EP1979777A2 - Optisches kabel und verfahren zur herstellung eines optischen kabels - Google Patents

Optisches kabel und verfahren zur herstellung eines optischen kabels

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Publication number
EP1979777A2
EP1979777A2 EP07703073A EP07703073A EP1979777A2 EP 1979777 A2 EP1979777 A2 EP 1979777A2 EP 07703073 A EP07703073 A EP 07703073A EP 07703073 A EP07703073 A EP 07703073A EP 1979777 A2 EP1979777 A2 EP 1979777A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
optical
cable
cable core
optical cable
polymer mixture
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP07703073A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Waldemar STÖCKLEIN
Günter Wünsch
Andreas Stingl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Corning Research and Development Corp
Original Assignee
CCS Technology Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CCS Technology Inc filed Critical CCS Technology Inc
Publication of EP1979777A2 publication Critical patent/EP1979777A2/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/44—Mechanical structures for providing tensile strength and external protection for fibres, e.g. optical transmission cables
    • G02B6/4401—Optical cables
    • G02B6/4429—Means specially adapted for strengthening or protecting the cables
    • G02B6/44384—Means specially adapted for strengthening or protecting the cables the means comprising water blocking or hydrophobic materials

Definitions

  • the invention relates to an optical cable in which a cable core is surrounded by a shell. Furthermore, the invention relates to a method for producing an optical cable, in which a cable core is surrounded by a sheath.
  • optical cables especially optical cables for ground and pipe applications, there is a risk that water may enter the cable at the end of the installation or at points of damage.
  • the penetration of water generally leads to a deterioration of the transmission characteristics of the optical cable.
  • the transmission characteristics deteriorate, in particular, when water propagates in the interior of the cable in the longitudinal direction of optical transmission elements, which are arranged in the cable core. Therefore, optical cables are generally longitudinally watertight.
  • the cable core of an optical cable in which the optical transmission elements are arranged for example, filled with a filling compound.
  • the filling compound surrounds the individual optical transmission elements, so that no moisture can propagate along the optical transmission elements.
  • Semi-dry cables do not contain core filler. In a semi-dry cable with loose tubes as optical transmission elements only the interior of the wires is filled with a Ader Stahl. The optical fibers in the interior Ren a vein are thus protected against moisture.
  • the cable core is generally surrounded by a swelling fleece. When water enters the cable core, the swelling fleece swells, thus sealing the space between the individual optical transmission elements.
  • source yarns are arranged within the cable core.
  • the source yarns also contain a swellable material that swells on contact with water and thus seals the space within the cable core between the individual optical transmission elements.
  • Swelling nonwovens as well as swelling yarns are processed on spools.
  • a band-shaped swellable nonwoven is initially present.
  • the nonwoven tape In order for the nonwoven tape to wrap around the cable core, it must be formed into a sleeve.
  • the nonwoven ribbon is fed to a forming tube after unwinding from the spool. Within the forming tube, the nonwoven tape is formed into an envelope-shaped tube. This hose is then connected around the cable core. As the optical transmission elements containing them arranged.
  • the cable core of an optical cable is surrounded by a plurality of wad-shaped nonwoven webbing sections.
  • the individual nonwoven strip sections can lap over at their respective ends or can be separated from each other by a narrow gap.
  • the object of the present invention is to specify an optical cable in which a longitudinal water-tightness of the cable and good processing properties of the cable are provided.
  • Another object of the present invention is to provide a method for producing an optical cable, in which a longitudinal water tightness of the cable and good processing properties of the cable are ensured.
  • optical cable comprising a cable core with at least one optical transmission element containing at least one optical waveguide.
  • the optical cable further comprises a sheath surrounding the cable core.
  • the shell is formed of a plastic material in which a filler is mixed, which contains a swellable material, which causes an increase in volume of the shell when in contact with water.
  • the swellable material contains an acrylate.
  • the swellable material may also contain a salt of an acrylic acid.
  • the filler contains magnesium hydroxide or aluminum hydroxide.
  • the filler may also contain chalk.
  • the optical cable particles are mixed into the plastic material having a cavity in the interior.
  • the particles may be spherical.
  • the particles preferably contain a silicate. They can also be designed as tubes made of carbon.
  • the plastic material contains ethylene vinyl acetate.
  • the plastic material may also contain polyvinyl chloride.
  • the plastic material contains a thermoplastic elastomer.
  • the plastic material is preferably formed as an oil-displaced or oil-stretched thermoplastic elastomer.
  • the shell is surrounded by a cable sheath.
  • the cable core is preferably designed as a filling mass-free cable core.
  • the cable core contains a swelling yarn which has a swellable material which causes an increase in volume when the water is in contact with the water.
  • the optical cable in another embodiment, includes a strain relief member disposed centrally in the cable core. In this case, a plurality of the at least one optical transmission element are arranged around the strain relief element.
  • the optical transmission element comprises an optical waveguide which is surrounded by a cladding layer.
  • a polymer mixture which comprises a plastic material into which a filler containing a swellable material is mixed causes a volume increase in contact with water.
  • a cable core is provided which has at least one optical transmission element which contains at least one optical waveguide.
  • the polymer mixture is heated.
  • the heated polymer mixture is applied around the cable core.
  • the heated polymer mixture is cooled.
  • a cable sheath is extruded around the polymer mixture.
