DE2449439C3 - Nachrichtenkabel mit Lichtleiter bzw. Lichtleiterbündel als Übertragungselemente - Google Patents

Nachrichtenkabel mit Lichtleiter bzw. Lichtleiterbündel als Übertragungselemente

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DE2449439C3 DE2449439A DE2449439A DE2449439C3 DE 2449439 C3 DE2449439 C3 DE 2449439C3 DE 2449439 A DE2449439 A DE 2449439A DE 2449439 A DE2449439 A DE 2449439A DE 2449439 C3 DE2449439 C3 DE 2449439C3
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches Kabel für Nachrichtenübertragungszwecke, bestehend aus mehreren Lichtleitern bzw. Lichtleiterbündeln, die um einen zugfesten, in eine Kunststoffhülle eingebetteten Kern aus Stahldrähten angeordnet und von einem Außenmantel umgeben sind.
Die in den letzten Jahren durchgeführte Entwicklung auf dem Gebiet der Nachrichtenübertragung mittels Lichtwellen hat die Möglichkeit eröffnet, auch auf diesem Gebiet für die Übertragung von Nachrichten Kabel zu verwenden, wie es bisher für die elektrische Nachrichtenübertragung üblich ist. Bei der optischen Nachrichtenübertragung werden dabei an Stelle elektrischer Leiter als Übertragungselemente Glasfasern (Lichtleiter) verwendet, die zur Führung von Lichtstrahlen dienen. Solche Glasfasern bestehen in aller Regel aus einem Kern, dessen Material einen höheren Brechungsindex aufweist, und aus einer diesen Kern umgebenden Hülle aus einem Material mit kleinerem Brechungsindex. Gegebenenfalls kann eine äußere Schutzhülle aus polymerem Material, beispielsweise aus einem Lack, vorgesehen sein.
Für optische Kabel ist beispielsweise ein Übertragungselement bekannt, bei dem um einen zentralen Kunststoffaden mehrere Glasfasern angeordnet sind.
Der Kunststoffaden ist dabei im Querschnitt mit mehreren Stegen ausgebildet, wobei die Glasfasern entlang Kanälen zwischen benachbarten Stegen des Querschnitts eingelegt und mittels einer Kunststoffhülle gesichert sind (DE-OS 23 47 408). 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 handelt 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 Kunststoffmantel aus einem Olefinpolymerisat oder aus Polyäthylen angeordnet. Dieser Kunststoffmantel kann von einem weiteren Mantel aus einem Material mit einem niedrigen Reibungswert umgeben sein (DE-OS 23 55 855).
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 Kunststoff aufgebracht ist. Auf dieser
Schicht sind die Lichtleiter und Lichtleiterbündel in ei-'•>er oder mehreren Lagen angeordnet Hierzu sind optische Fasern in einem flexiblen, flachen Haltebauteil befestigt der schraubenlinienförmig um den zentralen, zugfesten Kern gewickelt ist Über den aufgewickelten Übertragungselementen befindet sich eine weitere Schicht aus einem verschäumten Kunststoff, anschließend eine offene Bespinnung aus einem Metaliband und der eigentliche Mantel aus einem Kunststoff wie beispielsweise Pdyäthylen (DE-OS 23 55 854).
Eine ähnliche Mantelkonstruktion zeigt ein anderes bekanntes optisches Kabel, bei dem jeweils eine Vielzahl von Glasfasern lose zu einem mit einem Schutzmantel umgebenen Grundbündel verseilt sind und mehrere Grundbündel die Kabelseele bilden. Zur Erhöhung der Biegbarkeit des Kabels sind die Zwischenräume zwischen den Glasfasern der einzelnen Grundbündel und zwischen den einzelnen Grundbüudeln mit einem Gleitmittel gefüllt (DE-OS 23 02 662).
