<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrisch isolierten Draht für die Herstellung von Kabeln.
Zur Isolierung von zur Herstellung von Fernmeldekabeln bestimmten Telephondrähten sind gegenwärtig zwei Verfahren bekannt, von denen das eine in der Umwicklung der Drähte mit Papier unter Lufteinschluss und das andere in der Isolierung der Drähte mit Kunststoff, insbesondere Polyäthylen, besteht.
Das Verhalten eines durch Papier und Luft isolierten und in einem Fernmeldekabel angeordneten Tele- phondrahtes bietet gewisse Vorteile, weil diese Isolierung gute elektrische Eigenschaften hat und infolge der mehrfachen Umhüllungen des Kabels diesem eine hohe Haltbarkeit verleiht.
Diese Umhüllung haben ausserdem eine hohe mechanische Festigkeit und bieten einen Schutz gegen das
Eindringen von Wasser. Diese Schutzhülle verhindert ausserdem das Altern der Zellulose unter Einwirkung von ultravioletten Strahlen und in der Luft enthaltenen chemischen Substanzen.
Durch die wasseraufsaugende Eigenschaft der Zellulose, die an und für sich einen der grössten Nachteile für einen Isolierstoff darstellt, wird in diesem Falle der wichtigere Vorteil erzielt, dass das Kabel gegen
Bruch und Beschädigung geschützt wird, da sich die mit Wasser gesättigte Zellulose ausdehnt und somit eine Abdichtung bildet, die das Eindringen von Wasser durch Kapillarwirkung verhindert.
Der wesentlichste Nachteil dieses Isolierstoffes besteht darin, dass er nur mit einer Geschwindigkeit von etwa 50 m/min hergestellt werden kann, was nicht sehr schnell ist.
Die durch Polyäthylen isolierten Telephondrähte haben einen sehr geringen dielektrischen Verlustkoeffi- zienten, wodurch der Stromabfall und die Leitungsdämpfung verringert werden. Ferner hat dieser Isolier- stoff eine geringe unveränderliche Dielektrizitätskonstante, d. h. eine geringe Leitungskapazität und einen hohen elektrischen Widerstand. Zudem ändert sich der Wert dieser Eigenschaften auch nicht in Abhängigkeit von der Zeit, Temperatur, Frequenz und Feuchtigkeit. Was schliesslich die mechanischen Eigenschaften des Isolierstoffes aus Polyäthylen anbetrifft, so übertreffen diese noch wesentlich die des Isolierstoffes aus Papier.
Die Verwendung vonpolyäthylen zur Isolierung der Drähte in einem Fernmeldekabel hat jedoch im Falle eines Bruches des Kabels einen Nachteil, der darin besteht, dass das Polyäthylen im Gegensatz zu Papier das Wasser durchlässt, das durch Kapillarwirkung in Längsrichtung von erheblich beschädigten Kabeln vordringt.
Was die Herstellung von mit Polyäthylen isolierten Drähten anbetrifft, so sind dafür jedoch Extruder erforderlich, die erhebliche Investitionskosten erforderlich machen, ehe mit einer solchen Herstellung begonnen werden kann. Ferner ist das Verfahren unter Verwendung von Luft und Isolierstoff bei Polyäthylen gegenwärtig noch schwer durchführbar. Durch Beimischung von Blähmitteln zu dem Polyäthylen wurden bessere Ergebnisse erzielt, die jedoch mit den durch die Verwendung von Papier unter Einschluss von Luft erzielten Ergebnisse in keiner Weise vergleichbar sind.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile der gegenwärtig zur Isolierung von Telephondrähten zur Herstellung von Fernmeldekabeln verwendeten beiden Isolierstoffe Papier und Kunststoff zu beseitigen.
Der erfindungsgemässe Draht ist durch die Kombination folgender an sich bekannter Merkmale gekennzeichnet : a) der Isolierstoff besteht aus einer Kunststoffhülle, in der b) abdeckende Zellulosefasern verankert sind.
In den Zeichnungen sind schematisch ein Ausführungsbeispiel und eine Variante dieses Beispieles zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemässen elektrisch isolierten Drahtes dargestellt.
Es zeigen : Fig. l eine schematische Darstellung einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens gemäss diesem Ausführungsbeispiel ; Fig. 2 und 3 stark vergrösserte Querschnittsansichten der gemäss diesem Aus- führungsbeispiel und der Variante hergestellten isolierten Drähte, und Fig. 4 eine schematische Darstellung der Anlage zur Durchführung des Verfahrens gemäss der vorgenannten Variante.
