DE102005001670B3

DE102005001670B3 - Kabel mit Brandschutzeigenschaften und Verfahren zur Herstellung eines solchen Kabels

Info

Publication number: DE102005001670B3
Application number: DE102005001670A
Authority: DE
Inventors: Stefan Fruhnert
Original assignee: CCS Technology Inc
Current assignee: Corning Research and Development Corp
Priority date: 2005-01-13
Filing date: 2005-01-13
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2025-01-14
Also published as: CN101103292A; WO2006074647A1; US20110097047A1; EP1846789A1; US7986863B2; CA2594369A1

Abstract

Es wird ein längswasserdichtes Kabel mit verbesserten Brandschutzeigenschaften angegeben. Das Kabel enthält ein Verbundmaterial (2) mit einer ersten Substanz (21), die durch Zufuhr von Wasser quellbar ist, und einer zweiten Substanz (22), die durch Zufuhr von Wärme verschäumbar und zur Erzeugung einer Glasschicht geeignet ist. Das Verbundmaterial (2) umfasst ferner ein Substrat (31-33), an das die erste Substanz (21) und die zweite Substanz (22) gebunden sind. Das Verbundmaterial (2) kann hergestellt werden, indem die erste Substanz (21) und die zweite Substanz (22) in einem Lösungsmittel (33) gelöst werden und die Lösung in das Trägermaterial (31) eingebracht oder auf das Trägermaterial (31) aufgebracht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kabel mit Brandschutzeigenschaften. Die Erfindung betrifft insbesondere ein optisches Kabel.

In der Druckschrift US 6,122,424 ist ein optisches Kabel beschrieben, das mehrere Lichtwellenleiter, eine die Lichtwellenleiter umgebende Umhüllung und einen die Umhüllung umgebenden Kabelmantel umfasst. Zwischen der Umhüllung und dem Kabelmantel ist eine Komponente angeordnet, die einen flammhemmenden Stoff und einen wasserabsorbierenden Stoff enthält. Als geeignete flammhemmende Stoffe sind Antimontrioxid, chlorierte Paraffine, Brom-Phosphor-Verbindungen, Aluminiumtrihydrat, Zinkborat, Magnesiumhydroxid und Zinnverbindungen angegeben. Für geeignete wasserabsorbierende Stoffe wird auf die Druckschrift US 4,913,517 verwiesen, in der superabsorbierende Materialien auf der Basis von Polyacrylsäuren, Polyacrylonitril oder Polyvinylalkohol angegeben sind.

Aus der Druckschrift US 6,501,887 B1 ist ein optisches Kabel bekannt, das mehrere Bändchen von Lichtwellenleitern, eine die Bändchen umgebende Umhüllung und einen die Umhüllung umgebenden Kabelmantel umfasst. Zwischen der Umhüllung und dem Kabelmantel ist eine Schicht aus einem inhärent flammhemmenden Material angeordnet, die mit einer Schicht aus einem quellbaren Material bedeckt ist. Als geeignete flammhemmende Materialien sind natürliche oder synthetische Glimmer, Gläser, Polyimide und Aramide angegeben. Als geeignete quellbare Materialien sind superabsorbierende Polymere und insbesondere teilweise quervernetzte Acrylat-Polymere angegeben.

Aus der Druckschrift DE 198 37 998 A1 ist ein zum Einbau in ein Gebäude geeignetes Brandschutzelement bekannt, das einen Kern aus einem gas- und wasserdicht eingeschlossenen Wasserglas mit einem Restwassergehalt von 20 bis 40 Gewichtsprozent und einen Mantel aus einem Polyurethanschaum mit einem Schaumgewicht von 10 bis 100 Gramm pro Liter umfasst. Das Wasserglas weist ein Molverhältnis SiO₂/Na₂O von 3,41 und 25 Gewichtsprozent an Kristallwasser auf. Wenn das Wasserglas auf eine Temperatur von etwa 200°C erwärmt wird, dann wird das Kristallwasser in Form von Wasserdampf abgegeben und es entsteht ein fester mineralischer Schaum, der Temperaturen von 1000°C bis zu 240 Minuten standhält.

Aus der Druckschrift US 2003/0031818 A1 ist ein optisches Kabel bekannt, das mehrere Lichtwellenleiter und einen die Lichtwellenleiter umgebenden Kabelmantel umfasst. Der Kabelmantel enthält einen halogenfreien Kunststoff. Als geeignete halogenfreie Kunststoffe sind Polyethylen, Polypropylen und Polyurethan angegeben. Zur Verbesserung der Brandschutzeigenschaften enthält der Kabelmantel außerdem einen schaumbildenden Stoff und einen glasbildenden Stoff. Als geeignete schaumbildende Stoffe sind Wassergläser, expandierbare Glimmer, verdichtete Graphite und Gemische dieser Stoffe angegeben. Als geeignete glasbildende Stoffe sind Salze von Borsäure, Salze von Silicidsäure und Salze von Phosphorsäure angegeben.

