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Elektrisches Energie-Kabel oder -Leitung mit einer Gummi- oder
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Kunststoffisolierung Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches
Energie-Kabel oder eine Energie-Leitung mit einer Gummi- oder Kunstsstoffisolierung
des oder der Leiter, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie eignet sich besonders
für elektrische Mittel-oder Hochspannungskabel mit zugleich extrudierter Isolierung
und äußerer Leitschicht, oder für bewegliche Leitungen mit gleichzeitig extrudiertem
Innen- und Außenmantel.
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Bei solchen Kabeln oder Leitungen wurden bis vor einigen Jahren Innen
und Außenmantel oder Isolierung und äußere Leitschicht durch gesonderte Extrusionsvorgänge
hergestellt, wobei es üblich war, Gewebebänder oder Folien zwischen den einzelnen
Kunststoff- insbesondere Elastomerschichten anzuordnen oder die Oberfläche der inneren
Schicht vor der Extrusion der äußeren Schicht, z.B. mit Talkum o.dgl. zu bepudern,
um eine für die Montage solcher Kabel oder Leitungen erforderliche spätere Trennung
dieser Schichten zu erleichtern. Dies bedingte jedoch großen Aufwand und dementsprechend
hohe Kosten zur Herstellung solcher Kabel oder Leitungen.
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Daher ist man dazu übergegangen, mehrere konzentrische Schichten oder
Lagen, z.B. Kabelisolierung und äußere Leitschicht, mit Hilfe besonderer Extrudiereinrichtungen
gleichzeitig zu extrudieren, wodurch die Fertigung solcher Kabel oder Leitungen
mit
wesentlich geringerm Aufwand als bisher ermöglicht wurde.
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Dies ergab jedoch den Nachteil, daß eine spätere Trennung der Schichten,
die bei der gleichzeitigen Extrusion und besonders bei der nachfolgenden Vernetzung
oder Vulkanisation untrennbar miteinander verschweißen, nicht mehr möglich war.
Daher mußte bei der Garniturenmontage an den Enden solcher Kabel und Leitungen,
z.B. die äußere Leitschicht von der Kabelisolierung in mühsame Weise auf mechanischem
Wege entfernt, z.B. mittels eines speziellen Schneidwerkzeuges umfänglich abgeschert,
und die verbleibende Oberfläche nachgearbeitet und von Resten der entfernten Schichten
befreit werden. Um eine leichte Abetreifbarkeit der äußeren Leitschicht zu ermöglichen,
ist bei einem aus DE-PS 24 30 792 bekannten Kabel zwischen der Isolierung und der
Leitschicht eine Zwischenschicht aus einem zugleich extrudierten Kunststoff auf
der Basis eines Olefinpolymerisates angeordnet, deren mechanische Festigkeit kleiner
als jene der Kunststoffisolierung und der äußeren Leitschicht, und deren Wandstärke
gleich derjenigen der Leitschicht ist. Die geringere mechanische Festigkeit dieser
Zwischenschicht erlaubt es, die äußere Leitschicht für die Garniturenmontage abzustreifen.
Zur Herstellung dieses Kabels ist eine gegenüber der Zweifachextrusion wesentlich
aufwendigere Dreifachextrusion von konzentrischen Schichten mittels eines kompliziert
gestalteten und daher arbeits- und kostenaufwendigen Extruders erforderlich, wodurch
der mit der Mehrfachextrusion angestrebte Vorteil nur noch in geringerem Maße zum
Tragen kommt. Gleiches gilt für ein aus DE-OS 24 28 151 bekanntes Kabel mit einer
die äußere Leitschicht von der Kabelisolierung trennenden Zwischenschicht, welche
geringere Festigkeit als die Kabelisolierung bzw. die darüber extrudierte äußere
Leitschicht aufweist, so daß beim Ablösen der letzteren die Trennung innerhalb der
Zwischenschicht stattfindet.