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 bei den bekannten Kabelkonstruktionen insbesondere durch die Verwendung eines zugfesten Kernes oder zugfester Elemente und durch polsternde Zwischenschichten zwischen dem Kern und den Übertragungselementen sowie zwischen den Übertragungselementen und dem Außenmantel und gegebenenfalls auch zwischen den Übertragungselementen selbst. Hiermit wird aber kein ausreichender Schutz gegen Zugbeanspruchungen und gegen auf das Kabel ausgeübte radiale Druckbeanspruchungen erzielt. Dehnungen des zugfesten Kernes oder der zugfesten Elemente unter Zugbeanspruchungen müssen wenigstens teilweise von den Lichtleitern und Lichtleiterbündeln ertragen werden. Ein vollständiger Schutz gegen Druck- und Zugbeanspruchungen, die gegebenenfalls auch bei der Verseilung der Lichtleiter 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.
Im Hinblick auf die konstruktive Ausgestaltung optischer Kabel können gegebenenfalls Maßnahmen berücksichtigt werden, wie sie vom Aufbau elektrischer Kabel bekannt sind (DT-Z »Elektrisches Nachrichtenwesen«, Bd. 46, Nr. 2,1971, Seiten 129-136). Die hierfür bekannten Maßnahmen haben jedoch in aller Regel nicht den Zweck, die in elektrischen Kabeln verwendeten Leiter, insbesondere Kupferdrähte, von Zug-, Druck- und Biegebeanspruchungen zu befreien. So ist es beispielsweise für luftisolierte Nachrichtenkabel hekannt, die einzelnen Leiter in einem extrudierten Kammersystem oder zwischen den Armen eines sternförmigen Tragkörpers oder beiderseits eines gewendelten Bandes anzuordnen (DE-PS 72 646, DE-PS 32 461, US-PS 4 83 285). Weiterhin ist eine als Schlauchkabel bezeichnete Kabelkonstruktion bekannt, bei der ein ein flüssiges oder gasförmiges Medium führender Schlauch außen in Längsrichtung des Kabels verlaufende Abstandsprofile aufweist, wobei in den zwischen den Abstandsprofilen gebildiHen Kammern zugfeste Stränge aus Kunststoff und e'ektrische Leitungen angeordnet sind, die gemeinsam iflit <-iner auf den Schlauch aufgebrachten Umhüllung Auf i^ern Schlauch fixiert sind (DE-OS 2142 075). Bei eilien1 anderen bekannten elektrischen Kabel sind die c'inzi-'lnen Kabeladern in den Kammern eines wabenartigen, stahlbandbewehrten Bleimantels angeordnet (FR-PS 3 38 765).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches Kabel zu schaffen, dessen Lichtleiter und Lichtleiterbündel gegen Zug-, Druck- und Biegebeanspruchungen jeglicher Art weitestgehend geschützt sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die Lichtleiter bzw. Lichtiaiterbündel in wendelförmig um die Kabelachse verlaufenden Kammern beweglich angeordnet sind, die von einem auf den zugfesten Kern aufgebrachten, im Querschnitt nach Art eines Speichenrades aufgebauten, aus einem thermoplastischen Kunststoff bestehenden Kammersystem mit in radialer Richtung offenen Kammern und von einer auf dieses Kammersystem aufgebrachten Bespinnung gebildet sind.
