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Die
Erfindung betrifft ein brandgeschütztes Lichtwellenleiterkabel.
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An
Kabel, die in Gebäuden
verlegt sind, werden hohe Anforderungen in Bezug auf ihr Verhalten im
Brandfall gestellt. Einerseits sollen sie keinen eigenen Beitrag
zum Brand oder zur Gefährdung
von Menschen leisten, sei es durch Brandfortleitung, Rauchentwicklung
oder das Freisetzen von Halogenen, andererseits soll ihre Funktionsfähigkeit
und damit die von Sicherheitseinrichtungen wie Lautsprechern, Lüftungssteuerungen
oder Videoüberwachungen
wenigstens für
eine bestimmte Zeit gewährleistet sein.
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Diese
Sicherheitsanforderungen sind in Form von Normen standardisiert.
In Deutschland ist die Normung nach dem nationalen DIN maßgeblich, regionale
bzw. internationale Normen werden vom CENELEC bzw. vom IEC errichtet.
Die Hersteller beachten solche Normen auf freiwilliger Basis.
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Kupferkabel
sollten nach allen drei Gremien Normen betreffs Halogenfreiheit,
Rauchdichte, Brennverhalten und Isolations- sowie Funktionserhalt erfüllen. Als
einziges Gremium schreibt das DIN einen praxisnahen Nachweis des
Funktionserhalts vor. Dieser Test nach DIN 4102-12 ist besonders
streng und schwierig zu bestehen, da nicht nur das Kabel, sondern
auch das Aufhängungs-
und Tragsystem (wie z. B. in "Brandsicherheit
und Funktionserhalt", Thomas
Gehrke und Peter Pardeyke, www.funkschau.de/heftarchiv/pdf/2004/01/fs040110.pdf, 1/2004,
dargelegt) geprüft
wird. Auf einer Länge
von drei Metern wird das System mit einer Flamme erhitzt, die einer
Einheitstemperaturkurve, die während der
ersten 10 Minuten auf 600 Grad ansteigt, nach 30 Minuten über 800
Grad erreicht hat und nach einem weiteren flachen Anstieg nach 90
Minuten bei 900 Grad endet, entspricht. Es existieren die Klassifizierungen
E30, E60 und E90, bei denen das System über einen Zeitraum von 30,
60 bzw. 90 Minuten den Flammen ausgesetzt ist. Da während der
Prüfung Kabeldurchhänge, Verbiegungen
des Tragsystems, Auflösen
der Kabelbündel
und andere Brandfolgen auftreten können, wirken auf die Kabel
teilweise zusätzlich
zu den thermischen beträchtliche
mechanische Belastungen. Unter den Bedingungen aller anderen, kaum
an die Praxis angelehnten Tests sind die Kabel keinen solchen mechanischen
Belastungen ausgesetzt.
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Es
existieren verschiedene Ansätze
für die Entwicklung
von Kabeln, die all diese Normen erfüllen. Zum Isolations- und Funktionserhalt
wird zum Beispiel in "Some
Elastomers like it hot",
www.wacker.corn/internet/webcache/de_DE/WGroup/Media/CorpInfo/Silicones/Silicones_P_Releases/020220_New_Rubber_Jacket_en.pdf?ts=10881
73512020 vorgeschlagen, die Kabelseele mit einem speziell entwickelten
Silikonkautschuk zu umgeben, der unter Hitzeeinwirkung eine isolierende
Keramiklage um das Kabel bildet. Nach demselben Prinzip dient eine
Glimmerumhüllung
bei hohen Temperaturen als eine letzte dünne Isolationsschicht der Adern.
In den Mantel oder darunter können
Schichten aus den verschiedensten Materialien integriert werden,
die Hitze von der Kabelseele fernhalten.
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Im übrigen besitzen
normgerechte Kabel meist spezielle flammwidrige, raucharme und halogenfreie
Mäntel,
wobei ein flammwidriger Mantel kein Feuer fortleitet und von selbst
verlöscht.
