Beschreibung

Optisches übertragungselement mit hoher Temperaturfestigkeit

Die Erfindung betrifft ein optisches übertragungselement mit einer hohen Temperaturfestigkeit, bei dem mindestens ein Lichtwellenleiter in einer Aderhülle angeordnet ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein optisches Kabel mit einem optischen übertragungselement, bei dem mindestens ein Licht- Wellenleiter in einer Aderhülle angeordnet ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen optischen übertragungselements sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen optischen Kabels.

Bei einer Ausführungsform eines optische Kabel sind so genannte Mikromodule als optische übertragungselemente von einem Kabelmantel umgeben. Ein Mikromodul enthält mehrere Lichtwellenleiter, die von einer dünnen Aderhülle umgeben sind. Zweck der Mikromodule ist die Bündelung mehrerer Licht- Wellenleiter und deren farbliche Kennzeichnung. Die Aderhülle eines Mikromoduls besteht derzeit aus Polymermischungen, die in Extrusionsanlagen für Dünnschichtextrusion als dünne Hüllschicht um die Lichtwellenleiter extrudiert wird.

In den Extrusionsanlagen werden die Polymermischungen geschmolzen. Beim Extrusionsvorgang wird die geschmolzene Polymermischung durch Düsen gepresst und als Aderhülle um die Lichtwellenleiter und die Füllmasse extrudiert. Polymere sind langkettige Moleküle, die insbesondere schwer zu verarbeiten sind, wenn dünne Schichten, beispielsweise Aderhüllen gefertigt werden. Eine technische Herausforderung stellt insbesondere die Dünnschichtextrusion von Polymermaterialien bei hohen Geschwindigkeiten dar. Derzeit stellt eine Erhöhung der

Verarbeitungsgeschwindigkeit des geschmolzenen Polymers während des Extrusionsvorgangs als auch eine Verringerung der Schichtstärken der Hülle eines Mikromoduls ein technisches Problem dar. Weitere Schwierigkeiten treten dadurch auf, dass Polymermaterialien nur in niedrigen Temperaturbereichen einsetzbar sind. Die derzeit eingesetzten niedrig schmelzenden Polymermaterialien weisen eine Schmelztemperatur zwischen 70 ⁰ C und 80 ⁰ C auf.

Es soll im Folgenden ein optisches übertragungselement angegeben werden, zu dessen Herstellung Materialien verwendet werden, die leicht verarbeitbar sind und einen breiten Anwendungsbereich erlauben. Des Weiteren ist es wünschenswert ein optisches Kabel anzugeben, das optische übertragungselemente enthält, die leicht verarbeitbar sind und in einem breiten

Anwendungsbereich einsetzbar sind. Es besteht ferner Bedarf, ein Verfahren zur Herstellung eines optischen übertragungselements anzugeben, bei dem Materialien verwendet werden, die leicht verarbeitbar sind und einen breiten Anwendungsbereich des optischen übertragungselements ermöglichen. Des Weiteren soll ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Kabels angegeben werden, bei dem optische übertragungselemente verwendet werden, die Materialien enthalten, die leicht zu verarbeiten sind und die es erlauben, das optische Kabel in einem breiten Anwendungsbereich einzusetzen.

Gemäß einer möglichen Ausführungsform des optischen übertragungselements umfasst das optische übertragungselement mindestens einen Lichtwellenleiter, der eine Glasfaser enthält. Des Weiteren umfasst das optische übertragungselement eine Hülle, die einen Raum umgibt, in dem der mindestens eine Lichtwellenleiter enthalten ist. Die Hülle ist aus einem Material gebildet ist, das ein Harz umfasst.

