. 3 ein Kabel 30. In dem Kabel 30 ist die optische Seele 33 identisch zur optischen Seele 13 des Kabels 1 der Fig. 1. Um die optische Seele 33 wurde ein gerillter Stab 38, der Rippen 380 und Rillen 381 aufweist, extrudiert. Im Innern der Rillen 381 sind Verstärkungselemente 35 mit im wesentlichen trapezförmigem Querschnitt angeordnet, die im wesentlichen den ganzen durch die Rillen 381 definierten Raum einnehmen und den Verstärkungselementen 15 ähneln. Die Rolle der Trennmittel wird hier von den Rippen 380 des gerillten Stabs 38 eingenommen. Hierzu besteht der Rillenstab 38 aus einem Material, welches nur schwach an das die Verstärkungsfasern 36 der Verstärkungselemente 35 umhüllende Harz 37 anhaftet.
Um den Rillenstab 38 ist eine äußere Schutzhülle 39 vom gleichen Typ wie die Hülle 19 des Kabels 10 angeordnet.
Die Verstärkungselemente 35 und die Rippen 381 weisen die gleichen Vorteile auf, wie sie schon im Zusammenhang mit den Verstärkungselementen 15, bzw. 25 und den Bändern 18, bzw. 28 der Fig. 1 und 2 angegeben wurden.
Beispielhaft wird angegeben, dass in allen soeben beschriebenen Ausführungsformen der Durchmesser der optischen Seele 13, 23 oder 33 von 3 bis 10 mm im Fall von selbstragenden optischen Kabeln (d. h., welche an Masten aufgehängt werden sollen), die Dicke der Verstärkungselemente 15, 25 oder 35 von 1 bis 5 mm, entsprechend dem Widerstand auf den beabsichtigten Zug, betragen kann und die zur radialen Dicke der Verstärkungselemente 15 im wesentlichen gleiche Breite der Bänder 18 oder 28 in der Größenordnung von 10 bis 50 um liegen kann.
Beispielsweise beträgt der Young'sche Modul der Verstärkungsfasern 16 5000 daN/mm², wenn die Fasern Glasfasern sind, und von 6500 bis 7000 daN/mm², wenn die Fasern Aramidfasern sind.
Nun wird im Zusammenhang mit Fig. 4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung 100 zur Herstellung des Kabels 10 von Fig. 1, sowie das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren beschrieben.
Erfindungsgemäß erfolgt die Herstellung des Kabels 10 kontinuierlich, wobei die Verstärkungselemente 15 gefertigt und auf der optischen Seele 13 verkabelt werden.
Die Vorrichtung 100 umfasst folglich eine Spule 101 um die optische Seele 13 entlang einer sogenannten Abspulachse Y abzuspulen. Die Spule 101 ist somit um ihre zur Ebene der Fig. 4 orthogonalen Achse X drehbar. Sie ist außerdem auf einen um die Achse Y drehbaren Träger 102 montiert.
Sromabwärts der Spule 101 in Bezug auf die Abspulrichtung (dargestellt durch den Pfeil F) der optischen Seele 13 in der Vorrichtung 100, befinden sich mehrere Spulen 103 (nur zwei dieser Spulen sind in der Fig. 4 aus Gründen der Klarheit dargestellt) zum Bereitstellen von Verstärkungsstapelfaserbändern 16, um die Stapelfaser 16 in die Nähe der optischen Seele 13 auf Höhe eines Querschnitts A der Vorrichtung 100 zu bringen.
Zwischen den Spulen 103 und dem Querschnitt A befinden sich mehrere das nichtpolymerisierte Harz 17 enthaltende Beschichtungsbäder 104 (eines pro Linie zum Bereitstellen der Stapelfasern 16), um die Stapelfasern 16 mit Harz zu überziehen, bevor diese auf Höhe des Querschnitts A ankommen.
Die Vorrichtung 100 umfasst gleichermaßen stromaufwärts des Querschnitts A in Bezug auf die durch den Pfeil F därgestellte Abspulrichtung mehrere Galetten zum Bereitstellen von Bändern 18 (in der Praxis ebensoviele Galetten 105 wie Verstärkungselemente 15, da ein Band 18 zwischen zwei Verstärkungselementen 15 notwendig ist). Die Galetten 105 sind in Bezug auf die Spulen 103 so angeordnet, dass die Bänder 18 abwechselnd mit den Verstärkungselementen 15 um die Seele 13 gewickelt werden und zwischen den Verstärkungselementen 15 angeordnet sind.
Auf Höhe des Querschnitts A werden dadurch, dass sich die Spule 101, wie auch die Aufwickelspule 112 für das fertige Kabel 10 (weiter entfernt zu sehen) um die Achse Y drehen, die Verstärkungselemente 15 (deren Harz 15 noch nicht polymerisiert ist) und die Bänder 18 schraubenförmig um die optische Seele 13 gewickelt, so dass sich durch die geeignete Anordnung der Galetten 105 in Bezug auf die Spulen 103 immer ein Band 18 zwischen zwei Verstärkungselementen 15 befindet.
Das Ganze wird dann, stromabwärts des Querschnitts A, in eine Kalibrierziehdüse 106 geführt, um einen gewünschten Querschnitt zu vermitteln, der beispielsweise jedoch nicht unbedingt ein kreisförmiger Querschnitt sein kann, und dann in einen Ofen 107 zur Polymerisation des Harzes 17.
Sind die zur Polymerisation des Harzes 17 notwendigen Temperaturen vorgegeben (im allgemeinen in der Größenordnung von 150ºC), ist es wichtig das Material des Bandes 18 so zu wählen, dass es diesen Temperaturen standhält.
Nach der Polymerisation wird die Hülle 19 gefertigt, indem die Gesamtheit aus optischer Seele 13 + Verstärkungselementen 15 in ein Bad 108 geführt wird, welches das Material enthält, das die Hülle 19 bilden soll, dann in eine Ziehdüse 110 um dieser Hülle den gewünschten Querschnitt zu geben, und schließlich in einen Aushärtofen 111 um dieses Material zu polymerisieren. Es ist ebenso möglich, die Hülle 19 durch Extruxion zu fertigen.
Am Endabschnitt der Linie befindet sich eine Aufwickelspule 112 für das fertige Kabel 10, welche um ihre Achse X' drehbar (parallel zur Achse X der Spule 101) ist, und auf einen Träger 113 montiert ist, der mit dem Träger 102 der Spule 101 in Phase drehbar ist.
Die soeben beschriebene Vorrichtung kann ohne weiteres durch routinemäßige Arbeiten eines Fachmanns angepasst werden um einen beliebigen Typ des erfindungsgemäßen Kabels herzustellen.