Diese drei Eigenschaften werden durch den Einsatz besonderer Materialien
gesichert. Zum Beispiel können
halogenfreie Kunststoffe wie PE und PP durch Hinzufugen von Aluminiumtrihydrat
oder Magnesiumoxid, beides Stoffe, die unter Hitzeeinwirkung Wasser
abspalten, flammwidrig und raucharm gemacht werden, siehe dazu "unilan – Handbuch
der universellen Gebäudeverkabelung", Dätwyler AG,
Kabel+Systeme, CH-6460 Altdorf 1998.
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Lichtwellenleiterkabel
sollen inzwischen ähnliche
Normen erfüllen
wie Kupferkabel. Tests auf Isolations- bzw. Funktionserhalt nach
einer IEC-Norm (IEC 60331-25) sowie auf Halogenfreiheit, Rauchdichte
und Brandverhalten werden gefordert. Die genannte Norm IEC 60331-25
schreibt eine Beflammung von definierter Zeitdauer und Temperatur
auf einer bestimmten Länge
des Kabels vor, nach der die Informationsübertragung noch immer funktionieren muss.
Ein Test wie der nach DIN 4102-12, der als einziger ein praxisnahes
Prozedere anwendet, wird Lichtwellenleiterkabeln jedoch nicht abverlangt,
obwohl gerade nach solchen Tests eine relevante Aussage über das
Kabelverhalten im Brandfall getroffen werden kann. Zweifellos spielt
beim bisherigen Verzicht auf eine entsprechende Norm die Empfindlichkeit
von Glasfasern schon unter normalen Umständen und erst recht nach dem
Aufbau von Spannungen nach einem schroffen Temperaturwechsel eine Rolle.
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Deswegen
reichen brandschützende
Maßnahmen,
wie sie für
Kupferkabel bekannt sind, für
einen befriedigenden Brandschutz von Lichtwellenleiterkabeln meist
nicht aus. Die Anforderungen an Rauchdichte, Halogenfreiheit und
Isolationserhalt können
durch direkte Übernahme
der Methoden für Kupferkabel
eingehalten werden; den Funktionserhalt betreffendes Know-how kann
jedoch nur bedingt auf ein Lichtwellenleiterkabel übertragen
werden.
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Für den Schutz
eines Lichtwellenleiterkabels gegen einen Hitzeschock mit nachfolgender
Druckwelle offenbart die Druckschrift
DE 32 01 981 C2 einen komplizierten Kabelaufbau
mit einer festen Umhüllung
des Lichtwellenleiters aus vernetztem Material, einer temperaturbeständigen Füllung der
Kabelseele, einem Innenmantel aus flammwidrigem Material, sowie
einer Lage von Glasgarnen, die in einen temperaturbeständigen Lack
getaucht sind. Zusätzlich
sind weitere zugfeste Elemente notwendig, ohne die normale Belastungen,
wie sie etwa beim Einziehen des Kabels auftreten, nicht ausgehalten
werden können.
Da diese zusätzlichen
Zugentlastungselemente bei einem Brand aber zerstört werden,
können für diesen
Fall wiederum nur geringe mechanische Belastungen toleriert werden.
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Die
Druckschrift
DE 19
94 91 67 A1 schlägt vor,
die Kabelseele eines Kabels mit einem feuerfeste Harz-Stapelfasern
enthaltenden Garn zu umhüllen.
Dieses Garn kann im Mantel enthalten sein oder als zusätzliche
Schicht zwischen Mantel und Kabelseele liegen. Auch mehrere Garnlagen
sind denkbar. Durch den Einsatz zusätzlicher Fasern oder besonders
reißfester
Garne kann normale Zugfestigkeit gesichert werden.
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Das
Augenmerk der beiden genannten Druckschriften ist jedoch hauptsächlich darauf
gerichtet, ein flammwidriges, hitzebeständiges Kabel bereitzustellen,
nicht aber ein Kabel, das besonderen mechanischen Belastungen im
Brandfall gewachsen ist.
