EP0037072A1 - Längswasserdichtes Kabel, insbesondere Nachrichtenkabel - Google Patents

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EP0037072A1
EP0037072A1 EP81102246A EP81102246A EP0037072A1 EP 0037072 A1 EP0037072 A1 EP 0037072A1 EP 81102246 A EP81102246 A EP 81102246A EP 81102246 A EP81102246 A EP 81102246A EP 0037072 A1 EP0037072 A1 EP 0037072A1
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EP
European Patent Office
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cable according
water
substance
gas bubbles
cable
Prior art date
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Ceased
Application number
EP81102246A
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English (en)
French (fr)
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Günter Dr. Dipl.-Ing. Zeidler
Ernst Dr. Phil. Chem. Ney
Gerhard Dipl.-Chem. Lange
Helmut Saller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/17—Protection against damage caused by external factors, e.g. sheaths or armouring
    • H01B7/28—Protection against damage caused by moisture, corrosion, chemical attack or weather
    • H01B7/282—Preventing penetration of fluid, e.g. water or humidity, into conductor or cable
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    • Y10T428/2973—Particular cross section
    • Y10T428/2975—Tubular or cellular

Definitions

  • the invention relates to a longitudinally watertight cable, in particular communication cable, in the interior of which a filling compound containing a water-repellent substance is provided, in which gas bubbles are embedded.
  • a longitudinally sealed cable of this type is known from DE-OS 27 16 524.
  • gas bubbles When gas bubbles are stored, their position in the filling compound is not readily stable and there is therefore a risk that larger gas bubbles may form at certain points due to migration of the gas bubbles, which adversely affect the electrical properties of the cable. It is therefore provided in the known arrangement that the air inclusions are stabilized in their position by supporting components in fiber form.
  • the present invention which be on a longitudinally waterproof cable of the type mentioned pulls, the task is to create a cable structure that is easy to manufacture on the one hand and in which on the other hand the filling compound and the enclosed gas bubbles are distributed as evenly as possible, homogeneous in themselves and sufficiently secured against segregation or displacement of the gas bubbles.
  • this is achieved in that the filling compound is thickened with a network-forming thixotropic substance, the network of which is torn apart by mechanical action and builds up again in the idle state with a substantial increase in viscosity, and in that the size of the gas bubbles with regard to the tensile strength of the Network structure is chosen so that the buoyancy of the gas bubbles in the rest state of the filling material is significantly below the tensile strength and thereby the position of the gas bubbles in the rest state are secured in a time-stable manner.
  • a cable constructed in this way initially has the advantage that the filling compound can be kept very homogeneous because the net-forming thixotropic substance and the water-repellent substance can be mixed very well together with the enclosed gas bubbles and separation does not occur. This applies especially to the gas bubbles, because they are held in the network structure of the thixotropic substance in such a way that migration is not possible in the idle state due to buoyancy forces. It is particularly advantageous that this state of stable storage of the gas bubbles in the filling compound can be ensured solely by the size of the gas bubbles, because only their size determines the buoyancy.
  • All those substances can be used for the net-forming thixotropic substance that form spatial networks (frameworks) due to relatively weak, ie non-chemical bonds through agglomeration.
  • substances in which dipole interactions or van der Waals forces are effective can also be used for the net-forming connection of the individual basic building blocks. These forces are sufficient to ensure a sufficiently firm cohesion for gas bubbles up to a certain size for the resulting network structures.
  • substances which can be used in this context are: finely divided carbon (graphite) and non-annealed A 1 2 0 3 .
  • a solution which is particularly advantageous with regard to both the electrical properties of the cable and the processing technology consists in the fact that in the case of the thixotropic substance, the formation of noise is caused by so-called hydrogen bonds.
  • a preferred example of this is finely divided amorphous silica, which can be obtained in highly pure form, for example by hydrolysis of silicon tetrachloride in an oxyhydrogen gas flame, and is obtained in spherical particles.
  • These spherical particles of the order of a few ⁇ m around have bonds on their surfaces, as shown in FIG. 1 and referred to as silanol groups, that is to say silicon atoms which carry OH groups 1.
  • the binding forces between the oxygen and hydrogen atoms shown in dashed lines form the individual basic elements to form a three-dimensional network which, at a sufficiently high concentration, merges into a closed gel structure.
