EP1979776A1

EP1979776A1 - Optisches kabel und verfahren zur herstellung eines optischen kabels

Info

Publication number: EP1979776A1
Application number: EP07703072A
Authority: EP
Inventors: Stefan Fruhnert; Andreas Stingl
Original assignee: CCS Technology Inc
Current assignee: Corning Research and Development Corp
Priority date: 2006-01-27
Filing date: 2007-01-26
Publication date: 2008-10-15
Also published as: US20090116797A1; CN101375194A; WO2007085473A1; DE102006004011A1

Abstract

Ein optisches Kabel umfasst eine Kabelseele (100), die optische Übertragungselemente (10) enthält, die ein zentral angeordnetes Zugentlastungselement (20) umgeben. Als weiteres Zugentlastungselement sind Garne (31) die Kabelseele (100) umgebend angeordnet. Die gesamte Anordnung ist von einem Kabelmantel (400) umgeben. Als Materialien für die Aderhüllen (2) der optischen Übertragungselemente, die Zugentlastungselemente (20) und den Kabelmantel (400) wird ein thermoplastisches Material verwendet, in das Pflanzenfasern als Füllstoff eingebettet sind. Durch die Verwendung derartiger pflanzenfasergefüllter Kunststoffmaterialien lassen sich die Materialeigenschaften von Aderhülle, Kabelmantel und Zugentlastungselementen, wie beispielsweise das Schrumpfverhalten von Materialien bei der Fertigung sowie die Querdruck- und Zugfestigkeit, verbessern.

Description

Beschreibung

Optisches Kabel und Verfahren zur Herstellung eines optischen Kabels

Die Erfindung betrifft ein optisches Kabel, bei dem mindestens eine Komponente des optischen Kabels ein Material aus einem Kunststoff enthält. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Kabels, bei dem mindestens eine Komponente des optischen Kabels ein Material aus einem Kunststoff enthält.

Ein optisches Kabel umfasst im Allgemeinen eine Kabelseele, die von einem Kabelmantel umgeben ist. Die Kabelseele kann mehrere optische Übertragungselemente, die beispielsweise als Festadern oder Bündeladern ausgebildet sind, enthalten. Im Falle einer Festader ist ein Lichtwellenleiter von einer festen Schutzhülle aus einem geeigneten Kunststoffmaterial umgeben. Bei einer Bündelader sind mehrere Lichtwellenleiter zu einem losen Bündel angeordnet, das von einer Aderhülle umgeben ist.

In der Kabelfertigung werden als Materialien für den Kabelmantel und die Aderhüllen der optischen Übertragungselemente überwiegend thermoplastische Kunststoffe verwendet. Diese werden erwärmt und mit Hilfe eines Extruders als Schlauch zur Ausbildung des Kabelmantels um die Kabelseele beziehungsweise zur Ausbildung einer Aderhülle um die zu einem Bündel angeordneten Lichtwellenleiter extrudiert. Das optische Kabel wird anschließend in einem Kühlbecken auf Raumtemperatur abgekühlt . Aufgrund des hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Kunststoffen tritt dabei ein ausgeprägter Materialschrumpf auf. Die Ursachen hierfür liegen beispielsweise in einem Orientierungsschrumpf und einem Schrumpfvorgang durch Nachkristallisation. Der Orientierungsschrumpf wird dadurch hervorgerufen, dass orientierte Polymerketten bei einer Temperaturänderung bestrebt sind, wieder in ihren nicht orientierten Ausgangszustand zurückzukehren. Ein Schrumpfprozess aufgrund von Nachkristallisation tritt bei teilkristallinen Kunststoffen, wie beispielsweise Polyamid oder Polybutylentherephtalat, auf. Nach Erwärmen des Polymers sind die Kristallite aufgeschmolzen. Bei einem anschließenden Abkühlungsvorgang kristalliert das Polymermaterial teilweise. Der Kristallisationsvorgang setzt sich auch nach Abkühlung in Form einer Nachkristallisation fort, wodurch ein Materialschwinden hervorgerufen wird.

Durch ein derartiges thermisches Schwinden infolge einer Abkühlung des optischen Kabels nach einer Mantelextrusion treten hohe axiale Stauchkräfte auf. Um zu verhindern, dass aufgrund eines Kabelschrumpfs die Faserüberlänge eine spezifizierte Länge nicht überschreitet, muss in der Kabelfertigung ein Schrumpfprozess einer Ader beziehungsweise des Kabelmantels stets kontrolliert und kompensiert werden. Um den Schwund zu kompensieren, werden derzeit häufig Stützelemente aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff oder einem Stahl verwendet .

Bei ungestützten Kabelaufbauten wird ein Mantelschrumpf direkt auf die Kabelseele übertragen. Bei derartigen Kabelaufbauten wird versucht, durch ein gezieltes fertigungstechnisches Eingreifen auf Linienparameter innerhalb einer Fertigungslinie den Ader- beziehungsweise Mantelschrumpf zu kom- pensieren. Dazu werden beispielsweise die Fasern, Adern beziehungsweise die gesamte Kabelseele vorgespannt beziehungsweise vorgedehnt .

