DE2818575A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von kabel-elementen mit optischen fasern - Google Patents

Description

Patentanwälte ^ " I ο D / O

Dipl -Ing Dipl-Chem. Dipl.-lng.

E. Prinz - , Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

27. April 1978

LIGNES TELiCGRAPHIQUES

ET TELEPHONIQUES

89, rue de la Faisanderie

75016 PARIS / Frankreich

Unser Zeichen: L 1058

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Kabel-Elementen

mit optischen Pasern

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Kabel-Elementen, bei denen optische Fasern für die Übertragung von Signalen verwendet werden.

Kabel-Elemente der von der Erfindung betroffenen Art sind insbesondere in der FR-OS 2 358 666 und in der französischen Patentanmeldung 77 04 699 beschrieben. Es handelt sich im wesentlichen um eine Struktur, die eine mechanisch widerstandsfähige Seele enthält, auf die durch Strangpressen ein plastisches Material aufgebracht ist, deren Querschnitt schraubenförmige Nuten aufweist, die zur Aufnahme der der Länge nach eingelegten optischen Fasern dienen. Später aufgebraohte Umhüllungen oder Mäntel umgeben ein Kabel-Element oder eine Gruppe solcher Kabel-Elemente, woduroh in an sich bekannter Weise ein Kabel gebildet wird.

80984S/0863

Nach der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Kabel-Elementen, die durch eine mechanisch feste Seele gebildet sind, die von einem dielektrischen Profilteil umgeben ist, das an seinem umfang schraubenförmige Nuten aufweist, an denen in der Längsrichtung verlaufende optische Fasern untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Seele in einer horizontalen Ebene abläuft;

- ein dielektrisches Plastikmaterial durch Strangpressen auf die Seele aufgebracht wird;

- das Element gekühlt wird;

- das Element getrocknet und vorerwärmt wird;

- das Element entlang einer vertikalen Achse durch einen horizontalen Kranz läuft, der eine Gruppe von Abgabespulen für optische Fasern trägt;

- die optischen Fasern in die Nuten der stranggepreßten Umhüllung aus dielektrischem Plastikmaterial unter der kombinierten Wirkung der Schwerkraft und von Kräften eingebracht wird, die von einem Druckgas ausgeübt werden, das durch in einer konischen Führung vorgesehene Düsen austritt;

- die Anordnung mit einem Band umwickelt wird;

- das Kabel-Element entlang der vertikalen Achse gezogen wird;

- das Kabel-Element auf eine Spule mit horizontaler Achse aufgewickelt wird.

B 0 9 8 4 B / G 8 6 3

Eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung enthält eine Abgabespule, die die zentrale Seele des Kabel-Elements trägt, eine Strangpresse und eine Temperiervorrichtung, und sie ist dadurch gekennzeichnet, daß sie Einrichtungen zum Vorschub der Seele in vertikaler Richtung enthält, daß ein horizontaler kreisrunder Kranz vorgesehen ist, der eine Mittelöffnung als Durchgang für die vertikal ablaufende Seele des Kabel-Elements aufweist und um die Kabel-Seele N Umdrehungen pro Sekunde ausführt, wobei N die Beziehung N = v/p erfüllt, in welcher ν die Vorschubgeschwindigkeit des Kabel-Elements und ρ die Steigung der schraubenförmigen Nuten ist, daß der Kranz die Abgabespulen für die optischen Fasern trägt, die eine fest mit dem Kranz verbundene Führung versorgen, die wenigstens eine Luftzuführungsdüse gegenüber jeder optischen Faser aufweist, durch welche die Faser in die zu ihrer Aufnahme bestimmte Nut gedrückt wird, daß eine Bandagiervorrichtung vorgesehen ist, und daß Einrichtungen vorgesehen sind, die das Kabel-Element in eine horizontale Richtung zu einer Aufnahmevorrichtung umlenken.

Bei einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung steht der Kranz fest, während sich die Abgabestation und die Aufnahmestation drehen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt den Vorteil, daß es die Ausübung von Zugkräften auf die optischen Fasern bei der Herstellung der Kabel-Elemente auf ein Mindestmaß herabsetzt. Es werden nämlich nicht nur die optischen Fasern mit einer Geschwindigkeit geliefert, die von der Vorschubgeschwindigkeit des Kabel-Elements abhängt, so τι

