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Bezeichnung: Elektrisches Kabel und Verfahren zu seiner
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Herstellung Beschreibung: Die Erfindung betrifft ein elektrisches
Kabel mit wenigstens zwei gegeneinander isolierten Leitern und wenigstens einer
Ummantelung.
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Für eine Reihe von Einsatzfällen besteht die Anforderung, daß die
verwendeten elektrischen Kabel hitzebeständig sind, d.h. im Brandfalle für eine
vorgeschriebene Mindestzeit voll funktionstauglich bleiben, wobei insbesondere die
elektrische Isolierung sowohl der stromführenden Leiter gegeneinander als auch gegenüber
der Umgebung innerhalb dieses vorgegebenen Zeitraums gewährleistet sein muB.
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Durch einen nicht brennbaren Außenmantel muß zudem gewährleistet sein,
daß die Wirkung der Isolationswerkstoffe auch bei thermischer Zersetzung, durch
zuströmendes Löschwasser oder dgl. nicht aufgehoben wird. Als weitere Anforderung
kommt vielfach hinzu, daß die Kabelwerkstoffe möglichst raucharm sowie halogentrei
und strahlungsbeständig sein sollen.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Kabel
der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, das bei entsprechender Werkstoffauswahl
auch als hochhitzebeständiges Kabel eingesetzt werden kann.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäs dadurch gelöst, daß die verseilten
Leiter eine Vielzahl von hintereinander liegenden Formkörper zwischen sich einschließen,
die die Leiter in radialem Abstand zueinander halten und von denen wenigstens ein
Teil aus einem nicht brennbaren Isoliermaterial besteht, und daß der von den Leitern
zusammengehaltene Formkörperstrang mit einer ersten nachgiebigen Ummantelung umschlossen
ist. Durch die Formkörper aus einem nicht brennbaren, insbesondere aus einem thermisch
nicht zersetzbaren Isoliermaterial ist gewährleistet, daß auch bei Temperatureinwirkung
sich die stromtührenden Leiter des Kabels nicht berünren können und somit die Funttionstähigkeit
des Kabels auch denn nocn gewährleistet ist, wenn etwa vornandene isolierende Umhüllungen
aus thermisch zersetzbaren isoliermaterialien sich bei Hitzeeinwirkungen zersedt
haben. Wird ein derartiges Kabel mit einer tnermisch nicht zersetzbaren, aber nachgiebigen
Ummantelung, beispielsweise einer dichten Ummantelung aus Metall umschlossen, dann
ist ein derartiges Kabel auch noch über einen längeren Zeitraum wassergeschützt
und somit beispielsweise im Brandfalle selbst während der Löscharbeiten noch voll
funktionsfahig. Die Verwendung von in Kabellängsrichtung hlnterelnander liegenden
Formkörpern gewährleistet nicht nur die Möglichkeit, das Kabel bei der Herstellung
auf zuwickeln, sondern auch bei der späteren Verlegung innerhalb eines vorgegebenen
Radius zu biegen.
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zur Verbesserung der Biegeeigenschaft des erfindungsgemaßen Kabels
ist vorgesehen, daß bei Formkörpern aus einem im wesentlichen nicht verformbaren
Isolierwerkstoff diese in Kabellängsrichtung in geringem Abstand zueinander angeordnet
sind und durch elastische Mittel gegeneinander in
Abstand zueinander
gehalten werden. Hierdurch sind verhältnismäßig kleine Biegeradien möglich, ohne
daß beim Biegen des Kabels die Leiter unzulässig gedehnt werden. Die elastischen
Mittel können in einer Ausgestaltung der Erfindung darin bestehen, daß die erste
ummantelung durch einen Schlauch aus einem elastisch vertormbaren lsolierwerkstoff
gebildet wird. In einer anderen Ausgestaltung kann vorgesehen werden, daß der Formörperstrang
abwechselnd Formkörper aus einem nicht verformbaren und einem elastisch verformbaren
Isolierwerkstoff aufweist. Dies kann auch durch Ausschäumen der Zwischenräume mit
einem dauerelastiscnen isolierwerkstoff bewirkt werden.
