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Dokumentenidentifikation DE102005039482A1 22.02.2007
Titel Optisches Übertragungselement und Verfahren zum Herstellen eines optischen Übertragungselements
Anmelder CCS Technology, Inc., Wilmington, Del., US
Erfinder Kundis, Dieter, 96486 Lautertal, DE;
Stöcklein, Waldemar, Dr.rer.nat., 96450 Coburg, DE
Vertreter Epping Hermann Fischer, Patentanwaltsgesellschaft mbH, 80339 München
DE-Anmeldedatum 18.08.2005
DE-Aktenzeichen 102005039482
Offenlegungstag 22.02.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.02.2007
IPC-Hauptklasse G02B 6/036(2006.01)A, F, I, 20060302, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G02B 6/52(2006.01)A, L, I, 20060302, B, H, DE   
Zusammenfassung Ein optisches Übertragungssystem umfasst Lichtwellenleiter (1a, 1b, 1c, 1d), die in eine UV-aushärtende Schutzschicht (2) eingebettet sind. Die Lichtwellenleiter und die UV-aushärtende Schutzschicht sind von einer Hülle (3) umgeben, auf der kugelförmige Elemente (5) angeordnet sind. Auf der Hülle (3) und den darauf angeordneten kugelförmigen Elementen (5) ist eine leitfähige Schicht (4) aufgetragen, die gemessen bei einer Temperatur zwischen 18°C und 24°C und einer relativen Feuchte von 45 Prozent einen spezifischen Widerstand in einer Größenordnung von 5 · 1010 Ohm pro Meter aufweist. Bei einem derartigen optischen Übertragungselement wird eine elektrostatische Aufladung beim Einblasen des optischen Übertragungselements (10) in eine Leerröhre weitestgehend vermieden, so dass einblasbare Längen in einem Bereich zwischen 500 Metern und 1000 Metern erzielt werden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein optisches Übertragungselement sowie ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Übertragungselements, wobei das optische Übertragungselement vorzugsweise zum Einblasen in eine Leerröhre verwendet wird.

1 zeigt ein optisches Übertragungselement 10, das in seinem Inneren vier Lichtwellenleiter 1a, 1b, 1c und 1d enthält. Die Lichtwellenleiter sind in eine Schutzschicht 2 eingebettet. Die Schutzschicht 2 enthält beispielsweise ein UV-aushärtendes Acrylat. Die Schutzschicht 2 ist von einer äußeren Hülle 3 umgeben.

Zum Schutz von optischen Übertragungselementen vor einer Zug- und Druckbelastung sowie auch zum Schutz vor Verschmutzungen werden optische Übertragungselemente in Leerrohren geführt. Die optischen Übertragungselemente werden mit Druckluft in die Leerrohre eingeblasen. Die Leerrohre sind als Kunststoffröhren mit einem äußeren Durchmesser von circa 5 Millimetern und einem inneren Durchmesser von circa 3,5 Millimetern ausgebildet.

Die Länge, mit der ein optische Übertragungselement in eine Leerröhre eingeblasen werden kann, ist ein wesentliches Qualitätsmerkmal. Typische Einblaslängen liegen zwischen 500 Metern und 1.000 Meter, die bei unterschiedlichen klimatischen Bedingungen erreicht werden müssen. Zur Verringerung eines Reibungswiderstandes beim Einblasen eines optischen Übertragungselements in eine Leerröhre weist die Leerröhre im Allgemeinen eine gleitfähige Innenbeschichtung auf.

Die Druckschrift US 5,557,703 beschreibt eine Ausführungsform eines optische Übertragungselements, das zum Einblasen in eine Leerröhre verwendet wird. Zur Verbesserung des Einblasverhaltens und insbesondere zur Reduzierung einer Reibung zwischen dem optischen Übertragungselement und der Innenwand der Leerröhre sind auf einer Oberfläche der äußeren Hülle des optischen Übertragungselements kugelförmige Elemente angebracht. Der Reibungskoeffizient der kugelförmigen Elemente ist dabei vorzugsweise geringer als der Reibungskoeffizient des Materials, das für die Innenwand der Leerröhre verwendet wird.

2 zeigt die äußere Hülle 3 eines optischen Übertragungselements, auf der kugelförmige Elemente aufgebracht sind.