η 9 η h b ι η π R

dem die Pasern werden auch schraubenförmig mit der Steigung der Nuten in diese eingelegt und auf deren Grund gedrückt, ohne daß sie einer Reibung ausgesetzt sind. Die Erwärmung der Umhüllung vor dem Einführen der Fasern ergibt eine Ausdehnung der Nutenabmessungen, wodurch das Einlegen der Fasern erleichtert und die Restspannung der Pasern verringert wird. In bestimmten Fällen ist es infolge der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Fasern und der Umhüllung sogar möglich, eine negative Zugspannung (Kompression) auf die Faser auszuüben. Die Dimensionen der optischen Fasern erleichtern die Ausbildung des rotierenden Kranzes, und dessen Drehzahl kann groß sein, so daß eine große lineare Vorschubgeschwindigkeit möglich ist, ohne daß mechanisch komplizierte Regeleinrichtungen notwendig sind.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen: Figur 1 die Folge der Verfahrensschritte bei dem erfindungsgemäßen Verfahren,
Figur 2 eine Gesamtansicht der Vorrichtung zur Durchführung

des erfindungsgemäßen Verfahrens, Figur 3 eine Querschnittsansicht des dielektrischen Materials nach dem Strangpressen,

Figur 4 einen Längsschnitt durch die Faserführung, Figur 5 einen Querschnitt durch die Faserführung, Figur 6 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform der Faserführung und Figur 7 einen Querschnitt durch das fertige Kabel-Element.

809845/0863

Die Figuren 1 und 2 zeigen die FoIge der Verfahrensschritte bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Der Verfahrensschritt 1 ist das Abspulen der mechanisch festen zentralen Seele von der Abgabespule 10 in Figur 2 in horizontaler Richtung unter der Wirkung eines Zugorgans, das an einer weiter hinten liegenden Stelle angeordnet ist und durch einen Raupenabzug 19 dargestellt ist.

Der Verfahrensschritt 2 ist das Formen des dielektrischen Materials mit Hilfe der Strangpresse 11. Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch das Kabel-Element nach dem Strangpressen. Die Schnittansicht zeigt die zentrale Seele des Kabel-Elements, die durch einen einzigen, in der Längsrichtung verlaufenden Strang gebildet ist, das thermoplastische dielektrische Material 22, eine Positionierungs-Rinne 23 mit rechteckigem Querschnitt und die Nuten 24-, die jeweils zur Aufnahme einer optischen Faser bestimmt sind. Die Rinne 23 und die Nuten 24 verlaufen parallel entlang Schraubenlinien auf der Oberfläche des dielektrischen Materials 22 mit einer Steigung ρ und einem konstanten Winkelabstand von Δ Grad.

Der Verfahrensschritt 3 ist das Temperieren der mit der Umhüllung versehenen Seele. Dies erfolgt durch eine Abkühlung in einem Wasserbehälter 12. Auf diesen Vorgang folgt ein Trocknen mit Warmluft, wodurch die Umhüllung vorgewärmt wird, damit sie sich ausdehnt.

Im Verfahrensschritt 5 werden alle optischen Fasern gleichzeitig mit Hilfe der in Figur 2 dargestellten Vorrichtung 13 in die Nuten der stranggepreßten und vorgewärmten Struktur eingelegt, die in vertikaler Richtung abläuft. Die Vor-

809845/0863

28Ί8575

richtung 13 enthält einen kreisrunden Kranz 14, der mit einer Mittelöffnung versehen ist, die als Durchlaß für das Kabel-Element dient, das in vertikaler Richtung entlang der Drehachse des Kranzes 14 abläuft. Der Kranz führt N Umdrehungen pro Sekunde aus, wobei N durch die Beziehung F = v/p gegeben ist; dabei sind ν die Vorschubgeschwindigkeit des Kabel-Elements und ρ die Steigung der schraubenförmigen Nuten, die in dem Profil des dielektrischen Materials vorgesehen sind. Der Kranz 14 trägt die Abgabespulen 15 für die optischen Fasern, deren Abgabe in Abhängigkeit von der Vorschubgeschwindigkeit, der Steigung und dem Durchmesser der Pasern auf der Spule geregelt ist. Die Drehung des Kranzes 14 wird durch einen optischen Abtaster 16 in Verbindung mit der Rinne 23 geregelt ist. Die Positionierung der Fasern in den Nuten 24 der stranggepreßten Struktur erfolgt durch eine Führung 17, von der zwei Ausführungsformen in den Figuren 4 und 6 dargestellt sind. Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch die Führung 17 entlang der Linie A-B in Figur 4. Die Führung 17 hat einen Finger 33, der in die Positionierungsrinne 23 ragt, so daß die Führung sehr genau der Position des Kabel-Elements folgt und insbesondere jede Drehung mitmacht, die das Kabel-Element im Verlauf des Vorschubs ausführen kann. Figur 4 zeigt eine optische Faser 25, die an ihrem unteren Ende in eine Nut 24 des dielektrischen Materials 22 eingebracht ist. Ein Luftstrahl, der durch eine Düse von oben nach unten eingeblasen wird, schiebt die Faöer vorwärts, wodurch jede Reibung zwischen der Faser und der Nut vermieden wird. Ein zweiter Luftstrahl, der über eine untere Düse 31 eingeblasen wird, drückt die Faser am unteren Ende der Faserführung 17 in die Nut 24.

