Wie schütze ich eine Glasfaser vor Abrieb, wenn sie durch Wände oder Böden geführt wird?„“
Bei der Verlegung von Glasfasernetzen und Sensoriksystemen stellen Durchführungen durch harte Strukturen wie Wände oder Böden übliche physikalische Barrieren dar. Aufgrund der inhärenten physikalischen Eigenschaften von Glasfasern birgt deren direkte Exposition gegenüber rauen Materialien wie Beton oder Ziegeln erhebliche Risiken mechanischer Beschädigung.
Im Folgenden werden die physikalischen Risiken und standardmäßigen Schutzmethoden aus den Perspektiven der optischen Technik und des baulichen Schutzes detailliert analysiert:
I. Analyse der physikalischen Risiken beim Durchführen von Glasfasern durch Wände/Böden
- Reibung und Entstehung von Mikrorissen:
Die Hauptbestandteile des Lichtwellenleiters (LWL), der Kern und der Mantel, sind Siliziumdioxid ( \text{SiO}_2 ). Obwohl es eine extrem hohe Zugfestigkeit besitzt, ist es äußerst empfindlich gegenüber Oberflächenmikrorissen. Wenn der LWL mit rauen Wänden oder Böden in direkten Kontakt kommt und reibt, kann seine äußere Ummantelung abgenutzt werden, wodurch die interne Faser freigelegt wird und Mikrorisse (Microcracks) entstehen. Diese Mikrorisse breiten sich unter Umwelteinflüssen schnell aus und führen zu einem plötzlichen Bruch der Faser während ihrer Lebensdauer. - Mikro- und Makrobiegeverluste:
An Ecken von harten Strukturen kann es, wenn kein Schutz vorhanden ist, zu lokalem Druck auf die Faser kommen, was zu kleinen Unebenheiten und damit zu Biegeverlusten (Microbending loss) führt. Gleichzeitig, wenn der Biegeradius kleiner als der kritische Biegeradius ist (für Standard-Singlemode-Fasern wird normalerweise ein Biegeradius von nicht weniger als 30\ \text{mm} gefordert), kommt es zu erheblichen Makrobiegeverlusten (Macrobending loss), die zu einer starken Dämpfung des optischen Signals führen und die Kommunikation oder Sensorik sogar unterbrechen können. - Scherbeanspruchung der Struktur:
Während ihrer Nutzungsdauer erfahren Gebäude leichte Setzungen, Vibrationen oder thermische Ausdehnung/Kontraktion, die starke seitliche Scherkräfte erzeugen. Ohne ausreichenden Pufferraum wird die Faser direkt diesen Kräften ausgesetzt und kann brechen.
II. Standard-Schutzlösung: Verwendung von „Leitungsschutzrohren für Glasfasern“
Um die oben genannten physikalischen Risiken zu beseitigen, ist die Standardvorgehensweise in der Ingenieurpraxis die Verwendung von Leitungsschutzrohren für Glasfasern (Fiber Optic Conduit/Sleeve). Die Kerntechnischen Spezifikationen und Verlegungsanforderungen sind wie folgt:
- Kanalisolierung:
In der Wand oder dem Boden wird ein Stück Rohr mit ausreichender Steifigkeit vorverlegt, wie z. B. ein Rohr aus hochdichtem Polyethylen (HDPE), ein flammhemmendes PVC-Rohr, ein Wellrohr oder, für hohe industrielle Schutzanforderungen, ein Edelstahlrohr. Das Glasfaserkabel läuft im Rohr und hat keinen direkten Kontakt mit der Gebäudestruktur. - Kontrolle der Füllrate:
Der Innendurchmesser des Schutzrohrs muss ausreichend groß sein und darf gemäß dem Grundsatz einer Füllrate von höchstens 50\ \% nicht überschritten werden. Das bedeutet, dass die Summe der Querschnittsflächen aller durchlaufenden Glasfaserkabel nicht mehr als die Hälfte des inneren Querschnitts des Rohrs betragen darf. Dies stellt sicher, dass beim Einziehen der Kabel keine übermäßige Reibung entsteht und erleichtert zukünftige Wartung und Aufrüstung. - Schutz der Rohrenden durch Entschärfung:
Die Schnittkanten der Schutzrohre sind oft scharf. Es müssen Schutzhülsen (Bushing) oder Schutzringe installiert werden, damit das Glasfaserkabel beim Austritt aus dem Rohr eine glatte Übergangsfläche hat und die scharfen Kanten die Ummantelung nicht beschädigen. - Begrenzung des Biegeradius:
Wenn das Schutzrohr abgewinkelt oder gebogen werden muss, sollte sein Biegeradius das 10-fache des Außendurchmessers des Rohrs oder das 15- bis 20-fache des Außendurchmessers des durchlaufenden Glasfaserkabels nicht unterschreiten, um sicherzustellen, dass der Biegeradius der internen Faser weit über dem kritischen Grenzwert liegt. - Abdichtung und Brandschutzversiegelung:
Nachdem die Rohre durch Brandabschnitte von Böden und Wänden geführt wurden, müssen die Hohlräume zwischen dem Schutzrohr und dem Glasfaserkabel mit speziellem Brandschutzmörtel, Brandschutzkeilen oder Dichtungsmasse luftdicht verschlossen werden, um die Brandschutz- und Wasserdichtheitsstandards des Gebäudes zu erfüllen.