Trotz derartiger Maßnahmen lässt sich beim Einblasen eines optischen Übertragungselements in eine Leerröhre ein Reibungsvorgang zwischen der äußeren Hülle des optischen Übertragungselements und der Innenwand der Leerröhre nicht vermeiden. Einblasbare Längen in dem oben angegebenen Bereich zwischen 500 Metern und 1.000 Metern werden jedoch nur dann erreicht, wenn bei einem Einblasvorgang durch geeignete Maßnahmen eine elektrostatische Aufladung der optischen Elemente vermieden wird. Beim Einblasen der optischen Übertragungselemente kommt es im Allgemeinen durch die Reibung der optischen Übertragungselemente an der Innenbeschichtung der Leerröhre zu einer Aufladung der optischen Übertragungselemente. Die Ladungen auf der Oberfläche der optischen Übertragungselemente führen aufgrund der elektrostatischen Anziehung zwischen den optischen Übertragungselementen und der Innenwand der Leerröhre zu einer starken Haftung.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein optisches Übertragungselement anzugeben, bei dem beim Einblasen des optischen Übertragungselements in eine Leerröhre eine elektrostatische Aufladung des optischen Übertragungselements weitestgehend vermieden wird. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Übertragungselements anzugeben, bei dem beim Einblasen des optischen Übertragungselements in eine Leerröhre eine elektrostatische Aufladung des optischen Übertragungselements weitestgehend vermieden wird.

Die Aufgabe mit Bezug auf das optische Übertragungselement wird gelöst durch ein optisches Übertragungselement mit mindestens einem Lichtwellenleiter, mit einer Hülle, die den mindestens einen Lichtwellenleiter umgibt und bei dem auf der Hülle eine leitfähige Schicht aufgebracht ist, die einen spezifischen Widerstand zwischen 109 Ohm pro Meter und 1011 Ohm pro Meter aufweist.

Der spezifische Widerstand der leitfähigen Schicht liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 1011 Ohm pro Meter und 5·109 Ohm pro Meter, gemessen bei einer relativen Feuchte zwischen 30 Prozent und 70 Prozent.

In einer Ausführungsform weist der spezifische Widerstand der leitfähigen Schicht einen Wert von etwa 5·1010 Ohm pro Meter auf, gemessen bei einer relativen Feuchte von 45 Prozent und einer Temperatur zwischen 18 Grad Celsius und 24 Grad Celsius.

Gemäß einer Ausführung des optischen Übertragungselements enthält die leitfähige Schicht ein Laurinsäurederivat.

Bei einer anderen Ausgestaltungsform des optischen Übertragungselements weist die Hülle einen spezifischen Widerstand auf, der um mindestens drei Zehnerpotenzen größer ist als der spezifische Widerstand der leitfähigen Schicht.

Gemäß einer Weiterbildung des optischen Übertragungselements enthält die Hülle ein Material aus Kunststoff. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Hülle ein Urethan Acrylat. Die Hülle kann auch Nylon enthalten.

In einer anderen Ausführungsform des optischen Übertragungselements ist zwischen dem mindestens einen Lichtwellenleiter und der Hülle eine Schutzschicht angeordnet. Die Schutzschicht kann ein UV-aushärtendes Acrylat enthalten.

Gemäß einem weiteren Merkmal des optischen Übertragungselements weist die Schutzschicht einen spezifischen Widerstand auf, der um mindestens drei Zehnerpotenzen größer ist als der spezifische Widerstand der leitfähigen Schicht.

Eine Weiterbildung des optischen Übertragungselements sieht vor, dass auf der Hülle kugelförmige Elemente angeordnet sind, die von der leitfähigen Schicht umgeben sind. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die kugelförmigen Elemente als Kugeln aus Glas ausgebildet.

Im Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Übertragungselements angegeben. Danach ist mindestens ein Lichtwellenleiter bereitzustellen. Nachfolgend wird der mindestens eine Lichtwellenleiter mit einer Hülle umgeben.

Danach wird eine leitfähige Schicht auf die Hülle, die einen spezifischen Widerstand zwischen 109 Ohm pro Meter und 1011 Ohm pro Meter aufweist, aufgebracht.

In einer Ausbildung des Verfahrens wird die leitfähige Schicht durch Besprühen der Hülle mit einer Flüssigkeit, die ein Laurinsäurederivat enthält, auf die Hülle aufgebracht. Bei dem Verfahren wird die Konzentration des Laurinsäurederivats in der Flüssigkeit derart gewählt, dass der spezifische Widerstand der leitfähigen Schicht, gemessen bei einer relativen Feuchte von 45 Prozent und einer Temperatur zwischen 18 Grad Celsius und 24 Grad Celsius, nach einem Trocknen der leitfähigen Schicht einen Wert von etwa 5·1010 Ohm pro Meter aufweist.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine Flüssigkeit, beispielsweise eine Lösung, verwendet, die einen Alkohol enthält. Als alkoholischer Anteil der Lösung kann Isopropanol verwendet werden.

