DE2701650A1

DE2701650A1 - Optisch leitendes element zum einbau in optische leiter

Info

Publication number: DE2701650A1
Application number: DE19772701650
Authority: DE
Inventors: Axel Andersen; Knud Bundgaard Jensen; Poul Ursin Knudsen
Original assignee: Nordiske Kabel OG Traadfabriker AS
Current assignee: NKT AS
Priority date: 1976-11-09
Filing date: 1977-01-17
Publication date: 1978-05-24
Also published as: GB1593739A; NO773804L; JPS5381140A; FI66091B; DK138437C; FI66091C; DE2701650C2; JPS6143682B2; FI773327A7; SE7712592L; NO148464B; DK505276A; NO148464C; FR2370295A1; DK138437B; FR2370295B3; US4289375A; SE425619B

Description

Patentanwälte Dr.-Ing. Walter AbItI Dr Diele " !-. Mort

Dipl.-hiys. M. darnieder "· ^J^uar 1977

8 München 86, Pienzenauerstr. 28 76.776

AKTIESELSKABET NORDISKE KABEL- OG TRAADFABRIKER La Cours Vej 7, Kopenhagen F, Dänemark

Optisch leitendes Element zum Einbau in optische Leiter

Die Erfind!ung betrifft ein optisch leitendes Element zum Einbau in optische Leiter, beispielweise Telekabel. Ein solches Element besteht aus einer optischen Faser aus Glas oder Kunststoff, eventuell einer die Faser dicht umschliessenden dünnen Schutzschicht sowie aus einem die Faser dicht umschliessenden, hauptsächlich koaxial 'aufgetragenen Belag mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt.

Es ist bekannt, Telekabel mit optischen Fasern herzustellen, die in den Kabeln in in deren Längsrichtung verlaufenden Hohlräumen mit wesentlich grösserer Querabmessung als dem Faserdurchmesser verlegt sind, vergleiche beisx>i eisweise die schwedische Patentanmeldung Nr. 7508599-3.

Auch Fasern mit einem geschlängelten Verlauf in solchen Hohlräumen sind bekannt. Stand der Technik ist desweiteren das Verkleben von v/ellenförmig zwischen zwei Kunststoffbändern verlaufenden Fasern mit diesen Bändern und das Bewickeln eines soliden Trägerdrahts mit der so geschaffenen Einheit, vgl. die deutsche Offenlegungsschrift 24 24 041. Schliesslich sind Kabel bekannt, dere¹! Fanern wendelförmig um eine einen soliien Trägerdraht umgebende v/eiche Trägerschicht gewickelt sind, vgl. die deutsche Offenlegungsschrift 23 55 854. Bei allen vorerwähnten bekannten Kabeltypen soll nach Möglichkeit vermieden werden, dass auf die Kabel wirkende Biege- und insbesondere schädliche Zugkräfte die optischen Fasern selbst beeinträchtigen .

Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung baulicher Merkmale, durch die in höherem Masse als bisher möglich die Beeinträchtigung oder Zerstörung der Leitfähigkeit der optischen Fasern durch mechanische Beeinflussung, beispielsweise durch Zugbeanspruchung, Biegung, Torsion und Vibration vermieden wird. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Verringerung oder Zerstörung der Leitfähigkeit einer im übrigen intakten optischen Faser dann zu erwarten ist, wenn ihr lichtleitendes Inneres aufgrund eines oder mehrerer Fehler wenn auch nur auf einem ausserordentlich kleinen Teil einer Kabelstrecke verengert oder abgebogen . wird, wobei eine fehlerhafte Strecke der Grössenordnung von nur einem Bruchteil eines Millimeters genügt, weshalb in einem solchen Fall von Mikrorissen oder Mikrobiegungen gesprochen wird. Es liegt auf der Hand, dass bei einer auf die optische Faser wirkenden Zugkraft das Risiko des Entstehens von Mikrorissen um so grosser ist, je grosser die Zugkraft ist. Bei den bisher bekannten Telekabelkonstruktionen mit optischen Fasern war man wie bereits erwähnt daher bestrebt, das Ausmass möglicher Zugspannungen in den optischen Fasern und das hiermit verbundene Risiko £U vermindern. Bei der vorliegenden Erfindung wird zu diesem Zweck Jedoch der entgegengesetzte Weg beschritten, indem es sich überraschend herausgestellt hat, dass in verschiedener Hinsicht dadurch Verbesserungen erzielt v/erden, dass in jeder Faser dadurch eine nicht unwesentliche Druckkraft erzeugt wird, dass die Faser in einen dichtschliessenden und angemessen dicken Belag eingelagert wird, dem danach eine vorbestimmte Kontraktionsneigung