III. OFSCN® Glasfaserkabel und Patchkabel mit integriertem mechanischem Hochschutz
Wenn die Umgebungsbedingungen vor Ort extrem rau sind oder der Platz für Schutzrohre sehr begrenzt ist (keine Einbettung dicker PVC-Rohre möglich, nur sehr dünne Bohrungen), sind Glasfasern selbst mit einer sehr hohen mechanischen Schutzfähigkeit erforderlich. Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) hat eine Reihe von hochgeschützten Glasfaserkabeln und Patchkabeln entwickelt, die mit nahtlosen Edelstahlrohren ummantelt sind, um diese anspruchsvollen Bedingungen zu meistern:
-
OFSCN® 2.0mm Micro Steel Armored Fiber Optic Patch Cord
Dieses mikro-armierte Glasfaser-Patchkabel umschließt ein nahtloses 0,6\ \text{mm} starkes Edelstahlrohr, das seitlichem Druck und Abrieb durch raue Wände wirksam widersteht.
-
OFSCN® 3.0mm Steel Wire Rope Fiber Optic Patch Cord
(Eine 2,0\ \text{mm} Version ist ebenfalls verfügbar: OFSCN® 2.0mm Steel Wire Rope Fiber Optic Patch Cord).
Diese Patchkabelserie besteht aus einem nahtlosen Edelstahlrohr und einer hochfesten Stahldrahtseilstruktur, die eine Zugfestigkeit von \u003e1200\ \text{N} ( 2,0\ \text{mm} Version) und \u003e1500\ \text{N} ( 3,0\ \text{mm} Version) sowie Druckfestigkeiten von über 200\ \text{MPa} bzw. 150\ \text{MPa} aufweist. Die Vollmetall-Schutzstruktur ermöglicht die direkte Führung durch extrem abriebfeste harte Hohlräume ohne externe Leitungsschutzrohre.
-
OFSCN® 85°C Seamless Steel Tube Fiber Cable
Ummantelt mit einer einzelnen Schicht nahtlosen Edelstahlrohrs (wahlweise 304 oder 316L Edelstahl), mit einem Standardaußendurchmesser von 2,0\ \text{mm} (Wandstärke 0,2\ \text{mm}) oder 3,0\ \text{mm} (Wandstärke 0,3\ \text{mm}). Dieses Glasfaserkabel ist selbst ein „miniaturisiertes Edelstahl-Schutzrohr“, das die interne Faser vor Biegebelastungen und Abrieb schützt und gleichzeitig eine extrem hohe mechanische Steifigkeit sowie Schutz gegen Druck und Nagen bietet.
Durch die Verwendung von standardkonformen „Leitungsschutzrohren“ in Kombination mit Glasfaserkabeln, die mit nahtlosen Edelstahlrohren ummantelt sind und eine hohe mechanische Schutzleistung bieten, können die Risiken von Abrieb und Verformung beim Durchführen von Glasfasern durch Wände oder Böden vollständig eliminiert werden. Dies gewährleistet den hochzuverlässigen Langzeitbetrieb von Glasfaserkommunikations- und Sensoriksystemen.