DE7438507U - Elektrisches Kabel mit Zugentlastung - Google Patents

Description

Fall 2''

Schweizerische Isola-Werke, Breitenbach (Schweiz)

Elektrisches Kabel mit Zügentlastung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Kabel mit einer aus einem oder mehreren Leitern bestehenden Kabelseele und mindestens einem dieselbe koaxial umgebenden Kunststoffmantel, in welchen ein Zugentlastungsorgan zur Aufnahme der in Längsrichtung des Kabels auftretenden Zugbeanspruchungen eingebettet ist.

Es ist islcsniit, eiSHε cLis ei^entrliciien Uel?^or't^r>3.— gungsleiter in Ein- und Mehrleiterkabeln, die zur Ueber-

22.1.7VHE/gl

tragung von Nachrichten, Signalen oder elektrischer Energie dienen, nur sehr begrenzte Zugkräfte aufnehmen können. Sobald diese Zugkräfte ein gewisses Mass Überschreiten, werden die Leiter verstreckt und die elektrische Leitfähigkeit wird dadurch verringert. Ueberdies werden besonders bei Telefonkabeln für Nieder- und Hochfrequenz die Uebertragun^seigenschaften verschlechtert. Zur Vermeidung dieser Gefahr, d.h. zum Schütze der elektrischen Leiter vor unzulässiger Zugbeanspruchung, wurden bereits verschiedene Lösungen in Vorschlag gebracht. Diesen Lösungen ist gemeinsam, dass das oder die Zugentlastungsorgane gegenüber dem zu entlastenden aktiven Teil des Kabels eine geringe Dehnung und eine genügend hohe Bruchfestigkeit aufweist. Damit werden die Z' ^kräfte durch diese Entlastungsorgane aufgenommen und der aktive Teil des Kabels vor der Zugbeanspruchung verschont.

Bekannt ist die Zugentlastung durch runde oder flache Metalldrähte, z.B. aus Stahl, Bronze oder zugfeste Aluminiumlegierungen, die in Form einer geschlossenen, sogenannten Zugarmierung schraubenlinienförmig in einer oder mehreren Lagen um das zu entlastende Kabel gelegt werden. Diese Zugentlastungsorgane sind jedoch relativ schwer und beeinträchtigen ausserdem die Biegsamkeit des Kabels. Bei Yerv/endung von gewissen Metallen, wie z.B, Stahl, stellt die Korrosionsanfälligkeit einen weiteren, gewichtigen Nachteil dar.

Ferner kennt man die Möglichkeit, auf der Kabelseele - die im allgemeinen bereits eine isolierende Umhüllung aufweist - Metallgeflechte aufzubringen, welche aus Rund- oder Flachdrähten bestehen und mittels eines speziellen Flechtmechanismus aufgebracht werden müssen. Die Flechtoperation ist relativ langsam und damit teuer. Zudem ist auch hier je nach dem verwendeten Material mit Korrosionsgefahr zu rechnen und schliesslich sind die auf diese Art zugcntlasteten Kabel relativ steif.

Auch sind Lösungen bekannt, bei denen als Zugaufnahmeelemente Metallbänder verwendet werden, v/elche konzentrisch um die Kabelseele gelegt werden. Zur Verbesserung der Biegeeigenschaften des Kabels können diese Metallbänder gewellt sein. Auch Konstruktionen mit parallel zur Kabelachse verlaufenden, gleichmässig und mit Abständen Über den Umfang verteilten Drähten oder Litzen wurden verschiedentlich zum Zwecke der Zugentlastung angewendet.

Diese bekannten Lösungen weisen zwar einerseits den Vorteil auf, dass der Leiter bzw. das Leiterbündel durch die als Zugentlastung aufgebrachte metallische ":'nhüllung gleichzeitig gegen elektrostatische und elektromagnetische Störeinflüsse abgeschirmt sind, wobei diese Abschirmung vor allem bei Fernmeldekabeln und Signalkabeln für Nieder- und Hochfrequenz wichtig ist. Andererseits sind derartige Kabel für zahlreiche Anwendungsfälle zu steif

und auch zu teuer. Metallgeflechte als Zugaufnahmeelemente sind ferner mit dem beträchtlichen Nachteil behaftet, dass die einzelnen Drähte schräg zur Richtung der aufzunehmenden Zugbeanspruchungen liegen und daher zum Auftreten einer Querkomponente führen, welche eine unerwünschte Beanspruchung des Metallgeflechtes darstellen.

