So vermeiden Sie das Quetschen von Glasfaserkabeln bei der Installation

So werden Glasfasern gequetscht.

Forschungsdaten zu Quetschkräften und Begrenzungen des Biegedurchmessers wurden in einem 2011 von Corning Cable auf dem International Wire and Cable Symposium (IWCS) vorgestellten Papier veröffentlicht. In dieser Studie wurde ein spezielles Gerät entwickelt und verwendet, um Glasfaserkabel in verschiedenen Kombinationen von Belastung, Biegeradius und Kontaktwinkel zu testen. Es wurden mehrere Arten von Glasfaserkabeln verschiedener Hersteller getestet, und alle zeigten Anzeichen von Schäden, wenn sie mit zu viel Spannung oder um eine Biegung mit zu kleinem Radius gezogen wurden. Dies nennen die Kabelhersteller „Außerhalb der Box“. Abbildung 1 zeigt den Zusammenhang zwischen Installationslast und Biegedurchmesser.

Diagramm 1: „Die Box“ zeigt die Beziehung zwischen Zugspannung und Biegedurchmesser.

Dies zeigt, dass bei zu hohen Installationsbelastungen oder einem zu geringen Scheibendurchmesser das Glasfaserkabel beschädigt werden kann. „Außerhalb der Box“, ist die Seitenwandspannung ist zu hoch und wird zu einer Quetschkraft.
Die IWCS-Studie bestätigte außerdem, dass selbst ein geringer (flacher) Kontaktwinkel die Möglichkeit einer Beschädigung der Glasfaser birgt. „Ein Kontaktwinkel von nur 10 Grad richtet genauso viel Schaden an wie ein Winkel von 90 Grad.“ Eine 10-Grad-Krümmung ist flach, fast nicht wahrnehmbar. Siehe Diagramm 1 unten.

Diagramm 1

Der Biegedurchmesser hat einen direkten Einfluss auf die Seitenwandkraft (Quetschkraft). Der Kontaktwinkel tut dies nicht.

Mit anderen Worten: Das Ziehen über Räder, Rollen oder Standard-Quadrantenblöcke führt zu Schäden, auch wenn das Kabel scheinbar gerade gezogen wird. Selbst wenn das Kabel über eine Schacht- oder Kabelkastenkante geführt wird, kann es beschädigt werden, da diese Kanten wie kleine Kontaktbögen wirken. Die Stärke des Kontaktwinkels ist also kein wichtiger Faktor; vielmehr ist der Radius der Biegung von entscheidender Bedeutung.

In einem Standard-Quadrantenblock, wie hier abgebildet, übt jede kleine Rolle eine seitliche Kraft (oder Quetschkraft) auf das Glasfaserkabel aus.

Wie hoch ist die Quetschkraft? Wie wird sie bestimmt?

Die Quetschkraft ist das Verhältnis zwischen der Zugkraft und dem Radius der Biegung. Wenn ein Kabel in eine Biegung gezogen wird, ist die Seitenwandkraft (Quetschkraft) umgekehrt proportional zur Länge des Biegeradius. Je kleiner der Radius wird, desto größer ist die Seitenwandkraft. Die Seitenwand-/Quetschkraft wird durch die folgende Gleichung bestimmt:

In den Industrienormen ist die maximale Zugkraft für Glasfaserkabel klar definiert. Bei den meisten Glasfasern für den Außenbereich ist die Installationslast auf weniger als 600 lbf (2.700 N) begrenzt. Die Kabelhersteller schränken den Biegeradius auch in Abhängigkeit vom Kabeldurchmesser ein. Durch die Steuerung des Biegeradius ist es möglich, Seitenwandkräfte zu vermeiden, die die Glasfaser quetschen und beschädigen. Eine typische Lippenrolle für Stromkabel hat einen Durchmesser von 5 Zoll (13 cm). Das ist viermal kleiner als der MBD, der für ein 72-poliges Glasfaserkabel vorgeschlagen wurde.

