AT405694B - Lichtwellenleiterkabel - Google Patents

Description

AT 405 694 B

Die Erfindung bezieht sich auf ein zugfestes Lichtwellenleiterkabel, bestehend aus einer Vielzahl von Lichtwellenleitern, die von einer zweilagigen Aderhülle vollständig umgeben sind, die aus einer inneren Zentralbündelader aus massiv-metallenem Material und einer diese umgebenden äußeren Lage aus nichtmetallenem Material besteht, wobei der Raum zwischen den Lichtwellenleitern selbst und der Aderhülle mit 5 einer dichtenden Masse ausgefüllt ist.

Ein Lichtwellenleiterkabel dieser Art geht aus der US 4,878,733 A hervor, welche in Fig. 6 ein Kabel zeigt, dessen optische Fasern von einem Röhrchen aus einem Metall oder einer Metallegierung umschlossen sind, wobei der verbleibende Raum beispielsweise mit einem Gel gefüllt ist. Das Röhrchen ist zum Zweck des hermetischen Einschusses von einer aufextrudierten Sperrschicht aus Kunststoff und/oder 70 Glasfasern umgeben, und die Sperrschicht selbst ist von einer dielektrischen Lage umgeben, die von einem Zugelement aus verseiltem Kevlar in einer Expoy-Matrix umhüllt ist. Das Dokument offenbart somit ein Kabel mit einem eigenen Zugelement zusätzlich zum Röhrchen und zur Sperrschicht.

Ein Lichtwellenleiterkabel mit einem ähnlichen Aufbau ist in der DE 44 12 374 A beschrieben. Innerhalb einer zugfesten Bündelader aus Kunststoff sind die Lichtwellenleiter geschützt angeordnet und von einer 75 dichtenden Masse umgeben. Damit kann bei hinreichender Flexbilität die mechanische Stabilität des Kabel gewährleistet, können die Übertragungseigenschaften auch bei hoher Belastung sichergestellt und die Anzahl der Komponenten des Kabels minimiert werden. Jedoch ergeben sich für Spezialanforderungen mit der herkömmlichen Konstruktion nicht lösbare Probleme. So ist häufig, insbesondere in tropischen Regionen, mit Anforderungen zu rechnen, die FRNC/FE-Kabel (flammwidrig und nicht-korrosive Kabel mit 20 Funktionserhalt laut IEC 331, d.h. 3 Std. bei 750’C ohne Aderschluß oder -Unterbrechung bzw. ohne Faserbruch bei LWL-Kabeln; nach BS 6387 Prüfart C desgleichen bei 950 *C) bekannter Bauarten kaum erfüllen können. Diese Anforderungen sind charakterisiert durch Temperaturen bis 90 *C im Dauerbetrieb, Luftfeuchtigkeit bis 100% (Dampfsperre erforderlich), Längswasserdichtheit, Sicherheit gegen Nagetiere, Termiten und Ungeziefer und Funktionserhalt im Brandfall auch unter erschwerten Bedingungen (Besprühen 25 mit Wasser gemäß BS 6387, Prüfart W und Schlagfestigkeit gern. BS 6387, Prüfart Z). Für all diese Anforderungen sind zwar in der Kabeltechnik einzelne Lösungen bekannt, würden aber bei Kombination zu einer zu teuren, zu dicken und zu schweren Konstruktion führen, die für Hersteller und Anwender nicht mehr attraktiv ist.

So ist etwa aus der US-PS 5,247,599 bekannt, ein Aluminiumrohr als eine der äußeren Schichten eines 30 Lichtwellenleiterkabels als Dampfsperre vorzusehen, bei dem ein zentrales, nicht-metallenes Zugelement vorhanden ist. Dampfsperren können nur durch metallisch geschlossene, massive Schichten erreicht werden. Das zentrale Zugelement macht das Kabel aber sehr voluminös und das weit außen liegende Aluminiumrohr ist nachteilig für die Flexibilität. Andererseits sind die ebenfalls bekannten Aluminium-Schichtenmäntel, bei denen mit einem niedrigschmelzenden Kunststoff beschichtete Al-Folie mit ver-35 schweißten Überlappungen vorgesehen sind und vielfach aus Kostengründen als Dampfsperren verwendet werden, speziell an den Rändern gegenüber Beschädigung durch Tiere, insbesondere Termiten, nicht sicher.