Die Druckschrift DE 195 05 464 A1 betrifft ein Feuerschutzmittel und ein Verfahren zum Herstellen eines Feuerschutzmittels. Das Feuerschutzmittel weist insbesondere für Kunststof fe das Dehydratisierungsmittel Ammoniumpolyphosphat, insbesondere zum Behandeln von Holz einen Dämmschichtbildner, insbesondere zum Beschichten von Kabeln zusätzlich zu dem Dämmschichtbildner Ton und insbesondere für benetzbare und/oder saugfähige Materialien oder Stoffe als Dehydratisierungsmittel in Wasser gelöstes Harnstoffphosphat, Monoammoniumphosphat und Diammoniumphosphat auf. Das Feuerschutzmittel ist hochwirksam, wenig toxisch und umweltschonend.

Weitere bekannte flammhemmende Substanzen, die in einen Kabelmantel eingebracht werden, sind etwa Aluminium- oder Magnesiumhydroxid. Durch das Einbringen der flammhemmenden Substanzen in den Kabelmantel können andere Eigenschaften des Kabelmantels nachteilig beeinflusst werden. Beispielsweise kann die Reißfestigkeit des Kabelmantels herabgesetzt werden. Diese Wirkung kann durchaus erwünscht sein. Im allgemeinen soll der Kabelmantel jedoch eine hohe Reißfestigkeit aufweisen, um das Kabelinnere wirksam zu schützen.

Allgemeine Beschreibung der Erfindung

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein längswasserdichtes Kabel mit verbesserten Brandschutzeigenschaften anzugeben. Die Erfindung soll insbesondere zu einer Verlängerung der Lebensdauer des Kabels im Brandfall führen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Kabel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Kabels mit den Merkmalen des Anspruchs 19 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben.

Ein erfindungsgemäßes Kabel umfasst einen Kabelmantel und ein von dem Kabelmantel umgebenes Verbundmaterial, das eine erste Substanz, eine zweite Substanz und ein Substrat enthält. Die erste Substanz ist durch Zufuhr von Wasser quellbar. Die zweite Substanz ist durch Zufuhr von Wärme verschäumbar und zur Erzeugung einer Glasschicht geeignet. Die erste Substanz und die zweite Substanz sind an das Substrat gebunden.

Das Verbundmaterial ist zusammen mit weiteren Kabelkomponenten in dem vom Kabelmantel umgebenen Kabelinneren angeordnet und umfasst sowohl eine erste Substanz, die als Quellmaterial wirksam ist, als auch eine zweite Substanz, die als Schaumbildner und Glasbildner wirksam ist. Das Kabelinnere ist zu nächst trocken und weist einen Hohlraum auf, in dem unter anderem Lichtwellenleiter angeordnet sind. Wenn an einer Stelle Wasser in das Kabelinnere eindringt und mit der ersten Substanz in Kontakt kommt, dann wird ein Quellprozess ausgelöst, bei dem das Wasser durch die erste Substanz absorbiert wird und die erste Substanz zu einem wasserdichten Dichtungsmaterial aufquillt. Danach sind die weiteren Kabelkomponenten allseitig von dem Dichtungsmaterial umgeben. Ein weiteres Eindringen von Wasser in das Kabelinnere und eine Ausbreitung von eingedrungenem Wasser in Längsrichtung des Kabels ist daher ausgeschlossen. Wenn an einer Stelle Wärme in das Kabelinnere eindringt und die Temperatur des Schaumbildners eine bestimmte Grenze überschreitet, dann wird ein Verschäumungsprozess ausgelöst, bei dem die zweite Substanz unter Erzeugung von Gas oder Dampf zu einem Schaum verschäumt. Danach sind die weiteren Kabelkomponenten allseitig von dem Schaum umgeben. Der Schaum weist Poren auf und ist daher als Wärmeisolator wirksam. Ein Vordringen der Wärme zu den weiteren Kabelkomponenten und sowie eine Ausbreitung der Wärme entlang des Kabels ist daher verzögert. Die Verschäumung wird durch eine Verglasung der Oberfläche des Schaums abgeschlossen.

Die Verschäumung der zweiten Substanz bewirkt eine Volumenvergrößerung von 600 Prozent unter Ausbildung eines weichen Schaums. Wenn der weiche Schaum über längere Zeit einer hohen Temperatur ausgesetzt wird, dann bildet sich eine harter Glasschicht an der Schaumoberfläche. Wenn dem Kabel während der Verschäumung der zweiten Substanz Wasser zugeführt wird, weil etwa im Brandfall Löschwasser eingesetzt wird, dann können in der ersten Substanz enthaltene Salze eine Verstärkung der Verschäumung der zweiten Substanz bewirken.

Sowohl im Fall des Eindringens von Wasser in das Kabelinnere als auch im Fall einer Temperaturerhöhung erfolgt also eine Volumenvergrößerung des Verbundmaterials und ein Expandieren des Verbundmaterials in einen die weiteren Kabelkomponenten umgebenden Hohlraum im Kabelinneren. Aufgrund dieser Analogien zwischen dem Quellprozess und dem Verschäumungsprozess können die als Quellmaterial wirksame erste Substanz und die als Schaumbildner und Glasbildner wirksame zweite Substanz an vergleichbaren geeigneten Stellen im Kabelinneren angeordnet werden. Es ist daher besonders vorteilhaft, die erste Substanz und die zweite Substanz in ein gemeinsames Substrat zu integrieren und das so gebildete Verbundmaterial an den geeigneten Stellen im Kabelinneren anzuordnen.

