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Fernmeldekabel und Verfahren zu seiner Herstellung.
Zur Verminderung der Kapazität zwischen den Adern eines Fernsprechkabels umgibt man bekanntlich die Kupferleiter mit einer Papierluftraumisolation. Diese Isolation kann in der Weise hergestellt werden, dass um die Kupferader eine Kordel aus Papier herumgelegt und darüber eine Halle von Papierbänder gewickelt wird. Mit derartig isolierten Adern ist es möglich, vieladrige Kabel herzustellen, zwischen deren Adern ein Dielektrikum mit der Dielektrizitätskonstante 1.6 vorhanden ist.
Gemäss der Erfindung wird vorgeschlagen, die Isolation der Adern von Fernmeldekabeln mit Hilfe von Fäden, Kordeln, Bändern oder Scheiben aus Polystyrol oder seinen Homologen aufzubauen, die in geeigneter Weise um den Leiter gelegt bzw. auf diesen aufgereiht sind. Eine solche Isolation kann beispielsweise mit Hilfe von Fäden und Bändern aus Polystyrol in gleicher Weise aufgebaut werden, wie die übliche Papierluftraumisolation. Derart isolierte Adern bilden allein oder mit mehreren zusammen zu Paaren, Vierern oder Adergruppen höherer Ordnung verseilt, die Kabelseele, über der ein anschliessender wasserdichter Mantel aufgepresst ist.
Die Luftraumisolation kann auch insbesondere bei Landkabeln unter gleichzeitiger Verwendung von Kordeln und Bändern aus Papier und Polystyrol etwa in der Weise aufgebaut werden, dass man um den Kupferleiter eine Kordel von Polystyrol herumlegt, über der eine Papierbandbewicklung aufgebracht wird. Die Fäden, Kordeln und Bänder aus Polystyrol können in geeigneter Weise profiliert verwendet werden.
Diejenigen Eigenschaften, die reines Polystyrol zum Aufbau der luftraumisolierten Adern vor andern Isolierstoffen besonders geeignet machen, sind seine geringe Dielektrizitätskonstante (e = 2'5), sein ausserordentlich kleiner Verlustwinkel (Ig = 0'2. 10-3), ferner seine unmessbar geringe Wasseraufnahme und seine gute mechanische Festigkeit.
Eine gemäss der Erfindung aufgebaute Luftraumisolation besitzt eine Dielektrizitätskonstante, die derjenigen einer Papierluftraumisolation mindestens gleich kommt. Ferner verursacht der geringe Verlustwinkel des Polystyrols nur sehr niedrige dielektrische Verluste, die insbesondere bei höheren Frequenzen erheblich unter dem dielektrischen Verlust einer Papierluftraumisolation liegen. Dies ist bei langen Land-und Seekabelstrecken von besonderer Bedeutung, da man bekanntlich in steigendem
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hohe Frequenzen zur Anwendung gelangen.
Weitere Vorteile der mit Hilfe von Polystyrol aufgebauten Luftraumisolation ergeben sich aus der Eigentümliehkeit von Polystyrol, im Gegensatz zu Papier, nicht hygroskopisch zu sein. Auf zwei Verbesserungen bei der Herstellung und im mechanischen Aufbau der Fernmeldekabel, die sich aus dieser Eigenschaft ergeben, möge besonders hingewiesen werden. Bekanntlich ist es nötig, papierluftraumisolierte Kabel vor ihrer endgültigen Fertigstellung zu trocknen, um das Papier von seinem Feuchtigkeitgehalt zu befreien. Diese Trocknung erfordert besonders bei langen Kabeln sehr kostspielige Verfahren und Einrichtungen.
Wenn man gemäss der Erfindung Polystyrol zum Aufbau der Luftraumisolation
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verwendet, wird es möglich, ohne derartige Trockenverfahren auszukommen, da das nicht hygroskopisch Polystyrol keine Feuchtigkeit enthält oder aufnimmt.
Ein weiterer Vorteil, den diese Eigenschaft des Polystyrols mit sich bringt, besteht darin, dass es möglich wird, bei luftraumisolierten Seekabel den Bleimantel durch eine Hülle aus Guttapercha oder aus Mischungen von Polystyrol, Guttapercha, Balata, rein oder in Mischungen mit Kautschuk, Wachs oder ähnlichen Stoffen zu ersetzen. Die Bemühungen, bei luftraumisolierten Seekabeln eine Hülle aus Guttapercha zu verwenden, sind bisher daran geseheitert, dass das hygroskopisch Papier aus der Guttaperchahülle im Laufe der Zeit Feuchtigkeit an sich zieht und damit eine Verschlechterung seiner elektrischen Eigenschaften erfährt. Malchàt daher Seekabel mit Papierluftraumisolation mit einem abschliessenden Bleimantel versehen müssen.
