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Berlin und München Wittelsbacherplatz
Unser Zeichen: VPA 74/0524 Zm/Say
Nachrichtenkabel mit optischen Übertragungselementen
Die in den letzten Jahren verfolgte Entwicklung aux dem fi-ebiet
der Nachrichtenübertragung mittels Lichtwellen hat die Möglichkeit eröffnet, auch auf diesem Gebiet für die Übertragung
von Nachrichten Zabel zu verwenden, wie es bisher für die elektrische Nachrichtenübertragung üblich ist. Bei
der optischen Nachrichtenübertragung wird dabei an Stelle eines elektrischen. Leiters als Übertragungselement eine Glasfaser
verwendet, die zur Führung ei:;es Lichtetrahlers dient.
Eine solche Glasfaser besteht in aller Regel aus einem Kern, dessen Material einem höheren Brechungsindex aufweist, und
aus einer diesen Kern umgebenden Hülle aus einem Material mit kleinerem Brechungsindex» Gegebenenfalls kann eine äußere
Schutzhülle aus polymeren Material, beispielsweise aus einem Lack, vorgesehen sein.
Pur optische Kabel ist beispielsweise ein Übertragungsele·^
ment bekannt, bei dem um einen zentralen Kunstoffaden mehrere
Glasfasern angeordnet sind. Der Kunstoffaden ist dabei im Querschnitt mit mehreren Stegen ausgebildet, wobei die
G-lasfasern entlang Kanälen 'zwischen benachbarten Stegen des
Querschnittes eingelegt und mittels einer Kunstoffhülle gesichert sind (PT-OS 2 347 408). Mehrere solcher Übertragungselemente
könnten zum Aufbau eines bekannten optischen Kabels verwendet werden, bei dem die Übertragungselemente zusammen
in mindestens einer Verseillage um einen langgestreckten zentralen Kern aus beispielsweise einer Vielzahl von verseilten
Stahldrähten angeordnet sind. Bei diesem Kern handel
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es sich um ein Verstärkungsbauteil zur Aufnahme von Zugbeanspruchungen.
Über der Verseillage oder den Verseillagen, die teilweise aus isolierten elektrischen leitern bestehen
können, ist ein äußerer Kunstoffmantel aus einem Olefinpolymerisat oder aus Polyäthylen angeordnet. Dieser Kunstoffmantel
kann von einem weiteren Mantel aus einem Material mit einem niedrigen Reibungsbeiwert umgeben sein (DT-OS 2 355 855)
Bei einem anderen bekannten optischen Kabel ist als zentrales Verstärkungselement ebenfalls ein aus verseilten Stahldrähten
aufgebauter Kern vorgesehen, auf den zunächst eine Schicht aus einem beispielsweise verschäumten Kunstoff aufgebracht
ist. Auf dieser Schicht sind die optischen Übertragungselemente in einer oder mehreren Lagen angeordnet.
Hierzu sind optische Pasern in einem flexiblen, flachen Haltebauteil befest-v-jt, der Schraubenlinie.-.rörmig um den zentralen,
zugfeGten Kern gewickelt ist. 'über den aufgewickelten
Übertragungselementen befindet sich eine weitere Schicht
aus einem verschäumten Kunstoff, anschließend eine offene Bespinnung aus einem Metallband und der eigentliche Mantel
aus einem Kunstoff wie beispielsweise Polyäthylen (DT-OS 2 355 854).
Beim Aufbau optischer Kabel ist vor allem der Empfindlichkeit der in den Übertragungselementen verwendeten Glasfasern
gegenüber Zug-, Druck- und Biegebeanspruchungen Rechnung zu tragen. Dies erfolgt be?, den bekannten Kabelkonstruktionen
insbesondere durch die Verwendung eines zugfesten Kernes und durch polsterende Zwischenschichten zwischen dem Kern und
den Übertragungselementen sowie zwischen den Übertragungselementen und dem Au^enmantel. Hiermit wird kein ausreichender
Schutz gegen Zugbeanspruchungen und gegen auf das Kabel ausgeübte radiale Druckbeanspruchungen erzielt. Dehnungen
des zugfesten Kernes unter Zugbeanspruchungen müssen von den optischen Übertragungselementen ertragen werden. Ein vollständiger
Schutz gegen Druck- und Zugbeanspruchungen, die
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gegebenenfalls auch bei der Verseilung der Übertragungselemente zur Kabelseele auftreten können, ist daher nicht gegeben.