In einer ersten Alternative umfasst das Substrat eine erste Trägerschicht und einen Klebstoff, wobei die erste Substanz und die zweite Substanz in oder auf der ersten Trägerschicht angeordnet und durch den Klebstoff an die erste Trägerschicht gebunden sind. Der Klebstoff ist vorzugsweise wasserlöslich, so dass die Bindungen der ersten Substanz und der zweiten Substanz an die ersten Trägerschicht gelöst werden, sobald das Verbundmaterial mit Wasser in Kontakt kommt.

In einer ersten Variante der ersten Alternative wird das Verbundmaterial hergestellt, indem zunächst ein Pulver, das die erste Substanz und die zweite Substanz enthält, auf eine Trägerschicht aufgebracht wird, wobei die Trägerschicht nur teilweise bedeckt wird. Dann wird der Klebstoff auf das Pulver und die Trägerschicht aufgebracht, wobei Körner des Pulvers mit freiliegenden Teilen der Trägerschicht verklebt werden. In einer zweiten Variante der ersten Alternative wird das Verbundmaterial hergestellt, indem zunächst der Klebstoff als Klebeschicht auf die Trägerschicht aufgebracht wird. Dann wird das Pulver, das die erste und die zweite Substanz enthält, aufgestreut, wobei die Körner des Pulvers mit der Klebeschicht verkleben. Das Pulver kann Körner enthalten, die jeweils die erste Substanz und die zweite Substanz enthalten. Das Pulver kann auch ein Körner enthalten, die jeweils die erste Substanz oder die zweite Substanz enthalten.

In einer zweiten Alternative umfasst das Substrat eine erste Trägerschicht und eine zweite Trägerschicht, wobei die erste Substanz und die zweite Substanz zwischen der ersten Trägerschicht und der zweiten Trägerschicht gehalten werden. Das Pulver oder das Pulvergemisch wird zunächst auf die erste Trägerschicht aufgebracht. Dann werden die erste und die zweite Trägerschicht miteinander verbunden. Das Pulver wird beispielsweise nur über einem zentralen Bereich der ersten Trägerschicht angeordnet. Die zweite Trägerschicht kann dann in einem Randbereich, der den zentralen Bereich umgibt, mit der ersten Trägerschicht verbunden werden. Die erste Trägerschicht und die zweite Trägerschicht umfassen vorzugsweise Polyethylen. Das Verkleben der ersten und der zweiten Trägerschicht kann durch Erwärmen des Polyethylens bewirkt werden. Die erste Substanz und die zweite Substanz sind zwischen der ersten Trägerschicht und der zweiten Trägerschicht eingeschlossen und daher gegen Abreiben geschützt.

Das Verbundmaterial umfasst vorzugsweise ein Vlies, ein Pulver und einen Klebstoff. Das Vlies enthält einzelne Fasern aus einem Trägermaterial. Das Pulver enthält die erste Substanz und die zweite Substanz und weist Körner auf. Durch den Klebstoff sind die Körner des Pulvers an das Vlies gebunden. Das Pulver kann etwa durch Adhäsionskräfte oder Kapillarkräfte zwischen einzelnen Fasern des Vlieses gehalten werden. Das Pulver kann auch durch elektrostatische Kräfte an der Ober fläche des Vlieses gehalten werden, wenn die Pulver oder das Vlies eine elektrische Ladung aufweisen. Das Pulver kann Körner enthalten, die jeweils die erste Substanz und die zweite Substanz enthalten. Das Pulver kann auch Körner enthalten, die jeweils die erste Substanz oder die zweite Substanz enthalten.

Es ist auch denkbar, dass das Trägermaterial eine chemische Verbindung mit der ersten Substanz und/oder der zweiten Substanz eingeht.

Die erste Substanz umfasst vorzugsweise ein Wasser absorbierendes Polymer. Das Polymer weist Monomere auf, die eine chemische oder physikalische Verbindung mit Wassermolekülen eingehen können.

Das Polymer ist vorzugsweise zumindest teilweise vernetzt. Die Makromoleküle des Polymers sind also untereinander zu einem dreidimensionalen Netzwerk verbunden. Wenn die Makromoleküle des Polymers Wasser binden, so vergrößert sich das Volumen des Polymers. Das Polymer bildet aber stets eine flexible und zusammenhängende Masse.

Das Polymer enthält vorzugsweise ein Polyacrylat, eine Polyacrylsäure, ein zumindest teilweise neutralisiertes Derivat einer Polyacrylsäure, ein Polyethylenoxid, ein Derivat von Cellulose oder Stärke, ein Polyvinylalkohol, ein Polyvinylether, eine Polymaleinsäure, ein Acrylamid, ein Acrylonitril oder ein Acrylatester.

