WO2001084203A1 - Optische übertragungselemente enthaltendes kabel und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

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WO2001084203A1
WO2001084203A1 PCT/DE2001/001368 DE0101368W WO0184203A1 WO 2001084203 A1 WO2001084203 A1 WO 2001084203A1 DE 0101368 W DE0101368 W DE 0101368W WO 0184203 A1 WO0184203 A1 WO 0184203A1
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central element
ribbon
cable
longitudinal axis
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Andreas Stingl
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Ccs Technology, Inc.
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    • 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
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    • G02B6/4407—Optical cables with internal fluted support member
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    • G02B6/44—Mechanical structures for providing tensile strength and external protection for fibres, e.g. optical transmission cables
    • G02B6/4479—Manufacturing methods of optical cables
    • G02B6/449—Twisting
    • G02B6/4491—Twisting in a lobe structure

Definitions

  • the chamber cable which was developed more than 30 years ago, is characterized in particular by its high tensile and transverse compressive strength and, despite the large number of optical fibers that are protected in the chambers of the central element, by its compact design.
  • Optical cables of this type are described, for example, in US 5,517,591 and US 5,199,094.
  • An essential component of the chamber cable is the cylindrical central element, on the jacket of which several, each open to the outside, side by side, in the form of a helix or spiral, possibly with a periodically changing direction of rotation.
  • Methods for producing such a central element are known, for example, from US 4,997,258 and US 5,380,472.
  • the invention relates to a cable containing optical transmission elements with a central element and optical waveguide tapes arranged in chambers of the central element.
  • the invention also relates to a process for producing egg ⁇ nes such a cable.
  • optical transmission elements consisting of a glass core (refractive index n ⁇ ), a glass cladding (refractive index n M ⁇ n ⁇ ) and a single or multi-layer
  • LWL optical fibers
  • typically 8 - 16 LWL are mechanically combined into a ribbon and several of these ribbons are stacked in a stack one above the other in a chamber of the central element.
  • the torsion imposed on the fiber optic ribbons induces restoring forces which ensure that the fiber optic ribbons in the chamber take a preferred direction. Because of the alignment of the fiber optic tapes in the chamber, the cable also has two distinct main axes with different bending behavior. This has the following disadvantages:
  • An object of the invention is to provide a cable containing optical transmission elements, in particular an SZ stranded chamber cable, with an improved bending behavior with regard to signal attenuation.
  • the components of the cable should be coordinated or interact in such a way that the cable has approximately the same flexibility in all bending directions.
  • a cable containing an optical transmission element with the following features: it has a central element extending in the direction of the longitudinal axis of the cable, the central element having at least one chamber open to the outside and the chamber rotating helically or helically on the outside of the central element with a periodically changing direction of rotation;
  • LWL tapes arranged in a stack on top of one another in the chamber serve as transmission elements, with the SZ stranding impressed on the LWL tapes by the course of the chamber being additionally superimposed with a lay-flat cord;
  • a single or multi-layer jacket envelops the central element.
  • a method for producing a cable containing optical transmission elements comprises performing the following steps:
  • central element wherein the central element has at least one chamber open to the outside and the chamber on the outside of the central element .
  • the cable has no pronounced main axes with different bending behavior
  • the length of the sections under tension always corresponds to the length of the sections under compression or compression; - During the bending of the cable there is no spontaneous rearrangement of the fiber optic ribbons in the chamber.
  • Figure 1 central elements with different chamber courses, which imprint the inserted fiber optic cables with an equal lay (S) stranding ( Figure la), an alternate lay (SZ) stranding ( Figure lb) and an equal lay (Z) stranding ;
  • Figure 2 shows the projection of a selected chamber on the
  • FIG. 3 shows the projection of the chamber shown in FIG. 2 onto the cross-sectional area of the central element, and the two orthogonal bending axes;
  • FIG. 4 shows the graph of the Bessel function J 0 ( ⁇ o / 2) of zero order and its zeros corresponding to the ideal reversal angles ⁇ 0 ;
  • FIG. 5 shows the spatial dependence of the curvature of the space curve connecting the center points of the chamber along the longitudinal cable axis;
  • FIG. 6 shows the position dependence of the radius of curvature corresponding to FIG. 5 along the longitudinal axis of the cable
  • FIG. 7 shows the projection of the curvature vector of the space curve connecting the center points of the chamber onto the cross-sectional area of the central element at different points on the longitudinal axis of the cable between adjacent reversal points;
  • FIG. 8 shows the position dependency of the angle enclosed by the curvature vector and the radial unit vector at different points on the longitudinal axis of the cable between adjacent reversal points
  • Figure 9 shows an optical fiber ribbon in cross section
  • FIG. 10 shows a cross section of a plurality of fiber optic tapes combined into a stack
  • Figure 11 shows the position of the ribbon stack within the chamber, at different positions between adjacent ones
  • FIG. 12 shows the thrust and elongation energy building up in the SZ-stranded fiber optic tapes of the stack when the central element bends around the y-axis as a function of the bending radius;
  • FIG. 13 shows the position of the ribbon stack within the chamber before and after the central element has been bent about the x-axis
  • FIG. 14 shows the thrust and expansion energy building up in the SZ-stranded fiber optic tapes of the stack when the central element bends around the x-axis as a function of the bending radius
  • FIG. 15 the stretched ribbon stack and the ribbon stack twisted by the angle 2 ⁇ per SZ lay length S about its longitudinal axis;
  • FIG. 16 shows the position of the SZ stranded and additionally twisted ribbon stack around its longitudinal axis within the chamber at various points on the longitudinal axis of the cable between adjacent reversal points, if the ribbon stack runs in rotated (FIG. 16a) or straight in (FIG. 16b);
  • FIG. 17 shows the fiber optic tapes of the stack stranded in the SZ and additionally twisted about their longitudinal axis when the central element bends around the y-axis as a function of the bending radius as a function of the bending radius;
  • FIG. 18 shows the fiber optic tapes of the stack stranded in the SZ and additionally twisted about their longitudinal axis when the central element bends around the x-axis as a function of the bending radius;
  • FIG. 19 the ribbon drain and the insertion tool of a line for the production of an SZ stranded chamber cable with an additional lay
  • Figure 20 shows an embodiment of a chamber cable in cross section
  • Figure 21 shows the spatial course of the SZ-stranded and with an additional lay-flat stranding (torsion around 2 ⁇ / S) provided ribbon stack between adjacent reversal points.
  • the course of the chambers in the central element determines the type of stranding of the optical fiber ribbons inserted into the chambers and following the chamber strand. In principle, a distinction is made between an equal lay stranding (S or Z stranding) and the so-called alternate strand stranding (SZ stranding).
  • the central elements ZE causing a corresponding stranding of the optical fiber ribbon are shown in perspective in FIG. 1.
  • the 8 chambers K, for example, of the cylindrical central element ZE shown in FIG. 1a each describe a left-turning helix or spiral progressing in the direction of the longitudinal axis of the cable, i.e.
  • the longitudinal axis of the central element ZE (S-stranding of the optical fiber tapes), the chambers K of the in FIG lc shown central element ZE also a helix or spiral progressing in the direction of the longitudinal axis of the cable, but clockwise rotating (Z-stranding of the fiber optic ribbon).
  • the chambers K In order to subject the fiber optic tapes to SZ stranding, the chambers K must have the approximately harmonic shape (sine or cosine) shown in FIG. 1b on the periphery of the cylindrical central element ZE.