Dies ist nun bei der Verwendung von Polystyrol gemäss der Erfindung nicht mehr notwendig. Es ist vielmehr möglich, spezifisch leichte und einfach aufzubringende Hüllen aus Guttapercha und ähnlichen Stoffen zum äusseren Abschluss der Kabel zu verwenden.
Die sich hieraus ergebende Gewichtsverminderung ist bei der Herstellung und der Verlegung von Seekabeln von grossem Vorteil.
Die gemäss der Erfindung aufgebaute Luftraumisolation ist ferner wegen der grossen Festigkeit des Polystyrols erheblich widerstandsfähiger gegen allseitigen äusseren Druck als eine in gleicher Weise hergestellte Isolation aus Papier. Während Kabel mit papierluftraumisolierten Adern schon bei Wassertiefen von etwa 70 m einen Druckschutz benötigen, ist ein Kabel mit Adern nach der Erfindung, wie Versuche ergeben haben, bei Wassertiefen von etwa 1000 m ohne Druckschutz verwendbar.
Bisher ist nur allgemein von Kordeln und Fäden die Rede gewesen, die als Abstandhalter auf die Leiter aufgebracht sind. Gewöhnlich wird man massive Fäden verwenden. Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung werden indessen zur Herstellung einer Luftraumisolation an Stelle der massiven Fäden oder Kordeln rohrförmige Fäden aus Polystyrol um die Kupferleiter gewickelt. Über dieser Bewicklung ist dann zur Vervollständigung der Isolation eine Bandbewicklung oder eine schlauchförmige Hülle, z. B. Polystyrol aufgebracht.
Rohrförmige Fäden aus Polystyrol können mit sehr geringer Wandstärke und durchaus genügender Druckfestigkeit hergestellt werden, so dass eine mit Hilfe von rohrförmigen Fäden aufgebaute Luftraumisolation eine sehr geringe Dielektrizitätskonstante und einen den bisher erreichten Wert bei weitem unterschreitenden Verlustwinkel besitzt.
Um die Isolation auch gegen hohe äussere Drucke, denen die mit Hilfe von Fäden, Kordeln oder Bändern in der bisher dargelegten Weise aufgebaute Luftraumisolation nicht mehr gewachsen ist, widerstandsfähig zu machen, ohne zugleich die dielektrischen Eigenschaften wesentlich zu verschlechtern, werden gemäss der Erfindung die Lufträume zwischen den einzelnen Windungen der Bewicklung durch dielektrisch hochwertige, pulvnförmige oder körnige Isolierstoffe ausgefüllt. Solche Isolierstoffe sind beispielsweise die aus der keramischen Industrie bekannten isolierenden Materialien, ferner pulverförmiges Polystyrol oder zu Pulver zerkleinerter Bernstein.
Das pulverförmige Isoliermaterial kann in beliebigen Feinheitsgraden verwendet werden, je nach dem Füllfaktor, den man aus mechanischen oder dielektrischen Gründen in jedem einzelnen Fall für angemessen hält.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft den Aufbau der Luftraumisolation von Kabeln mit konzentrischen Leitergebilden, wie sie zur Übertragung von höheren Frequenzen, beispielsweise bei Trägerfrequenztelephonie oder Bildübertragung gebraucht werden. Zur Herstellung der Luftraumisolation bei solchen konzentrischen Leitelanordnungen benutzt man Abstandhalter zwischen dem inneren und dem äusseren Leiter, die aus einem Stoff hoher Isolierfähigkeit und möglichst geringer Dielektrizitätskonstante bestehen.
Gemäss dfr Erfindung werden die Abstandhalter aus Polystyrol hergestellt. Von besonderem Vorteil ist hiebei die Eigentümlichkeit des Polystyrols, dass eine Oberfläche unter dem Einfluss von Feuchtig- keit nicht von einer zusammenhängenden Feuchtigkeitssehicht überzogen wird. Der Oberflächenwider- stand von Polystyrol wird daher auch dann nicht beträchtlich vermindert, wenn sich beispielsweise aus der umgebenden feuchten Luft bei einem Temperaturwechsel Kondenzwasser auf der Oberfläche niederschlägt, da sich die Feuchtigkeit auf einzelne Tröpfchen verteilen wird, die voneinander durch Zonen hohen Oberflächenwiderstandes getrennt sind.
Dies ist für konzentrische Leiteranordnungen deshalb von besonderer Wichtigkeit, weil die Abstandhalter der einmal verlegten Leitung im allgemeinen nicht mehr ohne weiteres zugänglich sind, so dass es sehr erwünscht ist, beim Bau der Leitung hochwertige Abstandhalter zu verwenden, deren Isolierfähigkeit weitgehend unabhängig von Witterungseinflüssen und andern die Feuchtigkeit zwischen den Leitern beeinflussenden Ereignissen ist.
