DE69735151T2

DE69735151T2 - Verfahren zur Herstellung eines optischen Kabels zur Datenübertragung in lokalen Netzwerken

Info

Publication number: DE69735151T2
Application number: DE69735151T
Authority: DE
Inventors: Giovanni Brandi; Massimo Pizzorno
Original assignee: Prysmian Cavi e Sistemi Energia SRL
Current assignee: Prysmian Cavi e Sistemi Energia SRL
Priority date: 1996-09-16
Filing date: 1997-08-04
Publication date: 2006-10-26
Anticipated expiration: 2017-08-05
Also published as: CA2215639C; EP0829742A1; AU3673597A; EP0829742B8; IT1284536B1; CA2215639A1; NZ328551A; ES2257758T3; BR9706844A; US5978536A; DE69735151D1; EP0829742B1; ITMI961899A1; AR009764A1; AU723727B2

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein optisches Kabel für die Telekommunikation, insbesondere für die Datenübertragung in lokalen Netzwerken, zum Beispiel zur Verwendung in Büros, öffentlichen Gebäuden, Krankenhäusern und ähnlichem.
Telekommunikationskabel sind bekannt, in denen ein optischer Kern zumindest eine optische Faser umfasst, die von einer Anzahl Schutzhüllen umgeben ist, die eine einzige Anordnung ausformen, die ihrerseits durch geeignete Verstärkungsmittel und Hüllen umhüllt sind.
Insbesondere beschreibt US-Patent 4,893,893 ein optisches Kabel für die Telekommunikation, umfassend eine optische Faser, die von einer Schutzhülle eingehüllt ist. Zumindest ein Strang des Fasermaterials ist entlang der Faser abgelagert und bildet ein Verstärkungselement aus. Eine äußere Plastiklage umgibt den Faserstrang. Bevorzugt sind drei Bündel von Fasermaterial in gleichem Abstand um die Faser herum angeordnet, in einer im Wesentlichen längs gerichteten Anordnung.
Die Patentanmeldung FR 2321133 zeigt eine faseroptische Überlandleitung, die aus einem faseroptischem Kabel besteht, das in einer flexiblen Röhre aufgenommen ist. In einem Beispiel ist eine Gruppe von sieben Glasfasern mit einem Durchmesser von 100 mm, die jeweils von einer Plastikhülle mit einem Außendurchmesser von 0,8 mm umgeben sind, von einer einzige Lage einer Plastikfolie, die 300 μm dick ist, umgeben, die ihrerseits von einen Polyethylenmantel von 0,5 mm Dicke umhüllt ist; das Kabel gleitet frei innerhalb einer flexiblen Röhre, die mit Verstärkungselementen versehen ist.
Das Patent EP 0 468 878 bezieht sich auf ein faseroptisches Kommunikationskabel, das insbesondere für lokale Netzwerke gedacht ist; das Kabel umfasst eine Anzahl optischer Fasern, die innerhalb einer Hülle angeordnet sind und in Module aufgeteilt sind, wobei jedes von einem dünnen Mantel umhüllt ist. Die Mäntel stehen in Kontakt mit den optischen Fasern, so dass sie mit ihnen in Eingriff kommen, ohne sie zu entkoppeln, und die Hülle ist Kontakt mit den Modulmänteln, um ein kompaktes Ganzes auszubilden.
Die EP 553,990 bezieht sich auf ein öffentliches optisches Faserkabel, das eine Mehrzahl von Bündeln optischer Fasern und ein garnähnliches Verstärkungselementsystem umfasst, das mit einer oszillierenden oder in einer Richtung liegenden Lage über die optische Faser gewickelt ist. Eine Hülse umgibt das garnähnliche Verstärkungselementsystem und ist an dem Kabelkern mit einem Schlauch versehen und dann nach unten gezogen, um so ein lose passendes rohrförmiges Element auszuformen, so dass ein enger Sitz einer unter Druck extrudierten Hülse vermieden wird.
GB 2,096,343 bezieht sich auf ein optisches Faserkabel, das eine erste und eine zweite optische Faser umfasst, die beschichtet ist und mittels eines wasserdichten Materials zusammengekoppelt ist, das sauber von den Fasern abziehbar ist, einen inneren Mantel aus Plastikmaterial, der die beschichteten Fasern umgibt, längliche Verstärkungsstränge, die sich in der Längsrichtung des Kabels um den inneren Mantel herum erstrecken und einen äußeren Mantel aus Plastikmaterial, der die länglichen Verstärkungsstränge umgibt.
GB 2,296,575 bezieht sich auf ein faseroptisches Kabel, das zumindest eine optische Faser aufweist, eine primäre Beschichtung, welche die optischen Fasern umgibt und eine steife Sekundärbeschichtung, die eine Mikroverstärkung ausformt, die die erste Beschichtung umgibt. Die zweite Beschichtung ist aus Kunstharz beschichteten Überziehern und die Primärbeschichtung ist ein Entkopplungsmittel, das auf thermoplastischem Material basiert. Das Kabel kann eine externe Polymerhülse aufweisen. Das Dokument offenbart weiterhin eine Vorrichtung zum Herstellen des Kabels, die ein System zur Nachbehandlung des Entkopplungsmittels umfasst, ein System mit konstanter Abzugsgeschwindigkeit und einer Aufwicklung mit konstanter Spannung.
Beim Verlegen des Kabels, also in dem Fall der Installation optischer Kabel in einer Röhre, muss eine Zugvorrichtung am Kopf des Kabels angebracht werden, verbunden mit den Verstärkungselementen. Dieser Vorgang ist besonders heikel, da die Zugbelastung angemessen auf die Verstärkungselemente aufgebracht werden muss, um die Erzeugung von hohen Spannungen auf einige der optischen Fasern mit dem Risiko des Brechens oder der Erhöhung der Dämpfung bei der Verwendung zu verhindern.