Beispielsweise können bei der Herstellung des Kabels 20 der Fig. 2, d. h. um den Verstärkungselementen einen besonderen Querschnitt zu geben, zur Fertigung der Trennmittel 28, vor der Herstellung des Kabels 20 oder im Gespann damit, Ziehdüsen zum Heißformen verwendet werden, wobei für die Trennmittel 28 ein thermisch formbares Material gewählt wird.
Um das Kabel 30 der Fig. 3 herzustellen, kann bei der Herstellung der optischen Seele 33 zunächst der Rillenstab 38, beispielsweise durch Extrusion hergestellt werden, so dass diese in der Vorrichtung 100 bereits mit dem Stab 38 ausgestattet abgespult wird. In diesem Fall werden die nichtpolymerisierten Verstärkungselemente 35 vor ihrer Polymerisation in die Rillen 381 eingefügt, und das Ganze wird dann der Kalibrierung und danach der Polymerisation unterworfen.
Es ist gleichermaßen möglich den Rillenstab 38 innerhalb der Vorrichtung 100 zu fertigen, und zwar stromaufwärts des Aufbringens der nichtpolymerisierten Verstärkungselemente 35.
Um in allgemeiner Weise ein erfindungsgemäßes Kabel herzustellen, werden die Verstärkungselemente teilweise hergestellt bevor sie um die optische Seele gewickelt werden, d. h. die Verstärkungsfasern werden mit plastischem Material überzogen in das sie eingebettet werden sollen, und die Polymerisation erfolgt nur nach der Verkabelung. Dies ermöglicht die kontinuierliche Herstellung der Verstärkungselemente und ihre Verkabelung auf der optischen Seele. Zwischen die Verstärkungselemente, welche zum Zeitpunkt der Verkabelung nicht polymerisiert sind, werden die Trennmittel, die aus nur wenig an diese anhaftendem Material bestehen, eingefügt, welche es ermöglichen, dass die Verstärkungselemente voneinander entkoppelt gehalten und die gewünschte Biegsamkeit erhalten wird (wie in der ersten Ausführungsform, die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschrieben wurde), und zwar sogar auch nach der Polymerisation, die nach der Verkabelung durchgeführt wird.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.
An erster Stelle ist im Zusammenhang mit den in den Fig. 1 und 2 beschriebenen Ausführungsformen zu nennen, dass die Trennmittel 18 oder 28 in Form von Bändern ein viel größere Breite haben können als die Verstärkungselemente 15 oder 25, und diese zum Beispiel ganz oder teilweise umgeben, da zwei angrenzende Verstärkungselemente nicht in Kontakt miteinander sind, voneinander jedoch durch ein Trennmittel getrennt sind.
In diesem Fall wählt man zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kabels Bänder einer geeigneten Breite, damit die Verstärkungselemente 15 oder 25 ganz oder teilweise umgeben sind, und es werden in der Herstellungslinie spezifische Ziehdüsen angeordnet, die es ermöglichen die Bänder 18 oder 28 um die Verstärkungselemente 15 oder 25 ganz oder teilweise zu schließen. Solche Ziehdüsen sind in der Verkabelungstechnik wohl bekannt.
Andererseits kann in einem erfindungsgemäßen Kabel ein beliebiger Typ einer optischen Seele mit einem beliebigen Typ von Trennmitteln verbunden werden, und in allgemeinerer Weise kann die Struktur der Elemente eines erfindungsgemäßen Kabels, abgesehen von den Verstärkungselementen und Trennmitteln, jede bekannte Form annehmen.
Außerdem können die Verstärkungselemente unmittelbar auf der optischen Seele angeordnet sein, oder auf einer Zwischenhülle, die ihrerseits unmittelbar auf der optischen Seele abgeschieden worden ist.
Die Verstärkungselemente können um die Seele mit variabler oder konstanter und gegebenenfalls alternierender Ganghöhe zusammengefügt werden. Ihr Querschnitt ist nicht auf die in den Fig. 1 bis 3 angegebenen Beispiele beschränkt, sondern kann beliebig sein.
Für die verschiedenen Elemente des erfindungsgemäßen Kabels werden herkömmliche Materialien verwendet, die so gewählt sind, dass sich ihre Eigenschaften zu einer Verwendung im Innern eines faseroptischen Kabels eignen. Die angegebenen Beispiele sind nicht beschränkend.
Die numerischen Werte sind gleichermaßen nur zur Veranschaulichung angegeben.
Andererseits kann ein erfindungsgemäßes Kabel aufgehängt werden, in der Erde oder in einer Führung installiert werden. Ausser den Verstärkungselementen 15, 25 oder 35 kann es weitere innerhalb der optischen Seele angeordnete Verstärkungselemente enthalten, zum Beispiel mit den Fasern in dem Mittelrohr, oder in Form von Mittelträgern im Rillenstab.
In allgemeiner Weise kann ein erfindungsgemäßes Kabel in jeder Art von Anwendung für faseroptische Kabel verwendet werden, und insbesondere in den terrestrischen oder Unterwasseranwendungen.
Schließlich kann jedes Mittel durch eine äquivalentes Mittel ersetzt werden, ohne aus dem Rahmen der Erfindung zu gelangen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines vestärkten faseroptischen Kabels (10) mit einer optischen Seele (13), die wenigstens eine, in einem Trägerelement angebrachte optische Faser (12) enthält, welche optische Seele von einer Vielzahl von mechanischen Verstärkungselementen (15) aus einem durch Verstärkungsfasern verstärkten plastischen Material, FRP-Material genannt, umgeben ist, welche um die Seele schraubenförmig angeördnet sind um ein Verstärkungsrohr um dieses zu formen, welche Verstärkungselemente einen kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als der Rest des Kabels, und einen höheren Young'schen Modul als der Rest des Kabels abgesehen von den optischen Fasern haben, wobei das Verfahren die folgenden Schritte in der Reihenfolge enthält:

Herstellung der Verstärkungselemente separat und gleichzeitig durch Überziehen der Verstärkungsfasern mit plastischem Material, in welches sie eingebettet werden sollen, wobei das Material nicht polymerisiert ist,

Wickeln der Verstärkungselemente um die optische Seele, wobei ein Trennmittel aus einem plastischen Material, das eine geringe Anhaftung an das FRP- Material zeigt, zwischen jedes Verstärkungselement eingefügt wird, um jedes Verstärkungselement von angrenzenden Verstärkungselementen durch die Trennmittel zu trennen, die so angeordnet sind, dass zwei angrenzende Verstärkungselemente keinen Kontakt miteinander haben und voneinander durch einen Teil wenigstens eines Trennmittels (13) getrennt sind, und Polymerisation des plastischen Materials, wodurch die so gewickelten Verstärkungselemente gebildet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Trennmittel (13) aus einem Material bestehen, das aus den fluorierten Harzen und den Polyesterharzen gewählt ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei welchem die Trennmittel (13) aus einem Material bestehen, dessen Eigenschaften einer geringen Anhaftung erhalten bleiben, wenn es hohen Temperaturen ausgesetzt ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem die Trennmittel (13) jedes der Verstärkungselemente ganz oder teilweise umgeben.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem die Verstärkungselemente (15) unmittelbar auf der optischen Seele (13) angeordnet sind.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem die Verstärkungselemente auf einer die optische Seele umgebenden Hülle angeordnet sind.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem die Verstärkungselemente (15) schraubenförmig mit alternierender Ganghöhe um die optische Seele (13) angeordnet sind.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, welches einen Schritt zur Bildung einer äußeren Schutzhülle (19) umfasst.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem die optische Seele (13) ein Rohr aufweist, in dem die optische Faser(n) (12) frei angeordnet ist (sind).