  • the schematically indicated buoyancy A of such a gas bubble must remain significantly smaller than the force which exists due to the network structure between the individual basic components (here as a result of the OH bond) if the gas bubbles GB migrate in a time-stable manner should be prevented.
  • An excessive amount of admixtures with strongly polar molecules also interferes with the formation of the structure causing the thixotropy in the filling compound. It is therefore recommended to use mainly saturated aliphatic oils without polar side or end groups (ester groups, acid groups, etc.) as the water-repellent substance.
  • the filling compound be as free as possible from hydrocarbon halogen or hydrocarbon nitrogen compounds.
  • the size of the buoyancy depends on the diameter of the gas bubbles. It is thus particularly easy to set the buoyancy A by the choice of the size of the bubbles so that the net structure cannot be torn by the buoyancy A.
  • the still permissible bubble size for a given substance can be determined simply by preparing samples with gas bubbles of different sizes and by observing which diameter value no longer occurs.
  • the gas bubbles are sufficiently held in their position by the braking effect of the water-repellent substance. That's why the water-repellent substance should not be chosen too thin.
  • a sufficiently high viscosity is achieved in an advantageous manner above all by wax and high molecular weight oil components which are used for the filling compound. Additions of tackifying components (atactic polypropylene, polyisobutylene) can also sufficiently stabilize the foam-like filling compound in the inevitable phases of movement of the cable.
  • a correspondingly high viscosity is also e.g. achieved by incorporating particles that are crystalline (low-molecular PE components) or cross-linked (rubber-elastic components).
  • the thixotropic agent i.e. in particular the finely divided thixotropic silica can advantageously be added to a water-repellent substance as an additive of up to 20%, preferably between 2 and 6% (percent by weight).
  • This water-repellent substance preferably consists of a mixture of saturated liquid and solid hydrocarbons, e.g. made of paraffin wax.
  • the water-repellent substance must be selected so that its presence does not prevent the formation of the spatial network structures or that existing spatial network structures are destroyed.
  • the presence of water for the formation / spatial network structures in connection with amorphous silica is particularly undesirable because the silanol groups already mentioned are hydrophilic and therefore lose the ability to agglomerate due to excessive water accumulation.
  • the substances used for fillers in the cables are water-repellent as much as possible in order to prevent the ingress of water if the sheath is damaged, this measure also ensures that the spatial network structures cannot be destroyed to a large extent by water .
  • the water-repellent substance WA therefore has a double function in this context, because it both protects the cable as such from water ingress and at the same time maintains the ability of the thixotropic agent to form network structures.
  • the gas bubbles which preferably consist of nitrogen or freon, are distributed as evenly as possible and are present below the permitted size, so that the filling composition as a whole has an approximately foam-like consistency.
  • the gas is injected under pressure from the outside via nozzles or the like, and then ensured by an appropriate mixing process that the Distribution of the very small, compressed gas bubbles over the filling compound takes place as evenly as possible.
  • the filling material obtained in this way is then inserted into the cable core by means of appropriate filling trumpets or the like and is closed off from the outside by the jacket. The gas bubbles can then expand to their final size due to the decreasing pressure.
  • Another possibility is that an additional substance is added to the filling mass, which releases a gas when heated.
  • the filling compound only needs to be subsequently heated, for example briefly during the cable manufacturing process, and a sufficient number of gas bubbles, which are usually very small, are released in a sufficient manner.
  • the size of the gas bubbles formed is influenced by the pore size of the added material which releases the gas and by the temperature increase and the pressure control.
  • the formation of bubbles in the production of the foam-like filling compound is advantageously increased by adding small amounts of nucleating agents (dispersed PE, fluoropolymer or mineral particles).
  • the substances is important to ensure that they have a sufficiently high resistivity, for example, at 20 ° C in excess of 10 13 ohm-cm and at 100 ° C or above. 3 10 10 Qcm.
  • the filling compound Since water can penetrate if the cable sheath is damaged, which, depending on the nature of the soil, can be slightly acidic or slightly alkaline, special measures must be taken to prevent a harmful influence. This is achieved in that the filling compound, without the thixotropic component, has a certain minimum viscosity in the temperature range from 0 ° C. to 20 ° C. (advantageously above 1000 cP). Furthermore, the filling compound should have no or almost no water-soluble or hydrophilic stock contain or water-friendly molecular groups (OH, COOH, NH 2 groups) and must have the lowest possible wettability against water.
