-
Die
Erfindung betrifft ein optisches Kabel, bei dem optische Übertragungselemente
von einer Hülle umgeben
sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
eines optischen Kabels, bei dem optische Übertragungselemente von einer Hülle umgeben
sind.
-
Ein
optisches Kabel weist im Allgemeinen mindestens ein optisches Übertragungselement
auf, das mehrere Lichtwellenleiter enthalten kann. Als ein mögliches
Kriterium zur Beurteilung der Qualität von optischen Kabeln wird
die so genannte Querdruckfestigkeit verwendet. Zur Prüfung der
Querdruckfestigkeit des optischen Kabels wird beispielsweise eine 10
cm lange Platte für
eine Zeitdauer von einer Minute mit einer bestimmten Kraft auf den äußeren Kabelmantel
gedrückt.
Die Druckkraft ist bei einer solchen Prüfung abhängig von der Art und den Abmessungen des
Kabels. Durch die Krafteinwirkung kann eine Dämpfungsänderung bei der Übertragung
von Licht in den Lichtwellenleitern des optischen Kabels auftreten.
Die zulässige
Dämpfungsänderung
soll bei einer solchen Prüfung
der Querdruckfestigkeit der Lichtwellenleiter im Allgemeinen möglichst
gering ausfallen und beispielsweise einen Dämpfungswert von 0,1 dB nicht überschreiten.
Die infolge der Querdruckkraft auftretende Dämpfungsänderung ist im Wesentlichen
abhängig
von den verwendeten Materialien des Kabels und den Abmessungen des
Kabels.
-
Bei
einem so genannten Minikabel sind mehrere Lichtwellenleiter von
einer dünnen
Hüllschicht umgeben.
Ein derartiges Minikabel weist einen Durchmesser kleiner als 9 mm
auf. Im In neren der Hüllschicht
sind beispielsweise 48 Lichtwellenleiter angeordnet. Für derartige
Kabel sind oftmals Dämpfungsänderungen
einzuhalten, die unter 0,1 dB liegen, wenn bei der Querdruck-Stabilitätsprüfung die Platte
mit einer Querdruckkraft von beispielsweise 2.200 N auf das Kabel
gedrückt
wird.
-
Zur
Erhöhung
der Querdruckfestigkeit eines optischen Kabels kann beispielsweise
die Wandstärke
von Aderhüllen
der optischen Übertragungselemente
oder auch die Wandstärke
der äußeren Mantelschichten
des optischen Kabels vergrößert werden.
Des Weiteren kann beispielsweise der Innendurchmesser von optischen Übertragungselementen (Aderinnendurchmesser)
vergrößert werden.
Bei manchen Kabeln, wie beispielsweise den oben erwähnten Minikabeln,
die zum Einblasen in Leerrohre mit einem vorgegebenen Durchmesser
verwendet werden, ist es im Allgemeinen nicht möglich, die Querdruckfestigkeit
zu erhöhen,
in dem nur die Abmessungen des optischen Kabels zum Beispiel die wanddicke
des Mantels vergrößert werden.
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein optisches Kabel anzugeben,
bei dem die Querdruckfestigkeit erhöht ist. Eine weitere Aufgabe der
vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines
optischen Kabels anzugeben, bei dem die Querdruckfestigkeit des
Kabels erhöht
ist.
-
Die
Aufgabe in Bezug auf das optische Kabel wird mit einem optischen
Kabel nach Patentanspruch 1 gelöst.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
umfasst das erfindungsgemäße optische
Kabel eine Kabelseele, die ein Zentralelement und mehrere optische Übertragungselemente
mit mindestens einem Lichtwellenleiter umfasst. Die mehreren optischen Übertragungselemente
sind um das Zentralelement angeordnet. Des Wei teren weist das optische
Kabel eine Hülle
auf, die die Kabelseele umgibt. Zwischen der Hülle und den mehreren optischen Übertragungselementen
ist ein Füllmaterial
enthalten, das einen Elastizitätsmodul
von mindestens 50 MPa aufweist. Vorzugsweise weist das Füllmaterial
einen Elastizitätsmodul
zwischen 50 MPa und 75 MPa auf.
-
Durch
das Füllen
von Zwischenräumen
(Zwickel) eines optischen Kabels, beispielsweise eines verseilten
Lichtwellenleiterkabels, die zwischen den optischen Übertragungselementen,
beispielsweise Bündeladern,
und einer Hüllschicht,
die die optischen Übertragungselemente
umgibt, liegt, mit einem Füllmaterial,
das einen Elastizitätsmodul
zwischen 50 MPa und 75 MPa aufweist, wird die Querdruckfestigkeit
des optischen Kabels erhöht.