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem die optische Seele (13) ein gerilltes Mittelrohr (21) aufweist, in dessen Rillen die optische Faser(n) (12) angeordnet ist (sind).

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welchem die Verstärkungsfasern (16) aus Fasern aus Aramid, Polyester, Glas und Kohlenstoff gewählt sind.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei welchem das plastische Material, in dem die Verstärkungsfasern (16) eingebettet sind, aus einem Epoxyharz und einem Polyesterharz gewählt ist.

13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, 11 und 12, welche umfasst:

Abspulmittel (101) zum Abspulen der optischen Seele längs einer als Abspulachse bezeichneten Achse, Mittel zum Bereitstellen (103) von Verstärkungsstapelfasern um die Stapelfasern in die Nähe der optischen Seele zu bringen, Mittel zum Überziehen (104) der Verstärkungsfasern mit dem noch nicht polymerisierten plastischen Material, in das sie eingebettet werden sollen, wobei die Mittel zum Überziehen zwischen den Mitteln zum Bereitstellen der Verstärkungsfasern und der Abspulachse so angeordnet sind, dass die Verstärkungsstapelfasern auf Höhe der Seele ankommen, sobald sie vom plastischen Material überzogen sind,

Mittel zum Bereitstellen (105) von Trennmitteln (13) » um die Trennmittel in die Nähe der optischen Seele zu bringen,