Der Anmelder möchte ein optisches Kabel produzieren, in dem die Dämpfung der optischen Fasern im Betrieb niedrig bleibt, bei dem die Belastung auf die optischen Fasern, die im Betrieb durch thermisches Schrumpfen der Hülle auftritt, zu vernachlässigen ist und die Belastung aufgrund des Ziehens an dem Ende des Kabels während des Kabelverlegungsvorganges in einer Röhre oder ähnlichem nicht die Integrität einer oder mehrere Fasern bedroht.
Insbesondere hat der Anmelder beobachtet, dass es bei einem Betrieb gemäß den Angaben im Patent EP 0 468 878 , in dem eine thermoplastische Hülle direkt auf eine Mehrzahl optischer Module extrudiert wird, während des Abkühlens Kontraktionen der Hülle gab, die auf die optischen Fasern in jedem Modul übertragen werden können, wodurch in einigen Fällen eine starke optische Dämpfung während der Kabelbenutzung hervorgerufen wurde.
Der Anmelder hat daher entdeckt, dass eine Mehrzahl von dehnbeständigen Garnen parallel zu dem Kabel, die zwischen der äußeren Hülle des Kabels und den optischen Modulen, umfassend eine Anzahl von Fasern, die durch eine herkömmliche Plastikhülle gebündelt sind, eingebracht sind, ein Mittel zur Entkopplung zwischen der Hülle und den Fasermodulen ausbildet, so dass während des Kabelherstellungsschritts nach der Extrusion der Hülle und während des Abkühlens, die Kontraktion des Plastiks der Hülle nicht auf die Fasern übertragen kann, was die vorgenannten Probleme der Dämpfung, die mit bekannter Technologie messbar ist, hervorruft, und gleichzeitig die äußeren Dimensionen des Kabels herabsetzt.
Irreguläre Biegungen des Kabels wurden insbesondere als ein Resultat des thermischen Schrumpfens des Kabels im Betrieb derart beobachtet, dass sie einen Zustand der mechanischen Belastung der Fasern und eine daraus folgende Verschlechterung der Übertragungscharakteristika der Kabel hervorrufen. Dieses Phänomen war auf das Vorliegen einer nicht gleichmäßigen Anhaftung zwischen den Garnen und der extrudierten Hülle in der Längsrichtung zurückzuführen.
Es wurde dann entdeckt, dass diese Verschlechterung mittels einer besonderen mechanischen Behandlung eliminiert werden kann, in der das Kabel während der Herstellung wiederholten Biegungen des Kabels derart unterzogen wurde, dass die Punkte unregelmäßiger Anhaftung aufgebrochen werden, wodurch ein gleichmäßiges Anhaften der Garne und der Hülle bewirkt wird und daher eine gleichmäßige Verteilung der Belastungen innerhalb des Kabels, daher kein möglicher Weise beeinträchtigendes Schlängeln des Kabels oder unregelmäßige Biegungen, die durch die thermische Schrumpfung hervorgerufen werden.
Es wurde ebenso ermittelt, dass das Anordnen eines einzigen Verstärkungselementes zwischen der äußeren Hülle und den optischen Modulen, in Form von im Wesentlichen parallel zu dem Kabel liegenden Garnen, es möglich machen kann zu bewirken, dass während der Installation in einer Röhre, eine einzige einfache Verbindung zwischen einer spezial gestalteten Zugkette und dem vorgenannten Verstärkungselement besteht, was in einer gleichmäßigen Verteilung der Zugkräfte auf die Fasern resultiert.
Die Erfindung ist in Anspruch 1 beansprucht und ermöglicht die Herstellung eines optischen Kabels umfassend zumindest ein optisches Modul, umfassend zumindest zwei optische Fasern, die von einem Mantel aus Polymermaterial umgeben sind, einer extrudierten äußeren Hülle, die die Module und ein Verstärkungselement umhüllt, wobei das Verstärkungselement eine Mehrzahl von dehnbeständigen Garnen umfasst, die den gesamten Raum zwischen den optischen Modulen und der äußeren Hülle einnehmen, in denen die Garne gleichmäßig an der äußeren Hülle anhaften, wobei die optischen Module mechanisch von der äußeren Hülle entkoppelt sind und die Dämpfung der optischen Fasern der optischen Module in dem Kabel geringer ist als der dreifache Nominalwert der optischen Faser nach zumindest einem thermischen Zyklus von 24 Stunden zwischen –20 und +70°C.
Das optische Kabel hat bevorzugt einen äußeren Durchmesser zwischen 2 und 7 mm. Die Garne haben bevorzugt einen elastischen Zugmodul von zumindest 4000 kg/mm².
Insbesondere sind die Garne aus Aramid (aromatische Polyamid) Fasern zusammengesetzt. Die äußere Hülle ist bevorzugt aus Polyvinylchlorid.
Das Polymermaterial des Mantels des optischen Moduls ist bevorzugt ein querverbundenes Acrylkunstharz oder, als eine Alternative, eine flammenhemmende Polymerzusammensetzung oder ein thermoplastisches Kunstharz.
Das gleichmäßige Anhaften der Garne an der äußeren Hülle ist so, dass in einem Abschnitt des Kabels, der 500 mm lang ist, die regelmäßige Einheitskraft, die dazu notwendig ist, die äußere Hülle von dem Rest des Kabels, das die Garne und optischen Module umfasst, abzustreifen, zwischen 20 und 60 g/mm liegt, wenn die Abstreifkraft in einem Verhältnis von 15 mm/min aufgebracht wird. Das gleichmäßige Anhaften der Garne an der äußeren Hülle ist derart, dass in einem Abschnitt eines Kabels von 500 mm Länge die regelmäßige Einheitskraft, die dazu notwendig dazu ist, ein optisches Modul von dem Rest des Kabels, das die Garne und die äußere Hülle umfasst, abzustreifen, nicht größer ist als die vierfache Einheitsbetriebsabstreifungskraft eines optischen Moduls bezüglich des Rests des Kabels, das die Garne und die äußere Hülle umfasst.