Auch im Betrieb des optischen Kabels zeigen die thermoplastischen Kunststoffmaterialien bei Temperaturwechseln ein ausgeprägtes thermisches Schrumpf- oder Expansionsverhalten, das sich negativ auf die Kabeleigenschaften, wie beispielsweise die optische Dämpfung, auswirken kann. Das Schrumpfen oder Ausdehnen des Mantelmaterials muss daher fertigungstechnisch und konstruktiv kompensiert werden. Zur Kompensation von Schwund und Expansion im Betrieb des optischen Kabels sind ebenfalls vorwiegend innerhalb der Kabelseele Stützelemente aus glasfaserverstärktem Kunststoff beziehungsweise metallische Armierungsmittel vorgesehen.

Eine spezifische Anforderung, die an ein optisches Kabel gestellt wird, ist die Querdruckfestigkeit und die Zugfestigkeit der Ader beziehungsweise des Kabels. Sie wird im Wesentlichen durch die Kabelkonstruktion und die Materialparameter, wie den Elastizitätsmodul (E-Modul) , den Kriechmodul, die Streckspannung, die Bruchspannung und die Schlagzähigkeit, gekennzeichnet. Wünschenswert ist ein hoher E-Modul, eine hohe Bruchspannung beziehungsweise -dehnung, eine hohe Schlagzähigkeit und eine geringe Abnahme des Kriechmoduls als Funktion der Zeit/Belastung. Um die geforderte Querdruckfestigkeit zu erreichen, wird die Kabelkonstruktion derzeit anforderungsgemäß hinsichtlich Kabeltyp und Ader- und Kabeldimension angepasst. Um die geforderte Zugfestigkeit zu erreichen, werden in das optische Kabel Zugelemente aus Aramid, glaserfaserverstärkten Kunststoffen oder Metallen eingebettet. Thermoplastische Materialien zeigen im Allgemeinen unter konstanter Belastung eine zeitabhängige Deformation, das sogenannte Kriechen. Die in der Ader- beziehungsweise dem Kabelmantel eingesetzten Thermoplaste zeigen ein ausgeprägtes Kriechverhalten. Um die Kriechfestigkeit bei optischen Kabeln unter Last zu erhöhen, wird derzeit beispielsweise die Kabeldimension erhöht, oder es werden innerhalb des optischen Kabels kriechfeste Materialien, wie glasfaserverstärkte Kunststoffe, Aramid oder Stahl, eingesetzt.

Die in der Kabelfertigung verwendeten thermoplastischen Materialien enthalten hauptsächlich synthetisch polymerisierte Kohlenwasserstoffe. Unter umwelttechnischen Gesichtspunkten, wie Energieverbrauch und Schutz der Ressourcen, ist es wünschenswert, den Anteil an synthetisch polymerisierten Kunststoffen zu vermindern beziehungsweise Thermoplaste auf der Basis von synthetisch polymerisierten Kohlenwasserstoffen durch umweltfreundlichere Materialien zu ersetzen. Der Umweltschutz wird derzeit nur im Rahmen von Recyclingverfahren, die eine Wiederverwendung der synthetischen Kunststoffe ermöglichen, berücksichtigt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein optisches Kabel anzugeben, bei dem die optischen Übertragungseigenschaften verbessert sind. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Kabels anzugeben, bei dem die optischen Übertragungseigenschaften verbessert sind.

Die Aufgabe in Bezug auf das optische Kabel wird gelöst durch ein optisches Kabel mit einer Kabelseele, die mindestens ein optisches Übertragungselement mit mindestens einem Lichtwellenleiter umfasst, und mit einer Hülle, die die Kabelseele umgibt. Die Hülle ist aus einem Kunststoffmaterial gebildet, das einen Füllstoff enthält, wobei der Füllstoff Naturfasern enthält.

In einer Ausführungsform des optischen Kabels sind die Naturfasern als Pflanzenfasern ausgebildet. Die Pflanzenfasern können beispielsweise als Fasern aus Holz ausgebildet sein. Die Pflanzenfasern können in weiteren Ausführungsformen auch als Fasern aus Bambus, Kokos, Hanf, Jute, Sisal oder Flachs ausgebildet sein.

Gemäß einer Weiterbildung des optischen Kabels sind die Pflanzenfasern mit einer Länge von bis zu 50 mm in das Kunst- stoffmaterial eingebettet. Die Pflanzenfasern können auch gemahlen sein und in Form eines Fasermehls in das Kunststoffmaterial eingebettet sein.

Bei einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass bei dem optischen Kabel der Masseanteil der Pflanzenfasern an der Gesamtmasse der Hülle mehr als 5 %, insbesondere zwischen 30 % und 60 %, beträgt. Bei einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Masseanteil der Pflanzenfasern an der Gesamtmasse der Hülle bis zu 95 % beträgt.

Bei einer weiteren Ausgestaltung des optischen Kabels enthält das Kunststoffmaterial ein Polymer. Die Hülle des optischen Kabels kann einen pflanzenfaserverstärkten Kunststoff enthalten.

Bei einer anderen Ausführungsform des optischen Kabels ist die Hülle aus mindestens zwei Schichten gebildet. Eine der mindestens zwei Schichten der Hülle weist ein Kunststoffmate- rial auf, das einen Füllstoff enthält, wobei der Füllstoff Pflanzenfasern enthält .

