DE2445532B1 - Gewellter umhuellter Faserlichtleiter - Google Patents
Gewellter umhuellter FaserlichtleiterInfo
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Description
Die schon seit langer Zeit theoretisch bekannte Verwendung von geleitetem Licht als Nachrichtenträger
in Ergänzung oder Ablösung der elektrischen Nachrichtenübertragungstechnik hat dahin geführt, daß
neben anderen festen und flüssigen Stoffen vorzugsweise Glasfasern oder Glasfäden — jedenfalls lange dünne
biegsame künstlich erzeugte Gebilde aus Glas — als Lichtleiter benutzt werden. Die Fortschritte in der
Technologie verlustarmer Gläser und Quarze haben weiter dahin geführt, daß nach Lichtleitern begrenzter
Länge wie z. B. für Endoskope und Übertragungs- und Verstärkungsgeräte auch Lichtleiter unbegrenzter Länge,
ζ. B. in Kabelform, als sogenannte Licht- oder besser gesagt Lichtleitkabel entwickelt werden. Dabei gibt es
neben blanken auch sogenannte ummantelte Lichtleiter, bei denen ein einzelner oder ein Bündel von mehreren
zylindrischen lichtdurchlässigen dielektrischen Körpern, vorzugsweise aus Glas, in ein umhüllendes Medium mit
einer anderen optischen Brechzahl eingebettet ist, wobei die bei bestimmten Brechzahlverhältnissen
mögliche Totalreflexion an der Grenze zwischen Medien verschiedener Brechzahl ausgenutzt werden
kann. In übertragungstechnischer Hinsicht wird noch zwischen Monomode- und Multimode-Lichtleitern
unterschieden.
Es ist ferner schon seit langem bekannt, Glasfaserlichtleiter unabhängig von ihrem eigenen Aufbau
einzeln oder zu mehreren gemeinsam mit einer äußeren flexiblen Schutzhülle zu umgeben oder sie wenigstens
auf einem zusätzlichen vorzugsweise bandförmigen Träger oder auch zwischen zwei solchen Trägern zu
befestigen, insbesondere aufzukleben.
Auf beiden Wegen soll mechanischen Beschädigungen der Glasfaserlichtleiter vorgebeugt werden, die
zwar, wie bekannt, eine hohe Zerreißfestigkeit, aber nicht ausreichende Scherfestigkeit aufweisen. Als
Schutzhülle und auch als Trägerbänder sind vor allem solche thermoplastischen Kunststoffe wie Polyäthylene,
Polyester, Polyamide oder auch Polyacrylate in Betracht gezogen worden. Daneben sind für Schutzhüllen auch
lackierte oder mit Harz getränkte und dann ausgehärtete Gewebeschläuche bekannt.
Neben der dichten Auflegung der äußeren — auch
mehrschichtigen — Schutzhüllen auf den oder die Glasfaserlichtleiter sind auch Hohlräume um sie
belassende Schutzhüllen bekannt, insbesondere mit Abstand schaffenden inneren, z. B. nockenartigen,
Vorsprüngen der Schutzhüllen oder mit zusätzlichen einfachen oder auch mehrfachen Abstandfadenwendeln
zwischen dem Glasfaserlichtleiter und der dann innen glatten Schutzhülle. Zu den bekannten Hohlraumbauformen
gehören ferner auch die fortlaufende Umhüllung eines Glasfaserlichtleiters mit einer um ihn herum
ausgepreßten Zellpolyäthylenschicht und die Hohlräume belassende Anordnung von mehreren Glasfaserlichtleitern
zwischen den Armen eines sternförmig profilierten zentralen und von einer äußeren Kunststoffhülle
umgebenen Kunststoffkerns.
Bei allen diesen zahlreichen bekannten Bauformen sind die Giasfaserlichtleiter möglichst gerade gestreckt
innerhalb ihrer Schutzhüllen und/oder auf ihren zusätzlichen Trägern angeordnet. Diese Anordnung
beruht offensichtlich auf dem Bemühen, Krümmungen der Glasfaserlichtleiter in einem Lichtleitkabel möglichst
zu vermeiden, um auf diese Weise die Übertragungsdämpfung zu verringern, obwohl es auf der
anderen Seite bekannt ist, daß in Abhängigkeit von den
bei der Übertragung benutzten Lichtwellenlängen Krümmungen oberhalb bestimmter, in der Größenordnung
von Zentimetern liegender Krümmungsradien für die Lichtführung unschädlich sind.
