DE2818574C2 - Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Kabel-Elementen mit optischen Fasern und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Kabel-Elementen mit optischen Fasern und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

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DE2818574C2 DE2818574A DE2818574A DE2818574C2 DE 2818574 C2 DE2818574 C2 DE 2818574C2 DE 2818574 A DE2818574 A DE 2818574A DE 2818574 A DE2818574 A DE 2818574A DE 2818574 C2 DE2818574 C2 DE 2818574C2
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Kabel-Elementen mit optischen Fasern, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.
Aus der DE-OS 25 09 547 ist bereits ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Kabelelementen mit optischen Fasern bekannt, bei welchem ein als Träger dienender Kern mit einer mechanisch festen Seele und einer die Seele umgebenden Umhüllung aus dielektrischem Material entlang einer Vorschubbahn vorgeschoben wird. An der Vorschubbahn sind Abgabespulen für die optischen Fasern angeordnet. Die aus elastischem Material gebildete Umhüllung wird an ihrem Umfang mit mehreren in Längsrichtung verlaufenden Kammern ausgebildet, die nach außen durch nutenförmige Öffnungen geöffnet sind. In diese nutenförmigen Öffnungen werden die von den Abgabespulen ablaufenden optischen Fasern eingelegt. Die Umhüllung ist ferner zwischen jeweils zwei Aufnahmekammern für die optischen Fasern mit einer ebenfalls in Längsrichtung verlaufenden geschlossenen Kammer versehen, deren Außenwand radial eindrückbar ist, wobei die nutenför-
migen Öffnungen gespreizt werden, so daß die in sie eingelegten optischen Fasern in die zugehörigen Aufnahmekammern gelangen können.
Das radiale Eindrücken der zwischen den Faseraufnahmekammern gebildeten Hohlkammem geschieht durch Anlegen von geeignet gespannten Stahldrähten. Unmittelbar anschließend an die Aumahme der optischen Fasern in den zugeordneten Aufnahmekammern wird eine Bespinnung auf der Umhüllung aufgebracht, um die auseinandergespreizten und nach außen geöffneten Faseiaufnahmekammern zu verschließen.
Bei diesem bekannten Verfahren müssen alle optischen Fasern gleichzeitig in die zugehörigen Aufnahmekammern eingelegt werden. Ferner muß die Bespinnung der Umhüllung unmittelbar nach dem Einlegen der optischen Fasern erfolgen. Ferner sind die optischen Fasern bei dem bekannten Verfahren schädlichen Zugspannungen ausgesetzt, um sie bis zur Bespinnung in den zugeordneten Aufnahmekammern zu halten.
Aus der DE-OS 25 07 649 ist ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Kabelelementen mit optischen Fasern bekannt, bei dem ein als Träger dienender Kern mit einer mechanisch festen Seele und einer die Seeie umgebenden Umhüllung aus dielektrischem plastischen Material entlang einer Vorschubbahn vorgeschoben wird. Die von Abgabespulen ablaufenden optischen Fasern werden auf den Kern aufgelegt und auf diesem durch ringförmige Halteelemente festgelegt. Das Aufbringen der optischen Fasern erfolgt auf dem glatten Umfang des Kerns unter Anwendung der üblichen Verseiltechnik mittels eines die Abgabespulen uagenden rotierenden Verseilkranzes und eines Verseilnippels. Um Zugspannungen an den mechanisch sehr empfindlichen optischen Fasern sowohl beim Verseilen als auch später beim Handhaben und Verlegen des Kabels oder infolge von Temperaturschwankungen im Betrieb zu vermeiden, werden die optischen Fasern mit Überlänge auf den Kern aufgebracht. Zu diesem Zweck erhält der Kern während des Verseilvorganges eine Vortorsion in der Schlagrichtung, deren Schlaglänge größer als die Schlaglänge der optischen Fasern ist, und nach Beendigung des Verseilvorganges wird diese Vortorsion aufgehoben.