In einem Abschnitt eines Kabels, das 500 mm lang ist, liegt die Kraft, die dazu notwendig ist, im Betrieb ein optisches Modul von dem Rest des Kabels, umfassend die Garne und die äußere Hülle, abzustreifen, zwischen 50 und 150 g pro optischem Modul, wenn die Abstreifkraft in einem Verhältnis von 15 mm/min aufgebracht wird.
Eine Spule des Kabels in einer Konfiguration, in der zumindest zwei Spulen regelmäßig in Kontakt miteinander stehen, mit einem äußeren Durchmesser von ungefähr 160 mm, zeigt es keine signifikante Polygonausbildung, wenn die Spule zumindest einem thermischen Zyklus von 4 Stunden zwischen +70 und –30°C ausgesetzt ist.
Das Verfahren des Herstellens eines optischen Kabels für die Telekommunikation, umfassend zumindest ein optisches Modul mit zumindest zwei optischen Fasern, die durch eine Plastikhülle und einen Plastikmantel um die Module herum eingeschlossen sind, das die Schritte umfasst:

– kontinuierliches Vorschieben des optischen Moduls zwischen einer Startposition und einer Aufnahmeposition;
– Extrudieren einer thermoplastischen Hülle um das optische Modul herum;
– Abkühlen der Hülle,
– Aufbringen einer Lage von flexiblen, dehnbeständigen Garnen zwischen den Modulen und der Hülle;
– Extrudieren der thermoplastischen Hülle über die Garne;
– Kühlen der extrudierten Hülle;
– Bewirken, dass die Garne und die Hülle gleichmäßig aneinander anhaften mittels des Entfernens von Punkten der Anhaftung zwischen der Hülle und den Garnen nach dem Abkühlen der extrudierten Hülle.

Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bewirkens, dass die Garne und die Hülle gleichmäßig aneinander anhaften, das Biegen des Kabels um zumindest 90° umfasst, wobei die Biegungen in zumindest zwei sich voneinander unterscheidenden Ebenen durchgeführt werden.
Bevorzugt werden die Biegungen in zwei aufeinander orthogonalen Ebenen ausgeführt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden zumindest zwei Biegungen jeweils in im Wesentlichen 180° gegenüberliegenden Richtungen ausgeführt.
Weitere Details werden durch die folgende Beschreibung bereitgestellt unter Bezugnahme auf die angefügten Figuren, die ausschließlich zur Beschreibung und nicht zur Beschränkung gedacht sind, in denen:
1 eine Querschnittsansicht eines Telekommunikationskabel zeigt, das durch das Verfahren gemäß der Erfindung in einem ersten Ausführungsbeispiel erhalten wurde;
2 eine Querschnittsansicht eines Telekommunikationskabels zeigt, das durch das Verfahren gemäß der Erfindung in einem zweiten Ausführungsbeispiel erhalten wurde;
3 eine Querschnittsansicht eines Telekommunikationskabels zeigt, das durch das Verfahren gemäß der Erfindung in einem dritten Ausführungsbeispiel erhalten wurde;
4 eine Seitenansicht einer Herstellungslinie für das Kabel der 1–3 zeigt;
5 eine Draufsicht auf die Linie in 4 zeigt;
6 eine seitliche Ansicht einer Ausgleichsvorrichtung für die Linie in 4 zeigt;
7 eine Draufsicht auf eine Ausgleichsvorrichtung für die Linie in 4 zeigt:
8 eine schematische Darstellung des Testverfahrens ist, um die Abstreifkraft zwischen den Modulen und dem Rest des Kabels zu ermitteln;
9 eine schematische Darstellung des Testverfahrens ist, um die Abstreifkraft zwischen der Hülle und dem Rest des Kabels festzustellen;
10 schematisch eine Spule des Kabels zeigt, das mit der Vorrichtung in 5 hergestellt ist, nachdem es thermischen Zyklen ausgesetzt wurde;
11 schematisch eine Spule eines Kabels zeigt, das ohne die Vorrichtung der 5 hergestellt ist, nachdem es thermischen Zyklen ausgesetzt wurde.
1–3 zeigen drei Beispiele optischer Kabel für die Telekommunikation gemäß der Erfindung, die insbesondere dazu gedacht sind, lokale Netzwerke zu verbinden, wie beispielsweise innerhalb von Büros, öffentlichen Gebäuden, Krankenhäusern etc.
Wie 1 zeigt, umfasst ein Kabel, das durch das Verfahren gemäß der Erfindung erhalten wird, ein Modul 1, das aus zwei optischen Fasern 2 geformt ist, und das durch einen Plastikmantel 3 eingeschlossen ist, wobei das Modul seinerseits innerhalb einer Plastikhülle 4 aufgenommen ist.
Zwischen dem Modul 1 und der Hülle 4 liegt eine Zwischenlage, die aus einer Mehrzahl von sich längs erstreckenden Garnen 5 geformt ist, die flexibel und dehnbeständig sind, die die Leerräume zwischen dem Modul und der Hülle ausfüllen.
Das Kabel in 2 unterscheidet sich von dem vorhergehenden darin, dass innerhalb der Hülle 4 ein einziges Modul 1' aufgenommen ist, innerhalb dessen vier optische Fasern sind, wobei das Kabel in 3 sich von dem vorhergehenden darin unterscheidet, dass es vier Module 1' umfasst, die jeweils mit vier Fasern versehen sind, die in eine einzige Hülle 4 eingesetzt sind und durch die Lage von dehnbeständigen Garnen 5 umhüllt sind.
Zur Vereinfachung der Beschreibung wurden die identischen Elemente in 1–3 mit den gleichen Ziffern bezeichnet.
Es ist ebenso wichtig festzuhalten, dass das Kabel eine jegliche Anzahl von Modulen umfassen kann und dass die Fasern innerhalb der Module drei oder mehr sein könnten.