Die zweite Substanz enthält vorzugsweise Silizium und ein Alkalimetall. Die zweite Substanz enthält vorzugsweise Siliziumdioxid und ein Alkalioxid. Das Alkalioxid ist vorzugsweise Na₂O oder K₂O. Ein Verhältnis der Molzahlen des Siliziumdioxids und des Alkalioxids beträgt vorzugsweise mindestens 3 zu 1. Die zweite Substanz enthält vorzugsweise ein kristallwasserhaltiges Natriumsilikat oder Kaliumsilikat.

Natrium- oder Kaliumsilikate sind Salze der Kieselsäure (H₂SiO₃). Die Siliziumatome und Sauerstoffatome bilden ein dreidimensionales Gerüst, in das Natriumionen beziehungsweise Kaliumionen eingebettet sind. Natriumsilikate werden durch Zusammenschmelzen von Natriumcarbonat (Na₂CO₃, Soda) und möglichst reinem Quarzsand (SiO₂) erzeugt. Kaliumsilikate werden durch Zusammenschmelzen von Kaliumcarbonat (K₂CO₃, Pottasche) und möglichst reinem Quarzsand (SiO₂) erzeugt. Der Quarzsand enthält etwa 99,7 Prozent Quarz, der Rest enthält Eisen, Kalzium, Aluminium und Titan. Das Natrium- beziehungsweise Kaliumkarbonat dient der Absenkung des Schmelzpunktes des Quarzes. Das Zusammenschmelzen erfolgt bei Temperaturen von 1300-°C. Beim Erstarren der Schmelze bildet sich festes Wasserglas.

Flüssiges Wasserglas wird hergestellt, indem festes Wasserglas vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 150°C und 160°C und einem entsprechenden Überdruck in Wasser gelöst wird. Die entstehende Lösung reagiert stark alkalisch. Wenn die Lösung der Luft ausgesetzt wird, dann bewirkt das CO₂ der Luft eine Neutralisation des Wasserglases. Die Lösung härtet zu einem flexiblen Wasserglas aus, das ein Sol oder Gel von Kieseläure enthält. Die Flexibilität des Wasserglases hängt vom Wassergehalt ab. Ein hoher Wassergehalt bewirkt eine hohe Flexibilität. Die Geschwindigkeit des Aushärtens und die Festigkeit des Wasserglases hängen vom Molverhältnis zwischen SiO₂ und dem Alkalioxid, also Na₂O beziehungsweise K₂O, ab. Das Molverhältnis zwischen SiO₂ und Alkalioxid ist die Zahl stöchi metrischer Einheiten von SiO₂ geteilt durch die Zahl stöchiometrischer Einheiten des Alkalioxids. Ein Wasserglas, bei dem das Molverhältnis zwischen SiO₂ und dem Alkalioxid gleich ist wie oder größer ist als 3, ist nicht alkalisch und nicht hygroskopisch und wird daher bei Zimmertemperatur kaum von Wasser angegriffen. Ein Wasserglas, bei dem das Molverhältnis zwischen SiO₂ und dem Alkalioxid beispielsweise nur 2 beträgt, ist dagegen etwas hygroskopisch und kann bei Lagerung an feuchter Luft zusammenbacken.

Die zweite Substanz enthält vorzugsweise auch Schamotte (Tonmineralien), Feldspäte (Alumosilikate), Glimmer (Blattsilikate) oder Graphit. Die Schamotte enthalten Wasser und zerfallen bei Temperaturen von etwa 500°C unter Abgabe dieses Wassers, wobei Kieselsäure entsteht. Die Feldspäte und Glimmer dienen der Absenkung des Schmelzpunkts des Quarzes. Der Graphit kann die Ausbildung einer Karbonschicht an der Oberfläche des Schaums unterstützen. Eine solche Karbonschicht kann Temperaturen von bis zu 1200°C widerstehen.

In einer ersten Variante umfasst das Kabel vorzugsweise ein Übertragungselement. Der Kabelmantel umgibt das Übertragungselement. Das Verbundmaterial umgibt das Übertragungselement. Das Übertragungselement dient der Übertragung optischer oder auch elektrischer Signale.

Das Übertragungselement umfasst vorzugsweise einen Lichtwellenleiter. Der Lichtwellenleiter umfasst eine Glasfaser und eine die Glasfaser umgebende Beschichtung. Die Beschichtung enthält das Verbundmaterial. Die Beschichtung auf dem Lichtwellenleiter kann etwa ein Acrylat enthalten.

Das Übertragungselement umfasst vorzugsweise mehrere Lichtwellenleiter und eine Aderhülle. Die Aderhülle umgibt die mehreren Lichtwellenleiter. Die Aderhülle enthält das Verbundmaterial. Die Aderhülle kann zum Beispiel ein Trägermaterial und ein Pulver oder Pulvergemisch enthalten. Der molekulare Aufbau des Trägermaterials stellt dann eine Matrix bereit, in die die Körner des Pulvers oder Pulvergemisches eingebettet sind.