Dieser vollständige und auch für lange Betriebszeiten des Kabels unter mechanischer Beanspruchung ausreichende
Schutz ist jedoch unentbehrlich. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches Kabel zu schaffen, dessen Übertragungselemente
gegen Zug-, Druck- und Biegebeanspruchungen jeglicher Art weitestgehend geschützt sind. Zur Lösung dieser
Azfgabe geht die Erfindung von einem optischen Kabel für Nachrichtenübertragiingszwecke aus, das aus mehreren optischen
Adern besteht, die auf einem zugfesten, in eine Kunstoffhülle
eingebetteten Kern aus verseilten Stahldrähten aufgebracht sind und von einem Außenmantel uvgebcn sind.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß der zugfeste Kern aus lagenweise verseilten Federstahldrähten besteht, und daß dieser
Kern vc:i einem nach Art eines Speich-rirades aufgebrachten
radialen Kammersystem aus einem thermoplastischen Kunststoff umgeben ist, in dessen in radialer Richtung offene Kammern
die optischen Übertragungselemente eingelegt sind; für die Erfindung ist weiterhin wesentlich, daß auf das radiale
Kammersystem eine Bespinnung aufgebracht ist, die ihrerseits von einem Außenmantel umgeben ist.
Bei einem gemäß der Erfindung ausgebildeten optischen Kabel sind die optischen Übertragungselemente nicht wie bei den
bisher bekannten Kabelaufbauten formschlüssig mit den übrigen Elementen der Kabelseele verbunden, sondern sie liegen
beweglich in einem Kammersystem, daß seinerseits mit den übrigen Elementen der Kabelseele formschlüssig verbunden ist.
Damit ist gewährleistet, daß auf die optischer. Übertragungselemente
keine unzulässigen mechanischen Beanspruchungen ausgeübt werden können. Zugbeanspruchungen werden von dem flexibel
aufgebauten Kern aus Stahldrähten aufgenommen, wobei die elastische Dehnung des Kernes zu einer Verminderung des Wendelradius
der optischen Übertragungselemente führt. Druck-
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beanspruchungen werden über den Außenmantel auf das Kammer-System und den Eern übertragen, ohne daß hierbei die optischen
Adern beansprucht werden. Bei Biegobeanspruchungen des Kabels können sich die optischen Adern innerhalb der
Kammern des Kammersystems durch Verschiebung der jeweiligen Krümmung des Kabels anpassen.
Der vollständige mechanische Schutz der optischen Übertragungselemente
wird auch dadurch erzielt, daß das radiale Kammersystem wendelförmig um den Kern verläuft, alt:ο gewissermaßen
eine Schlaglänge aufweist. Diese Schlaglänge beträgt zweckmäßig 0,2 m bis 2 m, vorzugsweise etwa 1 m. Hierdurch
v/erden die optischen Übertragungselemente wendelföi'ra.ig
um den zugfesten Kern angeordnet.
Das radiale Kammersystem kann beis^'.c-lsweise aus einem auf
den Kern aufgebrachten profilierten Band bestehen. Vozugsweise
besteht das radiale K&:nmersystem jedoch aus einem auf
den Kern extrudierten Profilkörper.
Eine direkt nach dem Einlegen der Übertragungselemente in die Kammern aufgebrachte Bespannung dient als äußere Begrenzung
der Kammern und als Stütze für die eingelegten Übertragungselemente. Als optische Übertragungselemente kommen
im Rahmen der Erfindung insbesondere einzelne, umhüllte Glasfasern in Betracht, die gegebenenfalls zu Bündeln zusammengefaßt
sind.
Eine Verbesserung des mechanischen Schutzes der optischen Übertragungselemente läßt sich dadurch erzielen, daß zwischen
der auf das radiale Kammersystem aufgebrachten Bespinnung und dem Außenmantel eine oder mehrere polsternde Schichten
angeordnet sind.
