Wofür ist der harte Stab in der Mitte des Glasfaserkabels? Ist es Glasfaser oder Stahldraht?
Der harte Stab in der Mitte des Glasfaserkabels wird als „Central Strength Member“ bezeichnet. Seine Hauptfunktion besteht darin, dem Kabel mechanische Unterstützung und Zugschutz zu bieten.
Um Ihre Frage direkt zu beantworten: Es kann sowohl Glasfaser als auch Stahldraht sein, abhängig von der Konstruktion des Kabels und seiner Anwendung.
Im Folgenden wird die Funktion des Verstärkungskerns und der Unterschied zwischen diesen beiden Materialien aus physikalischer und ingenieurtechnischer Sicht detailliert aufgeschlüsselt:
1. Warum muss ein Glasfaserkabel einen „Verstärkungskern“ haben?
Die optische Faser selbst besteht aus hochreinem Siliziumdioxid (Quarzglas) mit einem Durchmesser von nur etwa 125\ \mu\text{m} und ist extrem zerbrechlich.
- Zugschutz: Glasfaserkabel sind beim Verlegen (z. B. Ziehen durch Rohre, Aufhängen) oder während des Gebrauchs erheblichen Zugkräften ausgesetzt. Die Zugfestigkeit von Quarzfasern ist extrem gering. Ohne einen Verstärkungskern, der den größten Teil der Zugkraft aufnimmt, brechen die Fasern unter Spannung leicht.
- Verformungs- und Temperaturwechselbeständigkeit: Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Quarz unterscheidet sich stark von dem der äußeren Ummantelung des Kabels (normalerweise PE, PVC usw.). Bei starken Temperaturschwankungen führen die Schrumpfung oder Ausdehnung des Kunststoffs dazu, dass die Glasfaser unter Druck gebogen wird, was zu Mikrobögenverlusten führt. Der Verstärkungskern hat einen sehr hohen Elastizitätsmodul, der die Längenausdehnung und -kontraktion des Kabels aufgrund von Temperaturänderungen unterdrücken und die Stabilität der optischen Signalübertragung gewährleisten kann.
2. Glasfaser vs. Stahldraht: Zwei gängige Materialien
① Glasfaserverstärkter Kunststoff (FRP / GFRP)
- Materialzusammensetzung: Es handelt sich nicht um eine einzelne Glasfaser, sondern um einen Verbundwerkstoff, bei dem hochfeste Glasfasern als Verstärkungsmaterial in eine Harzmatrix eingebettet und ausgehärtet werden, abgekürzt FRP (Fiber Reinforced Plastic).
- Vorteile:
- Nichtmetallisch und isolierend: Völlig nichtleitend. Dies macht es immun gegen elektromagnetische Interferenzen (EMI), Blitzeinschläge und Induktionsströme, ideal für oberirdische Kabel an Hochspannungsleitungen (wie ADSS-Kabel) oder in Gebieten mit häufigen Gewittern.
- Geringes Gewicht: Sein spezifisches Gewicht ist weit geringer als das von Stahldraht, was die Aufhängung über lange Distanzen und die Installation erleichtert.
- Korrosionsbeständigkeit: Chemisch stabil und rostet nicht.
- Nachteile: Der Elastizitätsmodul und die Zugfestigkeit sind geringfügig niedriger als bei Stahldraht gleichen Durchmessers, und es kann bei zu kleinen Biegeradien zu sprödem Bruch kommen.
② Stahldraht (Steel Wire) / Metallverstärkungskern
- Materialzusammensetzung: Typischerweise hochfester Kohlenstoffstahl, verzinkter Stahldraht oder Edelstahl.
- Vorteile:
- Extrem hohe mechanische Festigkeit: Bietet eine sehr hohe Zugfestigkeit und einen hohen Elastizitätsmodul, die extremen physischen Stößen und Zugkräften standhalten.
- Druck- und Biegefestigkeit: Besser biegsam als Hart-FRP und weniger anfällig für spröde Brüche.
- Nachteile:
- Leitfähigkeit: Leitfähig, birgt bei der Verlegung im Freien die Gefahr von Blitzeinschlägen und erfordert eine ordnungsgemäße Erdung.
- Hohes Gewicht: Erhöht das Gesamtgewicht des Kabels.
3. Verstärkungsstrukturanwendungen in speziellen industriellen Szenarien
In strengeren industriellen oder Felderkundungs-, hochpräzisen Sensorik- und anderen Szenarien werden oft stärkere vollmetallische Verstärkungsstrukturen zum Schutz der Glasfasern eingesetzt. Beispielsweise verwenden die speziellen Glasfaser-Patchkabel von Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®), die für Umgebungen mit hoher Festigkeit und großen Zugkräften entwickelt wurden, eine kombinierte Schutzstruktur aus verdrilltem Stahldraht und nahtlosen Edelstahlrohren:
- OFSCN® 3.0mm Steel Wire Rope Fiber Optic Patch Cord: Dieses Produkt integriert in einem 3.0\text{ mm} Durchmesser eine verdrillte 0.45\text{ mm} Edelstahldrahtstruktur und ein 0.9\text{ mm} nahtloses Edelstahlrohr, was eine Zugfestigkeit von über 1200\text{ N} und eine Druckfestigkeit von über 200\text{ MPa} bietet.
- OFSCN® 2.0mm Steel Wire Rope Fiber Optic Patch Cord: In einem 2.0\text{ mm} Durchmesser verwendet dieses Produkt eine verdrillte 0.6\text{ mm} verzinkte Stahldrahtstruktur und ein 1.0\text{ mm} nahtloses Edelstahlrohr, mit einer Zugfestigkeit von über 1500\text{ N}.
Zusammenfassung
Der harte Stab, den Sie berühren:
- Wenn es sich um ein helles, leicht transparentes oder gelb-grünes Material mit harter Kunststoffoptik handelt, ist es glasfaserverstärkter Kunststoff (FRP).
- Wenn es sich um einen einfachen oder mehrfädigen Metallstab mit metallischem Glanz, silbergrau oder schwarz handelt, ist es Stahldraht/Stahlkern.
Beide sind notwendige Strukturen, um die physikalische Einschränkung von Quarzfasern mit „geringer Zugfestigkeit und leichter Bruchgefahr“ zu lösen.