Das von dem Verbundmaterial umgebene Übertragungselement wird beispielsweise ausgebildet, indem zunächst ein von einem Trägermaterial umgebener Lichtwellenleiter oder ein von einem Trägermaterial umgebenes Bündel von Lichtwellenleitern bereitgestellt wird. Dann wird eine Lösung hergestellt, die die erste Substanz, die zweite Substanz und ein Lösungsmittel enthält. Anstelle der Lösung kann auch eine Dispersion mit Kolloiden der ersten und zweiten Substanz hergestellt werden. Der Lichtwellenleiter oder das Bündel von Lichtwellenleitern wird dann in die Lösung oder Dispersion eingetaucht, wobei die Beschichtung mit der Lösung imprägniert wird.

In einer zweiten Variante umfasst das Kabel ein Übertragungselement, das von dem Kabelmantel umgeben ist, und ein fadenförmiges Element, das zwischen dem Übertragungselement und dem Kabelmantel angeordnet ist. Das fadenförmige Element enthält das Verbundmaterial. Das fadenförmige Element kann ein Garn und eine auf das Garn aufgebrachte Beschichtung umfassen, wobei die Beschichtung das Verbundmaterial enthält. Das fadenförmige Element kann auch einstückig aus dem Verbundmaterial aufgebaut sein. Das fadenförmige Element kann ausgebildet werden, indem aus einer Schmelze ein Filament extrudiert wird. Die Schmelze und das Filament umfassen dann eine homogene Masse aus Trägermaterial und ein in dieses Trägerma terial eingebettetes Pulver oder Pulvergemisch, das die erste Substanz und die zweite Substanz enthält.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Kabels umfasst mehrere Schritte. Es wird eine erste Substanz, die durch Zufuhr von Wasser quellbar ist, eine zweite Substanz, die durch Zufuhr von Wärme verschäumbar und glasbildend ist, ein Lösungsmittel und ein Trägermaterial bereitgestellt. Die erste Substanz und die zweite Substanz werden in dem Lösungsmittel gelöst, wodurch eine Lösung hergestellt wird. Die Lösung wird in das Trägermaterial eingebracht oder auf das Trägermaterial aufgebracht, wodurch ein Verbundmaterial ausgebildet wird. Anstelle einer Lösung kann auch eine Dispersion hergestellt werden, in der Kolloide gelöst sind, die die erste Substanz und die zweite Substanz enthalten.

Außerdem wird vorzugsweise ein Übertragungselement bereitgestellt. Das Übertragungselement wird mit dem Verbundmaterial umgeben. Das Verbundmaterial wird mit einem Kabelmantel umgeben.

Es kann auch ein durch Strahlung polymerisierbares Monomer oder Oligomer in die Lösung eingebracht und die in das Trägermaterial eingebrachte Lösung bestrahlt werden. Durch die Bestrahlung des in der Lösung befindlichen Monomers oder Oligomers beispielsweise mit sichtbarem, infrarotem oder ultraviolettem Licht wird dann ein Aushärten des Verbundmaterials bewirkt.

