DE3315473A1

DE3315473A1 - Selbsttragendes lichtwellenleiterkabel

Info

Publication number: DE3315473A1
Application number: DE19833315473
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl.-Ing. Oestreich; Herwig Dipl.-Ing. 8000 München Schinko
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-04-28
Filing date: 1983-04-28
Publication date: 1984-10-31

Description

Selbsttragendes Lichtwellenleiterkabel
Aus der DE-PS 30 37 289 ist ein selbsttragendes Lichtwellenleiterkabel bekannt, bei dem zwei Tragelemente vorgesehen sind. Das eine Tragelement in Form des Tragseiles besteht aus hochfesten Aramidfasern. Das zweite im Bereich der Kabelseele angeordnete Tragelement ist ebenfalls aus Aramidfasern aufgebaut. Dabei ist die Dimensionierung so vorgenommen, daß das Tragseil bereits vor-einer Schädigung des im Bereich der Kabelseele angeordneten weiteren Tragelementes reißt.
Aramidgarne haben jedoch gewisse Eigenschaften, die bei bestimmten Anwendungsfällen für selbsttragende Kabel nachteilig sein können. Hierzu gehört vor -allem, daß sie eine gewisse Anfangsdehnung (in der Größenordnung 2 10 3) aufweisen und außerdem bei ihnen Kriechen auftritt. Jede derartige Kriechdehnung des Tragelementes belastet die Dehnbarkeit der Kabelseele.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein selbsttragendes Lichtwellenleiterkabel, insbesondere Luftkabel mit mindestens zwei Tragelementen so weiterzubilden, daß eine hohe Bruchsicherheit und ein vorteilhaftes elastisches Dehnverhalten gewährleistet werden können. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß das eine Tragelement aus Glasfilamenten und das andere Tragelement aus Aramidfilamenten aufgebaut ist.
Glasfilamente die aus Gründen der Stabilität und Zuverlässigkeit zweckmäßig in Harz eingebettet werden haben den Vorzug, daß bei ihnen keine plastische Dehnung und kein Kriechen auftritt. Nachteilig ist bei allen Glasfilamenten jedoch die Eigenschaft, daß bei ihnen eine Ermüdung, d.h. Wachstum von Defekten, Bruch von Einzelfasern und schließlich Bruch des ganzen Stranges eintreten kann. Dagegen weisen Aramidfilamente keine nennenswerte Ermüdung auf und kompensieren somit in diesem Punkt das ungünstige Verhalten der Glasfasergarne. Das gemäß der Erfindung aufgebaute selbsttragende Lichtwellenleiterkabel vereinigt somit die Eigenschaft, eine hohe Bruchsicherheit und gleichzeitig weitgehend elastisches Dehnverhalten zu haben.
Die Tränkung oder Einbettung der aus Aramidfilamenten und Glasfilamenten bestehenden Tragelemente erfolgt zweckmäßig in Epoxydharze, ggf. auch in Polyesterharze.
Die Aramidfilamente werden während der Aushärtung zweckmäßig vorgereckt, um die erwähnte Anfangs- und Kriechdehnung noch besser zu beseitigen.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 im Querschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel eines gemäß der Erfindung aufgebauten Lichtwellenleiterkabels mit außenliegendem Tragseil, Fig. 2 im Querschnitt den Aufbau eines weiteren gemäß der Erfindung aufgebauten Lichtwellenleiterkabels mit im Inneren (d.h. im Bereich der Kabelseele) liegenden Tragelementen, Fig. 3 im Querschnitt den Aufbau eines weiteren Lichtwellenleiterkabels nach der Erfindung mit konzentrisch zueinander angeordneten Tragelementen und Fig. 4 im Querschnitt den Aufbau eines Lichtwellenleiterkabels nach der Erfindung, bei dem im Tragseil Glasfilamente und Aramidfilamente kombiniert vorhanden sind.
Das Lichtwellenleiterkabel nach Fig. 1 weist einen äußeren Mantel MAL auf, der etwa die Form einer Acht hat und sowohl das als Tragseil ausgebildete Tragelement TA als auch die darunter liegende Kabelseele KS umschließt.
Das Tragelement TA in Form des obenliegenden Tragseils besteht aus(vorzugsweise gereckten) mit Epoxydharz getränkten Aramidfilamenten (Fasern, Garnen oder Strängen), die keine Ermüdung zeigen und deshalb besonders reiß-und bruchsicher sind. Das Tragelement TA ist von einer Umhüllung UH umgeben, die vorteilhaft aus hochdichtem Polyäthylen (HDPE) besteht. Dies hat den Vorteil, daß der Abspannvorgang mit einem Ziehstrumpf durchgeführt werden kann.
