DE102021131881B4

DE102021131881B4 - Innen metallfreies gepanzertes Glasfaserkabel

Info

Publication number: DE102021131881B4
Application number: DE102021131881.5A
Authority: DE
Inventors: auf Antrag nicht genannt. Erfinder
Original assignee: Incab LLC
Current assignee: Incab LLC
Priority date: 2021-12-03
Filing date: 2021-12-03
Publication date: 2024-05-08
Anticipated expiration: 2041-12-04
Also published as: DE102021131881A1

Abstract

Gepanzertes Glasfaserkabel (100), aufweisend
- eine äußere, wasserabweisende und wetterbeständige Polymerschicht (110) als Kunststoffmantel,
von außen nach innen
- eine erste innere Lage Armierungsdrähte (130),
- eine zweite innere Lage Armierungsdrähte (140),
wobei die erste innere Lage Armierungsdrähte (130) und die zweite innere Lage Armierungsdrähte (140) mit dem Kunststoffmantel aus der wetterbeständigen Polymerschicht (110) verbunden sind,
- ein innerer Tragdraht (160), der mit einer Polymerschicht (150) ummantelt ist, wobei
der innere Tragdraht (160) aus Glasfaserverbundwerkstoff besteht, der auf seiner Ummantelung mit einer Mehrzahl von Kunststoffrohren (170) verseilt ist, innerhalb derer sich jeweils ein Glasfaserbündel (190) befindet
dadurch gekennzeichnet, dass
die verseilte Kunststoffrohre (170) mit einer Mehrzahl wasserquellender Fasern verseilt sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein gepanzertes Glasfaserkabel, aufweisend eine äußere, wasserabweisende und wetterbeständige Polymerschicht als Kunststoffmantel, von außen nach innen eine erste innere Lage Armierungsdrähte, eine zweite innere Lage Armierungsdrähte, wobei die erste innere Lage Armierungsdrähte und die zweite innere Lage Armierungsdrähte mit dem Kunststoffmantel aus der wetterbeständigen Polymerschicht verbunden sind, ein innerer Tragdraht, der mit einer Polymerschicht ummantelt ist, wobei der innere Tragdraht aus Glasfaserverbundwerkstoff besteht, der auf seiner Ummantelung mit einer Mehrzahl von Kunststoffrohren verseilt ist, innerhalb derer sich jeweils ein Glasfaserbündel befindet.
Zum Verlegen von Glasfaserkabeln über lange Strecken ist es bekannt, mit Stahlseilen armierte Glasfaserkabel in Kunststoffen oder Polymeren einzugießen und mit einer Kunststoff- oder Polymerschicht einzufassen. Diese Glasfaserkabel eignen sich zum Verlegen über lange Strecken und zum langfristigen Verbleib im Erdreich. Zur besonders wirtschaftlichen Ausstattung von größeren Regionen mit Glasfaserkabeln ist man dazu übergegangen, wetterbeständige Kabel entlang von Eisenbahnstrecken zu verlegen. Typischerweise werden dazu Kabelführungssysteme im Gleisbett verbaut. Die Kabelführungssysteme schützen das Kabel vor Nagerverbiss, vor Vandalismus aber auch vor Witterung. Um den Glasfaserausbau wesentlich zu beschleunigen, ist man dazu übergegangen, das Glasfaserkabel im Schotterbett zu verlegen, wobei eine Tiefe von 20 cm angestrebt ist. Dieser Ausbau erlaubt den Schienenbetreib, während das Glasfaserkabel verlegt wird.
Ein Nachteil der bekannten, gepanzerten Glasfaserkabel ist der sich in der Armierung ausbildende Induktionsstrom, der durch den vorbeifahrenden Zug, der einen sehr hohen Fahrstrom in die Schiene als Erdpol ableitet, erzeugt wird. Beim zuvor erwähnten, beschleunigten Glasfaserausbau kann es vorkommen, dass ein befahrener Schienenstreckenabschnitt über die Armierung im Glasfaserkabel galvanisch mit einem Glasfaserabschnitt verbunden ist, der zum aktuellen Verlege- und Installationszeitraum parallel zu einem in diesem Zeitraum nicht befahrenen Schienenabschnitt verläuft. Der zuvor genannte Induktionsstrom kann für das Installationspersonal beim Hantieren mit dem geöffneten Glasfaserkabel bei der Installation lebensgefährlich werden.
In der US-Patentanmeldung US 2021/004 8591 A1 wird ein feuerfestes Kabel mit einem inneren Armierungsdraht offenbart. Um die einzelnen Seelen des Kabels vor Feuer zu schützen, umfasst das Kabel eine Schicht aus Glimmer oder Vermiculit, welches die Seele vor der Hitze des Feuers schützt und das selbst nicht entzündlich ist. Ein zentraler Tragdraht dieses feuerfesten Kabels ist aus einem faserverstärkten Kunststoff gefertigt.