Bisher wurde zur Herstellung derartiger Hüllen, beispielsweise Aderhüllen, von optischen übertragungselementen Polymermischungen verwendet. Die Umhüllung der einzelnen Lichtwellen- leiter erfolge auf Extrusionanlagen für Dünnschichtextrusion . Insbesondere die Dünnschichtextrusion von Polymeren bei hohen Geschwindigkeiten stellt ein technisches Problem dar. Des Weiteren wird bei einem optischen übertragungselement gefordert, dass die Aderhülle leicht entfernbar sein soll. Dazu ist beispielsweise eine Verringerung der Schichtstärke der

Aderhülle erforderlich. Sowohl weitere Geschwindigkeitserhöhungen als auch eine Verringerung der Schichtstärken erscheinen derzeit bei der Verwendung von Polymermischungen als Material für die Aderhüllen aus technischen Gründen weitestge- hend nicht mehr möglich. Des Weiteren lassen die derzeit eingesetzten Polymersysteme nur beschränkte Temperaturbereiche zu. So sollte bei einem optischen übertragungselement, bei dem als Material für dessen Aderhülle eine Polymermischung verwendet wird, eine Betriebstemperatur von 70 ⁰ C bis 80 ⁰ C nicht überschritten werden.

Durch die Verwendung von Harzsystemen als Ersatz der thermoplastischen Polymere werden etliche Vorteile erzielt. So können beispielsweise höhere Verarbeitungsgeschwindigkeiten er- reicht werden. Des Weiteren weisen optische übertragungselemente, deren Aderhüllen aus einem Material aus Harz ausgebildet sind, eine höhere Temperaturbeständigkeit auf. Das Harzsystem ist chemisch so ausgeführt, dass durch ein Einstellen der Oligomer und/oder Füllstoffe des Harzes, beispielsweise eines Acrylatharzes, ein leichtes Absetzen der Hülle möglich ist .

Das Material aus dem Harz der Hülle kann ein Acrylat enthalten. In das Material aus dem Harz der Hülle kann auch ein Füllstoff eingemischt sein. So können beispielsweise anorganische Materialien als Füllstoffe in das Harz eingemischt sein. Des Weiteren können Glasfaserabschnitte, Kreide oder Magnesiumhydroxid als Füllstoff in das Material aus dem Harz der Hülle eingemischt sein.

Bei einer Bestrahlung des Materials mit Licht kann sich in dem Material aus dem Harz der Hülle eine Netzstruktur ausbilden. Das Material aus dem Harz der Hülle kann beispielsweise Fotoinitiatoren enthalten, wobei sich in dem Material aus dem Harz der Hülle bei der Bestrahlung der Fotoinitiatoren mit ultraviolettem Licht eine Netzstruktur ausbildet.

Das Material aus dem Harz der Hülle kann beispielsweise Moleküle der Methacrylsäure aufweisen.

Der mindestens eine Lichtwellenleiter ist zum Beispiel in dem Raum, den die Hülle umgibt, beweglich angeordnet. Der Raum, den die Hülle umgibt, kann auch eine Füllmasse enthalten. Die Füllmasse kann beispielsweise Weiß- oder Parafinöle enthalten. Sie kann auch ein Material aus Gummi oder Aerosil enthalten .

Der mindestens eine Lichtwellenleiter kann eine Hülle enthalten, die mindestens eine Glasfaser kompakt umgibt. Beispielsweise ist die Hülle, die die mindestens eine Glasfaser umgibt, ebenfalls aus dem Material aus dem Harz ausgebildet.

Ein optisches Kabel umfasst mindestens ein optisches übertragungselement nach einer der oben genannten Ausführungsformen. Des Weiteren weist das optische Kabel einen Kabelmantel auf,

der einen Raum umgibt, in dem das mindestens eine optische übertragungselement enthalten ist.

Das mindestens eine optische übertragungselement ist in dem Raum, der von dem Kabelmantel umgeben ist, beweglich angeordnet. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass der Raum, der von dem Kabelmantel umgeben ist, eine Füllmasse enthält.

Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung eines opti- sehen übertragungselements angegeben.

Gemäß dem Verfahren ist vorgesehen, dass mindestens ein Lichtwellenleiter, der eine Glasfaser enthält, bereitgestellt wird. Ein Raum, in dem der mindestens eine Lichtwellenleiter enthalten ist, wird mit einer Hülle umgeben, wobei die Hülle aus einem Material gebildet wird, das ein Harz umfasst.

Als Material aus dem Harz kann ein Material verwendet werden, das ein Acrylat enthält. Als Acrylat kann ein Material ver- wendet werden, das Moleküle der Methacrylsäure enthält. Als Material aus dem Harz kann auch ein Material verwendet werden, das anorganische Füllstoffe enthält. Als anorganische Füllstoffe können beispielsweise Glasfaserabschnitte, Kreide und/oder Magnesiumhydroxid verwendet werden.

