DE3586290T2

DE3586290T2 - Optisches kabel.

Info

Publication number: DE3586290T2
Application number: DE8585301479T
Authority: DE
Inventors: Jack Raymond Pedersen; Per Thomassen
Original assignee: Alcatel NV
Current assignee: Alcatel Lucent NV
Priority date: 1984-03-22
Filing date: 1985-03-04
Publication date: 1992-12-10
Anticipated expiration: 2005-03-05
Also published as: EP0158433A2; NO155076C; US4653851A; NO155076B; DE3586290D1; EP0158433B1; EP0158433A3; ES8608180A1; NO841126L; ES541348A0

Description

Die Erfindung betrifft Glasfaser-Kabel, insbesondere solche, die gegen Feuer und hohe Temperaturen beständig sind.
Es sind verschiedene Konstruktionen feuerbeständiger optischer Faserkabel bekannt. Zum Beispiel ist in den Patentauszügen aus Japan, Vol 4, Nr. 153 (P-33), ein feuerbeständiges optisches Kabel mit einem äußeren feuerbeständigen Kunststoffmantel mit einer zylindrisch geformten Metallschicht an seiner Innenseite offenbart. Dieser Mantel ist auf ein Bündel aus optischen Fasern mit dazwischenliegenden kupferbeschichteten Drähten aufgebracht.
Aus der veröffentlichten britischen Patentanmeldung Nr. GB 211 87 35 A ist es ebenfalls bekannt, ein verstärktes optisches Kabel herzustellen, in dem, um die unterschiedliche Wärmeausdehnung, zwischen einer Kabelverstärkung und optischen Übertragungsfasern des Kabels zu verringern, die Verstärkung und die optischen Fasern ähnliche Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, um zumindest die inneren Spannungen hervorgerufen durch schwankende Außentemperaturen zu verringern.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein feuerbeständiges optisches Kabel mit verbesserter Feuerbeständigkeit, wobei die Verwendung von jeglichen Metallteilen vermieden wurde, die die Feuerbeständigkeit niedrig halten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein feuerbeständiges optisches Kabel bereitgestellt, welches aus mindestens einem zentralen nichtmetallischen Zugelement mit zumindest einer mit voller Rückdrehung um das Zugelement herumverseilten optischen Faser, einer ersten die Seele umgebenden feuerbeständigen Schicht aus einem Glimmer enthaltenden Material oder einem anderen nichtmetallischem Material mit gleichen feuerbeständigen Eigenschaften, einer Armierungslage aus synthetischem Material, welche die erste feuerbeständige Schicht umgibt, eine zweite feuerbeständige Schicht aus einem Glimmer enthaltenden Material oder einem anderen nichtmetallischem Material mit gleichen feuerbeständigen Eigenschaften, welche die Armierungslage umgibt und einen Mantel aus einem selbstverlöschendem Kunststoffmaterial besteht, bei welchem das Zugelement, die Schichten, die Armierungslage und der Mantel im wesentlichen den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie die optischen Fasern haben.
Ein gemäß der vorliegenden Erfindung hergestelltes Kabel hat das folgende Test-Programm durchlaufen: den modifizierten IEC 331, IEC 332 Teil 1, sowie DIN 57472/VDE 0742 Teil 813 Prüfvorschriften.
Hervorzuheben ist, daß die vorhandene IEC 331 Prüfvorschrift für die Glasfaser-Kabel nicht allzu wichtig ist. Es ist nicht wichtig, zu prüfen, ob das Kabel seine Isolierung behält, es ist vielmehr wichtig, zu überprüfen, ob das Kabel in der Lage ist, bestimmte Informationssignale in einem Frequenzbereich, bis auf mehrere MHZ, zu übermitteln. Die vorhandenen Prüfvorschriften mußten deshalb dahingehend geändert werden, daß das Glasfaser-Kabel während des Brandtestes an die Signal-Transmissionsleitung angeschlossen wurde. Auf diese Weise war es möglich, Veränderungen der Dämpfung in Abhägigkeit von der Temperatur und der Zeit zu beobachten.
In dem modifizierten IEC Test 331 wurde das Kabel wie angegeben eingespannt und einer Temperatur von 75ºC für drei Stunden ausgesetzt, ohne daß eine Veränderung des übertragenen Signals bemerkt werden konnte. Der Test wurde nach drei Stunden unterbrochen, indem das Kabel mechanischer Einwirkungen ausgesetzt wurde, bis das Kabel brach. Ohne diese Einwirkungen wäre das Kabel höchstwahrscheinlich uneingeschränkt betriebsbereit gewesen, da die Asche der Schutzschichten wirksam vermeidet, daß Flammen die Fasern erreichen.
