DE19812314A1

DE19812314A1 - Ummantelung

Info

Publication number: DE19812314A1
Application number: DE19812314A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Prisnitz; Reiner Schneider
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-03-20
Filing date: 1998-03-20
Publication date: 1999-09-23
Also published as: EP1064658B1; DE59905746D1; EP1064658A1; US6846536B1; WO1999048114A1

Abstract

Rußgeschwärzte Kabelmäntel werden üblicherweise unter Verwendung eines Signierrades markiert. Die wesentlich flexiblere Technik der Laserbeschriftung kommt derzeit nicht zum Einsatz, da man die durch Materialabtrag erzeugte Gravur wegen des fehlenden Kontrastes nur schwer erkennen kann. DOLLAR A Die lasermarkierbare Ummantelung (9) besteht aus einer rußgeschwärzten inneren PE-Schicht (10) (Rußanteil 2,5 +- 0,5 Gew.-%) und einer 0,05-0,2 mm dicken, ebenfalls rußgeschwärzten äußeren PE-Schicht (11), die der Markierung dienende Laserstrahlung (lambda = 532 nm) vollständig absorbiert, bleibt die darunterliegende innere Schicht (10) intakt. Als abriebfeste Markierung dient eine weitgehende rußfreie, schaumartige Struktur, welche einfallendes Licht stark streut. DOLLAR A Lasermarkierbare Ummantelung für Kabelseelen, Adern usw.

Description

1. Einleitung und Stand der Technik

Der Mantel eines elektrischen oder optischen Nachrichtenka bels soll die aus den Verseilelementen (Lichtwellenleiteradern, Kupferadern, Blindelementen) den Stütz- und Zugelementen sowie der ggf. vorhandenen Bewicklung bestehende Kabelseele vor mechanischen, thermischen und che mischen Einwirkungen sowie vor Feuchte schützen. Bei den im Außenbereich verlegten Nachrichtenkabeln besteht der Mantel meist aus rußgeschwärztem Polyethylen (mit oder ohne Sperr schicht), da dieser leicht zu verarbeitende Kunststoff in einem weiten Temperaturbereich annähernd konstante dielektri sche Eigenschaften aufweist und er allen üblicherweise auf tretenden mechanischen und chemischen Belastungen standhält.

Die Markierung des Kabelmantels mit Zahlen, Buchstaben, Zei chen usw. kann man während der Mantelextrusion beispielsweise unter Verwendung eines Signierrades vornehmen. Mit Hilfe des Signierrades wird hierbei ein weißes Kunststoffpulver mit einer der gewünschten Markierung entsprechenden Verteilung auf den noch heißen, rußgeschwärzten Kunststoffmantel aufge bracht und durch die noch vorhandene Restwärme mit diesem verschmolzen.

Wesentlich schneller und flexibler lassen sich Kunststoffe durch Bestrahlung mit einer Lasersonde markieren (siehe bei spielsweise [1]-[2]). Abhängig von der Laserleistung, wird die äußere Kunststoffschicht hierbei lokal aufgeschmolzen, aufgeschäumt oder verdampft und deren Oberfläche oder Struk tur entsprechend verändert.

Im bestrahlten Bereich tritt eine Farbänderung auf, wenn man ein dem Kunststoff beigemischtes Pigment mit Hilfe einer auf ein Absorptionsmaximum des Pigments abgestimmten Lasersonde selektiv zerstört bzw. verbrennt (siehe beispielsweise [3] und [4]).

2. Gegenstand, Ziele und Vorteile der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine durch Bestrahlung mit Photonen markierbare, insbesondere lasermarkierbare Ummantelung, bei spielsweise für langgestreckte oder strangförmige Objekte (Kabelseelen jeder Art, insbesondere Seelen von Stromkabeln oder elektrischen bzw. optischen Nachrichtenkabeln). Die Um mantelung soll derart beschaffen sein, daß sich auf ihrer Oberfläche eine gut erkennbare, abriebfeste Markierung be rührungslos erzeugen läßt. Ummantelungen mit den in den Pa tentansprüchen 1 und 11 angegebenen Merkmalen besitzen diese Eigenschaft. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Ummantelungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Wie eingangs erwähnt, werden Kabelmäntel mit einem hohen Ruß anteil von bis zu 2,5 ± 0,5 Gew.-% bisher unter Verwendung eines Signierrades mit einer weißen, allerdings wenig ab riebfesten Markierung versehen. Die prinzipiell ebenfalls anwendbare Technik der Laserbeschriftung hat einen Material abtrag und damit eine Beschädigung des Kabelmantels zur Folge. Außerdem ist die erzeugte Gravur wegen des fehlenden Kontrastes nur schwer erkennbar.