-
Das
Füllmaterial
enthält
vorzugsweise ein Material zum Verkleben von Metallen. Das Füllmaterial
kann beispielsweise Polyamid oder Ethylen-Vinylacetat enthalten.
Als Füllmaterial
kann beispielsweise ein Schmelzkleber verwendet werden. Bei einem optischen
Kabel ohne Füllung
der Zwickel, beispielsweise einem Kabel vom Typ A-DSQ(ZN)2Y, wurde eine
Querdruckfestigkeit von 1400 N/10 cm festgestellt. Bei einem derartigen
optischen Kabel, das mit dem einem Schmelzkleber, beispielsweise
mit dem Schmelzkleber Macromelt TPX 20-146 gefüllt ist, lässt sich hingegen eine Querdruckfestigkeit
von 1600 N/10 cm ermitteln.
-
Des
Weiteren kann das Füllmaterial
ein Petrolat enthalten. Bei einer anderen Ausführungsform des optischen Kabels
enthält
das Füllmaterial
ein Material aus einem thermoplastischen Kunststoff. Das Material
aus dem thermoplastischen Kunststoff kann beispielsweise Polyethylen
Copolymere bezie hungsweise Ehylen-Vinylacetat Copolymere enthalten.
Als ein auf diesen Materialien basierender Kunststoff kann beispielsweise
Micronox 608 verwendet werden. Bei einem Kabel, das eine Zwickelfüllung mit
einem derartigen Material aufweist, lässt sich bereits eine Erhöhung der
Querdruckfestigkeit auf 1800 N/10 cm ermitteln.
-
Bei
einer anderen Ausführungsform
des erfindungsgemäßen optischen
Kabels enthält
das Füllmaterial
einen thermoplastischen Füllstoff.
-
Bei
einer Weiterbildung des optischen Kabels enthält das Füllmaterial ein Garn, das Aramid enthält. In dem
Füllmaterial
können
auch Glasfaserabschnitte enthalten sein.
-
Bei
einer weiteren Ausführungsform
des optischen Kabels sind die mehreren optischen Übertragungselemente
jeweils als Bündeladern
ausgebildet.
-
Bei
einer weiteren Ausführungsform
des optischen Kabels ist ein Quellfaden zwischen dem Zentralelement
und den mehreren optischen Übertragungselementen
angeordnet. Die Hülle,
die die Kabelseele umgibt kann beispielsweise eine erste Hüllschicht
aus einem Material aus einem Vlies enthalten. Die erste Hüllschicht
kann des Weiteren von einer zweiten Hüllschicht umgeben sein, wobei
die zweite Hüllschicht
Garne zur Zugentlastung enthalten kann. Bei einer weiteren Ausführungsform
ist die zweite Hüllschicht
von einer dritten Hüllschicht
umgeben, wobei die dritte Hüllschicht
als ein Kabelmantel aus einem Material aus einem Kunststoff ausgebildet ist.
-
Gemäß einer
Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung
eines optischen Kabels werden mehrere optische Übertragungselemente, die mindestens
einen Lichtwellenleiter enthalten, um ein Zentralelement angeordnet. Zwischen
die mehrere optischen Übertragungselemente
wird ein Füllmaterial
eingebracht, wobei das Füllmaterial
ein Elastizitätsmodul
von mindestens 50 MPa aufweist. Die mehreren optischen Übertragungselemente
und das Füllmaterial
werden mit einer Hülle
umgeben. Vorzugsweise wird das Füllmaterial
derart gewählt,
dass der Elastizitätsmodul
des Füllmaterials
zwischen 50 MPa und 75 MPa liegt.
-
Entsprechend
einer Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die mehreren
optischen Übertragungselemente
und das Füllmaterial
von einem Kabelmantel aus einem Kunststoff umgeben. Die optischen Übertragungselemente
weisen jeweils eine Hülle
auf, die den mindestens einen Lichtwellenleiter umgibt. Gemäß dem Verfahren
wird der Wert des Elastizitätsmodul
des Füllmaterials
in Abhängigkeit
von einem Durchmesser des optischen Kabels, einer Wanddicke des
Kabelmantels oder einem Durchmesser der jeweiligen Hülle der
optischen Übertragungselemente
ermittelt wird. Vorzugsweise wird der Wert des Elastizitätsmodul
wird beispielsweise in Abhängigkeit
von einem Kabeldesign mit den oben genannten charakteristischen
Größen und einer
vorgegebenen Querdruckfestigkeit ermittelt. Das Ermitteln des Elastizitätsmoduls
erfolgt vorzugsweise mittels eines Simulationsprogramms.
