NO146926B - Fremgangsmaate til fremstilling av et lysledende element - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til fremstilling av et lysledende element for anbringelse i et rør-

formet hylster for å danne et optisk overføringsorgan, omfattende en eventuelt med tettsluttende belegg forsynt optisk fiber som ligger i en kurve i et plan eller i rommet og har en krumningsradius som er tilstrekkelig stor til at vesentlig tap under strålingsgjennomgangen unngås.

Det er kjent å fremstille telekabler med

optiske fibre av glass eller et plastmateriale, hvor fibrene er innlagt i kablene i langsgående hulrom med hovedsaklig større tverrmål enn- fiberdiameteren, slik som f.eks. beskrevet i svensk patentsøknad nr. 75-08599-3 (DOS 25 28 991) • Det er også kjent med snodd anbringelse av fiberne i slike hulrom.

Særlig er det.fra DAS 24 45 532 kjent å an-

bringe en lysledende fiber bølgeformet fortrinnsvis i et plan inne i et rørformet beskyttelseshylster. Bølgeformen er såvidt mulig fastlagt ved hjelp av organer for å sikre fast-holdelse av lederen, hvilket gir en betydelig risiko for dannelse av mikrobøyninger ved festeorganene. Bølgeformen tilveiebringes rent mekanisk ved en opp- eller nedadgående bevegelse før innlegningen i hylsteret som forøvrig i praksis er forbundet med vesentlige tilpasningsvanskeligheter. Det er videre kjent å klebe fast fibre i bølgeform mellom to plastbånd som derefter vikles rundt en stiv bæretråd slik som beskrevet i U.S.-patentskrift nr. 3-937-559 (DOS 24 24 041). Videre er det kjent kabler hvor fibrene er viklet i skrueform rundt et bløtt bærelag som er anbragt rundt en fast bæretråd slik' som angitt i U.S.-patentskrift nr. 3-883-218 (DOS 23 55

854). Felles for alle disse kjente kabeltyper er at det til-strebes at mekaniske påvirkninger av kabelen ved strekk eller

bøyning i størst mulig grad ikke skal påvirke de optiske fibre og særlig at skadelige strekkvirkninger unngås.

I DOS 23 02 662 er beskrevet en telekabel som inneholder flere optiske fibre hvor flere løst viklede enkelt-fibre som er forsynt med et beskyttelseslag er samlet i hovedbunter som er forsynt med et felles beskyttelsesovertrekk. Flere hovedbunter er samlet til en kabel og mellomrommene mellom såvel hovedbuntene som mellom de enkelte fibre er utfylt med et glidemiddel.

Denne oppbygning med løst viklede fibre gir under håndtering av kabelen en betydelig risiko for kumulative forskyvninger av fibrene med en derefter følgende risiko for kraftige lokale krefter som kan nedsette eller helt ødelegge fibrenes overføringsegenskaper.

I DOS 24 30 751 er beskrevet en telekabel

bygget opp av flere lag av glassfibre omgitt av en beskyttelseskappe av elastomer, som er skruelinjeformet viklet i lag,

hvor beskyttelseskappene■er innbyrdes forbundet og hvor stigningen er valgt under hensyn til materialvalget slik at kabelen har en styrt utvidelse over,et bredt temperaturområde. Denne forbindelse eller beskyttelsesegenskapene betyr i

praksis at kabelen oppfører seg som om fibrene var innstøpt.

Denne kabel er meget vanskelig å bygge opp,

idet den i praksis skal bygges opp på et sylindrisk legeme,

og det kreves spesielle verktøy og stiller meget spesielle krav med hensyn til materialegenskaper og stigningsvinkel.

U.S.-patentskrift nr. 3-328.143 beskriver fremstillingen av flerfiberstrukturer hvor man for å sikre en intim kontakt mellom de enkelte fibre under sammensmeltningen foretar en snoing av fibrene. Denne snoing influerer imidlertid ikke på den ferdige fiberbunn.

Fra DOS 25 12 006 er det likesom fra en rekke

av de ovenfor nevnte skrifter kjent å legge inn en med kappe forsynt optisk fiber i tvungen skruelinjeform i en kabel.