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Bei diesen bekannten Kabeln verbleibt auf deren Isolierung ein Teil
der Zwischenschicht, weshalb in vielen Fällen ein Nacharbeiten von deren Oberfläche
erforderlich ist. Weitere Nachteile
liegen in der verringerten Flexibilität
dieser bekannten Kabel, bedingt durch die Zwischenschicht einer Dicke von nahezu
1 mm zusätzlich zu der gleichen Dicke der äußeren Leitschicht. Der so vergrößerte
Außendurchmesser derselben erhöht auch noch den notwendigen Materialverbrauch für
den umfänglich dementsprechend vergrößerten Außenmantel.
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Schließlich ist auch noch aus DE-OS 21 03 497 ein Extruder mit Mehrfachspritzkopf
und mit einer Einrichtung zum Einbringen eines Trennmittels zwischen gleichzeitig
extrudierte konzentrische Schichten bekanntgeworden, bei dem das viskose oder pulverförmige
Trennmittel dem Extruder unter Druck zugeführt, und durch die Veränderung des überdruckes
geregelt wird. Hierzu ist eine sorgfältige Überwachung des Druckes im Extruderspritzkopf
mit entsprechender Regelung des zum Einspritzen des Trennmittels benötigten Uberdruckes
erforderlich, der sich so nur schwer beherrschen läßt. Im Verlaufe der Fertigung
eines Kabels sind nämlich erhebliche Druckschwankungen, insbesondere beim Anfahren"
des Extruders und/oder beim "Auslaufen" einer Fertigungslänge, aber auch bei Veränderung
der Fertigungs-Durchsatzgeschwindigkeit sowie bei geringfügigen Änderungen der Extrudertemperatur
bzw. der Temperatur der extrudierten Masse unumgänglich. Dadurch ist eine kontinuierliche
Anpassung des Uberdruckes, mit dem das Trennmittel zwischen die extrudierten Schichten
eingeführt wird, praktisch nur mit großen Abweichungen vom jeweiligen Sollwert möglich.
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Dies bedingt vielfach unterschiedliche Dicken der so eingebrachten
Trennschicht und führt dadurch zu einer ungleichmäßigen Oberflächenbeschaffenheit
der Außenschicht sowie zu einer ungleichmäßigen Verteilung des Trennmittels, so
daß nicht in allen Bereichen die angestrebte Trennung der verschiedenen Schichten
ausreichend gewährleistet ist, während eine stellenweise zu dicke Trennschicht die
Handhabung des Kabelendes bei dessen Montage erschwert. Ebenso wie bei den vorausgehend
beschriebenen Kabeln, deren zugleich extrudierte Trennschicht
eine
der Leitschicht gleiche Dicke von etwa 1 mm aufweist, ist das Einbringen einer sehr
dünnen, durchwegs gleichmäßigen Trennschicht auch mit diesem bekannten Extruder
nicht möglich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Kabel oder einer
Leitung der beschriebenen Art die Trennschicht so aus zubilden, daß sie auf einfache
Weise während des mehrfachen Extrusionsvorganges mit umfänglich sowie über die ganze
Länge der Schichten absolut gleichmäßiger geringer Dicke einbringbar ist, die Schichten
wirksam mit vorab genau bestimmbarem Trennungsgrad voneinander trennt und ein restloses
Abstreifen der äußeren Schicht ohne die Montagearbeiten beeinträchtigenden Ueberschuß
an Trennmittel ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Diese Trennschicht kann zwischen dem Innenmantel und dem Außenmantel,
z.B. einer beweglichen elektrischen Leitung oder zwischen der Isolierung und einer
äußeren Leitschicht der oder jeder Ader eines Mittel- oder Hochspannungskabels angeordnet
sein. Wesentlich ist hierbei in jedem Falle, daß sie als fließfähiger Trennfilm
mit einer Dicke von höchstens 3/Um ausgebildet ist.