Dieser beliebte Bespannungsblock wird als 7-Zoll (18 cm)-OD bezeichnet, der Nabendurchmesser beträgt jedoch nur 5 Zoll (13 cm).

Die Mindeststauchfestigkeit für Glasfaserkabel wird in Telcordia GR 20 CORE2 mit 1.500 lbs./ft (21,9 kN/m) angegeben. Der empfohlene Richtwert für die maximale Seitenwandspannung beträgt 50 % dieses Wertes. Die IWCS-Studie hat bewiesen, dass Glasfasern schon bei einer Belastung von 0,9 kN (200 lbf) beschädigt werden können, wenn sie um ein Rad mit einem Durchmesser von 15 cm (6 Zoll) gezogen werden. Die Seitenwandkraft beträgt in diesem Szenario 800 lbf/ft (12 kN/m). Dies stimmt gut mit den derzeitigen Leitlinien für die Seitenwände überein.

Die Seitenwandkraft wird in Kurven mit engen Radien verstärkt. Dies ist die Kraft, durch die Glasfasern beschädigt werden. Die Bewältigung dieser Seitenwandkraft wird bei einer höheren Zahl an einzelnen Glasfasern noch kritischer.

Was sind Glasfaser-Quadrantenblöcke?

Glasfaser-Quadrantenblöcke sind eine der vielen Vorrichtungen, die bei der Kabelverlegung verwendet werden und dafür notwendig sind, dass die Glasfaserkabel während der Installation geschützt sind, insbesondere bei der Verlegung neuerer Glasfaserkabel mit einer hohen Anzahl an Einzelfasern. Quadrantenblöcke werden verwendet, um Glasfaserkabel während der Installation zu schützen, indem sie einen „Pfad“ schaffen, der es dem Kabel ermöglicht, eine allmähliche 90°-Drehung zu beschreiben, sodass es leicht durch Mannlochöffnungen, Schächte usw. gezogen werden kann.

Ein typischer Standard-Quadrantenblock besteht aus einer Reihe von Rollen auf einem Rahmen, der als Führung dient, damit das Glasfaserkabel in einem angemessenen Biegeradius gezogen wird und die Glasfasern, die den Kern des Kabels bilden, nicht brechen. Bisher wurde ein Standard-Quadrantenblock verwendet, um das Kabel in/aus Bereichen wie Mannlöchern und Handlöchern durch unterirdische Schächte sowie in der Luft an Versorgungsmasten entlang zu führen. Theoretisch sollte das Kabel entlang der Rollen laufen, und die Rollen dienen als Führung, um sicherzustellen, dass das Kabel nie unter seinen minimalen Biegeradius gebogen wird.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass dies keine zuverlässige Methode zur Vermeidung von Brüchen ist. Die Rollen selbst haben sich als problematisch erwiesen, da sie einen zu hohen Anpressdruck auf das Kabel ausüben, was zu Brüchen führt, wenn sich das Kabel von Rolle zu Rolle biegt. Das Kabel hat eine leichte Biegung über jede Rolle, so dass der besorgniserregende Biegeradius von jeder kleinen Rolle und nicht vom gesamten Block ausgeht. Außerdem liegt jede kleine Rolle in der Regel unterhalb des Mindestbiegedurchmessers. In der Vergangenheit wurde dieses Problem vorübergehend dadurch gelöst, dass die Quadrantenblöcke mit geteilten Rohren und Stahlformen modifiziert wurden, um einen gleichmäßigeren Pfad für das Kabel zu schaffen.

Nach umfangreichen Untersuchungen und Tests wurden die Glasfaser-Quadrantenblöcke als völlig neue Variante des Quadrantenblocks entwickelt: ein massiver Quadrantenblock, der speziell für die Verlegung von Glasfaserkabeln geeignet ist. Durch die Verwendung einer neuen, sanft geschwungenen, soliden Konstruktion konnten die Installateure eine glatte Kontur schaffen, den erforderlichen Biegeradius des Glasfaserkabels beibehalten und Kabelbrüche durch Kontakt und seitlichen Druck vermeiden, anders als bei herkömmlichen Rollen.

