DE2755734A1

DE2755734A1 - Herstellungsverfahren fuer ein lichtleiter-fernmeldekabel und nach diesem verfahren hergestelltes kabel

Info

Publication number: DE2755734A1
Application number: DE19772755734
Authority: DE
Inventors: Rene Dubost
Original assignee: Cables de Lyon SA
Current assignee: Cables de Lyon SA
Priority date: 1976-12-21
Filing date: 1977-12-14
Publication date: 1978-07-20
Also published as: US4329018A; FR2375609A1; DE2755734C2; CH620032A5; IT1089778B; JPS6055803B2; CA1096215A; GB1556629A; NL7714153A; FR2375609B1; JPS5379555A

Description

_ ₄ _ H₁ Do::. 1377

HERSTELLUNGSVERFAHREN FÜR EIN LICHTLEITER-FERNMKDDEKABEL OND NACH DIESEM VERFAHREN HERGESTELLTES KABEL

Die Erfindung betrifft ein Fernmeldekabel aus Lichtleitfasern, das mehrere getrennt für die übertragung von Telefonsignalen oder Daten nutzbare Lichtleiter umfaßt. Außerdem betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein derartiges Kabel.

Aufgrund ihrer schlechten mechanischen Kennwerte hinsichtlich Dehnung, Bruchfestigkeit, Biegung können derartige Lichtleiter nicht ohne spezielle Vorbereitung zur Kabelherstellung mit herkömmlichen Kabelmaschinen verwendet werden. Diese besondere Vorbereitung besteht meistens darin, den Lichtleiter mit einer oder mehreren Umhüllungen zu versehen, mit denen die mechanischen Eigenschaften verbessert werden. Dabei ist dafür zu sorgen, daß die Dämpfung der Lichtleiter während der Kabelherstellung nicht oder nur wenig zunehmen darf, daß weiter die Zugfestigkeit so groß ist, daß das Kabel in Kabelkanäle eingezogen werden kann, ohne daß es dabei zu Brüchen innerhalb der Lichtleiter kommt, und daß schließlich das Kabel sämtlichen bei der Handhabung auftretenden sonstigen mechanischen Einwirkungen wie Biegung, Krtamung, Drücke, Vibrationen standhalten kann.

Alle diese Eigenschaften müssen in zuvor festgelegten Toleranzen über große Zeiträume hinweg stabil bleiben, selbst für den Fall von mit veränderlichen klimatischen Bedingungen zusammenhängenden thermischen und hygroskopischen Einflüssen»

809829/0628

Bekanntlich erfordert die Herstellung derartiger Kabel sehr aufwendige Techniken und Materialien. Die bisher erreichten Fortschritte betreffen mechanische Eigenschaften und Schutzmaßnahmen für die einzelne Faser, jedoch nicht die Anwendung auf ein Material, das den herkömmlichen Metallkabeln ziemlich ähnlich ist. Bei einem derartigen Anwendungsverfahren werden die Lichtleiter vor der Kabelherstellung einzeln bearbeitet. Aus wirtschaftlichen Gründen wird daher eine Struktur gesucht, die eine einfachere und raschere Anwendung ermöglicht.

Eine derartige Technik besteht beispielsweise darin, einen Lichtleiter mit einer eng sitzenden Umhüllung aus Kunststoff zu versehen, um Mikroabweichungen, die 'die Dämpfung erhöhen, auf eine Minimum zu reduzieren; diese umhüllten Lichtleiter werden zwischen zwei Dämpfungsschichten aus einem zelligen Material zu einem Kabel weiter verarbeitet. Eine andere ähnliche Technik besteht darin, eine doppelte Umhüllung vorzusehen, nämlich eine erste stramm auf dem Lichtleiter sitzende und eine zweite locker darüber sitzende Umhüllung, so daβ Querbeanspruchungen vermieden werden; diese Technik hat den Vorteil, ein kompaktes Kabel zu ergeben, da die zweite Umhüllung mit Hilfe von Bändern auf einen zentralen Träger bandagiert wird. Derartige Strukturen

aber besitzen(den Nachteil, sehr viel Platz zu benötigen, wenn ein wirksamer Schutz erreicht werden soll. Schließlich ist es bei derartigen Strukturen beim Verspleissen zweier Kabel nötig, jede Faser einzeln von ihrer Umhüllung zu befreien und getrennt zu bearbeiten, was das Verspleissen von Kabeln langwierig uiti teuer macht.