Die im unteren Teil gezeichnete Kabelseele KS weist ein zentrales Tragelement TG auf, das aus harzgetränkten Glasfaserfilamenten (Fasern, Garnen oder Strängen) besteht. Diese Glasfaserfilamente haben den Vorzug, keine plastische Dehnung und kein Kriechen zuzulassen. Ihr Nachteil, daß sie zu Ermüdung nach Maßgabe der statistischen Faserermüdung neigen, wird durch die diesbezüglich e=üdungsfreien Eigenschaften des aus Aramidfilamenten aufgebauten Tragelementes TA ausgeglichen Auf dem zentralen Tragelement TG sind Lichtwellenleiter LW aufgebracht, vorzugsweise aufgeseilt. Diese Lichtwellenleiter LW können mit den üblichen Schutzhüllen oder Polsterschichten versehen sein oder auch (wie dargestellt) als Hohladern ausgebildet werden. Weiterhin kann im Bereich der Kabelseele KS eine Polsterung PO z.3. in Form-von Polyäthylenfolien oder eines zusätzlichen weichen Mantels o.dgl. vorgesehen sein. Der gemeinsame äußere Mantel MAL. umschließt sowohl das aus Aramidfilamenten bestehende obere Tragelement TA als auch die darunter liegende Kabelseele KS, wobei für diesen Mantel zweckmäßig ein Polyäthylen niederer Dichte (LDPE) verwendet werden kann. Die Bruchlast des aus Aramidfilamenten bestehenden Tragelementes TA beträgt beispielsweise mindestens 8000 N, wobei ohne Wind- und Eislast an Masten und Abspannstellen eine Belastung in der Größenordnung z.B. von 1000 N auftreten kann. Bei einer Belastung unter ca. 10-fachem Kabel-Eigengewicht (z.B.
durch Eis und/oder Wind) tritt z.B. eine maximale Belastung in der Größenordnung von 5500 N auf, die weit unter der garantierten Bruchlast des Tragelementes TA liegt. Die Last wird zwischen den einzelnen Masten wegen der Reibungskopplung (durch den dicht aufsitzenden Mantel MAL) allmählich auch durch das innere Tragelement TG übernommen, wodurch dort auch die teilweise Entlastung, des kriechenden äußeren Tragelementes TA erfolgt.
Im Mastbereich übernimmt das äußere Tragelement TA die volle Last, während zwischen den Masten sich die Tragfähigkeiten beider Tragelemente TA und TG addieren.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist das aus harzgetränkten Glasfilamenten aufgebaute Tragelement TG ebenfalls im Zentrum der Kabelseele angeordnet. Dagegen sind mehrere aus harzgetränkten Aramidfilamenten bestehende Tragelemente TAd bis TA4 gleichmäßig über den Umfang der Oberfläche des zentralen Tragelementes TG verteilt angeordnet. Zweckmäßig sind diese äußeren Tragelemente TA1 bis TA4 aufgeseilt. In gleicher Weise sind auch die Lichtwellenleiteradern LW auf das Tragelement TG aufgebracht. Es ist zweckmäßig, jeweils mindestens zwei derartige Lichtwellenleiteradern LW und mindestens jeweils zwei Tragelemente TA aus Aramidfilamenten vorzusehen. Die Anordnung erfolgt jeweils so, daß sich eine insgesamt symmetrische Gesamtanordnung ergibt. Das dargestellte Lichtwellenleiterkabel weist etwa ähnliche Eigenschaften wie die Ausführungsform nach Fig. 1 auf und kann mit einem Ziehstrumpf direkt abgespannt werden.
Es ist jedoch leichter und dünner als die AusfUhrungsform nach Fig. 1.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist im Zentrum der Kabelseele wiederum das aus harzgetränkten Glasfasergarnen bestehende Tragelement TG vorgesehen. Darauf sind die Lichtwellenleiteradern LW aufgeseilt und zwar im wesentlichen in einer geschlossenen Lage gleichmäßig über die Oberfläche verteilt. Von innen nach außen folgt eine Bespinnung BS1 aus Polyesterfolie, ein einige mm dicker Mantel AM aus extrudiertem Aramid als Druckunterlage. Darauf wird eine zugfeste Bespinnung TAB aus vorzugsweise ungetränkten Aramidgarnen oder -Rovings lagenweise aufgebracht und durch eine (hier nicht dargestellte) Folie zusammengehalten. Auf die äußere Bespinnung BS2 folgt der Außenmantel MAB, der zweckmäßig aus HDPE oder PP besteht.