  • FIG. 2 shows the shear rate v as a function of the shear stress T in a diagram for the thixotropic substance.
  • a deflection remains stable over time, i.e. the spatial network structure does not tear.
  • the spatial network structure has been destroyed, so that in the idle state the thixotropic agent together with the enclosed gas bubbles must be sufficiently far below the point X.
  • mineral silica derivatives can also be used as thixotropic agents, e.g. Montmorillonite, kaolin and asbestos.
  • silica there are other substances that also have the property of agglomeration through hydrogen bonding, in particular the water-mixed oxides B 2 O 3 , P 2 O 5 , Ge 0 2 .
  • the hydrogen bonds are not only limited to OH compounds, but can also form between NH-, SH- and halogen H-containing substances. However, these bonds are weaker than those linked via oxygen.

Landscapes

  • Insulated Conductors (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein längswasserdichtes Kabel, insbesondere Nachrichtenkabel, in dessen Innerem eine eine wasserabweisende Substanz enthaltende Füllmasse vorgesehen ist, in die Gasbläschen eingelagert sind. Die Füllmasse ist mit einer netzbildenden thoxitropierenden Substanz angedickt, deren Raumnretz bei mechanischer Einwirkung zerrissen wird und sich im Ruhezustand unter wesentlicher Erhöhung der Viskosität wieder aufbaut. Die Größe der Gasbläschen (GB) wird im Hinblick auf die Reißfestigkeit der Netzstruktur so gewählt, daß der Auftrieb (A) der Gasblächen (GE) im Ruhezustand der Füllmasse wesentlich unterhalb der Reißfestigkeit liegt und dadurch die Gasbläschen (GB) im Ruhezustand in ihrer Lage zeitstabil gesichert sind.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein längswasserdichtes Kabel, insbesondere Nachrichtenkabel, in dessen Innerem eine eine wasserabweisende Substanz enthaltende Füllmasse vorgesehen ist, in die Gasbläschen eingelagert sind.
  • Ein längsdichtes Kabel dieser Art ist aus der DE-OS 27 16 524 bekannt. Bei der Einlagerung von Gasbläschen ist deren Lage in der Füllmasse nicht ohne weiteres stabil und es besteht somit die Gefahr, daß durch Wandern der Gasbläschen sich an bestimmten Stellen größere Gasblasen bilden, welche die elektrischen Eigenschaften des Kabels ungünstig beeinflussen. Deshalb ist bei der bekannten Anordnung vorgesehen, daß die Lufteinschlüsse durch stützende Bestandteile in Faserform in ihrer Lage stabilisiert werden.
  • Die Aufbereitung dieser beigemischten Fasern und ihre Einbringung in die wasserabweisende Füllmasse erfordern einen zusätzlichen Aufwand, wobei die Wirkung dieser Fasern nur dann gesichert ist, wenn die Fasergröße etwa in der Größenordnung der Bläschengröße liegt. Allzu große Fasern stören zudem die elektrischen Eigenschaften des Kabels in unerwünschter Weise, so daß aufgrund dieser Gesichtspunkte eine sehr feine Auffaserung der zusätzlichen Bestandteile notwendig wird.
  • Der vorliegenden Erfindung, welche sich auf ein längswasserdichtes Kabel der eingangs genannten Art bezieht, liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kabelaufbau zu schaffen, der einerseits einfach herstellbar ist und bei dem andererseits die Füllmasse und auch die eingeschlossenen Gasbläschen möglichst gleichmäßig verteilt, in sich homogen und gegen eine Entmischung oder Verlagerung der Gasbläschen ausreichend gesichert ist. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Füllmasse mit einer netzbildenden thixotropierenden Substanz angedickt ist, deren Raumnetz bei mechanischer Einwirkung zerrissen wird und sich im Ruhezustand unter wesentlicher Erhöhung der Viskosität wieder aufbaut, und daß die Größe der Gasbläschen im Hinblick auf die Reißfestigkeit der Netzstruktur so gewählt wird, daß der Auftrieb der Gasbläschen im Ruhezustand der Füllmasse wesentlich unterhalb der Reißfestigkeit liegt und dadurch die Gasbläschen im Ruhezustand in ihrer Lage zeitstabil gesichert sind.