In einem besonderen Flammentest, der verschiedene Kabelarten umfaßte, elektrische als auch Glasfaserkabel, erwies sich das Kabel nach der vorliegenden Erfindung als das Beste von allen geprüften Glasfaserkabeln. Tatsächlich schnitt es sehr viel bessser ab, als viele von den geprüften elektrischen feuerbeständigen Signalkabeln.
In dem erwähnten Test wurden die Kabel auf ein 5 m langes Stahlblech gelegt und einer Flamme ausgesetzt, was einen schnellen Temperaturanstieg auf 120ºC zur Folge hatte. Das Faserkabel war dabei an einem Ende mit einem Glasfaser-Laser verbunden und am anderen Ende mit einem Glasfaser-Empfangsgerät. Ein Aufzeichnungsgerät zeigte nach 25 min. einen Anstieg der Dämpfung an, und nach 28 min war der Signalkreis unterbrochen. Muster von anderen Glasfaserkabeln zerbrachen nach weniger als 20 min.
Der Zeitunterschied scheint vernachlässigbar zu sein, aber im Falle eines Feuers, welches in sehr Risiko behafteten Bereichen ausbrechen könnte, wie z. B. in Hochspannungsanlagen, Chemischen Fabriken, Krankenhäusern und Schaltschränken in Fernmeldeämtern, könnten die zusätzlichen 10 Minuten lebenswichtig sein.
Bei der Konstruktion des Kabels gemäß der vorliegenden Erfindung, wurde versucht, die Kabelseele so zu erhalten, wie bei den gewöhnlichen Glasfaser-Kabeln, um die Notwendigkeit der Entwicklung neuer Verbindungsmethoden und neuer Seelen zu vermeiden. Die Glasfasern wurden mit voller Rückdrehung um das zentrale Zugelement herumverseilt, um Torsionskräfte in den Fasern zu vermeiden.
Ein wesentliches Merkmal des Kabels ist, daß es keine metallischen Elemente enthällt, wie Drähte, Bänder oder Mäntel. Dadurch und durch andere Abmessungen erhält man ein Kabel, bei dem alle Elemente, einschließlich aller Elemente und Armierungen für den Flammenschutz und mechanischen Schutz, die gleichen oder fast gleichen Wärmeausdehungszahlen wie die optischen Fasern aufweisen. Versuche zeigten, daß Kabel ohne jegliche Metallelemente wesentlich schneller bei einem Feuer zerstört werden.
Ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der beiliegenden Figur näher erläutert.
Nach der Ausführungsform der Erfindung beinhaltet das Kabel 1 ein Zugelement 2 aus glasfaserverstärktem Kunststoff, um das eine Anzahl von Elementen 3 verseilt ist. Diese Elemente 3 enthalten optische Glasfasern sowie Füllelemente aus einem nicht brennbaren Material, wie Glasfaserfäden. Jede der optischen Glasfasern ist mit einer ersten Schicht aus Silikon (Handelsname Sylgard 184) und einer zweiten Schicht aus Nylon (Nylon 12) versehen. Die Verseileinheit aus dem zentralen Zugelement 2 und den verseilten Elementen 3 ist mit Silikonfett (AEI M 494) gefüllt, welches beim Verseilvorgang aufgebracht wird. Wahlweise kann ein Polyesterband mit einander überlappenden Bandkanten auf die Verseileinheit aufgewickelt werden, um so eine mit Silikonfett gefüllte Glasfaserkabelseele zu bilden. Auf die Kabelseele wird ebenfalls mit Überlappung, eine Lage Glimmerband 5 aufgewickelt, um die Seele gegen direkten Kontakt mit Flammen zu schützen. Sodann wird eine Lage einer Kunststoffarmierung 6 aufgebracht, die aus Kevlarfasern besteht, die mit sehr großer Schlaglänge aufgebracht werden. Auf die Kevlararmierung wird eine weitere Schicht 7 aus sich überlappenden Glimmerbändern gewickelt, um die Armierung zu schützen. Der Zweck der Kunststoffarmierung 6 besteht sowohl in einem wirksamen mechanischen Schutz während der Verarbeitung und Verlegung, als auch darin, die zwei Glimmerschichten 5 und 7 während eines Feuers getrennt zu halten, um einen wirksamen Feuerschutz zu bieten.
Versuche haben gezeigt, daß die Konfiguration der Glimmerschichten 5 und 7, die durch die Kunststoff-Armierungsschicht 6 voneinander getrennt sind, wesentlich zur Flammenfestigkeit des Kabels beitragen.