In der veröffentlichten Europäischen Patentanmeldung EP 3 767 356 A1 wir ein Unterseekabel für eine verteilte Sensorik offenbart. Um die Länge des darin vorhandenen Glasfaserkabel variieren zu können, ist es vorgesehen, dass innerhalb eines ersten metallischen Mantelrohres ein weiteres lose verlegtes Innenrohr vorhanden ist, das das Glasfaserkabel aufnimmt.
In der veröffentlichten Europäischen Patentanmeldung EP 3 346 307 A1 wird ein Glasfaserkabel offenbart, in welchem einzelne Faserbündel als Kreissektionen angeordnet sind. Dies erhöht die Packungsdichte der im Kabel enthaltenen Glasfaserseelen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein gepanzertes Glasfaserkabel zur Verfügung zu stellen, welches gefahrlos parallel zu einem Schienenbetrieb entlang eines Gleises verlegbar ist.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch ein gepanzertes Glasfaserkabel mit den Merkmalen nach Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen zu Anspruch 1 angegeben. Ein Verfahren zur Herstellung dieses gepanzerten Glasfaserkabels ist in Anspruch 9 beansprucht.
Nach dem Gedanken der Erfindung ist also vorgesehen, dass der innere Tragdraht aus Glasfaserverbundwerkstoff besteht, der auf seiner Ummantelung mit einer Mehrzahl von Kunststoffrohren verseilt ist, innerhalb derer sich jeweils ein Glasfaserbündel befindet. Das hier vorgestellte Glasfaserkabel ist also von außen nach innen im Wesentlichen zweistufig aufgebaut. Eine äußere Lage des Glasfaserkabels weist eine metallische Armierung auf, hingegen weist eine innere Lage des Glasfaserkabels keine metallischen Bestandteile und auch keine elektrisch leitfähigen Materialien auf. Zum Verlegen ist es notwendig, einzelne Glasfaserabschnitte miteinander zu verbinden. Hierzu muss das Verlege- und Installationspersonal zwei Glasfaserkabel, Strang für Strang miteinander verbinden. Um zu verhindern, dass das Installationspersonal durch einen in der Ferne erzeugten Induktionsstrom einen elektrischen Schlag erhält, wird der äußere Teil des Armierungsdrahtes abgelängt und geerdet. Der innere Teil des Glasfaserkabels ist frei von elektrischen Leitern, insbesondere Frei von metallischen Leitern, so dass das Installationspersonal gefahrlos mit dem inneren Teil des Glasfaserkabels hantieren kann.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die verseilten Rohre mit einer Mehrzahl wasserquellender Fasern verseilt sind. Die in Wasser quellenden Fasern können dabei Naturfasern sein, wie Hanf oder Manila, das aus dem Schiffbau zum Dichten von Planken bekannt ist. Diese quellenden Naturfasern nehmen Feuchtigkeit auf und verhindern, dass eindringendes Wasser an die Kunststoffmäntel heranreicht und dort langsam die Kunststoffmäntel korrodiert.
In vorteilhafter Weise kann vorgesehen sein, dass die mindestens zwei Kunststoffrohre mit einem hydrophoben Gel blasenfrei verfüllt sind. Das hydrophobe Gel weist Wasser ab und verhindert dadurch eine Korrosion, durch welche die Glasfasern milchig werden und dabei eine höhere Dämpfung zeigen. Dabei kann das hydrophobe Gel auf Bitumen basieren aber auch aus klaren, oligomeren oder polymeren Kunststoffen bestehen.
Um zu verhindern, dass bei unbeabsichtigter Verletzung des Glasfaserkabels Feuchtigkeit eintritt, kann vorgesehen sein, dass die äußere, wasserabweisende und wetterbeständige Polymerschicht als Kunststoffmantel blasenfrei mit den Armierungsdrähten extrudiert ist. Dabei kann die äußere, wasserabweisende und wetterbeständige Polymerschicht aus HD-Polyethylen bestehen. Diese bietet keinen Anreiz für Nager, das gepanzerte Glasfaserkabel zu zernagen. Für eine Eignung zur nahtlosen Verlegung bis in Innenräume kann vorgesehen sein, dass die äußere, wasserabweisende und wetterbeständige Polymerschicht halogenfrei ist. Bei einem Brand kann das Glasfaserkabel keine giftigen Dämpfe bilden, die zu ernsthaften Rauchvergiftungen führen können.
Um bei gleichzeitiger Flexibilität eine möglichst hohe Stabilität und Zugfestigkeit des gepanzerten Glasfaserkabels zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass mindestens zwei Kunststoffmäntel mit mindestens einem weiteren Draht aus Kunststoff verseilt sind. Zum Herstellen des erfindungsgemäßen Glasfaserkabels eignet sich ein auf Koextrudieren basierendes Verfahren. Dieses Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