-
Gemäß einer
Weiterbildung des Verfahrens wird das Füllmaterial zum Einbringen des
Füllmaterials
in einem viskosen Zustand zwischen die mehreren optischen Übertragungselemente
erwärmt.
Zum Aushärten
des Füllmaterials
wird das Füllmaterial
abgekühlt.
-
Gemäß einer
anderen Ausführungsform
des Verfahrens werden nach dem Anordnen der optischen Übertragungselemente
um das Zentralelement Fasern zur Zugentlastung als Füllmaterial
um die optischen Übertragungselemente
angeordnet. Als Fasern zur Zugentlastung können beispielsweise Garne aus
Aramid oder Glasfaserabschnitte um die optischen Übertragungselemente
angeordnet werden.
-
Bei
einer Weiterbildung des Verfahrens werden die optischen Übertragungselemente
mittels einer Vorrichtung zum Verseilen um das Zugentlastungselement
angeordnet. Vorzugsweise werden auch die Fasern zur Zugentlastung
mittels der Vorrichtung zum Verseilen um die optischen Übertragungselemente
angeordnet.
-
Bei
einer anderen Ausgestaltungsform wird ein Kabelmantel in einer Vorrichtung
zum Extrudieren eines Kabelmantels um die mehreren optischen Übertragungselemente
und das Füllmaterial
extrudiert. Ebenso wird auch vorzugsweise das Füllmaterial mittels der Vorrichtung
zum Extrudieren des Kabelmantels zwischen die mehreren optischen Übertragungselemente
eingebracht.
-
Das
Füllen
der Zwickel mit dem Füllmaterial kann
beispielsweise in einer Mantellinie vor dem Mantelextruder beziehungsweise
bei Beschichtungen mit Aramid vor den Wicklern erfolgen. Sowohl
bei der Verwendung eines Füllmaterials,
das als ein Schmelzkleber ausgebildet ist, als auch bei der Verwendung
eines Füllmaterials
basierend auf einem Kunststoff ist kein zusätzlicher Arbeitsschritt erforderlich.
Bei der Konfektionierung lässt
sich das Füllmaterial
leicht von den optischen Übertragungselementen,
beispielsweise den Adern des optischen Kabels, ablösen.
-
Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren, die Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung zeigen, näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine
Ausführungsform
eines optischen Kabels, bei dem die Querdruckfestigkeit erhöht ist,
-
2 eine
vereinfachte Darstellung einer Fertigungslinie zur Herstellung eines
optischen Kabels, bei dem die Querdruckfestigkeit erhöht ist,
-
3 eine
Abhängigkeit
der Dämpfungsänderung
von einer auf ein optisches Kabel einwirkenden Querdruckkraft.
-
1 zeigt
ein optisches Kabel, bei dem optische Übertragungselemente 10 um
ein Zentralelement 30 angeordnet sind. Die optischen Übertragungselemente
weisen eine Aderhülle 2 auf,
die in ihrem Inneren mehrere Lichtwellenleiter 1 umgibt.
Die optischen Übertragungselemente
sind um das Zentralelement 30 verseilt angeordnet. Um die
von den verseilten optischen Übertragungselementen
gebildete Kabelseele ist eine Hülle
aus einem Vlies 200 angeordnet. Die Vlieshülle kann
beispielsweise Materialien enthalten, die bei Kontakt mit Wasser
aufquellen, sodass die Kabelseele gegen eindringendes Wasser abgedichtet
wird. Da sich das Wasser somit entlang der optischen Übertragungselemente
nicht ausbreiten kann, bleiben die optischen Übertragungseigenschaften beim
Eindringen von Feuchtigkeit in das Kabel weitgehend erhalten. Bei
dem verwendeten Material kann es sich beispielsweise um ein quellfähiges Puder
handeln, das ein Salz aus einer Acrylsäure enthält.
-
Gemäß der in 1 gezeigten
Ausführungsform
des optischen Kabels ist die Hülle 200 aus
dem Vlies von einer weiteren Hüllschicht 300 umgeben, die
Elemente zur Zugentlastung, beispielsweise Fäden oder Garne aus Aramid,
enthält.
Um die Elemente zur Zugentlastung ist ein äußerer Kabelmantel 400 extrudiert,
der im Allgemeinen aus einem Material aus einem Kunststoff gefertigt
ist. In das Material aus dem Kunststoff des äußeren Kabelmantels ist ein Reißfaden 500 eingebettet,
mit Hilfe dessen sich der Kabelmantel leicht entfernen lässt.
