DE2842604A1

DE2842604A1 - Hohlraumader

Info

Publication number: DE2842604A1
Application number: DE19782842604
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Kunze
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1978-09-29
Filing date: 1978-09-29
Publication date: 1980-04-03
Also published as: DE2842604B2

Description

Hohlraumader
Die Erfindung bezieht sich auf einen in einer Hülle bzw.
in einem Schlauch lose untergebrachten Lichtwellenleiter.
Derartige Aderkonstruktionen sind bekannt. Beispielsweise twird in der DE-OS 2 505 621 eine Ausführungsform beschrieben, bei der eine Glasfaser lose von einer Eunststoffhülle umgeben wird, die wiederum lose in einem Kunststoffmantel angeordnet ist, der mit Hilfe längs verlaufender Glasfäden mechanisch verstärkt ist. Diese AusfUhrungsformen, für die ein Beispiel in Fig. 1 gezeigt ist, werden auch Hohlraumadern genannt, zu deren Herstellung im einfachsten Fall ein Kunststoffschlauch 1 lose über den Lichtwellenleiter 2 extrudiert wird. Das im Verhältnis zum Lichtwellenleiter-Durchmesser große Ubermaß des Schlauchinnendurchmessers di wird benötigt, damit der Lichtwellenleiter im Kabel auch bei Zugbeanspruchung des Kabels nahezu spannungsfrei bleibt. Diese spannungsfreie Lagerung wird aber dann gestört, wenn aus irgendeinem Grunde, z. B. bei der Fertigung, Montage oder bei Betriebsstörung, Wasser in die Adern eindringt und dieses dann gefriert. Dabei ist das Einfrieren nach dem in Fig. 2 gezeigten Fall relativ unkritisch. Das in den Schlauch 1 eingedrungene Wasser 4 ist an der Stelle 5 bereits in Eis übergegangen; die Pfeile 3 zeigen den Temperaturgradienten, der die Richtung für das Fortschreiten der Grenzschicht zwischen Eis und Wasser angibt. Liegt aber der Fall nach Fig. 3 vor, so entsteht in dem mittleren noch ungefrorenen Bereich 6 ein Überdruck, der umso größer wird, je dichter die beiden durch das Eis 7 gebildeten Grenzflächen Eis/Wasser zusammenlaufen. Der Überdruck wird durch das etwa um 10 % größere Volumen des Eises gegenüber der gleichen Masse flüssigen Wassers verursacht. Der Druck kann so groß werden, daß sich die Ader längt und der Lichtwellenleiter (LWL) reißt.
Hohladern können beispielsweise folgendermaßen aufgebaut sein: Die Lichtwellenleiter bestehen aus Quarzglas, haben einen Durchmesser von 0,125 mm, einen E-Modul von ELWL ELWL = 70.000 N/mm2 und eine Belastbarkeit für eine nicht zu große Ausfallwahrscheinlichkeit von FLWL= 2 N. Die Schläuche S der Hohlader haben einen Innendurchmesser di von 0,85 mm, das Material, z. B. Äthylenmonochlortrifluoräthylen oder Polypropylen hat einen E-Modul von EK = 1400 N/mm2, die Wanddicke s ist 0,275 mm.
Wie aus einer Rechnung hervorgeht, muß eine mit diesen Daten gekennzeichnete Ader im Einfrierfalle nach Fig. 3 brechen; denn bevor sich die Ader auf einen der Volumenzunahme entsprechenden größeren Querschnitt aufblähen kann, wird die zulässige axiale Zugbelastbarkeit überschritten. Dieser Bruchgefahr kann entgegengewirkt werden, wenn die Adern im Kabelverband gehindert werden, sich zu längen, z. B. durch eine feste Seelenumspinnung.
Dabei wird unmittelbar über den verseilten Adern fest und lückenlos eine Wendel aus z. B. Polyterephthalsäure-Ester-Folie aufgesponnen. Eine schmale nicht überlappende Haltewtndeltreicht aber wahrscheinlich nicht aus, um ein Ausknicken der unter Druck stehenden Ader zu verhindern.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, den in einer Hülle bzw. in einem Schlauch lose untergebrachten Lichtwellenleiter auch dann gegen Bruch zu schützen, wenn Wasser in die Hohlader eintritt und gefriert. Diese Aufgabe wird bei der Anordnung nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Hülle bzw. der Schlauch, in welcher bzw. in welchem der Lichtwellenleiter lose untergebracht ist, so ausgebildet bzw.
dimensioniert wird, daß der Lichtwellenleiter beim Einfrieren von in die Hülle bzw. in den Schlauch eventuell eingedrungenem Wasser nicht überdehnt wird und infolgedessen nicht zerreißt. Bei einer vorteilhaften AusfUhrungsform werden die Materialkenndaten und die Abmessungen der Hülle bzw. des Schlauches so gewählt, daß keine gefährdende Aderlängung eintritt.
Die Wirkung der Maßnahmen nach der Erfindung kann durch folgende Rechnung belegt werden. Es wird der Fall nach Fig. 3 zugrundegelegt. Außerdem wird angenommen, daß die Ader keine Uberlänge hat. Das ist berechtigt, da die Eisbildung Dimensionsänderungen von einigen Prozent erfordert, die Überlänge aber nur etwa 1 960ausmacht.
Die axiale Belastbarkeit FA der LWL-Ader ergibt sich aus der Summe der LWL-Belastbarkeit FLWL und der Kraft F5 des Schlauches für die zur LWL-Belastbarkeit dazugehörige Dehnung E : FA = FLWL + F5.
Da sei LWL = n muß, gilt LWL = S oder ELWL ES Es F = S FLWL FS U AS ELWL ALWL A5 ( A-Fläche) Es ergibt sich Durch den Innendruck p in der Ader wird eine axiale Kraft di2. n F = P x 4 verursacht. Bei einem festen Schlauch steigt p aber infolge von Eisbildung solange, bis sich der Schlauch im Querschnitt um 10 % (Volumenzunahme durch Eisbildung) bzw. im Durchmesser um 5 % gedehnt hat. Aus der Kesselformel ergibt sich der Grenzdruck: 2sc' 96 2 s0,05E, PG = 5 = - 2s0,05E5 (s Wanddicke des di di di Schlauches) 0,1 eS ES = 77 Durch Kombination der beiden Gleichungen ergibt sich: F = 0,025-fl-dis Es Damit der LWL nicht bricht, muß gelten: Fx #FA, d. h.
Der Schlauchquerschnitt ist ungefähr ; = drs.Tt.
Damit ergibt sich nach Auflösung Wird für den LWL-Querschnitt ALWL = r2 n gesetzt, so erhält man die Bedingung, die eingehalten werden muß, wenn die wassergefüllte Hohlader frostbeständig sein soll.
Für die gegebenen LWL-Daten folgt drs.Es C 30 N Das Produkt aus den bekannten, gegebenen Schlauchdaten ist aber 327 N, d. h. um gut eine Zehnerpotenz zu groß.
Will man die Bedingung (8) durch Änderung der Schlauchabmessung erfüllen, so müßten z. B. folgende Werte gelten: s L 0,08 mm di L 0,25 mm Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann der Schlauch bzw. die Hülle die Form einer Ellipse aufweisen. Ein elliptisch geformter Schlauch kann sein Volumen vergrößern, ohne daß die Schlauchwandung gedehnt zu werden braucht. Will man auf diese Weise die Volumenzunahme ermöglichen, damit bei Eisbildung der axiale Zug nicht zu groB wird, so sollte das Verhältnis der Hauptachsen a und b wenigstens etwa auf den Wert a 1 b = 0,7 = 1,85 gebracht werden. Dies kann wie folgt begründet werden: Die Fläche der Ellipse soll etwa 0,9 mal so groß wie die Fläche des umfanggleichen Kreises sein, d. h. ungefähr: aob = 0,9.r2 bzw.
(r + #r).(r dr) = 0,9 r2 r2 Sr2 = 0,9 r2 Ar r = 0,32 r a # 1,3r, b = 0,7r Bei weiteren Ausführungsformen von Hohlraumadern gemäß der Erfindung kann das Verhältnis der axialen Zugbelastbarkeit des Schlauches zur Belastbarkeit in Umfangsrichtung dadurch verbessert werden, daß die Wand des Schlauches mit zugfesten Elementen armiert wird, z. B. mittels Glas- oder Kunststoffasern. Das vorstehend genannte Verhältnis der Belastbarkeit kann ferner auch dadurch verbessert werden, daß der Schlauch längs verlaufende Rillen oder Hohlräume aufweist.