Von diesem Stand der Technik ausgehend beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, daß die bisher bekannten
Bauformen von Faserlichtleitern und insbesondere Glasfaserlichtleitern nicht befriedigen und sich daraus
die Aufgabe der Erfindung als Suche nach einer solchen besseren Bauform ergibt, bei der die Faserlichtleiter
einerseits möglichst frei von mechanischen Spannungen und andererseits möglichst geschützt gegen von außen
auftretende Kräfte bei der Herstellung, Verlegung und beim Betrieb von Lichtleitkabeln sind.
Zur Lösung dieser mehrschichtigen Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Faserlichtleiter
in einer hohlen rohrförmigen Schutzhülle in im Prinzip regelmäßigen an der inneren Rohrwandung in
Abständen anliegenden Wellen von solcher Wellenlänge angeordnet ist, daß die wellungsbedingten Abstrahlungsverluste
gegenüber den sonstigen faserspezifischen Dämpfungsverlusten vernachlässigbar klein sind.
Der Faserlichtleiter soll somit nicht mehr wie bisher allgemein angestrebt möglichst gerade gestreckt in
seiner Schutzhülle liegen, sondern in z. B. Sinuswellen bildenden Windungen innerhalb des von der rohrförmigen
Schutzhülle umschlossenen Hohlraumes. Bei einer nur in einer einzigen Ebene verlaufenden Wellung
liegen nur die Wellenberge des Faserlichtleiters an der inneren Rohrwandung der Schutzhülle an. Es ist jedoch
auch möglich, den Faserlichtleiter in mehreren Ebenen zu wellen und ferner die Wellung nur periodisch
regelmäßig zu gestalten. Zwischen gewellten Abschnitten können somit auch ungewellte oder in einer anderen
Ebene gewellte Abschnitte liegen.
Wie klein die Wellenlängen bzw. Makrobiegungen oder, anders ausgedrückt, die Krümmungsradien der
Wellenzüge des Faserlichtleiters gemäß der Erfindung sein dürfen, um übertragungstechnisch gegenüber den
sonstigen faserspezifischen (d. h. beispielsweise durch Mikrobiegungen, Inhomogenitäten oder die Werkstoffe
bedingten) Verlusten vernachlässigbar klein zu sein, läßt sich aus zwei vorveröffentlichten Arbeiten von Dietrich
M a reu se ableiten, in denen er sich mit den durch Biegungen eines Faserlichtleiters bedingten Abstrahlungsverlusten
theoretisch beschäftigt hat, nämlich im Kapitel 9.6, insbesondere S. 406, des 1972 erschienenen
Buches »Light Transmission Optics« im Verlag Van Norstrand Reinhold Company, New York, und in dem
1974 erschienenen Aufsatz »Bent Optical Waveguide With Lossy Jacket« in Vol. 53, Nr. 6, S. 1079 ff., von The
Bell System Technical Journal. In diesen Arbeiten ist zwar der Versuch unternommen, die Größe der durch
Biegungen eines Faserlichtleiters bedingten Abstrahlungsverluste unter Benutzung der Größen R für den
Krümmungsradius, d für den Faserkernradius (bzw. die halbe Breite eines Streifenleiters) und D für den
Fasermantelinnenradius und des Verhältnisses R/d bzw. reziprok d/R zu berechnen. Es ist jedoch keine
Folgerung in der Richtung gezogen worden, daß mit einer bewußt gewollten fortlaufenden Wellung die
Aufgabe gelöst werden kann, durch mechanische Spannungen bedingte oder hervorgerufene, für die
Übertragungsgüte ebenfalls schädliche Verformungen oder Verdrehungen des Faserlichtleiters zu vermeiden.
Die rechnerische Ableitung bzw. Nachrechnung an Hand der Arbeiten von M a reu se ergibt, daß die
biegungsbedingten Abstrahlungsverluste dann gegenüber den faserspezifi; :hen Dämpfungsverlusten vernachlässigbar
klein bleioen, wenn die Relation zwischen Fasermantelradius D und Faserkernradius d nach der
Formel (D—d)/dgleich oder vorzugsweise größer als 3
(d. h. möglichst groß) ist und ferner das Verhältnis von Faserkernradius d zu Krümmungsradius R gemäß d/R
gleich oder vorzugsweise kleiner als IO-3 (d.h. möglichst klein) ist.