Bei diesem bekannten Herstellungsverfahren ist die Lage der mit Überlänge aufgebrachten optischen Fasern auf der Seele nicht eindeutig definiert. Ferner führen die angewandte Verseiltechnik und das Festklemmen der optischen Fasern auf der Seele unvermeidlich zu schädlichen mechanischen Beanspruchungen. Ferner ist dieses bekannte Herstellungsverfahren aufwendig und kompliziert.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Herstellen von Kabel-Elementen mit optischen Fasern, durch welche die Kabelherstellung vereinfacht wird und gewährleistet ist, daß schädliche mechanische Beanspruchungen während der Herstellung und Handhabung von den Fasern ferngehalten werden.
Diese Aufgabe wird durch das in? t'ainitanspruch 1 angegebene erfindungsgemäße Verfahren gelöst.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist im Anspruch 9 gekennzeichnet.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die optischen Fasern völlig spannungslos in die zugeordneten Nuten eingelegt werden und liegen auch nach der Fertigstellung des Kabel-Elements spannuneslos in diesen Nuten. Die Lage der optischen Fasern auf dem Kern ist durch die Nuten eindeutig festgelegt. Durch das
ίο
Verschließen der Nuten unmittelbar nach dem Einlegen der optischen Fasern wird verhindert, daß diese im Verlauf des Fertigt ngsprozesses aus den Nuten austreten. Auch bei der späteren Verwendung des Kabel-Elüments liegen die optischen Fasern locker und spannungslos in den Nuten, ohne dali sie aus diesen Nuten austreten können.
Ferner kann beim erfindungsgemäßen Verfahren das Einlegen der optischen Fasern einzeln όπ entlang der Vorschubbahn des Kerns gestaffelten Stellen erfolgen, so daß jede einzelne optische Faser von oben her unter ihrem Eigengewicht in die zugeordnete Nut fallen kann.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung weiter erläutert. In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 die Folge der Verfahrensschritte bei dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Fig.2 eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung,
Fig.3.1 und 3.2 zwei Querschnittsansichten einer dielektrischen Umhüllung, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch Strangpressen auf die starre zentrale Seele aufgebracht wird,
F i g. 4 einen Längsschnitt durch einen Abschnitt eines Kabel-Elements während des Einlegens einer optischen Faser,
F i g. 5 eine Querschnittsansicht entlang der Linie A -A von F i g. 4 und
F i g. 6 eine Querschnittsansicht entlang der Linie C-C von F i g. 4.
F i g. 1 zeigt die Folge der Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens: F i g. 2 zeigt eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Der Verfahrensschritt 1 ist das Abspulen der als mechanischer Träger für das spätere Kabel-Element dienenden zentralen Seele von der Abgabespule 10 in Fig. 2. Die Seele besteht beispielsweise aus XC 80-Stahl.
Der Verfahrensschritt 2 ist das Formen der die Seele umgebenden dielektrischen Umhüllung mit Hilfe der Strangpresse 12. Die Fig.3.1 und 3.2 zeigen zwei Quer^chnittsansichten von Kabel-Elementen nach der Strangpressung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren. Die beiden Schnittansichten zeigen die zentrale Seele 21, die durch einen einzigen in der Längsrichtung verlaufenden Strang aus Stahl gebildet ist. die elektrische Umhüllung 22 aus thermoplastischem Material, beispielsweise aus Polyäthylen, die Positionierungsrinne 23 mit rechteckigem Querschnitt und die Nuten 24, von denen jede zur Aufnahme einer optischen Faser bestimmt ist. Die Rinne 23 und die Nuten 24 verlaufen parallel entlang Schraubenlinien oder mit abwechselnd entgegengesetzter Steigerung. Der Querschnitt der Nuten 24 ist dreieckig mit abgerundetem Scheitel, und die radial verlaufenden Seitenwände liegen voneinander in einem Abstand, der zwischen dem einfachen und dem zehnfachen des Durchmessers einer optischen Faser beträgt. Bei der Ausführungsform von Fig.31. sind die beiden Ränder der Nuten 24 mit gleichen Lippen 25 versehen. Dagegen weist bei der Ausführungsform von Fig. 3.2 nur ein Rand jeder Nut 24 c;ne Lippe 25 auf, während der andere Rand eine Ausnehmung 26 hat die zur Aufnahme des Endes der Lippe 25 nach derr Umbiegen bestimmt ist. In der Darstellung sind die Rinne 23 und die Nuten 24 gleichmäßig rings um den Umfang verteilt, und sie
bilden miteinander jeweils einen Winkel von Δ Grad. Diese Maßnahme ist jedoch in keiner Weise zwingend.