  • a development of the method provides that the heated polymer mixture is applied around the cable core by extruding the heated polymer mixture around the cable core.
  • the heated polymer mixture can also be applied by pumping the heated polymer mixture around the cable core.
  • the cable core is provided by arranging a plurality of the at least one optical transmission element around a strain relief element centrally arranged in the cable core.
  • the polymer blend may be provided by dispersing an acrylate as a swellable filler material into the plastic material.
  • the polymer blend may also be provided by dispersing chalk, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide or particles containing silicates or carbon as further fillers in the plastic material.
  • thermoplastic elastomer ethylene vinyl acetate or polyvinyl chloride
  • the elastomer used is preferably an oil-displaced or oil-extended thermoplastic elastomer.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of an optical cable in which a cable core of the optical cable is protected against the ingress of moisture
  • FIG. 2 shows a second embodiment of an optical cable in which a cable core of the optical cable is protected against the penetration of moisture into the cable core.
  • FIG. 1 shows a layer-twisted optical cable.
  • the cable core 100 comprises a centrally arranged strain relief element 20 around which a plurality of optical transmission elements 10a are arranged.
  • the optical transmission elements 10a are designed as loose tubes. They each comprise a plurality of optical waveguides 1, which are surrounded by a buffer tube 2.
  • the cable core 100 is surrounded by a shell 200.
  • a cable sheath 300 is extruded around the sheath 200.
  • the casing 200 contains a plastic material in which a filler is mixed in which contains a swellable material which causes an increase in the volume of the casing 200 upon contact with water.
  • a suitable swellable material for example, acrylates or salts of an acrylic acid are used. These are dispersed as a powder in a matrix polymer during a compounding process.
  • a matrix polymer for example, a base oil is used in which a fully synthetic rubber is dissolved. This makes the base oil receptive to fillers.
  • the materials used for the matrix polymer are preferably oil-displaced or oil-extended thermoplastic elastomers (TPE). However, it is also possible to use ethylene-vinyl acetate (EVA) or polyvinyl chloride (PVC). By using the materials mentioned, the sheath 200 can be easily detached from the other cable components by hand.
  • the cable core 100 further contains swelling yarns 30.
  • These contain, like the casing 200, also swellable substances, which cause an increase in volume of the swelling yarns upon penetration of water.
  • acrylics are also suitable here.
  • the sheath 200 additionally acts as a thermal barrier and as a release layer between the cable core 100 and the cable sheath 300.
  • the thermal barrier prevents, for example, that the optical transmission elements 10a in the extrusion of Cable sheath 300, due to the high temperatures occur against each other or against the cable sheath 300 stick together. By gluing the A- otherwise, the optical transmission characteristics of the cable would be significantly worsened.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of an optical cable, in which a cable core 100 contains a plurality of optical transmission elements 10b.
  • the optical transmission elements 10b are formed in the example of Figure 2 as hard cores.
  • a rigid core comprises an optical waveguide core 1, which is surrounded by a compact cladding layer 2.
  • the cable core 100 is surrounded by a casing 200, which is formed by a plastic material in which a material is embedded as a filler, which increases its volume on contact with water. Suitable filler materials are the already mentioned acrylates.
  • a casing 200 which is formed by a plastic material in which a material is embedded as a filler, which increases its volume on contact with water. Suitable filler materials are the already mentioned acrylates.
  • As the matrix polymer in which fillers are embedded polyvinyl chloride (PVC), ethylene vinyl acetate (EVA) or thermoplastic elastomers (TPE) are preferably used.
  • PVC polyvinyl chloride
  • EVA ethylene vinyl
  • a shell 200 in the embodiments of Figures 1 and 2 of said plastic materials, in which a swellable filler is embedded allows the shell 200 is highly elastic and very thin extrudable bar.
  • the sheath 200 around the cable core 100 as part of an extrusion process it is also possible to apply the filled plastic material to the cable core 100 by means of pumps. This is due to the low viscosity of the material, for example when using an oil-extended thermoplastic elastomer.
  • further fillers may also be used in the embodiments shown in FIGS. 1 and 2.
  • the matrix polymer can be mixed with chalk as a further filler. Thereby, the oil content of the base oil is lowered, whereby the strength and stability of the shell 200 is increased.
  • magnesium hydroxide or aluminum hydroxide can be added to the matrix polymer as further filler, for example.
  • Magnesium hydroxide and aluminum hydroxide are active fillers.
  • the flame retardancy of matrix materials filled with metal hydroxides is due to the fact that metal hydroxides split off water in the event of a fire.
  • Nanoparticles are, for example, nanoparticles.
  • phyllosilicates which are mixed into the matrix polymer in finely dispersed form can be used.
  • nanoparticles also so-called nanotubes can be used. This is a multi-layered construction of thin graphite layers with layers of up to ten atoms.
  • Namubians can be made with an inner diameter of 5 nm and an outer diameter of up to 10 nm. The average length is 1000 to 1500 nm.
  • the use of nanoparticles as fillers reduces abrasion during production. Nanoparticles as fillers also serve as a processing aid in production, with which the flowability of the matrix polymer can be improved.
  • FIG. 3 shows a production line for producing the cable arrangements indicated in FIGS. 1 and 2.
  • a processing unit V1 is supplied with an optical waveguide 1.