Einige Zahlenbeispiele sollen diese Bedingungen erläutern. Für handelsübliche Fasern mit einem
Kernradius d zwischen 10 und 15 μίτι und bei einem
Mantelinnenradius D zwischen 60 und ΙΟΟμιη ergeben
sich einerseits für die Relation (D—d)/d Werte zwischen 3 und 9. Wenn man andererseits von einem Faserkernradius
c/von 10 μηι ausgeht, muß der Krümmungsradius R
größer als 10 mm sein, damit das Verhältnis d/R kleiner
als IO-3 ist. Das bedeutet, daß die Wellenlänge der erfindungsgemäß vorgesehenen Wellung in Anbetracht
der bei Faserlichtleitern möglichen kleinen Dimensionen in Zentimetergrößenordnung liegen kann. Allgemein
gilt, daß sich die Abstrahlungsverluste für steigendes (D-d)/d bei konstantem d/R zu immer
kleineren Werten verschieben. Die biegungsbedingten Abstrahlungsverluste liegen bei den angegebenen
Zahlenwerten wesentlich unter 1 dB/km. Bei Berücksichtigung der realisierbaren Brechungsindexwerte
lassen sich brauchbare Lichtleitkabel mit Gesamtverlusten in der Gegend von 2 bis 3 dB/km herstellen, denen
gegenüber die biegungsbedingten Abstrahlungsverluste infolge der Wellung tatsächlich vernachlässigbar klein
sind, weil sie wesentlich unter 1 dB/km liegen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die Faserlichtleiter in ihrer gewellten
Form in der hohlen rohrförmigen Schutzhülle fortlaufend oder in Abständen zusätzlich festgelegt sind. Bei
fortlaufender Festlegung können die Faserlichtleiter z. B. auf, wie zuvor erwähnt, an sich bekannten
bandförmigen Trägern befestigt sein, die ungefähr so breit sind wie die Rohrinnendurchmesser. Die Festlegung
der gewellten Faserlichtleiter in Abständen kann z. B. mittels in das Schutzhüllenrohr eingedrückter oder
an seiner Innenwandung in, wie zuvor erwähnt, an sich bekannter Weise ausgeformter Nocken, Beulen od. dgl.,
mittels durch Löcher in das Schutzhüllenrohr eingebrachter Schaumstoffkörper begrenzter Länge oder
mittels geschlitzter schmaler Scheiben erfolgen.
Der mit der Erfindung bei der Herstellung und Verlegung und beim Betrieb von Lichtleitkabeln erzielte
technische Fortschritt besteht vor allem darin, daß die Faserlichtleiter in ihnen selbst auftretenden mechanischen
Spannungen oder von außen einwirkenden Kräften infolge ihrer Wellenform elastisch federnd
nachgeben können, ohne schwingungsgefährdet zu locker in der Schutzhülle zu liegen. Die in ihrer Größe
von der gewählten Wellenform abhängige Verlängerung der Faserlichtleiter ist in Anbetracht ihrer
minimalen Übertragungsdämpfung kein den erzielten Fortschritt größerer Sicherheit beeinträchtigender
Nachteil. Das gilt auch für den bei der Erzeugung der Wellung erforderlichen technischen apparativen Aufwand.
Ein weiterer Fortschritt ergibt sich durch die Erfindung bei der in bekannter Weise möglichen
kabeltechnischen Verarbeitung einer beliebigen Zahl von gewellten Faserlichtleitern zu Lichtleitkabeln bei
der Verseilung zu Paaren, Vierern, Bündeln oder Lagen, auch zusammen mit bekannten elektrischen Übertragungs-
und Versorgungsleitungen, und ihrer gemeinsamen äußeren Ummantelung und Armierung. Die
erfindungsgemäß gewellten Faserlichtleiter vermögen in ihren Schutzhüllen allen Beanspruchungen insbesondere
bei der kabeltechnischen Weiterverarbeitung ohne Beschädigung und vor allem ohne Bruchgefahr nachzu-
geben.
Mehrere Ausführungsbeispieie der Erfindung sind in schematischer Form in der Zeichnung dargestellt, ohne
daß die Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt sein soll. Es zeigt
Fig. 1 eine Anordnung zur wellenförmigen Verlegung eines Faserlichtleiters in einer Schutzhülle,
F i g. 2 eine Befestigung eines gewellten Faserlichtleiters auf einem Trägerband,
F i g. 3 eine Befestigung eines gewellten Faserlichtleiters mittels in Abständen paarweise aus der Schutzhülle
nach innen eingedrückter Nocken,
F i g. 4 eine Befestigung eines gewellten Faserlichtleiters mittels in Abständen durch Löcher in der
Schutzhülle eingebrachter Schaumstoffkörper,
Fig.5 eine Befestigung mittels in Abständen auf einen gewellten Faserlichtleiter aufgesteckter geschlitzter
schmaler Scheiben.