Die Flammwidrigkeit kann durch den Einsatz nicht oder schwer brennbarer und/oder entflammbarer Materialien, die Reduktion der Brandlast durch Mengenreduktion brennbarer Elemente und dadurch erzielt 40 werden, daß brennbare Elemente möglichst lange unter Luftabschluß gehalten werden. Weiters sollten in bezug auf Nichtkorrosivität alle brennbaren Materialien halogefrei sein, wobei Fluorverbindungen erfahrungsgemäß weniger korrosive Bestandteile freisetzen, auch andere, korrosive Brandgase freisetzenden Stoffe sollten vermieden werden.

Der Funktionserhalt im Brandfall kann u.a. bei Cu-Kabeln durch Bewicklung mit feuertesten Bändern 45 bzw. mit Aufbauelementen erzielt werden, die nach Verbrennen der brennbaren Bestandteile ein mineralisches Gerüst hinterlassen, das eine Berührung der Drähte verhindert. Aderbruch wird durch Maßnahmen unterbunden, die sowohl ein zu rasches Oxidieren des Leitermaterials verhindern als auch mechanische Beanspruchungen von den Leitern fernhalten. Letzteres gilt im besonderen Maße, wegen der Fragilität des Übertragungsmediums, bei LWL-Kabeln, wobei gleichartige Lösungen wie anfangs beschrieben zum Einsatz so kommen. Der Funktionserhalt im Brandfall unter erschwerten Bedingungen (erhöhte Temperatur, Schlagfestigkeit) wird zumeist durch Einzelbebänderung der Lichtwellenleiter-Adern und/oder Einsatz mineralischer Isolierstoffe erreicht. Die Widerstandsfähigkeit gegenüber Besprühen ist praktisch nur durch massive Metallmäntel zu erreichen. Eine Temperaturbeständigkeit bis 90 *C im Dauerbetrieb wird durch vernetzte Materialien erreicht oder durch solche, die entweder inhärent bzw. durch Zusätze temperaturbeständig sind. 55 Um ein Auslaufen senkrecht angeordneter Kabelenden zu vermeiden, werden auch leicht vernetzte LWL-Aderfü Ilmassen eingesetzt.

Eine Längswasserdichtheit wird entweder durch Füllung mit niedrigschmelzenden Petrolaten - welche aber nur über eine gewisse Kabel-Mindestlänge abdichten - oder durch Füllung mit quellfähigen Materialien 2

AT 405 694 B - die Wasser eindringen lassen, aber weiteres Vordringen verhindern - erreicht.

Sicherheit gegen Tierverbiß (Nagetiere, Termiten, anderes Ungeziefer) kann durch eine wenigstens einlagige Bewicklung mit Stahlband mit sehr kleiner Fuge (gegen Nagetiere), durch eine äußersten Polyamidmantel (gegen Ameisen und Termiten), der allerdings keinerlei angreifbare Verletzungen haben darf, zu erzielen. Termiten mögen auch keine glatten Aluminiumflächen, Ränder und Fugen von Al-Bewicklungen sind allerdings nicht mehr völlig sicher.

Eine ebenfalls bekannte Schutzmöglichkeit ist die Verwendung von geschweißten Metall-Wellmänteln, die aber durch die Wellung schwer längswasserdicht zu bekommen sind. Außerdem vergrößert die Wellung stark den Durchmesser des Kabels, was insbesondere bei den LWL-Kabeln zum Tragen kommt, die vom Übertragungsmedium her eine sehr weitgehende Miniaturisierung vertragen würden. Ein Stahl-Rillenmantel aus einer quergewellten, dünnen Stahlfolie und fixiert durch einen aufextrudierten Mantel hat den Nachteil einer oftmals nicht oder nur unvollkommen verschweißten Überlappung, die nicht hermetisch dicht oder nach teilweisem Entfernen des Mantels leicht zu öffnen ist.

Eine Vereinigung der oben aufgeführten Maßnahmen würde zu sehr aufwendigen Konstruktionen führen, wobei manche Methoden darüber hinaus sogar im offenen Widerspruch zu anderen stehen: so etwa die Forderung nach Flammwidrigkeit und Längswasserdichtheit, da alle üblichen Füll- und Quellmaterialien entflammbar und sehr gut brennbar sind und noch dazu hohe Heizwert aufweisen. Bewicklungen mit Stahlbändern sind bei kleinen Durchmessern wie denen von LWL-Kabeln schwer trichterfrei zu fertigen, bei großen Durchmessern öffnen sich die Fugen zwischen den Windungen beim Biegen des Kabels sehr weit -in beiden Fällen bietet die Bebänderung nach Entfernung des Kunststoffmantels offene Angriffspunkte für Schädlinge. Polyamid ist ebenfalls sehr gut brennbar und neigt dazu zum Abtropfen. Die Liste derartiger Beispiele ließe sich fast beliebig verlängern, die Probleme der Unverträglichkeit einzelner Lösungsansätze ist dem Fachmann wohl bekannt.