Kurze Beschreibung der Figuren
1 zeigt drei Ausgestaltungen des Verbundmaterials eines erfindungsgemäßen Kabels.
2 zeigt eine erste Ausgestaltung des Kabels gemäß der Erfindung.
3 zeigt eine zweite Ausgestaltung des Kabels gemäß der Erfindung.
Darstellung von Ausführungsbeispielen
Im oberen Abschnitt der 1 ist eine erste Ausgestaltung des Verbundmaterials eines erfindungsgemäßen Kabels dargestellt. Das Verbundmaterial 2 umfasst eine Trägerschicht 31, eine erste Substanz 21, eine zweite Substanz 22 und einen Klebstoff 33. Die erste Substanz 21 ist durch Zufuhr von Wasser quellbar. Die zweite Substanz 22 ist durch Zufuhr von Wärme verschäumbar. Die erste Substanz 21 und die zweite Substanz 22 sind in der Trägerschicht 31 angeordnet. Der Klebstoff 33 kann insbesondere einen durch Strahlung härtbaren Kunststoff umfassen, der eine Bindung der ersten Substanz 21 und der zweiten Substanz 22 an das Trägermaterial 31 bewirkt.
Im mittleren Abschnitt der 1 ist eine zweite Ausgestaltung des Verbundmaterials eines erfindungsgemäßen Kabels dargestellt. Das Verbundmaterial 2 umfasst eine erste Trägerschicht 31, eine zweite Trägerschicht 32, eine erste Substanz 21 und eine zweite Substanz 22. Die erste Substanz 21 ist durch Zufuhr von Wasser quellbar. Die zweite Substanz 22 ist durch Zufuhr von Wärme verschäumbar. Die erste Substanz 21 und die zweite Substanz 22 sind zwischen der ersten Trägerschicht 31 und der zweiten Trägerschicht 32 angeordnet. Die erste Trägerschicht 31 und die zweite Trägerschicht 32 können jeweils einen Zentralbereich und einen den Zentralbereich umgebenden Randbereich aufweisen, wobei die erste Substanz 21 und die zweite Substanz 22 zwischen den Zentralbereichen der ersten Trägerschicht 31 und der zweiten Trägerschicht 32 angeordnet sind und die Randbereiche der ersten Trägerschicht 31 und der zweiten Trägerschicht 32 aneinander befestigt und insbesondere miteinander verklebt sind. Die erste Substanz 21 und die zweite Substanz 22 sind in diesem Fall von einem Verbund der ersten Trägerschicht 31 und der zweiten Trägerschicht 32 umschlossen.
Die im unteren Abschnitt der 1 ist eine dritte Ausgestaltung des Verbundmaterials eines erfindungsgemäßen Kabels dargestellt. Das Verbundmaterial 2 umfasst eine erste Trägerschicht 31, eine erste Substanz 21, eine zweite Substanz 22 und einen Klebstoff 31. Die erste Substanz 21 ist durch Zufuhr von Wasser quellbar. Die zweite Substanz 22 ist durch Zufuhr von Wärme verschäumbar. Die erste Substanz 21 und die zweite Substanz 22 sind auf der Trägerschicht 31 angeordnet. Der Klebstoff 33 kann insbesondere ein durch Strahlung härtbares Monomer oder Oligomer umfassen, das eine Bindung der ersten Substanz 21 und der zweiten Substanz 22 an das Trägermaterial 31 bewirkt.
Die erste Substanz 21 und die zweite Substanz 22 können jeweils in Pulverform vorliegen. Eine typische Korngröße für ein Pulver, das die erste Substanz enthält, liegt im Bereich von 1 bis 100 Mikrometer. Eine typische Korngröße für ein Pulver, das die zweite Substanz enthält, liegt im Bereich von 30 Mikrometer.
Der in der ersten und dritten Ausgestaltung des Verbundmaterials beschriebene Klebstoff 33 ist jeweils wasserlöslich. Wenn das Verbundmaterial mit Wasser in Berührung kommt, wird die Bindung der ersten Substanz und der zweiten Substanz an das Substrat daher aufgehoben, so dass die erste Substanz ungehindert aufquellen kann. Die erste Substanz 21 und die zweite Substanz 22 können beispielsweise auch durch kovalente Bindung, durch van-der-Vaals-Bindung, durch elektrostatische Kräfte, durch Adhäsionskräfte oder Kapillarkräfte an das Trägermaterial gebunden sein können.
Das Verbundmaterial kann auf vielfältige Art in das Kabel 1 eingebracht werden. Denkbar ist allgemein eine direkte Integration der ersten und zweiten Substanzen in Vliese, Garne, Schnüre, Filamente oder Klebstoffe oder eine Integration der ersten und zweiten Substanzen in eine Beschichtung. In diesem Fall können nicht nur Vliese, Garne, Schnüre und Filamente, sondern auch beispielsweise Stahlmäntel beschichtet werden. Ein typischer Wert für die Schichtdicke der Beschichtung liegt im Bereich um 0,1 Millimeter.
In 2 ist eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kabels dargestellt. Das Kabel 1 umfasst einen Kabelmantel 11, ein von dem Kabelmantel 11 umgebenes Vlies 12 und eine von dem Vlies 12 umgebene Kabelseele. Die Kabelseele umfasst ein zentral im Kabel 1 angeordnetes Zentralelement 16 und mehrere Übertragungselemente 100, die um das Zentralelement 16 angeordnet sind. Jeweils eines der Übertragungselemente 10 umfasst mehrere Lichtwellenleiter 100 und eine Aderhülle 11, die die mehreren Lichtwellenleiter 100 umgibt. Jeweils einer der Lichtwellenleiter 100 umfasst eine Glasfaser 1002 und eine Beschichtung 1001, die die Glasfaser umgibt.