Eine Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass der mindestens eine Lichtwellenleiter vor dem Schritt des Umgebens des mindestens einen Lichtwellenleiters mit der Hülle in eine Schutzschicht eingebettet wird. Durch Erwärmen der Schutzschicht wird die Schutzschicht anschließend ausgehärtet.

Eine Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass vor dem Schritt des Aufbringens der leitfähigen Schicht kugelförmige Elementen auf der Hülle angeordnet werden. Nachfolgend wird die leitfähigen Schicht auf die Hülle und die kugelförmigen Elemente aufgebracht.

Vorzugsweise wird die Hülle durch Erwärmen der Hülle ausgehärtet.

Nach einem weiteren Verfahrensmerkmal erfolgt der Verfahrensschritt des Aufbringens der leitfähigen Schicht, so lange sich die Hülle infolge des Schrittes des Aushärtens der Hülle in einem erwärmten Zustand befindet. Nach dem Aufbringen der leitfähigen Schicht wird die leitfähige Schicht, die noch zunächst in einem flüssigen Zustand vorliegt, ausgetrocknet.

Das erfindungsgemäße optische Übertragungselement lässt sich bevorzugt zum Einblasen in eine Leerröhre verwenden. Durch die antistatische Wirkung der leitfähige Schicht können Aufladungen der Oberfläche des optischen Übertragungselements weitestgehend vermieden werden, die ansonsten beim Einblasen des optischen Übertragungselements in eine Leerröhre aufgrund der Reibung zwischen der Oberfläche des optischen Übertragungselements und der Innenbeschichtung der Leerröhre entstehen. Dadurch wird während eines Einblasvorgangs die Haftung des optischen Übertragungselements an der Innenwand der Leerröhre reduziert, wodurch das Einblasverhalten verbessert wird. Insbesondere lässt sich bei Verwendung eines derartigen optischen Übertragungselements die einblasbare Länge in eine Leerröhre erhöhen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren, die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zeigen, näher erläutert.

Es zeigen:

1 eine erste Ausführungsform eines optischen Übertragungselements zum Einblasen in eine Leerröhre,

2 eine Oberfläche einer äußeren Hülle eines optischen Übertragungselements zum Einblasen in eine Leerröhre,

3 eine weitere Ausführungsform eines optischen Übertragungselements zum Einblasen in eine Leerröhre,

4 den Verlauf eines spezifischen Widerstands einer leitfähigen äußeren Schicht eines optischen Übertragungselements aufgetragen über einer relativen Feuchte.

3 zeigt ein optisches Übertragungselement, das in seinem Inneren mehrere Lichtwellenleiter 1a, 1b, 1c und 1d aufweist. Die Lichtwellenleiter sind in eine Schutzschicht, beispielsweise ein UV-aushärtendes Acrylat, eingebettet. Die Lichtwellenleiter und die Schutzschicht sind von einer äußeren Hülle 3 umgeben. Die äußere Hülle 3 kann ein Acrylate, wie beispielsweise Urethan Acrylat, aufweisen. Sie kann auch aus Nylon ausgebildet sein.

Zur Verringerung eines Reibungswiderstandes sind auf der Hülle 3 kugelförmige Elemente 5 angeordnet, die im Vergleich zu einem Material der Innenbeschichtung einer Leerröhre einen niedrigen Reibungskoeffizient aufweisen. Die kugelförmigen Elemente sind beispielsweise Kugeln aus Glas. Erfindungsgemäß ist auf die Hülle 3 und über die kugelförmigen Elemente hinweg eine weitere Schicht 4 aufgetragen. Die weitere Schicht 4 ist als eine leitfähige Schicht, die somit eine antistatische Wirkung hat, ausgebildet.

Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen optischen Übertragungselements angegeben. Die Lichtwellenleiter 1a, 1b, 1c und 1d werden in einer Fertigungslinie in eine Schutzschicht 2 aus einem UV-aushärtenden Acrylat eingebettet. Die Schutzschicht 2 wird anschließend ausgetrocknet. Anschließend wird um die Lichtwellenleiter 1a, 1b, 1c und 1d und die Schutzschicht 2 eine Hülle 3 extrudiert, die ebenfalls ein Material aus einem UV-aushärtenden Acrylat enthält. Die Hülle 3 befindet sich danach in einem nassen und hochviskosen Zustand. In diesem Zustand durchläuft die Anordnung anschließend eine Kammer, in der die Hülle 3 mit kugelförmigen Elementen 5 bestückt wird. Die Hülle 3 wird anschließend durch Bestrahlung mit UV-Licht ausgehärtet. Durch die UV-Strahlung wird die Hülle 3 vernetzt und absorbiert dabei Wärme, wodurch die Hülle erwärmt wird. Im noch erwärmten Zustand der Hülle wird die leitfähige Schicht 4 auf die Hülle 3 und über die kugelförmigen Elemente 5 aufgetragen.

Dazu wird eine Lösung, die vorzugsweise ein Laurinsäurederivat enthält, über Sprühdüsen, die um die Hülle 3 umfänglich angeordnet sind, auf die Hülle 3 und die kugelförmigen Elemente 5 aufgesprüht. Das Laurinsäurederivat ist in einem Lösungsmittel, das vorzugsweise alkoholisch ist, gelöst. Als Lösungsmittel kann beispielsweise Isopropanol verwendet werden. Durch die Verwendung eines alkoholischen Lösungsmittels ist gewährleistet, dass sich die Lösung aus dem Laurinsäurederivat aufgrund der geringen Oberflächenspannung des Alkohols gleichmäßig auf der Hülle 3 und den kugelförmigen Elementen 5 verteilt. Durch die erhöhte Temperatur der Hülle 3 trocknet die aufgesprühte Flüssigkeit schnell aus. Der Alkohol verdampft dabei. Nach dem Austrocknungsprozeß sind die Hülle 3 und die kugelförmigen Elemente, wie in 3 gezeigt, von der leitfähigen Schicht 4 überzogen. Anschließend wird das optische Übertragungselement auf eine Trommel aufgewickelt.

4 zeigt einen spezifischen Widerstand der leitfähigen Schicht 4, der in Abhängigkeit von einer relativen Feuchte aufgetragen ist. Der spezifische Widerstand der leitfähigen Schicht liegt gemessen bei einer relativen Feuchte zwischen 30 Prozent und 70 Prozent in einem Bereich von 1011 Ohm pro Meter und 5·109 Ohm pro Meter. Der spezifische Widerstand der leitfähigen Schicht kann bei Verwendung einer Lösung aus einem Laurinsäurederivat durch die Konzentration des Laurinsäurederivates in der Lösung variiert werden. Als besonders vorteilhaft bei der Verwendung des optischen Übertragungselements zur Verhinderung einer elektrostatischen Aufladung beim Einblasen in eine Leerröhre hat sich eine leitfähige Schicht mit einem spezifischen Oberflächenwiderstand erwiesen, der gemessen bei einer Raumtemperatur zwischen 18 Grad Celsius und 24 Grad Celsius und einer relativen Feuchte von 45 Prozent einen Wert von 5·1010 Ohm pro Meter aufweist. Es hat sich gezeigt, dass mit dem angegeben Verfahren ein spezifischer Widerstand der leitfähigen Schicht 4 erreicht werden kann, dessen Schwankungsbereich bei ± 0,5·1010 Ohm pro Meter liegt.

Der spezifische Widerstand des erfindungsgemäßen optischen Übertragungselements lässt sich beispielsweise bestimmen, indem an einen Abschnitt des optischen Übertragungselements von circa zehn Zentimeter Länge eine Spannung angelegt wird und der dabei durch die leitfähige Schicht fließende Strom gemessen wird.

1
Lichtwellenleiter
2
Schutzschicht
3
Hülle
4
leitfähige Schicht
5
kugelförmiges Element
10
optisches Übertragungselement