Als Außenmantel für das gemäß der Erfindung ausgebildete optische Kabel kommt beispielsweise ein sogenannter Schichtenmantel
in Betracht, der im wesentlichen aus einem Kunstoff-
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mantel besteht, in den eine dünne metallene Schicht eingebettet ist oder der mit einer dünnen metallenen Schicht unterlegt
ist. Besonders vorteilhaft ist jedoch die Verwendung eines sogenannten Stahlwellmantels, der einen ausgezeichneten
Schutz gegen Druckbenaspruchungen bietet und auch als zusätzliches Verstärkungselement zur Aufnahme von Zugbeanspruchungen
dienen kann.
Ein gemäß der Erfindung ausgebildetes optisches Kabel kann beispielsweise auch als längswasserdichtes Kabel aufgebaut
sein, wenn die Hohlräume innerhalb der Kabelseele, insbesondere die Hohlräume in dem radialen Kammersystem, mit einer
die längswasserdichtigkeit des Kabels gewährleistenden nicht einfrierenden Substanz gefüllt sind. Andererseits besteht
auch die Möglichkeit, die Seele des Kabels zu evakuieren, um beispielsweise die mechaniTchen Festigkeiten und
Dehnbarkeiten ler Glasfasern, die aich im verseilten Zustand
in der Kabelseele befinden, im Hinblick auf eine lange lebensdauerder
Glasfasern aufrecht zu erhalten.
Um die Herstellung des neuen optischen Kabels möglichst rationell zu gestalten, empfiehlt es sich, die Kabelseele des
optischen Kabels möglichst in einem einzigen Arbeitsgang zu fertigen. Dabei geht man zweckmäßigerweise derart vor, daß
der während der Fertigung der Kabelseele gestreckt geführte zugfeste Kern mit konstanter Drehzahl entsprechend der gewünschten
Schlaglänge des Kammersystems um seine eigene Achse verdreht wird und daß die optischen Übertragungselemente in
das auf den Kern aufgebrachte Kammersystern schiebend eingelegt
werden. Ein derartiger Fertigungsablauf gewährleistet ein trägheitsarmes, weitestgehend zugspannungsfreies Einbringen
der optischen Adern in das radiale Kammersystem.
Zur Durchführung eines solchen Fertigungsverfahrens ist eine Vorrichtung geeignet, die eine Abwickeltrommel für den aus
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Stahldrähten gebildeten zugfesten Kern und eine Aufwickeleinrichtung
für 'Ue fertige Kabelseele aufweist und "bei der die Abwickeltrommel und die Aufwickeleinrichtung mit gleicher
konstanter Drehzahl um die Achse des gestreckt geführten, zugfesten Kernes verdrehbar angeordnet sind und bei der seitlich
des gestreckt geführten Stranges Vorschubeinrichtungen zum Einlegen der optischen Übertragungselemente in die Kammern
des radialen Kammersystems angeordnet sind.
Zum zugfreien Einbringen der optischen Übertragungselemente in das radiale Kammersystem empfiehlt es sich, angetriebene
Vorrichtungen wie beispielsweise Rollen, Walzen oder Rav.pen
zu verwenden, mit denen die optischen Übertragungselemente in das Kammersystem eingeführt oder eingeschoben v/erden. Dies
kann entweder mit Hilfe einer Positionsregelung oder mittels Schlupf erfolcy-j.L. Da das radiale Kammersystem wendelförmig
um den zugfesxen Kern verläuft, können hierbei Ablauf- und Zuteileinrichtungen für die Adern vorgesehen sein, die im
Raum feststehend angeordnet sind.
Ein Ausführungsbeispiel, eines gemäß der Erfindung ausgebildeten optischen Kabels sowie eine Vorrichtung zur Herstellung
eines solchen Kabels sind in den Figuren dargestellt.
Figur 1 zeigt ein optisches Kabel 1, in dessen Innern Übertragungselemente
in Form optischer Adern angeordnet sind. Hierzu ist zunächst ein zugfester Kern 2 vorgesehen, der aus
mehreren Verseillagen von S'tajildrähten aus hochlegiertem Nickelstahl besteht. Auf diesen zugfesten Kern ist ein radiales
Kammersystem 3 aufgebracht, daß aus einem extrudierten Kunstoffprofil besteht. Dieses Kunstoffprofil hat einen
etwa speichenradförinigen Querschnitt, wobei die von den Armen
3'gebildeten Kammern nach außen offen sind. Die radialen
Kammern haben eine Höhe von etwa 6 mm und am äußeren Ende der Arme 31 eine Breite von etwa 5mm.