  • Ein derart aufgebautes Kabel hat zunächst den Vorteil, daß die Füllmasse in sich sehr homogen gehalten werden kann, weil die netzbildende thixotropierende Substanz und die wasserabweisende Substanz zusammen mit den eingeschlossenen Gasbläschen sehr gut miteinander vermischt werden können und eine Entmischung nicht eintritt. Dies gilt vor allem bezüglich der Gasbläschen, weil diese in der Netzstruktur der thixotropierenden Substanz so gehalten werden, daß im Ruhezustand eine Wanderung aufgrund von Auftriebskräften nicht.möglich ist. Dabei ist es von besonderem Vorteil, daß dieser Zustand einer stabilen Einlagerung der Gasbläschen in die Füllmasse allein durch die Größe der Gasbläschen sichergestellt werden kann, weil nur ihre Größe den Auftrieb bestimmt. In diesem Zusammenhang ist es von besonderer Bedeutung, daß die für eine stabile räumliche Einlagerung bei den Gasbläschen notwendigen Durchmesser relativ klein sind, so daß sehr viele sehr kleine Gasbläschen in die Füllmasse eingelagert sind. Dies gibt besonders gute elektrische Eigenschaften und außerdem einen besonders hohen Gasanteil innerhalb der Füllmasse. Letzteres ergibt eine relativ starke Gewichtsverminderung und besonders gute elektrische Eigenschaften des Kabels.
  • Für die netzbildende thixotropierende Substanz können all diejenigen Stoffe verwendet werden, die aufgrund relativer schwacher, d.h. nichtchemischer Bindungen Raumnetze (Gerüste) durch Agglomerieren bilden. Dabei können für die netzbildende Aneinanderlagerung der einzelnen Grundbausteine auch Stoffe verwendet werden, bei denen Dipolwechselwirkungen oder van der Waalssche Kräfte wirksam sind. Diese Kräfte reichen aus, um für die entstehenden Netzstrukturen einen ausreichend festen Zusammenhalt für Gasbläschen bis zu einer gewissen Größe sicherzustellen. Als Beispiele für in diesem Zusammenhang brauchbare Substanzen seien genannt: fein verteilter Kohlenstoff (Graphit)uxünicht geglühtes A1 2 0 3.
  • Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
  • Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
    • Fig. 1 ein Raumnetz in schematischer Darstellung,
    • Fig. 2 in einem Diagramm die Scherspannung in Abhängigkeit von der Schergeschwindigkeit bei einem Thixotropierungsmittel und
    • Fig. 3 den Auslenkungswinkel in Abhängigkeit von der Scherspannung.
  • Eine im Hinblick sowohl auf die elektrischen Eigenschaften des Kabels als auch auf die Verarbeitungstechnik besonders vorteilhafte Lösung besteht darin, daß bei der thixotropierenden Substanz die-Raunmetzbildung durch sogenannte Wasserstoffbrücken verursacht wird.
  • Ein bevorzugtes Beispiel hierfür ist feinverteilte amorphe Kieselsäure, die in hochreiner Form z.B. durch Hydrolyse von Siliziumtetrachlorid in einer Knallgasflamme gewonnen werden kann und in kugelförmigen Teilchen anfällt. Diese in der Größenordnung von einigen "um auftretenden kugelförmigen Teilchen tragen an ihren Oberflächen Bindungen, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind und als Silanolgruppen bezeichnet werden, d.h. Siliziumatome, welche OH-Gruppen tragen. Mit Hilfe dieser Silanolgruppen verknüpfen sich infolge von in Fig. 1 gestrichelt dargestellten Bindungskräften zwischen den Sauerstoff- und Wasserstoffatomen die einzelnen Grundelemente zu einem dreidimensionalen Netzwerk, das bei einer ausreichend hohen Konzentration in eine geschlossene Gelstruktur übergeht. Innerhalb dieser Gelstruktur, deren Netzaufbau aus Fig. 1 in schematischer Darstellung entnehmbar ist, kann das dargestellte Gasbläschen GB eingeschlossen werden, wobei die schematisch angedeutete Auftriebskraft A eines derartigen Gasbläschens wesentlich kleiner bleiben muß als die Kraft, welche aufgrund der Netzstruktur zwischen den einzelnen Grundbausteinen (hier infolge der OH-Bindung) besteht, wenn zeitstabil ein Wandern der Gasbläschen GB verhindert werden soll. Ein Übermaß an Beimengungen mit stark polaren Molekülen stört in der Füllmasse ebenfalls die Ausbildung des die Thixotropie bewirkenden Gerüstes. Deshalb ist es empfehlenswert, als die wasserabweisende Substanz hauptsächlich gesättigte aliphatische Öle ohne polare Seit-oder Endgruppen (Estergruppen, Säuregruppen usw.) zu benutzen. Aus dem gleichen Grund soll die Füllmasse möglichst frei von Kohlenwasserstoffhalogen- oder Kohlenwasserstoffstickstoffverbindungen sein.