Bevorzugt umfasst das Kabel eine Anzahl von Modulen und eine Anzahl von Fasern in jedem Modul, so dass ihr totales Potenzial zwischen 2 und 22 Fasern liegt.
In einem Ausführungsbeispiel ist jede optische Faser aus einem Glasabschnitt geformt, mit einem Kern von 65 μm und einer Verkleidung von 125 μm, die von zwei Lagen Acrylaten umgeben ist, die zusammen als die erste Umhüllung bezeichnet werden; als eine Alternative ist jede Faser aus einem Kern von 65 μm und einer Verkleidung von 100 μm geformt, die von drei Lagen von Acrylaten der ersten Umhüllung umgeben ist, was bevorzugt in mehr Flexibilität resultiert als im vorherigen Beispiel.
In beiden beschriebenen Beispielen liegt der Gesamtdurchmesser der optischen Fasern inklusive der ersten Umhüllung ungefähr bei 245 bis 250 μm.
In besonderen Ausführungsbeispielen können, in dem gleichen Kabel, Module des ersten Typus und Module mit Fasern des zweiten Typus vorhanden sein oder Kabel in dem ein Modul gleichzeitig Fasern des ersten und zweiten Typs umfasst (oder anderer bekannter Typen) gemäß den spezifischen Betriebserfordernissen.
Der Mantel der Module 1 ist aus einem thermoplastischen Material, bevorzugt auf die Fasern extrudiert, zum Beispiel ein Polyvinylchlorid oder ein fluoriertes Polymer und im Allgemeinen ein feuerfestes thermoplastisches Material mit beschränkter Rauchentwicklung oder, wiederum, querverbundene Acrylate, zum Beispiel, mittels UV-Strahlung.
Die Dicke des Mantels liegt im Bereich von Zehnteln eines mm (0,1 bis 0,3 mm), um seine Entfernung zum Zugang zu den Fasern und dem Herstellen einer Verbindung mit anderen Teilen des Systems, z. B. mit den Anschlüssen eines Computers, zu vereinfachen. Die Hülle 4 ist bevorzugt aus einem thermoplastischen Material und kann hergestellt sein, zum Beispiel, mit Polyvinylchlorid, fluorierten Polymeren, Polymerzusammensetzungen aus flammenhemmendem thermoplastischen Material mit niedriger Rauchentwicklung (in der Industrie bekannt als LSOHs) mit geeigneten Charakteristika des Flammenwiderstandes und der Abziehbarkeit zum Verbinden mit anderen Teilen des Systems.
Die dehnbeständigen Garne in der Lage 5 haben bevorzugt einen Zugmodul von zumindest 4000 kg/mm², um das Kabel mit Charakteristika des Zugwiderstands und beschränkter Verformbarkeit, passend zu seiner intendierten Verwendung, zu versorgen.
Die Garne können vom Textiltypus sein oder aus anderen Materialien mit Charakteristika, die vergleichbar sind mit Textilgarnen bezüglich der Flexibilität und des Zugwiderstandes, wie beispielsweise Fasern aus Glas, Karbon, Boron und ähnlichem. Textilgarne sind als eine vorgefertigte Gruppe elementarer Filamente gedacht aus Aramid (aromatischen Polyamid) Faser in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel.
Jedes Textilgarn wird identifiziert durch eine Zählung, die in dTex ausgedrückt ist, korrespondierend zu dem Gewicht in g einer 10 km Länge des Garnes und einer damit korrespondierenden Zugfestigkeit, gemessen in Newton.
Die Anzahl der Garne, deren Zähler und Festigkeit hängt von den Charakteristika ab, die in dem Kabel erforderlich sind.
Als ein Beispiel, für die Anwendungen, die vorher beschrieben wurden, in den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung liegt die Anzahl der Garne typischerweise zwischen 6 und 12, der dTex Zähler zwischen 1580 und 2400 und die Gesamtfestigkeit zwischen 72.750 und 181.000 Newton.
Die thermoplastische Hülle 4 wird durch Extrusion auf die Oberfläche der Lage der dehnbeständigen Garne 5 angewendet.
In den Beispielen der 1 und 2 ist der Enddurchmesser "D" des Kabels, der auf der Hülle 4 gemessen wird, weniger als 4 mm und in 3 weniger als 7 mm.
In einem besonderen Ausführungsbeispiel hat das Kabel in 2 ein Modul mit einer maximalen Querschnittsdimension des Mantels 3 von 0,95 mm und einem Durchmesser, der an der Hülle 4 gemessen ist, von 2,5 mm.
In einem anderen Ausführungsbeispiel hat das Kabel in 3 Module mit den gleichen Querschnittsdimensionen wie die, die für 2 genannt sind, und einen Durchmesser der Hülle 4 von 5 mm.
Allgemeiner umfassen die Ausführungsbeispiele, die durch das Verfahren gemäß der Erfindung erhalten werden, Kabel mit mehreren Modulen, mit einem Potenzial von 2 bis 72 Fasern, mit einer Hüllendicke von 0,4 bis 1,5 mm und einem äußeren Hüllendurchmesser von 2 bis 7 mm.
Das Verfahren zum Herstellen eines optischen Kabels mit einem Kern, wie in 1–3 gezeigt, umfasst die Schritte des kontinuierlichen Vorschiebens des Kerns, der aus einer Mehrzahl von Modulen 1 geformt ist, von einer Startposition zu einer Aufnahmeposition, Extrudieren der Hülle des thermoplastischen Materials 4 um die Module 1, Abkühlen der Hülle und Aufnehmen des Kerns in der Form einer Spule oder einer Rolle.
Das Verfahren gemäß der Erfindung umfasst die folgenden Grundschritte:

a) Entkopple Module 1 und Hülle 4 durch das Einfügen einer Mehrzahl von flexiblen, dehnbeständigen Garnen 5 zwischen ihnen, die einem Zug von der Startposition aus zu der Aufnahmeposition hin ausgesetzt sind;
b) Mache die Garne 5 und die Hülle 4 am Ausgang des Hüllenabkühlungsschrittes gleichmäßig anhaftend.