Bei einem derart ausgebildeten optischen Kabel sind die Lichtleiter und Lichtleiterbündel nicht wie bei den bisher bekannten Kabelaufbauten formschlüssig mit den übrigen Elementen der Kabelseele verbunden, sondern sie liegen beweglich in einem Kammersystem, das seinerseits mit den übrigen Elementen der Kabelseele formschlüssig verbunden ist Auf diese Weise ist gewährleistet, daß auf die Lichtleiter und Licht'eiterbündel keine unzulässigen mechanischen Beanspruchungen ausgeübt werden können. Zugbeanspruchungen werden demnach im wesentlichen von dem zugfesten Kern aus Stahldrähten aufgenommen. Hierbei führt eine elastische Dehnung des Kernes zu einer Verminderung des Wendelradius der Lichtleiter und Lichtleiterbündel, d. h. zu einer Verringerung des radialen Abstandes der Lichtleiter vom zugfesten Kern. Um in dieser Hinsicht eine möglichst große Beweglichkeit der Lichtleiter und Lichtleiterbündel zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn sie sich im nicht beanspruchten Zustand des Kabels an der auf das Kammersystem aufgebrachten Bespinnung abstützen. Diese Bespinnung, die direkt nach dem Einlegen der Lichtleiter und Lichtleiterbündel in die Kammern aufgebracht ist, dient also als äußere Begrenzung der Kammern und gleichzeitig als Stütze für die eingelegten Lichtleiter.
Bei Einwirkungen von Druckbeanspruchungen auf das neue optische Kabel werden diese über den Außenmantel auf das Kammersystern ur.d den zugfesten Kern übertragen, ohne daß hierbei Lichtleiter und Lichtleiterbündel beansprucht werden. Bei Biegebeanspruchungen des Kabels können sich die Lichtleiter und Lichtleiterbündel innerhalb der Kammern des Kammersystems durch Verschiebung der jeweiligen Krümmung anpassen.
Der vollständige mechanische Schutz der Lichtleiter und Lichtleiterbündel hängt wesentlich davon ab, daß das Kammersystem wendelförmig um den Kern verläuft, also gewissermaßen eine Schlaglänge aufweist.
Diese Schlaglänge beträgt zweckmäßig 0,2 bis 2 m, vorzugsweise etwa 1 m. Hierdurch sind auch die Lichtleiter und Lichtleiterbündel wendelförmig um den zugfesten Kern angeordnet. Das Kammersystem kann beispielsweise aus einem auf den zugfesten Kern aufgebrachten profilierten Band bestehen. Vorzugsweise besteht es jedoch aus einem auf den zugfesten Kern extrudierten Profi'körper.
Als optische Lichtleiter kommen im Rahmen der Erfindung insbesondere einzelne, umhüllte Glasfasern in
b5 Betracht, die gegebenenfalls zu Bündeln zusammengefaßt sind.
Eine weitere Verbesserung des mechanischen Schutzes der Lichtleiter und Lichtleiterbündel, insbesondere
des Schutzes gegen Stoßbeanspruchungen, läßt sich dadurch erzielen, daß zwischen der auf das Kammersystem aufgebrachten Bespinnung und dem Außenmantel eine oder mehrere polsternde Schichten angeordnet sind. Als Außenmantel kommt beispielsweise ein sogenannter Schichtenmantel in Betracht, der im wesentlichen aus einem Kunststoffmantel 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 Druckbeanspruchungen bietet und auch als zusätzliches Verstärkungselement zur Aufnahme von Zugbeanspruchungen dienen kann.
Um eine möglichst große Zugfestigkeil des neuen optischen Kabels zu erreichen und um trotz der Maßnamen zum mechanischen Schutz der Lichtleiter und Lichtleiterbündel eine ausreichende Biegbarkeit des optischen Kabels zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, wenn der zugfeste Kern aus lagenweise verseilten Federstahldrähten besteht. Vorzugsweise werden Drähte aus hochlegiertem Nickelstahl verwendet.
Ein gemäß der Erfindung ausgebildetes optisches Kabel kann beispielsweise auch als längswasserdichtes Kabel aufgebaut sein, wenn die Hohlräume in dem 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 mechanischen Festigkeiten und Dehnbarkeiten der Glasfasern, die sich im verseilten Zustand in der Kabelseele befinden, im Hinblick auf eine lange Lebensdauer der Glasfasern aufrechtzuerhalten.