  • Die Größe der Auftriebskraft hängt vom Durchmesser der Gasbläschen ab. Es ist somit in besonders einfacher Weise durch die Wahl der Bläschengröße die Auftriebskraft A so einzustellen, daß die Netzstruktur durch die Auftriebskraft A nicht zerrissen werden kann. Im übrigen läßt sich die noch zulässige Bläschengröße für eine gegebene Substanz einfach dadurch bestimmen, daß Proben mit unterschiedlich großen Gasbläschen erstellt werden und durch Beobachtung festgestellt wird, unterhalb welchen Durchmesserwertes keine Wanderung mehr auftritt.
  • Zwar kommt es, wenn entsprechend große Scherungsbeanspruchungen auftreten, zu einer Zerstörung der in Fig.1 schematisch dargestellten Netzstruktur, so daß sich den Auftriebskräften A der Gasbläschen GB nach Fig. 1 nur noch die Zähigkeit der außerdem noch vorhandenen, durch eine Schraffur angedeuteten wasserabweisenden Substanz WA entgegenstellt. Bei Kabeln ist jedoch zu berücksichtigen, daß diese Scherungsbeanspruchungen normalerweise nur kurzzeitig, z.B. während eines Biegevorganges beim Verlegen auftritt und dann wiederum ein Ruhezustand über sehr lange Zeiträume vorhanden ist. Die thixotropierenden Substanzen, insbesondere die dargestellte Kieselsäure, haben aber die Eigenschaft, daß in dem nach einer derartigen mechanischen Beanspruchung erneut auftretenden Ruhezustand sich die räumlichen Netzstrukturen wieder bilden und deshalb im nachfolgenden Ruhezustand unerwünschte Wanderungsbewegungen der Gasbläschen verhindert werden. Für die Überbrückungszeit werden auch durch die bremsende Wirkung der wasserabweisenden Substanz die Gasbläschen in ihrer Stellung ausreichend festgehalten. Deshalb sollte die wasserabweisende Substanz nicht zu dünnflüssig gewählt werden. Eine ausreichend hohe Viskosität wird vor allem in vorteilhafter Weise durch Wachs und höhermolekulare Ölanteile erreicht, welche für die Füllmasse verwendet werden. Auch Beimischungen von klebrigmachenden Bestandteilen (ataktisches Polypropylen, Polyisobutylen) können die schaumartige Füllmasse in den unvermeidlichen Bewegungsphasen des Kabels ausreichend stabilisieren.
  • Eine entsprechend hohe Viskosität (pastöse Konsistenz) wird auch z.B. durch Einarbeiten von in sich kristallinen (niedermolekularen PE-Bestandteilen) oder vernetzten (gummielastischen Bestandteilen) Teilchen erreicht.
  • Dabei ist zu beachten, daß einerseits die Zeitkonstante, mit der sich die Netzstruktur wiederherstellt, in bezug auf die mögliche Wanderungsgeschwindigkeit der Gasbläschen GB bei zerstörter Netzstruktur so gewählt wird, daß innerhalb der Zeit, in der mechanische Bewegungsvorgänge eine Zerstörung der Netzstruktur herbeigeführt haben, die Wanderungsbewegungen(vorteilhaft unter 1 mm/30 Jahre)in zulässigen Grenzen gehalten werden können, was durch Wahl entsprechender Viskositätswerte möglich ist. Für mögliche Zeitkonstanten für die Wiederherstellung der Netzstruktur kann folgendes angegeben werden:
    • Besteht die wasserabweisende Substanz WA in der Füllmasse aus öligen Bestandteilen mit Viskositäten bis etwa 10 000 cP, so sollte diese Zeitkonstante im Bereich von Sekunden oder Minuten liegen. Für zähere Massen mit hohen Wachsanteilen und Viskositäten über 10 000 cP können diese Zeitkonstanten im Bereich von Minuten oder gar mehreren Stunden gewählt werden.