In jeder Schicht aus Glimmerband können zwei oder mehr Bandlagen mit Überlappungen vorhanden sein. Eine Überlappung von 10-15% wird als sinnvoll angesehen. Die flammgeschützte und armierte Kabelseele ist von einem stranggepreßten Mantel 8 aus selbstverlöschendem halogenfreiem Material, wie z. B. silanvernetztem Polyäthylen (Handelsname AEI 19407) umhüllt.
Wie auch in den Ausführungen zur Erfindung oben angegeben, enthält das Kabel bei dieser Ausführungform keine Drähte, Bänder und Mäntel aus Metall. Dies ist ein entscheidendes Merkmal des Kabels, aber auch die Kombination aus der mit Silikon gefüllten Seele, aus der zusammengesetzten Glimmer/Kevlar Armierung und aus dem äußeren halogenfreien Mantel tragen zu den guten Testergebnissen bei. Mit angemessenen und praktischen Abmessungen des Kabels, wird es nicht möglich sein, die Kabelseele vor Hitze zu schützen. Das oben beschriebene Kabel hat einen Durchmesser von 5 mm und wird nur eine geringe Wärmekapazität aufweisen und die Temperatur in der Seele wird schnell ansteigen, allerdings erst mit einer kleinen Verzögerung als Folge des Temperaturanstiegs in der Umgebung.
Im Vergleich zu Kabeln mit Metalleitern, wie z. B. mehradrige Telefonkabel, Signalkabel oder wo Kabel ihre Funktionsfähigkeit solange beibehalten, wie die Leiter voneinander und von der Umgebung isoliert sind, ist es ein wesentlicher Punkt in Verbindung mit Glasfaserkabeln, daß die Fasern vor dem direkten Kontakt mit Flammen geschützt werden müssen. Wenn Flammen die optischen Fasern erreichen, werden die Signal-Übertragungseigenschaften zerstört. Ein verbesserter Flammschutz kann durch mehrere wechselweise aufgebrachte Lagen aus Glimmer und Kevlar erzielt werden. Die äußere Glimmerschicht könnte vorzugsweise aus zwei sich überlappenden Glimmerbändern zusammengesetzt werden. Ein Hauptmerkmal ist, daß alle Lagen des Kabels allmählich zu Asche werden, so daß die Flammen die optischen Glasfaser nicht erreichen können. In einem anderen Ausführungsbeispiel sind die Glimmer/Kevlarlagen 5, 6 und 7 sowie der Zwischenraum unter dem extrudierten Mantel 8 ebenfalls mit Silikonfett gefüllt (mit dem bereits erwähntem Fett oder einer anderen Sorte).
Um die Temperatur/Zeit-Charakteristik des Kabels zu verbessern, könnte man Materialien wie Aluminium-Hydroxid oder andere Substanzen in den Mantel 8 einbringen, die Kristallwasser bei erhöhten Temperaturen freisetzen. Solche Materialien könnten auch in die Silikonfett-Masse eingebracht werden, welche die Glimmer/Kevlarlagen abdichtet. Es soll darauf hingewiesen werden, daß die Form der Seele hinsichtlich der Anzahl und der Konfiguration des Zugelementes sowie der optischen Elemente variiert werden kann.
Es bestehen noch Zweifel darüber, ob die optischen Elemente in einem Kunststoffelement eingebettet oder ob sie lose innerhalb von Nuten in dem Kunststoffelement angeordnet sein sollten. Solche Nuten können schraubenlinienförmig oder ozillierend in Bezug auf die Längsachse des Elements und des Kabels verlaufen (Nutenkabel). Form und Material des Führungselements müssen so gewählt werden, daß das Risiko eines Kollabierens der Nuten um die Fasern herum auf ein Minimum reduziert wird. Ein solches Kollabieren während eines Feuers könnte unvorhergesehene mechanische Spannungen in den Fasern hervorrufen, die dann brechen könnten.
Im Gegensatz zu der oben beschriebenen Ausführung ist es offensichtlich, daß anstatt der beschriebenen Glimmerbänder auch Bänder und Schichten mit gleichwertigen Eigenschaften verwendet werden können, wie z. B. Glasfaserbänder, die mit selbstverlöschenden Materialien imprägniert sind, wie z. B. solche, die auf Aluminium-Hydroxid gefüllter Latex basieren. Es können natürlich auch andere synthetische Fasern in Verbindung mit oder als Ersatz für die erwähnte Kevlararmierung benutzt werden. Schließlich könnte eine Vielfalt von Erzeugnissen für die Silikonfett-Füllung verwendet werden. Der äußere Mantel kann aus Polyäthylen aber auch aus anderen halogenfreien Materialien bestehen.