Vor dem Schritt des Umgebens des mindestens einen Lichtwellenleiters mit der Hülle wird der mindestens eine Lichtwellenleiter mit einer Füllmasse umgeben. Beispielsweise erfolgen der Schritt des Umgebens des mindestens einen Lichtwel- lenleiters mit der Füllmasse und der Schritt des Umgebens der Füllmasse mit der Hülle zur gleichen Zeit. Der Schritt des Umgebens des mindestens einen Lichtwellenleiters mit der Füllmasse und der Schritt des Umgebens der Füllmasse mit der

Hülle können beispielsweise erfolgen, indem der mindestens eine Lichtwellenleiter mit der Füllmasse benetzt wird und die Füllmasse zur gleichen Zeit mit dem Material aus dem Harz benetzt wird. Beispielsweise kann mittels einer Doppelschicht- Benetzung in einem Arbeitsgang die Füllmasse und das Harzsystem aufgebracht werden. Die zu beschichtenden Lichtwellenleiter können dabei durch ein einziges Werkzeugsystem laufen. Da nur ein Werkzeugsystem verwendet wird, wird das Anfahren und Bedienen einer maschinellen Anlage erleichtert. Durch die Doppelschicht-Benetzung lassen sich des Weiteren höhere Produktionsgeschwindigkeiten erzielen und dünnere Hüllschichten ausbilden als dies bei der Fertigung der Hülle mit einer erwärmten Polymermischung möglich ist. So lassen sich beispielsweise Produktionsgeschwindigkeiten zwischen 500 und 700 m/min erzielen und durch die Verwendung von Harzsystemen dünne Hüllschicht zwischen 0,05 mm und 0,5 mm fertigen.

Gemäß dem Verfahren kann das Material aus dem Harz durch Bestrahlen mit Licht nach dem Schritt des Benetzens des mindes- tens einen Lichtwellenleiters mit der Füllmasse und dem Material aus dem Harz ausgehärtet werden.

Gemäß einem Verfahren zur Herstellung eines optischen Kabels wird mindestens ein optisches übertragungselement nach einer der oben genannten Ausführungsformen hergestellt. Das mindestens eine optische übertragungselement wird mit einem Kabelmantel umgeben.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren, die Aus- führungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zeigen, näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Ausführungsform eines optischen übertragungselements mit einer Hülle aus einem leicht zu verarbeitenden Material, das bei hohen Temperaturen einsetzbar ist,

Figur 2 eine Ausführungsform eines optischen Kabels mit optischen übertragungselementen, die Materialien enthalten, die eine leichte Verarbeitung und einen Einsatz des Kabels bei hohen Temperaturen ermögli- chen,

Figur 3 eine Ausführungsform einer Fertigungslinie zur Herstellung eines optischen übertragungselements, das Materialien aufweist, die leicht zu verarbeiten sind und einen Einsatz des optischen übertragungselements bei hohen Temperaturen ermöglichen,

Figur 4 eine weitere Ausführungsform einer Fertigungslinie zur Herstellung eines optischen Kabels, bei dem op- tische übertragungselemente verwendet werden, die

Materialien enthalten, die eine leichte Verarbeitung und einen Einsatz des optischen Kabels bei hohen Temperaturen ermöglichen.

Figur 1 zeigt eine Ausführungsform eines optischen übertragungselements, bei dem mehrere Lichtwellenleiter 10 als Bündel angeordnet sind und von einer Hülle 30 umgeben sind. Die Lichtwellenleiter 10 sind beispielsweise als Festadern ausgebildet, die eine Glasfaser 1 enthalten, die von einer kompak- ten Hülle 2 umgeben ist. In einem Raum 20, der von der Hülle 30 umgeben ist, ist eine Füllmasse 21 enthalten. Die Füllmasse 21 enthält gelartig eingestellte Kunststoffe. Sie kann

beispielsweise ein Gemisch aus Weiß- oder Paraffinöl, Gummi und Aerosilen aufweisen.