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erteilt wird. * 2 7 Q I 6 5 Q

Das erfindungsgemässe Element ist zu diesem Zeck dadurch gekennzeichnet, dass dem Belag eine solche Adhäsion zur Faser erteilt ist, dass ein während oder nach dem Auftragen des Belags in diesem erzeugtes Kontraktionsbestreben die Faser in deren Gesamtlänge mit einer solchen axialen Druckkraft beaufschlagt, dass die sich hieraus ergebende Verkürzung der Faser eine entsprechende Erhöhung der Bruchdehnung bewirkt. Die Verkürzung kann erfindungsgemäss vorzugsweise mindestens 0,5 o/oo der ursprünglichen Faserlänge bei im übrigen von äusseren Kräften freiem Element betragen. Die so in der optischen Faser erzeugte Druckspannung soll nach Möglichkeit einen nicht unwesentlichen Teil, beispielsweise mindestens 1/10 der Bruchdehnung der Faser betragen.

Der verwendete Belag kann beispielsweise aus Kunststoff wie Polyäthylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid oder Polyamid, beispielsweise Polyamid 12 bestehen, wobei die letztgenannte Stoffgruppe wegen der starken Adhäsion zu anderen Stoffen besonders gut geeignet erscheint.

Gewünschtenfallü ist der Belag aus einem Grundmaterial aufbaubar, das ein Zusatzmaterial, beispielsweise ein Bev/ehungsmaterial wie willkürlich oder in Längsrichtung orientierte Fasern enthält, die zumindest einen Teil der angestrebten Kontx-aktibilität gewährleisten.

Da v/ie ersichtlich eine hinreichend starke Adhäsion zv/ischen Faser und Belag sehr wichtig ist, kann es, falls das Belagrnaterial als solches die erforderliche Adhäsion nicht gewährleistet, erfindungsgemäss vo-rteilhaft sein, eine adhäsive Zwischenschicht aufzutragen, welche sowohl an der optischen Faser wie an dem diese umgebenden Belag haftet.

Von den erwähnten Druckkräften beaufschlagte Fasern haben überraschender v/ei se in optischer Hinsicht völlig zufriedenstellende Eigcnachaften. Bei don birher boknrmten Kabeltypen war man dagegen bestrebt, das Auftreten solcher· Druckkraft« nach Möglichkeit zu vermeiden. Zu diesem Zweck hat man beispielsweise don

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,Belag so aufgetragen, cass zwischen Faser und Belag ein freier Zwischenraum gewährleistet war und/oder die Faser mit Schmiermitteln, wie Silikonöl versehen, welche ein gegenseitiges Gleiten ermöglichen und ein teilweises Kleben des Belags an der Faser verhindern.

Wenn ein oder mehrere Elemente der vorerwähnten Art zur Herstellung beispielsweise eines Telekabels in einem Mantel angebracht werden, oinie dass bei diesem Vorhang dio Elemente Zugkräften ausgesetzte v/erden, kann man wie an sich bekannt die Fasern geradlinig oder geschlungen verlegen. Ein solche Elemente enthaltendes fertiges Kabel verträgt aussergewöhnlich grosse Zugbeanspruchungen, die beim Hantieren und Verlegen des Kabels auftreten können und eine Dehnung des Kabels zu Folge haben. Bei zunehmender Dehnung des Kabels treten folgende Wirkungen auf:

a) Zunächst wird die geschlängelte Form ausgerichtet,

b) dann erfolgt eine Delinung der Elemente, bis die auf die optischen Fasern wirkende Druckkraft praktisch, gleich nullist,

c) hiernach erfolgt eine Dehnung der optischen Fasern, und

d) erst dann erfolgt in den optischen Fasern der Bruch.

Es leuchtet ein, dass das Element bei geeigneter Materialwahl eine wesentlich grössere Bruchdehnung aufweist als die optischen Fasern, ohne Druchbeaufschlagung, da die vorerwähnte Verkürzung zur Bruchdehnung addiert wird.