Bei dem Ausführungsbeispiel und der Variante des Verfahrens, das nachstehend im einzelnen beschrieben wird, werden die Eigenschaften der elektrostatischen Kraftfelder eines Metalldrahtes, insbesondere eines Kupferdrahtes, zum Überziehen des Drahtes mit einem Isolierstoff ausgenutzt.
Die Elektrostatik ist eine bereits seit langem bekannte Erscheinung. Die Möglichkeiten zur praktischen Anwendung dieser Erscheinung wurden jedoch erst seit verhältnismässig kurzer Zeit entdeckt und zur Zeit werden mit ständig zunehmender Häufigkeit immer neue Anwendungsmöglichkeiten festgestellt.
In den meisten Fällen wird die elektrostatische Behandlung zur Steuerung der Bewegung von verhältnismässig feinen, festen oder flüssigen Teilchen verwendet. Ihre Anwendungsbereiche sind sehr unterschiedlich md umfassen beispielsweise das Spinnen, Färben, Bestäuben, Beflocken, Entstauben, usw. Das bei diesen
EMI1.1
:Bold angeordnete Ladung wird einer Kraft ausgesetzt, die entsprechend den Kraftlinien des Feldes gerichtet Lst und dem Ergebnis der durch das Feld erzeugten Ladung entspricht : f = q. E
<Desc/Clms Page number 2>
wobei f = die auf ein geladenes Teilchen ausgeübte Kraft, q = die Ladung des Teilchens und
E = die Feldstärke ist.
Das elektrostatische Kraftfeld kann durch einen Spannungsunterschied zwischen zwei Elektroden erzeugt werden. Bei einem zwischen zwei ebenen Elektroden erzeugten, gleichmässig verteilten Kraftfeld Ist die Feldstärke wie folgt :
EMI2.1
wobei U = die angelegte Spannung und 1 = der Abstand zwischen den beiden Elektroden ist.
Die in der Luft vorhandene Feldstärke ist auf den Durchschlagwert begrenzt, der je nach dem Ionisationszustand der Umgebung, den Wärmeverhältnissen und der Menge der vorhandenen Teilchen 2 bis 8 kV/cm beträgt.
Ein Teilchen kann auf verschiedene Weise aufgeladen werden, beispielsweise durch Beeinflussung, Ionisation, Berührung oder Reibung. Bei der Aufladung eines Teilchens können auch mehrere dieser Einflüsse gleichzeitig (jeder für einen bestimmten Teil) mitwirken. Die Vorgänge der Aufladung durch Berührung und Reibung sind ausreichend bekannt und brauchen hier nicht noch erläutert zu werden. Die Aufladung durch Beeinflussung erfolgt, wenn sich ein Leiter in einem Feld befindet. Die grösstmögliche Aufladung ist dann : q = er. F wobei o-= die Aufladedichte und F = die Fläche des Teilchens ist.
Die Ladedichte ist :
EMI2.2
wobei eO = die Beeinflussungskonstante ist.
Wenn das Teilchen mehr oder weniger leitend ist, so ist eine entsprechend längere oder kürzere Zeit erforderlich, ehe die grösstmögliche Ladedichte erreicht ist. Diese Grösse wird als Entspannungszeit bezeichnet :
EMI2.3
wobei e = die Dielektrizitätskonstante und K = die elektrische Leitfähigkeit ist.
Die Aufladung durch Ionisation erfolgt hauptsächlich in der Luft, wenn die Ladeelektrode aus Drähten oder Gittern besteht, die Spitzeneffekte und örtlich sehr hohe Feldstärken erzeugen. In diesem Falle ist die Luft stark ionisiert und die mehr oder weniger isolierenden Teilchen werden an ihrer Oberfläche während der Bewegung durch diesen Bereich durch Ablagerung von Ionen aufgeladen. Nach Ladenburg kann ein kugelförmiges Teilchen mit dem Radius r in einem Ionisationsfeld die folgende Höchstladung erhalten :
EMI2.4
Somit ist ein als kugelförmig angenommenes Teilchen, das entweder durch Ionisation oder Beeinflussung aufgeladen ist, einer Kraft f = Q. E ausgesetzt, deren Wert entsprechend dem Quadrat ihres Radius abnimmt, während andere mechanische Beanspruchungen (Gewicht, Zentrifugalkraft usw.) entsprechend ihrer dritten Potenz abnehmen.
Mit andern Worten, das Überwiegen der elektrostatischen Kräfte ist umgekehrt proportional zum Radius des Teilchens.
In Anwesenheit von andern gleichpolig geladenen Teilchen treten einander abstossende Kräfte im umgekehrten Verhältnis der zweiten Potenz der Abstände (Coulombsches Gesetz) auf, wodurch eine gleichmässige Verteilung der Teilchen in dem Raum in Form einer elektrisierten Wolke erfolgt und eine gleichmässige Ablagerung der Teilchen bewirkt wird, wenn diese auf eine Elektrode mit im wesentlichen konstanten Feld treffen.