  • the processing unit Vl is connected to a container Bl, in which a polymer melt is contained.
  • the polymer melt is fed to the processing unit Vl.
  • the processing unit V1 the polymer melt is extruded as a buffer tube 2 around the optical waveguide 1.
  • the processing unit Vl can be designed such that either loose tubes or hard cores are manufactured as optical transmission elements.
  • a plurality of optical waveguides 1 are surrounded by the buffer tube of the polymer melt, whereas the polymer melt compactly surrounds the optical waveguides 1 after cooling in the formation of a tight core.
  • the processing unit V2 is connected to a container B2.
  • the container B2 contains a polymer mixture G comprising a matrix polymer P and a filler F.
  • the matrix polymer P used is preferably ethylene-vinyl acetate, polyvinyl chloride or an oil-displaced or oil-extended thermoplastic elastomer.
  • As the filler F a swellable substance such as an acrylate is used.
  • further fillers such as chalk, magnesium, aluminum hydroxide or nanoparticles may be included.
  • the polymer mixture G is heated in the container B2, and supplied to the processing unit V2.
  • a strain relief element 20 and source yarns 30 are fed to the processing unit V2.
  • the polymer melt P is extruded as a sheath 200 around the cable core 100 of the optical cable.
  • the cable core contains the strain relief 20, the buffer tubes 10a, and the swelling yarns 30.
  • the cable core contains the hard wires l ⁇ b as shown in FIG.
  • the polymer melt in the container B2 is very low viscosity
  • the polymer melt P can also be pumped around the cable core as a sheath. The extrusion process can thus also be replaced by a pumping operation.
  • the processing unit V2 is connected to a processing unit V3.
  • the processing unit V3 is in turn connected to a container B3, which contains a polymer melt, which is used to form the cable sheath 300.
  • the cable jacket 300 is extruded around the shell 200 in the processing unit V3.
  • a continuously extrudable or pumpable layer 200 is arranged around the cable core 100 as a sheath.
  • a continuously extrudable or pumpable layer 200 is arranged around the cable core 100 as a sheath.

Abstract

Ein optisches Kabel umfasst eine Kabelseele (100), die mindestens ein optisches Übertragungselement (10a, 10b) enthält. Die Kabelseele (100) ist füllmassenfrei. Sie enthält als optische Übertragungselemente mehrere Festadern (10a) oder mehrere Bündeladern (10b), die um ein zentral angeordnetes Zugentlastungselement (20) angeordnet sind. Die Kabelseele (100) ist von einer Hülle (200) umgeben, die um die Kabelseele extrudiert oder gepumpt wird. Die Hüllschicht (200) enthält ein Kunststoffmaterial, dem quellfähige Materialien, beispielsweise Acrylate, als Füllstoff zugemischt werden. Um die Hüllschicht (200) ist ein Kabelmantel (300) extrudiert. Der quellfähige Füllstoff, der in der Hüllschicht eingebettet ist, bewirkt bei Kontakt mit Wasser eine Volumenvergrößerung der Hüllschicht (200), wodurch die Kabelseele (100) gegen eindringende Feuchtigkeit abgedichtet wird.

Description

Beschreibung
Optisches Kabel und Verfahren zur Herstellung eines optischen Kabels
Die Erfindung betrifft ein optisches Kabel, bei dem eine Kabelseele von einer Hülle umgeben ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Kabels, bei dem eine Kabelseele von einer Hülle umgeben ist.
Bei optischen Kabeln, insbesondere bei optischen Kabeln für Erd- und Röhrenanwendungen, besteht die Gefahr, dass an einem Installationsende oder an Beschädigungsstellen Wasser in das Kabel eindringen kann. Das Eindringen von Wasser führt im Allgemeinen zu einer Verschlechterung der Übertragungseigenschaften des optischen Kabels. Die Übertragungseigenschaften verschlechtern sich insbesondere dann, wenn sich Wasser im Inneren des Kabels in Längsrichtung von optischen Übertragungselementen ausbreitet, die in der Kabelseele angeordnet sind. Daher werden optische .Kabel im Allgemeinen längswasserdicht ausgeführt.
Um die erforderliche Längswasserdichtigkeit zu erreichen, wird eine Vielzahl an konstruktiven Maßnahmen ergriffen. Die Kabelseele eines optischen Kabels, in der die optischen Übertragungselemente angeordnet sind, wird beispielsweise mit einer Füllmasse gefüllt. Die Füllmasse umgibt die einzelnen optischen Übertragungselemente, sodass sich entlang der optischen Übertragungselemente keine Feuchtigkeit ausbreiten kann. Semitrockene Kabel enthalten keine Seelenfüllmasse. Bei einem semitrockenen Kabel mit Bündeladern als optischen Übertragungselementen ist lediglich das Innere der Adern mit einer Aderfüllmasse ausgefüllt. Die Lichtwellenleiter im Inne- ren einer Ader sind somit gegen Feuchtigkeit geschützt. Da die Aderhüllen beziehungsweise die optischen Übertragungselemente hingegen nicht von einer Seelenfüllmasse umgeben sind, wird die Kabelseele im Allgemeinen von einem Quellvlies umge- ben. Beim Eindringen von Wasser in die Kabelseele quellt das Quellvlies auf und dichtet somit den Raum zwischen den einzelnen optischen Übertragungselementen ab.