Die Hülle des optischen Kabels kann als ein Kabelmantel des optischen Kabels ausgebildet sein.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des optischen Kabels weist das mindestens eine optische Übertragungselement eine Hülle auf, die den mindestens einen Lichtwellenleiter umgibt. Die Hülle des mindestens einen optischen Übertragungselements weist ein Kunststoffmaterial auf, das einen Füllstoff enthält, wobei der Füllstoff Pflanzenfasern enthält.

Gemäß einer anderen Ausführungsform des optischen Kabels um- fasst das mindestens eine optische Übertragungselement mehrere zu einem Lichtwellenleiterbündel angeordnete Lichtwellenleiter.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kabelseele mindestens ein Zugentlastungselement auf. Das mindestens eine Zugentlastungselement weist ein Kunststoffmaterial auf, das vorzugsweise aus dem gleichen Kunststoffmaterial wie die Hülle des optischen Kabels ausgebildet ist, wobei das Kunststoffmaterial einen Füllstoff enthält, wobei der Füllstoff Pflanzenfasern enthält.

Gemäß eines weiteren Merkmals des optischen Kabels umfasst das optische Kabel mehrere der Lichtwellenleiterbündel. Das mindestens eine Zugentlastungselement ist zentral in der Kabelseele angeordnet, wobei die mehreren der Lichtwellenleiterbündel um das mindestens, eine Zugentlastungselement angeordnet sind. Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das mindestens eine Zugentlastungselement aus mindestens zwei Schichten gebildet ist. Eine der mindestens zwei Schichten weist ein glasfaserverstärktes Kunststoffmaterial und eine andere der mindestens zwei Schichten weist ein Kunststoffmaterial auf, das einen Füllstoff enthält, wobei der Füllstoff Pflanzenfasern enthält .

Eine andere Ausführungsform des optischen Kabels sieht vor, dass das mindestens eine optische Übertragungselement mehrere zu einem Lichtwellenleiterbündel angeordnete Lichtwellenleiter enthält. Die Kabelseele weist mindestens ein Zugentlastungselement auf, das zentral in der Kabelseele angeordnet ist. Das optische Kabel umfasst mehrere optische Übertragungselemente, die um das mindestens eine Zugentlastungselement angeordnet sind. Um das mindestens eine Zugentlastungs- element ist eine Blindader angeordnet, die eine Hülle umfasst, die ein pflanzenfaserverstärktes Kunststoffmaterial umgibt .

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des optischen Kabels enthält das mindestens eine Zugentlastungselement eine Vielzahl von Garnen, die die mehreren der Lichtleiterbündel umgeben.

In einer möglichen Ausgestaltungsform des optischen Kabels ist das mindestens eine optische Übertragungselement als ein Faserbändchen ausgebildet, das mehrere des mindestens einen Lichtwellenleiters umfasst. Das optische Übertragungselernent ist von mehreren des mindestens einen Zugentlastungselements umgeben . Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Kabels angeben. Das Verfahren sieht das Bereitstellen eines Kunststoffmaterials, das ein Polymer und ein Füllmaterial enthält, vor, wobei das Füllmaterial Naturfasern enthält. Das Kunststoffmaterial wird erwärmt. Des Weiteren wird eine Kabelseele bereitgestellt, die mindestens ein optisches Übertragungselement mit mindestens einem Lichtwellenleiter umfasst. Das erwärmte Kunststoffmaterial wird um die Kabelseele zur Formung eines Kabelmantels extrudiert .

Als Kunststoffmaterial wird vorzugsweise ein pflanzenfaserverstärktes Kunststoffmaterial bereitgestellt, wobei das Füllmaterial Pflanzenfasern enthält.

Gemäß einer anderen Ausführungsform des Verfahrens werden mehrere des mindestens einen Lichtwellenleiters zu einem Lichtwellenleiterbündel angeordnet. Das erwärmte pflanzenfaserverstärkte Kunststoffmaterial wird um das Lichtwellenleiterbündel zur Formung einer Hülle des Lichtwellenleiterbündels extrudiert.

Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens wird ein Zugentlastungselement bereitgestellt, das ein pflanzenfaserverstärktes Kunststoffmaterial enthält. Des Weiteren werden mehrere des Lichtwellenleiterbündels bereitgestellt. Die mehreren des Lichtwellenleiterbündels werden um einen Umfang des Zugentlastungselements angeordnet .

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden um die Kabelseele Garne als Zugentlastungselemente angeordnet, wobei die Garne ein pflanzenfaserverstärktes Kunststoffmaterial enthalten. Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren, die Aus- führungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zeigen, näher erläutert .

