WO1999017144A1 - Optisches kabel - Google Patents

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WO1999017144A1
WO1999017144A1 PCT/DE1998/002842 DE9802842W WO9917144A1 WO 1999017144 A1 WO1999017144 A1 WO 1999017144A1 DE 9802842 W DE9802842 W DE 9802842W WO 9917144 A1 WO9917144 A1 WO 9917144A1
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WO
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cable
optical
optical fiber
lbn
transmission element
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PCT/DE1998/002842
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English (en)
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Ernst Opel
Ilona Schmidt
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • 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
    • G02B6/4407—Optical cables with internal fluted support member
    • G02B6/4408—Groove structures in support members to decrease or harmonise transmission losses in ribbon cables
    • 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
    • G02B6/4434—Central member to take up tensile loads

Definitions

  • the invention relates to an optical cable according to the preamble of claim 1.
  • optical waveguide elements have different coefficients of thermal expansion than the other elements of the cable, in particular the cable sheath, ferrule materials, any tensile and / or compression-resistant elements, etc. If the optical waveguides are loosely housed in a chamber, then they are only caused by friction Coupled to the actual cable and due to the different thermal expansion coefficients of the actual cable compared to the optical waveguide element, macro-curvatures can occur which result in an increase in attenuation for the optical waveguide element. It is therefore customary to dimension the dimensions of the chamber receiving the optical waveguide elements sufficiently so that increases in attenuation due to macro curvatures are avoided.
  • optical cable is known from US Pat. No. 5,098,177, which has a tensile element.
  • the optical fibers are loosely housed in chambers or tubes and have a coating of LCP (liquid crystal polymer), whose linear temperature expansion coefficient is between -15 • 10 "6 to - 5 • 5 "6 (1 / K) is enough.
  • LCP liquid crystal polymer
  • the invention is based on the object of showing a way in which the space required for the chamber or the optical transmission elements accommodating within the optical cable can be reduced in a simple manner. This object is achieved in a cable according to the preamble of the claim by the characterizing features of claim 1.
  • the invention therefore assumes that in the lower temperature range, which is particularly critical for the macro curvatures, the expansion behavior of the cable on the one hand and the expansion behavior of the optical transmission element (e.g. in the form of a single optical fiber, an optical fiber ribbon or another, mechanically forming a unit elongated optical waveguide structure) on the other hand so coordinated (“Synchronized”) that they differ from each other only by a predetermined value.
  • This makes it possible to create an optimally adapted "movement window" for the optical transmission element, which in itself is as small as possible, but in any case still is sufficient to absorb the resulting macro curvatures as a result of different remaining, in particular local, longitudinal expansions (for example due to bending) and to avoid increases in damping.
  • the optical waveguide cable can also be designed according to the invention in such a way that below 20 ° C, in particular at the lower temperature limit value of the cable (eg -30 ° C), the deviation between the percentage elongation value the temperature response of the optical transmission element, on the one hand, and the percentage elongation value of an associated cable construction, on the other hand, is selected such that the difference in the elongation values is below + 0.03 percentage points, preferably below ⁇ 0.02 percentage points, and in particular below ⁇ 0.01 percentage points.
  • the chamber dimensions are expediently chosen such that any local bending radii resulting from an additional excess length of the optical transmission element at the lowest temperature limit are greater than 70 mm.
  • the procedure can also be such that the optical transmission element is thickened by plastic additives that are mechanically firmly connected to it (for example, by a further coating on the optical waveguide and / or another material application, for example on the outside of optical waveguide tapes,) that at low temperatures a, preferably slight (eg max. 0.05%) adjustment of the elongation is achieved in relation to the elongation of the cable construction.
  • plastic additives that are mechanically firmly connected to it (for example, by a further coating on the optical waveguide and / or another material application, for example on the outside of optical waveguide tapes,) that at low temperatures a, preferably slight (eg max. 0.05%) adjustment of the elongation is achieved in relation to the elongation of the cable construction.
  • FIG. 1 shows the relative expansion of different optical waveguide tapes as a function of the temperature
  • FIG. 2 shows the optical waveguide tapes in front view, the temperature response of which is shown in FIG. 1
  • FIG. 3 shows the temperature response of various cable constructions and of optical waveguides or optical waveguide tapes, with fiber optic ribbon housed in chambers.
  • 5 shows in cross section a cable with stranded elements containing optical waveguide ribbons on a central element
  • FIG. 6 shows a cable with individual optical waveguides arranged in a central tube
  • FIG. 7 shows a cable with individual optical waveguide ribbons arranged in a central tube
  • FIG. 8 shows a cable with a cable on one Central element stranded stranding elements containing individual optical fibers.
  • FIG. 1 shows the course of the elongation dL / L (%) as a function of the temperature T in ° C.
  • three different optical waveguide tapes were examined, which are shown in front view in FIG. 2 and are labeled RB4, RB8 and RB12. There are four in total with the ribbon RB4
  • Optical fiber LW provided, eight for RB8 and twelve for RB12.
  • the light wave conductors show the usual structure, i.e. they have a core with a diameter of about 9 ⁇ m (for monomode fibers), a cladding with an outside diameter of 125 ⁇ m and a single or multi-layer coating made of plastic (coating - e.g. made of acrylic resin, urethane acrylate or silicon acrylate) , Epoxy acrylate, non-polar systems, etc.) of approx. 250 ⁇ m outside diameter.
  • POF plastic optical fibers
  • optical waveguides expediently meet directly with one another with their coating and are on the outside with a common protective cover SH, which advantageously consists of a plastic material, for example a thermoplastic or an acrylate, in particular urethane acrylate.
  • the thickness d of the optical waveguide tape produced in this way is approximately 280-400 ⁇ m, preferred for all embodiments of the optical waveguide tape shown in FIG between 310 and 370 ⁇ m
  • the ribbon RB4 had a width b of 1.1 mm, the ribbon RB8 of 2.1 mm and the ribbon RB12 of about 3.2 mm, the thickness or height d of the ribbon RB4 was
  • the curve of the temperature response for the elongation dL / L for all three ribbons is quite similar to the type shown in FIG. 2, the curve KR4 being the dL / L value for the ribbon RB4, the broken curve KR8 that for the ribbon RB8 and the dash-dotted curve KR12 represents that for the ribbon RB12.
  • the curves run almost horizontally above 20 ° C., that is to say the coefficient of thermal expansion is essentially determined by the glass part of the optical fiber. This can be explained by the fact that at the higher temperatures the influence of the protective sheath SH and / or the coating of the optical waveguide LW is no longer so evident due to the greater softness of the materials.
  • the temperature behavior of the coefficient of expansion of these plastic materials is also not linear.
  • FIG. 3 also shows, for the temperature range T from -30 ° (assumed as the lower temperature limit value of the cable) to + 60 ° C (assumed as the upper temperature limit value of the cable), the temperature response as an example for various cable designs.
  • T the temperature range
  • Chamber cables are included in the cable designs
  • CE central tensile element CE
  • the open chambers CB are closed by spinning or wrapping BN, for example by means of a film, swelling fleece or the like.
  • These optical waveguide bands Chen LB1 to LBn can preferably have the structure shown in more detail in Figure 2.
  • the optical waveguide tapes LB1 to LBn are movably arranged in the chambers CB, that is to say the cross section of the chambers CB (width B, height H) is selected to be somewhat larger than the external dimensions (width BS, height HS) of the ribbon stack STP from the ribbon LB1 to LBn .
  • these optical waveguide ribbons are coupled to the wall or the bottom of the chamber by friction in certain partial areas, but are otherwise also freely movable. It is advisable to choose the width B only slightly larger (preferably between 0.2 and 0.4 mm - the width depends on the bending radius of the cable and the values given apply to the bending radius - 10 times the cable diameter) as BS, because there are no significant ones here Temperature problems occur.
  • Each such cable has a certain temperature response of the temperature expansion coefficient ⁇ , where ⁇ in strong
  • Tensile materials for example the tensile core CE, and plastic materials with larger dimensions, such as the plastic material of the chamber body SC surrounding the chambers CB and the one- or multi-layered outer jacket AS, have a particular influence on the expansion behavior.
  • a chamber cable according to FIG. 4 with a maximum number of fibers of 100 is used as an example.
  • the cable shown can hold up to 100 optical fibers because each of the remaining 5 chambers CB contains 20 optical fibers (5 tapes with 4 optical fibers).
  • the wall thickness of the outer jacket AS (made of PE) is about 1.7 mm
  • the position BN for example: from swelling fleece at about 0.6 mm
  • the core CE provided inside made of tensile material has an outer diameter of 2.6 mm.
  • the following calculations and curve profiles shown naturally contain certain error values, on the one hand, that very precise data material is often not available in the literature and that measurements can only be carried out within certain tolerance values.
  • the associated cable has a tensile central element CE of 2.6 mm diameter made of glass fiber reinforced plastic, the matrix material consisting of vinyl ester resin or epoxy resin (proportion approx. 20%) and about 80% of the cross-sectional area filled with glass fiber filaments.
  • the temperature response of this cable CAG2 thus constructed ranges from approximately -0.16 at -30 ° to 0.09 at + 60 °.
  • the solid curve CAS1 differs from the cable construction CAG2 only in that the tensile element CE in this case consists of a steel wire with a diameter of 2.6 mm.
  • the temperature response of the elongation dL / L of the CASl cable is lower than that of the CAG2 cable, but both cables tend to have a similar course of expansion demonstrate.
  • the temperature response of this CASl cable constructed in this way ranges from approximately -0.10 at -30 ° to 0.07 at + 60 °.
  • the temperature response of this CAS3 cable constructed in this way ranges from approximately -0.1 at -30 ° to 0.07 at + 60 °.
  • the thick dashed curve RB shows the elongation curve for an optical waveguide ribbon (RB4 according to FIG. 2).
  • the thick solid curve FB shows the course for a single coated (coating) optical fiber with an outside diameter of 250 ⁇ m. Due to the large difference in the temperature profile in the range below 20 ° C between the ribbon profile RB and the profile of the chamber cables CAG2, CAS1, CAS3, large chamber depths H must be provided in order to enable the compensatory movements at low temperatures and thus to avoid macro-curvatures.
  • Core CE (curve CAG5 in Fig. 3) or calculated with steel wire core CE (curve CAS4 in Fig. 3). Core and sheath material are still required with the same modulus of elasticity as in the previous examples.
  • the expansion coefficient mentioned above can be realized or approximated, for example, by filling all PE materials (elements AS and SC in FIG. 4) with LCP, whereby the percentage of the LCP depends on the length difference to be corrected.