Die Hülle 30 des optischen übertragungselements enthält an- stelle der bisher üblichen Polymermischungen ein Material aus einem Harz. Die Hülle 30 kann beispielsweise Acrylate enthalten. Die verwendeten Acrylate sind vorzugsweise Moleküle der Methacrylsäure . Sie enthalten Monomere mit kurzer Kettenlänge und Oligomere mit längerer Kettenlänge. Die mechanischen Ei- genschaften des Acrylatharzes, wie beispielsweise Härte,

Reißdehnung und Verformbarkeit, sind über den Oligomeranteil der Acrylate einstellbar. Je höher der Oligomeranteil ist, desto härter wird das Harz und somit die Hülle 30 des optischen übertragungselements.

In das Material aus den Acrylaten der Hülle 30 können des Weiteren Füllstoffe eingemischt sein. Im Wesentlichen werden anorganische Materialien eingesetzt. Verwendet werden beispielsweise Kreide oder Magnesiumhydroxide. Des Weiteren ist es möglich, in den Acrylaten zusätzlich Glasfaserabschnitte 31 einzubetten. Das Harzsystem der Hülle 30 ist vorzugsweise als ein Acrylatsystem ausgebildet, das bei Bestrahlung mit Licht, beispielsweise mit ultraviolettem Licht, eine netzartige Struktur ausbildet und dabei aushärtet. Die gleichen Ma- terialien, die für die Hülle 30 des optischen übertragungselements verwendet werden, können auch für die Hülle 2, die die Glasfaser 1 kompakt umgibt, eingesetzt werden.

Figur 2 zeigt eine Ausführungsform eines optischen Kabels, das mehrere optische übertragungselemente, die den so genannte Mikromodulen der Figur 1 entsprechen, enthält. Die Mikro- module enthalten mehrere zu einem Bündel angeordnete Lichtwellenleiter 10, die von einer Hülle 30, die aus den oben ge-

nannten Harzsystemen gefertigt ist, umgeben sind. Mehrere derartige Mikromodule sind in einer Kabelseele 200 des optischen Kabels angeordnet. Um die Kabelseele 200 ist ein Außenmantel, beispielsweise aus einem Kunststoff wie Polyethylen, extrudiert. Die Mikromodule können innerhalb der Kabelseele beweglich angeordnet sein oder von einer Füllmasse umgeben sein. Sie können auch innerhalb der Füllmasse beweglich angeordnet sein.

Figur 3 zeigt eine Fertigungslinie zur Herstellung eines optischen übertragungselements des optischen Kabels. Dabei werden mehrere Lichtwellenleiter 10 einer Verarbeitungseinheit Vl zugeführt. An die Verarbeitungseinheit Vl sind ein Behälter Bl und ein Behälter B2 angeschlossen. In dem Behälter Bl befindet sich die Füllmasse 21. In der Verarbeitungseinheit Vl werden die Lichtwellenleiter von der erwärmten Füllmasse 21 umgeben. Als Füllmassen werden dabei beispielsweise Gemische aus Weiß- oder Paraffinölen, Gummi und/oder Aerosilen eingesetzt .

Des Weiteren wird in der Verarbeitungseinheit Vl die Hülle 30 aus einem Material aus einem Harz um die Füllmasse 21 gespritzt. Dazu ist die Verarbeitungseinheit Vl mit einem Behälter B2 verbunden, der das Material aus dem Harz (Harzsys- tem) enthält. Das Harzsystem enthält im Wesentlichen ein Ac- rylat, das mit einem Füllstoff versetzt sein kann. Als Füllstoff werden dem Acrylat beispielsweise anorganische Materialien hinzugefügt. Dabei kommen beispielsweise Füllstoffe aus Kreide oder Magnesiumhydroxid zum Einsatz. Des Weiteren kön- nen in der Verarbeitungseinheit Vl dem Harzsystem auch Glasfasern zugemischt werden. Die in der Verarbeitungseinheit Vl als Hülle aufgebrachten Acrylatharze enthalten beispielsweise Moleküle der Methacrylsäure . Diese enthalten Monomere und O-

ligomere. Die mechanischen Eigenschaften des Acrylatharzes, insbesondere die Härte, Reißdehnung und Verformbarkeit der Hülle 30, lassen sich in der Verarbeitungseinheit Vl über den verwendeten Oligomeranteil einstellen. Je mehr Oligomere in dem Acrylatharz enthalten sind, desto härter wird die Hülle 30.