Es zeigen:

Figur 1 eine erste Ausführungsform eines optischen Kabels, das ein thermoplastisches Material enthält, in das ein Material aus Pflanzenfasern als Füllstoff eingebettet ist,

Figur 2 eine zweite Ausführungsform eines optischen Kabels, das ein thermoplastisches Material enthält, in das ein Material aus Pflanzenfasern als Füllstoff eingebettet ist,

Figur 3 eine dritte Ausführungsform eines optischen Kabels, das ein thermoplastisches Material enthält, in das ein Material aus Pflanzenfasern als Füllstoff eingebettet ist,

Figur 4 eine Kabelseele eines optischen Kabels, die ein thermoplastisches Material enthält, in das ein Material aus Pflanzenfasern als Füllstoff eingebettet ist,

Figur 5 eine vierte Ausführungsform eines optischen Kabels, das ein thermoplastisches Material enthält, in das ein Material aus Pflanzenfasern als Füllstoff eingebettet ist

Figur 6 eine Fertigungseinheit zur Herstellung eines optischen Kabels mit einem reduzierten Anteil an thermoplastischen Materialien.

Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines optischen Kabels, das eine Kabelseele 100 umfasst, die von einem Kabelmantel 400 umgeben ist. Die Kabelseele 100 enthält ein zent- ral angeordnetes Stützelement 60 aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff. Um das Stützelement 60 sind umfänglich mehrere optische Übertragungselemente 10 in Form von Bündeladern angeordnet. Eine derartige Bündelader umfasst mehrere Lichtwellenleiter 1, die von einer Aderhülle 2 umgeben sind. Das optische Kabel kann als füllmassenfreies Kabel oder als ein Kabel mit einer Seelenfüllmasse 50, wie in Figur 1 gezeigt, ausgebildet sein. Die Seelenfüllmasse verhindert, dass sich innerhalb der Kabelseele Feuchtigkeit in Längsrichtung entlang der optischen Übertragungselemente ausbreiten kann. Zur Unterstützung dieser Wirkung enthält die Kabelseele ein Quellgarn 70, das beispielsweise ein SAP (Super Absorbent Poymer) -Pulver enthält.

Die Kabelseele 100 ist von einer Vlieshülle 300 umgeben, über die der Kabelmantel 400 extrudiert wird. Die Vlieshülle 300 bildet einen thermischen Schutz der Kabelseele vor den hohen Temperaturen, die bei der Extrusion des Kabelmantels 400 auftreten. Die Vlieshülle 300 kann zusätzlich die Funktion haben, das Eindringen von Feuchtigkeit in die Kabelseele zu verhindern. Dazu enthält die Vlieshülle ebenso wie das Quellgarn ein SAP-Pulver. Als SAP-Materialien werden beispielsweise Salze aus einer Acrylsäure verwendet. Bei Kontakt mit Feuchtigkeit bewirkt das SAP-Pulver eine Volumenvergrößerung der Vlieshülle 300 beziehungsweise des Quellgarns 70, sodass die Vlieshülle beziehungsweise das Quellgarn aufquellen und die Kabelseele gegen eindringendes Wasser abdichten. Erfindungsgemäß enthält der Kabelmantel 400 ein thermoplastisches Material, in das ein Material aus einer Pflanzenfaser als Füllstoff eingebettet ist. Ebenso kann auch die Aderhülle 10 ein thermoplastisches Material aufweisen, das als Füllstoff ein Material aus einer Pflanzenfaser enthält. Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines optischen Kabels, bei dem der Anteil an thermoplastischen Materialien reduziert ist. Das optische Kabel der Figur 2 umfasst eine Kabelseele 100, die mehrere Festadern 10' als optische Übertragungselemente enthält. Eine Festader 10' weist in ihrem Inneren einen Lichtwellenleiter 1 auf, der von einer festen Schutzhülle aus einem Kunststoffmaterial umgeben ist. Die Kabelseele 100 ist von einem mehrschichtigen Aufbau, im Falle der Kabelanordnung der Figur 2 von einem zweischichtigen Aufbau einer Hülle 200, umgeben. Die Hülle 200 umfasst eine Schicht 201, die ein thermoplastisches Material enthält, und eine Schicht 202, die ein thermoplastisches Material enthält, in das als Füllstoff ein Material aus einer Pflanzenfaser eingebettet ist.

Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines optischen Kabels bei dem der Anteil an thermoplastischen Materialien reduziert ist. Das optische Kabel ähnelt der in Figur 1 dargestellten Kabelanordnung. Es umfasst eine Kabelseele 100, die mehrere Bündeladern 10 enthält, die um ein zentral angeordnetes Zugentlastungselement 20 angeordnet sind. Zur Abdichtung der Kabelseele ist ein Quellgarn 70 vorgesehen. Das Zugentlastungselement 20 weist ein thermoplastisches Material auf, das als Füllstoff ein Material aus einer Pflanzenfaser enthält. Die Kabelseele 100 ist von einem weiteren Zugentlastungselement 30 umgeben. Das Zugentlastungselement 30 enthält mehrere Garne 31, die ein Kunststoffmaterial aufweisen, das als Füllstoff ein Material aus einer Pflanzenfaser enthält. Das Zugentlastungselement 30 ist ähnlich der Kabelanordnung der Figur 1 von einer Vlieshülle 300 umgeben, um die ein Kabelmantel 400 extrudiert ist. Neben der Verwendung von organischen Faserstrukturen als Füllstoff für die thermoplastischen Materialien der Garne 31 und des zentral angeordneten Zugentlastungselements 20 können auch die Aderhüllen der Bündeladern sowie der Kabelmantel 400 ein Kunststoffmaterial aufweisen, das als Füllstoff ein Material aus einer Pflanzenfaser enthält.