  • the thick dashed curve RB and curve CAS4 run largely the same below 20 °, i.e. it is possible to work with a very small chamber height H, because the extension of the cable and that of the optical fiber ribbon are approximately the same ("synchronous").
  • optical waveguide tapes LB1 to LBn will be stored at low temperatures in an approximately wavy line for the length compensation (theoretically) for length compensation, in order to be able to absorb a greater length, since the buckling forces according to EULER are very small for the LBn tapes.
  • the gap width SP should be only about 0.2 mm.
  • a certain remaining gap width is generally advisable in order to compensate for tolerances during production and if necessary. for the absorption or compensation of bending stresses.
  • the combination with a cable CAG5 is expedient, ie the optical waveguides are arranged in a chamber cable of the type described above (analogous to CAS4) but with a glass fiber core CE of 2.6 mm outside diameter.
  • the lower the temperature variation the lower the temperature variation, i.e. the smaller the distance between the cable temperature curve on the one hand and the temperature curve for the optical transmission elements (RB, FB) on the other hand, the less residual gap must be made available in the chambers CB of the chamber body SC in order to still allow any residual compensation processes at low temperatures.
  • the design is thus advantageously carried out in such a way that first the curve RB (when using optical fiber tapes) or FB (when using individual optical fibers) as a function of the temperature for the specified temperature range of the cable, e.g. from -30 ° C to + 60 ° C is determined by calculation or experiment. Then the design of the associated cable construction by changing the various parameters (e.g. replacement of a
  • the thermal shrinkage of the cable in the range from 20 ° C to the lowest temperature value deviates by ⁇ 10% from the thermal shrinkage of the optical transmission element used.
  • a very compact cable construction can also be realized in that the deviation of the thermal shrinkage of the cable from that of the optical transmission element is ⁇ + 5%. With optimal use of all possible parameters, even deviations of ⁇ 2% can be realized.
  • the sufficiently good approximation between the cable construction e.g. CAG5 on the one hand and the associated optical transmission element e.g. FB, on the other hand can also be expressed in an absolute size.
  • the deviation between the percentage dL / L value of the temperature response of the optical transmission element (eg FB) on the one hand and the percentage dL / L value of an associated cable construction e.g.
  • CAG5 CAG5
  • CAG5 CAG5
  • ⁇ 0.03 percentage points the difference between the associated dL / L values is less than ⁇ 0.03 percentage points, whereby values of less than ⁇ 0.02 percentage points are preferred, because then very small Residual gap widths are required.
  • differences of ⁇ 0.01 percentage points in the values dL / L can also be realized.
  • a small residual gap in the range between 0.1 mm and 0.4 mm in the chambers CB is therefore also expedient in order to allow movement processes in narrowly restricted areas, such as they can occur when the cable bends, for example when it is pulled into pipes or the like, or when it is reeled onto a cable drum.
  • the curve shape of the chambers CB is helical because the friction of these movement processes only allows them locally .
  • the sliding friction coefficient fluctuates between 0.2 and 0.7 depending on the material pairing of the cable design.
  • the optical fiber ribbon Due to the friction coefficients and the low buckling forces according to EULER, the optical fiber ribbon only exerts very low compression forces through the cable sheath. In general, it is not necessary that the optical waveguide tapes in the cable structure according to FIG. 4 experience no compression. Very small compression forces are of little importance, since instabilities are involved and the buckling force is small.
  • optical waveguides or optical waveguide ribbons are generally inserted at room temperature with a mostly low pretension so that they just rest on the bottom of the respective chamber CB. Because of the expansion behavior shown in FIG. 3, it happens that with increasing temperature the cable expands more according to the curves CAG2 to CAG5 than the optical waveguide according to FIG. 3,
  • Curve FB / RB to an increase in tension. This is harmless in a certain range known for the respective optical fibers.
  • the design is generally carried out, that is, regardless of the specific cable construction, advantageously such that at the higher temperatures, ie in the upper temperature limit range (e.g. 60 ° C according to the cable specification), the elongation exerted on the optical fibers as a result of the temperature increase does not exceed predetermined limit value, advantageously not exceeding 0.1%, and in particular not exceeding 0.05%.
  • the upper temperature limit range e.g. 60 ° C according to the cable specification
  • the application of the invention is not limited to the cable construction of a so-called chamber cable shown in FIG. 4. Rather, the invention can be used generally where temperature windows are planned due to different coefficients of thermal expansion.
  • a construction according to FIG. 5 can be provided, where a number of n stranding elements CL51 to CL5n are stranded on a tensile core CE5, for example in the manner of the so-called "loose tube” or hollow core constructions.
  • the individual roughly tubular stranding elements have rectangular or round chambers CB51 to CB5n on the inside, in which optical fiber ribbon LB51 to
  • LB5n are accommodated in the form of a stack in the manner explained in connection with FIG.
  • a corresponding gap must be provided, i.e. the height of the ribbon stack STP5 is to be chosen less than the height of the respective chamber opening.
  • the ribbon stretch and the total stretch of the cable construction are so close to each other that in the range below 20 ° C, preferably below 10 ° C and in particular below 0 ° C, the difference in the relative stretch between the cable construction on the one hand and the optical fibers or Optical fiber ribbon on the other hand is kept smaller than 30%, preferably below 20% and in particular below 10%.
  • FIG. 6 shows an optical cable CA6, which has an outer jacket AS6 made of plastic material, a tensile intermediate layer ZF6, an inner tube SR6 made of plastic and contains individual optical fibers LW1 to LWx arranged therein, these being expediently embedded in a soft filling compound FM6.
  • the cable shown has the following structure:
  • the cable shown has a relative change in length dL / L of -0.08% in the configuration described above at -30 ° C analogous to FIG. 3. It is therefore at a greater distance from the curve FB, which applies to individual optical fibers (as shown in FIG. 6) and has a value dL / L of approximately 0.02% at -30 ° C. At + 60 °, a value of dL / L of + 0.05% results for a cable according to FIG. 6.
  • the optical waveguides are thickened from 0.25 to 0.35 mm (by means of an additional acrylate coating).
  • Such fibers then have a dL / L of approximately - 0.059% - 30 ° C and from + 0.017 at + 60 ° C.
  • the outer jacket AS6 consists of 80% PE + 20% LCP ("liquid crystal polymer" - details here and below in each case in% by weight).
  • the elongation dL / L at -30 ° C for the cable is approximately - 0.06%.
  • FIG. 7 shows a conventional cable CA7 *, shown in partial dot-dash lines, with an outer diameter of approximately 13.9 mm, the outer jacket AS7 * of which is circular and has a uniform wall thickness of 3 mm and consists of PE.
  • a steel groove jacket SR72 and an inner tube SR71 made of plastic material (especially PBT or PC / PBT) follow inside.
  • a stack STP7 of optical waveguide tapes is arranged in the interior of the tube SR71 and can optionally be embedded in a filling compound FM7.
  • a cable CA7 * has a dL / L value of - 0.09% at - 30 ° C analogous to FIG. 3 and is therefore at a greater distance from the curve RB which is responsible for optical transmission elements in the form of a ribbon.
  • an optical cable CA7 optimized according to the invention is shown with solid lines and has an oval outer jacket AS7.
  • the steel grooved jacket SR72 which is made of plastic material, follows inwards
  • the cable CA7 of the structure shown in solid lines in FIG. 7 is optimized in the sense of the teaching of the invention. A number of changes have been made to the original CA7 * state:
  • an MDPE containing 10% LCP is used for the outer jacket AS7.
  • the outer jacket AS7 is elliptical in shape with ellipse axes of 13 and 11 mm, the ellipse axis being 13 mm where the tensile elements are arranged.
  • the changes in the outer contour of the CA7 cable result in a saving in sheath material of approximately 30%.
  • the influence of the sheath material on the overall behavior of the cable is reduced due to the lower material content.
  • LCP has an expansion coefficient ⁇ of - 0.03 10 ⁇ 4 l / K and an elastic modulus of 20,000 N / mm 2 .
  • the thermal expansion coefficient of the plastic jacket is reduced accordingly by the LCP component.
  • Another change is made in such a way that instead of a single tensile element ZE71 *, ZE72 * on each side, a pair of tensile elements ZE71, ZE72 or ZE73 and ZE74 are arranged on both sides symmetrically to the large ellipse axis. They have also moved a little further inwards and lie practically directly on the corrugated steel jacket SR72.
  • the diameter of each of these tensile elements is chosen to be 1.5 mm, the elements being made of GRP.
  • the diameter of the tensile elements can be increased by up to 1.8 mm to achieve further fine synchronization.
  • the inner tube SR71 with an outer diameter of 6 mm and an inner diameter of 4.4 mm also contains an LCP component of around 20%, while the rest is 80% PBT exists.
  • a swellable material for example in the form of a swelling thread, can be provided in the area of the tensile elements CE71 * and CE72 * or CE71 to CE74.
  • the cable CA7 * with the usual structure has a relative elongation dL / L of approximately -0.09% at -30 ° C analogously to FIG. 3 and is therefore relatively far from the curve RB with a dL / L of the temperature response of the optical waveguide ribbon about -0.06% removed. If, on the other hand, you carry out the optimization as shown by the cable AS7 according to FIG. 7, then at -30 ° C. a value of dL / L of approximately -0.07% is obtained, which is relatively close to the value of RB of approximately - 0.06%.
  • 10 optical fiber tapes are combined to form a stack of STP8, each with 8 optical fibers and an external dimension of 2.1 ' 0.31 mm. However, as shown in FIG. 1, the influence (compared to a ribbon of four) on the elongation curve is slight.
  • STP8 can be suitably, e.g. or the like by means of a holding spiral. be held together.
  • FIG. 8 shows an optical cable CA8 which has an outer jacket AS8. Inside are two tubular ones
  • Protective sheaths SH82 and SH81 are provided, SH82 consisting of tensile-strength aramid and / or glass fibers, preferably embedded in a matrix material, and SH81 being a protective tube made of plastic material.
  • SH81 a tensile core element CE8 is provided, which is thickened to a desired outer diameter by a plastic layer AL8.
  • a plurality of optical waveguide wires AD1-ADm are roped onto this tensile element CE8 / AL8 thus thickened, additional blind elements LEI-LEm being provided in the present example.
  • the blind elements LEI - LEm suitably consist of low tensile plastic materials such as PE, PBT.
  • Each of the optical waveguide wires AD1 -ADm preferably contains one or more optical waveguides LW ("hollow tube” - "loose tube”) embedded in a filling compound.