In Anwesenheit einer ungleichpolig geladenen Fläche werden die Teilchen gegen diese Fläche angezogen und haften daran, solange die Ladung anhält. Wenn die Ladung dieser Fläche gleichpolig ist, so werden die Teilchen von ihr abgestossen oder, wenn sie sich bereits auf der Fläche befinden, abgerissen.
Wenn ein Teilchen in einer bestimmten Richtung vorherrschende Dimensionen aufweist, so wird es bei Auftreten eines Kraftmoments in die Richtung der Feldkraftlinien bewegt und gelangt in vertikaler Stellung auf die Oberfläche der Elektrode.
Zusammenfassend ist zu sagen, dass die elektrostatischen Kräfte Teilchen bewegen, an bestimmte Stel-
<Desc/Clms Page number 3>
len führen, gleichmässig im Raum verteilen, abreissen oder auf einer Fläche absetzen sowie in einer bestimm- ten Richtung ausreichten können.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel und eine Variante des
Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemässen Telephondrahtes beschrieben, das auf den vorstehend erläuterten elektrostatischen Eigenschaften beruht.
Bei der in den Zeichnungen dargestellten Anlage zur Durchführung des Verfahrens ist zwischen einer Abwickelrolle --1-- für blanken Kupferdraht --2-- und einer Aufwickelrolle --3-- für den isolierten Draht in
Bewegungsrichtung des Drahtes von der Abwickelrolle --1-- zur Aufwickelrolle --3-- eine Vorheizvorrich- tung --4-- des Blankdrahtes --2-- durch Joule-Effekt vorgesehen, die aus zwei Kupferrollen--P, und P2-- besteht, die an die beiden Pole eines Transformators --T-- angeschlossen sind, während der Draht über eine
Leitung --5-- an Erde gelegt ist.
Hinter dieser Vorheizvorrichtung gelangt der Draht in eine elektrostatische Bestäubungsvorrichtung - -6--, die einen Pulverbehälter --7-- aufweist, der von einer Druckluftquelle --8-- mit Druckluft beauf- schlagt wird, durch die eine Zerstäubung des Pulvers in Richtung der Bestäubungsvorrichtung --6-- erfolgt, die bei Eintritt der Druckluft in den Behälter --7-- in Bewegung gesetzt wird. In der Bestäubungsvorrichtung --6-- ist eine zylindrische Elektrode --9-- vorgesehen, die den Draht --2-- umgibt und aus einem rohrförmigen Gitter besteht, das an einen Hochspannungsgenerator --10-- angeschlossen ist, während der Draht --2-- über die vorgenannte Leitung --5-- an Masse gelegt ist.
Am Ausgang der elektrostatischen Bestäubungsvorrichtung -- 6 -- befindet sich ein Infrarotheizkanal - -11--, an den sich unmittelbar eine elektrostatische Beftockungsvorrichtung-12-anschliesst, die in gleicher Weise wie die Bestäubungsvorrichtung --6-- ausgebildet ist, d. h. ebenfalls einen Behälter --13-- aufweist, der Zellulosefasern von etwa 0, 5 mm Länge enthält, der von einer Druckluftquelle --14-- mit Druckluft beaufschlagt wird, die durch den Behälter --13-- strömt und die Zellulosefasern in Richtung auf die Beflockungsvorrichtung --12-- zu treibt.
Die Beflockungsvorrichtung --12-- enthält ebenfalls eine den Draht --2-- umgebende zylindrische Elektrode --15-- die in gleicher Weise wie die Elektrode --9-- ausgebildet und wie diese an den Hochspannungsgenerator --10-- angeschlossen ist.
An die elektrostatische Beflockungsvorrichtung --12-- schliesst sich eine Kühleinrichtung --16-- an, die aus einemKanal--17-- besteht, dem von einem Flüssigkeitsbehälter --18-- Kühlluft zugeführt wird. Schliesslich wird der isolierte Draht auf die Aufwickelrolle --3-- aufgewickelt.
Durch die Vorheizvorrichtung --4-- wird der Draht --2-- auf eine Temperatur erhitzt, die eine örtliche Schmelzung der Pulverteilchen bewirkt, die in der Bestäubungsvorrichtung --6-- durch das darin erzeugte elektrostatische Feld auf den Draht aufgebracht werden.