For alle disse [gelder det imidlertid at det ikke foretas noen permanent forforming av elementet, og for DOS 25 12 006 gjelder det spesielt at det her er tale .om en styrt snoing som holder fiberne i form og som på vanlig; måte innenfor kabelteknikken utnytter dampsperrelag, bufferlag etc. Fibrene er således' ikke frittliggende i et rørformet hylster, men tvert om systematisk anordnet rundt et sentralt strekkavlastningsorgan.

Fra DOS 25 12 723 er det videre kjent flate kabler, hvor en lysledende fiber er anbragt parallelt og i direkte forbindelse med et strekkavlastningsorgan av massivt fjærstål i en felles flat beskyttelseskappe. Strekkavlastningsorganet står i fast forbindelse med kappen, mens fiberen ligger i det vesentlige spenningsfritt og uten å være forformet i ett parallelt med strekkavlastningsorganet forløpende hulrom i kappen, men uten fast forbindelse med kappen og uten således å være forsynt med et tett sluttende belegg. Den nevnte flate kabel er innrettet til direkte å anbringes på vegg eller kan utformes særlig fleksibel ved at den gis skrueformet forløp ved vikling rundt en dor slik at kabelen fordi strekkavlastningsorganet er av fjærstål, formes som en skruefjær.

Det er imidlertid ikke antydet noe om at en

slik formet flat kabel skal anbringes i et rørformet hylster.

Hensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe konstruktive særegenheter, hvorved det i høyere grad enn tidligere er mulig å unngå svekkelse eller ødeleggelse av de optiske fibre med hensyn til overføringsevnen som følge av mekaniske påvirkninger, slik som strekk, bøyning, torsjon og vibrasjon. Det skal her bemerkes at svekkelse eller endog ødeleggelse av overføringsevnen for en forøvrig perfekt optisk fiber kan ventes hvis dens lysledende indre som følge av en eller flere feil innsnevres eller avbøyes selv på en meget liten del av kabelens lengde, hvor størrelsesorden av feilens utstrekning bare behøver å være en brøkdel av en millimeter, er det derfor tale om mikrosprekker eller mikro-bøyninger. Det er innlysende at en på den optiske fiber virkende strekkraft vil øke muligheten for mikrosprekker desto mer jo større strekkraften er. Ved de hittil kjente konstruk-sjoner av telekabler med optiske fibre har man derfor som tidligere nevnt bestrebet seg på å minske størrelsen av og risikoen for strekkspenninger i de optiske fibre, f.eks. ved de nevnte former for snoing eller skruelinjeformet anbringelse av fiberne i hylsteret.

Nevnte formål oppnås ifølge oppfinnelsen ved

at elementet ved å gi fiberen og/eller belegget elastiske spen-

ninger som varierer over elementets tverrsnittsareal, bibringes en slik permanent forforming at ved anbringelse i det rørformede hylster har det en utpreget tendens til av seg selv å innta ønsket kurveform.

Denne kurveform kan f.eks. være en plan sinus-formet kurve, en mere eller mindre langstrakt skruelinjeformet kurve med konstant eller varierende stigning eller en såkalt SZ-skruelinjeformet kurve, dvs. en kurve hvor snoingene har skiftende omløpsretning.

Når ett eller flere slik fremstilte elementer anbringes i et rørformet hylster, f.eks. for å danne en telekabel hvor de er lagt inn i en kappe, naturligvis uten å utsettes for strekkrefter under denne operasjon, vil de av seg selv innta den forut fastlagte kurveform.

Pibrenes krumningsradius ved de forskjellige kurveformer må velges slik at de optiske bøyningstap holdes små. Verdien av den tillatelige minste krumningsradius er avhengig av fibertypen, normalt på mellom 1 og 10 cm.

Det.skal bemerkes at med rørformet hylster

menes naturligvis ikke hylstre med sirkulært tverrsnitt idet det kan anvendes hylstre eller kapper av enhver form som er hensiktsmessig i forbindelse med overføringselementer av den nevnte art. Særlig kan hylsteret være delt i flere atskilte rom, i hvilke det kan anbringes et eller flere av de ifølge oppfinnelsen fremstilte lysledende elementer.

Den for oppfinnelsen karakteristiske forforming av elementet kan oppnås på flere måter: For det første kan elementets forforming tilveiebringes ved at selve den optiske fiber gis en forforming under eller i tilslutning til fremstillingen av fiberen, mens denne ennå er varm og formbar, eller i forbindelse med en senere oppvarming av den fremstilte fiber.