  • the optical cable CA8 according to FIG. 8 has a conventional structure, then it has an outer diameter of 16.25 mm and the individual elements show the following structure:
  • Wall thickness BW8 0.3 mm
  • material Kraft crepe paper outer diameter (envelope) of the cores ADl - ADm): 7.7 mm outer diameter
  • LEILEM 2.0 mm
  • material PE outer diameter ADl - ADm 2.0 mm
  • Outer wall PBT or PC / PBT
  • the relative elongation dL / L for this cable according to FIG. 3 is approximately -0.31% at -30 ° C.
  • the strongly shrinking plastic content is first reduced, i.e. an outer diameter of only 14.4 mm is provided and the individual elements show the following structure:
  • the relative elongation dL / L analogous to FIG. 3 is approximately -0.044% for this cable at -30 ° C. and is thus much closer to the curve FB in FIG. 3.
  • the outer sheath AS8 glass components are also added to the PE, so that max. 70% PE content remains, i.e. e.g. 20% LCP, 10% glass, 70% PE.
  • the individual optical fibers LW of 0.25 mm can be thickened with acrylate to a total diameter of 0.3 mm, which results in a dL / L at -30 ° C of - 0.038% That is very close to the cable value of -0.044%.
  • the procedure can also be such that the optical waveguide (s) is thickened in this way by plastic additives that are mechanically firmly connected to it is / are, for example through thicker or multiple
  • Coating or another thicker or multiple application of material eg in the case of optical waveguide tapes according to FIG. 2
  • that the greatest possible adjustment (approximation) of the elongation dL / L at the lower temperature limit value with respect to the elongation of the actual cable construction is achieved at low temperatures .
  • the choice of material and / or the thickness of the material can therefore also be used in the area of the optical transmission elements themselves to achieve the “synchronization”.
  • polymers sheath material and / or core material
  • the type and amount of any fillers is also responsible for the extent to which the modulus of elasticity of the starting material is changed, ie further properties of the cable can be set via the type and amount of the filler (e.g. increase in tensile and transverse pressure properties while reducing the bendability) .
  • the filler e.g. increase in tensile and transverse pressure properties while reducing the bendability
  • 0 - 50% fillers made of glass, and / or carbon and / or mineral particles can be provided, which can be arranged in the form of fibers, spheres or irregular structures, alone or in combination.
  • POM polyoxymethylene acetal
  • PA polyamide
  • PC polycarbonate
  • PBT polybutene terephthalate
  • ⁇ values (given below at 23 ° C - in a first approximation, this value can be used as a linear thermal coefficient of thermal expansion for the range from room temperature to + 80 ° C), smaller values are to be expected at lower temperatures.

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Abstract

Das Lichtwellenleiterkabel (CA) weist mindestens ein zugfestes Element (CE) sowie einen Kabelmantel (AS) und mindestens ein optisches Übertragungselement (Lichtwellenleiter) auf, das beweglich in einer Kammer (CB) untergebracht ist. Die thermische Schrumpfung des Kabels (dL/L) ist im Bereich von 20 °C bis zum unteren Temperaturgrenzwert des Kabels so gewählt, daß sie um nicht mehr als 30 % von der thermischen Schrumpfung (dL/L) des verwendeten optischen Übertragungselementes (LB1-LBn) abweicht.

Description

Beschreibung
Optisches Kabel
Die Erfindung betrifft ein optisches Kabel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist bekannt, daß Lichtwellenleiterelemente unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen als die übrigen Elemente des Kabels, also insbesondere der Kabelmantel, Aderhüllenmaterialien, etwaige zug- und/oder stauchfeste Elemente usw. Wenn die Lichtwellenleiter lose in einer Kammer untergebracht sind, dann werden sie nur über Reibung an das eigentliche Kabel angekoppelt und infolge der unterschied- liehen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des eigentlichen Kabels gegenüber dem Lichtwellenleiterelement kann es zu Makrokrümmungen kommen, welche für das Lichtwellenleiterelement eine Dämpfungserhöhung zur Folge haben. Es ist deshalb üblich, die Abmessungen der die Lichtwellenleiterelemente aufnehmenden Kammer so reichlich zu dimensionieren, daß Dämpfungserhöhungen durch Makrokrümmungen vermieden werden. Diese sehr pauschale Methode hat den Nachteil, daß der Kabelquerschnitt sich erheblich vergrößert, weil bei den bisher bekannten Kabeln stets mit einer Art "Überdimensionierung" gearbeitet wurde. Nähere Einzelheiten über den Kabelaufbau, die Dimensionierung und die Berechnung sind dem Kapitel 9 („Optical Cable Design" - Seiten 115 bis 158) des Buches „Fiber Optic Cables" von G. Mahlke und P. Gössing (John Wiley & Sons Ltd. dritte ergänzte Auflage 1997) zu entnehmen.
Aus der US-PS 4,770,489 ist es bekannt, Lichtwellenleiter lose in entsprechenden Kammern oder Röhrchen unterzubringen. Weiterhin ist eine Vielzahl von zugfesten Elementen vorgesehen, die einen höheren E-Modul aufweisen als das eigentliche Kabel und zugleich einen niedrigeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Beispielsweise können hierfür in ein Epoxidharz eingebettete Glas-, Kohlenstoff- oder Ara idgarnfasern verwendet werden. Auf diese Weise kann erreicht werden, daß der Einsatzbereich eines Kabels statt von -20 Grad bis +60 Grad von -20 Grad bis +70 Grad Celsius reicht. Dabei ist davon ausgegangen, daß die Kabelkonstruktion als solche unverändert gelassen wird.
Aus US 5,098,177 ist ein optisches Kabel bekannt, das ein zugfestes Element aufweist, Dabei werden die Lichtwellenleiter lose in Kammern oder Röhrchen untergebracht und weisen eine Beschichtung aus LCP (liquid crystal polymer) auf, dessen linearer Temperaturausdehnungskoeffizient zwischen -15 • 10"6 bis -5 • 5"6 (1/K) reicht. Um den unterschiedlichen Ausdehnungen gerecht zu werden, ist ein relativ großer Toleranzbereich (Spiel) zur Wandung von 0,5% vorgesehen. Dies und die Beschichtungsvorgänge stellen einen zusätzlichen
Aufwand dar und es vergrößert sich außerdem der Außendurchmesser der Lichtwellenleiter durch die Zusatzbeschichtung, so daß ein Teil dessen, was durch die Einschränkung des Dehnungsverhaltens erreicht wird, durch den vergrößerten Platzbedarf für den Lichtwellenleiter wieder verloren geht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Weg aufzuzeigen wie in einfacher Weise der Raumbedarf für die das oder die optischen Übertragungselemente aufnehmende Kammer inner- halb des optischen Kabels verringert werden kann. Diese Aufgabe wird bei einem Kabel nach dem Oberbegriff des Anspruchs durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst .
Die Erfindung geht somit davon aus, daß im unteren Temperaturbereich, welcher für die Makrokrümmungen besonders kritisch ist, das Ausdehnungsverhalten des Kabels einerseits und das Ausdehnungsverhalten des optischen Übertragungselementes (z.B. in Form eines einzelnen Lichtwellenleiters, eines Lichtwellenleiterb ndchens oder einer sonstigen, mechanisch eine Einheit bildenden langgestreckten Lichtwellenleiterstruktur) andererseits so aufeinander abgestimmt („synchronisiert") werden, daß diese nur um einen vorgegebenen Wert maximal voneinander abweichen. Dadurch ist es möglich, für das optische Übertragungselement ein optimal angepaßtes "Bewegungsfenster" zu schaffen, das für sich genommen bereits möglichst klein ist, jedoch auf jeden Fall noch ausreicht, um infolge unterschiedlicher restlicher, insbesondere lokaler, Längenausdehnungen (z.B. aufgrund von Biegung) sich ergebende Makrokrümmungen aufzunehmen und dadurch Dämpfungs- erhöhungen zu vermeiden.
Zusätzlich zu der vorstehend geschilderten Lösung oder auch unabhängig hiervon kann gemäß der Erfindung das Lichtwellenleiterkabel auch so ausgelegt werden, daß unterhalb von 20°C, insbesondere beim unteren Temperatur- grenzwert des Kabels (z.B. -30°C) , die Abweichung zwischen dem prozentualen Dehnungswert des Temperaturganges des optischen Übertragungselementes einerseits und dem prozentualen Dehnungswert einer zugehörigen Kabelkonstruktion andererseits so gewählt wird, daß die Differenz der Dehnungswerte unter + 0,03 Prozentpunkte, bevorzugt unter ± 0,02 Prozentpunkte, und insbesondere unter ± 0,01 Prozentpunkte liegt.
Die Kammerabmessungen werden zweckmäßig so gewählt, daß sich aus einer zusätzlichen Überlänge des optischen Übertragungs- elementes bei dem untersten Temperaturgrenzwert etwa ergebende lokale Biegeradien größer ab 70 mm sind.
Zusätzlich zu der vorstehend geschilderten Lösung oder auch unabhängig hiervon kann auch so verfahren werden, daß das optische Übertragungselement durch mechanisch fest mit ihm verbundene KunststoffZusätze derart aufgedickt ist (z.B. durch ein weiteres Coating beim Lichtwellenleiter und/oder einen sonstigen Materialauftrag z.B. außen bei Lichtwellenleiterbändchen, ) daß bei niedrigen Temperaturen eine, vorzugsweise geringfügige (z.B. max. 0,05%), Anpassung der Dehnung in Bezug auf die Dehnung der Kabelkonstruktion erreicht ist. Sonstige Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen wiedergegeben.
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden anhand von Zeichnungen nachfolgend näher erläutert, in denen Ausführungsbeispiele dargestellt sind.
Es zeigen:
Figur 1 die relative Dehnung verschiedener Lichtwellenlei- terbändchen in Abhängigkeit von der Temperatur, Figur 2 in Frontansicht die Lichtwellenleiterbändchen, deren Temperaturgang in Figur 1 dargestellt ist, Figur 3 den Temperaturgang verschiedener Kabelkonstruktionen und von Lichtwellenleitern bzw. Lichtwellenleiterbändchen, Figur 4 im Querschnitt ein optisches Kabel mit in Kammern untergebrachten Lichtwellenleiterbändchen. Figur 5 in Querschnitt ein Kabel mit auf einem Zentralelement aufgeseilten, Lichtwellenleiterbändchen enthaltenden Verseilelementen, Figur 6 ein Kabel mit in einem zentralen Rohr angeordneten 5einzelnen Lichtwellenleitern, Figur 7 ein Kabel mit in einem Zentralrohr angeordneten einzelnen Lichtwellenleiterbändchen und Figur 8 im Querschnitt ein Kabel mit auf einem Zentralelement aufgeseilten, einzelne Lichtwellenleiter enthaltenden Verseilelementen.