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Die sich daraus ergebenden Vorteile liegen vor allem in der dadurch
z.B. für die Garniturenmontage geschaffenen Möglichkeit, ein Endstück des Außenmantels
bzw. der äußeren Leitschicht mit sehr geringem Aufwand restlos abstreifen zu können,
wobei zufolge der Fließfähigkeit sowie der sehr geringen Dicke des Trennfilmes hiervon
keine überschüssigen Reste, welche eine saubere Montagearbeit beeinträchtigen würden,
auf der zu montierenden Isolierstoffschicht verbleiben Ein wichtiger Vorteil ergibt
sich auch aus der genau vorgebbaren, umfänglich und über die ganze ICabel- oder
Leitungslänge gleichmäßigen Dicke des
Trennfilmes, womit sich der
jeweils gewünschte Bindungs- oder Trennungsgrad, d . h. die pro Längeneinheit zum
Abstreifen der Außenschicht notwendige Kraft, bezogen auf die jeweilige UmfangsflEche
der hiernach verbleibenden inneren Schicht, entsprechend dem vorgesehenen Verwendungszweck
passend eingestellt werden kann. Die Erfahrung hat ergeben, daß mit abnehmendem
Durchmesser der konzentrischen Schichten zugleich deren Bindungsgrad und somit die
zu deren sauberer Trennung erforderliche Dicke des Trennfilmes abnimmt, jedoch bei
einer Filmdicke von weniger als 0,2/um eine saubere Trennung nicht mehr möglich
ist.
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Der Trennfilm erhöht auch die Flexibilität eines so ausgebildeten
Kabels bzw. einer solchen Leitung in erheblichem Maße.
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Es wird jedoch mit einer Filmdicke von 3/um ein oberer Grenzwert erreicht,
bei dem zugleich mit der erhöhten Beweglichkeit des Kabels bzw. der Leitung auch
eine in elektrischer und/oder methanischer Hinsicht zu geringe Haftung der jeweiligen
Außenschicht an der von ihr umschlossenen Oberfläche auftritt und - nach dem Abstreifen
der Außenschicht - ein merklicher Überschuß des Trennmittels eine saubere Handhabung
des betreffenden Kabel- oder Leitungsendes erschwert. Man ist daher bemüht, unter
Berücksichtigung des Durchmessers im Bereich der Trennfläche den Trennfilm nur so
dick auszubilden, daß eine saubere Trennung der konzentrischen Schichten gerade
noch möglich ist.
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Dementsprechend ist es besonders vorteilhaft, wenn der Trennfilm eine
dem Nullwert angenäherte Dicke von weniger als 1/um, vorzugsweise zwischen 0,2 und
0,5/um aufweist. Daraus ergeben sich als weitere Vorteile geringe Gesamtquerschnittsabmessungen
solcher Kabel bzw. Leitungen als bei den bisher üblichen Trennschichten und dementsprechend
ein geringerer Materialaufwand zur Bildung der Außenschicht, z.B. des äußeren Schutzmantels.
Die geringeren Querschnittsabmessungen verringern auch die Steifigkeit desselben,
abgesehen von der allein als unmittelbare Folge des fließfähigen Trennfilmes erhöhten
Kabel- bzw.
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Leitungsflexibilität, die - wenn dies erwünscht ist - bis zur
gegenseitigen
Beweglichkeit der konzentrischen Schichten erhöht werden kann.
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Hochsiedende isolierende Flüssigkeiten wie Silikonöl, Diphenyläther
oder chloriertes Diphinyl, deren Verdampfungstemperatur über 250 0C beträgt, eignen
sich besonders gut zur Bildung des beschriebenen Trennfilmes, da sie sich problemlos
beim Extrusionsvorgang in kontinuierlich genau dosierter Menge umfänglich gleichmäßig
verteilt zwischen die konzentrischen Schichten einspritzen lassen und bei dem unmittelbar
nachfolgenden Vernetzungsvorgang keine Veränderung erfahren.