Bei den meisten der oben erwähnten Konstruktionen wurden anstelle der metallischen Werkstoffe auch schon Zugaufnahmeelemente aus Kunststoff oder aus kombinierten Werkstoffen verwendet,wobei rät Rücksicht auf die erforderliche grosse Zugfestigkeit und geringe Dehnung vor allem Glasseide in Frage kommt. Aus rein mechanischen und geometrischen Gründen drängt sich bei einem im Querschnitt praktisch kreisrunden Gebilde, wie es ein Kabel darstellt, eine Ausführung auf, bei welcher diese Zugentlastungselemente in Längsrichtung des Kabels zentrisch-symmetrisch über den Umfang verteilt angeordnet sind. Aus wirtschaftlichen Gründen ist man zudem bestrebt, diese in Längsrichtung des Kabels verlaufenden Zugentlastungselemente in einem Arbeitsgang mit dem Extrudieren der äusseren Kabelhülle aufzubringen. Die gleichmässige Verteilung der längslaufenden Zjgentlastungselemente über den Umfang des Kabels verlangt dabei eine spezielle Führung dieser Elemente im Spritzkopf and dadurch einen spezieller. Spritzkopf für

die Extrusion des Mantels.

Konstruktionen, bei denen als Zugentlastungsorgan geflochtene Netze aus Glasseiden- oder Kunststoffzwirnen zwischen Innen- und Aussenmantel des Kabels aufgebracht werden, sind teuer, da das Aufbringen dieser geflochtenen Netze eine separate zusätzlich.2 Operation bedingt. Auch liegen die einzelnen Zwirne nicht axial, d.h. in Richtung der auf das Kabel wirkenden Zugkräfte und kommen daher nur dank der Verankerung mit dem Kunststoffmantel zum Tragen.

Alle bekannten Lösungen, welche zur Zugentlastung nicht leitende Werkstoffe verwenden, haben den Nachteil, dass zum Zwecke der elektrostatischen oder elektromagnetischen Abschirmung zusätzlich ein metallischer Schirm in die Umhüllung des aktiven Kabelteils eingebaut werden muss. Dies führt natürlich zu einer erheblichen Verteuerung in der Kabelherstellung.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt nun in der Schaffung eines zugentlasteten elektrischen Kabels, das keiner separaten elektrischen Abschirmung bedarf und ferner die Verwendung eines gewöhnlichen Spritzkopfes erlaubt.

f 4 ·

Dieses Ziel wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass das Zugentlastungsorgan ein vorgefertigtes, gewobenes und somit aus Kett- und Sehusselementen beste-. hendes Band ist, das mindestens z.T. aus einem elektrisch leitenden und/oder halbleitenden Material besteht und damit sowohl eine Zugentlastung als auch eine elektrostatische bzw. elektromagnetische Abschirmung der Kabelseele bewirkt.

Dank dieser Konstruktion sind die beiden Funktionen der Zugentlastung einerseits und der elektrischen Abschirmung andererseits in einem einzigen Element, dem vorgefertigten gewobenen Band, vereinigt, was zu einer erheblichen Vereinfachung der Kabelherstellung führt.

Gemäss einer speziellen Ausführungsform können die Kettelemente zum Grossteil aus einem elektrisch nichtleitenden Material und die Schussfäden aus einem elektrisch leitenden oder halbleitenden Material bestehen; vorzugsweise ist dabei mindestens ein Kettelement ebenfalls elektrisch leitend oder halbleitend, wobei die übrigen Kettelemente aus nichtleitendem Kunststoff, Glas oder einem anderen anorganischen odor organischen Material hergestellt sein können.