Figur 1 zeigt den Verlauf .der Dehnung dL/L (%) in Abhängigkeit von der Temperatur T in °C. Im einzelnen wurden drei verschiedene Lichtwellenleiterbändchen untersucht, die in Figur 2 in Frontansicht dargestellt und mit RB4, RB8 und RB12 bezeichnet sind. Bei dem Bändchen RB4 sind insgesamt vier
Lichtwellenleiter LW vorgesehen, bei RB8 insgesamt acht und bei RB12 insgesamt zwölf Lichtwellenleiter. Die Lichtwellen- leiter zeigen den üblichen Aufbau, das heißt sie haben einen Kern mit etwa 9 μm Durchmesser (bei Monomodefasern) , einen Mantel (Cladding) von 125 μm Außendurchmesser und eine ein- oder mehrlagige Beschichtung aus Kunststoff (Coating - z.B. aus Acrylharz, Urethanacrylat oder Siliciumacrylat , Epoxy- Acrylat, unpolaren Systemen usw. bestehend) von ca. 250 μm Außendurchmesser. Alternativ können auch Multimodefasern (Kern - Durchmesser = 50 μm/62,5 μm oder 100 μm) oder POF („plastic optical fibers") -Fasern verwendet werden. Diese Lichtwellenleiter stoßen zweckmäßig mit ihrem Coating unmittelbar aneinander und sind außen mit einer gemeinsamen Schutzhülle SH umgeben, die vorteilhaft aus einem KunstStof - material , z. B. einem Thermoplasten oder einem Acrylat, insbesondere Urethanacrylat besteht. Die Dicke d des so jeweils hergestellten Lichtwellenleiterbandchens beträgt für alle Ausführungsformen der in Figur 2 dargestellten Lichtwellenleiterbändchen etwa 280 - 400 μm, bevorzugt zwischen 310 und 370 μm. Das Bändchen RB4 hatte für die nachstehend beschriebene Messung eine Breite b von 1,1 mm, das Bändchen RB8 von 2,1 mm und das Bändchen RB12 von etwa 3,2 mm. Die Dicke oder Höhe d des Bändchens RB4 betrug
370 μm, die des Bändchens RB8 310 μm und die des Bändchens RB12 ebenfalls 310 μm.
Wie sich aus Figur 1 ergibt, ist der Kurvenverlauf des Temperaturgangs für die Dehnung dL/L für alle drei Bändchen der in Figur 2 dargestellten Art ziemlich ähnlich, wobei der Kurvenverlauf KR4 den dL/L-Wert für das Bändchen RB4, der gestrichelte Kurvenverlauf KR8 den für das Bändchen RB8 und der strichpunktierte Kurvenverlauf KR12 den für das Bändchen RB12 wiedergibt. Insbesondere zeigt sich, daß oberhalb von 20 °C die Kurven fast waagrecht verlaufen, das heißt der Temperaturausdehnungskoeffizient im wesentlichen vom Glasteil der Lichtleitfaser bestimmt wird. Erklärbar ist dies dadurch, daß bei den höheren Temperaturen der Einfluß der Schutzhülle SH und/oder des Coatings der Lichtwellenleiter LW wegen der größeren Weichheit der Stoffe nicht mehr so stark in Erschei- nung tritt wie bei niedrigeren Temperaturen. Unterhalb von 20° und insbesondere unterhalb von 0° ergibt sich ein sehr starker Temperaturgang für die Dehnung dL/L, was darauf hinweist, daß hier eine starke Wechselbeeinflussung zwischen dem Bändchencoating und Fasercoating einerseits und dem Glas der eigentlichen Lichtwellenleiterfasern andererseits stattfindet. Glas, welches für Lichtleitfasern verwendet wird, hat einen Ausdehnungskoeffizienten von α = 0,04 ' IQ"5 bis 0,1 10~51/K, während die für das Coating verwendeten Materialien Ausdehnungskoeffizienten etwa im Bereich α = 5 10"5 bis 30
10"5 l/K und die für die Schutzhülle SH etwa im Bereich α = 5 10"5 bis 30 ' 10"5 l/K aufweisen, wobei der erste Wert für - 30°C und der letzte für 60°C gilt. Das Temperaturverhalten des Ausdehnungskoeffizienten dieser Kunststoffmaterialien ist außerdem nicht linear.
Figur 3 zeigt ebenfalls für den Temperaturbereich T von -30° (als unterer Temperaturgrenzwert des Kabels angenommen) bis + 60° C (als oberer Temperaturgrenzwert des Kabels angenommen) den Temperaturgang beispielhaft für verschiedene Kabelkon- struktionen. Die Kurven zeigen normiert auf 20°C (Räumtempertatur) die Längenänderung dL/L = f (T) , wobei inkrementell näherungsweise gilt ΔL/L = ε = αΔT mit α als Temperaturausdehnungskoeffizient und Temperaturschritten von jeweils ΔT = 10° im vorliegenden Beispiel. Der mittlere jeweilige (inkrementelle) Temperaturausdehnungskoeffizient α entspricht somit der Steigung der Dehnungskurve zwischen zwei solchen Ecktemperaturen, so daß gilt α = ε/Δτ.
Bei den Kabelkonstruktionen sind zunächst Kammerkabel mit
Lichtwellenleiterbändchen -vorausgesetzt, wie sie der in Figur 4 dargestellte Querschnitt eines derartigen Kabels CA zeigt. Es können im Rahmen der Erfindung aber auch alle anderen Kabelkonstruktionen verwendet werden, z.B. Hohladerkabel („loose tube") , Luftkabel, usw., wie beispielhaft anhand der Figuren 6 bis 8 noch erläutert wird. Das Kabel CA nach Figur 4 weist ein zentrales Zugelement CE zum Beispiel aus Stahldrähten oder aus glasfaserverstärktem Kunststoffmaterial (GFK oder FRP=„fiber reinforced plastic") auf, auf welchem fest eine aus Kunststoffmaterial bestehende, mit helixförmig verlaufenden, vorzugsweise rechteckigen, nach außen offenen Nuten oder Kammern CB versehene Zwischenschicht (Kammerkörper) CS folgt. Die offenen Kammern CB werden von einer Bespinnung oder Bewicklung BN, zum Beispiel mittels einer Folie, Quellvlies oder dergleichen verschlossen. Nach außen hin folgt ein vorzugsweise aus Kunststoff, insbesondere PE bestehender Außenmantel AS. In den Kammern CB ist jeweils ein Stapel STP von Lichtwellenleiterbändchen angeordnet, wobei diese in radialer Richtung aufeinander gestapelt sind und bei einer der Kammern mit LB1 bis LBn (im vorliegenden Beispiel ist n = 5 gewählt und die Zahl der Lichtwellenleiter im Bändchen jeweils mit 4 angenommen) bezeichnet sind. Diese Lichtwellenleiterbändchen LB1 bis LBn können bevorzugt den in Figur 2 näher dargestellten Aufbau haben.
Die Lichtwellenleiterbändchen LB1 bis LBn sind beweglich in den Kammern CB angeordnet, das heißt der Querschnitt der Kammern CB (Breite B, Höhe H) ist etwas größer gewählt als die Außenabmessungen (Breite BS, Höhe HS) des Bändchenstapels STP aus den Bändchen LB1 bis LBn. Dadurch sind diese Licht- wellenleiterbändchen zwar in bestimmten Teilbereichen über Reibung an die Wandung bzw. den Boden der Kammer gekoppelt, sonst aber grundsätzlich auch frei beweglich. Die Breite B ist zweckmäßig nur geringfügig größer zu wählen (bevorzugt zwischen 0,2 und 0,4 mm - die Breite ist abhängig vom Biege- radius des Kabels und die angegeben Werte gelten für Biegeradius - lOfacher Kabeldurchmesser) als BS, weil hier keine nennenswerten Temperaturprobleme auftreten.
Jedes derartige Kabel hat einen bestimmten Temperaturgang des Temperaturausdehnungskoeffizienten α, wobei α in starkem
Maße von den Dimensionen und den verwendeten Materialien bzw. den jeweiligen Materialanteilen an der Gesamtkonstruktion abhängt. Einen besonderen Einfluß auf das Ausdehnungsverhalten haben zugfeste Materialien, z.B. der zugfeste Kern CE, und Kunststoffmaterialien mit größeren Dimensionen wie z.B. das die Kammern CB umgebende Kunststoffmaterial des Kammer- körpers SC sowie der ein oder mehrschichtige Außenmantel AS .
Je größer die Unterschiede in den Ausdehnungskoeffizienten der Kabelstruktur des Kabels CA nach Figur 4 einerseits und der Lichtwellenleiterbändchen LB1 bis LBn andererseits sind, um so größer muß die jeweilige Kammer CB in radialer Richtung (=Kammerhöhe H) dimensioniert werden, damit für den vorgegebenen Betriebstemperaturbereich (meist von - 30°C bis + 60°C) für de Stapel STP aus Lichtwellenleiterbändchen LB1 bis LBn ausreichende Bewegungsmöglichkeiten (Ausweichmöglichkeiten) vorhanden sind, um die Unterschiede in den Ausdehnungskoeffizienten ausgleichen zu können, ohne daß es zu unerwünscht großen Makrobiegungen kommt . Obwohl für die nachfolgenden Überlegungen zunächst ein Kammerkabel zugrundegelegt ist, kann das Prinzip der Erfindung, d.h. die Idee der Angleichung („Synchronisation") des Temperaturganges auf alle anderen Kabelkonstruktionen angewendet werden.
Als Beispiel wird ein Kammerkabel gemäß Figur 4 mit einer maximalen Faseranzahl von 100 zugrundegelegt. Von den insge- samt sechs Kammern kann eine mit einem isolierten elektrischen Leiterpaar ELI, EL2 (Signalkanal) bestückt sein; es ist auch möglich, daß alle Kammern mit Bändchenstapeln belegt sind oder daß einige leer bleiben bzw. nur teilweise bestückt sind. Das dargestellte Kabel kann bis zu 100 Lichtwellenlei- ter aufnehmen, weil in jeder der verbleibenden 5 Kammern CB 20 Lichtwellenleiter (5 Bändchen ä 4 Lichtwellenleiter) vorgesehen sind.