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Als elastisch verformbarer Isolierwerkstoff ist erfindungsgemäß Silikongummi,
geschäumt oder ungeschäumt, vorgesehen, der bei Hitzeeinwirung nicht brennbar ist
und keine schädlichen Gase oder Dampte erzeugt.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß der nicht
verformbare Werkstoff für die Formkörper ein keramisches Material ist. Unter keramischem
Material im Sinne der erfindung sind sowohl die üblichen Isolierporzellane als auch
Quarzglas, GLaskeramik, Speckstein oder dgl. zu verstehen. Voraussetzung ist, dab
die betreffenden Werkstoffe unempfindlich gegen Kälteschocks sind, d.h. bei plötzlicher
Abkühlung aus erhitztem Zustand nicht zerstört werden.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, das zumindest
die Formkörper aus einem nicht verformbaren lsolierwerkstotf durch einen im wesentlichen
zylindrisch geformten Korper gebildet werden, dessen Mantelfläche mit in etwa axial
verlaufenden Ausnehmungen zur Aufnahme jeweils eines Leiters versehen ist. Durch
einen derartigen Formkörper werden die einzelnen Leiter in ihrer Position und in
ihrem Abstand zueinander fixiert. Die Abstände der einzelnen Leiter zueinander werden
von der elektrischen Durch-
schlagfestigkeit des verwendeten Isolierwerkstoffes
bestimmt. Die Tiefe der Ausnehmungen in radialer Richtung wird zum einen vom Durchmesser
der verwendeten Leiter und zum anderen wiederum von der Durchschlagfestigkeit zwischen
dem Leiter und der umgebenden Ummantelung bestimmt.
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Zweckmäßigerweise ist die Tiefe der Ausnehmung so bemessen, daß sie
mindestens dem Durchmesser des verwendeten Leiters entspricht, so daß sich für die
anschließende Ummantelung ein in etwa kreisförmiger Querschnitt ergibt.
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Ist die Tiefe der Ausnehmung größer als der Durchmesser des verwendeten
Leiters, ist es darüber hinaus möglich, für die Herstellung des erfindungsgemäßen
Kabels anstelle isolierter Leiter blanke Leiter zu verwenden, da durch die Formkörper
die Leiter nicht nur untereinander sondern auch in bezug auf die Ummantelung mit
Abstand und isoliert gehalten sind. Die Breite der Ausnehmung kann jeweils so bemessen
sein, daß ein ausreichender Raum für die Verseilschlaglänge gegeben ist. Dies ermöglicht
zudem für die Herstellung der Formkörper den Einsatz von Strangpreßverfahren.
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Zweckmäßig ist es hierbei, daß die Ausnehmungen entsprechend dem Verseilungsdrall
geneigt gegenüber der Längsachse des Formkörpers auf seiner Mantelfläche verlaufen.
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Hierdurch ist es möglich, die Breite der Ausnehmungen verhältnismäßig
eng in bezug auf den Durchmesser der Leiter zu dimensionieren und ein Abknicken
der Leiter beim Einbringen in die Ausnehmungen während des Verseilungsvorganges
zu vermeiden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß
de beiden Stirnflächen zumindest des aus einem nicht verformbaren Werkstoff bestehenden
Formkörpers vorgewölbt sind. Die Größe der Vorwölbung ist hierbei in etwa dem vorgesehenen
kleinsten Biegeradius angepaßt, der wiederum durch die Biegbarkeit der äußeren,
in der Regel für derartige Kabeltypen aus Metall bestehenden Ummantelung
bestimmt
wird. Durch die Vorwölbung wird vermieden, daß beim Biegen im Kantenbereich Teile
vom Formkörper abplatzen, wenn die nicht verformbaren Formkörper dicht an dicht
durch die Leiter in die Verseilung eingebunden sind und somit die geforderte Artikulationsfreiheit
zwischen den einzelnen Formkörpern gewährleistet ist.
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Um übermäßige Dehnungen und Kantenpressungen der Leiter beim Biegen
zu vermeiden, ist in einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen,
daß die Länge zumindest der Formkörper aus dem nicht verformbaren Isolierwerkstoff
höchstens in etwa dem Durchmesser des Formkörpers entspricht. Wenn nur geringe Krümmungen
gefordert sind, können die Formkörper entsprechend länger sein.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Zwischenräume
zwischen der die Formkörper unmittelbar umgebenden Ummantelung aus einem nachgiebigen
Isolierwerkstoff und den Formkörpern einschließlich der Ausnehmungen der einzelnen
Formkörper durch einen nachgiebig verformbaren Isolierwerkstoff ausgefüllt sind.
Diese Ausführungsform ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn bei der Kabelherstellung
blanke Leiter verwendet werden, da durch die vollständige Ausfüllung sowohl der
Zwischenräume als auch der Ausnehmungen die Leiter mit einer Isolierung ummantelt
werden. Der besondere Vorteil besteht ferner darin, daß hierdurch das Kabel längswasserdicht
wird. Der die Zwischenräume ausfüllende Isolierwerkstoff kann sowohl beim Aufbringen
der Ummantelung eingeschäumt werden, als auch einstückig mit der Ummantelung verbunden
sein, d.h. einen integralen Teil der Ummantelung bilden. Als Isolierwerkstoff kommt
hier bevorzugt Silikongummi in Betracht.