809829/0628

275573A

Es ist bereits ein Übertragungskabel bekannt, das aus in Form eines Bands angeordneten zylindrischen, untereinander durch einen dreieckigen Faden aus niedrig schmelzendem Glas verbundenen Lichtleitern gebildet wird. Diese bandförmig angeordneten Lichtleiter können als Gesamtheit aufgrund der erreichten relativ hohen Präzision mit einer gleichen Lichtleiteranordnung zusammengesteckt werden. Ein Nachteil bei dieser Technik besteht darin, daß die Anwendung sehr empfindlich ist und bei der Verkabelung eine ziemlich hohe Bruchgefahr besteht (BELL SYSTEM TECHNICAL JOURNAL, Bd. 54, Nr. 3, März 1975). Ein anderer Nachteil liegt darin, daß die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen des Siliziumoxyds und der Kunststoffumhüllungen bei Temperaturänderungen hohe zusätzliche Verluste mit sich bringen.

Aufgabe der Erfindung gemäß Hauptanspruch ist es, diese Nachteile zu vermeiden.

Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Kabels wird auf die Unteransprüche verwiesen.

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden zehn Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein Aluminiumband, das auf einer Seite mit Pfropfpolyäthylen oder speziell behandeltem Polyäthylen beschichtet ist, so daß dieses während seiner Formung auf dem Aluminium zufriedenstellend haftet.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch das Elementarband zum Zeitpunkt des Verschweißens.

Fig. 3 zeigt schematisch ein Übersichtsbild einer Herstellungsanlage für ein Elementarband.

809829/0628 ^#A

Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch eine Matrizenstruktur eines erfindungsgemäßen Kabels, bei der die erhöhten Bereiche eines Elementarbandes in den Vertiefungen des benachbarten Elernen ta rbandes liegen.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch eine Matrizenstruktur, bei der die erhöhten Bereiche eines Elementarbands jeweils auf den erhöhten Bereichen eines benachbarten Elementarbands liegen.

Fig. 6 zeigt schematisch den Aufbau einer Herstellungsanlage für ein erfindungsgemäßes Kabel rait Kreisquerschnitt.

Fig. 7 zeigt einen Schnitt durch eine Matrizenstruktur mit vier Bändern aus zelligem Material.

Fig. 8 zeigt einen Schnitt durch eine kreisförmige Elementarstruktur.

Fig. 9 zeigt einen Schnitt durch eine Litze.

Fig. 10 zeigt einen Schnitt durch ein sieben Litzen gemäß Fig. 9 enthaltendes erfindungsgemäßes Kabel·

Fig. 1 zeigt, wie ein Aluminiumband 1 auf einer Seite mit Pfropfpolyäthylen 2 versehen wird bzw. mit einem Polyäthylen, das so behandelt ist, daß seine Haftung auf dem Aluminium ausreicht. Außerdem sind hier die komplementären Profile der Formwalzen 3 und 3* angedeutet. Dieses Profil ist so beschaffen, daß die Seitenränder des Bandes 1 in Längsrichtung geschnitten werden und eine Formgebung ohne zu starke Verformung der Pfropfpolyäthylenschicht 2 erreicht wird. Eine der Formwalzen 3 bzw. 3* ist zu diesem Zweck in den drei Achsrichtungen verstellbar.