Zur Erzielung einer einwandfreien Wirkungsweise der Anlage muss die Leistung der Heizvorrichtung auf die Vorschubgeschwindigkeit des Kupferdrahtes --2-- abgestimmt werden. Die Verwendung einer auf dem Joule-Effekt beruhenden Heizvorrichtung ist wesentlich vorteilhafter als die Verwendung eines Heizkörpers, da die thermische Trägheit des letzteren seine Regelung äusserst schwierig machen würde. Die Regelung der Temperatur des Drahtes ist von grösster Wichtigkeit, denn bei einer zu niedrigen Temperatur werden die Pulverteilchen nicht ausreichend an dem Draht befestigt, während bei einer zu hohen Temperatur der Kupferdraht beschädigt wird.
Der von der Vorheizvorrichtung --4-- kommende Draht --2-- ist durch die Leitung --5-- an Masse gelegt, so dass zwischen dem Draht --2-- und dem an dem Hochspannungsgenerator --10-- angeschlossenen
EMI3.1
der Oberfläche des zylindrischen Gitters --9-- ankommt, so erhält es durch das dort vorhandene elektrostatische Feld eine ausreichende Aufladung, um es auf dem Draht abzulagern und, wie oben beschrieben, durch örtliche Schmelzung des Drahtes an diesem zu befestigen. Der auf diese Weise ringsum mit Pulver umschlossene Draht wird dann durch den Infrarotheizkanal --11-- geführt.
Die Erhitzung des Drahtes in dem Infrarotheizkanal --11-- hat den Zweck, die um den Draht herum befestigten Polyäthylenteilchen zum Schmelzen zu bringen, um auf diese Weise eine den Draht --2-- umgebende Isolierhülle --19-- zu schaffen, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Diese Isolierhülle ist nicht gleichmässig ausgebildet, sondern hat eine ungleichmässige Zellenstruktur, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist. Die Zellen --20-sind mit Luft gefüllt, die beim Schmelzen der Pulverteilchen in der Polyäthylenmasse eingeschlossen wurde.
Beim Absetzen der Pulverteilchen auf dem Draht durch das in dem Gitter --9-- erzeugte elektrostatische Feld lassen die Pulverteilchen, die irgendeine ungleichmässige Form aufweisen können, nämlich zahlreiche Zwischenräume zwischen den Teilchen frei und beim Schmelzen des Pulvers im Infrarotheizkanal --11-- wird die in den Zwischenräumen enthaltene Luft eingeschlossen und es entstehen die aus Fig. 2 ersichtlichen Zellen-20-.
Durch die Verwendung von Polyäthylen als Isolierstoffwerden die Ohm- und Dielektrizitätsverluste sehr gering gehalten. Durch die in dem Polyäthylen eingeschlossene Luft wird ausserdem die Leitungskapazität her-
<Desc/Clms Page number 4>
EMI4.1
<Desc/Clms Page number 5>
liegt, wird, wie oben erwähnt, in vorteilhafter Weise Luft in die Kunststoffhülle miteingeschlossen. Das hat jedoch den Nachteil, dass die Zellulosefasern nicht so leicht in den Kunststoff eindringen und sich schwerer darin befestigen lassen.
Daher wurde versucht, ein Polyäthylen zu verwenden, das in geschmolzenem Zustand eine grösser'3 Fliessfähigkeit bestitzt, die das Eindringen der Zellulosefasern in den Kunststoff während des elektrostati- schen Beflockungsvorganges erleichtert, jedoch auch den Nachteil mit sich bringt, dass in der den Kupferdraht umgebenden Kunststoffhülle keine Luftblasen mehr eingeschlossen sind. Das Fehlen der Luftblasen stellt jedoch keinen schwerwiegenden Nachteil dar, da bei der Herstellung von Kabeln aus solchen Drähten ohnehin Luft zwischen den Drähten eingeschlossen wird, weil jeder zur Herstellung des Kabels verwendete Draht von Zellulosefasern umgeben ist.
EMI5.1
Der aus der Heizvorrichtung --11'-- kommende, erhitzte und mit dem geschmolzenen Kunststoff überzogene Draht gelangt unmittelbar in die elektrostatische Beflockungsvorrichtung --12'--, die sich von der in Fig. l dargestellten Beflockungsvorrichtung --12-- darin unterscheidet, dass die Fasern nicht wie bei der letzteren durch einen Luftstrom in das von der Elektrode --15'-- gebildete elektrische Kraftfeld geführt werden, sondern unter der Wirkung der Schwerkraft durch die Elektrode laufen, wobei der Pulverbehälter - durch die Rüttelvorrichtung --23-- gerüttelt wird. Durch die Verwendung der Rüttelvorrichtung - kann der Luftstrom wegfallen, der den Nachteil hat, dass er den geschmolzenen Kunststoff abkühlt und seine Fliessfähigkeit verringert.