Claims

PatentansDrüche 1. In einer HUlle bzw. in einem Schlauch lose untergebrachter Lichtwellenleiter, g e k e n n z e i c h -n e t durch eine solche Ausbildung bzw. Dimensionierung der Hülle bzw. des Schlauches, daß der Lichtwellenleiter beim Einfrieren von in die Hülle bzw. in den Schlauch eventuell eingedrungenem Wasser nicht überdehnt wird und infolgedessen nicht zerreißt.
2. In einer Hülle bzw. in einem Schlauch lose untergebrachter Lichtwellenleiter nach Anspruch 1, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Materialkenndaten und die Abmessungen der Hülle bzw.

des Schlauches so gewahlt sind, daß keine gefährdende Aderlängung eintritt.
3. In einer Hülle bzw. in einem Schlauch lose untergebrachter Lichtwellenleiter nach Anspruch 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Innendurchmesser (di), die Wandstärke (s) des Schlauches (S) sowie der Elastizitätsmodul (Es) des Schlauches (S) bzw. der Hülle nach folgender Beziehung gewählt sind: in der Beziehung bedeuten FLWL die Belastbarkeit des Lichtwellenleiters, BL-L den Elastizitätsmodul des Lichtwellenleiters und r den Radius des Lichtwellenleiters.
4. In einer Hülle bzw. in einem Schlauch lose untergebrachter Lichtwellenleiter nach Anspruch 3, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Produkt di . 5 . E5 c 30 N ist.
5. In einer Hülle bzw. in einem Schlauch lose untergebrachter Lichtwellenleiter nach einem der Ansprüche 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß der Schlauch bzw. die Hülle die Form einer Ellipse aufweist.
6. In einer Hülle bzw. in einem Schlauch lose untergebrachter Lichtwellenleiter nach Anspruch 5, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Verhältnis der beiden Hauptachsen s den Wert von etwa 1,85 aufweist.
7. In einer Hülle bzw. in einem Schlauch lose untergebrachter Lichtwellenleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Wand der Hülle bzw. des Schlauches mit zugfesten Elementen armiert ist.
8. In einer Hülle bzw. in einem Schlauch lose untergebrachter Lichtwellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Hülle bzw. der Schlauch längsverlaufende Rillen oder Hohlräume aufweist.