Fig. 2 zeigt die Herstellung das Elementarband· aus zwei Bändern 1. Das Schweißwalzenpaar 4 und 4¹ wird auf etwa 100° erwärmt. Bei dieser Temperatur verschweißen die Pfropfpolyäthylenschichten 2 des unteren und des oberen Bandes miteinander durch

809829/0628

einfaches Aufeinanderdrücken. Die Schweißwalzen werden in einem vor dem Schweißpunkt 5 liegenden Bereich erhitzt. Die für das Wärmeschweißen des Pfropfpolyäthylens notwendige Energieübertragung erfolgt über Aluminiumstreifen. Ein Schmelzen des Pfropfpolyäthylens im Bereich der Hohlräume des Elementarbands wird durch ein entsprechendes Profil der Schweißwalzen 4 und 4· verhindert. Da die erhabenen Bereiche der Schweißwalzen weiter hervorspringen als die erhabenen Bereiche des Aluminiumstreifens, wird Energie nur in Höhe des zu verschweißenden Bereichs zugeführt. Ferner erlauben diese erhabenen Bereiche der Schweißwalzen eine gute Führung der Bänder 1 auf den Walzen 4 und 4*. Eine der Walzen des Schweißwalzenpaars ist in Richtung der drei Achsen einstellbar, so daß die miteinander zu verschweißenden Bereiche genau übereinander angeordnet werden können · So entsteht eine Einheilt aus η sechseckigen Kanälen, die im Innern mit Pfropfpolyäthylen beschichtet sind. Diese Kanäle sind durch ihren Mindesthülldurchmesser 6 gekennzeichnet, bei dem es eich um den theoretischen Durchmesser des die Seiten des Sechsecks berührenden Kreises handelt.

Eine Vorrichtung (Fig. 3) zur Anwendung des oben beschriebenen Herstellungsschritts für ein Elementarband 7 umfaßt mindestens zwei mit konstanter Spannung arbeitende Abwickelsysteme für Aluminiumbänder (8 und 8¹)» zwei Formwalzenpaare (3 und 3')# ein Schweißwalzenpaar (4 und 4·), eine unter konstanter Spannung arbeitende Aufwickelvorrichtung (9) für das Elementarband, ein Positioniersystea (10), mit den Lichtleitfasern vor den Eingang der Schweiftwalzen positioniert werden, sowie ein Spulengatter (11), von dem die Lichtleiter (12) unter konstanter Sapnnung abgespult werden. Durch die angetriebenen Schweiftwakzan wird die Oeschwin-

809829/0628

digkeit bestimmt, mit der das Elementarband durch die Fertigungsanlage läuft; dabei werden die beiden Formwalzenpaare geschwindigkeitsmäßig durch die Schweißwalzen gesteuert. In diesem Fertigungsstadium kann das Elementarband in Form von Flachspulen aufgewickelt werden, da die Lichtleiter nahe der neutralen Faser des so hergestellten Gesamtgebildes liegen und keinerlei zusätzliche Beanspruchungen erfahren.

Beispielsweise kann das Elementarband folgende Abmessungen haben :

- Dicke des Aluminiumstreifens 100 ,um ^J Dicke der Pfropfpolyäthylenschicht 2O Aim

- Abstand zwischen zwei Lichtleitern in einem O,8 mm Elementarband

- Gesamtbreite des Elementarbands für sechs 7 mm Lichtleiter

- Gesamtstärke des Elementarleiters für ^75O/u einen Hüllendurchmesser von 3OO Ai /^

