DE19751120A1 - Kabel mit einer Schutzlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kabel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Offen verlegte Kabel, speziell Luftkabel, werden häufig durch Geschosse beschädigt, etwa in Folge der Jagd auf Vögel oder aufgrund mutwilliger Zielübungen. Problematisch ist dabei vor allem die Beschädigung optischer Nachrichtenkabel, die beispielsweise entlang von Bahntrassen oder Hochspannungsleitungen verlegt sind, da ihre Lichtwellenleiter gegenüber mechanischen Beschädigungen besonders empfindlich sind.

Zur Reduzierung der Schäden ist es aus der Druckschrift DE 196 16 374 C1 bekannt, das Kabel mit einer Schutzlage aus einem Fasergewebe zu versehen, die zwischen dem äußeren Mantel des Kabels und seinem Kern mit den Lichtwellenleitern angeordnet ist. Um zumindest gegen kleinkalibrige Geschosse, insbesondere das zur Jagd verwendete Schrot, einen ausreichenden Schutz zu bieten, ist im allgemeinen ein mehrschichtiger Aufbau der Schutzlage erforderlich. Bekannt sind sowohl Schutzlagen mit mehreren Schichten eines Fasergewebes, vorzugsweise aus Aramid, als auch solche Schutzlagen, die neben einer Schicht aus Fasergewebe eine Armierungsschicht aus hartem, schlagzähen Kunststoff umfassen.

Die bekannten Kabelaufbauten haben den Nachteil, daß die Wirkung der Schutzlage häufig unzureichend ist, so daß trotzdem gelegentlich Beschädigungen des Kerns durch ein Geschoß erfolgen. Die zur Verbesserung des Schutzes grundsätzlich denkbare Verdickung der Schutzlage hat eine unerwünschte Vergrößerung des Kabeldurchmessers zur Folge. Weiterhin ist die Dichte der verwendeten Fasergewebe und schlagzähen Kunststoffschichten vergleichsweise groß, so daß Kabel mit einer Schutzlage ein hohes längenspezifisches Gewicht aufweisen, was insbesondere bei der Verwendung als Luftkabel von Nachteil ist.

Vor diesem Hintergrund hat sich die Erfindung die Entwicklung eines Kabels mit einer Schutzlage zur Aufgabe gestellt, die bei geringer Dicke und niedrigem Gewicht einen verbesserten Schutz bietet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zeigen die Unteransprüche.

Die Fasern der Armierungsschicht des vorgeschlagenen Kabels bestehen aus hochorientiertem Polyethylen. Dabei handelt es sich um Polyethylen mit einem hohen Kristallinitätsgrad von mindestens 70%, dessen Fasern durch Verstreckung ausgerichtet sind. Derartige Fasern sind beispielsweise unter der Bezeichnung Dyneema Fraglight des Herstellers DSM (Niederlande) erhältlich. Das Material zeichnet sich durch eine ausgesprochen hohe Energieabsorption bei Stoßbelastungen von mehr als 90 J/(kg m²) aus, die zwei- bis dreifach höher liegt als die Energieabsorption von Aramidfasern (39 J/(kg m²)). Vorzugsweise handelt es sich um ein Polyethylen hoher Molmasse, dessen Reißfestigkeit und Schlagzähigkeit mit steigender Molmasse zunimmt.

Die Dicke der Faserschicht ist entsprechend der aufzunehmenden Belastung zu wählen. Vorzugsweise liegt die Mindestdicke in der Größenordnung das Durchmessers der abzufangenden Geschosse. Die Fasern sind bevorzugt parallel der Oberfläche des Kerns und parallel zueinander ausgerichtet. Zweckmäßig verlaufen sie überwiegend in Längsrichtung des Kabels, so daß sie seine Zugfestigkeit erhöhen und weitere zugfeste Elemente im Kabel gegebenenfalls entfallen können. Zudem erfordert eine hohe Energieabsorption der Schutzlage eine kompakte Schicht der Fasern mit einem geringen Anteil von Poren. Auch der Porenanteil läßt sich durch eine weitgehend parallele Ausrichtung der Fasern zueinander reduzieren, insbesondere im Vergleich zu einem Gewebe, in dessen Ebene die Fasern in unterschiedlichen Richtungen verlaufen.