Für die weiteren Überlegungen im Zusammenhang mit Figur 3 ist für alle Beispiele (ausgenommen Kabel entsprechend Kurve CAS3 mit D = 14 mm bei Figur 3) ein Außendurchmesser D von 15 mm zugrundegelegt. Die Wandstärke des Außenmantels AS (aus PE) liegt bei etwa 1,7 mm, die Lage BN z.B.: aus Quellvlies bei etwa 0,6 mm, der Kammerkörper SC (aus PE) hat einen Außendurchmesser DS von etwa 10,4 mm (ausgenommen CAS3 mit DS = 9,5 mm bei Figur 3) und der im Inneren vorgesehene Kern CE aus zugfestem Material hat einen Außendurchmesser von 2,6 mm. Die nachfolgenden Berechnungen und dargestellten Kurvenverläufe enthalten natürlich gewisse Fehlerwerte zum einen dahingehend, daß sehr genaues Datenmaterial in der Literatur vielfach nicht vorhanden ist und durchgeführte Messungen nur im Rahmen von bestimmten Toleranzwerten erfolgen können.
Diese Unscharfen, welche durch entsprechende Toleranzwerte gegeben sind, können zwar die dargestellten bzw. errechneten oder gemessenen Werte in gewissem Umfang verändern; sie liegen jedoch weit unterhalb dem, was an Verbesserungen durch die erfindungsgemäße abgewandelte Dimensionierung der Kabel- Struktur erreicht werden kann. Durch experimentelle Versuche ist es (z.B. mittels Prototypen) möglich, die „Synchronisation" des Temperaturganges zu beeinflussen, um daraus die richtigen Querschnitte bzw. Mischungsverhältnisse abzuleiten.
In Figur 3 ist normiert auf 20°C der punktiert dargestellte Kurvenverlauf mit dem größten Temperaturgang der Dehnung dL/L = f (T) eines Kabels mit CAG2 bezeichnet. Das zugehörige Kabel hat ein zugfestes Zentralelement CE von 2,6 mm Durchmesser aus glasfaserverstärktem Kunststoff, wobei das Matrixmaterial aus Vinylesterharz oder Epoxidharz (Anteil ca. 20%) besteht und etwa 80 % der Querschnittsfläche mit Glasfaserfilamenten gefüllt sind. Der Temperaturgang dieses so aufgebauten Kabels CAG2 reicht von etwa -0,16 bei -30° bis 0,09 bei + 60°.
Die ausgezogene Kurve CASl unterscheidet sich von der Kabel- konstruktion CAG2 lediglich dadurch, daß das zugfeste Element CE in diesem Fall aus einem Stahldraht von 2,6 mm Durchmesser besteht. Der Temperaturgang der Dehnung dL/L des Kabels CASl ist geringer als der des Kabels CAG2, wobei aber beide Kabel in der Tendenz grundsätzlich einen ähnlichen Dehnungsverlauf zeigen. Der Temperaturgang dieses so aufgebauten Kabels CASl reicht von etwa -0,10 bei -30° bis 0,07 bei + 60°.
Das Kabel mit dem kurz gestrichelten Kurvenverlauf CAS3 hat ebenfalls einen aus Stahldraht bestehenden Kern von 2 , 6 mm Durchmesser, wobei jedoch hier ein genuteter Kunststoffkörper SC von geringerem Durchmesser nämlich von etwa DS = 9,5 mm (statt vorher 10,4 mm) vorausgesetzt ist, die Wandstärke des Außenmantels AS beträgt immer noch 1,7 mm wie bei den vorher- gehenden Beispielen. Der Temperaturgang dieses so aufgebauten Kabels CAS3 reicht von etwa -0,1 bei -30° bis 0,07 bei + 60°.
Die dick gestrichelte Kurve RB zeigt den Dehnungverlauf für ein Lichtwellenleiterbändchen (RB4 nach Fig. 2) . Die dicke ausgezogene Kurve FB zeigt den Verlauf für einen einzelnen beschichteten (Coating) Lichtwellenleiter mit 250 μm Außendurchmesser. Durch die große Differenz im Temperaturverlauf im Bereich unterhalb von 20°C zwischen dem Bändchenverlauf RB und dem Verlauf der Kammerkabel CAG2 , CASl, CAS3 müssen große Kammertiefen H vorgesehen werden, um die Ausgleichsbewegungen bei niederen Temperaturen zu ermöglichen und so Makrokrümmungen zu vermeiden.
Um den Einflußfaktor des Ausdehnungskoeffizienten der Kunst- Stoffmaterialien zu zeigen, wird nun von einem Mehrkomponen- tensystem (d.h. aus unterschiedlichen Materialien bestehend) ausgegangen mit einem Ausdehnungskoeffizienten von 1 ' 10"5 l/K für das Kunststoffmaterial (Außenmantel AS, Kunststoffkörper SC des Kabels nach Figur 4 bei sonst gleichen Abmessungen) zugrundegelegt und für ein Kammerkabel mit GFK-
Kern CE (Kurve CAG5 in Fig. 3) bzw. mit Stahldraht-Kern CE (Kurve CAS4 in Fig. 3) berechnet. Kern- und Mantelmaterial sind weiterhin mit gleichem E-Modul wie bei den vorherigen Beispielen vorausgesetzt. In der Praxis kann der vorstehend genannte Ausdehnungskoeffizient beispielsweise dadurch realisiert bzw. angenähert werden, daß alle PE-Materialien (Elemente AS und SC in Figur 4) mit LCP gefüllt werden, wobei der prozentuale Anteil des LCP von der zur korrigierenden Längendifferenz abhängt.
Die dick gestrichelte Kurve RB und die Kurve CAS4 laufen unterhalb 20° weitgehend gleich, d.h. es kann mit einer sehr geringen Kammerhöhe H gearbeitet werden, weil die Dehnung des Kabels und die der Lichtwellenleiterbändchen etwa gleich („synchron") verläuft.
Wird dagegen beispielsweise eine Kabelkonstruktion entsprechend dem Kurvenverlauf CAG2 verwendet, dann muß die sehr starke Schrumpfung dieses Kabels bei -30°C (bis -0,16 %) zwangsläufig zu einer erheblichen Überlänge der Bändchen LB1 bis LBn in den Kammern bei der Struktur nach Figur 4 führen, deren Dehnung (von CAG2) bei -30° C nur etwa -0,06% beträgt, so daß sich dort eine Längendifferenz von -0,16 + 0,06 = -0,1 für die Gesamtkonstruktion ergibt. Die Lichtwellenleiterbändchen LB1 bis LBn werden sich bei niedrigen Temperaturen den Kabeln nach Figur 4 zum Längenausgleich (theoretisch) in einer etwa wellenförmig verlaufenden Linie lagern, um eine größere Länge aufnehmen zu können, da die Knickkräfte nach EULER sehr klein sind für das Bändchen LBn.
Geht man von einer etwa sinusförmigen Wellenlinie aus, welche die Bändchen LB1 und LBn bei dem Kabel nach Figur 4 einnehmen, dann muß der Restspalt SP = H-HS (Leerraum oberhalb des Bändchenstapels bei 20 °C) bei einem Kabel entsprechend CAG2 etwa 0,8 mm betragen, wenn keine Stauchkräfte auf die Bändchen LB1 bis LBn ausgeübt werden sollen. Geht man dagegen von einer Kombination entsprechend den Kurven RB einerseits und CAS4 (Figur 3) andererseits aus, dann braucht, um die verbleibende Längendifferenz infolge der unterschiedlichen Dehnungen (-0,06% + 0,055% = -0,005%) aufnehmen zu können, die Spaltbreite SP nur etwa 0,2 mm groß sein. Eine gewisse Rest- spaltbreite ist im allgemeinen deshalb zweckmäßig, um Toleranzen bei der Fertigung zu kompensieren und ggf . für die Aufnahme bzw. den Ausgleich von Biegespannungen. Wenn man das Kammerkabel entsprechend Figur 4 nicht mit Lichtwellenleiterbändchen, sondern mit einzelnen Lichtwellenleitern (Lichtwellenleiter mit Coating = Außendurchmesser z.B. 250 μm) bestückt, dann ist eine möglichst starke Annäherung zwischen der den Temperaturgang des Ausdehnungskoeffizienten für einen einzelnen Lichtwellenleiter angebenden Kurve FB und der Kabelkurve vorzusehen. Hierzu ist die Kombination mit einem Kabel CAG5 zweckmäßig, d.h. die Lichtwellen- leiter werden in einem Kammerkabel der vorstehend beschriebenen Art (analog zu CAS4) jedoch mit einem Glasfaserkern CE von 2 , 6 mm Außendurchmesser angeordnet .
Allgemein gilt, daß je geringer im unteren Temperaturbereich die Abweichung der Temperaturverläufe gewählt wird, d.h. je kleiner der Abstand zwischen der Kabeltemperaturkurve einerseits und der Temperaturkurve für die optischen Übertragungselemente (RB, FB) andererseits ist, desto weniger Restspalt muß bei den Kammern CB des Kammerkörpers SC zur Verfügung gestellt werden, um bei niedrigen Temperaturen etwaige Rest- Ausgleichsvorgänge noch zuzulassen.
Im allgemeinen wird die Auslegung somit vorteilhaft so durchgeführt, daß zunächst die Kurve RB (bei Verwendung von Licht- wellenleiterbandchen) bzw. FB (bei Verwendung von einzelnen Lichtwellenleitern) in Abhängigkeit von der Temperatur für den vorgegebenen Temperaturbereich des Kabels z.B. von -30°C bis +60°C durch Rechnung oder Versuch bestimmt wird. Dann wird die Auslegung der zugehörigen Kabelkonstruktion durch Änderung der verschiedenen Parameter (z.B. Ersatz eines
Stahlkernes CE durch einen GFK-Kern, Ersatz des Kunststoff- materials für den Kammerkörper SC durch ein anderes Kunst- stoffmaterial, Ersatz des Außenmantels AS durch ein anderes Kunststoffmaterial) so variiert, daß der Temperaturverlauf der so erhaltenen Kabelkonstruktion im Bereich zwischen 20°C und dem unteren Grenzwert (z.B. -30°C) möglichst nahe (bei Verwendung von Lichtwellenleiterbändchen) bei dem Temperatur- verlauf des Lichtwellenleiterbandchens RB bzw. (bei Verwendung von einzelnen Lichtwellenleitern) bei dem Temperaturverlauf des Lichtwellenleiters FB liegt. Neben den vorstehend beschriebenen Material-Variationen für die verschiedenen Ele- mente AS, SC und CE oder auch zusätzlich hierzu ist es auch möglich, die Dimensionen dieser Elemente zu verändern, d.h. z.B. den Durchmesser des Kernelemtentes CE größer oder kleiner zu machen, die Wandstärke des Außenmantels AS zu verändern und ggf . auch den Querschnitt des Kammerkörpers zu variieren. Infolge dieser vielfältigen Gestaltungsmöglichkeiten ist es möglich, für das jeweilige optische Übertra- gungselement , als z.B. für einen vorgegebenen Bändchentempe- raturgang (RB) oder einen vorgegebenen Lichtwellenleitertemperaturgang (FB) die zugehörige KabelStruktur in dem gewünschten Maße hinsichtlich des Temperaturganges zu optimieren.