Alternativt kan elementets forforming tilveiebringes ved at den optiske fiber forsynes med et belegg med hovedsakelig sirkulært tverrsnitt som pålegges eksentrisk i forhold til fiberens akse, slik at avstanden mellom fiberens akse og beleggets akse er større enn 1/10 av beleggets radius. Ved å velge et beleggmateriale med en passende sammentreknings-tilbøyelighet vil fiberen kunne gis den ønskede form.

Som beleggmateriale kan man for det første an-vende et kunststoffbeskyttelseslag, som optiske fibre vanligvis påføres. Dette er vanligvis meget tynt, og påføringen må derfor modifiseres slik at laget får den ønskede tykkelse og eksentrisitet.

Alternativt kan den eventuelt med et vanlig tynt beskyttelseslag forsynte optiske fibre forsynes med et tett rundt fiberen pålagt belegg.

I stedet for å utnytte sammentrekningen ved avkjøling i ved eksentrisk påføring kan elementets forforming ifølge oppfinnelsen videre tilveiebringes ved at den eventuelt med beskyttelseslag forsynte optiske fiber forsynes med et tett rundt fiberen pålagt belegg av to eller flere typer materiale med forskjellig sammentrekning ved avkjøling og som utfyller hvert sitt segment av belegget i det hovedsakelige sirkulære tverrsnitt. Belegget vil i dette tilfelle som regel bli påført koaksialt med fiberaksen, og materialene kan enten pålegges parallelt med fiberaksen eller de kan pålegges i en langstrakt skruelinjeform som kan ha konstant eller varierende stigning med konstant eller varierende skrueretning.

Som nærmere forklart i den samtidig innleverte norske patentsøknad nr. 773804 kan det oppnås lysledende elementer med en betydelig forbedret mekanisk motstandsdyktig-het, hvis en eventuelt med beskyttelseslag forsynt optisk fiber forsynes med e% hovedsakelig koaksialt påført belegg som gis en slik adhesjon til fiberen at en under eller efter pålegningen frembragt sammentrekning' ved avkjøling i belegget påvirker fiberen med en slik aksial trykkraft i hele dennes lengde at det av trykkraften fremkalles en reell forforming av fiberen og en hertil svarende økning av dens bruddforlengelse.

Denne forkortning utgjør fortrinnsvis minst

0,5 o/oo av fiberens opprinnelige lengde når elementet forøvrig ikke er påvirket av ytre krefter. Den på denne måte oppnådde trykkspenning i den optiske fiber bør såvidt mulig utgjøre en ikke ubetydelig andel, f.eks. numerisk "minst 1/10, av fiberens strekkbruddspenning.

Denne adhesjon som kan frembringes av selve beleggmaterialet og/eller et klebende mellomlag, kan også ut-nyttes ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen idet elementer som både er gitt en utpreget tendens til av seg selv å innta en ønsket kurveform og som utviser en øket bruddforlengelse, vil ha særlig gode mekaniske egenskaper.

Det anvendte belegg kan f.eks. bestå av et

eller flere plastmaterialer som f.eks. polyetylen, polypropylen, polyvinylklorid eller polyamid, slik som polyamid 11 eller 12, hvor sistnevnte materialgruppe synes særlig velegnet som følge av sin sterke adhesjon til andre materialer.

Hvis ønskelig kan belegget ytterligere inne-holde et tilsetningsmateriale som f.eks et armeringsmateriale, slik som langsgående fibre. Andre tilsetningsmaterialer er f.eks. vilkårlig orienterte fibre, organiske eller uorganiske fyllmaterialer, tverrbindingsmidler, pigment og farvestoffer.

Det er klart at et ferdig overføringsorgan som f.eks. en telekabel som inneholder slike elementer i uvanlig høy grad tåler strekkpåvirkninger. Disse strekkpåvirkninger av kabel kan oppstå under håndtering og utlegning og forår-saker at kabelen vil bli forlenget. Det vil da ved den økende forlengelse skje følgende:

a) først rettes krummingene i elementene ut,

b) dernest skjer en forlengelse av elementene inntil trykkraften i de optiske fibre

hovedsaklig er null,

c) derefter skjer en forlengelse av de optiske fibre og d) først herefter inntrer brudd i de optiske fibre.

Det sier seg selv at forlengelsen av elementet og selve de optiske fibre (punkt b) og c)) opptrer samtidig, hvis fiberen ikke er utsatt for trykkrefter.