Der Verfahrensschritt 3 ist das Abkühlen de·, Dielektrikums nach dem Strangpressen, das im allgemeinen in einem Wasserbehälter erfolgt, der bei 13 in F i g. 2 gezeigt ist; anschließend erfolgt ein Trocknen mit Luft, die warm sein kann, was nicht dargestellt ist.
Die von dem Rahmen 4 in Fig. 1 umgebenen Verfahrensschritte weiden mit Hilfe von Vorrichtungen zum Einbringen der optischen Fasern durchgeführt, die i<> bei 16 in Fig.2 dargestellt sind. Die Anzahl der Einbringvorrichtungen 16 ist gleich der Anzahl der optischen Fasern, die das Kabel-Element enthält. Die Vorrichtungen 16 sind in einer Linie hintereinander in der Herstellungseinrichtung entlang der Bewegungs- '> bahn des Kabel-Elements angeordnet und liegen voneinander jeweils im Abstand (n + 4/360) P, wobei P die Steigung der Schraubenlinien der Nuten ist. Δ der Winkelabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nuten und η eine von Null verschiedene ganze Zahl. -■'
Der Verfahrensschritt 4.1 ist das Erwärmen der stranggepreßten Umhüllung durch die Heizvorrichtung 15 von F i g. 2. Die Anordnung wird auf eine solche Temperatur gebracht, daß die Ausdehnung der Nuten das Einbringen der optischen Fasern erleichtert. Beim -' Abkühlen zieht sich die Umhüllung zusammen, und da sich die Länge der Faser wenig ändert, wird die auf die Faser ausgeübte Restspannung verringert; sie kann sich sogar in eine negative Spannung umwandeln.
Der Verfahrensschritt 4.2 ist das Einbringen einer Jn optischen Faser in eine Nut 24. Jede Einbringvorrichtung hat eine Abgabespule 17, die von einem Motor angetrieben wird, dem dem Vorschub des Kabel-Elements nachgeregelt ist, so daß die Abgabespule die optische Faser mit einer Lineargeschwindigkeit liefert, Ji die von der Vorschubgeschwindigkeit abhängt. Die optische Faser geht durch eine Faserführung 18 und fallt durch ihr Eigengewicht auf den Boden der Nut 24. die durch eine mit der Rinne 23 zusammenwirkende, eine Scheibe 19 aufweisende Positioniervorrichtung vor der Führung 18 gehalten wird. Der Verfahrensschritt 4.2 ist in Fig. 4 dargestellt. Diese Figur zeigt einen Abschnitt des Kabel-Elements während des Zusammenfügens. Die Scheibe 19, die in bezug auf das Gestell der Verkabelungsmaschine feststehend ist und eine zylindrische Mittelbohrung aufweist, die den Durchmesser des den Lippen 25 umschriebenen Kreises hat, trägt das Zentrierglied. Ein aus einem Stück mit der Scheibe 19 bestehender Finger 33 ragt in die Rinne 23 und hält dadurch die leere Nut 24 in der Zeichenebene. Die Boh- so rung der Scheibe 19 ist in der vertikalen Ebene durch einen geradlinigen Ausschnitt 31 verlängert der über dem Boden der Nut 24 einen freien Raum von abnehmender Höhe schafft. Die optische Faser34, die von der in Fig. 4 nicht dargestellten Spule 17 kommt, geht 5r> durch die Faserführung 18 und legt sich durch ihr Eigengewicht in die Nut 24, wobei sie durch den Ausschnitt 31 verläuft. Ein Heizelement 20 erwärmt die Lippen 25 vor dem Umbiegen. Zwei nicht dargestellte Anschlußstutzen ermöglichen die Anwendung von Druckluft parallel und senkrecht zur Achse der optischen Faser, damit jede Kraftausübung (Zugkraft oder Reibung) auf die Faser vermieden wird.