Die Anordnung der Elementarbänder (7) in einer Matrizenstruktur erfolgt durch Übereinanderschichten dieser Elementarbänder. Fig. 4 zeigt eine Matrizenstruktur, bei der die Elementarbänder so übereinandergestapelt sind, daß die jeweils hervorstehenden Bereiche des einen Bands in die Vertiefungen des Nachbarbands hineinragen. Fig. 5 zeigt eine Matrizenstruktur, bei der jeweils die Erhöhungen des einen Elementarbands auf den Erhöhungen des benachbarten Elementarbands zu liegen kommen. Im ersten Fall kann die Verbindung zwischen den Bienentarbändern durch Kleben

fir sämtlicher oder eines Teils der Elementarbänder !folgen. Im zweiten Fall kann die Verbindung zwischen den Elementarbändern mit Hilfe eines Drahtes erfolgen, an dem das Verbindungsmaterial entlang läuft und der als seitliche Führung dient. Dieser Draht 13 kann

809829/0628

gleichzeitig als Tragelement für die Matrizenstruktur dienen, indem er die Dehungseigenschaften verbessert.

Eine Vorrichtung (Fig.6) zur Herstellung einer kreisförmigen Elementarstruktur umfaßt Montageköpfe (14) , eine Mon-, tagevorrichtung (15) für die in Längsrichtung angeordneten Bänder, einen Wickelkopf (16) und eine Aufwickeltrommel (17) .

Die Matrizenstruktur (18) wird durch Übereinanderschichten von n¹ Elementarbändern durch (η·-1) Montageköpfe erzielt, wobei ein Beschichtungssystem die Befestigung der Elementarbänder auf dem oder den vorhergehenden Elementarbändern ermöglicht. Um dieser Matrizenstruktur eine in etwa kreisförmige Form zu verleihen, legt man auf jede Seite der vorgenannten Struktur einen dicken Streifen aus zusammendrückbarem Material, wobei dann der Wickelkopf (16) den in etwa kreisförmigen Querschnitt der so erhaltenen Struktur dadurch herstellt, daß er sie mit einem Papieroder Kunststoffband (21) umwickelt. Fig. 7 zeigt die Matrizenstruktur mit den zusammendrückbaren Streifen. Fig. 8 zeigt diese Matrizenstruktur nach spiralförmiger Umwicklung; diese Struktur wird nachfolgend kreisförmige Elementarstruktur (22) genannt.

In diesem Herstellungsstadium kann das so hergestellte Produkt nicht auf eine Kabeltrommel gewickelt werden, da die die Matrizenstruktur (18) enthaltende kreisförmige Elementarstruktur (22) nach dem Aufwickeln für die Lichtleiter eine Asymmetrie einführt. Die außenliegenden Lichtleiter wären nämlich ständig unter Spannung, während die inneren Lichtleiter ständig zusammengedrückt wurden, und lediglich die Lichtleiter im mittleren Bereich wären von durch die Krümmung der kreisförmigen Struktur (22) hervorgerufenen Beanspruchungen frei.

809829/0628

Uta hier Abhilfe zu schaffen, kann die kreisförmige elementare Sturktur verdrallt werden, so daβ dann die Lichtleiter beim Aufwickeln der kreisförmigen elementaren^Struktur durch die dabei erfolgende Biegung über einen Abschnitt unter Spannung und über einen anderen Abschnitt unter Druck stehen, je nachdem, ob sie sich oberhalb oder unterhalb der neutralen Faser befinden. Da die Lichtleiter im sechseckigen Kanal frei beweglich sind, kommt es zu einem Gleichgewicht der Spannungen durch Verrutschen der Lichtleiter in diesem sechseckigen Kanal.

Ein Drallschritt P. der kreisförmigen elementaren Struktur wird in Abhängigkeit von den Gleitmöglichkeiten des Lichtleiters im sechseckigen Kanal bestimmt.

