I. Funktion der Festigkeitsglieder
Optische Fasern bestehen hauptsächlich aus hochreinem Quarzglas, das eine geringe mechanische Festigkeit und begrenzte Zug- und Druckfestigkeit aufweist. Während der Kabelverlegung und des Langzeitbetriebs ist die Faser ständig äußeren Kräften wie Eigengewicht, Wind- und Eislasten sowie der Verlegespannung ausgesetzt. Ohne eine effektive Tragstruktur neigt die Faser zu Mikroverformungen, die zu Signaldämpfung führen können. Daher müssen optische Kabel mit Zugentlastungselementen ausgestattet sein, die als tragendes Gerüst dienen, den Großteil der mechanischen Belastung absorbieren und die Mikrodehnung der Faser kontrollieren, um eine langfristig stabile Signalübertragung zu gewährleisten.
Die im Ingenieurwesen üblicherweise verwendeten Festigkeitsbauteile lassen sich in zwei Hauptkategorien einteilen:Phosphatierter Stahldrahtals primäre Metalloption undFRP (faserverstärkter Kunststoff)als die am weitesten verbreitete nichtmetallische Option. Die beiden Typen bieten unterschiedliche Leistungseigenschaften, und die Materialauswahl sollte auf der Grundlage der spezifischen Anwendungsumgebung erfolgen.
II. Phosphatierter Stahldraht: Die gängigste Wahl für herkömmliche Außenkabel
Phosphatierter Stahldraht ist das am häufigsten verwendete metallische Zugentlastungselement in optischen Freiluftkabeln. Seine Hauptvorteile liegen im ausgewogenen Verhältnis zwischen hoher Festigkeit und guter Prozessstabilität. Bei gleichem Querschnitt ist die Zugbelastbarkeit von phosphatiertem Stahldraht typischerweise höher als die von Faserverbundkunststoffen (FVK), wodurch er sich für Anwendungen mit höheren Anforderungen an die mechanische Festigkeit eignet.
Hinsichtlich der Umweltverträglichkeit bildet die Phosphatierung eine gleichmäßige Phosphatschicht auf der Drahtoberfläche. Dies verbessert die Korrosionsbeständigkeit und verringert das Risiko von Grenzflächenreaktionen durch direkten Kontakt mit Verbindungen wie Füllgelen. Dadurch werden wasserstoffbedingte Risiken im Langzeitbetrieb des Kabels minimiert.
Phosphatierter Stahldraht eignet sich für GYTA- und GYTS-Bündelkabel, Zentralkabel, flammhemmende Bergbaukabel sowie für direkt verlegte Kabel und verschiedene Freiluftkabeltypen, die Gelfüllsysteme verwenden.
III. Faserverstärkter Kunststoff (FVK): Ein Kernwerkstoff für spezielle Anwendungen
Faserverstärkter Kunststoff (FVK) wird im Pultrusionsverfahren hergestellt, wobei Endlosglasfasern als Verstärkungsgerüst und Epoxid- oder Vinylesterharz als Matrix dienen. Er ist ein weit verbreiteter Konstruktionswerkstoff für nichtmetallische Bauteile. Seine Hauptvorteile liegen in seiner elektrischen Isolationsfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und seinem geringen Gewicht.
Im Gegensatz zu metallischen Verstärkungselementen ist Faserverbundkunststoff (FVK) ein nichtleitendes Material. Er verhindert Stromleitung und elektromagnetische Kopplungseffekte und reagiert nicht elektrochemisch mit Gelfüllsystemen. Daher trägt er aus Sicht der Tragwerksplanung dazu bei, die mit Metallen verbundenen Risiken der Wasserstoffbildung zu reduzieren. Seine Dichte beträgt etwa ein Viertel der von Stahl, wodurch das Gesamtgewicht des Glasfaserkabels deutlich verringert und Installation und Transport erleichtert werden. Darüber hinaus weist FVK einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, was die Stabilität der Faserüberschusslänge bei Temperaturschwankungen gewährleistet und das Risiko von Mikrobiegungsverlusten reduziert.
GFK wird hauptsächlich bei Freileitungen eingesetzt, die in blitzgefährdeten Gebieten und Umgebungen mit starken elektromagnetischen Störungen installiert werden, bei dielektrischen FTTH-Anschlusskabeln, bei Kabeln, die in stark korrosiven Umgebungen wie Küstensalznebel und Chemieanlagen eingesetzt werden, sowie bei speziellen Kabelstrukturen einschließlich Seekabeln.
IV. Auswahlkriterien für die beiden Arten von Festigkeitsgliedern
Phosphatierter Stahldraht und Faserverbundwerkstoffe sind keine einfachen Ersatzstoffe füreinander; vielmehr ergänzen sie sich in ihrer Funktion. Die sinnvolle Materialauswahl sollte auf den tatsächlichen Einsatzbedingungen des Kabels basieren.
Konventionelle Freileitungskabel, direkt verlegte Erdkabel, Bergbaukabel und gelgefüllte Kabel – phosphatierter Stahldraht ist im Allgemeinen die bevorzugte Wahl. Seine hohe Festigkeit, die ausgereifte Verarbeitungstechnologie und die breite Anwendbarkeit machen ihn zu einer gängigen Lösung, die sich in der langjährigen Praxis bewährt hat.
Blitzgefährdete Gebiete, Umspannwerke und andere Szenarien mit starken elektromagnetischen Störungen – Um Leitfähigkeitsrisiken zu reduzieren und die Systemsicherheit zu verbessern, sollte eine vollständig dielektrische GFK-Struktur verwendet werden.
In stark korrosiven Umgebungen wie Küstengebieten und Chemieanlagen bietet GFK dank seiner hervorragenden Korrosionsbeständigkeit eine stabilere Langzeitleistung.
FTTH-Anschlusskabel – GFK ist aufgrund seiner Isolationseigenschaften oft die bevorzugte Wahl. Für Übergänge zwischen Innen- und Außenbereich, die eine höhere Zugfestigkeit oder die Installation über große Spannweiten erfordern, können je nach Kabeldesign metallische Zugentlastungselemente ausgewählt werden.
V. Schlussfolgerung
Zugentlastungselemente beeinflussen direkt die mechanische Lebensdauer und die Übertragungsstabilität von Glasfaserkabeln. Phosphatierter Stahldraht hat sich aufgrund seiner hohen Festigkeit, guten Verarbeitbarkeit und bewährten technischen Leistungsfähigkeit zu einem wichtigen metallischen Zugentlastungsmaterial für diverse konventionelle Freiluftkabel entwickelt. Faserverstärkter Kunststoff (FVK) spielt mit seinen Vorteilen hinsichtlich elektrischer Isolation, Störfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, geringer Dichte und struktureller Stabilität eine Schlüsselrolle unter komplexen und speziellen Einsatzbedingungen.
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Veröffentlichungsdatum: 28. Mai 2026