Eine besonders gute Flexibilität ergibt sich,

v.'enn die leitenden bzw. halbleitenden Elemente" des Sandes aus einem flexiblen nichtleitenden Kern hoher Zugfestigkeit bestehen, der mit einer metallischen Umhüllung versehen ist; diese metallische Umhüllung kann zweckmässigerweise eine längsverlaufende, den nichtleitenden Kern allseitig umschliessende Metallfolie sein, oder sie kann vorzugsweise als schraubenlinienf örmige 3a;,dierung analog den bekannten Lahnfäden aufgebracht sein.

Auch kann das in den Kunststoffmantel eingebettete Band zwecks Erhöhung der Flexibilität des Kabels eine Wellung aufweisen.

Auf der beiliegenden Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht.

Fig. 1 ist eine vereinfachte Darstellung eines teilweise aufgeschnittenen Mehrleiterkabels gemäss einer ersten Ausflinrungsform,

Fig. 2 ist eine Detaildarstellung zu Fig. 1, die Fig. 3 bis 5 veranschaulichen weitere Details an Zugentlastungsorganen und .

Fig. 6 ist eine schematische Perspektivdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines Kabels, das aus Gründen der Anschaulichkeit aufgeschnitten dargestellt ist.

Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Kabel weist eine Kabelseele auf, die sich aus fünf miteinander verseilten Kupi'erleitern 1 zusammensetzt und von einer

isolierenden Innenhülle 2 (auch Innenmantel genannt) umschlossen ist. Die einzelnen Kupferleiter 1 sind ebenfalls mit einer Isolierung la versehen. Die Innenhülle 2, welche beispielsweise aus Polyäthylen bestehen kann, ist von einer Aussenhülle oder Aussenmantel 3 umgeben, welche(r) ebenfalls eine Isolierfunktion ausübt und in welche(r) ein in seiner Gesamtheit mit k bezeichnetes gewobenes Band eingebettet ist. Innen- und Aussenmantel können entv/eder verklebt oder verschv/eisst sein oder sie können trennbar sein.

Das Band 4 setzt sich aus längsverlaufenden Elementen (Kettfäden oder Zettelfäden) 5 und quer verlaufen-Elementen (Schuss) 6 zusammen, die in bekannter Weise miteinander verv/oben sind (siehe Fig. 2). Die parallel der Kabelachse verlaufenden Kettfäden dienen der Aufnahme der Zugkräfte^während die Schussfäden als Abstandhalter für die Kettfäden dienen. Sowohl die Schuss- als auch die Kettelemente können aus elektrisch nichtleitendem oder leitendem bzw. halbleitendem Material bestehen, doch sollte bei jeder Ausflihrungsform gewährleistet sein, dass mindestens ein Teil des gesamten Bandes 4 elektrisch leitend bzw. halbleitend ist und damit die erforderliche elektrische Abschirmung sichert. Auch sollte das leitende bzw. halbleitende Material möglichst gleichmässig über den GesamtujTifang und/feder die Gesamtlänge des Kabels verteilt sein.

Gemäss einem speziellen Ausiohrungsbeispiel be- Z

stehen die Kettelemente 5 zum Grossteil aus einem elek.- ?

trisch nichtleitenden Material, wogegen die Schusselemente >

6 als Drähte, Litzen oder Bänder aus einem elektrisch ;

leitenden bzw. halbleitenden Werkstoff erstellt sind.
ZweckmMssigerweise sollte mindestens ein Kettelement 5

ebenfalls elektrisch leitend oder halbleitend sein, da- ,

mit die einzelnen Schlaufen des Schusses miteinander kurz- ί

geschlossen sind. S

Die leitenden Elemente des Bandes 4 bestehen

vorzugsweise aus einem Metall, wie z.B. Messing, Kupfer

i oder Stahl, wogegen die nichtleitenden Elemente z.B. ■, Garne oder Rovings aus nichtleitendem Kunststoff oder Glas sein können. Wählt man flir die Kettelemen-

te 5 beispielsweise einen gut auf Zug beanspruchbaren ■ Werkstoff, wie Glasseide, dann verleiht dies dem Kabel
eine relativ hohe Zugfestigkeit unter grösstmöglicher
Schonung des aktiven Teiles, der Kabelseele. ■