Zur Herstellung des Kabels 1 werden zunächst mehrere Lichtwellenleiter 100 bereitgestellt. Dann werden mehrere Übertragungselemente 10 erzeugt. Um jeweils eines der Übertragungselemente 10 zu erzeugen, wird um mehrere Lichtwellenleiter 100 eine Aderhülle 101 extrudiert. Die Übertragungselemente 10 werden um ein Zentralelement 16 angeordnet und dabei vorzugsweise verseilt, um eine Kabelseele auszubilden. Die Kabelseele wird mit einem Vlies 12 umgeben. Dann wird ein Kabelmantel 11 um das Vlies 12 extrudiert.
Das Kabel 1 aus 2 umfasst insbesondere das Verbundmaterial 2 aus 1. Das Verbundmaterial 2 umfasst eine erste Substanz 21, die durch Zufuhr von Wasser quellbar ist, eine zweite Substanz 22, die durch Zufuhr von Wärme verschäumbar und zur Erzeugung einer Glasschicht geeignet ist und ein Substrat 31 bis 33, an das die erste Substanz 21 und die zweite Substanz 22 gebunden sind. Dabei kann das Substrat 31 bis 33 des Verbundmaterials 2 verschiedene Komponenten des Kabels 1 enthalten.
In einer ersten Variante umfasst das Substrat 31 bis 33 des Verbundmaterials 2 eine Trägerschicht 31, die in dem Vlies 12 des Kabels 1 enthalten ist. Das Vlies 12 kann etwa Fasern aus Polypropylen enthalten. Die erste Substanz 21 und die zweite Substanz 22 sind beispielsweise über einen Klebstoff 33, durch Adsorption, Adhäsion oder Kapillarkräfte zwischen den Fasern des Vlieses 12 oder an der Oberfläche des Vlieses 12 gebunden.
In einer zweiten Variante umfasst das Substrat 31 bis 33 des Verbundmaterials 2 eine Trägerschicht 31, die in dem Zentralelement 16 enthalten ist. Das Zentralelement 12 kann ein Filament sein, das Fasern aus Polypropylen enthält. Die erste Substanz 21 und die zweite Substanz 22 sind beispielsweise an die Fasern des Filaments, zwischen den Fasern des Filaments oder an der Oberfläche des Filaments gebunden.
Das Zentralelement 16 kann auch ein Filament und eine als Trägerschicht 31 wirksame und auf die Oberfläche des Filaments aufgebrachte Beschichtung umfassen. Die erste Substanz 21 und die zweite Substanz 22 sind dann an diese Beschichtung gebunden.
In 3 ist eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kabels dargestellt. Das Kabel 1 umfasst einen Kabelmantel 11, mehrere Zugentlastungselemente 15 und ein erstes Vlies 14 und eine von dem ersten Vlies 14 umgebene Kabelseele. Die Zugentlastungselemente 15 sind zwischen dem Kabelmantel 11 und dem ersten Vlies 14 angeordnet. Die Kabelseele umfasst einen Innenmantel 13, ein von dem Innenmantel 13 umgebenes zweites Vlies 12 und mehrere von dem zweiten Vlies 12 umgebene Übertragungselemente 200. Jedes der Übertragungselemente 200 umfasst mehrere Gruppen von Lichtwellenleitern 100. Die Lichtwellenleiter weisen jeweils eine Glasfaser und eine die Glasfaser umgebende Kunststoffhülle auf. Jeweils eine Gruppe der Lichtwellenleiter 100 ist nebeneinander zu einem Bändchen angeordnet, wobei die Kunststoffhüllen benachbarter Lichtwellenleiter miteinander verklebt sind. Die aus den Gruppen der Lichtwellenleiter 100 gebildeten Bändchen sind zu einem Bändchenstapel angeordnet.
Zur Herstellung des Kabels 1 werden zunächst mehrere Lichtwellenleiter 100 bereitgestellt. Dann werden mehrere Übertragungselemente 10 erzeugt. Um jeweils eines der Übertragungselemente 10 zu erzeugen, werden mehrere der Lichtwellenleiter mit Kunststoffhüllen überzogen, nebeneinander angeordnet und zu einem Bändchen verklebt. Dann werden die Übertragungselemente zu einem Bändchenstapel verklebt. Der Bändchenstapel wird mit einem ersten Vlies 12 umgeben. Um das erste Vlies 12 wird ein Innenmantel 13 extrudiert. Der Innenmantel 13 wird mit einem zweiten Vlies 14 umgeben. Um das zweite Vlies 14 werden Zugentlastungselemente 15 angeordnet. Dann wird ein Kabelmantel 11 um die Zugentlastungselemente 15 extrudiert, um das Kabel 1 auszubilden.
Das Substrat 31 bis 33 des Verbundmaterials 2 umfasst eine Trägerschicht 31, die in einem jeweiligen Vlies, dem Vlies 12 und/oder dem Vlies 14, des Kabels 1 enthalten ist. Das jeweilige Vlies kann etwa Fasern aus Polypropylen enthalten. Die erste Substanz 21 und die zweite Substanz 22 sind beispielsweise über einen Klebstoff 33, durch Adsorption, Adhäsion oder Kapillarkräfte zwischen den Fasern des jeweiligen Vlieses oder an der Oberfläche des jeweiligen Vlieses gebunden.
Der Innenmantel 13 des Kabels 1 kann beispielsweise ein Stahlmantel sein. Der Stahlmantel kann eine längs des Kabels 1 verlaufende Naht aufweisen. Längs der Naht verlaufende Randbereiche des Stahlmantels können überlappen oder durch eine Lücke beabstandet sein. In beiden Fällen können die Randbereiche durch das Verbundmaterial miteinander verklebt sein. Das Substrat des Verbundmaterials enthält in diesem Fall also einen Klebstoff. Der Stahlmantel ist die Trägerschicht.

