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Schrumpfung von Faserkabeln

Ursachen und Auswirkungen

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Glasfaserkabel sind so konstruiert, dass sie eine Überlänge der Glasfaser aufweisen. So wird sichergestellt, dass eine Kabeldehnung die Faser nicht direkt beeinflusst. Kabeldehnungen treten bei Biegebeanspruchung, Zugkräften oder durch thermische Expansion auf. Je nach Kabelaufbau kann die Faserüberlänge 0,5 bis 1,5% betragen.

Alle Materialien unterliegen einer temperaturabhängigen Dehnung (bei hoher Temperatur) resp. Schrumpfung (bei tiefer Temperatur). Der Aussenmantel eines Faserkabels hat einen 10-fach höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als die Glasfaser. Im Tieftemperaturbereich des Temperaturzyklus verkürzt sich der Kunststoffmantel markant mehr als die innliegende optische Faser.

Der Nachteil der beabsichtigten Faserüberlänge ist, dass sie sich mit dem Schrumpfen des Aussenkabels ausprägt. Die resultierende Überlänge der Faser wird dadurch kompensiert, dass sie sich spiralförmig im Kabelmantel orientiert und partiell Microbending aufbaut. Dieser Effekt wird durch die Erhöhung des IL-Wertes nachgewiesen.

Eine nähere Betrachtung der reversiblen und irreversiblen Kabelschrumpfung

Wir bezeichnen die Kabelschrumpfung durch Abkühlung als “reversibel”, da der ursprüngliche Zustand wiederhergestellt wird, wenn das Kabel wieder erwärmt wird. Das Mass für die temperaturbedingte Längenänderung wird durch den Materialausdehnungskoeffizienten definiert. Die Materialausdehnungskoeffizienten von Kunststoffen – dem Aussenmaterial – sind etwa 10 Mal höher als die von Glas. Bei einer Abkühlung von z.B. +20° C auf -5° C erfährt das Kabel eine temperaturbedingte Schrumpfung von ca. 0,5%. In der Regel macht sich dies nicht bemerkbar, da die zusätzliche Überlänge der Faserüberlänge im Kabel kompensiert werden kann.

Irreversible Schrumpfung kann, wie der Name schon sagt, nicht rückgängig gemacht werden. Kunststoffe sind so genannte amorphe Materialien, bei denen die Bausteine (Moleküle) ungeordnet vorliegen. Bei der Kabelextrusion wird der heisse Kunststoff durch eine Düse gepresst. Dabei entstehen hohe Scherkräfte, die die Moleküle zwingen, sich in Längsrichtung des Kabels auszurichten. Bevor der verflüssigte Kunststoff wieder in seinen amorphen Zustand übergehen kann, wird er im Wasserbad der Extrusionslinie abgeschreckt. Die Ausrichtung der Moleküle in Längsrichtung des Kabels wird eingefroren.

Solange Kunststoff nicht über die sogenannte Glasübergangs-Temperatur erwärmt wird, bleibt die eingefrorene Struktur erhalten. Bei Temperaturen über der Glasübergangstemperatur beginnt die Umstrukturierung zurück in den amorphen Zustand. Dies führt dazu, dass der Kabelmantel schrumpft – irreversibel.

Für High-Density Polyethylen (HDPE) beträgt die Glasübergangstemperatur ca. 100° C, für flammwidriges rauch- und halogenarmes Polyethylen (FRLSZH) liegt sie zwischen 50° C und 60° C.

Der Grad der Schrumpfung hängt im Wesentlichen von Material, Mantelquerschnitt und Extrusionsparametern ab. Kabelschrumpfung beobachtet man besonders bei Kabeln mit losen Kabelaufbauten wie Pigtails, (Mini-)Breakout-Kabeln, Simplex-/Duplex-Kabeln und Flextube-Kabeln. Der irreversible Schrumpf liegt zwischen 1-5 %.

Die temperaturbedingte reversible Kabelschrumpfung und die irreversible strukturelle Kabelschrumpfung addieren sich. Eine übermässige irreversible Schrumpfung führt zu Faserstress (Biegeradius, Druckeffekt) und kann durch den Kabelaufbau nicht mehr kompensiert werden.

Stark irreversibel schrumpfende Kabel verraten sich dadurch, dass die Dämpfung im Tieftemperaturbereich von Zyklus zu Zyklus ansteigt.

Glasfaserkabel mit geringer Schrumpfung

Kabel mit geringer Schrumpfung weisen eine geringe irreversible Schrumpfung bei erhöhten Temperaturen auf. Während eines Temperaturwechseltests sind die Dämpfungsabweichungen von Kabeln mit geringer Schrumpfung über die gesamte Dauer stabil. Ein Kabelmantel mit schrumpfarmen Eigenschaften erhält die optische Leistung bei Temperaturschwankungen aufrecht.

Weitere Informationen finden Sie in der Broschüre «Schrumpfverhalten». / Downloads: https://www.rdm.com/sites_de/Fiber-Optic-Cable

Setzen Sie sich mit uns in Verbindung, wenn Sie Ihre spezifische Situation mit einem Experten besprechen möchten.

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