  • This comparison run arises from the fact that one wech the direction of rotation of the helix, for example, after a number N of revolutions ⁇ selt, the direction of rotation for the following N-rounds maintains continue to again with the original direction of rotation.
  • On the lateral surface of the central element ZE thus follow "S- stranded" and "Z-stranded" portions ( "Helicals") peri ⁇ dically each other. There is a transition area referred to as a "reversal" between adjacent, "equilibrium-stranded" sections.
  • a cylindrical coordinate system is suitable for the mathematical description of the course of the chamber.
  • the x-axis defining the zero point of the coordinate system advantageously runs through the center of the chamber cross-section K H , SO assigned to the helical, so that the chamber cross-sections K R and K R > assigned to the reversal points are symmetrical to the x-axis.
  • the longitudinal axis of the central element ZE forms the z-axis of the coordinate system.
  • the so-called reversal angle ⁇ 0 is less than 360 °, that is to say the left-hand rotating chamber strand does not run completely on the lateral surface of the central element ZE between successive reversal points.
  • the space curve connecting the chamber center points is thus determined ⁇ dimensionally in z.
  • the reverse angle ⁇ 0 describes the azimuthal spacing of the neighboring be ⁇ reversal points associated chamber cross sections and K R K R - in the xy plane.
  • the bending of the central element ZE shown in cross section in FIG. 3 about the x-axis is considered as the bending axis.
  • the length of the stranding curve is proportionately the same on the positive and the negative section of the y-axis, so that the length of the fiber sections under compression corresponds to the length of the fiber sections under tension.
  • equation (3) can be transformed into a determination equation for the ideal reversal angle ⁇ 0 .
  • the integral corresponds to the Bessel function J 0 ( ⁇ o / 2) 0th order, the zeros of which correspond to the ideal reversal angles sought.
  • FIG. 4 shows the value of the integral I ( ⁇ o) calculated by numerical integration for reversal angles in the range 0 ° ⁇ o ⁇ 1200 °.
  • both the curvature and the radius of curvature of the space curves describing the respective course of the chamber are constant and the direction of curvature, ie the vector of the curve normal in the direction of the center of curvature, is always directed inwards onto the longitudinal axis of the central element ZE (S or Z stranding). This distinguishes them fundamentally from the spatial curve associated with the course of the "SZ stranded" central element ZE and described by the tip of the vector T, the curvature, radius of curvature and direction of curvature of which each have a positional dependence.
  • the curvature is at a maximum in the flip range, and the radius of curvature is therefore minimal.
  • the situation is exactly the opposite, i.e. the curvature passes through a minimum there, while the radius of curvature takes a maximum value.
  • FIG. 7 schematically shows the projection of the curvature vector k, also derived from the above parameterization and representing the direction of curvature, at different points on the z-axis onto the cross section of the central element ZE. It can be seen that the curvature vector k is directed tangentially outwards at the reversal points, but is directed radially inwards in the equilibrium area. If the angle ⁇ enclosed by the curvature vector k and the radial unit vector e r is plotted as a function of the z coordinate, the function ⁇ (z) shown in FIG. 8 is obtained.
  • the positional dependence of the curvature and the direction of curvature given by the course of the chamber in the central element ZE is also the light-guiding part of the introduced into the chamber Subjected to cables. If this is a single fiber optic consisting of a glass core, a glass jacket and a usually multi-layer protective cover (coating), the tortuous course of the chamber presents no problems. Due to its great flexibility and radial symmetry, the FO can follow the stranding curve very easily.
  • the fiber ribbon LB shown in cross section in FIG. 9 shows a completely different behavior in this respect, which comprises, for example, 16 optical fibers LWL1-LWLn aligned with respect to their longitudinal axes and mechanically held together by a plastic jacket BC.
  • the LWL ribbon LB has two main axes with different bending behavior, whereby the so-called weak bending axis (easy bendability of the ribbon) is oriented perpendicular to the longitudinal axis of the ribbon and lies in the plane spanned by the ribbon LB; and the rigid bending axis (difficult bendability of the ribbon), which is vertical both on the longitudinal axis of the ribbon and on the weak bending axis. If such a ribbon LB is placed in a chamber having the curve given above, a very complex state of tension is built up in the ribbon LB.
  • the ribbon stack BS shown in cross section in FIG. 10 shows a behavior similar to the ribbon LB. In the shown
  • the stack BS also has two main axes with different bending stiffness.
  • the weak bending axis is designated J, the rigid bending axis 1.
  • the light-guiding elements are turned into a sufficiently large, free rotation of the Fiber optic ribbon LBi chamber inserted. Due to their stiffness, the fiber optic tapes LBi perform a backward rotation in the chamber, which counteracts the torsion that is forced on them by the course of the chamber about the longitudinal axis of the tapes. This reverse rotation leads to a preferred alignment of the ribbons Lbi in the chamber such that the rigid bending axis of the ribbons LBi points approximately in the direction of the y-axis in the selected coordinate system. As shown in FIG.
  • the ribbon stack BS on the helical consequently “stands” vertically in the chamber, while it assumes a more “lying” position at the two adjacent reversal points. Because of this reverse rotation, only the middle ribbon LB (ribbon No. 3) of the stack BS has the ideal reversal angle ⁇ o. The reverse angle is larger for the ribbon no. 1 and 2, but smaller for the ribbon no. 4 and 5 than the ideal value. As already explained above, the two outer ribbons (ribbon No. 1/2 and No. 4/5) are not completely stranded in this configuration, that is to say they are subject to compressive and tensile loads that increase damping in the event of a bending of the cable ,
  • FIG. 12 shows the sum of the thrust and expansion energy depending on the bending radius when the central element ZE bends around the y-axis in the individual ribbons LBi. Due to the incomplete stranding, the top and bottom ribbons (ribbons No. 1 and 5) are strongest in the BS stack, while the middle ribbon (ribbon No. 3) is the least stressed.
  • Ribbon LBi starting from the situation shown in the left part of FIG. 13, finally that in the right part of FIG Figure 13 shows a position within the chamber at the adjacent reversal points and the intermediate helical.
  • the disadvantages described above are due to the reverse rotation behavior of the ribbon LB and the resulting preferred alignment of the ribbon stack BS in the chamber.
  • the preferred orientation can be canceled by superimposing a lay-up strand on the torsion (SZ stranding) impressed on the ribbon LB by the course of the chamber.
  • SZ stranding torsion
  • the latter can be generated by an additional, synchronous rotation of the ribbon stack BS about its longitudinal axis, the angle of rotation being 2 ⁇ per SZ lay length S.
  • the ribbon stack BS is arranged on the helicals in each case in the chamber K in such a way that the weak bending axis k of the stack BS or the ribbon LBi and the x-axis of the coordinate system defined at the beginning run parallel or the weak bending axis k of the stack BS stands vertically on the plane defined by the chamber floor (the pel BS "lies" on the helical in the chamber; see Figure 16a).
  • Ribbon Lbi and the x-axis run parallel (the stack "stands” on the helical in the chamber; compare FIG. 16b).
  • the two types of insertion do not differ in terms of the type of torsion that causes the additional impact about the longitudinal axis of the stack, but only in terms of the orientation of the ribbon stack BS within the chamber on the helicals. 16, however, it can immediately be seen that all of the tapes Lbi of the stack BS only have the ideal reversal angle ⁇ 0 when the stack BS is "rotated".