Durch Verwendung der erfindungsgemäßen Ummantelung als See lenhülle lassen sich die geschilderten Nachteile vermeiden. Da die vergleichsweise dünne, einen niedrigeren Rußanteil aufweisende Außenschicht der Umantelung die einfallende La serstrahlung vollständig absorbiert, bleibt die darunterlie gende, die Schutzfunktion übernehmende Innenschicht intakt. Die abriebfeste, in der Außenschicht erzeugte Markierung er scheint als weiße Struktur vor einem schwarzen Hintergrund.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen erläu tert, wobei

Fig. 1 ein Nachrichtenkabel für den Außenbereich und

Fig. 2 den lasermarkierbaren Mantel des Außenkabels jeweils im Querschnitt zeigen.

4. Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

Die Seele des in Fig. 1 im Querschnitt dargestellten Nach richtenkabels 1 besteht aus dem Stahl oder glasfaserver stärkten Kunststoff gefertigten Zentralelement 2 (Knickschutz und/oder Zugentlastung), den konzentrisch in einer Lage um das Zentralelement 2 angeordneten Verseilelementen 3/4/5 so wie der Bewicklung 6. Ein die Zwickel der Seele ausfüllende Masse (Petrolat) stellt sicher, daß sich eindringendes Wasser nicht in Längsrichtung des Kabels 1 ausbreitet. Als Verseile lemente weist die Kabelseele einen sogenannten Kupfervierer 3, ein beispielsweise aus Polyethylen (PE) gefertigtes Blin delement 4 sowie drei Bündeladern 5 auf. Jede der Bündeladern 5 besteht aus einer Kunststoffhülle und mehreren darin ange ordneten, durch ein thixtropes Gel fixierten Lichtwellenlei terfasern 7. Als zugaufnehmende/zugentlastende Elemente finden insbesondere Aramidgarne 8 Verwendung. Sie sind zwi schen der Seelenbewicklung 6 und dem schwarzen Kabelmantel 9 angeordnet.

Wie der in Fig. 2 dargestellte Querschnitt nicht maßstabsge treu zeigt, ist der Mantel 9 des Nachrichtenkabels 1 ge schichtet aufgebaut. Die seelenseitige, etwa d = 2 mm dicke Innenschicht 10 des Mantels 9 besteht vorzugsweise aus einem rußgeschwärzten Polyethylen, insbesondere einem Polyethylen- Copolymer (Polyethylen-Ethylen-Venylacetat), dessen Rußgehalt beispielsweise 1-3 Gew.-%, insbesondere 2,5 ± 0,5 Gew.-% bei trägt. Als Material für die nur etwa 0,01-1,0 mm, vorzugs weise 0,05-0,2 mm, insbesondere 0,1 mm dicke Außenschicht 11 kommen Polyethylen oder das gut auf der Polyethylen-Innen schicht 10 haftende Polypropylen (PP) in Betracht.

Der als Markierungsfläche dienenden äußeren Mantelschicht 11 ist ebenfalls Ruß als Farbstoff beigemischt, wobei der Rußan teil im Bereich von 0,2-0,8 Gew.-%, insbesondere 0,2-0,5 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 0,3-0,4 Gew.-% liegt. Beide jeweils schwarz eingefärbte Mantelschichten 10/11 wer den durch Koextrusion auf die Kabelseele aufgebracht und miteinander verschweißt. Bestehen die als Kabelmantel 9 die nenden Schichten 10/11 aus unterschiedlichen Materialien, sorgt ein Haftvermittler oder ein Schmelz- bzw. Reaktionskle ber für deren feste Verbindung.