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Die
Erfindung stellt ein brandgeschütztes Lichtwellenleiterkabel
bereit, welches eine oder mehrere Lichtwellenleiteradern aufweist,
die mit einer Glimmerumhüllung
umgeben sind.
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Die
Erfindung wird nun anhand von bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen
und der angefügten
beispielhaften Zeichnung näher
erläutert. In
der schematischen Zeichnung zeigen
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1 einen
Querschnitt durch eine Ausführungsform
mit einer Hohlader;
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2 einen
Querschnitt durch eine Ausführungsform
mit einer Festader;
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3 eine
Ansicht einer Ausführungsform mit
einer Bündelader;
und
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4 eine
Ansicht eines aus mehreren Adern gemäß 1, 2 oder 3 aufgebauten Lichtwellenleiterkabels.
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Bevor
die Figuren eingehend beschrieben werden, folgen noch einige allgemeinere
Anmerkungen zu den Ausführungsformen.
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Bei
den Ausführungsformen
ist über
die Adern des Lichtwellenleiterkabels eine Glimmerumhüllung aufgebracht.
Glimmer ist ein nach einer Seite sehr gut spaltbares Tonerdesilikat,
das als ausgezeichneter elektrischer Isolator oft in der Elektrotechnik
zum Einsatz kommen. Wie schon eingangs erwähnt, ist es bekannt, Glimmerbänder für den Brandschutz
von Kupferkabeln zu verwenden, wo sie die Spannungsdurchschlagsfestigkeit
durch Erhalten einer Isolationsschicht im Brandfall sichern. Es
wurde erkannt, dass eine Glimmerumhüllung auch bei einem Lichtwellenleiterkabel
vorteilhaft ist, obwohl hier keine Spannungsdurchschlagsfestigkeit
erzielt zu werden braucht. So gewährt sie Schutz zum Beispiel vor
Querkräften,
bei einem straffen Aufbringen der Bänder hält sie zusätzlich das Adermaterial fest
und bietet dadurch thermischen und mechanischen Schutz (kann beispielsweise
Brüche
verhindern). Ein Umwickeln von einzelnen von mehreren Adern bietet Schutz
gegen Kräfte,
die die Adern gegenseitig aufeinander ausüben.
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In
der oben eingeführten
Druckschrift
DE 199 49
167 A1 wird übrigens
erwähnt,
dass es aus dem Stand der Technik bekannt sei, die Kabelseele eines Kabels
mit einem Glimmerband zu umhüllen.
Offenbar bezieht sich diese Aussage jedoch nur auf die Seele von
unmittelbar zuvor angesprochenen Kupferkabeln. Zudem wird von einer
Verwendung von Glimmer abgeraten.
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Bei
einigen Ausführungsformen
sind eine oder mehrere oder alle der mit einer Glimmerumhüllung umgebenen
Adern Hohladern. In Hohladern liegen die Glasfasern in einer Umhüllung, deren
Innendurchmesser größer ist
als der Durchmesser der Glasfaser, so dass die Fasern lose und kräftefrei
in der Ader liegen; hierdurch wird kein Längszug oder -druck und auch
kein Querdruck auf sie ausgeübt. Der
Hohlraum um die Glasfaser kann mit einer schützenden, gelartigen Masse aufgefüllt werden.
Bei anderen Ausführungsformen
sind eine oder mehrere oder alle der Adern Festadern. In einer Festader
wird die Glasfaser von der Aderumhüllung fest umschlossen. Dabei
erweist es sich meist als günstig,
eine Füllmasse
zwischen die Faser und den Adermantel einzufügen, um eine gewisse Unabhängigkeit
der Faser von mechanisch und thermisch bedingten Längenunterschieden
zu erreichen. Dieser Typ von Festader wird meist Kompaktader genannt
und ist beispielsweise für
direkte Steckermontage oder Spleisstechnik geeignet.
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Bei
einigen der Ausführungsformen
werden Einzeladern (mit einer einzelnen Faser im Innern), bei anderen
Bündeladern
(die ein ganzes Faserbündel
umschließen)
eingesetzt, bei anderen eine Kombination aus Bündeladern und Einzeladern.