Es ist zweckmäßig, daß die thermische Schrumpfung des Kabels im Bereich von 20°C bis zum untersten Temperaturwert gemäß der jeweiligen Kabel-Spezifikation (hier bei den Beispielen -30°C) um nicht mehr als ± 30%, bevorzugt nicht mehr als ± 20%, von der thermischen Schrumpfung des verwendeten optischen Übertragungselementes (z.B. Lichtwellenleiters FB oder des Lichtwellenleiterbandchens RB) abweicht. Ein besonders gedrängter Aufbau mit einem kleinen Restspalt läßt sich dann realisieren, wenn die thermische Schrumpfung des Kabels im Bereich von 20°C bis zum untersten Temperaturwert um < ± 10% von der thermischen Schrumpfung des verwendeten optischen Übertragungselementes abweicht . Besonders bei günstiger Materialauswahl und exakter Abstimmung läßt sich ein sehr kompakter Kabelaufbau auch dahingehend realisieren, daß die Abweichung der thermischen Schrumpfung des Kabels von der des optischen Übertragungselementes < + 5% beträgt. Bei optimaler Ausnützung aller möglichen Parameter sind sogar Abweichungen < ± 2% realisierbar. Die Auslegung des Temperaturganges des Kabels CA einerseits bezogen auf den Temperaturgang der optischen Übertragungselemente (z.B. der Lichtwellenleiter LW bzw. der Bändchen RB) andererseits sollte also so erfolgen, daß diese Abweichung möglichst gering gehalten wird und zwar bei Temperaturen unter 20°. Es kann auch zweckmäßig sein, diese Abweichung auf Temperaturen unter 10° und insbesondere auch unter 0°C zu beziehen.
Wie sich aus Figur 3 ergibt, kann die ausreichend gute Annäherung zwischen der Kabelkonstruktion z.B. CAG5 einerseits und dem zugehörigen optischen Übertragungselement z.B. FB andererseits auch in einer absoluten Größe ausgedrückt werden. So sollte zweckmäßig bei dem unteren Temperatur- Grenzwert des Kabels gemäß Kabel-Spezifikation (im vorliegenden Beispiel unterste Temperatur -30°C) die Abweichung zwischen dem prozentualen dL/L Wert des Temperaturganges des optischen Übertragungselementes (z.B. FB) einerseits und dem prozentualen dL/L Wert einer zugehörigen Kabelkonstruktion (z.B. CAG5) andererseits so gewählt wird, daß die Differenz der zugehörigen dL/L-Werte unter ± 0,03 Prozentpunkte liegt, wobei bevorzugt Werte von unter ± 0,02 Prozentpunkte eingesetzt werden, weil hierfür dann sehr kleine Restspaltbreiten erforderlich sind. Bei einer sehr sorgfältigen Auslegung der Kabelkonstruktion im Bezug auf das zugehörige optische Übertragungselement sind auch Unterschiede von ± 0,01 Prozentpunkte in den Werten dL/L realisierbar. Beispielsweise unterscheiden sich das Kabel gemäß Kurve CAS4 und die Lichtwellenleiterbändchen gemäß Kurve RB nach Figur 3 nur um weniger als 0,01 Prozentpunkte (=vorteilhafte Kombination), während gegenüber einzelnen Lichtwellenleitern (FB) dieses Kabel um etwa 0,035 Prozentpunkte (=unvorteilhafte Kombination) abweicht .
Ein kleiner Restspalt etwa im Bereich zwischen 0,1 mm und 0,4 mm bei den Kammern CB ist auch deswegen zweckmäßig um Bewegungsvorgänge in eng begrenzten Bereichen zuzulassen, wie sie bei Biegungen des Kabels zum Beispiel beim Einziehen in Rohre oder dergleichen oder beim Auftrommeln auf eine Kabeltrommel vorkommen können. Auch hierbei findet, wegen der Reibungs-Verbindung zwischen den Lichtwellenleiterbändchen LB1 bis LBn einerseits und der Wandung des genuteten Kunst- stoffkörperε SC andererseits kein vollständiger Bewegungsausgleich statt, obwohl der Kurvenverlauf der Kammern CB helix- förmig ist, weil die Reibung dieser Bewegungsvorgänge nur lokal zuläßt. Der Gleitreibungskoeffizient schwankt zwischen 0,2 und 0,7 je nach Materialpaarung des Kabeldesigns.
Aufgrund der Reibkoeffizienten und der geringen Knickkräfte nach EULER erführt das Lichtwellenleiterbändchen durch die Kabelhülle nur sehr geringe Stauchkräfte. Im allgemeinen ist es nicht erforderlich, daß die Lichtwellenleiterbändchen bei der Kabelstruktur nach Figur 4 keinerlei Stauchungen erfahren. Sehr kleine Stauchkräfte haben kaum eine Bedeutung, da es um Instabilitäten geht und die Knickkraft klein ist.
Die Lichtwellenleiter bzw. Lichtwellenleiterbändchen werden im allgemeinen bei Raumtemperatur unter einer meist geringen Vorspannung so eingelegt, daß sie gerade am Boden der jeweiligen Kammer CB aufliegen. Wegen des aus Figur 3 ersichtlichen Dehnungsverhaitens kommt es, da bei zunehmender Temperatur sich das Kabel entsprechend den Kurven CAG2 bis CAG5 stärker dehnt als der Lichtwellenleiter entsprechend der
Kurve FB/RB, zu einer Zunahme der Zugspannung. Diese ist in einem gewissen für die jeweiligen Lichtleitfasern jeweils bekannten Bereich unschädlich.
Die Auslegung erfolgt weiterhin generell, d.h. unabhängig von der konkreten Kabelkonstruktion, vorteilhaft so, daß bei den höheren Temperaturen, d.h. im oberen Temperatur-Grenzbereich (z.B. 60°C gemäß Kabel-Spezifikation) die auf die Lichtwellenleiter infolge der Temperaturerhöhung ausgeübte Dehnung nicht über einen vorgegebenen Grenzwert, vorteilhaft nicht über 0,1%, und insbesondere nicht über 0,05%, ansteigt. Im allgemeinen kann davon ausgegangen werden, daß eine tempera- turbedingte Dehnung im obersten Temperaturbereich, das heißt bei der höchsten Temperatur gemäß Kabel-Spezifikation (z.B. von 60°C) von 0,1% (aufgrund einer Temperaturbelastung) noch ohne Auswirkungen auf die Lebensdauer (aufgrund der dann ver- nachlässigbaren Bruchwahrscheinlichkeit) der optischen Übertragungselemente bleibt und auch für die optischen Übertragungselemente noch keine unerwünschte Dämpfungserhöhung der Lichtleitfasern ergibt. Bei kurzfristigen Einwirkungen (z.B. beim Verlegen) werden vielfach bestimmte Dehnungsgrenz- werte gemäß Kabel-Spezifikation (z.B. durch Zugspannungen) für die Lichtleitfasern zugelassen, die im allgemeinen bis 0,3% oder 0,2% reichen. In diese Grenzwerte sollte die temperaturbedingte Dehnung, wenn sie bei der Verlegung auftreten kann, mit eingerechnet werden, also z.B. temperaturbedingte Dehnung 0,1% + Dehnung durch Zugkräfte bei der Verlegung 0,2% ergibt eine Gesamtdehnung von 0,3% (im ungünstigsten Fall) .
Je näher der Kurvenverlauf für die Lichtwellenleiter/-bändchen FB/RB und der für das Kabel (wie zum Beispiel im Fall der Kabelkonstruktion entsprechend CAG5) beieinander liegen, desto geringer ist auch der Anstieg welcher die Dehnungsbean- spruchung bei den Lichtwellenleiter/Lichtwellenleiterbändchen erfährt . Im allgemeinen ist eine Kurvenabweichung im oberen Bereich, d.h. bei den höheren Temperaturen weniger kritisch, weil geringe Zugkräfte in dem erwähnten Toleranzbereich von den Lichtwellenleitern ohne weiteres aufgenommen werden können, ohne daß es zu einer Erhöhung der Übertragungsdämpfung kommt . Dagegen ist der Bereich bei niedrigeren Temperaturen infolge der nicht genau definierten etwa auftretenden Makro- biegungen und der dadurch verursachten Makrobiegungsdämpfung im allgemeinen meist kritischer. Es ist deshalb zweckmäßig, wenn der Kurvenverlauf zwischen der Kabelkonstruktion einerseits und den Lichtwellenleitern/Lichtwellenleiterbändchen andererseits im tiefen Temperaturbereich, das heißt unter 20°C, insbesondere unter 10°C und vorzugsweise unter 0°C stärker einander angenähert wird, wie dies in Figur 3 bei den Kurvenverläufen FB einerseits und CAG5 andererseits (oder RB und CAS4) gegeben ist.
Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf die in Figur 4 dar- gestellte Kabelkonstruktion eines sogenannten Kammerkabels beschränkt. Die Erfindung kann vielmehr allgemein dort Anwendung finden, wo Temperaturfenster eingeplant werden aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten. Beispielsweise kann eine Konstruktion entsprechend Figur 5 vorgesehen sein, wo eine Anzahl von n Verseilelementen CL51 bis CL5n auf einem zugfesten Kern CE5 aufgeseilt sind, beispielsweise in der Art der sog. "loose tube"- oder Hohladerkonstruktionen. Die einzelnen etwa rohrförmigen Verseil- elemente haben im Innern rechteckförmige oder runde Kammern CB51 bis CB5n, in denen Lichtwellenleiterbändchen LB51 bis
LB5n in der im Zusammenhang mit Figur 4 erläuterten Weise in Form eines Stapels untergebracht sind. Auch hier muß, um Ausdehnungsvorgänge im Rahmen des für das Kabel vorgesehenen Temperaturbereichs durchführen zu können, ein entsprechender Spalt vorgesehen sein, d.h. die Höhe des Bändchenstapels STP5 ist geringer zu wählen, als die Höhe der jeweiligen Kammeröffnung. Die Auswahl einer vorteilhaften Zuordnung zwischen den Ausdehnungskoeffizienten des bzw. der Lichtwellenleiter/ oder der Lichtwellenleiterbändchen einerseits und der Kabel- konstruktion andererseits erfolgt analog zu den im Zusammenhang mit Figur 3 erläuterten Überlegungen, d.h. die Bändchendehnung und die Gesamtdehnung der Kabelkonstruktion werden soweit aneinander angenähert, daß im Bereich unterhalb von 20°C, vorzugsweise unterhalb von 10°C und insbesondere unter- halb von 0°C die Differenz der relativen Dehnung zwischen der Kabelkonstruktion einerseits und den Lichtwellenleitern bzw. Lichtwellenleiterbändchen andererseits kleiner gehalten wird als 30%, vorzugsweise unter 20% und insbesondere unter 10%.