Zu erwähnen ist noch, daß aus der US 5,125,061 ein Lichtwellenleiterkabel hervorgeht, dessen optische Fasern von einem mit Gel gefüllten Stahlröhrchen umschlossen sind, auf welches eine Lage als Schutz gegen Korrosion und Brüche aufgebracht ist. Diese Lage ist ihrerseits von einem Band aus Kupfer oder Aluminium umgeben, und dieses ist von verseilten Metalldrähten als eigenen Zugelement umschlossen.

Weiters zeigt die US 4,957,345 ein Bündel von Lichtwellenleitern, die einen Kern aus hochfesten Drähten eines faserverstärkten Kunststoffes als Zugelement umgeben. Die Lichtwelienleiter sind von einem Aluminiumband umhüllt, das seinerseits von einer feuerhemmenden Kunststoffiage, beispielsweise aus Polytetrafluorethylen umschlossen ist. Als Füllmaterial kann Baumwolle vorgesehen sein, die jedoch nicht wie ein Gel dichtet.

Letztlich zeigt die EP 0 693 754 ein Luftkabel, das aus einem Verband aus elektrischen Leitern und Lichtwellenleitern besteht, die in einem mit Gel gefüllten Stahlröhrchen mit einer äußeren Metallschicht angeordnet sind. Als eigene Zugelemente dienen aluminiumplattierte Stahldrähte und ggf. ein Kern aus aluminium-ummanteltem Stahldraht. Die Lichtwelienleiter können exzentrisch oder zentral im Verband angeordnet sein.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung war daher ein Lichtwellenleiter-Kabel, das bei einfachem, leicht zu fertigendem und platzsparendem Aufbau höheren Anforderungen als die Kabel bisheriger Konstruktion gerecht wird, insbesondere hohe Temperaturen bis 90* C im Dauerbetrieb aushält, eine 100%ige Dampfsperre aufweist, längswasserdicht, sicher gegen TierverbiB ist, und auch unter erschwerten Bedingungen den Funktionserhalt gewährleistet.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäB dadurch erreicht daß die äußere Lage der Aderhülle als das einzige Zugelement des Lichtwellenleiters ausgebildet und von einem Mantel aus flammwidrigem Kunststoff umgeben ist.

Die Schutzwirkung der metallenen Zentralbündelader sorgt für die Hauptwirkung bezüglich der Feuerfestigkeit des Kabels, ebenso wir für den Schutz gegen TierverbiB und die Längs- und Querwasserdichtheit. Im Zusammenwirken mit der äußeren Lage aus zugfestem Material ist auch die mechanische Widerstandsfähigkeit in ausreichendem Maß gegeben, wobei aber durch die dünnwandige Ader genügend Flexibilität für eine gute Verlegbarkeit des Kabels erhalten bleibt. Damit sind alle erforderlichen Schutzfunktionen in möglichst wenigen und platzsparend dimensionierten Bauelementen vereinigt, wodurch auch der Aufwand für Material und Fertigung wie auch der Durchmesserzuwachs bedeutend reduziert ist. Andererseits sind unverzichtbare Bauelemente, die einzelne Forderungen nicht erfüllen können, sicher vor den entsprechenden Beanspruchungen geschützt.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, daß die innere Zentralbündelader aus Stahl mit besonders kleinem Ausdehnungskoeffizienten hergestellt ist. Dadurch ist auch im Falle der Wärmedehnung der Ader bei hoher Temperaturbelastung oder im Brandfall die Zugbeanspruchung der Lichtwelienleiter minimiert. 3

Claims (9)