Neben der Verwendung eines Quellvlieses zur Abdichtung der Kabelseele, sind oftmals innerhalb der Kabelseele zusätzlich Quellgarne angeordnet. Wie die Quellvliese, so enthalten auch die Quellgarne ein quellfähiges Material, das bei Kontakt mit Wasser aufquellt und somit den Raum innerhalb der Kabelseele zwischen den einzelnen optischen Übertragungselementen ab- dichtet.
Bei füllmassefreien Kabeln, so genannten trockenen Kabeln, ist die Abdichtung des Kabels durch Seelen- und Aderfüllmassen nicht zulässig. Bei trockenen Kabeln wird die Längswas- serdichtigkeit ausschließlich durch Quellvliese, die die Kabelseele und somit die einzelnen optischen Übertragungselemente umgeben, und durch Quellgarne, die innerhalb der Kabelseele zwischen den einzelnen optischen Übertragungselementen angeordnet sind, gewährleistet.
Quellvliese als auch Quellgarne werden auf Spulen verarbeitet. Beim Abwickeln eines Quellvlieses von einer Spule liegt zunächst ein bandförmiges Quellvlies vor. Damit das Vliesband die Kabelseele hüllförmig umschließt, muss es zu einer Hülle geformt werden. Dazu wird das Vliesband nach Abwickeln von der Spule einem Formrohr zugeführt. Innerhalb des Formrohres wird das Vliesband zu einem hüllförmigen Schlauch geformt . Dieser Schlauch wird anschließend um die Kabelseele bezie- hungsweise die sie enthaltenden optischen Übertragungselemente angeordnet .
Da die Lauflänge eines Vliesbandes auf einer Spule begrenzt ist und das optische Kabel im Allgemeinen deutlich länger als das auf der Spule aufgetrommelte Vliesband ist, wird die Kabelseele eines optischen Kabels von mehreren hüllförmig geformten Vliesbandabschnitten umgeben. Dabei können sich die einzelnen Vliesbandabschnitte an ihren jeweiligen Enden über- läppen oder können durch einen schmalen Spalt voneinander getrennt sein.
An fertigungsbedingten Verbindungsstellen zweier Vliesbandabschnitte treten häufig Knoten beziehungsweise Verdickungs- stellen auf, die insbesondere bei einer dünnen Haut des Kabelmantels auch nach außen hin sichtbar sind. Probleme treten bei einem derartigen optischen Kabel beispielsweise dann auf, wenn das Kabel mit seinen Verdickungsstellen in ein Leerrohr eingeblasen wird. Des Weiteren ist die Vlieshülle an einer Überlappungsstelle zweier Vliesbandabschnitte deutlich steifer als an anderen Stellen, was sich bei der Kabelfertigung negativ auswirkt. Problematisch ist auch das Auftreten von Rückstellkräften, die entstehen, wenn das zu einer Hülle geformte Vliesband das Formrohr verlässt. Durch die Rückstell- kräfte neigt die Vlieshülle insbesondere an den Überlappungsstellen zu einem erneuten Aufklaffen. Somit entstehen auch infolge dieser Rückstellkräfte entlang eines optischen Kabels, bei dem die Kabelseele von einer Vlieshülle umgeben ist, abschnittsweise immer wieder Knoten, Dick- oder Dünn- stellen. Durch derartige Unstetigkeitsstellen werden die optischen Übertragungseigenschaften verschlechtert und die weitere Verarbeitung des Kabels erschwert. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein optisches Kabel anzugeben, bei dem eine Längswasserdichtigkeit des Kabels und gute Verarbeitungseigenschaften des Kabels gewär- leistet sind. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Kabels anzugeben, bei dem eine Längswasserdichtigkeit des Kabels und gute Verarbeitungseigenschaften des Kabels gewährleistet sind.
Die Aufgabe in Bezug auf das optische Kabel wird durch ein optisches Kabel, das eine Kabelseele mit mindestens einem optischen Übertragungselement, das mindestens einen Lichtwellenleiter enthält, gelöst. Das optische Kabel umfasst des Weiteren eine Hülle, die die Kabelseele umgibt. Die Hülle ist aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet, in das ein Füllstoff eingemischt ist, der ein quellfähiges Material enthält, das bei Wasserkontakt eine Volumenvergrößerung der Hülle bewirkt .
Eine Weiterbildung sieht vor, dass das quellfähige Material ein Acrylat enthält. Das quellfähige Material kann auch ein Salz aus einer Acrylsäure enthalten.
Gemäß einer Ausbildungsform des optischen Kabels enthält der Füllstoff Magnesiumhydroxid oder Aluminiumhydroxid . Der Füllstoff kann auch Kreide enthalten.