In Figur 6 ist ein optisches Kabel CA6 dargestellt, welches einen Außenmantel AS6 aus Kunststoffmaterial, eine zugfeste Zwischenschicht ZF6, ein Innenrohr SR6 aus Kunststoff und darin angeordnete einzelne Lichtwellenleiter LW1 bis LWx enthält, wobei diese zweckmäßig in eine weiche Füllmasse FM6 eingebettet sind.
Geht man von einer üblichen (bekannten) Kabelkonstruktion aus, dann hat das dargestellte Kabel folgenden Aufbau:
Außendurchmesser des Kabels CA6 : 11,0 mm
Wandstärke AS6 2.5 mm, Material PE Wandstärke ZF6 1.6 mm, Material GFK-Rohr extrudiert
Wandstärke SR6 0,55 mm, Material PC/PBT oder PBT
Das dargestellte Kabel hat bei der vorstehend beschriebenen Auslegung bei -30°C analog zu Figur 3 eine relative Längenän- derung dL/L von -0,08 %. Es liegt also in einer größeren Entfernung von der Kurve FB, welche für einzelne Lichtwellenleiter (wie in Figur 6 dargestellt) gilt und einen Wert dL/L von etwa 0,02% bei -30°C hat. Bei +60° ergibt sich ein Wert von dL/L von + 0,05% für ein Kabel gemäß Figur 6.
Es besteht im Rahmen der Erfindung eine erste Möglichkeit einer „Synchronisation" dahingehend, daß die Lichtwellenleiter von 0,25 auf 0,35 mm aufgedickt werden (durch ein zusätzliches Acrylatcoating) . Derartige Fasern haben dann ein dL/L von etwa - 0,059% bei - 30°C und von + 0,017 bei + 60°C.
Verwendet man anstelle der Einzellichtwellenleiter bei Figur 6 Bändchen, dann ergibt sich ebenfalls eine gewisse „Synchronisation", weil deren dL/L bei -30 °C bei etwa - 0,063% und bei +60°C bei etwa 0,01 liegt (vgl. Fig. 3).
Um das Temperaturverhalten eines Kabels analog Figur 6 zu verbessern, können im Rahmen der Erfindung beispielsweise auch Abwandlungen des eigentlichen Kabelaufbaus vorgenommen werden, wobei die Abmessungen gegenüber dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel zunächst unverändert gelassen werden : Statt 12 Einzelfasern werden 3 Stück 4er Bändchen verwendet. Der Außenmantel AS6 besteht aus 80% PE + 20% LCP ("liquid cristall polymer" - Angaben hier und nachfolgend jeweils in Gew%) . Die Dehnung dL/L bei -30°C liegt für das Kabel bei etwa - 0, 06%.
Mit geänderten Abmessungen kann ebenfalls gearbeitet werden. So kann eine Reduktion der Wandstärke des Außenmantels AS6 von 2,5 mm auf 1,5 mm (ergibt Kabeldurchmesser = 9 mm) erfolgen, was ein dL/L (-30°C) von etwa -0,06% ergibt und bei +60°C ein dL/L von 0,038% .
In Figur 7 ist ein teilweise strichpunktiert dargestelltes, übliches Kabel CA7* mit einem Außendurchmesser von etwa 13,9 mm gezeichnet, dessen Außenmantel AS7* kreisrund ist und eine gleichmäßige Wandstärke von 3 mm aufweist und aus PE besteht. In diesen Außenmantel sind, ebenfalls strichpunktiert dargestellt etwa mittig zwei diametral gegenüberliegende, zugfeste Elemente ZE71* und ZE72* eingebracht, die in einer Querschnittsebene liegen, einen Außendurchmesser von 1,5 mm aufweisen und aus Stahldraht bestehen. Nach innen folgen ein Stahlrillenmantel SR72 und eine aus Kunststoffmaterial (insbesondere PBT oder PC/PBT) bestehendes Innenrohr SR71. Im Inneren des Rohres SR71 ist eine Stapel STP7 von Lichtwellenleiterbändchen angeordnet, der ggf. in eine Füllmasse FM7 eingebettet sein kann. Ein derartiges Kabel CA7* hat bei - 30°C analog Figur 3 einen dL/L Wert von - 0,09% und liegt also im größeren Abstand zu der für optische Übertragungsele- mente in Bändchenform zuständigen Kurve RB.
In Figur 7 ist mit ausgezogenen Linien ein gemäß der Erfindung optimiertes optisches Kabel CA7 dargestellt, das einen ovalen Außenmantel AS7 aufweist. Nach innen folgt wiederum der Stahlrillenmantel SR72 und das aus Kunststoffmaterial
(insbesondere PBT oder PC/PBT) bestehende Innenrohr SR71. Im Inneren des Rohres SR71 ist weiterhin der Stapel STP7 von Lichtwellenleiterbändchen angeordnet, der ggf. in die Füllmasse FM7 eingebettet sein kann.
Das Kabel CA7 der in Figur 7 mit ausgezogenen Linien darge- stellten Struktur ist im Sinne der Lehre der Erfindung optimiert. Hierzu sind eine Reihe von Änderungen gegenüber dem ursprünglichen Zustand CA7* durchgeführt:
Anstelle von PE wird für den Außenmantel AS7 ein MDPE verwen- det, das einen Anteil von 10% LCP enthält. Der Außenmantel AS7 ist elliptisch geformt mit Ellipsenachsen von 13 und 11 mm, wobei die Ellipsenachse 13 mm dort liegt, wo die zugfesten Elemente angeordnet sind. Durch die Änderungen der Außenkontur des Kabels CA7 ergibt sich eine Einsparung an Mantelmaterial etwa in der Größenordnung von 30%. Weiterhin verringert sich der Einfluß des Mantelmaterials auf das Gesamtverhalten des Kabels wegen des geringeren Materialanteils. LCP hat einen Ausdehnungskoeffizienten α von - 0,03 10~4 l/K und einen E-Modul von 20 000 N/mm2. Durch den LCP- Anteil wird der thermische Ausdehnungskoeffizient des Kunst- stoffmantels entsprechend reduziert.
Eine weitere Änderung wird dahingehend durchgeführt, daß anstelle jeweils eines einzelnen zugfesten Elementes ZE71*, ZE72* auf jeder Seite ein Paar von zugfesten Elementen ZE71, ZE72 bzw. ZE73 und ZE74 beiderseits symmetrisch zu der großen Ellipsenach.se angeordnet werden. Sie sind auch etwas weiter nach innen gerückt und liegen praktisch unmittelbar auf dem Stahlrohrwellmantel SR72 auf. Der Durchmesser jedes einzelnen dieser zugfesten Elemente ist hier zu 1,5 mm gewählt, wobei die Elemente aus GFK bestehen. Der Durchmesser der zugfesten Elemente kann ggf. bis zu 1,8 mm vergrößert werden, um eine weitere Feinsychronisation zu erzielen. Das Innenrohr SR71 mit einem Außendurchmesser von 6 mm und einem Innendurchmes- ser von 4,4 mm (wie bei CA7*) enthält ebenfalls einen LCP-An- teil und zwar in der Größenordnung von etwa 20%, während der Rest von 80% aus PBT besteht. Um die Längsdichtigkeit des Kabels sowohl in der Ausführungs- form CA7* als auch in der Ausführungsform CA7 zu gewährleisten, kann im Bereich der zugfesten Elemente CE71* und CE72* bzw. CE71 bis CE74 ein quellfähiges Material z.B. in Form eines Quellfadens vorgesehen sein.
Das Kabel CA7* mit dem üblichen Aufbau hat bei -30°C analog Figur 3 eine relative Dehnung dL/L von etwa -0,09% und liegt damit relativ weit von der den Temperaturgang der Lichtwellenleiterbändchen wiedergebenden Kurve RB mit einem dL/L von etwa -0,06% entfernt. Nimmt man dagegen die Optimierung vor, wie sie das Kabel AS7 nach Figur 7 zeigt, dann erhält man bei -30°C einen Wert von dL/L von etwa -0,07%, der relativ nahe bei dem Wert von RB von etwa -0,06% liegt. Hier sind zu einem Stapel STP8 zusammengefaßt 10 Lichtwellenleiterbändchen vorgesehen mit je 8 Lichtwellenleitern und einer Außenabmessung von 2,1 ' 0,31 mm. Der Einfluß (gegenüber einem Viererbändchen) auf die Dehnungskurve ist aber, wie Figur 1 zeigt, gering. Die Bändchen des Stapels
STP8 können in geeigneter Weise, z.B. mittels einer Haltewendel o.dgl. zusammengehalten werden.
In Figur 8 ist ein optisches Kabel CA8 dargestellt, das einen Außenmantel AS8 aufweist. Im Inneren sind zwei rohrförmige
Schutzhüllen SH82 und SH81 vorgesehen, wobei SH82 aus zugfesten, vorzugsweise in ein Matrixmaterial eingebetteten Ara- mid- und/oder Glasfasern besteht und SH81 ein aus Kunststoffmaterial bestehendes Schutzrohr darstellt . Im Inneren des Schutzrohres SH81 ist ein zugfestes Kernelement CE8 vorgesehen, das durch eine Kunststoffaufläge AL8 auf einen gewünschten Außendurchmesser aufgedickt ist. Auf dieses so aufgedickte zugfeste Element CE8/AL8 sind mehrere Lichtwellenleiteradern AD1 - ADm aufgeseilt, wobei im vorliegenden Beispiel zusätzliche Blindelemente LEI - LEm vorgesehen sind. Es ist aber natürlich auch möglich, den gesamten Raum mit Lichtwellenleiteradern vollständig zu beseilen. Die Blindelemente LEI - LEm bestehen zweckmäßig aus wenig zugfesten Kunststoffmaterialien, wie z.B. PE, PBT. Jede der Lichtwellenleiteradern ADl -ADm enthält vorzugsweise in eine Füllmasse eingebettet einen oder mehrere Lichtwellenleiter LW ("Hohlader" - "loose tube") .