Die Hülle 30 sowie die Füllmasse 21 werden beispielsweise in einem Arbeitsgang aufgebracht. Das Aufbringen der Füllmasse 21 auf die Lichtwellenleiter 10 sowie das Umgeben der Füllmasse 21 mit der Mikromodulhülle 30 erfolgt beispielsweise durch eine Doppelschicht-Benetzung. Dabei werden die Füllmasse 21 sowie die Harzsysteme der Mikromodulhülle 30 beispielsweise durch eine Ringspaltdüse D aufgetragen. Das Material aus dem Harz des Behälters B2 ist bei der Verarbeitung in der Verarbeitungseinheit Vl eine wässrige Lösung, die durch Düsenprozesse bei Raumtemperatur aufgebracht wird.

Durch die Verwendung von Harzsystemen, die als wässrige Lo- sung aufgebracht werden, lassen sich sehr hohe Verarbeitungsgeschwindigkeiten erzielen. Die Verarbeitungsgeschwindigkeiten liegen dabei im Bereich zwischen 500 und 700 m/min. Dies entspricht den 3- bis 4-fachen Geschwindigkeiten, die bei der Extrusion von Polymermaterialien, die bisher als Mikromodul- hülle verwendet worden sind, möglich waren. Des Weiteren lässt sich die Hüllschicht 30, die als wässrige Lösung durch einen Benetzungsvorgang aufgebracht wird, besonders dünn ausbilden. Bei der Verwendung der Acrylatharzsysteme als Materialien für die Hüllschicht 30 lässt sich dadurch eine Schicht- dicke der Hüllschicht im Bereich von 0,05 bis 0,5 mm erzielen .

Nach dem Benetzen der Lichtwellenleiter mit der Füllmasse 21 und den Harzsystemen der Hülle 30 wird die wässrige Schicht der Hülle 30 mit Licht, beispielsweise ultraviolettem Licht, bestrahlt. In dem Material aus dem Harz sind vorzugsweise Fo- toinitiatoren enthalten, die bei Bestrahlung mit ultraviolettem Licht innerhalb des Harzmaterials eine Netzstruktur ausbilden. Wenn diese UV-Harzsysteme vollständig vernetzt sind, entsteht ein duroplastischer beziehungsweise elastomerischer Zustand, der sich auch bei hoher Wärmezufuhr nicht mehr auf- löst. Dadurch ist es möglich, die optischen übertragungselemente auch in Umgebungen mit hoher Temperatur zu verwenden. Die bisher verwendeten Polymermaterialien, die im Allgemeinen als niedrig schmelzende Thermoplaste ausgebildet waren, sind bereits bei 70° C bis 80° C geschmolzen. Die für die Hülle 30 eingesetzten UV-vernetzbaren Harzsysteme weisen dagegen eine höhere thermische Festigkeit auf. Die Viskositäten des Füllmaterials 21 und der Acrylatharze liegen vorzugsweise zwischen 4.000 bis 8.000 MPas . Die Verwendung von Harzsystemen für die Hülle 30 hat des Weiteren den Vorteil, dass das Mate- rial ohne große Kraftaufwendung abgezogen beziehungsweise abgeschält werden kann. Dadurch wird eine leichte Zugänglichkeit zu den Lichtwellenleitern ermöglicht.

Die Mikromodule, die die Verarbeitungseinheit Vl verlassen, werden nach Bestrahlung mit UV-Licht und dem Aushärteprozess aufgetrommelt . Zur Fertigung eines Kabels werden, wie in Figur 4 gezeigt, mehrere der aufgetrommelten Mikromodule 100 einer Verarbeitungseinheit V2 zugeführt. In der Verarbeitungseinheit V2 wird ein Außenmantel, beispielsweise ein Ka- belmantel aus Polyethylen, um die Mikromodule extrudiert. Der von dem Kabelmantel umschlossene Raum kann dabei füllmassenfrei ausgebildet sein, oder eine Füllmasse enthalten, in der die Mikromodule eingebettet sind.