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Bei einer speziellen Ausführungsform dieser Kabel oder Leitungen ist
jedoch vorgesehen, daß der Trennfilm aus einer Aufschlänmung von Kreide- oder Talkumpulver
in einer niedrig siedenden, bei Vernetzungstemperatur ausdiffundierenden Flüssigkeit
besteht. Als Trägerflüssigkeit kommen hierbei niedermolekulare Kohlenwasserstoffe,
z.B. Pentan, Hexan, Heptan oder Oktan in Betracht, die schon bei einer Temperatur
von weniger als 220 0C verdampfen und so z.B. aus der Isolierung ausdiffundieren,
daß als Trennfilm allein das feingemahlene Pulver mit einer sehr geringen Korngröße
von weniger als 0,5/um verbleibt. Dieses feine Pulver ermöglicht ebenso wie die
vorgenannten flüssigen Trennmittel ein späteres restloses Entfernen der jeweils
äußeren konzentrischen Schicht, wobei aber die gegenseitige Haftung vor dem Trennen
der konzentrischen Schichten größer, und die mit dem Entfernen der Außenschicht
freigelegte Oberfläche fettfrei trocken und griffiger als bei einem flüssigbleibenden
Trennfilm ist. Gerade eine solche Oberflächenbeschaffenheit wird für jedoch für
bestimmte Montagearbeiten, z.B. das Aufbringen eines Isolierwickels, bevorzugt.
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Bei der Fertigung eines Energiekabels oder einer elektrischen Energieleitung
der beschriebenen Art werden zugleich wenigstens zwei Gummi- oder Kunststoffschichten,
wobei es sich um solche aus einem Elastomeren oder aus einem Thermoplasten handem
kann,
im wesentlichen konzentrisch um einen elektrischen leiter bzw. um verseilte Adern
extrudiert, wobei das Trennmittel, in Abhängigkeit von dem gewünschten Trennungsgrad
dosiert, kontinuierlich der Innenfläche der jeweils äußeren extrudierten Schicht,
z.B. des Kabelmantels, mit Druck zugeführt und auf dieser als Trennfilm gleichmäßig
verteilt wird.
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Hierzu wird das Trennmittel von einem Vorrat desselben in dosierten
Mengen abgepumpt, zugleich filtriert und hiernach mit einem sich selbsttätig einregelnden
ttberdruck dem Inneren, insbesondere der Innenfläche des Zwischenmundatückes, eines
hierzu besonders eingerichteten Mehrfachextruders zugeführt und dort verteilt. Hierzu
kann das Trennmittel flüssig oder - wie vorausgehend geschildert - in Form einer
pastösen Aufschlämmung eines Pulvers, z.B. Kreidepulvers in einer isolierenden Flüssigkeit
der beschriebenen Art, zugeführt werden.
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Wesentlich ist hierbei eine kontinuierliche Mengenregelung der zugeführten
Flüssigkeit bzw. Aufschlä-mmung, wobei sich - im Gegensatz zu der bisher bekannten
kontinuierlichen Druckregelung - eine stets gleichbleibende gleichmäßige Verteilung
des Trennmittels und somit eine umfänglich gleichmäßige, über die gesamte Rertigungslänge
konstante Dicke des so hauchdAnn ausgebildeten Filmes ergibt. Der hierzu notwendige
Überdruck wird mittels einer speziellen Membran-Dosierpumpe aufgebaut, welche das
fließfähige Trennmittel dem zur Bildung des Trennfilmes besonders eingerichteten
Mehrfach-Spritzkopf zuführt.