Verschweißen oder Extrudieren einer Mehrzahl von Glasfasersträngen in einem Kunststoffrohr, wobei beim Verschweißen oder Extrudieren ein hydrophobes Gel in das Kunststoffrohr injiziert wird, Verseilen mindestens zweier zuvor verschweißten Kunststoffrohre mit einem Tragseil, wobei bei der Verseilung in Wasser quellende Fasern in das Seil eingedreht werden, und wobei die Kunststoffrohre um einen mit einer Polymerschicht umhüllten Tragdraht aus Glasfaserverbundwerkstoff geschlagen werden, Einfassen des zuvor erstellten Seils mit einem ersten Kunststoffrohr aus einer Polymerschicht, Koextrudieren des eingefassten Seiles mit flüssigem HD-Polyethylen, wobei die flüssige HD-Polyethylenschicht Armierungsdrähte aufweist, die beim Koextrudieren um das eingefasste Seil rotieren.

Das so hergestellte, gepanzerte Glasfaserkabel widersteht Nagerverbiss, kann eine Reißfestigkeit von bis zu 60 kN aufweisen und sich mit einem kleinsten Biegeradius zwischen 10 cm und 50 cm biegen. Das so hergestellte, gepanzerte Kabel eignet sich zum Verlegen unter freiem Himmel, der Witterung ausgesetzt, zum Verlegen im Gleisbett und zum Verlegen in Asphalttunneln, wie auch Spannen über längere Distanzen als Freiluftdraht oder zum Verlegen in Abwasserkanälen.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:

1 einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen, gepanzerten Glasfaserkabels,
2 ein in verschiedenen Schichten abgelängtes, gepanzertes Glasfaserkabel nach dem Gedanken der Erfindung,