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Befinden
sich mindestens zwei Adern, die die Kabelseele bilden, in der Umhüllung, werden
sie in einer Ausführung
verseilt. Eine Verseilung dient der Flexibilität des Kabels und bewirkt auch
eine Dehnungsunabhängigkeit
der Faser gegenüber
dem Kabel.
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Für einige
Ausführungsformen
sind die Adern in der Verseilung fixiert. Über die Verseilung kann ein
Band gewickelt sein, das gleichzeitig eine brandschützende Wirkung
besitzt; es bietet z.B. in einer Ausformung als Glasband weiteren
thermischen und mechanischen Schutz. Glas, dessen Schmelzpunkt (je
nach Herstellungsverfahren) in einem sehr hohen Bereich liegt (Quarzglas
z.B. schmilzt ungefähr
bei 1700°C),
kann die Verseilung auch in großer Hitze
noch zusammenhalten.
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Da
Zugentlastungselemente eine Möglichkeit
bieten, äußere Kräfte von
den leicht zu beschädigenden
Glasfasern abzuhalten, kommen sie in einigen Ausführungsformen
zum Einsatz. Teilweise werden als Zugentlastungselemente dabei Glasfilamente
verwendet.
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Glasfilamente
sind Textilglasfasern von beliebigem Durchmesser in jeder möglichen
Länge.
Sie können
ihre Funktion auch unter Hitzeeinwirkung noch erfüllen.
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Hinsichtlich
der Flammwidrigkeit ist bei den meisten Ausführungsformen ein Mantel aus
einem flammwidrigen, nicht-korrosiven Material als äußerste Hülle aufgebracht.
Halogenfreie Kunststoffe sind beispielsweise PE, PP, PA, PUR, EPDM
oder EVA. Durch Beimischen von Aluminiumtrihydrat oder Magnesiumoxid
können
solche Kunststoffe flammwidrig gemacht werden.
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Zurück zu 1,
ist der Querschnitt einer Ausführungsform
eines brandgeschützten
Lichtwellenleiterkabels mit einer Hohlader 11 dargestellt.
In der vor äußeren mechanischen
Einwirkungen (hauptsächlich
im Nicht-Brandfall) schützenden
Aderhülle 12 befindet
sich eine Glasfaser 15, die von einer Primärbeschichtung 14 umgeben
ist, die direkt nach dem Ziehen der Faser beim Hersteller aufgebracht wird.
Da der Innendurchmesser der Aderhülle 12 größer ist
als der Außendurchmesser
der primärbeschichteten
Glasfaser (z.B. um mehr als einen Faktor 2 größer), entsteht dazwischen ein
Hohlraum 13. Eine definierte Lage der Faser in der Hohlader
wird optional durch Auffüllen
des Hohlraumes 13 mit einer Füllmasse sichergestellt. Um
die Aderhülle 12 ist
eine Glimmerumhüllung 16 aufgebracht.
Fakultativ ist die glimmerumhüllte
Ader von einem Mantel 17 umgeben.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
gemäß 2 ist
die Ader eine Festader 21. Bei dieser hat eine Glasfaser
immer eine vorbestimmte Lage, da die Aderhülle 22 das Kabelinnere
fest umschließt.
Die Glasfaser 25 besitzt eine Primärbeschichtung 24. Zwischen
dieser Primärbeschichtung 24 und
der Aderhülle 22 kann
optional eine gelartige Füllmasse 23 eingebracht
sein, die der Glasfaser 25 zu einer leicht distanzierten
Position verhilft, so dass sich Längenänderungen der Aderhülle 22 nicht
direkt auf die Glasfaser auswirken. Um die Aderhülle 22 ist wiederum
eine Glimmerumhüllung 26 aufgebracht.
Fakultativ ist die glimmerumhüllte
Ader wie in 1 von einem Mantel 27 umgeben.