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Mit dieser Pumpenanordnung stellt sich bei stets konstant bleibender
Menge des kontinuierlich zugeführten fließfähigen Trennmittels der jeweils notwendige
Überdruck unabhängig von den sonstigen Betriebsverhältnissen, also auch bei Änderungen
der Extrusionsgeschwindigkeit und/oder der Ausstoßmenge sowie bei Temperaturschwankungen
und sonstigen Verfahrensparametern selbsttätig auf den für das Einbringen des Trennmittels
zwischen die zu trennenden Schichten notwendigen Überdruck gegeniiber dem im Spritzkopf
herrschenden Extrusionsdruck ein. Die Zufuhrrate des jeweils zur Bildung des Trennfilms
notwendigen
fließfähigen Trennmittels wird zuvor aus der gewunschten
?ilm-Dicke und -Umfangsfläche genau errechnet und dementsprechend an der Dosierpumpe
eingestellt. Vorteilhaft wird das Trennmittel nur der äußeren Begrenzungsfläche
der jeweils inneren der gemeinsam extrudierten konzentrischen Schichten zugeführt,
da bei dieser die Fließgeschwindigkeiten der Masse im Extruder-Spritzkopf wegen
des geringeren Querschnittes geringer sind, so daß sich in diesem Bereich bessere
Bedingungen für die gleichmäßige Verteilung des Trennmittels zur Bildung des Trennfilmes
ergeben.
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Nachstehend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung veranschaulichten
Ausführungsbeispielen näher er]äutert.
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In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Hochspannungs-Kabelader
mit eingebauter Trennschicht und Fig. 2 eine elektrische Leitung mit einer Trennschicht,
bei der Fertigung.
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Die in Fig. 1 gezeigte Kabelader- 21 weist einen elektrischen Leiter
20 mit einer Leiterglättung 19 auf, die von einer Aderisolierung 18 aus einem vernetzten
Kunststoff, z.B. Polyäthylen umschlossen ist. Diese ist an ihrer Oberfläche mit
einer äußeren Leitschicht 17 aus einem leitfähig gemachten Kunststoff, z.B.
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einem Copolymer des Äthylens versehen. Zwischen der äußeren Leitschicht
17 und der Oberfläche der Aderisolierung 18 ist ein Trennfilm 7 mit einer sehr geringen
Filmdicke von z.B. 0,3/um angeordnet. Dieser besteht aus einem feingemahlenen Pulver
sehr geringer Korngröße, das mittels einer fließfähigen Aufschlemmung in einer unter
der Vernetzungstemperatur von etwa 220 °C siedenden isolierenden Flüssigkeit eingebracht
und auf der Oberfläche der Aderisolierung gleichmäßig verteilt wurde. Dementsprechend
besteht der Trennfilm 7 nach erfolgter Vernetzung der Aderisolierung nur noch aus
dem trockenen Pulver, welches eine für die elektrische Spannungsfestigkeit ausreichende
Festigkeit der Verbindung zwischen der äußeren Leitschicht und
der
Oberfläche der Aderisolierung 18 zuläßt, zugleich aber auch die Möglichkeit einer
restlosen sauberen Abtrennung, z.B.
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eines Endabschnittes der Leitschicht 17 für die Garniturenmontage
ermöglicht.
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Die in Fig. 2 dargestellte Energieleitung besitzt eine aus einer Anzahl
miteinander verseilter Kabeladern bestehende Seele 1, die in konzentrischer Anordnung
von einem deren Unebenheiten wie Zwickelräume und dgl. ausfüllende Innenmantel 6
sowie einem äußeren Schutzmantel 8 umschlossen ist. Zwischen dem Innenmantel 6 und
dem äußeren Schutzmantel 8 dieser Leitung ist - ähnlich wie bei der in Fig. 1 gezeigten
Kabelader - ein Trennfilm 7 angeordnet, der jedoch in diesem Fall aus einer hochsiedenden
isolierenden Flüssigkeit, z.B. Silikonöl, besteht, die bei der nachfolgenden Vulkanisation
des Innen- und des Außenmantels dieser Leitung keine Veränderung erfährt. Dieser
flüssige Trennfilm weist eine umfänglich und über die gesamte Fertigungslänge konstante
Dicke auf, die - je nach dem Querschnittsdurchmesser der Seele 1 - zwischen 0,5
und 0,8/um betragen kann.