  • FIGS. 17 and 18 show the energy diagrams corresponding to FIGS. 12 and 14 for a twisted-in, SZ-stranded and additionally twisted around its longitudinal axis (2 ⁇ per lay length S), a stack of tapes BS, FIG. 17 showing the load on the tapes LBi during a bend of the central element ZE about the y-axis and FIG. 18 again documents the loading of the ribbon LBi when the central element ZE bends around the x-axis. All the model parameters relevant for the calculation of the energy levels remained unchanged except for the lay-up stranding superimposed on the SZ stranding.
  • the preferred alignment of the ribbons LB in the chamber K can be canceled by means of a flat lay stranding superimposed on the SZ stranding.
  • the device for producing an SZ-stranded chamber cable which is known, for example, from [3] and is described there in detail, must be modified. Since the modification only affects the ribbon flow and the insertion tool commonly referred to as a "finger", the remaining components and elements of the production line can be disregarded below.
  • ⁇ supply reel VS1 - withdrawn VS5 ribbon LBI - LB5 are closer together, possibly in a guide tube is threaded and an elongated finger F with, for example, O-shaped or circular cross-section arranged in a stack BS in the corresponding chamber K of the central element ZE inserted (see the enlarged detail in the right part of Figure 19).
  • the central element ZE and the tensile strength of the cable ensuring steel rope ⁇ S move in this case at the constant line or draw-off speed v L along the z-axis.
  • the steel cable S, the central element ZE, the finger F and the ribbon drain indicated by the double arrows, a harmonic vibration in the stranding angle ⁇ 0 around the z-axis.
  • the central element ZE is still covered with a so-called swelling tile or a covering and then provided with a single or multi-layer plastic jacket made of PE or PP.
  • the swelling tile should seal the chambers K to the outside if water penetrates the cable core through the damaged jacket. The tile also prevents the water from spreading inside the cable.
  • the cable OK produced with such a method can, for example, consist of a tensile and / or compressive element S (steel cable, glass fiber reinforced plastic rod, ARP (Ara id Reinforced Plastics) rod) embedded in a plastic matrix KM, a spoke-shaped one , six chambers K PE central element ZE, one
  • a tensile and / or compressive element S steel cable, glass fiber reinforced plastic rod, ARP (Ara id Reinforced Plastics) rod
  • ARP Ara id Reinforced Plastics
  • the dimensions of the Chambers K must be dimensioned so that the ribbon stack BS can rotate freely in its chamber K.
  • the chamber K can in particular have a trapezoidal but also an approximately circular cross section.
  • the rotating stack of tapes BS then describes the space curve shown in FIG. 21, predetermined by the course of the chamber in the central element ZE, between adjacent reversal points.

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Abstract

Wesentliche Komponente des SZ-verseilten Kammerkabels ist das zylindrische Zentralelement (ZE), auf dessen Mantel mehrere, jeweils nach aussen offene Kammern nebeneinander in Form einer Spirale mit periodisch wechselnder Drehrichtung umlaufen. Aufgrund ihrer Biegeeigenschaften nehmen die stapelförmig übereinanderliegend in der Kammer (K) angeordneten LWL-Bändchen (LB) dort allerdings eine bevorzugte Orientierung ein, so dass das Kabel zwei ausgeprägte Hauptachsen mit unterschiedlichem Biegeverhalten aufweist. Die damit einhergehenden Nachteile (z.B. starke mechanische Belastung der im Stapel aussenliegenden LWL-Bändchen) lassen sich vermeiden, indem man der den LWL-Bändchen durch den Kammerverlauf aufgeprägten SZ-Verseilung zusätzlich noch eine Gleichschlagverseilung überlagert. Letztere wird durch eine synchrone Drehung der LWL-Bändchen um ihre Längsachse erzeugt, wobei der Drehwinkel 360° pro SZ-Schlaglänge beträgt.

Description

Beschreibung
Optische Übertragungselemente enthaltendes Kabel und Verfahren zu dessen Herstellung
Das bereits vor mehr als 30 Jahren entwickelte Kammerkabel zeichnet sich insbesondere durch seine hohe Zug- und Querdruckfestigkeit und, trotz der Vielzahl der in den Kammern des Zentralelements geschützt angeordneten Lichtwellenleiter, durch seinen kompakten Aufbau aus. Optische Kabel dieses Typs werden beispielsweise in US 5,517,591 und US 5,199,094 beschrieben.
Wesentliche Komponente des Kammerkabels ist das zylindrische Zentralelement, auf dessen Mantel mehrere, jeweils nach außen offene Kammern nebeneinander, in Form einer Helix oder Spirale, gegebenenfalls mit periodisch wechselnder Drehrichtung umlaufen. Verfahren zur Herstellung eines solchen Zentralelements sind beispielsweise aus US 4,997,258 und US 5,380,472 bekannt .
Die Erfindung betrifft ein optische Übertragungselemente enthaltendes Kabel mit einem Zentralelement und in Kammern des Zentralelements angeordneten Lichtwellenleiterbändchen. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung ei¬ nes solchen Kabels .
Um die Anzahl der als optische Übertragungselemente dienenden, aus einem Glaskern (Brechungsindex nκ) , einem Glasmantel (Brechungsindex nM < nκ) und einer ein- oder mehrschichtigen
Schutzhülle (Coating) bestehenden Lichtwellenleiter (LWL) im Kammerkabel zu erhöhen, werden typischerweise 8 - 16 LWL zu einem Bändchen mechanisch zusammengefaßt und mehrere dieser Bändchen stapeiförmig ubereinanderliegend in eine Kammer des Zentralelements eingelegt. Hierzu wird insbesondere auf US 4,997,258 und US 5,380,472 verwiesen. Beschreibt die Kammer im Außenbereich des Zentralelements eine Helix, deren Dreh- richtung sich periodisch ändert, werden auch die LWL-Bändchen entsprechend tordiert und damit einer sogenannten SZ- Verseilung unterworfen. Die den LWL-Bändchen aufgezwungene Torsion induziert allerdings Rückstellkräfte, welche dafür sorgen, dass die LWL-Bändchen in der Kammer eine Vorzugsrichtung einnehmen. Aufgrund dieser Ausrichtung der LWL-Bändchen in der Kammer besitzt auch das Kabel zwei ausgeprägte Hauptachsen mit unterschiedlichem Biegeverhalten. Daraus resultieren folgende Nachteile:
a) Die Längen der einzelnen LWL-Bändchen sind ungleich auf die bei Biegung des Kabels zug- und stauchbelasteten Bereiche verteilt. Insbesondere die äußeren LWL-Bändchen des Stapels unterliegen daher großen mechanischen Bela- stungen, so daß sich deren Signaldämpfung aufgrund von Mikro- und Makrokrümmungen deutlich erhöht.
b) Die bevorzugte Ausrichtung der LWL-Bändchen führt bei kleinen Biegeradien zu einer mechanisch instabilen Kon- figuration. Dies kann während der Biegung des Kabels dazu führen, dass sich die Ordnung der LWL-Bändchen in der Kammer durch Relaxation spontan ändert. Letzteres wirkt wieder dämpfungserhöhend.
Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines optische Übertragungselemente enthaltenden Kabels, insbesondere eines SZ- verseilten Kammerkabels, mit einem hinsichtlich der Signaldämpfung verbesserten Biegeverhalten. Die Komponenten des Kabels sollen derart aufeinander abgestimmt sein bzw. zusammen- wirken, dass das Kabel in allen Biegerichtungen annähernd dieselbe Flexibilität aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein ein optisches Übertragungselement enthaltendes Kabel gelöst mit den folgenden Merkmalen: - es besitzt ein sich in Richtung der Kabellängsachse erstreckendes Zentralelement, wobei das Zentralelement mindestens eine nach außen offene Kammer aufweist und die Kammer an der Außenseite des Zentralelements helix- oder schrau- benförmig, mit periodisch wechselnder Drehrichtung umläuft;
- als Übertragungselernente dienen mehrere, in der Kammer stapeiförmig ubereinanderliegend angeordnete LWL-Bändchen, wobei der den LWL-Bändchen durch den Kammerverlauf aufgeprägten SZ-Verseilung zusätzlich noch eine Gleichschlagversei- lung überlagert ist;
- ein ein- oder mehrschichtig aufgebauter Mantel umhüllt das Zentralelement .
Ein Verfahren zur Herstellung eines optische Übertragungsele- ente enthaltenden Kabels umfaßt die Ausführung folgender Schritte:
- Bereitstellen eines Zentralelements, wobei das Zentralelement mindestens eine, nach außen offene Kammer aufweist und die Kammer an der Außenseite des Zentralelements . helix- oder schraubenförmig, mit wechselnder Drehrichtung umläuft,
- Abziehen mehrerer, als optische Übertragungselemente dienender LWL-Bändchen von entsprechenden Vorratsspulen,
- Zusammenführen der LWL-Bändchen zu einem Stapel , - Einlegen des mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit um seine Längsachse rotierenden Bändchenstapels in die Kammern und
- Aufbringen eines ein- oder mehrschichtigen Außenmantels .
Die abhängigen Ansprüche haben Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen des Kabels bzw. des Herstellungsverfahrens zum Gegenstand.
Die bevorzugte Ausrichtung der LWL-Bändchen in den Kammern läßt sich vermeiden, indem man der den LWL-Bändchen durch den Kammerverlauf aufgeprägten SZ-Verseilung zusätzlich noch eine Gleichschlagverseilung überlagert. Damit ergeben sich insbesondere die folgenden Vorteile:
- das Kabel besitzt keine ausgeprägten Hauptachsen mit un- terschiedlichem Biegeverhalten;
- die Flexibilität des Kabels verbessert sich deutlich;
- für alle LWL-Bändchen des Stapels entspricht die Länge der zugbelasteten Abschnitte immer der Länge der stauch- oder druckbelasteten Abschnitte; - während der Biegung des Kabels tritt keine spontane Um- ordnung der LWL-Bändchen in der Kammer auf .
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei- spielen und diesen zugeordneten Zeichnungen näher erläuter . Es zeigen:
Figur 1 Zentralelemente mit verschiedenen Kammerverläufen, welche den eingelegten LWL-Bändchen eine Gleichschlag- (S-) Verseilung (Figur la) , eine Wechsel- schlag- (SZ-)Verseilung (Figur lb) und eine Gleichschlag- (Z-) Verseilung aufprägen;
Figur 2 die Projektion einer ausgewählten Kammer auf die
Querschnittsfläche des Zentralelements an verschie- denen Stellen der Kabellängsachse (= Längsachse des
Zentralelements) zwischen benachbarten Umkehrstellen;
Figur 3 die in Figur 2 dargestellte Projektion der Kammer auf die Querschnittsfläche des Zentralelements, sowie die beiden orthogonalen Biegeachsen;
Figur 4 den Graph der Besselfunktion J0(Φo/2) Nullter Ordnung und deren den idealen Umkehrwinkeln Φ0 entspre- chende Nullstellen; Figur 5 die Ortsabhängigkeit der Krümmung der die Mittelpunkte der Kammer verbindenden Raumkurve entlang der Kabellängsachse ;
Figur 6 die zu Figur 5 korrespondierende Ortsabhängigkeit des Krümmungsradius entlang der Kabellängsachse;
Figur 7 die Projektion des Krümmungsvektors der die Mittelpunkte der Kammer verbindenden Raumkurve auf die Querschnittsfläche des Zentralelements an verschiedenen Stellen der Kabellängsachse zwischen benachbarten Umkehrstellen;
Figur 8 die Ortsabhängigkeit des vom Krümmungsvektor und dem radialen Einheitsvektor eingeschlossenen Winkels an verschiedenen Stellen der Kabellängsachse zwischen benachbarten Umkehrstellen;
Figur 9 ein LWL-Bändchen im Querschnitt;
Figur 10 mehrere, zu einem Stapel zusammengefaßte LWL-Bändchen im Querschnitt;
Figur 11 die Lage des Bändchenstapels innerhalb der Kammer, an verschiedenen Positionen zwischen benachbarten
Umkehrstellen;
Figur 12 die sich in den SZ-verseilten LWL-Bändchen des Stapels bei einer Biegung des Zentralelements um die y- Achse aufbauende Schub- und Dehnungsenergie in Abhängigkeit vom Biegeradius;
Figur 13 die Lage des Bändchenstapels innerhalb der Kammer vor und nach einer Biegung des Zentralelements um die x-Achse; Figur 14 die sich in den SZ-verseilten LWL-Bändchen des Stapels bei einer Biegung des Zentralelements um die x- Achse aufbauende Schub- und Dehnungsenergie in Abhängigkeit vom Biegeradius;
Figur 15 der gestreckte Bändchenstapel und der um den Winkel 2π pro SZ-Schlaglänge S um seine Längsachse tor- dierte Bändchenstapel;
Figur 16 die Lage des SZ-verseilten und zusätzlich um seine Längsachse tordierten Bändchenstapels innerhalb der Kammer an verschiedenen Stellen der Kabellängsachse zwischen benachbarten Umkehrstellen, falls der Bändchenstapel gedreht einläuft (Figur 16a) bzw. gerade einläuft (Figur 16b) ;
Figur 17 die sich in den SZ-verseilten und zusätzlich um ihre Längsachse tordierten LWL-Bändchen des Stapels bei einer Biegung des Zentralelements um die y-Achse aufbauende Schub- und Dehnungsenergie in Abhängigkeit vom Biegeradius;
Figur 18 die sich in den SZ-verseilten und zusätzlich um ihre Längsachse tordierten LWL-Bändchen des Stapels bei einer Biegung des Zentralelements um die x-Achse aufbauende Schub- und Dehnungsenergie in Abhängigkeit vom Biegeradius;
Figur 19 den Bändchenablauf und das Einlegewerkzeug einer Li- nie zur Herstellung eines SZ-verseilten Kammerkabels mit Zusatzschlag;
Figur 20 ein Ausführungsbeispiel eines Kammerkabels im Querschnitt und
Figur 21 den räumlichen Verlauf des SZ-verseilten und mit einer zusätzlichen Gleichschlagverseilung (Torsion um 2π/S) versehenen Bändchenstapels zwischen benachbarten Umkehrstellen.
Das Zentralelement
Der Verlauf der Kammern im Zentralelement bestimmt die Art der Verseilung der in die Kammern eingelegten und dem Kammer- strang folgenden LWL-Bändchen. Prinzipiell unterscheidet man zwischen einer Gleichschlagverseilung (S- oder Z-Verseilung) und der sogenannten Wechselschlagverseilung (SZ-Verseilung) . Die eine entsprechende Verseilung des LWL-Bändchens bewirkenden Zentralelemente ZE sind in Figur 1 perspektivisch dargestellt. Die beispielsweise 8 Kammern K des in Figur la gezeigten, zylindrischen Zentralelements ZE beschreiben jeweils eine in Richtung der Kabellängsachse, also der Längsachse des Zentralelements ZE fortschreitende, linksdrehende Helix oder Spirale (S-Verseilung der LWL-Bändchen) , die Kammern K des in Figur lc gezeigten Zentralelements ZE ebenfalls eine in Richtung der Kabellängsachse fortschreitende, allerdings rechts- drehende Helix oder Spirale (Z-Verseilung der LWL-Bändchen) .