Die Phase a) verhindert bevorzugt das Übertragen der Kontraktionen der extrudierten Hülle während des Abkühlschrittes auf die optischen Fasern der Module mit dem negativen Resultat der großen Dämpfung ihrer Transmissionscharakteristika in dem fertigen Kabel und bei der Verwendung.
Das Entkoppeln zwischen der Hülle und den Modulen wird erreicht Dank der Tatsache, dass die Garne vorher zwischen den beiden Prozesspositionen einem vorbestimmten Zug ausgesetzt werden und die Module im voraus dazu gebracht werden, zwischen den gleichen zwei Positionen mit einem Zug, der durch eine spezielle Bremse an den jeweiligen Zuführrollen gesteuert wird, vorgeschoben zu werden.
Das Resultat ist, dass die Garne und Module in der gleichen Richtung unabhängig voneinander mit einer konstanten Geschwindigkeit, die durch einen speziellen Motor am Ende der Linie aufgebracht wird, vorgeschoben werden.
Die Hülle 4, die in der Form einer weichen Masse extrudiert wird, liegt auf einer dichten Anordnung von Garnen, innerhalb derer die unterschiedlichen Module 1 verlaufen.
Der Käfig, der durch die Garne geformt ist, isoliert die Module von der in der Längsrichtung wirkenden Kontraktionsbewegung der Hülle während des Abkühlschrittes, der es der Hülle ermöglicht, nur eine sehr beschränkte radiale Kontraktion auf die Module zu übertragen, wenn überhaupt eine, mit einem vernachlässigbaren Effekt auf die Transmissionsqualität der Fasern.
Phase b) erzeugt die gleichförmige Anhaftung zwischen den Garnen 5 und der Hülle 4, mittels wiederholtem Biegungen des Kernes, nachfolgend auf den Hüllenabkühlungsschritt.
Es wird angenommen, dass die mechanische Bewegung der wiederholten Biegungen jegliche Verbindungen zwischen der Hülle und den Garnen, die durch Anhaftungspunkte oder erhöhte Anhaftung erzeugt wird, zerstört, die nicht gleichmäßig zwischen den Garnen und der Hülle sowohl in der Längsrichtung als auch in der Umfangsrichtung verteilt sind.
Vorteilhaft verhindert ein Eliminieren der Anhaftungspunkte oder gesteigerten Anhaftens es, dass Kontraktionen der Hülle, die entweder aufgrund des natürlichen strukturellen Schrumpfens des Materials nach der Extrusion (thermisches Schrumpfen) oder aufgrund von Umgebungstemperaturvariationen auftreten, ein Biegen der Filamente hervorruft, die zwischen den Anhaftungspunkten angehaftet sind, wenn das Kabel unter Betriebsbedingungen steht mit dem entsprechenden Druck auf die Module und negative Veränderung der Transmissionscharakteristika der Fasern.
Zum Zwecke der vorliegenden Erfindung bedeutet ein gleichmäßiges Anhaften die Abwesenheit von Zonen, in denen die Anhaftung zwischen der Hülle und dem Garn größer ist als in danebenliegenden Zonen, die stark genug sind, um Kontraktionen der Hülle, zum Beispiel thermischer Natur, über die gesamte Struktur des Kabels zu verteilen, sowohl in der Umfangsrichtung als auch in der Längsrichtung.
Dieses Resultat kann verbessert werden entweder bei einer tatsächlichen Abwesenheit von Anhaftung zwischen der Hülle und dem Garn, oder durch ein gleichmäßiges Anhaften bei einem kontrollierten Wert.
4, 5 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Fertigungslinie des Kabels mit einem optischen Kern, wie es in 1–3 gezeigt ist.
Die Linie umfasst einen ersten Abschnitt, der sich von der Startposition zu einem Hüllenextrusionsbereich erstreckt, einem Mittelabschnitt, in dem die extrudierte thermoplastische Hülle gekühlt wird, einem zusätzlichen Betriebsabschnitt zum Erhalten einer gleichmäßigen Anhaftung zwischen der Hülle und den Garnen und einem Endabschnitt, der die Mittel zum Ziehen und Aufnehmen des Kabels umfasst.
Im größeren Detail umfasst der erste Abschnitt der Linie eine Gruppe 6, die aus einer Anzahl von Abwicklern 6a, 6b optischer Module 1 besteht (zwei sind in dem Beispiel gezeigt) und einer Gruppe 7 von Abwicklern für Garne 5, die beide gefolgt werden von Mitteln 8 zum Antreiben und Positionieren der Module und Garne an dem Eintritt eines Extruders 9, der mit einem Kopf 10 ausgerüstet ist, in den das thermoplastische Material der Hülle eingegeben wird.
Jedes optische Modul 1 wird einem kontrollierten Zug unterworfen, der durch eine Motor getriebene Abwicklung hergestellt wird, sowie in jedem Garn 5.
Die Antriebs- und Positioniermittel 8 verteilen die Module 1 in eine zentrale Position, in der Nähe der Achse des Extrusionskopfes, und die Garne gemäß einem kreisförmigen Ring, der innerhalb des Extrusionskopfes angeordnet ist.
Das thermoplastische Material der Hülle wird an dem Umfang extrudiert, der durch den Durchmesser des Garnringes erzeugt wird.
Unmittelbar stromabwärts der Extrusionszone ist der mittlere Abschnitt der Linie, die aus einem Wasserkühltank 11 besteht, gefolgt von einer Ausgleichsvorrichtung 12, die Mittel umfasst zur Erzeugung einer gleichmäßigen Anhaftung zwischen den Garnen und der Hülle.
Bevorzugt umfasst der Kühltank 11 zwei Abschnitte jeweils mit heißem Wasser und Wasser bei Umgebungstemperatur.