Nach einem weiteren Merkmal des optischen Kabels sind in das Kunststoffmaterial Partikel eingemischt, die im Inneren einen Hohlraum aufweisen. Die Partikel können kugelförmig ausgebildet sein. Die Partikel enthalten vorzugsweise ein Silikat. Sie können auch als Röhrchen aus Kohlenstoff ausgebildet sein. Bei einer anderen Ausführungsform des optischen Kabels enthält das Kunststoffmaterial Ethylenvinylacetat . Das Kunst- stoffmaterial kann auch Polyvinylchlorid enthalten. Es ist auch möglich, dass das Kunststoffmaterial ein thermoplastisches Elastomer enthält. Das Kunststoffmaterial ist vorzugsweise als ein mit Öl versetztes oder Öl gestrecktes thermoplastisches Elastomer ausgebildet. Gemäß eines weiteren Merkmals des optischen Kabels ist die Hülle von einem Kabelmantel umgeben. Die Kabelseele ist vorzugsweise als eine füllmassenfreie Kabelseele ausgebildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des optischen Kabels enthält die Kabelseele ein Quellgarn, das ein quellfähige Ma- terial aufweist, das bei Wasserkontakt eine VolumenVergrößerung bewirkt .
Bei einer andere Ausführungsform des optischen Kabels umfasst das optische Kabel ein Zugentlastungselement, das zentral in der Kabelseele angeordnet ist. Dabei sind mehrere des mindestens einen optischen Übertragungselements um das Zugentlastungselement angeordnet .
Gemäß eines anderen Merkmals des optischen Kabels umfasst das optische Übertragungselement einen Lichtwellenleiter, der von einer Hüllschicht umgeben ist .
Die Aufgabe in Bezug auf das Verfahren wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Kabels, das folgen- de Schritte umfasst: Es wird ein Polymergemisch bereitgestellt, das ein Kunststoffmaterial aufweist, in das ein Füllstoff eingemischt ist, der ein quellfähiges Material enthält, das bei Wasserkontakt eine Volumenvergrößerung bewirkt. Des Weiteren wird eine Kabelseele bereitgestellt, die mindestens ein optisches Übertragungselement aufweist, das mindestens einen Lichtwellenleiter enthält. Das Polymergemisch wird erwärmt. Das erwärmte Polymergemisch wird um die Kabelseele aufgebracht . Das erwärmte Polymergemisch wird abgekühlt . Um das Polymergemisch wird ein Kabelmantel extrudiert.
Eine Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass das erwärmte Polymergemisch um die Kabelseele durch Extrudieren des er- wärmten Polymergemisches um die Kabelseele aufgebracht wird. Das erwärmte Polymergemisch kann auch durch Pumpen des erwärmten Polymergemischs um die Kabelseele aufgebracht werden.
Gemäß einem weiteren Merkmal des Verfahrens wird die Kabel- seele durch Anordnen mehrerer des mindestens einen optischen Übertragungselements um ein in der Kabelseele zentral angeordnete Zugentlastungselement bereitgestellt.
Das Polymergemisch kann durch Dispergieren von einem Acrylat als quellfähiges Füllstoffmaterial in das Kunststoffmaterial bereitgestellt werden. Das Polymergemisch kann auch durch Dispergieren von Kreide, Aluminiumhydroxid, Magnesiumhydroxid oder Partikeln, die Silikate oder Kohlenstoff enthalten als weitere Füllstoffe in das Kunststoffmaterial bereitgestellt werden.
Als Kunststoffmaterial kann ein thermoplastisches Elastomer, Ethylenvinylacetat oder Polyvinylchlorid verwendet werden. Als Elastomer wird vorzugsweise ein mit Öl versetztes oder mit Öl gestrecktes thermoplastisches Elastomer verwendet. Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren, die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zeigen, näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine erste Ausführungsform eines optischen Kabels, bei dem eine Kabelseele des optischen Kabels vor dem Eindringen von Feuchtigkeit geschützt ist,
Figur 2 eine zweite Ausführungsform eines optischen Kabels, bei dem eine Kabelseele des optischen Kabels vor dem Eindringen von Feuchtigkeit in die Kabelseele geschützt ist,
Figur 3 eine Fertigungslinie zur Fertigung eines optischen
Kabels, das gegen die Ausbreitung von Feuchtigkeit innerhalb der Kabelseele geschützt ist.
Figur 1 zeigt ein lagenverseiltes optisches Kabel. Die Kabel- seele 100 umfasst ein zentral angeordnetes Zugentlastungselement 20, um das mehrere optische Übertragungselemente loa angeordnet sind. Die optischen Übertragungselemente 10a sind als Bündeladern ausgeführt. Sie umfassen jeweils mehrere Lichtwellenleiter 1, die von einer Aderhülle 2 umgeben sind. Die Kabelseele 100 ist von einer Hülle 200 umgeben. Um die Hülle 200 ist ein Kabelmantel 300 extrudiert.
Erfindungsgemäß enthält die Hülle 200 ein Kunststoffmaterial, in dem ein Füllstoff eingemischt ist, der ein quellfähiges Material enthält, das bei Wasserkontakt eine Volumenvergrößerung der Hülle 200 bewirkt. Als ein geeignetes quellfähiges Material werden beispielsweise Acrylate oder auch Salze aus einer Acrylsäure verwendet. Diese werden während eines Compoundierungsprozesses als Pulver in ein Matrixpolymer dispergiert. Als Matrixpolymer wird beispielsweise ein Grundöl verwendet, in dem ein vollsynthetischer Gummi gelöst ist. Dadurch wird das Grundöl aufnahmefähig für Füllstoffe. Als Materialien für das Matrixpolymer lassen sich vorzugsweise mit Öl versetzte oder ölgestreckte thermoplastische Elastomere (TPE) einsetzen. Es kann aber auch Ethylenvinylacetat (EVA) oder Polyvinylchlorid (PVC) verwendet werden. Durch die Verwendung der genannten Materialien lässt sich die Hülle 200 leicht von Hand von den anderen Kabelkomponenten lösen.