Ein Nachteil dieser Verdrallung besteht darin, daβ durch sie zwischen den Lichtleitern in der Nähe des Mittelpunkts der Matrizenstruktur und den am weitesten davon entfernten Licht-* leitern eine Asymmetrie eingeführt wird. Bei einem Kabel, dessen Matrizenaufbau n' Elementarbänder mit jeweils η Lichtleitern umfaßt, können die Lichtleiter durch ein Zahlenpaar (a, b) identifiziert werden, wobei a die Lag· des Lichtleiters im Band und b die Lage des Bandes in der Matrizenstruktur angibt. Die Lichtleiter (0,0), (o,n·) und (n,n·) befinden sich nach der Verdrallung auf einer Schraubenlinie mit dam Gang P_t und einem Radius gleich einer Halbdiagonalen eines Querschnitts der Matrizenatruktur. Der zentrale Lichtleiter (n/2, n*/2) besitzt eine Länge P. im Abschnitt P . Diese Längenänderung der am weitesten vom Mittelpunkt entfernten Lichtleiter ist sehr gering und kann durch während des Zusammenbaus leicht unterschiedlich« Spannungen dar Leiter aasgeglichen werden.

809829/0628 ./.

275573A

Ein derartiger Aufbau ermöglicht eine einfache Identifizierung der Lichtleiter durch einfaches Markieren des ersten Elementarbandes, das dann beim Zählen als Referenz dienen kann.

Die Verdrallung der elementaren Matrizenstruktur wird mit Hilfe einer Empfangsspule 17 erzielt, die nicht nur um ihre Längsachse rotiert, sondern zusätzlich um eine zur Achse des in der Herstellungsanlage gefertigten Kabels parallele Achse gedreht wird.

Fig. 9 zeigt eine ausgehend von einer kreisförmigen Elementarstruktur erhaltene Litze, die durch eine Kunststoffumhüllung 23 verstärkt wird. Diese Kunststoffumhüllung enthält drei Tragelemente 24 in einem Abstand von 120 , die die Litzen gegen Längsbeanspruchungen verstärken.

Fig. 10 zeigt den Aufbau eines Fernmelde-Lichtleitkabels, das sieben Litzen 25 aufweist und auf einer herkömmlichen Kabelherstellungsmaschine gefertigt wurde. Die Litzen liegen innerhalb eines Kunststoff- odtir Metallmantel, so da β das Kabel seine zur unterirdischen Verlegung oder zum Einziehen in Kabelkanäle erforderlichen Eigenschaften erhält. Eine vorteilhafte Lösung besteht darin, durch Strangpressen ein Aluminiumrohr 26, herzustellen, das auf ein zueammengefaBtes Bündel von Litzen reduziert wird. Anschließend wird dann das Aluminiumrohr mit Kunststoff 27 beschichtet.

Beispielsweise können die Abmessungen eines derartigen Kabels wie folgt aussehen t

- die Orundmatrizenstruktur mit 36 Lichtleitern 4,5mm χ 7mm

- Durchmesser der kreisförmigen Elementarstruktur 9 mm

- Durchmesser der Grundlitze 11 bsi

- Durchmesser des Lichtleiterkabels mit sieben

Litzen und insgesamt 252 Lichtleitern 37 vmm

809829/0628

Leerse ite

Claims

Fo 10 698 D

LES CABLES DE LYON S.A. 170, avenue Jean 69353 LYON CEDEX 2 Frankreich

PATENTANSPRÜCHE

Herstellungsverfahren für ein Lichtleiter-Fernmeldekabel, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst Längsnuten mit trapezförmigem Querschnitt in ein Band aus streckbarem Metall eingedrückt werden, das auf einer Seite mit einer Beschichtung aus einem thermoplastischen und wärmeschweißbaren Material versehen ist, daß dann zwei derartige Bänder aufeinandergeschweißt werden, so daß sich ein Elementarband ergibt, in dem die Nuten mit trapezförmigem Querschnitt sechseckige Kanäle bilden, in die dann jeweils ein Lichtleiter gesteckt wird, und daß schließlich mehrere derartige Elementarbänder übereinander gestapelt werden, so daß sich eine Matrizenstruktur mit in etwa rechteckigen Quer-_r schnitt ergibt.