Des Weiteren kann das Zugentlastungselement 20 neben den optischen Übertragungselementen auch von mindestens einer Blindader 80 umgeben sein. Solche Blindadern weisen bisher ein Material aus einem reinen Kunststoff auf, über das eine Aderhülle extrudiert ist. Es wird vorgeschlagen als Material für die Blindader ein thermoplastische Material zu verwenden, in das ein organischer Füllstoff aus einem Material aus einer Pflanzenfaser eingebettet ist. Das pflanzenfaserverstärkte Material wird von einer Hülle 81 umgeben.

Figur 4 zeigt eine Kabelseele eines optischen Kabels. Um ein zentral angeordnetes Zugentlastungselement sind mehrere Bündeladern 10 und ein Quellfaden 70 angeordnet. Das Zugentlastungselement weist eine innere Schicht 21 und eine äußere Schicht 22 auf. Die innere Schicht 21 wird aus einem Kunst- stoffmaterial gebildet. Die äußere Schicht 22 umfasst ein Kunststoffmaterial, in das als Füllstoff ein Material aus einer Pflanzenfaser eingebettet ist.

Figur 5 zeigt ein optisches Kabel, das als ein Bändchenkabel ausgebildet ist. Das optische Übertragungselement 10 umfasst mehrere Lichtwellenleiter 1, die nebeneinander angeordnet sind. Innerhalb der Kabelseele 100, die von einem Kabelmantel 400 umgeben ist, befinden sich Zugentlastungselemente 40. Die Zugentlastungselemente weisen ein Kunststoffmaterial auf, in dem als Füllstoff ein Material aus einer Pflanzenfaser eingebettet ist.

Wie die Figuren l bis 5 zeigen, enthalten die Aderhüllen 2, die Hülle 200, die die Kabelseele umgibt, der Kabelmantel 400 aber auch die Zugentlastungselemente ein thermoplastisches Material, in das ein Material aus einer Pflanzenfaser als Füllstoff eingebettet ist. Als thermoplastische Materialien werden Polymere, beispielsweise Polyethylen, Polyprophylen, Polystyrol, Polyamid, Polybutylentherephtalat und/oder Epoxidharze sowie Polyesterharze verwendet. Als organische Füllstoffmaterialien werden Pflanzenfasern aus Weich-/Hartholz, Hanf, Sisal, Jute, Kokosholz, Bambus oder Flachs verwendet.

Die Stabilität von derartigen pflanzenfaserverstärkten Kunststoffen kann durch den Faseranteil sowie die Art der Fasern entscheidend beeinflusst werden. Je höher der Pflanzenfaseranteil ist, desto stabiler und unempfindlicher ist das Material gegenüber einem Schrumpfprozess und in Bezug auf die Zug- und Querdruckfestigkeit. Diese Pflanzenfasermaterialien werden vorzugsweise mit einem Volumenanteil von 5 % bis 95 % in die thermoplastischen Grundmaterialien als Füllstoffe eingebettet.

Als Fasern kommen Langfasern mit Längen von bis zu 5 mm oder Kurzfasern mit Längen zwischen 0,1 mm und 0,5 mm zum Einsatz. Es kann aber auch anstelle der Fasern ein Fasermehl verwendet werden. Dazu werden die Pflanzenfasern zu Feinpartikeln mit einer Korngröße kleiner als 100 μm gemahlen. Das so gewonnene Fasermehl wird vorzugsweise für Hüllen mit dünnen Wanddicken verwendet. Beim Einsatz von Fasermehl anstelle von Bruchstücken von Pflanzenfasern wird die Oberflächenqualität einer Hülle, die einen derartigen pflanzenfaserverstärkten Kunststoff enthält, verbessert.

Durch den Einsatz von Materialien aus Pflanzenfasern als Füllstoffe für thermoplastische Materialien lassen sich die Materialeigenschaften von Kabelmänteln, Aderhüllen und Zugentlastungselementen für optische Kabel entscheidend verbessern. So wird durch den Einsatz von Pflanzenfasern als Füllstoffe für thermoplastische Materialien, die für Aderhüllen und Kabelmäntel verwendet werden, eine Stützwirkung und damit eine Verringerung des Materialschrumpfes bei der Abkühlung von einer hohen Extrusionstemperatur auf Raumtemperatur bewirkt. Die Maßhaltigkeit des Extrudats wird durch die Stützwirkung der Pflanzenfasern verbessert . So weisen zum Beispiel Holzfasern aus Massivholz einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, der etwa um einen Faktor 10 kleiner ist, als derjenige von ungefüllten thermoplastischen Materialien.