Eine geeignete Kompaktierung läßt sich erreichen, indem die Fasern unter Zug auf einen weitgehend formstabilen Träger aufgebracht werden. Der Träger ist jedoch in soweit verformbar, daß eine hinreichende Flexibilität des Kabels zur Verlegung und unter üblichen Beanspruchungen im verlegten Zustand, etwa Wind oder Eislast, erhalten bleibt. Bei hinreichend starrem Kern ist es denkbar, daß seine Oberfläche den Träger bildet. In der Regel ist es jedoch von Vorteil, insbesondere im Fall eines druckempfindlichen Kerns, einen formstabilen Innenmantel vorzusehen, der den Kern umgibt und auf den die Fasern aufgelegt werden. Die äußere Hülle des Kabels bildet zweckmäßig ein Außenmantel, der vorzugsweise aus einem Polyolefin, etwa Polyethylen besteht.

Aufgrund der hohen Energieabsorption der verwendeten Polyethylenfasern zeichnet sich das vorgeschlagene Kabel gegenüber im Stande der Technik bekannten Ausführungen bei gleicher Dicke der Schutzlage durch einen wesentlich verbesserten Schutz des Kerns aus. Die Gefahr seiner Beschädigung wird auf diese Weise weitestgehend vermieden. Da Polyethylen eine geringe Dichte aufweist, hat das Kabel zudem ein niedriges Gewicht, was speziell bei der Verlegung als Luftkabel von Vorteil ist. Die Schutzlage eignet sich nicht nur zum Abfangen von Geschossen, insbesondere Schrotpartikeln, sondern auch von Splittern, wie sie beispielsweise bei der Detonation eines Sprengkörpers in der Umgebung des Kabels entstehen können.

Da der Träger allenfalls in geringem Maße zur Energieabsorption beiträgt, ist es zweckmäßig, daß ihn die Fasern vollständig bedecken, also nahezu 100% seiner Oberfläche. Unvermeidliche Zwischenräume der Fasern müssen wesentlich kleiner als der Durchmesser der abzufangenden Geschosse sein.

Besonders geeignet ist die erfindungsgemäße Ausbildung eines Kabels bei seiner Verlegung als Luftkabel, da in diesem Fall die größte Gefahr einer Beschädigung durch äußere Einflüsse besteht. Im speziellen besteht die Möglichkeit, daß das Luftkabel metallfrei ist.

Der Aufbau des Kerns bzw. der Seele des Kabels ist im Rahmen der Erfindung beliebig. Zweckmäßig umschließt die Schutzlage jedoch einen oder mehrere Lichtwellenleiter, da diese gegenüber mechanischen Einflüssen vergleichsweise empfindlich sind. Denkbar ist beispielsweise, daß der Kern eine oder mehrere Bündeladern, Hohladern oder Aderbändchen umfaßt, die um ein Trägerelement verseilt oder in Kammern des Trägerelementes eingelegt sind. Abhängig von der mechanischen Belastung des Kabels kann der Kern auch eines oder mehrere zugfeste Elemente beinhalten. Ebenso ist es möglich, daß der Kern elektrische Adern umfaßt.

Eine besonders hohe Energieabsorption und Festigkeit der Fasern ist erreichbar, wenn ihre molekulare Orientierung zumindest 90% beträgt. Durch das Maß der Verstreckung der Fasern läßt sich die Orientierung beeinflussen, also derjenige Anteil der Molekülketten, der im wesentlichen parallel zur Längsachse der Fasern ausgerichtet ist.

Eine hohe molekulare Orientierung der Fasern setzt einen hohen Kristallinitätsgrad ihres Polyethylens voraus. Daher bietet sich als Material der Fasern insbesondere ein Polyethylen hoher Dichte (HDPE) an. Alternativ ist denkbar, daß der Werkstoff ein lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE) ist, bei dem sich gleichfalls ein hinreichender Kristallinitätsgrad erreichen läßt.

Um die Handhabung der Fasern zu vereinfachen, ist es zweckmäßig, daß die Armierungsschicht aus Rovings besteht, also Bündeln parallel zueinander ausgerichteter Fasern. Auf diese Weise lassen sich die Fasern unter Zug straff auf den Träger auflegen, so daß eine kompakte Armierungsschicht entsteht. Dagegen erweist sich die Herstellung einer Armierung aus verzwirnten Fasern oder einem Fasergewebe im Vergleich als aufwendig.

Die Biegsamkeit des Kabels ist verbesserbar, indem die Rovings um den Träger verseilt sind.

Abhängig von den aufzunehmenden Belastungen kann die Schutzlage mehrere Schichten von Rovings bzw. Fasern umfassen.