2 - Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung eines Kabels mit kreisförmigem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß in einem vierten Schritt auf jede Seite des Rechtecks der Matrizenstruktur ein Streifen aus einem zusammendrückbaren Material aufgebracht wird, daß in einem fünften Schritt um diese Längsstreifen aus zusamnendrückbarem Material spiralig ein Band gewickelt wird, so daß die umwickelte Matrizenstruktur zu einer kreisförmigen Elementarstruktur verformt wird, daß in

809829/0628 ./.

einem sechsten Schritt die kreisförmige Elementarstruktur verdrallt wird, indem sie auf eine Trommel gewickelt wird, die sich nicht nur um ihre eigene Längsachse dreht, sondern die zusätzlich um eine zur Achse des aus der Herstellungsanlage kommenden Produkts parallel verlaufende Achse rotiert, daß in einem siebten Schritt die kreisförmige Elementarstruktur mit Kunststoff umhüllt wird, der zur Verstärkung Tragelemente enthält, so daβ eine Litze gebildet wird.

3 - Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einem achten Schritt mehrere sich untereinander berührende Litzen zusammengefaßt werden und diese zusammengefaßten Litzen durch Extrusion mit einem Aluminiumrohr umgeben werden, das dann verjüngt wird, und daß in einem neunten Schritt das Aluminiumrohr mit einer Kunststoffbeschichtung versehen wird.

4 - Nach dem Verfahren gemäß Anspruch 2 hergestelltes Lichtleiter-Fernmeldekabel, das mehrere Lichtleiter innerhalb eines äußeren Rohrs kreisförmigen Querschnitts aus außen kunststoffbeschichtetem Aluminium enthält, d a d u rc h gekennzeichnet, daß dieses Rohr (27) mehrere kreisförmige, untereinander in Berührung stehende Litzen (25) umschließt, von denen jede aus einer kreisförmigen von einer ebenfalls kreisförmigen Kunststoffhülle umgebenen Elementarstruktur gebildet und durch drei in dieser Hülle im Abstand von 120 angeordnete Tragelemente (24) verstärkt wird, wobei die Elernentarstruktur eine in etwa rechteckige Matrizenstruktur aufweist, die von zusammendrückbar en, durch Umwicklung mit Papier- oder Kunststoffband (20) kreisförmig gemachten Streifen umgeben wird, wobei die Matrizen-

809829/0628 ^#/"

struktur aus mehreren Vertiefungen und Erhöhungen aufweisenden', übereinander gestapelten und aufeinander geklebten Elementarbändern (18) besteht und sechseckige Kanäle aufweist, die jeweils einen Lichtleiter (12) enthalten, wobei jedes der Elementarbänder aus zwei dünnen mit Nuten versehenen Aluminiumstreifen zusammengesetzt ist, deren sich gegenüberliegende Seiten mit Polyäthylen beschichtet sind und in Längsrichtung durch WärmeschweiBen des Polyäthylens miteinander verbunden sind.

5 - Lichtleiterkabel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daβ die erhabene und vertiefte Bereiche aufweisenden Elementarbänder so aufeinander geschichtet werden, daβ die erhabenen Bereiche eines Elenentarbands in den Vertiefungen des benachbarten Elenentarbands liegen (Fig· 4).

6 - Lichtleiterkabel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daβ die Elementarbänder so aufeinander geschichtet werden, daβ die erhabenen Bereiche eines Elementarbands jeweils auf den erhabenen Bereichen eines benachbarten Elementarbands liegen und 4aβ mindestens ein sechseckiger Kanal zwischen zwei . aneinandergrenzenden Elernentarbändem ein Tragelement (13) enthält, das zur gegenseitigen Zentrierung der Elementarbänder dient.

7 - Lichtleiterkabel nach Ansprach 4, dadurch gekennzeichnet, dai die Markierung der Lichtleiter durch Markieren eines einzigen als Referenz dienenden Elementarbands erreicht wird.

809829/0628