80984 5/0863

Der Verfahrensschritt 6 ist ein Bandagieren, das unmittelbar am Austritt der Faserführung 17 durchgeführt wird, wie schematisch bei 18 in Figur 2 angedeutet ist.

Im Verfahrensschritt 7 wird das fertige Kabel-Element auf eine Aufwickelspule 20 aufgewickelt.

Eine abgeänderte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß eine rotierende Abgabevorrichtung verwendet wird, welche die zentrale Seele zu einer Strangpresse liefert, die ein rotierendes Werkzeug enthält, während der Kranz 14 feststehend gehalten wird. Der Antrieb des Kabel-Elements erfolgt durch einen rotierenden Raupenabzug, und das Kabel-Element wird in einer rotierenden Aufnahmestation auf eine Spule aufgewickelt. Bei dieser Ausführungsform werden, wie auch bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform, Bestandteile von herkömmlichen Kabelherstellungsmaschinen verwendet, mit Ausnahme der Faserführung 17.

Bei der in Figur 4 im Längsschnitt und in Figur 5 im Querschnitt dargestellten Faserführung geht die mit der dielektrischen Umhüllung 22 versehene zentrale Seele 21 durch das Innere einer kegeIstumpfförmigen Faserführung 17, deren Innenfläche Nuten mit Ω-förmigem Profil (Figur 5) aufweist, in welche die von den Abgabespulen 15 gelieferten optischen Fasern 25 eingeführt werden. Die Innenfläche der Faserführung 17 weist an ihrer engsten Stelle einen Finger 33 auf, der in die Positionierungsrinne 23 der Umhüllung ragt und die Winkelstellung der Faserführung 17 derjenigen der Umhüllung 22 nachstellt. Die optischen Fasern werden nach unten durch einen Druckluftstrahl mitgenommen, der durch dlo Düse 30 kommt. Wenn eine Vorerwärmurig der Seele angewendet wird, um ei if; Umhüllung vor dom ELnlogtm der Fasern auszudehnen, wird

B (J 9 H 4 5 / 0 8 6 3

28Ί8575

vorzugsweise die eingeblasene Luft erwärmt, damit ein Abkühlen der Umhüllung vermieden wird. Ein zweiter
Luftstrahl, der durch die Düse 31 eingeblasen wird,
drückt die Paser in die zugeordnete Nut 24·. Da das
Einlegen entlang der Tangente an die von der Nut gebildete Schraubenlinie erfolgt, verläuft die Easer in einem konstanten Winkel zur Achse X-X, und das Einlegen kann ohne Kraftausübung auf die Easer erfolgen; die
Easerführung 17 dreht sich nicht gegenüber der zentralen Seele, da der Finger 33 die Easerführung in fester Beziehung zur Seele hält. Die Querabmessungen der Nuten an der Innenfläche der Easerführung verringern sich in dem Maße, wie der Durchmesser der Easerführung abnimmt.

Die Ausführungsform von Eigur 6 enthält eine Easerführung, die durch zwei konzentrische Ringe 34· und 35 gebildet ist, die Mittelöffnungen für den Durchgang der Seele 22 aufweisen. Am Umfang des oberen Rings sind
Öffnungen 36 vorgesehen, von denen jede als Durchgang für eine optische Faser 25 dient. Am Umfang des unteren Rings 35 sind Öffnungen angebracht, in welche die oberen Enden von Kapillarrohren 37 eingesetzt sind, durch welche die optischen Fasern hindurchgehen. Der untere Teil jedes dieser Kapillarrohre ist in der entsprechenden Nut der Umhüllung 22 abgestützt. Bei Verwendung einer solchen Faserführung kann die Positionierungsrinne 23 des stranggepreßten Profils entfallen, da die Nachregelung der Faserführung durch die Kapillarrohre gewährleistet ist.

Eine Drehung des Kranzes H um + 180° ermöglicht eine Verkabelung mit abwechselnder Steigung.

809845/0863

¹² - 28Ί8575

Bei den beiden beschriebenen Ausführungsformen der Faserführung muß die Toleranz für den Durchmesser der stranggepreßten Umhüllung bekannt sein, damit der Innendurchmesser der Faserführung am unteren Teil in der Nähe des maximalen Durchmessers der Umhüllung liegt, unter Berücksichtigung der Dicke der noch nicht in ihre Nut eingetretenen Fasern. Die Ausdehnung der Umhüllung durch die Vorerwärmung ermöglicht die Verringerung des Spiels, wobei gegebenenfalls eine Kalibrierung der Umhüllung vor dem Durchgang durch die Faserführung vorgenommen wird.