Der bevorzugte Quadrantenblock hat einen großen Radius mit glattem Kanaldurchmesser.

Messung der Kabelspannung und der Seitenwandkräfte einem Glasfaser-Quadrantenblock.

Ein Glasfaser-Quadrantenblock schafft im Wesentlichen einen glatten Kanal mit großem Radius, um das Glasfaserkabel während der Installation darüber zu führen. Das bedeutet, dass sich das Kabel mit einem gewissen Grad an Reibung an der Oberfläche entlang bewegt, was zu einer nominellen Spannungserhöhung führt.

Zur Bestimmung des Reibungskoeffizienten wurden zwei verschiedene Glasfaser-Quadrantenblöcke an einer Testvorrichtung befestigt. An einem Glasfaserkabel wurde eine Gegenspannung aufgebaut, während es mit einer Kabelspillwinde mit konstanter Geschwindigkeit über die Oberfläche gezogen wurde. Die Zugkraft wurde mit einer Kraftmessdose gemessen. Diese Kraft wurde zur Rückrechnung des Reibungskoeffizienten für die Oberfläche des Glasfaser-Quadrantenblocks verwendet. In diesem Fall wurde der Polywater Pull-Planner™ zur iterativen Ableitung der COF (µ) verwendet.

Die glatten Kunststoffe, die typischerweise für diese Installationsgeräte verwendet werden, haben eine geringe Reibung und funktionieren gut bei Glasfaserkabeln. Leistungsstarke Kabelschmiermittel senken den COF weiter, selbst bei reibungsarmen Oberflächen. Die Ergebnisse folgen unten.

Glasfaser-Quadrantenblock A
Durchmesser = 40 Zoll (100 cm)
Bogenlänge = 24 Zoll (60 cm)
T_in = 50 lb_f (222 N)

Glasfaser-Quadrantenblock B
Durchmesser = 64 Zoll (162 cm)
Bogenlänge = 46 Zoll (117 cm)
T_in = 50 lb_f (222 N)

Mit den Glasfaser-Quadrantenblöcken erhält der Kabelzug einen kurzen Bogenabschnitt mit minimaler zusätzlicher Spannung. Die Verwendung eines Glasfaser-Quadrantenblocks sorgt dafür, dass die Seitenwandspannung bzw. die Quetschkraft gering bleibt Bei der gleichen Zugkraft von 50 lb_f (222 N) erzeugt eine 7-Zoll (18 cm)-Rolle in dem oben beschriebenen Szenario eine Seitenwandspannung von 171 lb_f/ft (2,5 kN/m). Das ist fast die Kraft, die das Kabel zu beschädigen droht.

Der gemessene COF für das Material des Glasfaser-Quadrantenblockkanals ist mit zunehmender Seitenwandkraft sogar noch niedriger und reicht von 0,08 (ungeschmiert) bis zu 0,05 (geschmiert), wenn die Reibungstabellenmethode von Polywater verwendet wird. Dies spricht für den Einsatz von Glasfaser-Quadrantenblöcken anstelle von Rollen und Standard-Quadrantenblöcken, wie sie bei früheren Installationen verwendet wurden.

Alles unter einen Hut bringen

Die Installateure sollten diese Empfehlungen für bewährte Praktiken kennen. Bei einer Installation von Glasfasern mit einer hohen Zahl an Einzelfasern oder mit längeren Fasern wird die Verwendung von Quadrantenblöcken empfohlen. Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit einer sicheren Installation ohne Beschädigung des Glasfaserkabels.

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Quellenangaben

1 Quinn, C, Seddon D. 2011. Installation von Glasfaserkabeln außerhalb der Box. IWCS.

2 Telcordia Technologies. 2013. GR 20 CORE, Allgemeine Anforderungen an Lichtwellenleiter und Lichtwellenleiterkabel