Geht man davon aus, daß das optische Kabel CA8 entsprechend Figur 8 einen herkömmlichen Aufbau zeigt, dann hat es einen Außendurchmesser von 16,25 mm und die einzelnen Elemente zei- gen folgende Struktur:
Wandstärke AS8 : 2,4 mm, Material: PE Wandstärke SH82 : 0,55 mm, Material: Aramidfasern und
Glasgarne Wandstärke SH81: 1 mm, Material: PE
Wandstärke BW8 : 0,3 mm, Material: Kraft-Krepp-Papier Außendurchmesser (Umhüllende) der Adern ADl - ADm) : 7,7 mm Außendurchmesser LEI- LEm: 2,0 mm, Material PE Außendurchmesser ADl - ADm: 2,0 mm, Material d. Außenwand: PBT oder PC/PBT
Wandstärke AL8 : 0,75 mm, Material: PE Außendurchmesser CE8 : 2,1 mm, Material GFK
Die relative Dehnung dL/L für dieses Kabel entsprechend Figur 3 ergibt sich bei -30°C zu etwa -0,31%.
Ändert man nun den vorstehend beschriebenen Aufbau im Sinne der Lehre der Erfindung, wird zuerst der stark schrumpfende Kunststoffanteil reduziert, d.h. ein Außendurchmesser von nur 14,4 mm vorgesehen und die einzelnen Elemente zeigen folgende Struktur:
Wandstärke AS8: 2,4 mm, Material: 80% PE und 20% LCP
Wandstärke SH82 : 0 mm, d.h. entfällt Wandstärke SH81: 1,55 mm, Material: GFK-Rohr mit E= 40 000 N/mm2 und α = 0, 6 ' 10"5 l/K Wandstärke BW8 : 0,3 mm, Material: Kraft-Krepp-Papier Außendurchmesser (Umhüllende) der Adern ADl - ADm) : 7,7 mm Außendurchmesser LEI- LEm: 2,0 mm, Material PE Außendurchmesser ADl - ADm: 2,0 mm, Material d. Außenwand: PBT oder PC/PBT
Wandstärke AL8 : 0,75 mm, Material: PE Außendurchmesser CE8 : 2,1 mm, Material GFK
Die relative Dehnung dL/L analog Figur 3 ergibt sich für die- ses Kabel bei -30°C zu etwa -0,044% und liegt damit viel näher bei der Kurve FB in Figur 3. Anstelle des oder zusätzlich zum LCP Anteil können beim Außenmantel AS8 auch Glasanteile dem PE zugemischt werden, so daß max. 70 % PE-Anteil übrigbleibt, d.h. z.B. 20% LCP, 10% Glasanteil, 70% PE .
Um die „Synchronisation" zur Faser noch besser zu gewährleisten, können die einzelnen Lichtwellenleiter LW von 0,25 mm auf einen Gesamtdurchmesser von 0,3 mm mit Acrylat aufgedickt werden, was ein dL/L bei -30°C von - 0,038% ergibt, das sehr nahe bei dem Kabelwert von -0,044% liegt. Allgemein ausgedrückt kann also (zusätzlich zu der vorstehend geschilderten Lösungsmöglichkeiten oder auch unabhängig hiervon) auch so verfahren werden, daß der/die Lichtwellenleiter durch mechanisch fest mit ihm/ihnen verbundene Kunststoffzusätze derart aufgedickt ist/sind, z.B. durch dickeres oder mehrfaches
Coating oder einen sonstigen stärkeren oder mehrfachen Materialauftrag (z.B. bei Lichtwellenleiterbändchen nach Figur 2) , daß bei niedrigen Temperaturen eine möglichst weitgehende Anpassung (Annäherung) der Dehnung dL/L beim unteren Tempera- turgrenzwert in Bezug auf die Dehnung der eigentlichen Kabel- konstruktion erreicht wird. Die Materialauswahl und/oder die Materialstärke kann also auch im Bereich der optischen Übertragungselemente selbst zur Erzielung der „Synchronisation" mit herangezogen werden.
Bei der Erfindung werden somit Polymere (Mantelmaterial und/oder Adermaterial) bezüglich des thermischen Ausdehnungε- koeffizienten so verändert, daß beim unteren Temperaturgrenz- wert der gewünschte dL/L Wert erreicht wird. Die Art und Menge etwaiger Füllstoffe ist weiterhin dafür verantwortlich, in welchem Maß der E-Modul des Ausgangsstoffes verändert wird, d.h. über die Art und Menge des Füllstoffs sind weitere Eigenschaften des Kabels einstellbar (z.B. Erhöhung von Zug und Querdruckeigenschaften bei gleichzeitiger Reduzierung der Biegbarkeit). So können z.B. 0 - 50% Füllstoffe,, aus Glas-, und/oder Kohle-, und/oder Mineralpartikeln vorgesehen sein, die in Form von Fasern, Kugeln oder irregulären Gebilden, alleine oder in Kombination angeordnet werden können. Nachfolgend sind Beispiel von Werkstoffen vor und nach dem Einbringen von Füllstoffen angegeben:
AW = 1 —> Mantelkomponente
AW = 2 -» Aderkomponente
AW = 3 → Füllstoff
POM = Polyoxymethylenacetal
PA = Polyamid PC = Polycarbonat
PBT = Polybutenterephthalat
Die α-Werte (nachfolgend angegeben bei 23 °C - in erster Näherung kann dieser Wert für den Bereich von Raumtemperatur bis + 80 °C als linearer thermischer Wärmeausdehnungskoeffizient verwendet werden) wurden im, bei tieferen Temperaturen sind kleinere Werte zu erwarten.
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Claims

Patentansprüche
1. Lichtwellenleiterkabel (CA) mit mindestens einem zugfesten Element (CE) sowie einem Kabelmantel (AS) und mit mindestens einem mindestens einen Lichtwellenleiter enthaltenden optischen Übertragungselement (LB1 - LBn) , das beweglich in einer Kammer (CB) untergebracht ist, deren Abmessungen geringfügig größer gewählt sind als die Außenabmessungen des optischen Übertragungselementes (LB1 - LBn) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die thermische Schrumpfung (dL/L) des Kabels im Bereich von 20°C bis zum unteren Temperaturgrenzwert des Kabels (z.B. -30°C) um nicht mehr als 30% von der thermischen Schrumpfung (dL/L) des verwendeten optischen Übertragungselementes (LB1 - LBn) abweicht .
2. Lichtwellenleiterkabel nach Anspruch 1 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kammerabmessungen so gewählt sind, daß sich aus einer zusätzlichen Überlänge des optischen Übertragungselementes (LB1 - LBn) bei dem untersten Temperaturgrenzwert ergebende lokale Biegeradien größer ab 70 mm sind.
3. Lichtwellenleiterkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß im oberen Temperaturbereich, insbesondere oberhalb von 20°C, auf das optische Übertragungselement (LB1 - LBn) durch die Kabelkonstruktion eine temperaturbedingte Zugspannung ausgeübt wird.
4. Lichtwellenleiterkabel nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Zugspannung so gewählt ist, daß sie bei dem obersten für das Kabel vorgesehenen Temperaturgrenzwert (z.B. 60°C) keine unzulässige Dehnung, insbesondere keine Dehnung von mehr als 0,1%, des optischen Übertragungselementes (LB1 - LBn) bewirkt .
5. Lichtwellenleiterkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Kabel mehrere, insbesondere helixförmig verlaufende, Kammern aufweist, und daß in diese Kammern der oder die optischen Übertragungselemente (LB1 - LBn) eingelegt sind (Fig. 4) .
6. Lichtwellenleiterkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß mehrere einzelne rohrformige Verseilelemente vorgesehen sind, die in ihrem Inneren jeweils eine Kammer zur Aufnahme optischen Übertragungselementes (LB1 - LBn) aufweisen (Fig. 5, Fig. 8) .
7. Lichtwellenleiterkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß im Zentrum ein rohrförmiges Element vorgesehen ist, das in seinem Inneren eine Kammer zur Aufnahme des optischen Übertragungselementes (LB1 - LBn) aufweist (Fig. 6, Fig. 7) .
8. Lichtwellenleiterkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das optischen Übertragungselement (LB1 - LBn) durch Zusammenfassung mehrerer Lichtwellenleiter (LW) zu einem Lichtwellenleiterbändchen gebildet ist, von denen eines oder mehrere in dem Kabel angeordnet sind.
9. Lichtwellenleiterkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das optischen Übertragungselement durch einen einzelnen Lichtwellenleiter gebildet ist, wobei einer oder mehrere in dem Kabel angeordnet sind.
10. Lichtwellenleiterkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß für die Kabelkonstruktion über die Materialwahl und/oder Wandstärkenauswahl bei niedrigen Temperaturwerten die Anpassung der Dehnung (dL/L) an die Dehnung (dL/L) des optischen Übertragungselementes (LB1 - LBn) optimiert ist.
11. Lichtwellenleiterkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, für die Kabelkonstruktion Kunststoffe aus oder mit Zusätzen von PMMA, oder LCP oder Glasanteilen verwendet sind.
12. Lichtwellenleiterkabel, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Lichtwellenleiter oder das optische Übertragungsele- ment (LB1 - LBn) durch mechanisch fest mit ihm verbundene
KunststoffZusätze derart aufgedickt ist, insbesondere durch ein zusätzliches Coating oder einen sonstigen Materialauftrag, daß eine, vorzugsweise geringfügige (z.B. max. 0,05%), Anpassung in der Dehnung (dL/L) in Bezug auf die Dehnung der Kabelkonstruktion bei niedrigen Temperaturen erreicht ist.
13. Lichtwellenleiterkabel insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, unterhalb von 20 °C, insbesondere beim unteren Temperaturgrenzwert des Kabels (z.B. -30°C) , die Abweichung zwischen dem prozentualen Dehnungswert (dL/L) des Temperaturganges des optischen Übertragungselementes einerseits und dem prozentualen Dehnungswert (dL/L) einer zugehörigen Kabelkonstruktion (z.B. CAG5) andererseits so gewählt wird, daß die Differenz der Dehnungswerte unter ± 0,03 Prozentpunkte, bevorzugt unter ± 0,02 Prozentpunkte, und insbesondere unter ± 0,01 Prozentpunkte liegt.
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