  • Das Thixotropierungsmittel, d.h. insbesondere die feinverteilte thixotropierende Kieselsäure kann vorteilhaft als Zusatz bis zu 20 %, vorzugsweise zwischen 2 und 6 % (Gewichtsprozente) in eine wasserabweisende Substanz eingegeben werden. Diese wasserabweisende Substanz besteht bevorzugt aus einem Gemisch gesättigter flüssiger und fester Kohlenwasserstoffe, z.B. aus Paraffinwachs.
  • Allgemein läßt sich sagen, daß die wasserabweisende Substanz so ausgewählt werden muß, daß durch ihre Anwesenheit nicht die Bildung der Raumnetzstrukturen verhindert wird bzw. vorhandene Raumnetzstrukturen zerstört werden. Beispielsweise ist das Vorhandensein von von Wasser für die Bildung/Raumnetzstrukturen im Zusammenhang mit amorpher Kieselsäure besonders unerwünscht, weil die bereits erwähnten Silanolgruppen hydrophil sind und deshalb durch zu starke Wasseranlagerung die Fähigkeit zur Agglomerierung verlieren. Da jedoch bei den Kabeln die für Füllmassen verwendeten Substanzen ohnehin möglichst stark wasserabweisend sind, um das Eindringen von Wasser bei einer Beschädigung des Mantels zu verhindern, ist durch diese Maßnahme zugleich auch sichergestellt, daß die Raumnetzstrukturen nicht durch hinzutretendes Wasser in größerem Umfang zerstört werden können. Die wasserabweisende Substanz WA hat also in diesem Zusammenhang eine doppelte Funktion, weil sie sowohl das Kabel als solches vor Wassereintritt schützt als auch zugleich die Fähigkeit des Thixotropierungsmittels zur Bildung von Netzstruk-turen erhält.
  • Es wäre zwar z.B. auch möglich, die Silanolgruppen durch Umsetzen mit siliziumorganischen Verbindungen (z.B. Dimethyldichlorsilan) unwirksam zu machen. Auf diese Weise würde man eine hydrophobe Kieselsäure gewinnen, bei der selbst der Hinzutritt von Wasser keine allzugroße Störung mehr bewirken könnte. Dies würde aber einen zusätzlichen Aufwand bedeuten, der günstiger von der wasserabweisenden Substanz WA innerhalb der Füllmasse übernommen wird.
  • Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Kabels muß darauf geachtet werden, daß die bevorzugt aus Stickstoff oder Freon bestehenden Gasbläschen möglichst gleichmäßig verteilt und unterhalb der zugelassenen Größe vorhanden sind, so daß insgesamt die Füllmasse eine etwa schaumartige Konsistenz aufweist.
  • Im einzelnen ergibt sich die Möglichkeit der Fremdbeimischung, d.h in die Füllmasse, welche aus der wasserabweisenden Substanz und der zugefügten thixotropierenden Substanz besteht, wird unter Druck von außen über Düsen oder dergl. das Gas eingepreßt und anschließend durch einen entsprechenden Vermischungsvorgang dafür gesorgt, daß die Verteilung der sehr kleinen, komprimierten Gasblasen über die Füllmasse möglichst gleichmäßig erfolgt. Das so erhaltene Füllmaterial wird dann beim Einpressen in die Kabelseele über entsprechende Fülltrompeten oder dergl. eingegeben und.durch den Mantel nach außen abgeschlossen. Danach können die Gasblasen wegen des absinkenden Druckes auf ihre endgültige Größe expandieren.
  • Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß der Füllmasse eine zusätzliche Substanz beigegeben wird, welche bei Erwärmung ein Gas abspaltet. In diesem Fall braucht somit die Füllmasse lediglich nachträglich, z.B. beim Kabelherstellungsprozeß kurzzeitig erwärmt zu werden und es werden in ausreichender Weise sehr viele und meist durch Kennbildner auch sehr kleine Gasbläschen frei. Bei einer entsprechenden Durchmischung ist ebenfalls sichergestellt, daß die Gasbläschen gleichmäßig über die gesamte Füllmasse verteilt sind, wobei durch die Porengröße des zugesetzten, das Gas abspaltenden Materials und durch die Temperaturerhöhung und die Druckführung ein Einfluß darauf genommen werden kann, wie groß die entstehenden Gasbläschen werden.