Claims

1. Feuerbeständiges optisches Kabel (1), welches eine Seele aus zumindest einem zentralen nicht-metallischen Zugelement (2) und zumindest einer mit voller Rückdrehung um das Zugelement (2) herumverseilten optischen Faser, eine erste feuerbeständige Schicht (5) aus einem Glimmer enthaltenden Material oder einem anderen nichtmetallischen Material mit gleichen feuerbeständigen Eigenschaften, welche die Seele umgibt, eine Armierungslage (6) aus synthetischem Material, welche die erste feuerbeständige Schicht (5) umgibt, eine zweite feuerbeständige Schicht (7) aus einem Glimmer enthaltenden Material oder einem anderen nicht metallischen Material mit gleichen feuerbeständigen Eigenschaften, welche die Armierungslage (6) umgibt und einen Mantel (8) aus einem selbstverlöschenden Kunststoffmaterial aufweist, bei welchem das Zugelement (2) die Schichten (5,7) , die Armierungslage (6) und der Mantel (8) im wesentlichen den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie die optische Faser (3) haben.

2. Feuerbeständiges optisches Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seele, die ggfs. Füllelemente bzw. Blindadern enthält, mit einer Masse auf Silikonbasis vollständig gefüllt ist, und daß der Mantel (8) aus selbstverlöschendem halogenfreiem Kunststoffmaterial extrudiert ist.

3. Feuerbeständiges optisches Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die synthetische Armierungslage (6) aus Elementen besteht, die mit einer sehr großen Schlaglänge auf der erste feuerbeständige Schicht (5) aufgewickelt oder aufgeflochten sind.

4. Feuerbeständiges optisches Kabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Armierungslagen vorgesehen ist, die zwischen der ersten und der zweiten feuerbeständigen Schicht (5,7) aus Glimmer enthaltenden oder ähnlichem Material angeordnet sind.

5. Feuerbeständiges optisches Kabel nach einem der vorhergendenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Glimmer enthaltende Material der feuerbeständigen Schichten in Form von Bändern mit einer Überlappung von 10 - 50 % aufgewickelt ist.

6. Feuerbeständiges optisches Kabel nach einem der vorhergendenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere feuerbeständige Schicht (7) aus Glimmer enthaltendem Material aus zumindest zwei Lagen aus Glimmerband besteht.

7. Feuerbeständiges optisches Kabel nach einem der vorhergendenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Hohlräume unterhalb des Mantels (8) mit einer wasserabweisenden Masse auf Silikonbasis gefüllt sind.

8. Feuerbeständiges optisches Kabel nach einem der vorhergendenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Seele (2,3) zumindest eine Schicht aus Polyesterband (4) aufgebracht ist, um den Seelenaufbau festzulegen und eine lange Funktionsfähigkeit unter hohen Temperaturenbedingungen sicherzustellen.