Durch den geringeren Schwund können Zugentlastungselement aus glasfaserverstärkten Kunststoffen oder Stahl, die bisher den Mantelschrumpf verhindert oder eingedämmt hatten, entweder ganz entfallen oder mit deutlich weniger Material aufgebaut werden. So ist es beispielsweise möglich, das Zugentlastungs- element 20 mit einem deutlich geringeren Durchmesser als zentrales Stützelement in der Kabelseele vorzusehen. Es ist auch möglich, wie in Figur 4 gezeigt, für das Zugentlastungs- element 20 einen Zweischichtaufbau vorzusehen. Dabei weist die innere Schicht 21 beispielsweise einen glasfaserverstärkten Kunststoff oder ein Stahlelement auf, auf dem eine Schicht aus einem pflanzenfaserverstärkten Kunststoff 22 aufgebracht ist. Dadurch kommt es zu einer Einsparung von Kunst- stoffmaterial und somit auch zu einer Kosteneinsparung, da die Kosten von naturfaserverstärkten Kunststoffen unter den Kosten von reinem Kunststoffmaterial liegen.

Durch den Einsatz von Pflanzenfasern als Füllstoffe für thermoplastische Materialien wird der thermische Ausdehnungskoeffizient der Kunststoffmaterialien deutlich reduziert. Es hat sich gezeigt, dass eine Halbierung des linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten bei Verwendung von pflanzenfaserverstärkten Kunststoffen im Vergleich zur Verwendung von reinen thermoplastischen Kunststoffen möglich ist.

Des Weiteren werden die Querdruckfestigung und die Zugfestigkeit von Aderhüllen beziehungsweise des gesamten optischen Kabels erhöht. Bei einer Füllung des thermoplastischen Materials mit 30 % Hanffasern erhöht sich der E-Modul von Po- lyprophylen beispielsweise um einen Faktor 3 bis 4. Hinzu kommt, dass sich auch die Streckgrenze und die Schlagzähigkeit erhöhen. Durch die Verbesserung von Querdruck- und Zugfestigkeit kann bei Verwendung von zusätzlichen klassischen Zugelementen aus Aramid oder glasfaserverstärkten Kunststoffen Material eingespart werden. Des Weiteren zeigen pflanzenfaserverstärkte Kunststoffe aufgrund der elastischen Struktur der Pflanzenfasern ein sehr günstiges Kriechverhalten.

Darüber hinaus werden bei Verwendung von Kunststoffmaterialien, die Pflanzenfasern als Füllstoff enthalten, im Hinblick auf den Umweltschutz Erdölressourcen geschont. Somit kann durch das Füllen von Polymermaterialien mit bis zu 95 % organischem Füllstoff ein wertvoller Beitrag zum Umweltschutz geleistet werden. Des Weiteren werden bei der Verarbeitung von thermoplastischen Materialien, die hohe Füllstoffanteile aus Pflanzenfasern aufweisen, Betriebs- und Fertigungsanlagen geschont, da organische Füllstoffe im Gegensatz zu anorgani- sehen Füllstoffen einen geringeren Maschinen- und Werkzeugverschleiß hervorrufen.

Ferner sind die Kosten für pflanzenfaserverstärkte Kunststoffen wesentlich geringer als die Kosten von reinen thermoplastischen Materialien beziehungsweise von thermoplastischen Materialien, in die anorganische Füllstoffe eingebettet sind. Neben der Kostenreduzierung geht mit der Verwendung von pflanzenfasergefüllten Kunststoffmaterialien auch eine Gewichtsreduzierung des optischen Kabels einher.

Figur 6 zeigt eine Fertigungslinie zur Herstellung eines optischen Kabels in vereinfachter Darstellung. Ein Behälter Bl enthält ein thermoplastisches Kunststoffmaterial P, in das ein Material aus Pflanzenfasern F als Füllstoff eingebettet ist. Der Behälter Bl ist an einen Extruder El angeschlossen. Dem Extruder El wird ein Bündel von Lichtwellenleitern 1 zugeführt. In dem Behälter Bl wird das Matrixmaterial aus dem Thermoplast und das Füllmaterial aus den Pflanzenfasern erwärmt und ebenfalls dem Extruder El zugeführt. In dem Extruder El wird das pflanzenfaserverstärkte Kunststoffmaterial NFK um die zu einem Bündel angeordneten Lichtwellenleiter 1 als Aderhülle 2 extrudiert .

Mehrere dieser Bündeladern werden einer Verarbeitungseinheit V zugeführt. In der Verarbeitungseinheit V wird die Kabelseele des optischen Kabels ausgebildet. Dazu werden der Verarbeitungseinheit V ein Zugentlastungselement 20 zugeführt, das ein pflanzenfaserverstärktes Kunststoffmaterial enthält. Des Weiteren werden der Verarbeitungseinheit V Garne 30 zugeführt, die ebenfalls einen pflanzenfaserverstärkten Kunststoff enthalten. In der Verarbeitungseinheit V werden die Bündeladern um das zentrale Zugentlastungselement 20, das aus dem pflanzenfaserverstärkten Kunststoffmaterial gebildet ist, angeordnet. Um die so geformte Kabelseele werden die Garne 30 angeordnet, die die lose Anordnung der Bündeladern um das zentral angeordnete Zugentlastungselement zusammenhalten.