Zur Markierung des Kabelmantels 9 mit Zahlen, Buchstaben, Zeichen, Symbolen usw. beaufschlagt man dessen äußere Schicht 11 mit elektromagnetischer Strahlung der Wellenlänge 500 nm ≦ λ ≦ 1200 nm. Als Photonenquelle findet insbesondere ein gepulst betriebener Nd : YAG-Laser (Wellenlänge: λ = 1064 nm bzw. frequenzverdoppelt λ = 532 nm; Laserleistung: 90 W; Impulswiederholfrequenz: 20-50 kHz) Verwendung, dem bei spielsweise eine rechnergesteuerte Ablenkeinheit sowie eine Abbildungsoptik zugeordnet ist (siehe beispielsweise [1/2]). Die Ablenkeinheit kann insbesondere aus zwei um orthogonale Achsen drehbaren Spiegeln und einer entsprechenden Ansteuere lektronik bestehen. Der Gehalt an Ruß und die Dicke der äuße ren Mantelschicht 11 sind so gewählt, daß sie die auftref fende Laserstrahlung vollständig absorbiert. Die Laserstrah lung gelangt also nicht zur seelenseitigen Mantelschicht 10, so daß deren mechanische Stabilität und Dichtigkeit erhalten bleiben.

Als Folge des hohen Energieeintrags schmilzt das äußere Man telmaterial im Bereich des Laserfokus auf. Da der im Ruß ent haltene Kohlenstoff gleichzeitig zu CO₂ verbrennt, entsteht ein weitgehend rußfreier, schaumartig strukturierter Bereich, welcher einfallendes Licht sehr stark streut. Der mit der La sersonde abgetastete Bereich der äußeren Mantelschicht 11 erscheint somit als weiße Fläche vor einem schwarzen Hinter grund.

5. Ausgestaltung, Abwandlungen und Weiterbildungen

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das oben be schriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann man ohne weiteres

- auch die Seele eines elektrischen Nachrichten-/Stromkabels, ein Koaxialkabel, eine einen elektrischen Leiter aufwei sende Ader, eine Lichtwellenleiter-Ader oder eine Lichtwel lenleiter-Bündelader in der beschriebenen Weise ummanteln, wobei die innenseitige Schicht der Ummantelung nicht not wendigerweise Ruß oder Graphit enthalten muß (naturfarbenes Material);
- die innenseitige Schicht der Ummantelung geschichtet aus führen;
- einen Kabelmantel, ein Koaxialkabel oder eine Ader mit einem gut haftenden Material beschichten, welches den ge nannten Anteil von Ruß oder Graphit enthält und dieses Ma terial anschließend durch Bestrahlung mit Photonen markie ren;
- die Ummantelung mit zugentlastenden und/oder zugaufnehmen den Elementen (Aramidgarne, Stahldrähten usw.) versehen;
- die Ummantelung als Schlauch oder Rohr (Wasserschlauch, Rohr für die Fußbodenheizung, usw.) verwenden, wobei die innere Schicht der entsprechend bemessenen und ausreichend dick ausgeführten Ummantelung nicht notwendigerweise Ruß oder Graphit enthalten muß;
- anstelle des Polyethylens hoher, mittlerer oder niedriger Dichte (HDPE, MDPE, LDPE) oder des Polypropylens einen an deren Kunststoff zu verwenden, welcher für Strahlung der Wellenlänge 500 nm ≦ λ ≦ 1200 nm transparent oder zumindest durchscheinend ist;
- PVC (Polyvenylchlorid), PA (Polyamid), FEP (Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen), PFA (Perfluoralkoxi-Copolymer) oder EVA (Ethylen-Venylacetat) als Mantelmaterial verwenden;
- den Mantelmaterialien noch Stabilisato ren/Alterungsschutzmittel (Antioxidantien, Lichtschutzmit tel, UV-Absorber usw.) beimischen;
- auch nicht langgestreckte oder strangförmige Objekte in der beschriebenen Weise ummanteln bzw. mit einem den genannten Ruß-/Graphitgehalt aufweisenden Kunststoffschicht versehen und diese anschließend durch Bestrahlung mit Photonen mar kieren.