  • Die Blasenbildung bei der Herstellung der schaumartigen Füllmasse wird vorteilhaft durch Beimischung von geringen Mengen von Keimbildnern (dispergierte PE, Fluorpolymer- oder Mineralstoffteilchen) verstärkt.
  • Es ist auch möglich, in den mit der thixotropierenden Substanz vermischten wasserabweisenden Füllmassen durch entsprechend hohen Druck ein Gas zu lösen, wobei während des Herstellungsvorganges oder im Kabel dieser Druck dann erniedrigt wird und durch die Druckerniedrigung der Siedepunkt absinkt, so daß Gasbläschen ebenfalls in sehr feiner Verteilung und mit sehr kleinen Durchmessern freigesetzt werden.
  • Bei der Auswahl der Substanzen ist darauf zu achten, daß diese einen ausreichend hohen spezifischen Widerstand haben, der z.B. bei 20° C oberhalb von 1013 Qcm und bei 100° C noch oberhalb von 3 . 1010 Qcm liegt.
  • Da bei Beschädigungen des Kabelmantels u.U. Wasser eindringt, das je nach Bodenbeschaffenheit leicht sauer oder leicht basisch sein kann, müssen besondere Maßnahmen getroffen werden, um hier einen schädlichen Einfluß zu verhindern. Dies wird dadurch erreicht, daß die Füllmasse ohne den thixotropierenden Anteil eine gewisse Mindestviskosität im Temperaturbereich von 0° C bis 20° C aufweist (vorteilhaft über 1000 cP). Weiterhin soll die Füllmasse keine oder möglichst nahezu keine wasserlöslichen oder hydrophilen Bestandteile oder wasserfreundliche Molekülgruppen (OH, COOH, NH2-Gruppen) enthalten und muß eine möglichst niedrige Benetzbarkeit gegen Wasser aufweisen.
  • In Fig. 2 ist in eirem Diagramm für die thixotrpierende Substanz die Schergeschwindigkeit v in Abhängigkeit von der Scherspannung T dargestellt. Bis zum Punkt X der Scherspannung bleibt eine Auslenkung noch zeitstabil, d.h. die Raumnetzstruktur zerreißt nicht. Oberhalb dieses Punktes X ist die Raumnetzstruktur zerstört, so daß im Ruhezustand das Thixotropierungsmittel samt den eingeschlossenen Gasbläschen ausreichend weit unterhalbvom Punkt X liegen muß.
  • In Fig. 3 ist der Auslenkungswinkel a in Abhängigkeit von der Scherspannung T aufgetragen. Auch hier zeigt sich am Punkt X die Änderung des Verhaltens deutlich.
  • Neben der reinen Kieselsäure kommen auch mineralische Kieselsäureabkömmlinge als Thixotropierungsmittel in Frage, z.B. Montmorillonit, Kaolin und Asbest.
  • Außer der Kieselsäure gibt es noch weitere Substanzen, die ebenfalls die Eigenschaft der Agglomeration durch Wasserstoffbrückenbildung aufweisen, insbesondere die mit Wasser versetzten Oxide B2O3, P2O5, Ge 02.
  • Die Wasserstoffbrücken sind nicht nur auf OH-Verbindungen beschränkt, sondern können sich auch ausbilden zwischen NH-, SH- und Halogen H-enthaltenden Substanzen. Diese Bindungen sind jedoch schwächer als bei den über Sauerstoff verknüpften Bindungen.

Claims (24)

1. Längswasserdichtes Kabel, insbesondere Nachrichtenkabel, in dessen Innerem eine eine wasserabweisende Substanz enthaltende Füllmasse vorgesehen ist, in die Gasbläschen eingelagert sind, dadurch gekennzeichnet , daß die Füllmasse mit einer netzbildenden thoxitropierenden Substanz angedickt ist, deren Raumnetz bei mechanischer Einwirkung zerrissen wird und sich im Ruhezustand unter wesentlicher Erhöhung der Viskosität wieder aufbaut, und daß die Größe der Gasbläschen (GB) im Hinblick auf die Reißfestigkeit der Netzstruktur so gewählt wird, daß der Auftrieb (A) der Basbläschen (GB) im Ruhezustand der Füllmasse wesentlich unterhalb der Reißfestigkeit liegt und dadurch die Gasbläschen (BG) im Ruhezustand in ihrer Lage zeitstabil gesichert sind.