Det er videre klart at elementet ved passende materialvalg får en hovedsakelig større bruddforlengelse enn den optiske fibers bruddforlengelse.

Som en viktig særegenhet ved oppfinnelsen kan anføres at elementene i kabelen selv efter flere strekkpåvirkninger vil søke tilbake til den opprinnelige form, slik at tilstandene under a), b) og c) opptrer i motsatt rekkefølge uten tendens til kumulative og skadelige forskyvninger.

I enda en henseende oppnås en forbedring ut-over det som oppnås ved kjente elementer, hvor de optiske fibre er avstøttet eller fiksert, idet det ved elementet ifølge oppfinnelsen er minsket risiko for den dannelse av mikrobøyninger som normalt oppstår, når fibrene utsettes for skarpt lokaliserte krefter. Hvis fiberen er påført trykkrefter undertrykkes videre såvel dannelsen av mikrosprekker som tendensen til å danne slike.

Oppfinnelsen skal nedenfor forklares nærmere under henvisning til tegningene. Fig. 1 og 2 viser en del av et element fremstilt ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, hvilket element er gjort krumt ved at den optiske fiber er belagt med et eksentrisk belegg. Fig. 3 og 4 viser en del av et element fremstilt ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, hvor krumningen er oppnådd ved at den optiske fiber er belagt med to materialer som har forskjellig sammen-trekning ved avkjøling 0g som er pålagt parallelt med fiberaksen, fig. 5, 6 og 7 viser en del av et element som er gjort skruelinjeformet ved at den optiske fiber er belagt med to plastmaterialer i skruelinjeform. Fig. 8 viser et eksempel på en oppstilling for fremstilling av et skruelinjet element av den art som er vist på fig. 5-Fig. 9 viser et tverrsnitt gjennom en ferdig telekabel med lysledende elementer av den art som er vist på fig. 3-Fig. 1 og 2 viser en optisk fiber "1" som er eksentrisk anordnet i et belegg 5, f.eks. av plastmateriale, som har passende adhesjon til fiberen. Som følge av den ved belegningsmaterialets sammentrekning frembragte elastiske spenning, oppnås en krumform av elementet. Ved passende valg av sammentrekningen og materialdimensjonene er det mulig å oppnå en krumningsradius innenfor meget vide grenser. For enkelthets skyld er tverrsnittet vist sirkulært, men oppfin-nelsén er ikke begrenset til dette. Det er likeledes mulig samtidig å frembringe en ønsket trykkspenning i fibrene ved å velge et beleggmateriale med en passende sammentrekningstil-

bøyelighet og gi dette den ønskede adhesjon til fiberen. Ved snoing eller ved returdreining er det mulig å innføre slike elementer i skruelinjeform i en kabelkappe.

En lignende virkning oppnås ved den på fig. 3

og 4 viste utførelsesform, hvor elementet består av en optisk fiber som er omgitt av et belegg av flere komponenter. Her er den optiske fiber 1 omgitt av to forskjellige plastmaterialer 3 og 4. Hvis de to materialer som følge av forskjellige sammentrekning ved avkjøling får forskjellig forkortelse vil de dannede elastiske spenninger bevirke at elementet inntar en krum form. Det er også her mulig ved passende valg av materialer, dimensjoner, ekstruderingsbetingelser og efter-behandling å oppnå en ønsket krumning av elementet og en ønsket trykkspenning i fiberen.

Ved den på fig. 5 og 6 viste utførelsesform av oppfinnelsen er flerkomponentbelegget ekstrudert i langstrakt skrueform rundt fiberen. Skruen kan ha konstant eller varierende stigning og/eller skrueretning. De av materialenes elastiske sammentrekninger fremkalte spenninger vil derefter bevirke at elementet inntar en hovedsakelig skruelinjeform som vist på fig. 7- Belegget kan f.eks. påføres i en plast-ekstruderingsinnretning med flere dyser, hvor fiberen føres roterende i sin lengdeakse.