Anspruch[de]
Optisches Übertragungselement

– mit mindestens einem Lichtwellenleiter (1a),

– mit einer Hülle (3), die den mindestens einen Lichtwellenleiter (1a) umgibt,

– bei dem auf der Hülle eine leitfähige Schicht (4) aufgebracht ist, die einen spezifischen Widerstand zwischen 109 Ohm pro Meter und 1011 Ohm pro Meter aufweist.
Optisches Übertragungselement nach Anspruch 1, bei dem der spezifische Widerstand der leitfähigen Schicht (4) gemessen bei einer relativen Feuchte zwischen 30 Prozent und 70 Prozent in einem Bereich zwischen 1011 Ohm pro Meter und 5·109 Ohm pro Meter liegt. Optisches Übertragungselement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem der spezifische Widerstand der leitfähigen Schicht (4) gemessen bei einer relativen Feuchte von 45 Prozent und einer Temperatur zwischen 18 Grad Celsius und 24 Grad Celsius einen Wert von etwa 5·1010 Ohm pro Meter aufweist. Optisches Übertragungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die leitfähige Schicht (4) ein Laurinsäurederivat enthält. Optisches Übertragungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Hülle (3) einen spezifischen Widerstand aufweist, der um mindestens drei Zehnerpotenzen größer ist als der spezifische Widerstand der leitfähigen Schicht (4). Optisches Übertragungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Hülle (3) ein Material aus Kunststoff enthält. Optisches Übertragungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Hülle (3) Nylon enthält. Optisches Übertragungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Hülle (3) ein Urethan Acrylat enthält. Optisches Übertragungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, beim dem zwischen dem mindestens einen Lichtwellenleiter (1a) und der Hülle (3) eine Schutzschicht (2) angeordnet ist. Optisches Übertragungselement nach Anspruch 9, bei dem die Schutzschicht (2) ein UV-aushärtendes Acrylat enthält. Optisches Übertragungselement nach einem der Ansprüche 9 oder 10, bei dem die Schutzschicht (2) einen spezifischen Widerstand aufweist, der um mindestens drei Zehnerpotenzen größer ist als der spezifische Widerstand der leitfähigen Schicht (4). Optisches Übertragungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem auf der Hülle (3) kugelförmige Elemente (5) angeordnet sind, die von der leitfähigen Schicht (4) umgeben sind. Optisches Übertragungselement nach Anspruch 12, bei dem die kugelförmigen Elemente als Kugeln (5) aus Glas ausgebildet sind. Verfahren zum Herstellen eines optischen Übertragungselements, umfassend die folgenden Schritte:

– Bereitstellen mindestens eines Lichtwellenleiters (1a),

– nachfolgend Umgeben des mindestens einen Lichtwellenleiters (1a) mit einer Hülle (3),

– nachfolgend Aufbringen einer leitfähigen Schicht (4) auf die Hülle (3), die einen spezifischen Widerstand zwischen 109 Ohm pro Meter und 1011 Ohm pro Meter aufweist.
Verfahren nach Anspruch 14, umfassend den folgenden Schritt:

Aufbringen der leitfähigen Schicht (4) auf die Hülle (3) durch Besprühen der Hülle mit einer Flüssigkeit, die ein Laurinsäurederivat enthält.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die Konzentration des Laurinsäurederivats in der Flüssigkeit derart gewählt wird, dass der spezifische Widerstand der leitfähigen Schicht (4), gemessen bei einer relativen Feuchte von 45 Prozent und einer Temperatur zwischen 18 Grad Celsius und 24 Grad Celsius, nach einem Trocknen der leitfähigen Schicht einen Wert von etwa 5·1010 Ohm pro Meter aufweist. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, bei dem die Flüssigkeit einen Alkohol enthält. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die Flüssigkeit Isopropanol enthält. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, umfassend die folgenden Schritte:

– Einbetten des mindestens einen Lichtwellenleiters (1a) in eine Schutzschicht (2) vor dem Schritt des Umgebens des mindestens einen Lichtwellenleiters (1a) mit der Hülle (3),

– nachfolgend Aushärten der Schutzschicht (2) durch Erwärmen der Schutzschicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, umfassend die folgenden Schritte:

– Anordnen von kugelförmigen Elementen (5) auf der Hülle (3) vor dem Schritt des Aufbringens der leitfähigen Schicht (4),

– nachfolgend Aufbringen der leitfähigen Schicht (4) auf die Hülle (3) und die kugelförmigen Elemente (5).
Verfahren nach Anspruch 20, umfassend den folgenden Schritt:

Aushärten der Hülle (3) durch Erwärmen der Hülle.
Verfahren nach Anspruch 21,

– bei dem der Schritt des Aufbringens der leitfähigen Schicht (4) erfolgt, so lange sich die Hülle (3) infolge des Schrittes des Aushärtens der Hülle in einem erwärmten Zustand befindet,

– nach dem Aufbringen der leitfähigen Schicht (4) Austrocknen der leitfähigen Schicht.
Verwendung eines optischen Übertragungselements nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zum Einblasen in eine Leerröhre.






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