In 1 ist ein Querschnitt eines erfindungsgemäßen, gepanzerten Glasfaserkabels 100 gezeigt. Das gepanzerte Glasfaserkabel 100 weist die folgenden Bestandteile auf: Von außen nach innen beginnt die Schichtfolge mit einer äußeren, wasserabweisenden und wetterbeständigen Polymerschicht 110 als Kunststoffmantel. Das Material dieser Polymerschicht 110 kann HD-Polyethylen sein, welches besonders witterungsfest ist und für Nager keinen Anreiz zum Nagen bietet. Diese Polymerschicht 110 aus HD-Polyethylen kann durch Koextrusion um den inneren Kern des gepanzerten Glasfaserkabels 100 gespritzt werden. Wird bei der Koextrusion der innere Kern des gepanzerten Glasfaserkabels 100 durch die Extruderdüse gezogen, so legt sich die Polymerschicht 110 aus HD-Polyethylen blasenfrei um die Armierungsdrähte 130 herum. Die Blasenfreiheit ermöglicht, dass das gepanzerte Glasfaserkabel 100 teilweise beschädigt sein kann. Von außen eindringendes Wasser kann nicht durch Poren in das Innere des gepanzerten Glasfaserkabels 100 eindringen, da die Polymerschicht 110 aus HD-Polyethylen blasenfrei ist. Von außen nach innen folgen eine erste innere Lage Armierungsdrähte 130 und eine zweite innere Lage Armierungsdrähte 140. Diese Armierungsdrähte 130 und 140 sind um den darin aufgenommenen Kern des gepanzerten Glasfaserkabels 100 zu einem Seil geschlagen. Zum Schutz der Armierungsdrähte 130 und 140 sind die erste innere Lage Armierungsdrähte 130 und die zweite innere Lage Armierungsdrähte 140 mit dem Kunststoffmantel aus der wetterbeständigen Polymerschicht 110 verbunden. Weiter nach Innen befindet sich ein Kunststoffrohr aus einer Polymerschicht 120. Dieses Kunststoffrohr weist auf der nach außen weisenden Oberfläche und zur nach Innen weisenden Oberfläche wasserquellende Fasern 121, 122 auf, um zu vermeiden, dass sich Feuchtigkeit bis zu den Glasfasersträngen 190 nach innen hin ausbreitet. Ab der Polymerschicht 120 befindet sich kein metallischer Leiter mehr in dem Glasfaserkabel. Noch weiter nach Innen schließt sich ein Tragdraht 160 aus einem Glasfaserverbundwerkstoff an, der mit einer Mehrzahl, hier acht, Kunststoffrohren 170 verseilt ist, wobei sich in den Kunststoffrohren 170 je ein Glasfaserstrang 190 befindet. Die Kunststoffrohre sind des Weiteren mit einem hydrophoben Gel verfüllt. Um zu vermeiden, dass sich Feuchtigkeit bis in das Innere des gepanzerten Glasfaserkabels 100 ausbreitet, kann als Schutzfunktion vorgesehen sein, dass die zu einem Seil gewickelten Kunststoffmäntel 170 mit einer Mehrzahl in Wasser quellenden Fasern verseilt sind. In Wasser quellende Fasern können Naturfasern sein, wie Hanf oder Manila. Diese Naturfasern werden in der Nautik verwendet und sind daher bekannt. Die Glasfaserstränge 190 sind in den Kunststoffmänteln 170 in einem wasserabweisenden, hydrophoben Gel aufgenommen. Das kann ein auf Bitumen basierendes Gel sein. Es ist aber auch möglich, künstliche, organische Oligomere oder Polymere einzusetzen. Die künstlichen Oligomere oder Polymere haben den Vorteil, dass sie beim Spleißen des gepanzerten Glasfaserkabels weniger Verunreinigungen erzeugen. Von besonderem Vorteil ist es, wenn sämtliche Materialien des gepanzerten Glasfaserkabels 100 halogenfrei sind. Dadurch kann das gepanzerte Glasfaserkabel 100 sowohl im Außenbereich als auch im Innenbereich verlegt werden. Das ist vorteilhaft bei Übergängen in Gebäude oder bei der Verlegung in Tunneln. Die Halogenfreiheit ermöglicht eine Unbedenklichkeit bezüglich des Entstehens giftiger Gase bei Brand.