Oppstillingen for fremstilling av et skruelinjeformet element av den art som er vist på fig. 7, er vist på fig. 8, hvor spolen lh som bærer den optiske fiber 1 sitter i en roterende kurv 15- Herfra føres fiberen 1 til plast-ekstruderen 16, som har to dyser for hver sin plastkomponent svarende til beleggene 3 og H. Den optiske fiber med de to belegg føres frem av trekkorganer 17 som er anordnet i en kurv 18. I denne kurv spoles den plastbelagte optiske fiber opp på en spole 19- Beleggenes skrueform dannes ved at de to kurver 15 og 18 roterer synkront i samme retning. Omdreiningstallet for kurvene sammen- med fremtrekningshastigheten ved hjelp av organet 17 bestemmer skruens stigning på elementet.

Sluttelig er på fig. 9 vist en ferdig telekabel

i tverrsnitt. Lysledende elementer av den art som fremgår av fig. 3 med fibre 1 og to belegg 3 og 4 er lagt inn i et hulrom 13 under en plastkappe 12 med innleiret strekkavlastningstråd 11. Hulrommet 13 er utfylt med vaselin eller en annen fyll-masse .

Claims (13)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av et lysledende element for anbringelse i et rørformet hylster for å danne et optisk overføringsorgan, omfattende en eventuelt med tettsluttende belegg (3,4,5) forsynt optisk fiber (1) som ligger i en kurve i et plan eller i rommet og har en krumningsradius som er tilstrekkelig stor til at vesentlig tap under strål-ingsgjennomgang unngås, karakterisert ved at elementet ved å gi fiberen og/eller belegget elastiske spenninger som varierer over elementets tverrsnittsareal, bibringes en slik permanent forforming at ved anbringelse i det rørformede hylster har det en utpreget tendens til av seg selv å innta ønsket kurveform.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at elementets forforming tilveiebringes ved at selve de optiske fiber bibringes en forforming under eller i tilslutning til fremstillingen av fiberen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at elementets forforming tilveiebringes ved at den optiske fiber forsynes med et i og for seg kjent, tett rundt fiberen anbragt beskyttelseslag av kunststoff med hovedsakelig sirkulært tverrsnitt, som pålegges eksentrisk i forhold til fiberens akse, slik at avstanden mellom fiberens akse og kunststofflagets akse er større enn 1/10 av kunststoff lagets radius.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at elementets forforming tilveiebringes ved at den eventuelt med beskyttelseslag forsynte optiske fiber (1) forsynes med et tett rundt fiberen pålagt plastbelegg (5) med hovedsakelig sirkulært tverrsnitt som pålegges eksentrisk i forhold til fiberaksen, slik at avstanden mellom denne og plastbeleggets akse er større enn 1/10 av plastbeleggets radius.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at elementets forforming tilveiebringes ved at den eventuelt med beskyttelseslag forsynte optiske fiber (1) forsynes med et tett rundt fiberen pålagt belegg av to eller flere typer materiale (3,4) med forskjellig sammentrekning ved avkjøling og som utfyller hvert sitt segment av belegget i det hovedsakelig sirkulære tverrsnitt.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at materialene (3,4) pålegges parallelt med fiberaksen.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 5,karakterisert ved at materialene (3,4) pålegges i en langstrakt skruelinjeform som kan ha konstant eller varierende stigning med konstant eller skiftende skrueretning.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 3-7,karakterisert ved at belegget (3,4;5) bibringes en slik adhesjon til den eventuelt med beskyttelseslag forsynte fiber (1) at en under eller etter pålegningen frembragt sammentrekning ved avkjøling i belegget påvirker fiberen med en slik aksial trykkraft i hele dennes lengde, at det av trykk-kraften fremkalles en forkortning av fiberen og en til dette svarende økning av dennes bruddforlengelse.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at belegget bibringes en slik sammentrekning ved avkjøling at den fremkalte forkortning av fiberen utgjør minst 0,5 o/oo av fiberens opprinnelige lengde når elementet forøvrig ikke er påvirket av ytre krefter.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 8 eller 9, karakterisert ved at belegget bibringes en slik sammen-trekning ved avkjøling at den frembragte trykkspenning i fiberen utgjør en ikke ubetydelig andel, f.eks. minst 1/10 av fiberens bruddforlengelse.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 3 - 10, karakterisert ved at det anvendte plastbelegg omfatter et polyamid.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 3 - 11, karakterisert ved at det anvendte belegg videre inneholder et armeringsmateriale.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 8 - 12, karakterisert ved at det pålegges et adhesjonsfremmen-de mellomlag som kleber såvel til den eventuelt med beskyttelseslag forsynte fiber som til det omgivende lag.