Der Endabschnitt der Linie umfasst ein Zugsystem 13, das gefolgt ist von einer Aufnahmerolle 14 mit einem kontrollierten Zug.
Das thermoplastische Material der Hülle wird in dem Kühltank konsolidiert, so dass das Kabel die Aufnahmerolle im Wesentlichen bei Umgebungstemperatur erreicht.
In der Kühlzone führen die textilen Garne, die einem Zug unabhängig dem der optischen Module ausgesetzt sind, den vorgenannten Entkopplungsvorgang zwischen der Hülle und den optischen Modulen aus, der die Übertragung von Belastung auf diese, die aus der Längskontraktion der Hülle in dem Kühlschritt resultiert, verhindert.
In dieser gleichen Zone reduziert eine beschränkte radiale Kontraktion der Hülle vorteilhaft die leeren Räume zwischen den Garnen, was die Bedingungen einer gleichmäßigen Kontaktierung erzeugt, die hilfreich ist für einen Anstieg der Festigkeit des Kabels.
Die Ausgleichsvorrichtung 12, wie vorgenannt, erzeugt einen Zustand der gleichmäßigen Anhaftung zwischen der Hülle und den Garnen, unter Zerstörung möglicher lokaler Anhaftungen oder vergrößert die Anhaftung entlang des Kabels, aufgrund, zum Beispiel, des Kontaktes zwischen den Garnen und dem geschmolzenen Polymer unmittelbar stromabwärts des Extrusionskopfes. Die Ausgleichsvorrichtung 12 umfasst in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wie in 6 und 7 gezeigt, eine Mehrzahl von Antriebsrollen, die nacheinander angeordnet sind mit aneinander angrenzenden Rollen auf unterschiedlichen Höhen, so dass das Kabel auf einem wellenförmigen Pfad über sie entlang geht, teilweise an den äußeren Oberflächen der Rollen anliegen, alternativ zuerst mit seiner äußeren Oberfläche und dann mit seiner inneren Oberfläche.
Insbesondere umfasst die Vorrichtung 12 zumindest eine erste Mehrzahl von Rollen, die in einer Ebene angeordnet sind, gefolgt von einer zweiten Mehrzahl von Rollen, die in einer Ebene angeordnet sind, die bezüglich der ersten gewinkelt ist.
Bevorzugt umfasst, wie in 6 und 7 gezeigt, die Vorrichtung 12 zwei Serien von Rollen 15, 16, die jeweils in zwei zueinander senkrecht stehenden Ebenen angeordnet sind, so dass sie ein entsprechendes Biegen der Kabel in zwei orthogonalen Ebenen erreichen.
Die Rollen der ersten Serie sind bevorzugt gleich in ihrer Anzahl zu der der zweiten Serie; ebenso bevorzugt sind die Durchmesser der Rollen alle gleich, innerhalb jeder Serie und zwischen den beiden Serien.
Als ein Beispiel liegt die Anzahl der Rollen einer Serie zwischen 3 und 9 und der Wert des Durchmessers "d" der Rollen 15, 16 liegt zwischen 20 und 40 Mal dem Durchmesser des Kabels, was eine Länge "L" jeder Serie von zwischen 150 und 3000 mm hervorruft.
In einem Ausführungsbeispiel relativ zu den Kabeln in den 1, 2 mit dem Durchmesser "d" von ungefähr 2,5 mm, umfasst jede der zwei Serien sieben Rollen, die in einem Abschnitt der Länge "L" von ungefähr 550 mm angeordnet sind mit einem Durchmesser "d" jeder Rolle um 90 mm.
Bevorzugt liegen die Abstände zwischen den beiden Ebenen, auf denen die Zentren der beiden nebeneinander liegenden Rollen angeordnet sind, zwischen ein und zwei Mal dem Durchmesser "D" jeder Rolle.
Einige Tests wurden durchgeführt an Kabeln der Typen, die angegeben wurden, mit den nachfolgenden Verfahren.
Zwei Kabel wurden ähnlich den in 2 hergestellt, wobei jedes ein optisches Modul mit vier optischen Fasern umfasst, die von einer Lage Textilgarn 5 aus Aramidfasern umgeben sind und einer externen Hülle aus Polyvinylchlorid, die einen inneren Durchmesser von 1,5 mm und einen äußeren Durchmesser von 2,5 mm aufweist.
Die optischen Fasern, die in optischen Modulen verwendet wurden, waren single-mode-Fasern, die unter der Bezeichnung SMR durch die Fibre Ottiche Sud F.O.S. S.p.A. vermarktet werden, mit einer nominalen Dämpfung von 0,2 dB/km.
Das optische Modul hatte einen im Wesentlich elliptischen Querschnitt, mit der größeren Dimension von ungefähr 0,95 mm und einem Umfang von ungefähr 3 mm.
Ein erstes Kabel wurde ohne die Verwendung der Ausgleichsvorrichtung 12 hergestellt und ein zweites Kabel der gleichen Struktur wurde mit der Ausgleichsvorrichtung 12 produziert.
Proben von 500 mm Länge wurden aus den Kabeln geschnitten und wurden einem Test unterworfen, um die Kraft F festzustellen, die erforderlich ist, um das Modul 1 vom Rest der Kabelprobe, die aus den Garnen 5 und der Hülle 4 besteht, abzustreifen.
Ein erster Test, der in 8 gezeigt ist, wurde durchgeführt, um die Kraft F1 zu messen, die notwendig ist, um das Modul 1 vom Rest der Kabelprobe abzustreifen (also Garne und Hülle).
Ein zweiter Test, der in 9 gezeigt ist, wurde an dem gleichen Kabeltyp durchgeführt, um die Kraft F2 zu messen, die notwendig ist, um die Hülle von dem restlichen Bereich des Kabels abzustreifen, der aus dem Modul 1 und den Garnen 5 zusammengesetzt ist.