Zur Unterstützung der Längswasserdichtigkeit enthält die Kabelseele 100 des Weiteren Quellgarne 30. Diese enthalten wie die Hülle 200 ebenfalls quellfähige Substanzen, die beim Eindringen von Wasser eine Volumenvergrößerung der Quellgarne bewirken. Als quellfähige Materialien kommen auch hier Acry- late in Frage. Beim Eindringen von Wasser quellen somit die Hülle 200 als auch die Quellgarne 30 auf und dichten die Kabelseele 100, die im Beispiel der Figur 1 füllmassenfrei ausgebildet ist, gegen das Eindringen von Wasser ab.
Neben ihrer Eigenschaft die Längswasserdichtigkeit der Kabelseele des optischen Kabels zu garantieren, wirkt die Hülle 200 zusätzlich als Wärmebarriere und als Trennschicht zwischen der Kabelseele 100 und dem Kabelmantel 300. In ihrer Eigenschaft als Wärmebarriere verhindert sie beispielsweise, dass die optischen Übertragungselemente 10a bei der Extrusion des Kabelmantels 300, aufgrund der dabei auftretenden hohen Temperaturen gegeneinander beziehungsweise gegen den Kabelmantel 300 verkleben. Durch ein derartiges Verkleben der A- derhüllen 2 der optischen Übertragungselemente 10a würden ansonsten die optischen Übertragungseigenschaften des Kabels deutlich verschlechtert werden.
Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines optischen Kabels, bei dem eine Kabelseele 100 mehrere optische Übertragungselemente 10b enthält . Die optischen Übertragungselemente 10b sind im Beispiel der Figur 2 als Festadern ausgebildet. Eine Festader umfasst einen Lichtwellenleiterkern 1, der von einer kompakten Hüllschicht 2 umgeben ist. Erfindungsgemäß ist die Kabelseele 100 von einer Hülle 200 umgeben, die von einem Kunststoffmaterial gebildet wird, in das als Füllstoff ein Material eingebettet ist, das bei Kontakt mit Wasser sein Volumen vergrößert- Als geeignete Füllmaterialien kommen auch hier die bereits erwähnten Acrylate in Frage. Als Matrixpolymer, in das Füllstoffe eingebettet sind, werden vorzugsweise Polyvinylchlorid (PVC) , Ethylenvinylacetat (EVA) oder thermoplastische Elastomere (TPE) verwendet. Dabei werden insbesondere mit Öl versetzte oder ölgestreckte thermoplastische E- lastomere eingesetzt. Diese sind besonders gut dazu geeignet, mit einem Füllstoff gefüllt zu werden.
Die Verwendung einer Hülle 200 in den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 und 2 aus den genannten Kunststoffmaterialien, in die ein quellfähiger Füllstoff eingebettet ist, ermöglicht es, dass die Hülle 200 hochelastisch und sehr dünn extrudier- bar ist. Neben der Möglichkeit, die Hülle 200 im Rahmen eines ExtrusionsVorgangs um die Kabelseele 100 anzuordnen, besteht auch die Möglichkeit, das gefüllte Kunststoffmaterial durch Pumpen um die Kabelseele 100 aufzubringen. Dies ist auf die geringe Viskosität des Materials, beispielsweise bei Verwendung eines ölgestreckten thermoplastischen Elastomers, zurückzuführen. Zusätzlich zur der Verwendung von Füllstoffen mit quellfähigen Eigenschaften können bei den in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen auch noch weitere Füllmaterialien verwendet werden. Beispielsweise lässt sich dem Matrixpolymer als weiterer Füllstoff Kreide zumischen. Dadurch wird der Öl- gehalt des Grundöls gesenkt, wodurch die Festigkeit und Stabilität der Hülle 200 erhöht wird.
Wenn die Hülle 200 zusätzlich flammwidrige Eigenschaften aufweisen soll, kann dem Matrixpolymer beispielsweise als weiterer Füllstoff Magnesiumhydroxid oder Aluminiumhydroxid zugemischt werden. Magnesiumhydroxid und Aluminiumhydroxid gehören zu den aktiven Füllstoffen. Die Flammwidrigkeit von Mat- rixmaterialien, die mit Metallhydroxiden gefüllt sind, ist darauf zurückzuführen, dass Metallhydroxide im Falle eines Brandes Wasser abspalten.
Weitere Füllstoffe sind beispielsweise Nanopartikel . Als Na- nopartikel können Schichtsilikate, die in das Matrixpolymer fein dispergiert eingemischt werden, verwendet werden. Als Nanopartikel können auch sogenannte Nanotubes eingesetzt werden. Dabei handelt es sich um einen mehrlagigen Aufbau von dünnen Graphitschichten mit Lagen von bis zu zehn Atomen. Na- notubes können mit einem Innendurchmesser von 5 nm und einem Außendurchmesser von bis zu 10 nm hergestellt werden. Die Länge beträgt durchschnittlich 1000 bis 1500 nm. Durch die Verwendung derartiger Nanopartikel als Füllstoffe für das Matrixpolymer der Hülle 200 lässt sich der Oberflächenwider- stand des Materials reduzieren. Des Weiteren lässt sich durch die Verwendung von Nanopartikel als Füllstoffe der Abrieb während der Fertigung reduzieren. Nanopartikel als Füllstoffe dienen darüber hinaus als Verarbeitungshilfe, bei der Kabel- fertigung, mit der sich die Fließfähigkeit des Matrixpolymers verbessern lässt .