Neben den Kunststoffmänteln 170 ist in dem inneren Glasfaserkabel noch eine Reißleine 180 vorhanden. Diese Reißleine kann dazu verwendet werden, beim Ablängen des Kabels die Reißleine maschinell oder manuell seitlich aus dem Glasfaserkabel zu ziehen. Dabei reißt das Glasfaserkabel auf und so lassen sich unterschiedliche Schichten ablängen. Die Armierungsdrähte 130 und 140, sowie der zentrale Tragdraht 160 sind mit einer Polymerschicht umgeben, wodurch die Tragdrähte und die Armierungsdrähte elektrisch isoliert sind. Diese elektrische Isolation hat den Vorteil, dass diese gepanzerten Glasfaserkabel 100 unmittelbar neben einem Gleis verlegt werden können. Ein vorbeifahrender Zug erzeugt aufgrund des hohen in das Gleis strömenden elektrischen Stroms in einem daneben liegenden Kabel einen Wirbelstrom, der durch den fahrenden Zug mitgezogen wird. Dadurch baut sich im Armierungsdraht und auch im Tragdraht eine elektrische Spannung auf, die einer am Glasfaserkabel arbeitenden Person lebensgefährlich werden kann. Durch die langen Strecken des Kabels ist der am Glasfaserkabel arbeitenden Person mitunter gar nicht bewusst, dass ein Zug neben dem Kabel in einiger Entfernung vorbeifährt, was das Gefährdungspotenzial eines elektrischen Schlages wesentlich erhöht. Die elektrische Isolation der Armierungsdrähte und der Tragdrähte, die eigentlich keine elektrische Funktion erfüllen sollen, ermöglicht ein gefahrfreies Hantieren am Glasfaserkabel.
In 2 ist ein in verschiedenen Schichten abgelängtes, gepanzertes Glasfaserkabel nach dem Gedanken der Erfindung gezeigt. Von unten nach oben zeigen sich die folgenden abgelängten Schichten. Zunächst ist die äußere Polymerschicht 110 am Fuße des hier dargestellten, gepanzerten Glasfaserkabels zu erkennen. Als nächste Schicht zeigen sich die zu einem Seil geschlagenen äußeren Armierungsdrähte 130 als erste innere Lage Armierungsdrähte. Diese sind in der Polymerschicht 110 aufgenommen. Es folgt eine zweite innere Lage Armierungsdrähte 140. Diese Armierungsdrähte 140 bilden die Grenze zwischen der Polymerschicht 110 aus HD-Polyethylen und der innerhalb der Armierungsdrähte 130 vorhandenen Polymerschicht 120, die ein Kunststoffrohr bildet, wobei dieses Kunststoffrohr auf der nach innen weisenden Oberfläche und auf der nach außen weisenden Oberfläche wasserquellende Fasern 121, 122 aufweist. Innerhalb der Polymerschicht 120 befinden sich die Kunststoffmäntel 170, die durch Laserschweißen jeweils zu einem Rohr verschlossen sind und in sich jeweils ein Glasfaserbündel 190 tragen. Diese Kunststoffmäntel sind um einen Kern zu einem Seil gewickelt. Der Kern besteht aus einem Tragdraht 160, der selbst aus einem Glasfaserverbundmaterial besteht, und der durch eine Polymerschicht, hier durch eine LD-Polyethylenschicht, elektrisch isoliert ist.
Ein so hergestelltes, gepanzertes Glasfaserkabel 100 kann folgende Parameter zur Herstellung aufweisen. Ein Lagenverhältnis der inneren Armierungsdrähten 140 zu den äußeren Armierungsdrähten 130 zwischen 6 und 25. Die Bruchfestigkeit nach IEC 60794-1-21-E3 kann 1,1 kN/cm betragen.
BEZUGSZEICHENLISTE