Das in Fig. 3 dargestellte Kabel ist etwas stärker belastbar -als die Ausführungsform nach Fig. 2, hat jedoch einen etwas größeren Querschnitt. Die (ungetränkten) Aramidfasergarne, welche dicht in Form eines Rohres oder Schlauches die gesamte Kabelseele umgeben, werden vorteilhaft unter möglichst großer Vordehnung aufgebracht werden. Damit wird erreicht, daß sie bereits bei kleinen Kabeldehnungen belastet werden und ein möglichst großer Teil des Kriechens vorweggenommen wird.
Die Montage des selbsttragenden Lichtwellenleiterkabels nach Fig. 3 kann in gleicher Weise erfolgen, wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist der gleiche Grund-Aufbau wie bei der Anordnung nach Fig. 1 vorgesehen. Der Mantel MAL hat im wesentlichen die Form einer Acht und umschließt sowohl das im oberen Teil liegende Tragseil TGA als auch die darunterliegende Kabelseele KS. Das eigentliche Tragelement in Form des Tragseiles TGA besteht hier aus einer harmonischen Mischung von Glasfasern und Aramidfasern oder Glasfasergarnen und Aramidfasergarnen. Diese sind in einer Harzmatrix angeordnet, wobei die Aramidfasern- oder Aramidgarne im warmen Zustand vor dem Aushärten des Harzes vorteilhaft so vorgedehnt werden, daß das sonst auftretende Kriechen des Aramids bei normalen Temperaturen später entfällt. Eine solche Mischung der Aramid-und der Glasfilamente bietet(eine gute Bindung untereinander huber das Harz vorausgesetzt),eine hinreichende Garantie gegen Bruch, ohne daß die vollelastischen Eigenschaften des Tragelementes TGA verlorengehen würden.
Die Vordehnung soll (in Anbetracht der üblichen Kriechdehnung in der Größenordnung von 2 0/ovo bis 4 °/oo) bei etwa 5 0/ + 3 O/oo liegen, so daß in jedem Fall eine Zerreißdehnung von ca 2% in der Faser oder im Garn verbleibt. Ein Defekt in einer Glasfaser oder in einem Glas garn kann dann immer nur bis zur nächsten benachbarten Aramidfaser oder zum nächsten Aramidfasergarn gehen, womit die sonst verbleibende Bruchwahrscheinlichkeit eines homogenen Glas-Harzelementes stark reduziert wird. Durch das Vordehnen-wird auch die sonst eingeschränkte Tragfähigkeit des Aramidgarnes voll nutzbar. Es ergibt sich ein E-Modul, der zwischen E = 1,2 bis 1,3 105N/mm2 gegenüber 1 . 105N/mm2 liegt.
Eine Variante der gemischten Anordnung besteht darin,daß das Aramidfilament zwar mitdem Glasfilament gemischt aber bevorzugt in der Nähe der Peripherie angebracht wird, wo bei jeder Zugspannung die größte Biegespannung herrscht.
Andererseits entfallen die Auswirkungen des sonst großen negativen Temperaturkoeffizienten () 1 10 5/K) von Aramidgarn weitgehend. Temperaturänderungen äußern sich im wesentlichen nur in einer gewissen Änderung der Vorspannung, d.h. der Lastverteilung zwischen Glas- und Aramidfasern. Da der E-Modul der vorgespannten Aramidfaser in jedem Fall größer als der der Glasfaser ist, (bei nur 60% des Gewichts), gewinnt die Mischung bei geringerem Gewicht an E A (A = tragender Querschnitt).
Die beiden Möglichkeiten derartig kombinierter sowohl aus Aramidfasern als auch aus Glasfasern in einer Harzmatrix bestehender Tragelemente besteht zum Beispiel in einer Ausführungsform, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, die einen massiven Strang oder ein Bündel von -Strängen in Form des Tragseiles TGA aufweist, an den oder das die die eigentlichen Lichtwellenleiter enthaltende Seele angehängt wird. (8-Form). Es ist aber auch möglich, einen konzentrischen, rohrförmigen Tragkörper vorzusehen, der die den Lichtwellenleiter enthaltende Kabelseele umschließt. Die Wandung dieses Tragkörpers besteht aus einer Harzmatrix, in der sowohl die Glasfasern oder Glasfasergarne, als auch die Aramidfasern oder Aramidfasergarne eingebettet sind. Es ergäbe sich also eine Ausführungsform ähnlich Fig. 3, wobei die rohrförmige Umhüllung TAB nicht nur Aramidfasern, sondern auch Glasfasern in einer Harzmatrix enthalten würde und dafür das zentrale Glasfaser-Tragelement TG entweder entfallen, oder stark abgemagert werden könnte. Eine Abwandlung hiervon wäre ein verseiltes Bündel von Lichtwellenleitern mit entsprechend starker Uberlängen der Fasern, auf dem mehrere Lagen von Glasfilamenten und Aramidfilamenten angebracht werden.
4 Figuren 10 Patentansprüche