Bei einer praktischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden Kabel-Elemente der in Figur dargestellten Art mit einer Vorschubgeschwindigkeit zwischen 1 und 4 m/min hergestellt. Die Drehung der Seele ist so berechnet, daß eine Steigung der von den Fasern eingenommenen Schraubenlinie von etwa 200 mm erhalten wird. Für den Kleinstwert der obigen Vorschubgeschwindigkeit beträgt die Drehzahl 5 U/min. Die Abgabespulen für die optischen Fasern haben zwei Größen, nämlich Spulen von 165 mm Durchmesser und Spulen von 380 mm Durchmesser. Die verschiedenen Stationen zur Durchführung des Verfahrens verwenden im Handel erhältliche Bestandteile von Kabelherstellungsmaschinen.

809845/0883

Claims (6)

Patentansprüche

1.>Verfahren zur Herstellung von Kabel-Elementen, die -"'' durch eine mechanisch feste Seele gebildet sind, die von einem dielektrischen Profilteil umgeben ist, das an seinem Umfang schraubenförmige Nuten aufweist, in denen in der Längsrichtung verlaufende optische Fasern untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Seele in einer horizontalen Ebene abläuft;

- ein dielektrisches Plastikmaterial durch Strangpressen auf die Seele aufgebracht wird;

- das Element gekühlt wird;

- das Element getrocknet und vorerwärmt wird;

- das Element entlang einer vertikalen Achse durch einen horizontalen Kranz läuft, der eine Gruppe von Abgabespulen für optische Pasern trägt;

809848/0063

- die optischen Fasern in die Nuten der stranggepreßten Umhüllung aus dielektrischem Plastikmaterial unter der kombinierten Wirkung der Schwerkraft und von Kräften eingebracht wird, die von einem Druckgas ausgeübt werden, das durch in einer konischen Führung vorgesehene Düsen austritt;

- die Anordnung mit einem Band umwickelt wird;

- das Kabel-Element entlang der vertikalen Achse gezogen wird;

- das Kabel-Element auf eine Spule mit horizontaler Achse aufgewickelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abspulen, das Strangpressen, das Bandagieren, das Ziehen und das Aufwickeln des Kabel-Elements rotierend erfolgen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Abgabespulen für optische Pasern tragende Kranz um eine vertikale Achse rotiert.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine die zentrale Seele des Kabel-Elements enthaltende Abgabespule, eine Strangpresse, eine Kühlanordnung, eine Trocken- und Vorerwärme inrichtung, eine Einrichtung, die das Kabel-Element in vertikaler Richtung ablaufen läßt, einen horizontalen Kranz, der Vorräte an optischen Fasern trägt und in der Mitte eine Öffnung für den Durchgang des Kabel-Elements aufweist, eine fest mit dem Kabel-Element verbundene

809845/0833

faserführung, die für jede optische Faser wenigstens eine zugeordnete Düse aufweist, eine Bandagiereinriehtung, eine Einrichtung zur Umlenkung des Kabel-Elements in die horizontale Ebene und eine Aufnahmevorrichtung für das fertige Zabel-Element.

5. Torrichtung nach Anspruch 4* dadurch gekennzeichnet, daß die Faserführung durch ein kegelstumpfförmiges Teil gebildet ist, das an seinem oberen !Teil von maximalem Durchmesser eine Reihe von vertikalen Düsenöffnungen aufweist, die mit schraubenförmigen Nuten von Ω-förmigem Profil in Verbindung stehen, deren Querschnittsabmessung sich mit zunehmender Entfernung von dem oberen Teil verringert, und die in der Innenfläche des kegelstumpfförmigen Teils eingearbeitet sind, und das am unteren Teil eine Reihe von horizontalen Düsenöffnungen aufweist, die gleichfalls mit den Nuten in Verbindung stehen.

6. Vorrichtung na oh. Anspruch 4, daduroh gekennzeichnet, daß die Faserführung zwei koaxiale Kränze enthält, die übereinander angeordnet sind, daß der obere Kranz einen Durohmesser hat, der größer als der Durchmesser des unteren Kranzes ist, und eine Reihe von Öffnungen aufweist, durch die die optischen Fasern hindurchgehen und daß der untere Kranz Öffnungen aufweist, in welche Kapillarrohre eingeführt sind, durch die die optischen Fasern hindurchgehen, und die sich in die Nuten der Umhüllung erstrecken.

809845/0863