Auch bei hoher Kompaktheit der Faserschicht verbleiben in ihr stets geringe Zwischenräume, die im allgemeinen überwiegend in Längsrichtung des Kabels ausgerichtet sind und eine Ausbreitung eindringender Feuchtigkeit ermöglichen. Zur Vermeidung wird vorgeschlagen, daß Zwischenräume der Fasern einen Füllstoff aufweisen, beispielsweise ein wasserquellbares Material. Ebenso können die Hohlräume mit einer hydrophoben, ggf. thixotropen oder einer aushärtbaren Masse, z. B. einem Schmelzkleber, ausgefüllt sein. Auf diese Weise wird eine Ausbreitung von Wasser längs des Kabels vermieden, ohne die energieabsorbierende Wirkung der Fasern zu beeinträchtigen.

Der Träger der Schutzlage besteht zweckmäßig aus einem Polyethylen hoher Dichte (HDPE), insbesondere wenn er als innerer Mantel ausgebildet ist, der den Kern des Kabels umschließt.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kabels anhand einer prinzipienhaften Zeichnung erläutert. Sie zeigt einen Querschnitt durch das Kabel.

Das Kabel besteht in seinen wesentlichen Elementen aus einem Kern (1), einem äußeren Mantel (2) und einer dazwischen angeordneten Schutzlage (3). Im Ausführungsbeispiel wird der Kern von Bündeladern (4) mit Lichtwellenleitern (5) gebildet, die um ein Zentralelement (6) verseilt sind, welches gegebenenfalls zugfest ist. Da sich der Aufbau des Kerns (1) im Rahmen der Erfindung frei variieren läßt, sind jedoch eine Vielzahl anderer Ausgestaltungen denkbar, etwa ein Kern (1) mit einer Zentralader oder mit einem Kammerelement, in dessen Aussparungen Aderbändchen verlaufen. Auch im Fall des äußeren Mantels (2) sind unterschiedliche Ausgestaltungen möglich. Als zweckmäßig hat sich ein Mantel (2) aus Polyethylen erwiesen, in den gegebenenfalls Verstärkungen, beispielsweise Glasfasern, eingebracht sind.

Die Schutzlage (3) umfaßt eine Armierungsschicht (7) sowie einen inneren Mantel bzw. Träger (8), der eine mechanische Abstützung für die Armierungsschicht (7) bildet. Daher besteht der Träger (8) aus einem formstabilen Material, etwa HDPE.

Die Armierungsschicht (7) wird von mehreren Lagen eng aneinanderliegender, näherungsweise in Kabellängsrichtung verlaufender Rovings (9) gebildet, die ihrerseits aus parallel verlaufenden Fasern bestehen. Der Werkstoff der Fasern ist ein hochorientiertes Polyethylen, das sich durch eine hohe Energieabsorption von Stoßbelastungen bei guter Zugfestigkeit auszeichnet. Zweckmäßig sind die Rovings (9) um den Träger (8) verseilt. Beim Aufbringen der Rovings (9) auf den Träger (8) ist eine hinreichende Vorspannung durch Zug von Vorteil, um eine möglichst kompakte Armierungsschicht (7) zu erzeugen und eine gestreckte Ausrichtung der Fasern in der Armierungsschicht (7) auch dann zu gewährleisten, wenn der äußere Mantel (2) beim Aushärten nach seinem Extrudieren geringfügig schrumpft. Zur Erzeugung einer hinreichenden Längswasserdichtigkeit des Kabels ist es denkbar, zwischen den Rovings (9) bzw. ihren Fasern verbleibende Hohlräume mit einer wasserquellbaren, aushärtbaren oder hydrophoben Masse auszufüllen.

Auf diese Weise entsteht ein Kabel mit einer Schutzlage, die das Eindringen kleinkalibriger Geschosse in den Kern sicher verhindert.

Claims (11)

1. Kabel mit einer Schutzlage (3), insbesondere gegen Geschosse, die eine Armierungsschicht (7) aus zugfestem Fasermaterial umfaßt, welche einen formstabilen Träger (8) umschließt, dadurch gekennzeichnet daß die Fasern aus hochorientiertem Polyethylen bestehen, das einen hohen Kristallinitätsgrad aufweist.

2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern den Träger (8) vollständig bedecken.

3. Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kabel ein Luftkabel ist.

4. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzlage (3) einen Lichtwellenleiter (5) umschließt.

5. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern eine molekulare Orientierung von mindestens 90% aufweisen.

6. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus einem Polyethylen hoher Dichte (HDPE) oder einem linearen Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE) bestehen.

7. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern Rovings (9) bilden.

8. Kabel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rovings (9) um den Träger (8) verseilt sind.

9. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzlage (3) mehrere Schichten von Rovings (9) und/oder Fasern umfaßt.

10. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Zwischenräume der Fasern und/oder Rovings (9) einen Füllstoff aufweisen.

11. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (8) aus HDPE besteht.