2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Raumnetz durch Wasserstoffbrücken bei der thixotropierenden Substanz gebildet ist.
3. Kabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Raumnetz durch OH-Gruppen bei der thixotropierenden Substanz gebildet ist.
4. Kabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Raumnetz durch Silanolgruppen bei der thixotropierenden Substanz gebildet ist.
5. Kabel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß als thixotropierende Substanz feinverteilte amorphe Kieselsäure vorgesehen ist.
6. Kabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Wasserstoffbrücken durch NH-, SH- oder Halogen H-enthaltende Substanzen gebildet sind.
7. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß als thixotropierende Substanz die mit Wasser versetzten Oxide B2O3, P2O5 oder Ge 02 verwendet sind.
8. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet , daß die wasserabweisende Substanz (WA) so gewählt ist, daß durch ihre Anwesenheit nicht die Bildung der Raumnetzstrukturen der thixotropierenden Substanz verhindert wird.
9. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet , daß die wasserabweisende Substanz (WA) aus einem Gemisch gesättigter flüssiger und fester Kohlenwasserstoffe, insbesondere aus Paraffinwachs besteht.
10. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet , daß die wasserabweisende Substanz (WA) aus Wachs und höhermolekularen Ölanteilen besteht.
11. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet , daß in der wasserabweisenden Substanz (WA) zusätzlich klebrigmachende Bestandteile vorhanden sind.
12. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet , daß die wasserabweisende Substanz (WA) aus gesättigten aliphatischen Ölen ohne polare Seit- oder Endgruppen besteht.
13. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet , daß die Füllmasse keine Kohlenwasserstoffhalogen- oder Kohlenwasserstoffstickstoffverbindungen aufweist.
14. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet , daß die Füllmasse möglichst keine wasserlöslichen Bestandteile oder wasserfreundlichen Molekülgruppen aufweist.
15. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet , daß die Viskosität der wasserabweisenden Substanz (WA) so gewählt ist, daß in den Zeiträumen, in.welchen die Netzstruktur der thixotropierenden Substanz zerrissen ist, die Gasbläschen (GB) an unzulässig großen Wanderungsbewegungen gehindert sind.
16. Kabel nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß die Wanderungsbewegungen der Gasbläschen (GB) unter 1 mm pro 30 Jahren gehalten sind.
17. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante für die Wiederherstllung der Netzstruktur bei Viskositäten der wasserabweisenden Substanz (WA) bis etwa 10 000 cP im Bereich von Sekunden oder Minuten gewählt ist.
18. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet , daß die Zeitkonstante für die Wiederherstellung der Netzstruktur bei Viskositäten der wasserabweisenden Substanz (WA) über 10 000 cP im Bereich von Minuten bis zu Stunden gewählt ist.
19. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der spezifische Widerstand der Füllmasse bei 20° C oberhalb von 1013 Ωcm und bei 100° C noch oberhalb von 3·1010 Qcm liegt.
20. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a - d u r c'h gekennzeichnet , daß das Thixotropierungsmittel als Zusatz bis zu 20 %, vorzugsweise zwischen 2 bis 6 % (Gewichtsprozenten) in die wasserabweisende Substanz (WA) eingegeben ist.
21. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Gasbläschen (GB) unter Druck und nachfolgender Vermischung in die Füllmasse eingepreßt sind.
22. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet , daß die Gasbläschen (GB) durch eine zusätzliche Substanz erzeugt werden, welche bei Energiezufuhr ein Gas abspaltet.
23. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß in der Füllmasse durch hohen Druck ein Gas gelöst ist, wobei während des Herstellungsvorganges oder im Kabel dieser Druck so weit erniedrigt wird, daß Gasbläschen (GB) frei werden.
24. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Aufbau des Raumnetzes durch Dipolwechselwirkungen oder van der Waalssche Kräfte erfolgt.
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