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Ebenfalls in Fig. 2 ist schematisch dargestellt, wie bei der gleichzeitigen
Zweifachextrusion von Innen- und Außenmantel 6 bzw. 8 ein Trennmittel dazwischen
eingebracht, zugleich auf der Oberfläche des Innenmantels 6 gleichmäßig verteilt
und hierbei der hauchdünne Trennfilm 7 gebildet wird. Der hierzu benutzte Mehrfach-Spritzkopf
2 besitzt eine die zu ummantelnde Kabelader 1 führende Führungsdornspitze 3 mit
einer sich gegen die Extrusionsaustrittsöffnung verjüngenden Außenfläche, die im
Abstand von einem Zwischenmundstück 4 umgeben ist, das seinerseits im Abstand von
einem die Austrittsöffnung des Extruderspritzkopfes 2 begrenzenden Mundstück 5 umgeben
ist.
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Zur Ausbildung des Trennfilms 7 zwischen Innen- und Außenmantel 6
bzw. 8 ist das Zwischenmundstück 4 des Spritzkopfes 2 im Bereich seiner konvergierenden
Innenfläche mit einem gegen diese offenen, umlaufenden Verteilerkanal versehen,
in den eine
in dem Spritzkopf 2 als Bohrung ausgebildete Trennmittelzufuhrleitung
14 einmündet. Diese ist über ein Absperrventil 8 mit dem Ausgang einer selbsttätig
druckregelnden Dosierpumpe 13 kommunizierend verbunden, deren Saugseite - ebenfalls
über ein Absperrventil 9 - an einen das Trennmittel in fließfähiger Form enthaltenden
Vorratsbehälter 11 angeschlossen ist. Zwischen der Dosierpumpe 13, die vorzugsweise
als MembrKnepumpe ausgebildet ist, und dem Vorratsbehälter 11 ist zwischen AbsperrventiBX9
ein Saugfilter 12 angeordnet, welcher etwaige Verunreinigungen des Trennmittels
von der Dosierpumpe 13 fernhält. Druckseitig ist die Trennmittelzufuhrleitung 14
kommunizierend mit einem Pulsationsdämpfer 15 verbunden, welcher - entsprechend
der Ausstoßleistung der Dosierpumpe 13 - einen stets gleichmäßigen Fluß des Trennmittels
gewährleistet. Ebenfalls druckseitig ist die Trennmittelzufuhrleitung 14 über ein
Sicherheitsventil 16 mit dem Vorratsbehälter 11 verbunden, dem über weitere Absperrventile
9 eine Einfüllkammer 10 zugeordnet ist, die eine Ergänzung des Trennmittelvorrates
bei laufendem Betrieb der Einrichtung ermöglicht.
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Zur Herstellung des Trennfilms 7 wird das Trennmittel von dem Vorrat
desselben kontinuierlich aus dem Saugbehälter 11 in dosierten Mengen abgepumpt und
zugleich filtriert, und hiernach mit einem sich selbsttätig einregelnden Überdruck
der Dosierpumpe 13 über die Trennmittelleitung 14 dem Ringkanal des Zwischenmundstückes
4 zugeführt, wo es zugleich verteilt und zwischen die konzentrisch extrudierten
Schichten gleichmäßig eingebracht wird. Hierzu ergibt sich die an der Dosierpumpe
13 vor der Fertigung einmalig einzustellende Zufuhrmenge des Trennmittels zur Ausbildung
eines Trennfilms 7 gewünschter Dicke zwischen den mit gegebenen Abmessungen zu extrudierenden
konzentrischen Schichten eines Kabels oder einer Leitung aus dem Produkt der gewünschten
Schichtdicke und der zu benetzenden Fläche, welche ihrerseits ein Produkt aus dem
Umfang der inneren Schicht und der Fertigungslänge in der Zeiteinheit ist.
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