Die so geformte Kabelseele wird anschließend einem Extruder E2 zugeführt. An den Extruder E2 ist ein Behälter B2 angeschlossen. Dieser enthält ein Kunststoffmaterial P, in das ein organisches Füllmaterial aus Pflanzenfasern F eingebettet ist. Diese Materialmischung wird im Behälter B2 erwärmt und als pflanzenfaserverstärktes Kunststoffmaterial NFK dem Extruder E2 zugeführt . Im Extruder E2 wird das pflanzenfaserverstärkte Kunststoffmaterial NFK um die Vlieshülle 300 als Kabelmantel 400 extrudiert.

Die Mischungen aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial und den Pflanzenfasern lassen sich in unterschiedlichen Verarbeitungsverfahren, wie dem Spritzguss-, dem Extrusions-, Gieß- und Laminierverfahren sowie Formpressen, Strang- oder Profilgießen, erzeugen. Somit können auch sehr kleine filigrane Formen hergestellt werden, die ein thermoplastische Kunststoffmaterial mit eingebetteten Pflanzenfasern enthalten.

Die Gewinnung von Pflanzenfasern, wie beispielsweise von Ko- kosfasern, erfolgt in einer hammermühle-ähnlichen Maschine, dem Decorticator . Die Faserhüllen werden vor ihrer Verarbeitung leicht angefeuchtet und dann dem Decorticator zugeführt. Im Decorticator werden die Faserhüllen durch eine mit Schlagarmen besetzte Welle aufgeschlagen. Es entsteht dabei zu etwa 65 % Staub und ein Fasergemisch, das anschließend getrocknet wird. Andere Pflanzenfasern, wie beispielsweise Jutefasern, werden durch maschinelles Auskämmen der Faserhüllen gewonnen. Zum Einbringen der Pflanzenfasern in ein Kunstoffmaterial, der sogenannten Compoundierung, lässt sich beispielsweise ein ZweiSchneckenextruder verwenden. Die Schneckenkonfiguration und der ort des Fasereinzugs sind hinsichtlich der geringstmöglichen Faserbeschädigung beim Compoundierprozess optimiert. Vor einem Fasereinzug befindet sich ein Knetelement, welches dafür sorgt, dass beim Fasereinzug bereits eine homogenen Schmelze des thermoplastischen Materials vorliegt. Die Fasereinarbeitungsstrecke besteht lediglich aus einer langen Förderstrecke ohne Knetelemente. Auf diese Weise lassen sich die Fasern homogen in die Kunststoffschmelze einarbeiten.

Bezugszeichenliste

1 Lichtwellenleiter

2 Aderhülle

10 optisches Übertragungselement

11 Blindader

20 zentrales Zugentlastungselement

30 Zugentlastungselement 31 Garn

40 Zugentlastungselement

50 Seelenfüllmasse

60 Zugentlastungselement

70 Quellgarn

80 Aramidgarn

100 Kabelseele

200 Umhüllung

300 Vlieshülle

400 Kabelmantel B Behälter

E Extruder

F Pflanzenfaser

NFK pflanzenfaserverstärktes Kunststoffmaterial

P Polymer

V Verarbeitungseinheit

Claims

Patentansprüche

1. Optisches Kabel, umfassend:

- eine Kabelseele (100) , die mindestens ein optisches Übertragungselement (10) mit mindestens einem Lichtwellenleiter (1) umfasst,

- eine Hülle (200, 400) , die die Kabelseele (100) umgibt,

- wobei die Hülle (200, 400) aus einem Kunststoffmaterial gebildet ist, das einen Füllstoff enthält, wobei der Füllstoff Naturfasern enthält.

2. Optisches Kabel nach Anspruch 1, wobei die Naturfasern als Pflanzenfasern ausgebildet sind.

3. Optisches Kabel nach Anspruch 2, wobei die Pflanzenfasern als Fasern aus Holz ausgebildet sind.

4. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Pflanzenfasern als Fasern aus Bambus ausgebildet sind.

5. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Pflanzenfasern als Fasern aus Kokos ausgebildet sind.

6. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Pflanzenfasern als Fasern aus Hanf ausgebildet sind.

7. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Pflanzenfasern als Fasern aus Sisal ausgebildet sind.

8. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Pflanzenfasern als Fasern aus Jute ausgebildet sind.

9. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei die Pflanzenfasern als Fasern aus Flachs ausgebildet sind.

10. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei die Pflanzenfasern mit einer Länge von bis zu 50 mm in das Kunststoffmaterial eingebettet sind.

11. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei die Pflanzenfasern in Form eines Fasermehls in das Kunststoffmaterial eingebettet sind.

12. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 2 bis 11, wobei der Masseanteil der Pflanzenfasern an der Gesamtmasse der Hülle (200, 400) mehr als 5 %, insbesondere zwischen 30 ' und 60 %, beträgt.

13. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 2 bis 12, wobei der Masseanteil der Pflanzenfasern an der Gesamtmasse der Hülle (200, 400) bis zu 95 % beträgt.

14. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Kunststoffmaterial ein Polymer enthält.

15. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Hülle (200, 400) einen pflanzenfaserverstärkten Kunststoff enthält.

16. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 15,

- wobei die Hülle (200) aus mindestens zwei Schichten (201, 202) gebildet ist,

- wobei eine der mindestens zwei Schichten (201) der Hülle (200) ein Kunststoffmaterial aufweist, das einen Füllstoff enthält, wobei der Füllstoff Pflanzenfasern enthält.

17. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Hülle (400) als ein Kabelmantel des optischen Kabels ausgebildet ist.

18. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 17,

- wobei das mindestens eine optische Übertragungselement (10) eine Hülle (2) aufweist, die den mindestens einen Lichtwellenleiter (1) umgibt,

- wobei die Hülle (2) des mindestens einen optischen Übertragungselements (10) ein Kunststoffmaterial aufweist, das einen Füllstoff enthält, wobei der Füllstoff Pflanzenfasern enthält.

19. Optisches Kabel nach Anspruch 18, wobei das mindestens eine optische Übertragungselement mehrere zu einem Lichtwellenleiterbündel (10) angeordnete Licht- Wellenleiter (1) umfasst.

20. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 19,

- wobei die Kabelseele (100) mindestens ein Zugentlastungs- element (20, 40) aufweist,

- wobei das mindestens eine Zugentlastungselement ein Kunst- stoffmaterial aufweist, das vorzugsweise aus dem gleichen Kunststoffmaterial wie die Hülle (200, 400) des optischen Kabels ausgebildet ist, wobei das Kunststoffmaterial einen Füllstoff enthält, wobei der Füllstoff Pflanzenfasern enthält.

21. Optisches Kabel nach Anspruch 20,

- wobei das optische Kabel mehrere der Lichtwellenleiterbündel (10) umfasst,

- wobei das mindestens eine Zugentlastungselement (20) zentral in der Kabelseele (100) angeordnet ist, wobei die mehreren der Lichtwellenleiterbündel (10) um das mindestens eine Zugentlastungselement angeordnet sind.

22. Optisches Kabel nach Anspruch 20,

- wobei das mindestens eine Zugentlastungselement (20) aus mindestens zwei Schichten (21, 22) gebildet ist,

- wobei eine der mindestens zwei Schichten (21) ein glasfaserverstärktes Kunststoffmaterial und eine andere der mindestens zwei Schichten (22) ein Kunststoffmaterial aufweist, das einen Füllstoff enthält, wobei der Füllstoff Pflanzenfasern enthält.

23. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 18,

- wobei das mindestens eine optische Übertragungselement mehrere zu einem Lichtwellenleiterbündel (10) angeordnete Lichtwellenleiter (1) enthält,

- wobei die Kabelseele (100) mindestens ein Zugentlastungs- element (20) aufweist, das zentral in der Kabelseele (100) angeordnet ist,

- wobei das optische Kabel mehrere optische Übertragungselemente umfasst, die um das mindestens eine Zugentlastungsele- ment (20) angeordnet sind,

- wobei um das mindestens eine Zugentlastungselement (20) eine Blindader (80) angeordnet ist, die eine Hülle (81) um- fasst, die ein pflanzenfaserverstärktes Kunststoffmaterial umgibt .

24. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei das mindestens eine Zugentlastungselement (30) eine Vielzahl von Garnen (31) enthält, die die mehreren der Lichtleiterbündel (10) umgeben.

25. Optisches Kabel nach Anspruch 20,

- wobei das mindestens eine optische Übertragungselement als ein Faserbändchen (10) ausgebildet ist, das mehrere des mindestens einen Lichtwellenleiters (1) umfasst,

- wobei das optische Übertragungselement (10) von mehreren des mindestens einen Zugentlastungselements (40) umgeben ist.

26. Verfahren zur Herstellung eines optischen Kabels, umfassend die folgenden Schritte :

- Bereitstellen eines Kunststoffmaterials, das ein Polymer und ein Füllmaterial enthält, wobei das Füllmaterial Naturfasern enthält,

- Erwärmen des Kunststoffmaterials,

- Bereitstellen einer Kabelseele (100) , die mindestens ein optisches Übertragungselement (10) mit mindestens einem Lichtwellenleiter (1) umfasst,

- Extrudieren des erwärmten Kunststoffmaterials um die Kabelseele (100) zur Formung eines Kabelmantels (400) .

27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei als Kunststoffmaterial ein pflanzenfaserverstärktes Kunststoffmaterial bereitgestellt wird, wobei das Füllmaterial Pflanzenfasern enthält.

28. Verfahren nach Anspruch 27, umfassend die folgenden Schritte:

- Anordnen von mehreren des mindestens einen Lichtwellenleiters (1) zu einem Lichtwellenleiterbündel (10) ,

- Extrudieren des erwärmten pflanzenfaserverstärkten Kunststoffmaterials um das Lichtwellenleiterbündel (10) zur Formung einer Hülle (2) des Lichtwellenleiterbündels.

29. Verfahren nach Anspruch 28, umfassend die folgenden Schritte:

- Bereitstellen eines Zugentlastungselements (20) , das ein pflanzenfaserverstärktes Kunststoffmaterial enthält,

- Bereitstellen von mehreren des Lichtwellenleiterbündels (10) ,

- Anordnen der mehreren des Lichtwellenleiterbündels um einen Umfang des Zugentlastungselements (20) .

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 29, wobei um die Kabelseele (10) Garne (31) als Zugentlastungs- elemente angeordnet werden, wobei die Garne ein pflanzenfa- serverstärktes Kunststoffmaterial enthalten.