Mittel (112) um die Verstärkungselemente und die Trennmittel um die optische Seele zu wickeln, wobei die Mittel zum Bereitstellen (103) so angeordnet sind, dass die Verstärkungselemente um die Seele gewickelt und zwischen die Trennmittel eingefügt werden, eine Kalibrierziehdüse (106), die stromabwärts des Abschnitts der Vorrichtung angeordnet ist, auf dessen Höhe die Trennmittel und Stapelfasern um die Seele gewickelt werden, um dem so gebildeten Verstärkungsrohr den gewünschten Querschnitt zu geben, Mittel (107) zum Polymerisieren des plastischen Materials der Verstärkungselemente, welche stromabwärts der Kalibrierziehdüse angeordnet sind, Mittel (112) zum Aufwickeln des fertigen Kabels.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, welche ferner, wenn die Trennmittel eine Breite größer als die Dicke des Verstärkungsrohrs aufweisen, Mittel aufweist um jedes Verstärkungselement mit den Trennmitteln teilweise oder ganz zu umgeben.

15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, 10 bis 12, welche umfasst:

Abspulmittel zum Abspulen der optischen Seele längs einer als Abspulachse bezeichneten Achse,

Mittel um einen sogenannten äußeren gerillten Stab um die optische Seele herzustellen, wobei die Trennmittel durch die Rippen des äußeren gerillten Stabs gebildet sind,

Mittel zum Bereitstellen von Verstärkungsstapelfasern um die Stapelfasern in die Nähe der optischen Seele zu bringen,

Mittel zum Überziehen der Verstärkungsfasern mit dem plastischen Material, in das sie eingebettet werden sollen, wobei die Mittel zum Überziehen zwischen den Mitteln zum Bereitstellen der Verstärkungsfasern und der Abspulachse angeordnet sind,

Mittel zum Einfügen der Stapelfasern in die Rillen des äußeren gerillten Stabs, sobald sie vom plastischen Material überzogen sind,

eine Kalibrierziehdüse, die stromabwärts des Abschnitts der Vorrichtung angeordnet ist, auf dessen Höhe die überzogenen Stapelfasern in die Rillen des äußeren gerillten Stabs eingefügt werden um dem so gebildeten Verstärkungsrohr den gewünschten Querschnitt zu geben,

Mittel zum Polymerisieren des plastischen Materials der Verstärkungselemente, welche stromabwärts der Kalibrierziehdüse angeordnet sind, Mittel zum Aufwickeln des fertigen Kabels.

16. Verstärktes faseroptisches Kabel mit einer optischen Seele (13), die wenigstens eine, in einem Trägerelement angebrachte optische Faser (12) enthält, welche optische Seele von einer Vielzahl von mechanischen Verstärkungselementen (15) aus einem durch Verstärkungsfasern verstärkten plastischen Material, FRP-Material genannt, umgeben ist, welche um die Seele schraubenförmig angeordnet sind um ein Verstärkungsrohr um dieses zu formen, welche Verstärkungselemente einen kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als der Rest des Kabels, und einen höheren Young'schen Modul als der Rest des Kabels abgesehen von den optischen Fasern haben, bei welchem jedes Vestärkungselement (15) von angrenzenden Verstärkungselementen durch einen Trennmittel (18) aus einem plastischen Material, das eine geringe Anhaftung an das FRP-Material zeigt, getrennt ist, wobei die Trennmittel (18) so angeördnet sind, dass zwei angrenzende Verstärkungselemente keinen Kontakt miteinander haben und voneinander durch einen Teil wenigstens eines Trennmittels (18) getrennt sind und die Trennmittel von dünnen Bändern (18) mit einer Breite, die wenigstens der Dicke des Verstärkungsrohrs gleich ist, gebildet sind.

17. Kabel nach Anspruch 16, bei welchem die Trennmittel (18) in Bezug auf die Achse des Kabels radial angeordnet sind.

18. Kabel nach Anspruch 16, bei welchem die Trennmittel (18) einen eine Spitze bildenden doppelt abgeschrägten Querschnitt haben, so dass sich die Verstärkungselemente (15) ineinander fügen.