Figur 3 zeigt eine Fertigungslinie zur Fertigung der in den Figur 1 und 2 angegebenen Kabelanordnungen. Einer Verarbeitungseinheit Vl wird ein Lichtwellenleiter 1 zugeführt . Die Verarbeitungseinheit Vl ist mit einem Behälter Bl verbunden, in dem eine Polymerschmelze enthalten ist. Die Polymerschmelze wird der Verarbeitungseinheit Vl zugeführt. In der Verar- beitungseinheit Vl wird die Polymerschmelze als Aderhülle 2 um die Lichtwellenleiter 1 extrudiert . Dabei kann die Verarbeitungseinheit Vl derart ausgebildet sein, dass entweder Bündeladern oder Festadern als optische Übertragungselemente gefertigt werden. Im Falle einer Bündelader sind mehrere Lichtwellenleiter 1 von der Aderhülle aus der Polymerschmelze umgeben, wohingegen die Polymerschmelze bei der Formung einer Festader die Lichtwellenleiter 1 nach Erkalten kompakt umgibt.
Ein optisches Übertragungselement in Form einer Bündel- oder Festader wird anschließend einer Verarbeitungseinheit V2 zugeführt. Des Weiteren werden der Verarbeitungseinheit V2 ein Zentralelement 20 sowie Quellgarne 30 zugeführt. Die Verarbeitungseinheit V2 ist mit einem Behälter B2 verbunden. Der Behälter B2 enthält ein Polymergemisch G aus einem Matrixpolymer P und einem Füllstoff F. Als Matrixpolymer P wird vorzugsweise Ethylenvinylacetat, Polyvinylchlorid oder ein mit Öl versetztes oder ölgestrecktes thermoplastisches Elastomer verwendet. Als Füllstoff F wird eine quellfähige Substanz, wie beispielsweise ein Acrylat, verwendet. Zusätzlich können in dem Behälter B2 weitere Füllstoffe wie Kreide, Magnesium-, Aluminiumhydroxid oder Nanopartikel enthalten sein. Das Polymergemisch G wird in dem Behälter B2 erhitzt, und der Verarbeitungseinheit V2 zugeführt. Darüber hinaus werden der Verarbeitungseinheit V2 ein Zugentlastungselement 20 und Quellgarne 30 zugeführt. In der Verarbeitungseinheit V2 wird die Polymerschmelze P als Hülle 200 um die Kabelseele 100 des optischen Kabels extrudiert. Im Falle der Herstellung eines lagenverseilten Kabels mit Bündeladern enthält die Kabelseele das Zugentlastungselement 20, die Bündeladern 10a und die Quellgarne 30. Im Falle der Herstellung eines Kabels mit Festadern enthält die Kabelseele, wie in Figur 2 gezeigt, die Festadern lθb.
Da insbesondere bei Verwendung eines mit Öl gestreckten thermoplastischen Elastomers die Polymerschmelze in dem Behälter B2 sehr niederviskos ist, kann die Polymerschmelze P auch als Hülle um die Kabelseele gepumpt werden. Der Extrusionsvorgang kann somit auch durch einen Pumpvorgang ersetzt werden.
Im Falle der Herstellung eines optischen Kabels nach Figur 1 ist die Verarbeitungseinheit V2 mit einer Verarbeitungseinheit V3 verbunden. Die Verarbeitungseinheit V3 ist wiederum an einen Behälter B3 angeschlossen, der eine Polymerschmelze enthält, die zur Formung des Kabelmantels 300 verwendet wird. Nach Abkühlung des extrudierten beziehungsweise gepumpten Hüllmaterials der Hülle 200 wird in der Verarbeitungseinheit V3 der Kabelmantel 300 um die Hülle 200 extrudiert.
Im Gegensatz zur Verwendung einer Vlieshülle wird erfindungs- gemäß eine kontinuierlich extrudierbare beziehungsweise pump- bare Schicht 200 als Hülle um die Kabelseele 100 angeordnet. Durch die Extrusion beziehungsweise das Pumpen einer derartigen Schmelze und das Ausformen der Schmelze zu einer Schicht werden Verdickungsstellen, wie sie bei der Verwendung einer Vlieshülle aufgrund der Überlappung einzelner Vliesbandabschnitte entstehen, entlang der Kabelseele vermieden. Des Weiteren wird der Fertigungsprozess verbessert, da Spulenwechsel beziehungsweise Spulenabläufe vermieden werden. Dar- über hinaus werden entlang des Kabelmantels Klebestellen, an denen bisher zwei Vliesbandabschnitte miteinander verklebt wurden, vermieden. Durch die Verwendung einer extrudierbaren beziehungsweise pumpbaren Schicht als Hülle um die Kabelseele werden die optischen Übertragungseigenschaften des optischen Kabels verbessert, wohingegen Vlieshüllen und ihre Überlappungsstellen bisher stets eine Störung der Adergeometrie darstellten, was zu einer Verschlechterung der optischen Übertragungseigenschaften führte.