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In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die
erste Ummantelung aus einem Glasfasergewebe besteht. Ein derartiges Gewebe ist nicht
nur hitzebeständig, sondern weist auch eine ausreichende Nachgiebigkeit auf, um
die Artikulation der Formkörper untereinander
beim Biegen des Kabels
zu gewährleisten. Das Glasfasergewebe kann sowohl in Form eines Längsbandes als
auch in Form einer spiraligen Umwicklung aufgebracht werden. Eine- derartige Ummantelung
aus Glasfasergewebe kann auch als zusätzliche Ummantelung zu einer Ummantelung aus
einem elastisch verformbaren Isolierwerkstoff verwendet werden, wobei das Glasfasergewebe
zusätzlich einen Schutz gegenüber mechanischen Einwirkungen auf den Kabelkörper
bietet. Auch bei einer Glasfasergewebeummantelung können die Zwischenräume mit einem
vorzugsweise elastisch nachgiebigen Isolierwerkstoff ausgefüllt sein.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß eine Außenummantelung
in an sich bekannter Weise aus einem Metallrohr, vorzugsweise einem Wellrohr besteht.
Ein Wellrohr bietet hierbei den Vorteil, daß es bei einer ersten Ummantelung aus
einem nachgiebig verformbaren Isolierwerkstoff, der auch die Zwischenräume zwischen
den einzelnen Formkörpern ausfüllt, einen genügenden Freiraum aufweist, um die beim
Biegen auftretenden Verdrängungen des elastisch verformbaren Isolierwerkstoffes
aufzunehmen.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zu Herstellung eines elektrischen
Kabels der erfindungsgemäßen Art. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß
beim Verseilen der Leiter im Verseilpunkt fortlaufend Formkörper aus einem Isoliermaterial
zwischen die Leiter eingeführt werden und durch den Verseilvorgang zwischen diesen
eingebunden werden, und daß anschließend wenigstens eine Ummantelung aufgebracht
wird. Mit Hilfe dieses Verfahrens ist es möglich, hochhitzebeständige elektrische
Kabel in jeder gewünschten Länge herzustellen, was bisher nicht möglich war. Insbesondere
ist es möglich, derartige hochhitzebeständige Kabel herzustellen, deren Leiter wenigstens
teilweise durch keramische Isolierwerkstoffe gegeneinander isoliert sind, die gleichwohl
innerhalb gewisser Grenzen gebogen werden können. Zweckmäßig ist es hierbei, abwech-
selnd
Formkörper aus einem nachgiebig verformbaren und einem nicht verformbaren Isolierwerkstoff
dem Verseilpunkt zuzuführen.
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In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die
Formkörper in Kabellängsrichtung gesehen mit geringem Abstand zueinander zwischen
die Leiter eingeführt werden und daß nach dem Verseilen eine die Zwischenräume ausfüllende
nachgiebig verformbare Isoliermasse aufgebracht wird. Diese Isoliermasse kann auch
so bemessen sein, daß sie zusätzlich den Außenumfang der Formkörper als erste Ummantelung
umhüllt.
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Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen von Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Stirnansicht eines Formkörpers für ein dreiadriges
Kabel, Fig. 2 eine Seitenansicht des Formkörpers gem. Fig. 1 Fig. 3 einen schematischen
Längsschnitt einer ersten Ausführungsform für ein Kabel, Fig. 4 einen schematischen
Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform Fig. 5 einen Längs schnitt durch eine
weitere Ausführungsform, Fig. 6 eine schematische Darstellung des Herstellungsverfahrens
Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, wird der zur Herstellung des erfindungsgemäßen
Kabels verwendete Formkörper 1 durch einen in etwa zylindrischen Körper gebildet,
dessen Mantelflahe 2 mit schlitzförmigen Ausnehmungen 3 versehen ist,
deren
Zahl der Zahl der erforderlichen Leiter entspricht.
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Die Ausnehmungen sind gleichmäßig auf den Umfang verteilt.
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Das dargestellte Ausführungsbeispiel ist für ein Kabel mit drei Leitern
vorgesehen. Die Breite a ist etwas größer als der Durchmesser der verwendeten Leiter
4, während die Tiefe b der Ausnehmung bei der Verwendung blanker Leiter so bemessen
ist, daß die geforderte Durchschlagsicherheit sowohl der Leiter untereinander als
auch zwischen Leiter und metallischer Ummantelung gewährleistet ist.
