Modell und Analyse des Rohrverschiebungsfaktors beim Einziehen von Glasfaserkabeln – Teil 2

Fortsetzung von Teil 1. Da Rohre für die unterirdische Verlegung von Trommeln abgezogen werden, ist dabei zu beachten, dass es zu Wellungen kommen kann, die zu Krümmungen mit einem flachen Winkel führen. 

 In einem früheren Artikel haben wir die durch den Memory-Effekt der Abwicklung bedingten Verschiebungen in Endlosrohren mit Glasfaserkabeln wie in Abbildung 1 gezeigt modelliert. 

Abbildung 1 – Modell der regelmäßigen Rohrverschiebung
ABBILDUNG 1.  Modell der regelmäßigen Rohrverschiebung

In diesem Modell wird die Verschiebung des Rohres als eine „sich wiederholende Welle“ behandelt, die entlang der Länge des Rohres verläuft.  Diese Welle wird durch ihre „Amplitude (A)“, der maximalen Verschiebung von einer geraden Linie und ihre „Periode (P)“, des sich wiederholenden Abstands von Maximum zu Maximum, beschrieben. 

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Aus dem Modell können wir den gesamten Krümmungswinkel pro Periode P
mathematisch ermitteln.  Der Krümmungswinkel pro
Längeneinheit ist hilfreicher und kann auf der Basis des sich wiederholenden Charakters der Periode berechnet werden. In Tabelle1 sind einige Berechnungen aufgeführt, die auf typischen Perioden- und Amplitudendaten basieren.  Eine 305-mm-Amplitude könnte ein extremer Wert für ein Rohr sein, das in einem offenen Graben verlegt wird und 38 mm könnte ein typischer Wert für ein Rohr sein, dass sich in einem Hartrohr befindet. 

TABELLE 1.  Effektive Krümmung durch regelmäßige Rohrverschiebungen

TABELLE 1. Effektive Krümmung durch regelmäßige Rohrverschiebungen

Wie erwartet, zeigt Tabelle 1, dass je höher die Amplitude und/oder je kürzer die Periode, umso höher die effektive Krümmung pro Längeneinheit ist.  Die Tabelle zeigt effektive Krümmungen, die von 0,6 Grad/300 mm bis 15 Grad/300 mm Rohr (2 bis 50 Grad/Meter) variieren.  Das hört sich zwar nicht nach viel an, doch es bedeutet eine „versteckte“ Krümmung von 3.000 Grad bis 75.000 Grad über die gesamte Länge des Kabelzugs von 1.500 Metern bei Glasfaserkabeln! 

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In Abbildung 2
wird die effektive Krümmung gegen die Verschiebungs-Amplitude bei drei verschiedenen Perioden grafisch dargestellt.  Man sieht hier, dass selbst bei der Periode mit dem größten Ausmaß von 9,1 Metern Verschiebungen von 150 mm zu einer Krümmung von über einem Grad pro 300 mm führen. 
Diese erhebliche Krümmung wird sich direkt auf die Zugspannung auswirken. Die Kabelzug-Gleichung für eine Krümmung zeigt somit Folgendes an: je geringer die Krümmung, umso niedriger die Spannung bei einem Kabelzug.  Können wir dies quantifizieren, um die zulässige Krümmung zu ermitteln? ABBILDUNG 2. Effektive Krümmung durch regelmäßige Rohrverschiebungen
ABBILDUNG 2. Effektive Krümmung durch regelmäßige Rohrverschiebungen

Schätzung der Zugspannung anhand des Modells 

Für die Gleichung zur Ermittlung der Spannung müssen wir das Kabelgewicht und die Reibungsdaten eingeben.  In Abbildung 3 wird von einem Kabelgewicht von 1,4kg/m, einem Reibungskoeffizienten von 0,10 und einer am Anfang auf das Kabel einwirkenden Spannung von 4,5 kg ausgegangen.  Die geschätzte Zugspannung am Ende wird gegen die effektive Krümmung für einen Kabelzug von 304, 912 und 1524 Metern dargestellt.

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Das Diagramm
in Abbildung 3 zeigt, dass die effektive Krümmung unter 0,5 Grad pro 304 mm gehalten werden muss, um die Spannung unter 272 kg zu halten und um längere Kabelzüge (über 1.000 Meter) zu ermöglichen.  Das bedeutet eine maximale Verschiebungs-Amplitude von weniger als 25 mm pro 6-Meter-Periode. 

Abbildung 3. Vorhergesagte Spannung und effektive Krümmung

ABBILDUNG 3. Vorhergesagte Spannung und effektive Krümmung

Kabelzüge in der Praxis 

Abbildung 3 stimmt zumindest im Einzelfall mit den Beobachtungen aus der Praxis überein.  Es ist normalerweise nicht möglich, Kabel auch nur 300 Meter in ein Innenrohr einzuziehen, das sich in einem offenen Graben befindet und dann zugedeckt wird.  Auch mit einem niedrigeren Reibungskoeffizient übersteigt die Zugspannung 272 kg innerhalb von 300 Metern eines Kabelzugs mit einer effektiven Krümmung von 1,94 Grad pro 300 mm. Das in Tabelle 1 modellierte, in einem Graben verlegte Rohr (A = 304 mm, P = 6 m) verfügt über eine doppelt so effektive Krümmung, 4,4 Grad/300 mm. Da geringere Verschiebungen jedoch beim Verlegen mit Kabelpflug im aufgerissenen Boden oder Innenrohren in einem äußeren Rohr beim Verlegen unter Brücken möglich sind, wurden Kabelzüge über eine Länge von 1.000 bis 1.500 m bei Spannungen unter 272 kg durchgeführt. 

Eine mögliche Anwendung für dieses Modell besteht darin, es zur Bewertung von Rohrverlegungsmethoden „rückwärts“ anzuwenden. Diese Studien haben die Bedeutung der Wandstärke in mit einem Rohrpflug und mit dem Horizontalspül-Bohrverfahren verlegten Rohren sowie den Nutzen des vorherigen Aufreißens des Bodens beim Einsatz eines Pfluges und anderer Aspekte aufgezeigt.  Wenn die Zugspannung für einen bestimmten Kabelzug bekannt ist, können wir die effektive Krümmung bestimmen und dann mit den Variablen experimentiere, die diese verringern können.