Es ist oft erforderlich, ein Kabel mit Zugentlastungselsraenten zu versehen, die zur Aufgabe haben, die genannten Zugbeanspruchungen aufzunehmen, ohne dass dabei die Lichtleitelemente des Kabels beeinträchtigt werden.

Solche eventuellen Zugentlastungselemente sind beim erfindungsgemä'ssen optisch leitenden Element: dank der wesentlich erhöhten Biⁿuchdehnung aus relativ einfacheren und billigeren Materialien ausführbar, air· dies bisltor möglich gowcMcn ist.

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Beim erfindungsgem£j3cn ΕΙ^νΛ wird im Vergleich zu den be-' kannten Elementen mit abgestützten oder fixierten optischen fasern auch insofern ein Vor lc Ll erzielt, als das Risiko des Entstehens von Mikrobiegungen unter der Einwirkung von örtlich stark begrenzten Kräften verüiindert ist, da die Faser im erfindungsgemässen Element nur von in deren Gesamtlänge gleichmässig verteilten Kräften beaufschlagt ist. Ausserdem werden sowohl entstandene Mikrorisse als auch die Tendsnz zur Bildung solcher Risse unterdrückt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 im Querschnitt einen To α eines erfindungsgemässen Elements sowie den entoprechendon Längsschnitt und die Verteilung der Zugspannung im Querschnitt des Elements,

Fig. 2 das Zusammendrücken der Faser in deren Längsrichtung als Funktion der Elastizitätmodulc und Querschnittsflächen der beiden Materialien,

Fig. 3 im Querschnitt ein Telekabel mit optisch leitenden Elementen gemäss Fig. 1, und

Fig. 4 schematisch eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines solchen Elements.

In der in Fig. 1 veranschaulichten Ausführungsform besteht das erfindungsgemässe Element aus einer mit einer Schutzschicht überzogenen optischen Faser 1 und einem diese umgebenden Kunststoffbelag 2 aus einem Material mit angemessen grosser Adhäsion zur Faeerschutzschicht,. Unten in Fi_G. 1 ist die Verteilung <T der Zugspannung'im Querschnitt des Elements dargestellt. Die Faser, selbst Bteht unter Druckspannung, während der Belag unter Zugspannung steht. Die durch die Druckspannung In dor Faser erreichte Verbesserung besteht darin, dass das Element wie auch ein dieses enthaltendes Kabel eine stärkere Dehnung und stärkere Biegung vertragen. Beträgt die relative Verkürzung infolge der Druckspannung 1, kann die Faser entsprechend einem Bier;·radius R - r/fe gebogen werden, ohne dass an irgendeiner Stell ο im Faserquerschnitt eine Zugspan-

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nung entsteht, wobei r den Faserradius bezeichnet.

Die Faser kann beispielsweise dadurch mit Druck beaufschlagt v/erden, dass dem aufgetragenen Belag durch eine spezielle Wärmebehandlung ein Kontraktionsbestreben erteilt wird. Der Belag kann z.B. so um die Faser herum extrudiert werden, dass er genügend fest an dieser haftet, um ein Gleiten der Faser im Verhältnis zum Belag zu verhindern.

Die Behandlung zur Verkürzung des Belags kann beispielsweise darin bestehen, dass der Belag bei der Extrusion angemessen langsam abgekühlt wird, wodurch die Adhäsion an der Faser bei der thermisch bedingten Kontraktion des Kunststoffs gewärhleistet ist. Eine verstärkte Verkürzung kann in gewissen Fällen, dadurch erreicht v/erden, dass man den Kunststoff beim Extrudieren weitgehend molekular orientiert. Die Verkürzung v/ird dadurch erreicht, dass die Moleküle anschliessend beispielsweise durch die vorerwähnte Wärmebehandlung in eine mehr zufällig orientierte Lage überführt werden, vgl. Fig. A.