Um die LWL-Bändchen einer SZ-Verseilung zu unterwerfen, müssen die Kammern K den in Figur lb dargestellten, annähernd harmonischen Verlauf (Sinus oder Kosinus) auf der Peripherie des zylindrischen Zentralelements ZE aufweisen. Dieser Ver- lauf kommt dadurch zustande, dass man die Drehrichtung der Helix beispielsweise nach einer Anzahl N von Umläufen wech¬ selt, die Drehrichtung für die folgenden N-Umläufe beibehält, um erneut mit der ursprünglichen Drehrichtung fortzufahren. Auf der Mantelfläche des Zentralelements ZE folgen somit "S- verseilte" und "Z-verseilte" Abschnitte ("Helicals") peri¬ odisch aufeinander. Zwischen benachbarten, "gleichschlagsver- seilten" Abschnitten liegt jeweils ein als "Reversal" bezeichneter Übergangsbereich.
b) Koordinatensystem und Parametrisierung Für die folgende Abhandlung genügt die Betrachtung einer der beispielsweise acht, im zylindrischen Zentralelement ZE vorhandenen und weitgehend parallel verlaufenden Kammern K. In Figur 2 ist die Projektion einer solchen Kammer an verschie- denen Orten der Kabellängsachse zwischen aufeinanderfolgenden Umkehrstellen in der xy-Ebene des zugeordneten Koordinatensystems dargestellt. Hervorgehoben sind sowohl die Lage der ausgewählten Kammer an den beiden Umkehrstellen (Kammerquerschnitte KR und KR«) als auch die Lage der Kammer in der Mitte des dazwischenliegenden Gleichschlagsbereichs (Kammerquerschnitt KH) . Die gestrichelte Linie soll die Lage der Kammermitte an den anderen Stellen des betrachteten Achsenabschnitts symbolisieren. Der mit Ds bezeichnete Pfeil deutet die Drehrichtung des Kammerverlaufs an.
Aufgrund der Geometrie des Zentralelements ZE bietet sich ein zylindrisches Koordinatensystem zur mathematischen Beschreibung des Kammerverlaufs an. Die den Winkelnullpunkt des Koordinatensystems definierende x-Achse verläuft vorteilhafter- weise durch die Mitte des dem Helical zugeordneten Kammerquerschnitts KH, SO dass dann die den Umkehrstellen zugeordneten Kammerquerschnitte KR und KR> symmetrisch zur x-Achse liegen. Der die azimutale Lage der Kammer in der xy-Ebene beschreibende Winkel φ nimmt für die dargestellten Kammerquer- schnitte KR, KR< und KH dann die Werte φR = -Φ0/2, <pH = 0 und φR, = φ0/2 an. Die Längsachse des Zentralelements ZE bildet die z-Achse des Koordinatensystems.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt der sogenannte Um- kehrwinkel Φ0 weniger als 360°, d.h. der linksdrehende Kammerstrang läuft zwischen aufeinanderfolgenden Umkehrstellen nicht vollständig auf der Mantelfläche des Zentralelements ZE um.
Im folgenden wird nicht der mathematisch nur schwer erfass¬ bare reale Verlauf der räumlich ausgedehnten Kammer, sondern nur die die Mittelpunkte der Kammer verbindende und durch die Spitze des Vektors T beschriebene Raumkurve näher untersucht. Die periodisch im Winkel φ mit den Maximalwerten φmax = ±Φ0/2 um die z-Achse schwingende Vektor T weist die konstante Länge r0 auf, so dass die Parametrisierung der die Mittelpunkte der Kammer verbindenden Raumkurve in Zylinderkoordinaten wie folgt lautet:
Figure imgf000011_0001
wobei ro, Φo, S folgende Bedeutung aufweisen: ro : konstanter radialer Abstand zur z-Achse Φ0 : Umkehrwinkel
S : Schlaglänge (2-facher axialer Abstand benachbarter Umkehrstellen)
Mit x = r0cos(φ) und y = r0sin(φ) läßt sich die Raumkurve in kartesischen Koordinaten darstellen als:
Figure imgf000011_0002
Sowohl in Zylinderkoordinaten als auch in kartesischen Koordinaten ist die, die Kammermittelpunkte verbindende, im folgenden auch als Verseilkurve bezeichnete Raumkurve somit ein¬ dimensional in z bestimmt.
c) Idealer Umkehrwinkel Φ0
Der Umkehrwinkel Φ0 beschreibt den azimutalen Abstand der be¬ nachbarten Umkehrstellen zugeordneten Kammerquerschnitte KR und KR- in der xy-Ebene. Um die Flexibilität des Zentralele- ments ZE und damit auch des Kabels zu gewährleisten, uss bei gleichmäßiger Biegung um eine vorgegebene Achse anteilig gleich viel Länge eines LWL in den stauch- und den zugbelasteten Bereichen des Kabels liegen. Diese Bedingung ist bei gleichschlagsverseilten Kammerkabeln notwendigerweise immer, bei SZ-verseilten Kammerkabeln hingegen nur für diskrete Werte des Umkehrwinkels Φ0 erfüllt.
Betrachtet werde zunächst die Biegung des in Figur 3 im Quer- schnitt dargestellten Zentralelements ZE um die x-Achse als Biegeachse. In diesem Fall liegen, unabhängig von der Größe des Umkehrwinkels Φ anteilig gleich viel Länge der Verseilkurve auf dem positiven und dem negativen Abschnitt der y- Achse, so dass auch die Länge der stauchbelasteten Faserab- schnitte der Länge der zugbelasteten Faserabschnitte entspricht .
Eine Biegung des Zentralelements ZE um die y-Achse hat demgegenüber zur Folge, dass das Verhältnis der im positiven Ab- schnitt der x-Achse liegenden Länge der Verseilkurve und der im negativen Abschnitt der x-Achse liegenden Länge der Verseilkurve sich abhängig vom Umkehrwinkel Φ stetig ändert. Ist der Umkehrwinkel Φ kleiner als Φ = 180° gewählt, liegt die gesamte Länge der Verseilkurve im positiven Bereich der x- Achse, also je nach Biegerichtung gänzlich im stauch- oder zugbelasteten Abschnitt des Kabels. Mit wachsendem Umkehrwinkel 180°< Φ < 360° verringert sich das Ungleichgewicht zwischen den im positiven und im negativen Abschnitt der x-Achse liegenden Längen der Verseilkurve kontinuierlich und gleicht sich beim gesuchten idealen Umkehrwinkel Φ0 schließlich aus.
Die Bedingung, wonach die Länge der Verseilkurve im positiven Abschnitt der x-Achse der Länge der Verseilkurve im negativen Abschnitt der x-Achse entsprechen soll, führt zu der Forde- rung τ(z)κdz ≡ 0 , ( 3 ) o
wobei Tx(z) die x-Komponente des Vektors T{ z ) bezeichnet. Unter Berücksichtigung in den Gleichungen (1) und (2) angegebe- nen Parametrisierung läßt sich Gleichung (3) in eine Bestim- mungsgleichung für den idealen Umkehrwinkel Φ0 umformen.