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 Lichtleiter und Lichtleiterbündel in das auf den Kern aufgebrachte Kammersystem 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 Stahldrähten gebildeten zugfesten Kern und eine Aufwickeieinrichtung für die 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 Lichtleiter und Lichtleiterbündel in die Kammern des radialen Kammersystems angeordnet sind.
Zum zugfreien Einbringen der Lichtleiter und Lichtleiterbündel in das radiale Kammersystem empfiehlt es sich, angetriebene Vorrichtungen wie beispielsweise Rollen, Walzen oder Raupen zu verwenden, mit denen die Lichtleiter und Lichtleiterbündel in das Kammersystem eingeführt oder eingeschoben werden. Dies kann entweder mit Hilfe einer Positionsregelung oder mittels Schlupf erfolgen. Da das radiale Kammersystem wendelförmig um den zugfesten 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.
Fig. 1 zeigt ein optisches Kabel 1, in dessen Innern Lichtleiter und Lichtleiterbündel in Form optischer Adern angeordnet sind. Hierzu ist zunächst ein zugfester Kern 2 vorgesehen, der aus mehreren Verseillagen von Stahldrähten aus hochlegiertem Nickelstahl besteht. Auf diesen zugfesten Kern ist ein Kammersystem 3 aufgebracht, das aus einem extrudierten Kunststoffprofil besteht. Dieses Kunststoffprofil hat einen etwa
speichcnradförmigen 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 3' eine Breite von etwa 5 mm.
In das Kammersystem sind Lichtleiter und Lichtleiterbündel 5 im verseilten oder unverseilten Zustand eingelegt. Diese Lichtleiter und Lichtleiterbündel sind in den Kammern 4 lose angeordnet und werden mit Hilfe der Bespinnung 6 in den Kammern festgehalten.
Auf die Bespinnung 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 PoI-
ster als auch als Wärmeschutz der Kabelseele beim Aufbringen des Außenmantels dient. 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, wobei das dünne Metallband 9 und der Kunststoffmantel 10 unter Verwendung eines geeigneten Haftvermittlers miteinander verschweißt sind.
Zur Herstellung des in F i g. 1 dargestellten optischen Kabels mit Ausnahme des Schichtenmantels dient die in Fi g. 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 Abwickeltrommel 11 läuft der zugfeste Kern 2 über den Führungsnippel 12 durch den Spritzkopf eines Extruders 13, mit dem das Kammersystem 3 auf den Kern 2 aufgespritzt wird. Zur Kühlung des extrudierten Kunststoffprofils ist das Wasserkühlbecken 14 mit der
anschließenden Trockenstrecke 15 vorgesehen. Anschließend iäuft der mit dem speichenradförmigen Profil versehene Kern in eine Vorrichtung 18 ein, in der die Lichtleiter und Lichtleiterbündel 5 in das Kammersystem eingelegt werden, wobei unmittelbar anschließend
der Spinner 19 vorgesehen ist, mit dem ein Kunststoffband 6 auf das Kammersystem aufgesponnen wird Mit dieser Bespinnung erfolgt eine Begrenzung der radialen Lage der Lichtleiter und Lichtleiterbündel 5. Die hierzu vorgesehene Bespinnung mit dem Kunststoffband 6
sollte luft- und wasserdurchlässig sein, um eine Trocknung und/oder Evakuierung der Kabelseele zu ermöglichen.
Zum kraftfreien Einbringen der Lichtleiter und Lichtleiterbündel 5 in das Kammersystem laufen sie 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 Kammersystems ein-
8 I
geschossen bzw. eingelegt. Um eine gleichmäßige Förderung der Lichtleiter und Lichtleiterbündel zu erreichen, arbeitet die Vorschubeinrichtung 17 mit Schlupf.