In das radiale Kammersystem sind optische ÜbertragungEele-
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mente 5 eingelegt, "bei denen es sich um einzelne optische
Adern oder auch um Aderbündel im verseilten oder unverseilten Zustand handeln kann. Diese Übertragungselemente
sind in den Kammern 4 lose angeordnet und werden mit Hilfe der Bespannung 6 in den Kammern festgehalten.
Auf die Bespannung ist eine Lage isolierter elektrischer
Leiter 7 aufgeseilt, die vor allem für Starkstromzwecke, also insbesondere zur Stromversorgung, vorgesehen sind. Über
dieser Verseillage befindet sich eine Bespinnung 8 aus einem
Kreppapier, die sowohl als Polster als auch als Wärmeschutz der Kabelseele beim Aufbringen des Außenmantels d.ient.
Bei dem Außenmantel handelt es sich um einen sogenannten Schichtenmantel, der aus einem dünnen, längseinlaufend mit
überlappenden Bandkanten aufgebrachten Metallband 9 und einem Polyäthylenmantel 10 besteht, ι o'.ei das dünne Metallband
9 und der Kunstoffmantel 10 unter Verwendung eines geeigneten
Haftvermittlers miteinander verschweißt sind.
Zur Herstellund des in Figur 1 dargestellten optischen Kabels mit Ausnahme des Schichtenmantels dient die in Figur 2 dargestellte
Vorrichtung. Diese enthält zunächst eine Abwickeltrommel 11 und eine Aufwickeleinrichtung 25, die mit gleicher
Drehzahl und Drehrichtung um die gemeinsame Längsachse rotierend angeordnet sind. Von der Abv/iekeltrommel 11 läuft
der zugfeste Kern 2 über den Führungsnippel 12 durch den Spritzkopf eines Extruders 13, mit dem das radiale Kammer-System
3 auf den Kern 2 aufgespritzt wird. Zur Kühlung des extrudierten Kunstoffprofils ist das Yfesserkühlbecken 14
mit der anschließenden Trockenstrecke 15 vorgesehen. Anschließend läuft der mit dem speichenradförmigen Profil versehene
Kern in eine Vorrichtung 18 ein, in der die optischen Übertragungselemente 5 in das Kammersystem eingelegt v/erden,
wobei unmittelbar anschließend der Spinner 19 vorgesehen ist,
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mit dem ein Kunstoffband 6 auf das Kammersystem aufgesponnen
wird. Mit dieser Bespinnung erfolgt oina Begrenzung der radialen lage der optischen Übertragungselemente 5. Die hierzu
vorgesehene Bespinnung mit dem Kunstoffband 6 sollte luft- und wasserdurchlässig sein, um eine Trocknung und/oder
Evakuierung >ier Kabelseele zu ermöglichen.
Zum kraftfreien Einbringen der optischen Übertragungselemente
5 in das radiale Kammersystem laufen die Übertragungselemente von Vorratsbehältern 16 ab und werden mit Hilfe
von Vorschubeinrichtungen 17, von denen zur Vereinfachung
der zeichnerischen Darstellung nur eine Vorrichtung dargestellt ist, in die Kammern des radialen Kairmiersystems eingeschossen
bzw. eingelegt. Um eine gleichmäßige Förderung der optischen Übertragungselemente zu erreichen, arbeitet
die Vors chub c- ±i.r. _ ch tung 17 mit Schlupj .
Nach dem Aufbringen der Bespinnung 6 werden mit Hilfe des Verseilkorbes 20 elektrische Adern 7 aufgeseilt, die von
Vorratsspulen 21 ablaufen und im Verseilnippel 22 aufgebracht werden. Unmittelbar anschließend erfolgt vor dem
Fuarungsnippel 24 das Aufbringen der Kreppapierbespinnung
mit Hilfe der Spinneinrichtung 23. Die fertige Kabelseele JO wird anschließend auf die Aufwickeltrommel 25 aufgewickelt.
Hierbei kann gegebenenfalls zusätzlich eine Abzugseinrichtung
in Form eines Raupenabzuges vorgesehen sein.
15 Ansprüche
2 Figuren
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