1. AT 405 694 B Um eine möglichst platzsparende und leichte Konstruktion zu verwirklichen und dennoch alle gängigen Tests und die vorgesehenen Beanspruchungen zu erfüllen, weist die Zentralbündelader zwischen 0,1 und 0. 6.mm Wandstärke auf. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß die äußere Lage durch vorzugsweise aufgeseilte Rovings, vorzugsweise aus Glasfasern, gebildet ist. Neben der Eigenschaft als Zugfestigkeitselement erfüllt die äußere Lage, speziell in der Ausführung aus Glasrovings, selbst nach dem Verschwinden von allfälligen äußeren Mänteln noch eine Funktion als Wärmeschutzmantel, und zwar auch dann noch, wenn die Rovings selbst bereits teilweise beschädigt sein sollten. Die Glasrovings sintern im Brandfall langsam zu einem zwar porösen, leichten, aber doch relativ stabilen Gebilde zusammen. Durch die deutlich schlechteren Wärmeleiteigenschaften der Glassintermasse heizt sich diese lokal stark auf, strahlt dadurch aber auch mehr Wärme ab und reduziert so die der Zentralbündelader zugeführte Wärmemenge. Um die Haltekräfte aus dem Oberflächen-Formschluß zwischen Mantel und Rovings noch weiter zu vergrößern ist vorteilhalterweise vorgesehen, daß zwischen den Rovings und dem Mantel eine Schicht eines Klebers vorgesehen ist. Wenn dabei der Kleber ein halogenfreier Schmelzkleber ist, wird dadurch die Korrosionsbelastung im Brandfall weiter vermindert werden. Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal ist zwischen der inneren Zentralbündelader und der äußeren Lage eine quellfähige Schicht vorgesehen, vorzugsweise eine Schicht eines Quellvlieses, wodurch auch das äußere Zugelement wasserdicht ausgeführt ist. Um die nicht ganz ausreichenden Feuchtigkeits-Diffüsionseigenschaften mancher hochgefüllten und deshalb stark flammhemmenden Mantelmaterialien zu vermeiden, kann alternativ zu der oben beschriebenen Konstruktion auch vorgesehen sein, daß der Mantel eine Aluminiumschicht aufweist. Damit ist auch für das äußere Zugelement auf jeden Fall die Querwasserdichtheit gegeben. Wenn weiters die Lichtwellenleiter innerhalb der Zentralbündelader mit Überlängen von einigen Promille angeordnet sind, werden die Lichtwellenleiter auch bei den für Stahl sehr geringen Wärmedehnungen nicht mitgedehnt, damit mechanisch nicht belastet und in ihren Übertragungseigenschaften nicht beeinträchtigt. In der nachfolgenden Beschreibung sollen die Erfindung, weitere Merkmale und Vorteile davon anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden, das in der beigefügten Zeichnung dargestellt ist, die einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Lichtwellenleiterkabel zeigt. Die Lichtwellenleiter 1 sind verseilt oder vorzugsweise unverseilt, allenfalls auch vorgebündelt, und von einem dichtenden Gel 2 wegen der Längswasserdichtheit gänzlich umgeben in einer massiv-metallenen Zentralbündelader 3 untergebracht. Überlängen der Lichtwellenleiter 1 von einigen Promille sind bei entsprechender Dimensionierung der Ader 3 möglich und sorgen dafür, daß die Leiter 1 bei Wärmedehnung der Ader 3 nicht oder selbst bei hoher Wärmebelastung nur geringfügig mitgedehnt werden. Das Gel 2 füllt die Räume zwischen den Lichtwellenleitern 1 und der Zentralbündelader 3 vollständig aus. Patentansprüche 1. Zugfestes Lichtwellenleiterkabel, bestehend aus einer Vielzahl von Lichtwellenleitern (1), die von einer zweilagigen Aderhülle (3, 4) vollständig umgeben sind, die aus einer inneren Zentralbündelader (3) aus massiv-metallenem Material und einer diese umgebenden äußeren Lage (4) aus nicht-metallenem Material besteht, wobei der Raum zwischen den Lichtwellenleitern (1) selbst und der Aderhülle mit einer dichtenden Masse (2) ausgefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Lage (4) der Aderhülle als das einzige Zugelement des Lichtwellenleiterkabels ausgebildet ist und von einem Mantel (5) aus flammwidrigem Kunststoff umgeben ist.
2. 2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Zentralbündelader (3) aus Stahl mit besonders kleinem Ausdehnungskoeffizienten hergestellt ist.
3. 3. Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentralbündelader (3) zwischen 0,1 und 0,6 mm Wandstärke aufweist.
4. 4. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Lage (4) durch vorzugsweise aufgeseilte Rovings, vorzugsweise aus Glasfasern, gebildet ist. 4 AT 405 694 B
5. 5. Kabel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Rovings (4) und dem Mantel (5) eine Schicht eines Klebers (6) vorgesehen ist.
6. 6. Kabel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleber (6) ein halogenfreier Schmelzkleber ist.
7. 7. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der inneren Zentralbündelader (3) und der äußeren Lage (4) eine wasserdichte Schicht vorgesehen ist, vorzugsweise eine Schicht (7) eines Quellvlieses.
8. 8. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (5) eine Aluminium-Schicht aufweist.
9. 9. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtwellenleiter (1) innerhalb der Zentralbündelader (3) mit Oberlängen von einigen Promille angeordnet sind. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 5