100: Glasfaserkabel
110: Polymerschicht
120: Polymerschicht
121: wasserquellende Fasern
122: wasserquellende Fasern
130: Armierungsdraht
140: Armierungsdraht
150: Polymerschicht
160: Tragdraht
170: Kunststoffrohr
180: Reißleine
190: Glasfaserbündel

Claims

Gepanzertes Glasfaserkabel (100), aufweisend - eine äußere, wasserabweisende und wetterbeständige Polymerschicht (110) als Kunststoffmantel, von außen nach innen - eine erste innere Lage Armierungsdrähte (130), - eine zweite innere Lage Armierungsdrähte (140), wobei die erste innere Lage Armierungsdrähte (130) und die zweite innere Lage Armierungsdrähte (140) mit dem Kunststoffmantel aus der wetterbeständigen Polymerschicht (110) verbunden sind, - ein innerer Tragdraht (160), der mit einer Polymerschicht (150) ummantelt ist, wobei der innere Tragdraht (160) aus Glasfaserverbundwerkstoff besteht, der auf seiner Ummantelung mit einer Mehrzahl von Kunststoffrohren (170) verseilt ist, innerhalb derer sich jeweils ein Glasfaserbündel (190) befindet dadurch gekennzeichnet, dass die verseilte Kunststoffrohre (170) mit einer Mehrzahl wasserquellender Fasern verseilt sind.
Gepanzertes Glasfaserkabel (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffrohre (170) mit einem hydrophoben Gel blasenfrei verfüllt sind.
Gepanzertes Glasfaserkabel (100) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere, wasserabweisende und wetterbeständige Polymerschicht (110) als Kunststoffmantel blasenfrei mit den Armierungsdrähten (130, 140) extrudiert ist.
Gepanzertes Glasfaserkabel (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere, wasserabweisende und wetterbeständige Polymerschicht (110) aus HD-Polyethylen besteht.
Gepanzertes Glasfaserkabel (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere, wasserabweisende und wetterbeständige Polymerschicht (110) halogenfrei ist.
Gepanzertes Glasfaserkabel (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Tragdraht (160) aus Glasfaserverbundwerkstoff, der auf seiner Ummantelung mit einer Mehrzahl von Kunststoffrohren (170) verseilt ist, in einem inneren Kunststoffrohr aus einer Polymerschicht (120) aufgenommen ist, dass auf seiner nach innen weisenden Wand und auf der nach außen weisenden Wand wasserquellende Fasern (121, 122) aufweist.
Gepanzertes Glasfaserkabel (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dass innere Kunststoffrohr aus einer Polymerschicht (120) einen Reißfaden (180) aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines gepanzerten Glasfaserkabels nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: - Verschweißen oder Extrudieren einer Mehrzahl von Glasfasersträngen in einem Kunststoffrohr (170), wobei beim Verschweißen oder Extrudieren ein hydrophobes Gel in das Kunststoffrohr (170) injiziert wird, - Verseilen mindestens zweier zuvor verschweißten Kunststoffrohre (170) mit einem Tragseil, wobei bei der Verseilung in Wasser quellende Fasern in das Seil eingedreht werden, und wobei die Kunststoffrohre (170) um einen mit einer Polymerschicht (150) umhüllten Tragdraht (160) aus Glasfaserverbundwerkstoff geschlagen werden, - Einfassen des zuvor erstellten Seils mit einem ersten Kunststoffrohr aus einer Polymerschicht (120) , - Koextrudieren des eingefassten Seiles mit flüssigem HD-Polyethylen, wobei die flüssige HD-Polyethylenschicht Armierungsdrähte (130) aufweist, die beim Koextrudieren um das eingefasste Seil rotieren.