Glasfasern sind von Natur aus empfindlicher als Kupfer. Es handelt sich um eine besondere Glasart (Fused Silica) mit einer typischen Zugfestigkeit, die weniger als halb so hoch ist wie die von Kupfer. Doch auch wenn Quarzglas zerbrechlich und spröde aussieht und sich auch so anfühlen kann, hat es sich bei richtiger Verarbeitung, Prüfung und Verwendung als äußerst langlebig erwiesen.
Um die Haltbarkeit eines Materials zu beurteilen, ist es hilfreich, bestimmte Eigenschaften zu berücksichtigen:
Anfangsstärke
Abbaurate
Alle Mängel, die es schwächen können
Reagenzien, die es schwächen können
Seine optische Lebensdauer – denn die Kieselsäure muss weiterhin zufriedenstellend funktionieren
Vor diesem Hintergrund gibt es im Wesentlichen vier Faktoren, die die Langlebigkeit Ihres Glasfasernetzwerks beeinflussen:
1. Oberflächenfehler
Unberührtes, fehlerfreies Quarzglas ist äußerst widerstandsfähig gegen Zersetzung. Allerdings weisen alle kommerziell hergestellten Lichtwellenleiter Oberflächenfehler (kleine Mikrorisse) auf, die unter bestimmten Bedingungen die Lebensdauer des Materials verringern. Der entscheidende Faktor hierbei ist der Spannungsintensitätsfaktor „K“, bezogen auf die angelegte Spannung und die Quadratwurzel der Risstiefe. Das bedeutet, dass „echte“ Fasern – solche mit kleinen Fehlern – zunächst ein langsames Wachstum in diesen Fehlern erleiden, gefolgt von einem schnellen Wachstum bis zum Versagen.
Um dieses Problem zu lösen, führen seriöse Faserlieferanten „Proof-Tests“ durch, bei denen die Faser für einen bestimmten Zeitraum auf ein voreingestelltes Maß (normalerweise 1 Prozent) gedehnt wird, um die größeren Mängel gezielt zu beseitigen.
2. Reduzierung der Verschlechterung
Der Anwender erhält dann eine Faser mit weniger, kleineren Fehlern, die vor unnötiger Verschlechterung geschützt werden müssen. Dies bedeutet in erster Linie, die Entstehung neuer Fehler zu verhindern, indem die Faser mit einem schützenden und haltbaren Material als Primärbeschichtung beschichtet wird.
3. Installationsstämme
Wir wissen, dass Stress ein Hauptfeind für die Langlebigkeit von Fasern ist. Daher wird die Schutzaufgabe an den Kabelverleger übergeben, der dafür sorgt, dass durch den Einsatz geeigneter Festigkeitselemente die auf das Kabel ausgeübte Belastung deutlich unter dem 1-Prozent-Testniveau liegt. Der Installateur muss dann sicherstellen, dass der Installationsprozess das Kabel nicht überlastet.
Von den drei üblicherweise verwendeten Techniken Ziehen, Drücken und Blasen führt nur das Ziehen zu einer unerwünschten Dehnung (Zugspannung). Im Gegensatz zu Metall ermüdet Glas beim Zusammendrücken nicht, so dass die leichte Kompression beim Drücken keine Schäden an der Faser verursacht.
4. Umweltfaktoren
Nach der Bereitstellung hat die lokale Umgebung einen großen Einfluss auf die Lebensdauer der Glasfaser. Erhöhte Temperaturen können das Risswachstum beschleunigen, doch in der Vergangenheit war die Anwesenheit von Wasser die größte Sorge. Das Wachstum von Rissen unter Spannung wird durch Wasser begünstigt, was zu „Spannungskorrosion“ führt.
Sie können die Neigung einer Faser zur Spannungskorrosion überprüfen, indem Sie ihren „Spannungskorrosionsanfälligkeitsparameter“ überprüfen, der viel praktischer als „n“ bezeichnet wird. Ein hoher n-Wert (ca. 20) deutet auf eine langlebige Faser und Beschichtung hin.
Berechnen Sie, wie lange Ihr Netzwerk hält
Wie können Sie unter Berücksichtigung der oben genannten vier Faktoren die Lebensdauer Ihres Glasfasernetzwerks berechnen? Dazu muss ein Netzwerkplaner zwei Eingaben berücksichtigen:
Wie sich Fehler auf optische Fasern verteilen, mithilfe der Weibull-Verteilung
Die Ergebnisse von Faserfestigkeitstests, die normalerweise von Herstellern durchgeführt werden
Durch die Kombination der (vorhergesagten) Fehlerverteilung mit der Risswachstumstheorie wurden mehrere Modelle für die Lebensdauer optischer Fasern erstellt, die hier zu sehen sind.
Im Allgemeinen geben diese Modelle eine Ausfallwahrscheinlichkeit für einen bestimmten Glasfaserkilometer über eine gewählte Lebensdauer von irgendwo zwischen 20 und 40 Jahren an. Bei korrekt installierten Glasfasern der Stufe 1 liegt die Ausfallwahrscheinlichkeit über einen solchen Zeitraum in der Größenordnung von 1 zu 100,000.
Im Vergleich dazu beträgt die Wahrscheinlichkeit, dass eine Faser durch manuelle Eingriffe, wie z. B. Graben, im gleichen Zeitraum beschädigt wird, etwa 1 zu 1,000. Hochwertige Glasfasern, die mit harmlosen Techniken und von sorgfältigen Installateuren unter akzeptablen Bedingungen installiert werden, sollten daher äußerst zuverlässig sein – vorausgesetzt, sie werden nicht gestört.
Es ist auch erwähnenswert, dass die Kabellängen selbst selten „von Natur aus“ ausgefallen sind, es kam jedoch zu Ausfällen an Verbindungsstellen, bei denen Kabel und Verbindungsart nicht gut aufeinander abgestimmt waren, sodass sich die Fasern bewegen konnten – beispielsweise aufgrund von Temperaturänderungen. Dies führt zu einer Überbeanspruchung der Faser und schließlich zu einem Bruch.
Die Beweise aus der Praxis
Angesichts der Tatsache, dass die ersten großen Glasfasersysteme Anfang der 1980er-Jahre eingeführt wurden, wie haben sie sich entwickelt? Die gute Nachricht ist, dass es in den letzten 35 Jahren in ordnungsgemäß installierten Systemen mit Tier-1-Komponenten zu keinem großflächigen Ausfall von Glasfasern gekommen ist. Es wurden zwar Brüche beobachtet, diese treten jedoch überwiegend dort auf, wo Fasern aus Kabeln entfernt und unter den zulässigen Biegeradius gebogen wurden.
Wenn die bereitgestellten Fasern richtig gelagert und aufgerollt werden, ist es tatsächlich durchaus möglich, dass sie sich als stärker herausstellen, als wir zuerst dachten. Möglicherweise beginnen die ursprünglichen Mängel mit der Zeit und der Einwirkung von Wasser bei geringer Belastung zu heilen.
Wie wir in anderen Blogs gesehen haben, können die größten Feinde der sorgfältig entwickelten Zuverlässigkeit von Glasfasern von Menschen, Tieren oder Mutter Natur ausgehen und nicht vom Quarzglas selbst. Abgesehen von diesen nichttechnischen Problemen ist es durchaus möglich, dass Glasfasernetze selbst mit verbesserter Optoelektronik noch viele Jahre lang weiter funktionieren – vielleicht sogar so lange wie ihre Kupfervorläufer!