In Fig. 1 ist eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Der rohrförmige Leiter 1 ist von den Abstandhaltern 2 getragen, durch deren Mitte der ebenfalls rohrförmige Leiter 5 hindurchgeht. Zwischen den Abstandhaltern befinden sich grössere Luftzwischenräume, so dass das Dielektrikum zwischen den Leitern in der Hauptsache von Luft gebildet wird.
Die Abstandhalter 2 bestehen aus Polystyrol und sind entweder als einfache massive Scheiben ausgebildet oder als Scheiben, in denen sieh beispielsweise gemäss Fig. 2 besondere Aussparungen befinden. Die Luftzwischenräume 10 in den Abstandhaltern gemäss Fig. 2 haben nicht nur den Zweck, die Menge des verwendeten Materials
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und damit die dielektrischen Verluste zu vermindern, sondern sie sollen auch bewirken, dass der kürzeste Weg zwischen dem inneren und dem äusseren Leiter an keiner Stelle vollständig in dem dielektrischen Material verläuft.
In Fig. 3 ist eine konzentrische Leiteranordnung als weiteres Anwendungsbeispiel beschrieben, bei der der äussere rohrförmige Leiter 21 durch ein in langem Sehlag um den inneren Leiter 22 gelegtes profiliertes Band 23 aus Polystyrol getragen wird.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Aufspulen oder Aufwickeln von Fäden oder Bändern aus Kunststoffen, wie Polystyrol, insbesondere auf die Herstellung einer Faden-oder Bandbewicklung auf Kupferleitern, die nach dem oben Dargelegten als Gerüst einer Luftraumisolation dient.
Es ist zwar möglich, Bänder und Fäden aus Polystyrol in der Weise herzustellen, dass sie biegsam sind. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die sonst glasklaren Polystyrolbänder und-fäden beim Aufwickeln über kleine Durchmesser leicht getrübt werden und ein milchiges Aussehen erhalten, was auf zu starke Beanspruchung des Gefüges schliessen lässt. Ausserdem bewirkt die den Polystyrolbändern und-fäden innewohnende Federkraft, dass die Fadenbewicklung nicht fest auf dem Kupferleiter sitzt, sondern bestrebt ist, sich aufzudrehen und abzuspringen.
Um das zu vermeiden, werden erfindungsgemäss die Bänder und Kordeln aus Polystyrol oder einem ähnlichen Kunststoff vor dem Aufwickeln auf etwa 70-80 erwärmt. Dies kann entweder so geschehen, dass die Bänder und Fäden zwischen dem Vorratshaspel und der Aufwickelvorrichtung durch ein geheiztes Rohr geführt werden, oder dass beispielsweise bei der Herstellung von umsponnenen Kupferleitern die gesamte Umspinnvorrichtung einschliesslich des Vorratshaspel in einem erwärmten Behälter angeordnet wird.
Wenn die Polystyrolbänder und-fäden eine Temperatur von 70-80 angenommen haben, lassen sie sich ohne Widerstand um den Leiter legen und bleiben glasklar.
Ein Mangel des beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass die Zugfestigkeit der Fäden mit zunehmender Erwärmung abnimmt, so dass die Fäden nur mit geringer Geschwindigkeit aufgesponnen werden können, wenn man nicht Gefahr laufen will, dass die Fäden während des Aufwickelns reissen oder ihre Dicke verändern. Um diesem Mangel abzuhelfen, erhalten die Fäden gemäss einer Weiterbildung des Verfahrens eine Einlage aus zugfestem Material, beispielsweise aus Hanf oder Draht. Derartige Fäden können auch in erwärmtem Zustand mit grosser Geschwindigkeit aufgesponnen werden, ohne zu reissen oder ihre'Dicke zu verändern.
Wenn es bei der Herstellung von Luftraumadern in erster Linie auf geringe dielektrische Verluste der Adern ankommt, empfiehlt es sich, metallische Einlagen in den Kunststoffäden zu verwenden.
Allerdings erhöht sich dadurch die Betriebskapazität der Adern etwas. Umgekehrt liegen die Verhältnisse, wenn nichtleitende Einlagen, z. B. aus Zwirn oder Hanf verwendet werden. Diese haben keine Erhöhung der Betriebskapazität, wohl aber eine geringe Erhöhung der dielektrischen Verluste zur Folge. In jedem Falle hält sich aber die Verschlechterung der elektrischen Werte in ganz engen Grenzen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Fernmeldekabel mit Luftraumisolation, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolation der einzelnen Adern mit Hilfe von Fäden, Kordeln, Bändern oder Scheiben aus Polystyrol oder seinen Homologen aufgebaut ist, wobei diese Konstruktionsteile für sich allein oder in geeigneter Weise miteinander kombiniert verwendet sind.