Fig.5 zeigt im Schnitt entlang der Linie A-A in F i g. 4 die optische Faser 34 in ihrer Lage im Ausschnitt 31. Ein Schnitt in einer dahinterliegenden Ebene, beispielsweise entlang der Linie B-B von F i g. 4, würde die bereits in die Nut 24 eingeführte optische Faser zeigen. Die Darstellung von Fig. 5 entspricht dem Einbringen einer optischen Faser in die erste Nut 24, die rechts von der Positionierungsrinne liegt. Eine entsprechende Schnittansicht durch eine Scheibe 19 der Einbringvorrichtung π würde den Finger 33 in der Stellung zeigen, die um den Winkel ηΔ gegen die Vertikale versetzt wäre, und sie würde η — 1 bereits in ihre Nut eingebrachte Fasern und die me Faser im Verlauf ihres Einbringens zeigen.
Der Verfahrensschritt 4.3 ist das Umbiegen der Lippen 25 über die Nut 24. Dieser Verfahrensschritt wird im Ausschnitt 32 der Heizscheibe 20 ausgeführt. Fig.4 zeigt, daß die über dem Boden der Nut 24 freigelassene Höhe so klein wird, daß sie den Durchgang der Lippen 25 nicht mehr zuläßt, wodurch die Lippen zusammengedrückt werden. Ferner nähern sich die Wände des Ausschnitts 32 aneinander an, bis der Ausschnitt vollständig verschwunden ist. Die Lippen werden daher niedergebogen und schließen die optische Faser ein, ohne sie jedoch freizulegen. Dieser Vorgang wird durch die vom Erwärmen verursachte Erweichung erleichtert. Eine Phase nahe dem Ende des Einschlußvorgangs ist in Fig.6 gezeigt, die einen Schnitt in der Querebene entlang der Linie C-C von Fig. 4 darstellt. Bei einem Kabel-Element, dessen Nuten 24 gemäß Fig 3.2 nur eine einzige Lippe aufweisen, erfolgt der Verfahrensschritt 4.3 mit einer Scheibe 20, deren Ausschnitt ein etwas anderes Profil als im vorhergehenden Fall hat. Die Lippe 25 wird in ähnlicher Weise umgebogen und kommt auf den abgeschrägten Teil 26 zu liegen, der dazu bestimmt ist, die Bewegung der Lippe zu begrenzen.
Gemäß einer anderen Art der Ausführung des Verfahrensschritts 4.2 kann das Einbringen der optischen Fasern in ihren Nuten durch eine schraubenlinienförmige Kapillarführung erfolgen, die in die Nut eingelegt ist und durch die die optische Faser hindurchgeht, wobei die Kapillarführung bis über die Heizscheibe 20 hinaus verlängert ist. Auf diese Weise werden die Lippen 25 über die die Faserführung enthaltende Nut umgebogen, und nicht über eine Nut, die nur die Faser enthält. Auf diese Weise wird die Faser durch die Faserführung während der Dauer des Einbringens bis zum Schließen der Nut geschützt. Wenn eine Faserführung dieser Art verwendet wird, ist die Positionierungsrinne 23 überflüssig.
Der Verfahrensschritt 5 ist ein Bandagieren, das dazu bestimmt ist, die Lippen 25 gegeneinander gedrückt zu halten.
Der Verfahrensschritt 6 ist das Aufwickeln des fertigen Kabel-Elements auf die Aufwickeispuie.