Der V/ert der relativen Verkürzung £ der Fasern ist durch den Ausdruck

gegeben, wo £' den Unterschied zwischen der relativen Verkürzung des Belags und der Faser bei der kontrahiex*enden Nachbehandlung in einem gedachten Fall bezeichnet, \io die beiden Komponenten sich bei der Nachbehandlung gegenseitig nicht beeinflussen können. Im übrigen sind

E-, : der Young Modul der Faser ,

E₂ : der Young Modul des Belags

A-, : die Querschnittsfläche der Faser

A₂ : die Querschnittsfläche des Belags

Fig. 2 zeigt, wie £ vom Verhältnis zwischen Ep^p ^un(* ^1^1 ^a^ⁿ^ⁿ~ gig ist. Es ist ersichtlich, dass bei passend grosson Werten

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für Ep ind A~ eine relative Faserverküizung £ erreichbar ist, die sich dem Unterschied £' zwischen der relativen Verkürzung der Faser und des Belags in freiem Zustand nähert.

Das erfindungsgemässe Element ist wie bereits erwähnt in optischen Leitern, beispielsweise Telekabeln verwendbar. Fig. 3 zeigt ein solches Telekabel mit in einem Hohlraum 9 innerhalb eines Kunststoffmantels IO verlegten optisch leitenden Elementen 1, Der Mantel ist wie an sich bekannt aussen mit Verstärkungsdrähten 11 versehen.

Fig. 4 zeigt eine Aufstellung zur Behandlung eines lichtleitenden Elements zur erfindungsgemässen Erzeugung der die Faser beaufschlagenden Druckkraft. Die Behandlung ist folgende: Das ' Element 20, das zu diesem Zeitpunkt noch keine wesentliche Kontraktionsneigung aufweist, befindet sich auf einer Spule 21 oder in einem Behälter 22 und wird mit Hilfe einer Zugvorrichtung 23 aus dem Behälter herausgezogen oder von der Spule abgewickelt. Das Element 20 \*ird durch ein Aggregat 24 zur Wörmebohandlung desselben geführt, wonach das Element 20 einer mit der Vorrichtung 23 gekuppelten Vorzugsvorrichtung 25 zugeführt wird, so dass es während der Wärmebehandlung im Aggregat 24 nicht auf Zug beansprucht ist. Das fertigbehandelte Element 20, das nun das gewünschte Kontraktionsbestreben hat, wird schliesslich in einem Behälter 26 gesammelt oder auf eine Spule 27 aufgewiekelt.

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Claims

l.J Optisch leitendes Element zum Einbau in optische Leiter, mit einer eventuell in eine dünne Schutzschicht dicht eingeschlossenen optischen Faser und einem die Faser mit der Schutzschicht dicht uiaschliessenden, im wesentlichen koaxial aufgetragenen Belag rait im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, dass der Belag an der Faser oder deren Schutzschicht so fest haftet, dass ein während oder nach dem Auftragen des Belags diesem erteiltes Kontraktionsbestreben die Faser in deren Gesamtlänge mit einer solchen Druckkraft in der Faserachsrichtung beeinflusst, dass die dadurch erfolgte Faserverkürzung eine dieser entsprechende Erhöhung der Bruchdehnung bewirkt.
2. Optisch leitendes Element nach Anspruch 1, dadurch g el; e η nzeichnet, dass die durch die Druckkraft bewirkte Verkürzung mindestens 0,5 o/oo dor ursprünglichen Faserlänge boi im übrigen von äusseren Kraftbeeinflussungen freiem Element beträgt.
3· Optisch leitendes Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die durch das Zusammenziehen erzeugte Druckspannung in der Faser einen nicht unwesentlichen Teil, beispielsweise mindestens 1/10 der Bruchdehnung der Faser betragt.
4. Optisch leitendes Element nach Anspruch 1, 2 odar 3, dadurch gekennze i chnet, dans der Belag einen Kunststoff, beispielsweise Polyäthylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid oder Polyamid enthält.
5. Optisch leitendes Element nach Anspruch 1, 2, 3 oder h, dadurch gekennzeichnet, dass der Belag aus einem Grundmaterial und einem in die.-jüui enlliultenon Zusatzmaterial bosteht, welches dem Belag das gesamte beabsichtigte Kontraktionsvermögen oder einen Teil derselben erteilt.
6. Optisch leitendes Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Adhäsion

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mit Hilfe einer sowohl an der gegebenenfalls mit der Schutzschicht versehenen Faser als auch am umgebenden Belag haftenden Zwischenschicht gev/ährleistet ist.

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