Claims

Patentansprüche 1. Selbsttragendes Lichtwellenleiterkabel insbesondere Luftkabel mit mindestens zwei Tragelementen, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Tragelement (TG) aus GlasSilamenten und das andere Tragelement (TA) aus Aramidfilamenten aufgebaut ist.
2. Selbsttragendes Lichtwellenleiterkabel 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 Glasfilamente und die Aramidfilamente in Harz, vorzugsweise eine Harz-Matrix eingebettet sind.
3. Selbsttragendes Lichtwellenleiterkabel 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 Aramidfilamente, vorgereckt sind, vorzugsweise im warmen Zustand.
4. Selbsttragendes Lichtwellenleiterkabel 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 die Vordehnung der Aramidfasergarne bei 50/00 + 30/00 liegt.
vorhergehenden Ansprü-5. Selbsttragendes Lichturellenleiterkabel nach einem der/ che, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß das aus Aramidfilamenten bestehende Tragelement (TA) im Kabeiquerschnitt gesehen vorwiegend außen und das aus Glasfilamenten bes-tehende Tragelement. (TG) vorwiegend innen angeordnet ist.
6. Selbsttragendes Lichtwellenleiterkabel 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 das aus Aramidfilamenten bestehende Tragelement (TA) als Tragseil (TS) dient und außerhalb der Kabelseele (KS) angeordnet ist, welche das aus Glasfilamenten bestehende Tragelement (TG) enthält.
7. Selbsttragendes Lichtwellenleiterkabel nach den Ansprüchen 5 oder 6, -d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das aus Glasfilamenten bestehende Tragelement (TG) als Kern im Zentrum der Kabelseele (KS) angeordnet ist.
8. Selbsttragendes Lichtwellenleiterkabel nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein oder mehrere aus Aramidfilamenten bestehende Tragelemente (TA) gleichmäßig um das aus Glasfilamenten bestehende Tragelement (TG) herum verteilt, vorzugsweise aufgeseilt angeordnet sind.
9. Selbsttragendes Lichtwellenleiterkabel nach den Ansprechen 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Lichtwellenleiter (LW) direkt oder mit ihren Umhüllungen auf dem alls Kern dienenden Tragelement (TG) angeordnet sind.
10. Selbsttragendes Lichtwellenleiterkabel nach Anspruch 1, d a dur c h g e k e n n z e i c h ne t daß die Glasfilamente und die Aramidfilamente gemischt in einem gemeinsamen Tragelement (TGA) angeordnet sind (Fig. 4).