Jro-cos Φo
(4)
Figure imgf000013_0001
Das Integral entspricht der Besselfunktion J0(Φo/2) 0-ter Ordnung, deren Nullstellen den gesuchten idealen Umkehrwinkeln entsprechen.
In Figur 4 ist der durch numerische Integration errechnete Wert des Integrals I(Φo) für Umkehrwinkel im Bereich 0° < Φo < 1200° dargestellt. Der Absolutwert des Integrals hängt hierbei unter anderem auch von der beispielsweise auf S = 500 mm festgelegten Schlaglänge ab. Da die Schlaglänge S die Lage der Nullstellen nicht beeinflusst, betragen die optimalen Umkehrwinkel Φ0 = 275,5°, 632,6° usw. In guter Näherung liegen die möglichen Umkehrwinkel Φo auf der durch
Φo = 359,29° ■ n - 85.223°
gegebenen Gerade .
d) Krümmung, Krümmungsradius und Krümmungsrichtung der Verseilkurve
Bei den in Figur la und lc dargestellten Zentralelementen ZE sind sowohl die Krümmung als auch der Krümmungsradius der den jeweiligen Kammerverlauf beschreibenden Raumkurven konstant und die Krümmungsrichtung, also der Vektor der Kurvennormalen in Richtung des Krümmungsmittelpunktes, stets nach innen auf die Längsachse des Zentralelements ZE gerichtet (S- oder Z- Verseilung) . Dies unterscheidet sie grundlegend von der dem Kammerverlauf des "SZ-verseilten" Zentralelements ZE zugeordneten und durch die Spitze des Vektors T beschriebenen Raumkurve, deren Krümmung, Krümmungsradius und Krümmungsrichtung jeweils eine Ortsabhängigkeit aufweisen.
Die gesuchte Ortsabhängigkeit läßt sich analytisch oder numerisch mit Hilfe der oben angegebenen Parametrisierung berechnen, wobei die Krümmung und der Krümmungsradius qualitativ den in Figur 5 bzw. Figur 6 dargestellten Verlauf entlang der Kabellängsachse (z-Achse) innerhalb eines S = 500 mm langen Abschnitts zeigen. Im Gleichschlagbereich ist die Krümmung maximal , der Krümmungsradius demzufolge minimal . In den zwischen zwei Gleichschlagsbereichen liegenden, die "Umkehrstelle" enthaltenden Achsenabschnitten verhält es sich genau umgekehrt, d.h. die Krümmung durchläuft dort ein Minimum, während der Krümmungsradius einen Maximalwert annimmt.
In Figur 7 sind die Projektion des ebenfalls aus obiger Parametrisierung abgeleiteten, die Krümmungsrichtung repräsentierenden Krümmungsvektors k an verschiedenen Stellen der z- Achse auf den Querschnitt des Zentralelements ZE schematisch dargestellt. Es zeigt sich, dass der Krümmungsvektor k an den Umkehrstellen tangential nach außen, im Gleichschlagsbereich hingegen radial nach innen gerichtet ist. Trägt man den vom Krümmungsvektor k und dem radialen Einheitsvektor er einge- schlossenen Winkel α in Abhängigkeit von der z-Koordinate auf, erhält man die in Figur 8 dargestellte Funktion α(z) .
e) LWL-Bändchen und Bändchenstapel
Der durch den Kammerverlauf im Zentralelement ZE vorgegebenen Ortsabhängigkeit der Krümmung und der Krümmungsrichtung ist auch der in die Kammer eingebrachte lichtführende Teil des Kabels unterworfen. Handelt es sich hierbei um eine einzelne, aus einem Glaskern, einem Glasmantel und einer üblicherweise mehrschichtigen Schutzhülle (Coating) bestehenden LWL, bereitet der gewundene Kammerverlauf keine Probleme. Aufgrund sei- ner großen Flexibilität und RadialSymmetrie kann der LWL der Verseilkurve sehr leicht folgen.
Ein in dieser Hinsicht völlig anderes Verhalten zeigt das in Figur 9 im Querschnitt dargestellte LWL-Bändchen LB, welches beispielsweise 16, bezüglich ihrer Längsachsen ausgerichtete und durch einen Kunststoffmantel BC mechanisch zusammengehaltene, Lichtwellenleiter LWLl - LWLn umfaßt. Das LWL-Bändchen LB besitzt zwei Hauptachsen mit unterschiedlichem Biegeverhalten, wobei die sogenannte schwache Biegeachse (leichte Biegbarkeit des Bändchens) senkrecht zur Bändchenlängsachse orientiert ist und in der durch das Bändchen LB aufgespannten Ebene liegt; und die steife Biegeachse (schwere Biegbarkeit des Bändchens) , die sowohl auf der Bändchenlängsachse als auch auf der schwachen Biegeachse senkrecht steht. Wird ein solches Bändchen LB in eine den oben angegebenen Krümmungsverlauf aufweisende Kammer eingelegt, baut sich im Bändchen LB daher ein sehr komplexer Spannungszustand auf.
Ein dem Bändchen LB ähnliches Verhalten zeigt der in Figur 10 im Querschnitt dargestellte Bändchenstapel BS . Im gezeigten
Ausführungsbeispiel besteht der Stapel BS aus fünf ubereinan¬ derliegend angeordneten und parallel ausgerichteten Einzel- bändchen LBl - LB5 , welche jeweils vier, als signalführende Elemente dienende LWL enthalten. Wie die einzelnen Bändchen LBi besitzt auch der Stapel BS zwei Hauptachsen mit unterschiedlicher Biegesteifigkeit . In Figur 10 sind die schwache Biegeachse mit J, die steife Biegeachse mit 1 bezeichnet.
Um die auf die Bändchen LBi des Stapels BS einwirkenden Schub- und Normalkräfte (Zug- und Stauchkräfte) im geraden Kabel möglichst klein zu halten, werden die lichtführenden Elemente in eine hinreichend große, ein freies Drehen der LWL-Bändchen LBi erlaubende Kammer eingelegt. Aufgrund ihrer Steifigkeit führen die LWL-Bändchen LBi in der Kammer eine Rückdrehung aus, welche der ihnen durch den Kammerverlauf aufgezwungenen Torsion um die Bändchenlängsachse entgegen- wirkt. Diese Rückdrehung führt zu einer bevorzugten Ausrichtung der Bändchen Lbi in der Kammer derart, dass die steife Biegeachse der Bändchen LBi im gewählten Koordinatensystem annähernd in Richtung der y-Achse zeigt. Wie in Figur 11 dargestellt, "steht" der Bändchenstapel BS am Helical demzufolge senkrecht in der Kammer, während er an den beiden benachbarten Umkehrstellen eine eher "liegende" Position einnimmt. Aufgrund dieser Rückdrehung weist nur das mittlere Bändchen LB (Bändchen Nr. 3) des Stapels BS den idealen Umkehrwinkel Φo auf. Für die Bändchen Nr. 1 und 2 ist der Umkehrwinkel hingegen größer, für die Bändchen Nr. 4 und 5 dagegen kleiner als der Idealwert. Wie oben bereits erläutert, sind die beiden außen liegenden Bändchen (Bändchen Nr. 1/2 und Nr. 4/5) in dieser Konfiguration somit nicht vollständig verseilt, d.h. im Falle einer Biegung des Kabels im besonderen Maße dämpfungserhöhend wirkenden Stauch- und Zugbelastungen unterworfen.