6. Literatur

[1] Prof. Dr. Hans-Robert Kohler; "Lasertechnologie und An wendung", Vulkan-Verlag, Essen (1993); Seiten 199-205.

[2] DE 31 47 230 A1.

[3] Laser 4/87, Seiten 34-36.

[4] DE 30 44 722 C2.

Claims

1. Ummantelung (9), welche durch Bestrahlung mit Photonen markierbar ist, wobei die einen Innenraum von einem Außenraum trennende, eine innenraumseitige erste Schicht (10) und eine außenraumseitige zweite Schicht (11) aufweisende Ummantelung (9) durch folgende weitere Merkmale gekennzeichnet ist:

a) die aus einem ersten Material bestehende erste Schicht (10) enthält einen ersten Anteil eines Farbstoffs;
b) die aus einem zweiten Material bestehende zweite Schicht (11) enthält zumindest innerhalb eines als Markierungsflä che dienenden Bereichs einen kleineren zweiten Anteil des Farbstoffs, wobei der zweite Anteil des Farbstoffs derart bemessen ist, daß die Bestrahlung des Bereichs mit Photonen eine Farbänderung hervorruft.

2. Ummantelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Material für die zur Markierung verwendete Strahlung transparent oder durchscheinend ist.

3. Ummantelung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Anteil von Farbstoff und/oder die Dicke der zweiten Schicht (11) so bemessen sind, daß die zweite Schicht (11) die zur Markierung verwendete Strahlung vollständig ab sorbiert.

4. Ummantelung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Schicht (10, 11) Ruß oder Gra phit als Farbstoff enthalten.

5. Ummantelung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Rußes oder Graphits in der zweiten Schicht (11) im Bereich von 0,2-0,8 Gew.-% oder im Bereich von 0,2-0,5 Gew.-% liegt.

6. Ummantelung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der zweiten Schicht (11) im Bereich von 0,01-1,0 mm oder im Bereich von 0,05-0,2 mm liegt.

7. Ummantelung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Rußes oder Graphits in der ersten Schicht (10) im Bereich von 1-3 Gew.-% liegt.

8. Ummantelung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Schicht (10/11) aus demselben Material bestehen.

9. Ummantelung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder die zweite Schicht (10, 11) aus einem thermoplastischen oder viskoelastischen Material oder aus ei nem Elastomer bestehen.

10. Ummantelung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Schicht (10, 11) verschweißt, verklebt oder durch einen Haftvermittler miteinander verbun den sind.

11. Ummantelung, welche durch Bestrahlung mit Photonen mar kierbar ist, wobei die einen Innenraum von einem Außenraum trennende Ummantelung eine außenraumseitige Schicht (11) aufweist und die außenraumseitige Schicht (11)

a) aus einem dritten Material besteht, welches für die zur Markierung verwendete Strahlung transparent oder durch scheinend ist,
b) das dritte Material einen Farbstoff enthält und
c) die Dicke der außenraumseitigen Schicht (11) und/oder der Anteil des Farbstoffs derart bemessen sind, daß die außen raumseitige Schicht (11) die zur Markierung verwendete Strahlung vollständig absorbiert und eine Farbänderung in nerhalb des bestrahlten Bereichs auftritt.

12. Ummantelung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem dritten Material Ruß oder Graphit als Farbstoff bei gemischt sind und daß der Anteil des Rußes oder Graphits min destens 0,2 Gew.-% und höchstens 0,8 Gew.-% beträgt.

13. Ummantelung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der außenraumseitigen Schicht (11) im Bereich von 0,01-1 mm oder im Bereich von 0,05-0,2 mm liegt.

14. Ummantelung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die außenraumseitige Schicht (11) aus einem thermopla stisch oder viskoelastischen Material oder aus einem Elasto mer besteht.

15. Ummantelung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten, zweiten oder dritten Material Stabilisatoren und/oder Alterungsschutzmittel beigemischt sind.

16. Verfahren zur Markierung einer Ummantelung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche durch Bestrahlung des als Markierungsfläche dienenden Bereichs oder der außen raumseitigen Schicht (11) mit Laserlicht der Wellenlänge 500 nm ≦ λ ≦ 1200 nm.