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Bei entsprechend breit ausgebildeten Ausnehmungen können diese parallel
zur Längsachse verlaufen, ohne daß hierdurch die beim Verseilen entstehende "Schräglage"
der Leiter gegenüber der Längsachse behindert wird. Wie in Fig. 2 dargestellt, ist
es jedoch zweckmäßig, wenn die Ausnehmungen 3 entsprechend dem Verseildrall geneigt
gegenüber der Längsachse 5 des Formkörpers 1 verlaufen.
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Um ein Biegen des durch Verseilung der Leiter 4 gebildeten Formkörperstranges
auch dann zu gewährleisten, wenn die Formkörper aus einem nicht verformbare Isolierwerkstoff
bestehen und dicht aneinander gereiht in die Verseilung eingebunden sind, ist die
Stirnfläche 6 vorgewölbt ausgebildet. Diese Vorwölbung kann entweder im wesentlichen
einer Kugelfläche oder aber auch einer Kegelfläche bzw.
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Stumpfkegelfläche entsprechen. Die Neigung der Stirnfläche und damit
der verbleibende Zwischenraum 7 zwischen je zwei Formkörpern wird im wesentlichen
durch den geforderten Biegeradius und die damit erforderliche Artikulationsfreiheit
zwischen den jeweils benachbarten Formkörpern bestimmt.
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Der dargestellte Formkörper besteht aus einem keramischen Isolierwerkstoff,
wobei unter dem Begriff "keramischer Werkstoff" neben den üblichen Isolierporzellanen
auch Quarzglas, Glaskeramik, Speckstein o.ä. Werkstoffe zu verstehen sind. Entscheidende
Eigenschaft ist, daß der
betreffende Isolierwerkstoff beim plötzlichen
Abkühlen nicht zerspringt.
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Die möglichen, unterschiedlichen Ummantelungen sind in den Längsschnitten
gem. Fig. 3, 4 und 5 dargestellt. Zur Vereinfachung der Darstellung sind bei den
Längs schnitten gem. Fig.3,4 und 5 lediglich die Formkörper und die Ummantelungen
dargestellt, während auf die Darstellung der Leiter verzichtet wurde, deren Verlauf
in Längsrichtung sich aus den Fig. 1 und 2 ergibt.
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Bei der Ausführungsform gem. Fig. 3 ist der nach dem Verseilen aus
den Leitern und den aufeinander folgenden Formkörpern 1 gebildete Formkörperstrang
mit einem Mantel 8 aus einem nachgiebigen Isolierwerkstoff umgeben, wobei der Isolierwerkstoff
in der Weise nach dem Verseilen auf gebracht worden ist, daß auch die Zwischenräume
7 zwischen den einzelnen Formkörpern ausgefüllt sind. Dies kann im Wege der Koextrusion
oder des Ausschäumens erfolgen. Zweckmäßigerweise sind hierbei die Formkörper mit
geringem Abstand zueinander bei der Verseilung eingebunden worden, so daß sich eine
gute Biegefähigkeit ergibt. Wie in Fig. 3 dargestellt, können der Mantel 8 und der
die Zwischenräume 7 sowie die Ausnehmungen 3 ausfüllende Isolierwerkstoff unterschiedlich
sein bzw. eine unterschiedliche Struktur aufweisen. Man kann aber auch den Mantel
unter gleichzeitigem Ausfüllen der Zwischenräume mit dem Ummantelungsmaterial aufbringen,.
so daß - anders als in Fig. 3 dargestellt - das ausfüllende Isoliermaterial in den
Mantel ohne Trennlinie übergeht. Füllt die Isoliermasse auch die Ausnehmungen 3
vollständig aus, so sind diese bei der Verwendung von blanken Leitern in radialer
Richtung gegenüber dem Außenmantel isoliert. Die Ummantelung 8 ist auf ihrer Außenseite
zweckmäßig mit wenigstens einer weiteren Umman--telung 9 umgeben, die beispielsweise
durch ein Metallrohr, insbesondere durch ein Wellrohr gebildet sein kann. Als Werkstoff
für den nachgiebigen Isoliermantel 8 wird
vorzugsweise ein Werkstoff
verwendet, der nicht brennbar ist und der unter Hitzeeinwirkung keine schädlichen
Gase, insbesondere keine Chlorgase freigibt. Bevorzugt ist hierbei als Werkstoff
Silikongummi oder Glasseide vorgesehen.