Die Testbedingungen bestanden aus dem Aufbringen der Kraft bei einem Verhältnis von 15 mm/min und Messen der Kraft, die notwendig ist, jeweils das Modul und die Hülle abzustreifen, zuerst beim Beginnen und dann unter normalen Bedingungen, also dem Überwinden der Reibung des ersten Lösens. Die Abstreifkräfte wurden in Gramm gemessen.
Die Resultate des Tests sind in der folgenden Tabelle 1 angegeben, die Zahlen 1 und 2 auf der linken Seite zeigen die Tests an, mit den Kabeln, die jeweils mit und ohne die Ausgleichsvorrichtung produziert wurden.
Tabelle 1
Die Resultate des ersten Tests, die auf der linken Seite der Tabelle gezeigt sind, zeigen an, dass die Abstreifkraft auf das Modul bezüglich des Rests der Kabelstruktur im Wesentlichen unverändert ist, egal ob das Kabel mit der Ausgleichsvorrichtung oder ohne sie hergestellt wurde.
Im Allgemeinen wurde gefunden, dass die Abstreifkraft der optischen Module zwischen 50 und 150 g für jedes optische Modul variieren kann und dass die Anwesenheit der Ausgleichsvorrichtung in Veränderung von weniger als ±20% dieses Wertes resultiert.
Diese Resultate können zurückführbar sein auf die Tatsache, dass während der Herstellung des Kabels die optischen Module in jedem Fall entkoppelt von der Hülle bleiben.
Der Wert der Abstreifkraft auf die Module, die in dem Test gemessen wurde, ist klein aber doch existent, kann erklärt werden durch das Faktum, dass die beschränkte radiale Kontraktion der Hülle im Kühlvorgang einen gewissen Kompressionseingriff der Hülle auf die Module hervorruft und der Eingriff in einer Reibung resultiert, die hinreichend ist, um den moderaten Widerstand gegen das Abstreifen, der durch die Tabellendaten angezeigt wird, zu erzeugen.
Die Resultate des zweiten Testes, die auf der rechten Seite der Tabelle gezeigt sind, zeigen den Effekt der Ausgleichsvorrichtung bei der Herstellung einer gleichmäßigen Anhaftung zwischen der Hülle und den Garnen, um die gewünschten Transmissionscharakteristika der Kabelfasern zu erhalten.
Tatsächlich wurde eine Abstreifkraft der Hülle bezüglich der darunter liegenden Filamente beobachtet, die wesentlich höhere Werte annahmen, wenn das Kabel ohne die Ausgleichsvorrichtung hergestellt wurde, als wenn das Kabel unter Verwendung der Ausgleichsvorrichtung hergestellt wurde.
Insbesondere wird man aus den Tabellendaten feststellen, dass eine Abstreifkraft ohne die Verwendung der Ausgleichsvorrichtung gemessen bei ungefähr der fünffachen derer gemessen wurde, die für ein Kabel gemessen wurde, das mit der Ausgleichsvorrichtung hergestellt wurde.
Im Allgemeinen wird angenommen, dass für Kabel, die durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurden, die Kraft, die notwendig ist, um die Hülle von den darunter liegenden Filamenten abzustreifen, um 4 bis 10 Mal reduziert wird, wenn die Ausgleichsvorrichtung in der Linie verwendet wird und dass der Einheitswert der Kraft (bezogen auf die Umfangsentwicklung der Kontaktoberfläche zwischen der Hülle und dem Garn) zwischen 20 und 60 g/mm variiert.
Das Resultat kann erklärt werden unter Berücksichtigung, dass der Betrieb der Ausgleichsvorrichtung, Dank der wiederholten Biegungen der Kabel, die Zonen größter Anhaftung zwischen der Hülle und den Garnen limitiert oder reduziert, die ungleichmäßig entlang des Kabels verteilt sind, was in Punkten lokalen Anstiegs der Kraft resultiert, die dazu benötigt wird, die Hülle von der übrigen Kabelstruktur abzustreifen.
Die Eliminierung dieser Zonen anormaler Anhaftung, aufgrund zum Beispiel besonderer Bedingungen des Kontakts des Hüllenmaterials mit den Garnen bei dem Extrusionsprozess, resultiert in einer gleichmäßigen Anhaftung zwischen der Hülle und den Garnen, im Wesentlichen aufgrund der Reibung allein, so dass, trotz dem Auftreten der Kontraktion des Hüllenmaterials während der Extrusion oder thermischer Kontraktionen während der Kabelverwendung, die Belastung gleichmäßig innerhalb der Innenseite des Kabels verteilt wird, wodurch das Risiko von abnormalen lokalen Biegen des Kabels vermieden wird, mit hohem Druck auf die Fasern jedes Moduls.
Zwei 6 m lange Sektionen der Testkabel, die vorgehend beschrieben wurden, die jeweils mit und ohne Verwendung der Ausgleichsvorrichtung produziert wurden, wurden in Spulen mit einem mittleren äußeren Durchmesser von 160 mm aufgenommen.
In der angegebenen Konfiguration gehalten wurden die Kabel 3 nacheinander folgenden thermischen Zyklen für eine Dauer von 4 Stunden pro Zyklus ausgesetzt.
In jedem Zyklus wurde die Temperatur dazu gebracht, von +70°C bis –30°C zu variieren. Insbesondere umfasste jeder Zyklus 2 Stunden permanent bei +70°C und 2 Stunden permanent bei –30°C. Wegen der Kürze wird der thermische Zyklus, der hier angegeben wurde, nachfolgend als ein thermischer Zyklus von 4 Stunden zwischen +70°C und –30°C angegeben werden.
Der Zweck des Testes war, die Effekte des strukturellen Schrumpfens der Hülle unter unterschiedlichen Bedingungen des Anhaftens zwischen Hülle und Garnen zu ermitteln. Die endgültigen Konfigurationen, die durch die Spulen der beiden Kabel eingenommen wurden, sind in 10 und 11 gezeigt, für die Kabel, die jeweils mit und ohne der Ausgleichsvorrichtung hergestellt wurden.