Bei einer praktischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens konnten Kabel-Elemente der in der Zeichnung dargestellten Art mit einer Vorschubgeschwindigkeit zwischen 1 und 4 m/min hergestellt werden. Die Drehung der Seele ist so berechnet, daß eine Steigung um etwa 200 mm für die von den Fasern eingenommene Schraubenlinie erhalten wird. Beim Kleinstwert der obigen Vorschubgeschwindigkeit beträgt die Drehung 5 U/min. Die Abgabespulen für die optischen Fasern haben zwei Größen, nämlich Spulen mit 165 mm Durchmesser und Spulen mit 380 mm Durchmesser. Die verschiedenen Stationen zur Durchführung des Verfahrens arbeiten mit im Handel erhältlichen Bestandteilen von Kabelherstellungsmaschinen. Die Vorrichtungen zum Einbringen der Fasern sind unter Bezugnahme auf F i g. 4 beschrieben worden. Der Bundring zum Einbringen der Fasern oder die hohle
schraubenlinienformige kapillare Faserführung sind
Teile mit geringer mechanischer Trägheit, die eventuellen Unregelmäßigkeiten der Steigung der durch Strangpressung erhaltenen schraubenlinienformigen Nuten
folgen können.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
20
25
30
35
50
55
60
65

Claims (16)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Kabel-Elementen mit optischen Fasern, bei welchem ein als Träger dienender Kern mit einer mechanisch festen Seele und einer die Seele umgebenden Umhüllung aus dielektrischem Material entlang einer Vorschubbahn vorgeschoben wird, an der Abgabespulen für die optischen Fasern angeordnet sind, die Umhüllung auf der Seele mit einem Nutenprofil mit mehreren um den Umfang verteilten parallelen Nuten geformt wird, die von den Abgabespulen ablaufenden optischen Fasern mittels einer Faserführung in die Nuten eingelegt und die optischen Fasern durch Schließen der Nuten auf dem Kern festgelegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Rand jeder Nut (24) der aus plastischem Material gebildeten Umhüllung (22) mit einer Lippe (25) versehen wird und daß jede Nut (24) unmittelbar nach dem Einlegen der optischen Faser (34) durch Umbiegen der Lippe bzw. Lippen (25) verschlossen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Einlegen der optischen Fasern (34) in die zugeordneten Nuten (24) und das Umbiegen der Lippe bzw. Lippen (25) an entlang der Vorschubbahn ries Kerns (21,22) gestaffelten Stellen erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Lippe (25) nach dem Einlegen der optischen Faser (34) in die betreffende Nut (24) zum Zweck des Umbiegens erwärmt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das die Umhüllung (22) bildende plastische Material vor dem Einlegen jeder optischen Faser (34) erwärmt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das die Umhüllung (22) bildende plastische Material durch Strangpressen auf die Seele (21) bei deren Vorschub entlang der Vorschubbahn aufgebracht wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (22) mit schraubenförmig verlaufenden Nuten (24) geformt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Umhüllung (22) eine parallel zu den Nuten (24) verlaufende Positionierungsrinne (23) eingeformt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (21, 22) nach dem Einlegen aller optischen Fasern (34) in die zugehörigen Nuten (24) und dem Umbiegen aller Lippen (25) bandagiert wird.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Vorschubbahn für den Kern, Einrichtungen zum kontinuierlichen Vorschub des Kerns entlang der Vorschubbahn, Abgabespulen für die optischen Fasern und wenigstens einer Faserführung zum Auflegen jeder optischen Faser auf den Kern, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Vorschubbahn mehrere Einbringvorrichtungen (16) angeordnet sind, von denen jede eine Abgabespule (17) für eine optische Faser (34), eine Faserführung (18; 19) und eine Vorrichtung (20) zum Umbiegen der Lippe bzw. Lippen (25) der zugeordneten Nut (24) enthält.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede Einbringvorrichtung (16) so ausgebildet ist. daß die optische Faser (34) durch ihr Eigengewicht in die zugeordnete Nut (24) des entlang der Vorschubbahn horizontal vorgeschobenen Kerns (21,22) fällt
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch ίο gekennzeichnet, daß jede Umbiegevorrichtung (20) mit einer Einrichtung zum Erwärmen der Lippe bzw. Lippen (25) ausgestattet ist
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede Umbiegevorrichtung (20)
π durch eine Scheibe gebildet ist, die eine Mittelbohrung für der. Durchgang des Kerns (21,22) und einen Ausschnitt (32) von sich in axialer Richtung verringernder Höhe aufweist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jede Faserführung
(18; 19) eine Scheibe (19) aufweist, die eine Mittelbohrung für den Durchgang des Kerns (21,22) und einen Ausschnitt (31) von in axialer Richtung abnehmender Höhe für die Führung der Faser (34) η aufweist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mittelbohrung der bzw. jeder Scheibe (19, 20) ein Finger (33)
3« angebracht ist, der in die in der Umhüllung (22) gebildete Positionierungsrinne (23) ragt.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jede Faserführung (18; 19) ein Kapillarrohr aufweist, das bis über die
31) Umbiegevorrichtung (20) hinaus in die zugeordnete Nut (24) ragt.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15. dadurch gekennzeichnet, daß jede Einbringvorrichtung (16) eine Heizvorrichtung (15) zum Erwärmen des plastischen Materials der Umhüllung (22) enthält.
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