Die Figur 12 zeigt die sich bei einer Biegung des Zentralelements ZE um die y-Achse in den einzelnen Bändchen LBi auf- bauende Summe der Schub und Dehnungsenergie in Abhängigkeit vom Biegeradius. Aufgrund der unvollständigen Verseilung sind das oberste und das unterste Bändchen (Bändchen Nr. 1 und 5) im Stapel BS am stärksten, das mittlere Bändchen (Bändchen Nr. 3) hingegen am wenigsten belastet.
Bei einer Biegung des Zentralelements ZE um die x-Achse wer¬ den die Bändchen LBi über ihre steife Biegeachse (Achse 1 in Fig. 10) belastet. Da die Bändchen LBi lose in der Kammer liegen, können sie dieser Belastung durch eine Drehung um die z-Achse ausweichen. Wie in Figur 13 angedeutet, nehmen die
Bändchen LBi, ausgehend von der im linken Teil der Figur 13 dargestellten Situation, schließlich die im rechten Teil der Figur 13 gezeigte Position innerhalb der Kammer an den benachbarten Umkehrstellen und dem dazwischenliegenden Helical ein.
Im entsprechenden Energiediagramm (siehe Figur 14) erkennt man bei Biegeradien von kleiner als 0,4 m eine Instabilität, d.h. die aufgebaute mechanische Spannung wird durch eine spontane Drehung der Bändchen LBi um die z-Achse spontan abgebaut. Dies stört die Ordnung der Bändchen LBi im Stapel BS, was sich wiederum dämpfungserhöhend auswirkt.
f) gedrehter und gerader Einlauf der Bändchen in die Kammer
Die oben beschriebenen Nachteile sind durch das Rückdrehverhalten der Bändchen LB und der daraus resultierenden, bevorzugten Ausrichtung des Bändchenstapels BS in der Kammer bedingt. Die bevorzugte Ausrichtung läßt sich aufheben, indem man der den Bändchen LB durch den Kammerverlauf aufgeprägten Torsion (SZ-Verseilung) eine Gleichschlagsverseilung überlagert. Letztere läßt sich, wie in Figur 15 dargestellt, durch eine zusätzliche, synchrone Drehung des Bändchenstapels BS um seine Längsachse erzeugen, wobei der Drehwinkel 2π pro SZ- Schlaglänge S beträgt.
Bei der Verseilung mit Zusatzschlag ist die Art des Einlaufs der Bändchen LB in die Kammer K von großer Bedeutung. Man unterscheidet zwischen "gedreht" einlaufend und "gerade" einlaufend, wobei diesen Begriffen folgende Bedeutung zukommt:
gedreht einlaufend
Der Bändchenstapel BS ist an den Helicals jeweils derart in der Kammer K angeordnet, dass die schwache Biegeachse k des Stapels BS bzw. der Bändchen LBi und die x-Achse des ein- gangs definierten Koordinatensystems parallel verlaufen bzw. die schwache Biegeachse k des Stapels BS senkrecht auf der durch den Kammerboden definierten Ebene steht (der Sta- pel BS "liegt" am Helical in der Kammer; vergleiche Figur 16a) .
gerade einlaufend Die steife Biegeachse 1 des Bändchenstapels BS bzw. der
Bändchen Lbi und die x-Achse verlaufen parallel (der Stapel "steht" am Helical in der Kammer; vergleiche Figur 16b) .
Beide Einlegearten unterscheiden sich also nicht hinsichtlich der Art der den Zusatzschlag hervorrufenden Torsion um die Stapellängsachse, sondern lediglich hinsichtlich der Orientierung des Bändchenstapels BS innerhalb der Kammer an den Helicals. Anhand der Figur 16 läßt sich allerdings sofort erkennen, dass sämtliche Bändchen Lbi des Stapels BS nur dann den idealen Umkehrwinkel Φ0 aufweisen, wenn der Stapel BS "gedreht" einläuft.
In den Figuren 17 und 18 sind die den Figuren 12 und 14 entsprechenden Energiediagramme für ein gedreht einlaufendes , SZ-verseiltes und zusätzlich um seine Längsachse tordierten (2π pro Schlaglänge S) Bändchenstapel BS dargestellt, wobei Figur 17 die Belastung der Bändchen LBi bei einer Biegung des Zentralelements ZE um die y-Achse und Figur 18 wieder die Belastung der Bändchen LBi bei einer Biegung des Zentralele- ents ZE um die x-Achse dokumentiert. Bis auf die der SZ-Verseilung überlagerte Gleichschlagverseilung blieben alle für die Berechnung der Energieniveaus relevanten Modellparameter unverändert .
Durch die den LWL-Bändchen LB aufgeprägte Zusatzverseilung verhalten sie sich bei einer Biegung um orthogonale Achsen nahezu identisch (vergleiche den Verlauf der in den Fig. 17 und 18 dargestellten Kurven und die Ordinatenwerte) , d.h. das Biegeverhalten der Bändchen ist richtungsunabhängig und damit nahezu ideal. Die den einzelnen Bändchen LB zugeordneten
Energieniveaus liegen innerhalb des betrachteten Bereichs der Biegeradien sehr eng beieinander, was auf eine gleichmäßige Belastung der Bändchen LB hindeutet. Die Belastung ist zudem vergleichsweise gering, da das kleineren Biegeradien (r < 0,25 m) zugeordnete Energieniveau nur unwesentlich höher liegt als das Ausgangsniveau. Außerdem findet sich in keinem der Energiediagramme eine Instabilität.
g) Verfahren zur Herstellung eines SZ-verseilten Kammerkabels mit Zusatzschlag
Wie oben erläutert, läßt sich die bevorzugte Ausrichtung der Bändchen LB in der Kammer K durch eine der SZ-Verseilung überlagerte Gleichschlagverseilung aufheben. Zur Herstellung eines entsprechenden Kabels muss die beispielsweise aus [3] bekannte und dort ausführlich beschriebene Vorrichtung zur Herstellung eines SZ-verseilten Kammerkabels modifiziert werden. Da die Modifikation nur den Bändchenablauf und das üblicher Weise als "Finger" bezeichnete Einlegewerkzeug betreffen, können die übrigen Komponenten und Elemente der Fertigungslinie im folgenden außer Betracht bleiben.
Wie in Figur 19 nur schematisch dargestellt, besteht der ei¬ ner Kammer K des Zentralelements ZE zugeordnete Bändchenab¬ lauf der Fertigungslinie im gezeigten Ausführungsbeispiel aus insgesamt 5, an einem nicht gezeigten Gestell befestigten und jeweils um ihre Längsachse drehbar gelagerten Vorratsspulen
VS1 - VS5. Die von diesen^ Vorratsspulen VS1 - VS5 abgezogenen Bändchen LBI - LB5 werden einander angenähert, ggf. in ein Führungsrohr eingefädelt und von einem langgestreckten Finger F mit beispielsweise O-förmigen oder kreisförmigen Quer- schnitt geordnet als Stapel BS in die entsprechende Kammer K des Zentralelements ZE eingelegt (siehe den vergrößerten Aus¬ schnitt im rechten Teil der Figur 19) . Das Zentralelement ZE und das die Zugfestigkeit des Kabels gewährleistende Stahl¬ seil S bewegen sich hierbei mit der konstanten Linien- oder Abzugsgeschwindigkeit vL entlang der z-Achse. Gleichzeitig führen das Stahlseil S, das Zentralelement ZE, der Finger F und der Bändchenablauf, angedeutet durch die Doppelpfeile, eine harmonische Schwingung im Verseilwinkel Φ0 um die z- Achse aus .