-
Zur
Erhöhung
der Querdruckfestigkeit des optischen Kabels sind Hohlräume, so
genannte Zwickel, zwischen der Hüllschicht 200 und
den optischen Übertragungselementen
mit einem Füllmaterial 20 gefüllt. Das
Füllmaterial 20 ist
beim Aufbringen in die Hohlräume
zwischen den optischen Übertragungselementen
erwärmt.
Infolge der Erwärmung
ist das Füllmaterial
zähflüssig und
lässt sich
in diesem Zustand in die Zwickel zwischen den optischen Übertragungselementen
einbringen. Vorzugsweise wird das Füllmaterial dabei in einem Raum
Z1 zwischen der Vlieshülle 200 und
den optischen Übertragungselementen 10 sowie
in einem Raum Z2 zwischen den optischen Übertragungselementen und dem
Zentralelement 30 aufgebracht.
-
Nach
einem Abkühlungsvorgang
erhärtet das
Füllmaterial.
Nach dem Erhärten
wirkt das Füllmaterial
einer Querdruckkraft auf das Kabel entgegen, sodass das Kabel nur
noch geringfügig
verformt wird. Der Elastizitätsmodul
des Füllmaterials
liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 50 und 75 MPa. Berechnungen
zeigen, dass bei einer Querdruckkraft von 2.200 N pro 10 cm und
einem Elastizitätsmodul des
Füllmaterials
von 50 bis 75 MPa eine Verformung eines optischen Kabels, beispielsweise
eines Kabels vom Typ A-DSQ(ZN)2Y auftritt, die zwischen 0,7 und 0,8
mm liegt. Bei dieser Verformung lässt sich eine Dämpfungsänderung
eines optischen Kabels feststellen, die unter 0,1 dB liegt.
-
Als
Füllmaterial
wird beispielsweise ein Schmelzkleber verwendet, der beispielsweise
zum Verkleben von Metallen geeignet ist. Der Schmelzkleber kann
auf Polyamid oder Ethylen-Vinylacetat basieren.
Ein solcher Schmelzkleber ist beispielsweise ein Schmelzkleber vom
Typ Macromelt TPX 20-146. Des Weiteren kann als Füllmaterial
ein Material aus einem Kunststoff basierend auf Polyethylen Copolymeren
beziehungsweise Ethylen-Vinylacetat Copolymeren verwendet werden.
Als ein Material aus einem derartigen Kunststoff kann beispielsweise ein
Kunststoff vom Typ Micronox 608 eingesetzt werden. Es können auch
thermoplastische Füllmaterialien
verwendet werden. Des Weiteren lassen sich als Füllmaterialien auch Petrolate,
die bei der Raffinierung anfallen, verwenden.
-
Die
Hohlräume
zwischen den optischen Übertragungselementen
können
auch mit Garnen aus Glasfasern oder Aramid gefüllt sein. Des Weiteren ist
es möglich,
die Glasfasern oder Aramidgarne in die oben genannten Füllmaterialien
aus dem Schmelzkleber oder dem Material aus dem Kunststoff einzubetten.
-
Wie
in 1 gezeigt, können
neben den optischen Übertragungselementen 10 in
der Kabelseele 100 auch weitere Leiter, beispielsweise
elektrischen Leiter, enthalten sein. 1 zeigt
einen als Kupferader ausgebildeten elektrischen Leiter 50,
bei dem die Kupferader 51 von einer äußeren Hülle 52 umgeben ist.
-
Zur
Verhinderung des Ausbreitens von Wasser innerhalb der Kabelseele 100 sind
vorwiegend in den Räumen
Z2 zwischen dem Zentralelement 30 und den optischen Übertragungselementen 10 Quellfäden 40 enthalten.
Die Quellfäden 40 weisen ähnlich wie
die Hüllschicht 200 ein
Material auf, das bei Kontakt mit Wasser eine Volumenvergrößerung der Quellfäden bewirkt.
Derartige Materialien können beispielsweise
Salze aus einer Acrylsäure
sein.
-
2 zeigt
eine Fertigungslinie zur Herstellung eines optischen Kabels in einer
vereinfachten Darstellung. Die Fertigungslinie weist eine Fertigungseinheit
V1 auf, der die optischen Übertragungselemente 10,
der elektrische Leiter 50 sowie das Zentralelement 30 und
die Quellfäden 40 eingangsseitig
zugeführt
werden. In der Fertigungseinheit V1 werden die optischen Übertragungselemente 10 sowie
der elektrische Leiter 50 um das Zugentlastungselement 30 verseilt
angeordnet.