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Sowohl
in 1 als auch in 2 sind Einzeladern
gezeichnet. Dieser Begriff bedeutet, dass eine Ader nur eine einzelne
Glasfaser enthält.
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3 stellt
eine Bündelader 31 dar.
Im Inneren der Aderhülle 32 befindet
sich ein ganzes Bündel von
Glasfasern 34, mindestens jedoch zwei Glasfasern. Es handelt
sich bei der Bündelader 31 um
eine Hohlader wie in 1, jedoch mit mehreren Glasfasern,
die hier mit 34 bezeichnet sind. Auch im Fall der 3 mit
mehreren Glasfasern verbleibt im Inneren der Hohlader ein ausreichend
dimensionierter Zwischenraum, um die Glasfasern von äußeren Längs- und
Querkräften
entkoppeln zu können.
Die Lage der einzelnen Glasfasern im Hohlraum 33 ist optional durch
eine Füllmasse
fixiert. Auf der Aderhülle 32 ist wiederum
eine Glimmerumhüllung 35 in
der Art einer Bandierung aufgebracht. Fakultativ kann, wie in 1 und 2, über der
Glimmerumhüllung
ein Mantel angeordnet sein.
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4 zeigt
schließlich
eine Ausführungsform
eines brandgeschützten
Lichtwellenleiterkabels 41, das aus mehreren Adern 43 aufgebaut
ist. Bei den Adern handelt es sich um Adern eines der in 1, 2 und 3 gezeigten
Typen, also um Adern 11, 21 bzw. 31 mit
jeweils einer oder mehreren Glasfasern 42; natürlich sind
auch Mischformen aus verschiedenen dieser Typen möglich. Wie
in den 1 bis 3 sind die Adern 43 jeweils
von einer Glimmerumhüllung 44 in
der Art einer Bandierung straff umgeben. Die Adern 43 sind
um einen Zentralstab 45 in der Mitte des Adernbündels angeordnet, der
für eine
erhöhte
mechanische und thermische Stabilisierung des Kabels sorgt. Bei
manchen Ausführungsformen
sind die Adern 43 verseilt, gegebenenfalls um den Zentralstab 45 herum.
Die Adern 43 sind insgesamt von einer Bandwicklung 46 umgeben, die
hier aus Glasband gewickelt ist. Über der Bandwicklung folgt
eine Schicht von Zugentlastungselementen 47, die z. B.
aus Glasfilamenten aufgebaut sind. Das Kabel ist umhüllt von
einem Mantel 48, der aus einem flammwidrigen und nicht-korrosiven
Material besteht.
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Bei
einem Kabel, das nur aus einer Ader gemäß einer der 1 bis 3 aufgebaut
ist, sorgt der dann auf der Glimmerumhüllung vorgesehene Mantel (17 in 1, 27 in 2)
für den
Schutz der Adern nach außen.
Ein Kabel mit mehreren Adern gemäß 4 kann
hingegen aus mantellosen glimmerumhüllten Adern aufgebaut sein;
für den
Schutz nach außen
sorgt bei diesen der Gesamtmantel 48.
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Bei
der in 4 gezeigten Ausführungsform ist das Kabel serienmäßig in der
Lage, neben den üblicherweise
an Lichtwellenleiterkabel gestellten Anforderungen, zum Beispiel
die gemäß IEC 60331.25, EN
50200 und BS 6387 CWZ genormten Anforderungen, zusätzlich die
den Funktionserhalt im Brandfall betreffende DIN 4102-12 E30 in
für Lichtwellenleiter abgewandelter
Form zu erfüllen
und die damit verbundenen mechanischen Belastungen auszuhalten. Die
Abwandlung für
Lichtwellenleiterkabel besteht darin, dass andere Kriterien für ein Erfüllen des
Tests gewählt
wurden: Die Prüfung
gilt als bestanden, wenn die Signalabschwächung der Faser so gering bleibt,
dass für
die Übertragung
von Video- und Audiosignalen sowie für Datenverbindungen während der Prüfung keine
Beeinträchtigung
festgestellt werden kann.