In allen Figuren bedeutet 1 die gewellte Faserlichtleiter und 2 die hohle rohrförmige Schutzhülle, die z. B. aus
Polyäthylen oder einem anderen Thermoplast bestehen kann. In Fig. 1 ist der in üblicher Weise ausgebildete
und kontinuierlich arbeitende Endabzug mit der Endabwicklung weggelassen.
In F i g. 1 läuft der noch nicht gewellte vorgefertigte
Faserlichtleiter t von einer Vorratsspule It über einen Durchhangregler 12 zu einem um einen Drehpunkt in
Achsennähe der Anordnung hin- und herschwenkenden Verlegegerät 13, das einen Raupenabzug 14 und ein
Führungsrohr 15 enthält. An Stelle des Raupenabzugs kann auch ein anderer, z. B. nicht schwenkbarer
Räderabzug oder Scheibenabzug verwendet werden und nur das Führungsrohr 15 hin- und herschwenken.
Durch Abzug und die Schwenkbewegung wird die Einschiebung und wellenförmige Verlegung des Faserlichtleiter
1 in der in üblicher Weise mittels eines Extruderspritzkopfes 16 mit Pinole erzeugten hohlen
Schutzhülle 2 bewirkt. Mittels einer Vakuumansaugung 17 wird die Schutzhülle 2 daran gehindert, im noch
verformbaren warmen Zustand zusammenzusinken. Alle Bewegungen der ganzen Anordnung verlaufen
synchron. Die Wellung in mehr als einer Ebene kann durch eine zusätzliche drehende Bewegung des hin- und
herschwenkenden Verlegegerätes 13 erreicht werden.
In F i g. 2 ist der in gleicher oder ähnlicher Weise
gewellt zu denkende Faserlichtleiter 1 auf einem ihn tragenden vorgefertigten Kunststoffband 3 mittels z. B.
paarweise aus dem Band ausgestanzter Laschen 4 befestigt. Die Laschen 4 sollen in der Bandmitte quer zur
Bandlängsachse und vorzugsweise parallel zum jeweils festzulegenden geraden Mittelstück der Wellung des
Faserlichtleiters 1 stehen. Sie können auch um ihn herumgebogen sein oder eine die Fixierung des Leiters
1 auf dem Trägerband 3 verstärkende Sägezahnform über ihre ganze Breite oder mindestens ihrer Ränder
aufweisen. An Stelle von ausgestanzten Laschen können auch in Schlitze im Trägerband 3 z. B. unter Spannung
eingesteckte kleine U-förmige Bügel, z. B. auch wieder mit Sägeform ihrer Schenkel, zur Befestigung des
Leiters 1 verwendet werden. Das Trägerband 3 mit dem gewellt auf ihm befestigten Leiter 1 läuft dann in die
synchron zur Trägerbandbewegung in gleicher oder ähnlicher Weise wie in F i g. 1 kontinuierlich erzeugte
Schutzhülle 2 ein. Es empfiehlt sich, das Trägerband 3 etwas schmaler als den Innendurchmesser der Schutzhülle
2 zu wählen.
In F i g. 3 ist der z. B. wieder in gleicher oder ähnlicher Weise in gewellter Form in die Schutzhülle 2
eingebrachte Faserlichtleiter 1 in ihr mit an ihrer Wandung innen in Abständen vorzugsweise ebenfalls
paarweise angebrachter Nocken 5 festgelegt. Diese nach innen vorstehenden kleinen Nocken liegen wie
beulenartige Vorsprünge an allen oder wenigstens ausreichend vielen Wellenbergen des Leiters 1 an. Sie
lassen sich z. B. mit einem oder mehreren synchron zu den anderen Bewegungen im Takt arbeitenden notfalls
beheizten Druckstempeln durch deren Eindrückung in die gerade erst erzeugte noch verformbare Schutzhülle
2 von außen her erzeugen.
In F i g. 4 dienen zur Festlegung des Faserlichtleiters 1 in der Schutzhülle 2 Schaumstoffkörper 6, die durch in
der Schutzhülle in regelmäßigem Abstand je einem Wellenberg gegenüber angebrachte Löcher 7 eingebracht
werden. Das Einbringen erfolgt vorzugsweise durch Einspritzung; es ist jedoch auch möglich, federnde
vorgefertigte propfenartige Schaumstoffkörper durch die Löcher hindurch einzudrücken.