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Bei der Ausführungsform gem. Fig. 4 ist der nach dem Verseilen vorliegende
Formkörperstrang mit einem Schlauch 10 aus einem nachgiebigen Isolierwerkstoff,
insbesondere einem Schlauch aus Silikongummi umgeben. Derartige Schläuche lassen
sich im durchlaufenden Verfahren durch Koextrusion auf den Formkörperstrang aufbringen.
Der die erste Ummantelung bildende Schlauch 10 ist auf seiner Außenseite wiederum
mit wenigstens einer weiteren Ummantelung 9 versehen, die beispielsweise aus einem
Metall-Wellrohr bestehen kann, die aber auch aus einem anderen Werkstoff bestehen
kann, der die Gewähr für einen mechanischen Schutz des nachgiebigen Isoliermaterials
bietet. Dies kann beispielsweise eine Bewicklung mit Glasseidenband sein oder aber
auch ein längslaufendes Glasseidenband sein, das seinerseits mit einer koextrudierten
Ummantelung, beispielsweise aus Silikongummi am Kabelkörper festgelegt ist.
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Die Ausführungsform gem. Fig. 5 unterscheidet sich von den vorhergehenden
Ausführungsformen dadurch, daß beim Verseilen abwechselnd Formkörper 1 aus einem
nicht verformbaren Isolierwerkstoff und Formkörper 1' aus einem elastisch verformbaren
Isolierwerkstoff bei der Verseilung von den Leitern eingebunden werden. Durch diese
Anordnung lassen sich selbst bei der Verwendung keramischer Isoliermaterialien verhältnismäßig
keine Biegeradien verwirklichen, ohne daß durch Kantenpressungen die Isolierkörper
1 platzen oder aber die Leiter 4 überdehnt werden, da durch die mögliche elastische
Verformung der Isolierkörper 1' hier für die erforderliche Nachgiebigkeit in axialer
Richtung Sorge getragen ist. Entscheidend ist, daß zwischen den Stirnflächen der
nicht verformbaren Formkörper 1 und der verformbaren Formkörper 1 ein entsprechender
Freiraum verbleibt, der das bei einem
Verformen verdrängte Materialvolumen
der verformbaren Formkörper 1' aufnimmt. Die Zahl der Ummantelungen und deren Werkstoffe
richtet sich nach Anforderungen, wobei zumindest eine erste Ummantelung 10 aus einem
dichten Schlauch aus Isolierwerkstoff bestehen sollte,um zumindest eine Abdichtung
gegen Querwasser -zu bewirken. Dieser Werkstoff sollte ebenfalls nicht brennbar
sein.
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In Fig. 6 ist schematisch das Herstellungsverfahren dargestellt. Bei
einer herkömmlichen, nicht näher dargestellten Verseilmaschine 11mit stehendem Ablaufwerden
von den Spulen 12 die erforderliche Zahl von Leitern 4 (hier sind drei Leiter dargestellt)
z.B. aus blankem Kupferdraht abgezogen und im Verseilpunkt der Maschine zusammengeführt.
Über eine Zuführungsvorrichtung 13 werden die einzelnen Formkörper dem Verseilpunkt
zugeführt, so daß die Formkörper nacheinander entsprechend dem Verseilfortschritt
von den drei die Leiter bildenden Kupferdrähten 4 eingebunden werden und als Formkörperstrang
14 aus der Verseilmaschine 11 abgezogen werden können. Die Formkörper können hierbei
dicht an dicht oder aber bei entsprechenden Führungsvorrichtungen mit gewissem Abstand
zueinander in den Verseilpunkt eingeleitet werden.
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Der in der Verseilmaschine gefertigte Formkörperstrang 14 wird anschließend
durch eine Extrusionsvorrichtung 15 geführt, in der in üblicher Weise eine Ummantelung
aus einem nachgiebigen ggf. elastisch verformbaren Isolierwerkstoff als vollständige
Umhüllung entspr. Fig. 3 oder aber in Form eines Schlauches 10 entspr. Fig. 4 oder
als Bewicklung mit Glasseidenband aufgebracht wird. Entsprechend der gewünschten
Bauform des herzustellenden Kabels wird in einer weiteren Station 16 eine Schutzummantelung
aus Metall, beispielsweise in Form eines Wellrohres aufgebracht. Das fertige Kabel
wird dann auf eine Trommel 17 aufgewickelt. Anstelle blanker Kupferdrähte können
auch bereits isolierte Drähte verwendet werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Querschnittsform beschränkt.
Anstelle von runden Leiterquerschnitten können auch andere Leiterquerschnitte mit
entsprechend angepasst geformten Isolierkörpern verwendet werden.
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