Um die Zusatzverseilung der Bändchen LB zu erzeugen, rotieren alle Vorratsspulen VS1 - VS5 im Ablauf synchron mit der konstanten Winkelgeschwindigkeit
ωs = (2π/S) • vL/ (6)
wobei S und v bedeuten: S : SZ-Schlaglänge VL : Abzugsgeschwindigkeit,
um eine senkrecht auf der Längsachse der Vorratsspule VS1 - VS5 stehende Drehachse. Bei einer Abzugsgeschwindigkeit von typischerweise vL = 20 m/Min und einer Schlaglänge von beispielsweise S = 0,5 m beträgt die Winkelgeschwindigkeit Cύs der Vorratsspulen VS1 - VS5 dann ωs « 4 s-1.
Nach dem gleichzeitigen Einlegen jeweils eines Bändchenstapels BS in die beispielsweise 8 Kammern, wird das Zentralelement ZE noch mit einem sogenannten Quellflies oder einer Be- spinnung umhüllt und anschließend mit einem ein- oder mehrschichtig aufgebauten Kunststoffmantel aus PE oder PP verse- hen. Das Quellflies soll die Kammern K nach außen hin abdichten, falls Wasser durch den beschädigten Mantel in die Kabelseele eindringt. Außerdem verhindert das Flies die Ausbreitung des Wassers im Kabelinnern.
Wie die Figur 20 zeigt, kann das mit einem solchen Verfahren hergestellte Kabel OK beispielsweise aus einem in eine Kunststoffmatrix KM eingebetteten zug- und/oder stauchfesten Element S (Stahlseil, glasfaserverstärkter Kunststoffstab, ARP (Ara id Reinforced Plastics) -Stab) , einem speichenförmigen, sechs Kammern K aufweisenden PE-Zentralelement ZE, einem
Quellflies QF oder einer Bestimmung und einem einschichtig aufgebauten PE-Außenmantel MA bestehen. Die Abmessungen der Kammern K müssen hierbei so bemessen sein, dass sich der Bändchenstapel BS frei in seiner Kammer K drehen kann. Die Kammer K kann insbesondere einen trapezförmigen aber auch einen annähernd kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Der gedreht einlaufende Bändchenstapel BS beschreibt dann die in Figur 21 dargestellte, durch den Verlauf der Kammer im Zentralelement ZE vorgegebene Raumkurve zwischen benachbarten Umkehrstellen .

Claims

Patentansprüche
1. Optische Übertragungselemente enthaltendes Kabel mit den folgenden Merkmalen: - es besitzt ein sich in Richtung der Kabellängsachse (z) erstreckendes Zentralelement (ZE) , wobei das Zentralelement (ZE) mindestens eine nach außen offene Kammer (K) aufweist und die Kammer (K) an der Außenseite des Zentralelements (ZE) helix- oder schraubenförmig, mit periodisch wechseln- der Drehrichtung umläuft;
- als Übertragungselemente dienen mehrere, in der Kammer (K) stapeiförmig ubereinanderliegend angeordnete LWL-Bändchen (LB) , wobei der den LWL-Bändchen (LB) durch den Kammerverlauf aufgeprägten SZ-Verseilung zusätzlich noch eine Gleichschlagverseilung überlagert ist;
- ein ein- oder mehrschichtig aufgebauter Mantel umhüllt das Zentralelement (ZE) .
2. Kabel nach Anspruch 1 , dadurch gekennz eichnet , dass die Gleichschlagverseilung durch kontinuierliches Drehen der LWL-Bändchen (LB) um ihre Längsachse hervorgerufen wird, wobei die Drehung um die Bandchenlangsach.se 360° pro Schlaglänge S der SZ-Verseilung beträgt.
3 . Kabel nach Anspruch 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Bändchenstapel (BS) an den jeweils in der Mitte zwischen aufeinanderfolgenden Umkehrstellen liegenden Orten (He- licals) derart in der Kammer (K) angeordnet ist, dass die hinsichtlich des Biegeverhaltens weniger steife Achse (k) der LWL-Bändchen (LB) annähernd senkrecht auf der durch den Ka-m- merboden definierten Ebene steht.
4. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a du r c h g e k e nn z e i c h n e t , dass die die Mittelpunkte der Kammer entlang der Kabellängsachse verbindende Raumkurve durch
Figure imgf000023_0001
gegeben ist und dass die Projektion eines von der Kabellängsachse ausgehenden, radial nach außen auf die Kammermitte ge- richteten Vektors auf eine senkrecht zur Kabellängsachse orientierte Ebene zwischen aufeinanderfolgenden Umkehrstellen den Winkel Φ0 überstreicht, wobei der Winkel Φ0 der Bedingung
]τ(z)χdz≡0
genügt .
5. Kabel nach Anspruch 4, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Winkel Φ0 die Werte Φ0 = 275,5° + 0,5° und Φ0
632,5° ± 0,5° annimmt.
6. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a du r c h g e k e nn z e i c hn e t , dass das Zentralelement (ZE) mehrere, annähernd parallel ver¬ laufende Kammern (K) aufweist.
7. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a du r c h g e k e n n z e i c hn e t , dass das Zentralelement (ZE) mit einer Bewicklung oder einer Bespinnung versehen oder mit einem bei Zutritt von Wasser quellenden Material umhüllt ist.
8 . Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , g e k e n n z e i c h n e t d u r c h ein Zug- und/oder Stauchkräfte aufnehmendes Kernelement (S) , wobei das Zentralelement (ZE) auf das Kernelement (S) auf- extrudiert ist.
9. Verfahren zur Herstellung eines optische Übertragungselemente enthaltenden Kabels durch Ausführen der folgenden Schritte:
- Bereitstellen eines Zentralelements (ZE) , wobei das Zent- ralelement (ZE) mindestens eine, nach außen offene Kammer
(K) aufweist und die Kammer (K) an der Außenseite des Zentralelements (ZE) helix- oder schraubenförmig, mit wechselnder Drehrichtung umläuft,
- Abziehen mehrerer, als optische Übertragungselemente die- nender LWL-Bändchen (LBI - LB5) von entsprechenden Vorrats- spulen (VS1 - VS5) ,
- Zusammenführen der LWL-Bändchen (LBI - LB5) zu einem Stapel (BS) ,
- Einlegen des mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit um seine Längsachse rotierenden Bändchenstapels (BS) in die
Kammern (K) und
- Aufbringen eines ein- oder mehrschichtigen Außenmantels
(MA) .
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennz e i chnet , dass der Bändchenstapel (BS) mit der Winkelgeschwindigkeit C0S = (2π/S) " vL während des Einlegens um seine Längsachse rotiert, wobei die Größe S die Schlaglänge der dem Bändchensta- pel (BS) durch den Verlauf der Kammer (K) aufgezwungenen SZ- Verseilung und die Größe vL die Abzugsgeschwindigkeit des Zentralelements (ZE) bezeichnen.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadur ch g ekenn z ei chne t , dass jede der Vorratsspulen (VS1 - VS5) mit der Winkelge- schwindigkeit ωs um eine jeweils senkrecht zu ihrer den Abzug des zugeordneten Lichtwellenleiterbändchens (LB) ermöglichenden Drehachse orientierten zweiten Achse rotiert.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadur c h g ekenn z e i chne t , dass ein den Bändchenstapel führendes und in die Kammer (K) einlegendes Werkzeug (F) mit der Winkelgeschwindigkeit Schlaglänge um seine Längsachse rotiert.
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