Nach dem Aufbringen der Bespinnung 6 werden mit Hilfe des Verseilkorbes 20 elektrische Adern 7 aufge- 5 seilt, die von Vorratsspulen 21 ablaufen und im Verseilnippel 22 aufgebracht werden. Unmittelbar anschließend erfolgt vor dem Führungsnippel 24 das Aufbringen der Kreppapierbespinnung 8 mit Hilfe der Spinneinrichtung 23. Die fertige Kabelseele 30 wird anschließend auf io die Aufwickeltrommel 25 aufgewickelt. Hierbei kann gegebenenfalls zusätzlich eine Abzugseinrichtung in Form eines Raupenabzuges vorgesehen sein.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen !5
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45
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65

Claims (13)

Patentansprüche:
1. Optisches Kabel für Nachrichtenübertragungszwecke, bestehend aus mehreren Lichtleitern bzw. Lichtleiterbündeln, die um einen zugfesten, in eine Kunststoffhülle eingebetteten Kern aus Stahldrähten angeordnet und von einem Außenmantel umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiter bzw. Lichtleiterbündel (5) in wendelförmig um die Kabelachse verlaufenden Kümmern (4) beweglich angeordnet sind, die von einem auf den zugfesten Kern (2) aufgebrachten, im Querschnitt nach Art eines Speichenrades aufgebauten, aus einem thermoplastischen Kunststoff bestehenden Kammersystem (3) mit in radialer Richtung offenen Kammern und von einer auf dieses Kammersystem aufgebrachten Bespinnung (6) gebildet sind.
2. Optisches Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Lichtleiter bzw. Lichtleiterbündel an der Bespinnung(6) abstützen.
3. Optisches Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kammersystem aus einem auf den zugfesten Kern aufgebrachten profilierten Band besteht
4. Optisches Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kammersystem aus einem auf den zugfesten Kern (2) extrudierten Profilkörper (3) besteht.
5. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das radiale Kammersystem (3) eine Schlaglänge von 0,2 bis 2 m, vorzugsweise von etwa 1 m, aufweist.
6. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (4) des Kammersystems eine Höhe von etwa 6 mm und eine Kopfbreite von etwa 5 mm aufweisen.
7. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zugfeste Kern (2) aus lagenweise verseilten Federstahldrähten besteht.
8. Optisches Kabel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahldrähte des zugfesten Kernes (2) aus hochlegiertem Nickelstahl bestehen.
9. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der auf das Kammersystem (3) aufgebrachten Bespinnung (6) und dem Außenmantel (9,10) eine oder mehrere Verseillagen isolierter elektrischer Leiter (7) angeordnet sind.
10. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der auf das Kammersystem (3) aufgebrachten Bespinnung (6) und dem Außenmantel (9,10) eine oder mehrere polsternde Schichten (8) angeordnet sind.
11. Optisches Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume innerhalb der Kabelscele, insbesondere die Hohlräume in dem Kammersystem, mit einer die Längswasserdichtigkeit des Kabels gewährleistenden, nicht einfrierenden Substanz gefüllt sind.
12. Verfahren zur Herstellung eines optischen Kabels nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der Kabelseele in einem Arbeitsgang der während der Fertigung der Kabelseele gestreckt geführte, zugfeste Kern mit konstanter Drehzahl um seine eigene Achse verdreht wird und daß die Lichtleiter bzw. Lichtleiter-
bündel in das auf den zugfesten Kern aufgebrachte Kammersystem schiebend eingelegt werden.
13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 12, bei der der zugfeste Kern von tiner Abwickeltrommel abläuft und die fertige Kabelseele mit einer Aufwickeleinrichtung aufgewikkelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufwikkeltrommel (11) und die Aufwickeleinrichtung (25) mit gleicher Drehzahl und gleicher Drehrichtung um die Achse des gestreckt geführten, zugfesten Kernes (2) drehbar angeordnet sind und daß seitlich des gestreckt geführten, zugfesten Kernes Vorschubeinrichtungen (17) zum Einlegen der Lichtleiter bzw. Lichtleiterbündel (5) in die Kammern (4) des radialen Kammersystems angeordnet sind.
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