1: Kabel
2: Verbundmaterial
11: Kabelmantel
12, 14: Vlies
13: Innenmantel
15: Zugentlastungselement
10: Übertragungselement
101: Aderhülle
16: Zentralelement
21: erste Substanz
22: zweite Substanz
31: erste Trägerschicht
32: zweite Trägerschicht
33: Klebstoff
100: Lichtwellenleiter
1001: Faserbeschichtung
1002: Glasfaser

Claims

Kabel, umfassend: einen Kabelmantel (11), ein von dem Kabelmantel (11) umgebenes Verbundmaterial (2), das enthält: eine erste Substanz (21), die durch Zufuhr von Wasser quellbar ist, eine zweite Substanz (22), die durch Zufuhr von Wärme verschäumbar und zur Erzeugung einer Glasschicht geeignet ist, ein Substrat (31–33), an das die erste Substanz (21) und die zweite Substanz (22) gebunden sind.
Kabel nach Anspruch 1, bei der das Substrat (31–33) umfasst: eine erste Trägerschicht (31), einen Klebstoff (33), wobei die erste Substanz (21) und die zweite Substanz (22) in oder auf der ersten Trägerschicht (31) angeordnet und durch den Klebstoff (33) an die erste Trägerschicht (31) gebunden sind.
Kabel nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Substrat (31-33) umfasst: eine erste Trägerschicht (31), eine zweite Trägerschicht (32), wobei die erste Substanz (21) und die zweite Substanz (22) zwischen der ersten Trägerschicht (31) und der zweiten Trägerschicht (32) gehalten werden.
Kabel nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die erste Trägerschicht (31) Polyethylen umfasst.
Kabel nach Anspruch 1, bei dem das Verbundmaterial (2) umfasst ein Vlies (31), ein Pulver, das die erste Substanz (21) und die zweite Substanz (22) enthält und Körner aufweist, einen Klebstoff (33), durch den die Körner des Pulvers in dem Vlies (31) gebunden sind.
Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die erste Substanz (21) ein Wasser absorbierendes Polymer umfasst.
Kabel nach Anspruch 6, bei dem das Polymer zumindest teilweise vernetzt ist.
Kabel nach Anspruch 6 oder 7, bei dem das Polymer ein Polyacrylat, eine Polyacrylsäure, ein zumindest teilweise neutralisiertes Derivat einer Polyacrylsäure, ein Polyethylenoxid, ein Derivat von Cellulose oder Stärke, ein Polyvinylalkohol, ein Polyvinylether, eine Polymaleinsäure, ein Acrylamid, ein Acrylonitril oder einen Acrylatester enthält.
Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die zweite Substanz (22) Silizium und ein Alkalimetall enthält.
Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die zweite Substanz (22) Siliziumdioxid und ein Alkalioxid enthält.
Kabel nach Anspruch 10, bei dem das Alkalioxid Na₂O oder K₂O ist.
Kabel nach Anspruch 10 oder 11, bei dem ein Verhältnis der Molzahlen des Siliziumdioxids und des Alkalioxids mindestens 3 zu 1 beträgt.
Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die zweite Substanz (22) ein kristallwasserhaltiges Natriumsilikat oder Kaliumsilikat enthält.
Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem die zweite Substanz auch Schamotte, Feldspat, Glimmer oder Graphit enthält.
Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 14, umfassend: ein Übertragungselement (10), das von dem Kabelmantel (11) umgeben ist, wobei das Verbundmaterial (2) das Übertragungselement (100) umgibt.
Kabel nach Anspruch 15, bei dem das Übertragungselement (10) einen Lichtwellenleiter (100) umfasst, der Lichtwellenleiter (100) eine Glasfaser (1002) und eine die Glasfaser (1002) umgebende Beschichtung (1001) aufweist und die Beschichtung (1001) das Verbundmaterial (2) enthält.
Kabel nach Anspruch 15, bei dem das Übertragungselement (10) mehrere Lichtwellenleiter (100) umfasst, die von einer Aderhülle (101) umgeben sind und die Aderhülle (101) eine Beschichtung (1001) aufweist, die das Verbundmaterial (2) enthält.
Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 14, ein Übertragungselement (10), das von dem Kabelmantel (11) umgeben ist, ein fadenförmiges Element, das zwischen dem Übertragungselement (10) und dem Kabelmantel (11) angeordnet ist und das Verbundmaterial (2) enthält.
Verfahren zur Herstellung eines Kabels, umfassend die Schritte: Bereitstellen einer ersten Substanz (21), die durch Zufuhr von Wasser quellbar ist, einer zweiten Substanz (22), die durch Zufuhr von Wärme verschäumbar und glasbildend ist, eines Lösungsmittels (33), und eines Trägermaterials (31), Lösen der ersten Substanz (21) und zweiten Substanz (22) in dem Lösungsmittel (33), wodurch eine Lösung hergestellt wird, Einbringen der Lösung in das Trägermaterial (31) oder Aufbringen der Lösung auf das Trägermaterial (31), wodurch das Verbundmaterial (2) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 19, umfassend die Schritte: Bereitstellen eines Übertragungselements (100), Umgeben des Übertragungselementes (100) mit dem Verbundmaterial (2), Umgeben des Verbundmaterials (2) mit einem Kabelmantel (11).
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, umfassend die Schritte: Einbringen eines durch Strahlung polymerisierbaren Monomers oder Oligomers in die Lösung, Bestrahlen des Verbundmaterials (2), um ein Aushärten zu bewirken.