In dem Fall der 10 war nach den thermischen Zyklen eine reguläre, konzentrische Anordnung der Spulen vorhanden, mit einer Biegung, die im Wesentlichen konstant ist, die gemessene Dämpfung war weniger als 0,5 dB/km.
Im Fall der 11 wurde nach den thermischen Zyklen eine verstärkte polygonale Konfiguration der Kabelspulen beobachtet.
Die Dämpfung wurde in den verwendeten Kabeln gemessen in den Kabeln, die oben beschrieben sind.
Insbesondere zeigte das Kabel, das einem Ausgleich während seiner Herstellung unterzogen wurde, eine Dämpfung von ≤ 0,5 dB/km bei 1550 nm; nachdem es thermischen Zyklen von 24 Stunden ausgesetzt war, die jeweils 12 Stunden gleichmäßig bei –10°C und 12 Stunden gleichmäßig bei +60°C umfassten, zeigte es eine Dämpfung von ≤ 0,5 dB/km bei 1550 nm, also im Wesentlichen unverändert. Wegen der Kürze wird dieser thermische Zyklus nachfolgend als "thermischer Zyklus von 24 Stunden zwischen –10 und +60°C" beschrieben werden.
Bei dem Kabel, das dem Ausgleich während der Herstellung nicht ausgesetzt war, wurde als die Dämpfung sofort nach der Herstellung zwischen 5 und 10 dB/km bei 1550 nm gemessen; nach drei thermischen Zyklen von 24 Stunden zwischen –10 und +60°C, wie oben beschrieben, erreichte das Niveau der Dämpfung der Kabelfasern solch hohe Werte, dass sie mit der vorhandenen Ausrüstung nicht gemessen werden konnten (maximale Dynamik von 15 dB bei 1300 nm, die Messungen wurden bei Kabelproben zwischen 500–1000 mm lang gemessen).
Ein Kabel wurde ebenso mit einem optischen Modul aus vier Fasern hergestellt, in dem 62,5/125 multi-mode Fasern, die von Corning hergestellt wurden, verwendet wurden; die verwendeten Fasern haben eine nominale Dämpfung von ≤ 1 dB/km bei 1310 nm.
Sowohl unmittelbar nach der Herstellung und nachdem es drei thermischen Zyklen von 24 Stunden jeweils zwischen –10 und +60°C ausgesetzt wurde, wie oben beschrieben, zeigte das Kabel eine Dämpfung von ≤ 1,5 dB/km bei 1310 nm.
Es wird daher angenommen, dass die Abwesenheit der Ausgleichsvorrichtung Punkte unregelmäßigen Anhaftens zwischen der Hülle und den Garnen in dem Kabel bestehen lässt, so dass, folgend den thermischen Kontraktionen der Hülle, die Garne nicht in der Lage sind, zwischen den nebeneinander liegenden Punkten des Anhaftens mit der Hülle zu gleiten, was ein Fehlen der Gleichmäßigkeit der internen Spannungen hervorruft und signifikante Veränderungen in der geometrischen Anordnung, wie beispielsweise Mikrobiegebelastungen, in die Fasern der optischen Module einbringt, die für die Verschlechterung der Transmissionscharakteristika der Fasern verantwortlich sind, die während des Testens beobachtet wurden.
Die Kabel, die gemäß der Erfindung hergestellt sind, zeigten niedrige Werte der Dämpfung des optischen Signals; es wird angenommen, dass diese Werte im Allgemeinen zwischen den Nominalwerten und ungefähr dem dreifachen der Nominalwerte der Dämpfung der verwendeten optischen Fasern liegt.
Bevorzugt schließt dieses Kabel 1 bis 7 optische Module mit 2 bis 8 Fasern pro optischem Modul ein, Garne aus Textilfaser (Aramidfaser) oder anderen Materialien mit ähnlichen mechanischen Charakteristika (Flexibilität, Zugwiderstand), wie beispielsweise Glasfasern, Kohlenfasern, Borfasern oder ähnliches, Hüllendicke zwischen 0,4 und 1,5 mm, äußeren Hüllendurchmessern zwischen 2 und 7 mm; die Hülle kann hergestellt sein zum Beispiel aus Polyvinylchlorid, Polyurethan, Halogen freien Elastomerverbindungen (in der Industrie bekannt als LSOH Verbindungen), fluorierten Polymeren, thermoplastischem oder querverbundenem Gummi und ähnlichem, gemäß den spezifischen Notwendigkeiten der Anwendung.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines optischen Kabels für die Telekommunikation, wobei das optische Kabel umfasst: – mindestens ein optisches Modul (1) umfassend mindestens zwei optische Fasern (2), die von einem Plastikmantel (3) umgeben sind, und – eine äußere thermoplatische Hülle (4), die das optische Modul umgibt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Bringen des optischen Moduls dazu, sich kontinuierlich zwischen einer Startposition und einer Aufnahmeposition vor zu bewegen, – Aufbringen einer Lage (5) eines flexiblen, dehnbeständigen Garns in einer Position radial auswärts des optischen Moduls, – Extrudieren der äußeren, thermoplastischen Hülle über der Lage des flexiblen, dehnbeständigen Garns, – Kühlen der extrudierten äußeren Hülle, – Bringen der Garne und der äußeren Hülle dazu, sich durch Biegen des Kabels um mindestens 90° gleichmäßig miteinander zu verkleben, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Biegens den Schritt des Durchführens mindestens einer Biegung des Kabels in mindestens zwei sich voneinander unterscheidenden Ebenen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die sich voneinander unterscheidenden Ebenen Ebenen sind, die senkrecht zueinander stehen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Biegungen von ungefähr 180° in jeder Ebene durchgeführt werden, in entgegen gesetzten Richtungen.