Bezugszeichenliste
1 Lichtwellenleiter
2 Aderhülle 10 optisches Übertragungselement
20 Zugentlastungselement
30 Quellgarn
100 Kabelseele
200 Hülle 300 Kabelmantel
V Verarbeitungseinheit
B Behälter
G Polymergemisch
P Matrixpolymer F Füllstoff

Claims

Patentansprüche
1. Optisches Kabel, umfassend:
- eine Kabelseele (100) mit mindestens einem optischen Über- tragungselement (10a, 10b), das mindestens einen Lichtwellenleiter (1) enthält,
- eine Hülle (200) , die die Kabelseele (100) umgibt,
- wobei die Hülle (200) aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet ist, in das ein Füllstoff eingemischt ist, der ein quellfähiges Material enthält, das bei Wasserkontakt eine Volumenvergrößerung der Hülle bewirkt.
2. Optisches Kabel nach Anspruch 1, wobei das quellfähige Material ein Acrylat enthält.
3. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 1 oder 2 , wobei das quellfähige Material ein Salz aus einer Acrylsäure enthält .
4. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Füllstoff Magnesiumhydroxid oder Aluminiumhydroxid enthält .
5. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , wobei der Füllstoff Kreide enthält.
6. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei in das Kunststoffmaterial Partikel eingemischt sind, die im Inneren einen Hohlraum aufweisen.
7. Optisches Kabel nach Anspruch 6, wobei die Partikel kugelförmig ausgebildet sind.
8. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 6 oder I1 wobei die Partikel ein Silikat enthalten.
9. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 6 bis 8 , wobei die Partikel als Röhrchen aus Kohlenstoff ausgebildet sind.
10. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Kunststoffmaterial Ethylenvinylacetat enthält.
11. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Kunststoffmaterial Polyvinylchlorid enthält.
12. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Kunststoffmaterial ein thermoplastisches Elastomer enthält.
13. Optisches Kabel nach Anspruch 12, wobei das Kunststoffmaterial als ein mit Öl versetztes oder ölgestrecktes thermoplastisches Elastomer ausgebildet ist.
14. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Hülle (200) von einem Kabelmantel (300) umgeben ist.
15. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche l bis 14, wobei die Kabelseele (100) als eine füllmassenfreie Kabelseele ausgebildet ist .
16. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Kabelseele (100) ein Quellgarn (30) enthält, das ein quellfähiges Material aufweist, das bei Wasserkontakt eine Volumenvergrößerung bewirkt .
17. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 16, umfassend:
- ein Zugentlastungselement (20) , das zentral in der Kabel- seele (100) angeordnet ist,
- wobei mehrere des mindestens einen optischen Übertragungs- elements (10a) um das Zugentlastungselement (20) angeordnet sind.
18. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das optische Übertragungselement (10b) einen Lichtwellenleiter (1) umfasst, der von einer Hüllschicht (2) umgeben ist.
19. Verfahren zur Herstellung eines optischen Kabels, umfassend die folgenden Schritte:
- Bereitstellen eines Polymergemisches (G) , das ein Kunst- stoffmaterial (P) aufweist, in das ein Füllstoff (F) eingemischt ist, der ein quellfähiges Material enthält, das bei Wasserkontakt eine Volumenvergrößerung bewirkt,
- Bereitstellen einer Kabelseele (100) , die mindestens ein optisches Übertragungselement (10a, 10b) aufweist, das mindestens einen Lichtwellenleiter (1) enthält,
- Erwärmen des Polymergemisches (G) , - Aufbringen des erwärmten Polymergemisches (G) um die Kabel- seele (100) ,
- Abkühlen des erwärmten Polymergemisches (G) ,
- Extrudieren eines Kabelmantels (300) um das Polymergemisch (G) .
20. Verfahren nach Anspruch 19, umfassend den folgenden Schritt: Aufbringen des erwärmten Polymergemisches (G) um die Kabel- seele (100) durch Extrudieren des erwärmten Polymergemisches um die Kabelseele.
21. Verfahren nach Anspruch 19, umfassend den folgenden Schritt:
Aufbringen des erwärmten Polymergemisches (G) um die Kabel- seele (100) durch Pumpen des erwärmten Polymergemisches um die Kabelseele.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, umfassend den folgenden Schritt:
Bereitstellen der Kabelseele (100) durch Anordnen mehrerer des mindestens einen optischen Übertragungselements (10a) um ein in der Kabelseele zentral angeordnetes Zugentlastungsele- ment (20) .
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, umfassend den folgenden Schritt : Bereitstellen des Polymergemisches (G) durch Dispergieren von einem Acrylat in das Kunststoffmaterial.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, umfassend den folgenden Schritt : Bereitstellen des Polymergemisches (G) durch Dispergieren von Kreide, Aluminiumhydroxid, Magnesiumhydroxid oder Partikeln, die Silicate oder Kohlenstoff enthalten, als weitere Füllstoffe in das Kunststoffmaterial.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 24, wobei als Kunststoffmaterial ein thermoplastisches Elastomer, Ethylenvinylacetat oder Polyvinylchlorid verwendet wird.
26. Verfahren nach Anspruch 25, wobei als Elastomer ein mit Öl versetztes oder mit Öl gestrecktes thermoplastisches Elastomer verwendet wird.
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