Das Band 4 wird in bekannter Weise auf Webmaschi- · nen vorgefertigt und unmittelbar vor dem Aufspritzen der \ Aussenhlille 3 auf die Umfangsfläche der Innenhülle 2 aufgelegt und damit in die Aussenhülle eingebettet. Zweckmässigerweise ist das Band 4 weitmaschig genug, damit der
zum Fliessen gebrachte Werkstoff der Aussenhülle beim Auf-

spritzen in die Zwischenräume des Bandes gelangt und das

Band damit sicher verankert wird. Hierdurch wird erreicht, dass auch der Werkstoff der Aussenhülle 3 teilweise an der Uebertragung der Zugkräfte beteiligt ist und dass die Struktur des 3andes auch unter starker Zugbeanspruchung beibehalten wird. Die Hauptzuglast wird selbstverständlich von den parallel zur Kabelachse verlaufenden Kettelementen 5 aufgenommen, was bei der Werkstoffwahl berücksichtigt werden kann.

Das Auflegen des vorgefertigten Bandes auf die Innenhülle erfolgt in bekannter V/eise mittels eines vor dem Spritzkopf des Extruders angeordneten trichter- bzw. trompetenrohrähnlichen Führungsorganes. Es kann somit zum Extrudieren des äusseren Mantels ein normaler Spritzkopf verwendet werden. Dies vereinfacht und verbilligt den Herstellungsprozess.

Die Kombination von elektrisch leitenden bzw. halbleitenden Materialien mit den nichtleitenden Materialien kann in manigfaltiger Weise variiert werden. Hierzu einige Beispiele:

1. Kette und Schuss aus elektrisch leitenden oder halbleitenden, organischen oder anorganischen Fäden, Garnen, Litzen oder Rovings.

2. Kette aus elektrisch nichtleitenden Glasfaden, Garnen, Litzen oder Rovings, und Schuss aus elektrisch leitenden oder halbleitenden organischen oder anorganischen

* t

- 11 -

Fäden oder aus magnetischen Werkstoffen.

3· Kette teils aus elektrisch leitendem oder halbleitendem Material, wie z.B. aus Drähten oder !sitzen und teils aus elektrisch nichtleitendem Kunststoff oder Glas oder anorganischem Material oder aus magnetischen Werkstoffen, und Schuss entweder aus dem gleichen Material oder aus metallischen Fäden.

4. Anstelle von Fäden, Garnen, Litzen oder Rovings, die nur aus Kunststoff oder Glas bestehen, können diese Elemente auch aus einer Mischung von Glas, Kunststoff und Metall hergestellt sein.

Fig. 3 zeigt eine Kombination von Metallfaden 7 mit Kunststoffäden 8, die gebündelt ein Kettelement 5 bilden.

Die einzelnen Elemente des Bandes können auch aus nichtleitendem Kunststoff- oder Glasfaden, Garnen, Litzen oder Rovings bestehen, die mit einer metallischen Umhüllung versehen sind. Gemäss Fig. 4 kann diese leitende Umhüllung eine längsverlaufende, geschlossene Metallfolie 9 bzw. metallisch kaschiertes Papier oder Kunststofffolie sein, welche das Fadenbündel 10 allseitig umgibt. Die Randpartien der Metallfolie 9 können entweder, wie Fig. 4 zeigt, stumpf aneinanderstossen oder gemäss Fig. 5, einander überlappen. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform besteht die metallische Umhüllung aus einer oder

mehreren schraubenlinienförmig aufgebrachten Bandierung aus Metallband, metallisch kaschiertem Papier oder Kunststoffband, welche dem Isabel eine besonders grosse Flexibilität verleiht.