-
Zum
Ausfüllen
der Räume
Z1 und Z2 zwischen den optischen Übertragungselementen werden
der Vorrichtung V1 die Garne zur Zugentlastung, insbesondere Garne 23 aus
Aramid und Glasfasern 24 zugeführt. Die Kabelseele 100,
die am Ausgang der Fertigungseinheit V1 das Zentralelement 30,
die optischen Übertragungselemente 10,
die Quellfäden 40 und
die Garne zur Zugentlastung 23, 24 umfasst, wird
anschließend
einer Verarbeitungseinrichtung V2 zugeführt.
-
In
der Verarbeitungseinheit V2 werden die Hüllschichten 200, 300 und 400 um
die Kabelseele 100 angeordnet. In der Verarbeitungseinheit
V2 wird vorzugsweise auch das Füllmaterial
in die Räume
Z1 und Z2 zwischen den optischen Übertragungselementen aufgebracht.
Der Schmelzkleber 21 beziehungsweise das Material aus dem
Kunststoff 22 wird in der Fertigungseinheit V2 erwärmt und
in einem zähflüssigen viskosen
Zustand zwischen die optischen Übertragungselemente
aufgebracht.
-
Die
optischen Übertragungselemente 10,
der elektrische Leiter 50 und das Füllmaterial werden von der Hülle 200 aus
Vlies umgeben. In der Fertigungseinheit V2 werden anschließend um
die Hüllschicht 200 aus
dem Vlies Garne 300 zur Zugentlastung angeordnet. Anschließend wird
in einem Mantelextruder der Fertigungseinheit V2 ein Material aus
einem Kunststoff als äußerer Kabelmantel
um die Garne 300 zur Zugentlastung extrudiert.
-
3 zeigt
ein Diagramm, bei dem die Verformung eines optischen Kabels in Abhängigkeit
von einer Querdruckkraft dargestellt ist. Die Räume Z1 und Z2 zwischen den
optischen Übertragungselementen
sind mit unterschiedlichen Füllmaterialien gefüllt. Im
Beispiel der 3 sind optische Kabel verwendet
worden, bei denen die Zwickel mit einem Kunststoff vom Typ Micronox
608 beziehungsweise mit einem Schmelzkleber vom Typ Macromelt TPX 20-146
gefüllt
sind. Bei gleicher Querdruckkraft kann sowohl für ein optisches Kabel mit einer äußeren Mantelwanddicke
von 1,25 mm, bei dem als Füllmaterial
der Kunststoff vom Typ Micronox 608 mit einem Elastizitätsmodul
zwischen 25 MPa und 75 MPa verwendet wird, als auch bei einem optischen
Kabel, bei dem die Zwickel mit einem Schmelzkleber vom Typ Macromelt
TPX 20-146 gefüllt
sind, eine Abnahme der Verformung im Vergleich zu einem Kabel ohne Füllmaterialien
festgestellt werden.
-
An
einem Kabel vom Typ A-DSQ(ZN)2Y mit einer Querdruckfestigkeit von
1400 N pro 10 cm bei einer Dämpfungsänderung
kleiner als 0,1 dB ist die Füllung
der Zwickel mit einem Schmelzkleber vom Typ Macromelt TPX 20-146
sowie mit einem Kunststoff vom Typ Micronox 608 getestet worden.
Bei einem mit dem Schmelzkleber vom Typ Macromelt TPX 20-146 gefüllten Kabel ergibt
sich eine Dämpfungsänderung
kleiner als 0,1 dB bei einer Querdruckfestigkeit von 1.600 N pro
10 cm. Ein mit dem Material aus Kunststoff vom Typ Micronox 608
gefülltes
optisches Kabel weist bei einer Querdruckfestigkeit von 1.800 N
pro 10 cm eine Dämpfungsänderung kleiner
0,1 dB auf.
-
- 1
- Lichtwellenleiter
- 2
- Aderhülle
- 10
- optisches Übertragungselement
- 20
- Füllmaterial
- 21
- Schmelzkleber
- 22
- Material
aus Kunststoff
- 23
- Garne
aus Aramid
- 24
- Garne
aus Glasfaser
- 30
- Zentralelement
- 40
- Quellfaden
- 50
- Blindader
- 200
- Hülle aus
Vlies
- 300
- Müllschicht
aus Zugentlastungselementen
- 400
- Kabelmantel
- V
- Fertigungseinheit