Als Schaumstoff eignet sich z. B. ein Polyurethan (PUR), das sich einspritzen und danach unter Zellenbildung
aufblähend verfestigen läßt und dabei in der Umgebung eines Loches einen gegenüberliegenden
Wellenberg des Faserlichtleiters festlegt. Die äußere Form der Schaumstoffkörper 6 ist in F i g. 4 nur als ein
Beispiel möglicher Varianten dargestellt. Auch die Anzahl und Reihenfolge der Schaumstoffkörper in dem
Wellenzug sowie ihre Erzeugung nur von einer Seite oder von mehreren Seiten her sind variabel.
F i g. 5 unterscheidet sich von F i g. 1 durch die zusätzliche periodische Aufsteckung von schmalen
Scheiben 8, die mit exzentrisch in ihnen angebrachten Kerben 9 versehen und z.B. vorgefertigt sind. Sie
können aus einem Thermoplast, z. B. auch wieder aus einem Schaumstoff, bestehen. Zwischen jeder der
aufeinanderfolgenden Scheiben 8 können z. B. eine oder mehrere ungradzahlige Halbwellen des Faserlichtleiters
1 liegen. Die Scheiben 8, deren Schlitze bzw. Kerben 9 dem Verlauf des Faserlichtleiters angepaßt auch schräg
liegen können, sollen so angeordnet werden, daß die Richtung der Kerben 9 abwechselt. Die Scheibenanordnung
in F i g. 5 ist nur eine von mehreren möglichen Varianten. Vorrichtungen zur Aufsteckung von Scheiben
auf Drähte sind mehrfach bekannt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (12)
1. Faserlichtleiter, insbesondere Glasfaserlichtleiter für ein Lichtleitkabel, mit ihn umgebender
Schutzhülle, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserlichtleiter (1) in einer hohlen rohrförmigen
Schutzhülle (2) in im Prinzip regelmäßigen, an der inneren Rohrwandung in Abständen anliegenden
Wellung von solcher Wellenlänge angeordnet ist, daß die wellungsbedingten Abstrahlungsverluste
gegenüber den faserspezifischen Dämpfungsverlusten vernachlässigbar klein sind,
2. Faserlichtleiter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine nur in einer einzigen Ebene
verlaufende Wellung.
3. Faserlichtleiter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine in mehreren Ebenen verlaufende
Wellung.
4. Faserlichtleiter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine nur periodisch regelmäßige Wellung.
5. Faserlichtleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er in seiner gewellten Form in
der hohlen rohrförmigen Schutzhülle (2) fortlaufend oder in Abständen zusätzlich festgelegt ist.
6. Faserlichtleiter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß er auf einem in die Schutzhülle
(2) eingebrachten an sich bekannten bandförmigen Träger (3) befestigt ist.
7. Faserlichtleiter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß er auf dem bandförmigen
Träger (3) mittels in Abständen aus ihm ausgestanzter Laschen (4) befestigt ist.
8. Faserlichtleiter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß er auf dem bandförmigen
Träger (3) mittels in Abständen in Schlitze in ihn eingesteckter U-förmiger Bügel befestigt ist.
9. Faserlichtleiter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß er in der Schutzhülle (2) mit an
ihrer Innenwandung in Abständen vorzugsweise paarweise angebrachter Nocken (5) festgelegt ist.
10. Faserlichtleiter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß er mit in die Schutzhülle (2) in
Abständen durch Löcher (7) in ihrer Wandung eingebrachte Schaumstoffkörper (6) festgelegt ist.
11. Faserlichtleiter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß er durch zusätzliche periodisch
auf ihn aufgesteckte mit exzentrischen Kerben (9) versehene Scheiben (8) in der Schutzhülle (2)
festgelegt ist.
12. Verfahren zur Herstellung eines gewellten umhüllten Faserlichtleiters nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der in noch nicht gewelltem Zustand von einer Vorratsspule (11) über
einen Durchhangregler (12) ablaufende vorgefertigte Faserlichtleiter (1) mittels eines um einen
Drehpunkt hin- und herschwenkenden Verlegegerätes (13) unter Wellenbildung in einen die hohle
rohrförmige Schutzhülle (2) erzeugenden Extruderspritzkopf (16) eingeschoben und schließlich mit ihr
zusammen kontinuierlich abgezogen wird.
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Owner name: AEG KABEL AG, 4050 MOENCHENGLADBACH, DE |
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: KABEL RHEYDT AG, 4050 MOENCHENGLADBACH, DE |