Eine weitere AusfUhrungsform ist in Fig. 6 dargestellt. Auch hier weist das Kabel wieder eine aus mehreren, einzeln isolierten Kupferleitern 10 bestehende Kabelseele auf, welche rr.it einer Innenhülle 11 versehen ist. In die sich an letztere anschliessende Aussenhülle 12 ist ein gewobenes 3and 13 eingebettet, das bei dieser Variante eine leichte Wellung aufweist. Grundsätzlich wäre es zwar ohne weiteres möglich, das Band 13 gestreckt anzuordnen, doch bringt die erwähnte Wellung einen wesentlichen Vorteil mit sich. Wenn das aus Fäden, Garnen, Litzen oder Rovings hoher Zugfestigkeit und geringer Dehnung hergestellte Band straff in den Kabelmantel eingebettet wird, ist das Kabel praktisch nicht dehnbar. Es wirkt daher beim Aufwickeln auf Trommeln steif. Um dem Kabel eine grössere Flexibilität zu verleihen, sollte daher das gewobene Band nicht völlig gestreckt sein, sondern entweder lose in den Kunststoffmantel eingebettet werden oder die erwähnte schwache Wellung aufweisen. Bei Zugbeanspruchung kann sich dann der Kunststoffmantel so weit dehnen, bis das fer.t mit ihm verbundene Band gestreckt ist. Bei

weiterer Erhöhung der Zugkraft nimmt das Band die Zugkraft auf, und wegen der geringen Dehnfähigkeit des letzteren kann sich nun das Kabel nicht weiter dehnen. Kunststoffmantel und Kabelseeie sind damit von den Zugbeanspruchungen entlastet.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele'l'onnen vom Fachmann in mannigfaltiger Hinsicht variiert werden, ohne dass dadurch der im nachfolgenden Patentanspruch umrissene Schutzbereich überschritten würde.

Claims (9)

P-" -fc y?—η Sprüche

1) Elektrisches Kabel mit einer aus einem oder mehreren Leitern bestehenden Kabelseele und mindestens einem dieselbe koaxial umgebenden Kunststoffmantel, in welchen ein Zugentlastungsorgan zur Aufnahme der in Längsrichtung des Kabels auftretenden Zugkräfte eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugentlastungsorgan ein vorgefertigtes, gewobenes und somit aus Kett- und Schusselementen bestehendes Band ist, das mindestens z.Teil aus einem elektrisch leitenden und/oder halbleitenden Material besteht und damit sovohl eine Zugentlastung als auch eine elektrostatische und/oder elektromagnetische Abschirmung der Kabelseele bewirkt.

2) Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekenn- *5 zeichnet, dass die Kettelemente zum Teil aus einem elektrisch nichtleitenden Material und die Schusselemente aus einem elektrisch leitenden oder halbleitenden Material bestehen.

3) Kabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kettelement ebenfalls elektrisch leitend oder halbleitend ist und die übrigen Kettelemente aus nichtleitendem Kunststoff, Glas oder ainerr.

anderen anorganischen oder organischen Material hergestellt sind.

4) Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schusselemente aus Drähten, Litzen oder metallischen Bändern bestehen.

5) Kabel nach Ansprucn 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kett- und/oder Schusselemente aus Fäden oder Garnen bestehen, die durch Mischen von elektrisch leitenden und/oder elektrisch halbleitendeii mit nichtleitenden Fäden aufgebaut sind.

6) Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die leitenden bzw. halbieitenden Elemente des Bandes einen nichtleitenden Kern aufweisen, der mit einer metallischen·Umhüllung versehen ist.

¹^ 7) Kabel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Umhüllung eine längsverlaufende, den nichtleitenden Kern allseitig umschliessende Metallfolie oder metallisch kaschiertes Papier oder Kunststoffolie ist.

8 ) Kabel nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Umhüllung aus mindestens Giner schraubenlinienförmig aufgebrachten Bandierung aus Metallband oder metallisch kaschiertem Papier oder Kunststoffolie besteht.

9) Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Kunststoffmantel eingebettete Band zwecks Erhöhung der Flexibilität des Kabels eine leichte Wellung aufweist.