Elektrisches <B>Kabel und Verfahren zu dessen Herstellung.</B> Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein mit einem Polyäthylen enthaltenden Material isoliertes, elektrisches Kabel, wel ches sich zur Übertragung von elektrischer Energie bei verhältnismässig niederen Be triebsspannungen, das heisst Spannungen bis zu 1000 Volt, eignet, und auf ein Verfahren zur Herstellung dieses Kabels. Dieses Kabel kann Leiter aufweisen, die sich für hohe Stromstärken, beispielsweise von mehreren hundert Amp., eignen, oder auch solche Leiter, die sich für die Übertragung elek trischer Energie in Haushaltungen eignen, wie z. B. Drähte.
Es ist bekannt, Gummi, synthetische, gummiähnliche oder plastische Materialien, ölgetränktes Papier und Bitumen enthaltende Materialien als Isoliermaterial für die Leiter in solchen Kabeltypen zu verwenden; diese Materialien besitzen jedoch gewisse Nachteile.
Manche dieser Materialien sind chemisch nicht vollständig inert und werden durch Säuren, Alkali und Ozon angegriffen. Ferner adsorbieren .die meisten dieser Materialien Feuchtigkeit unter Einbusse ihrer isolieren den Eigenschaften. Aus diesem Grunde war es üblich, das Kabel mit irgendeinem Schutz- mittel zu versehen, wie z.
B. einem Bleiman tel, um das Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern und ausserdem eine Armierung aus Stahldrähten für den mechanischen Schutz vorzusehen. Diese Armierung bewirkt zusätzlich :der Erhöhung der_ Produktions- kosten eine Erhöhung das Gewichts und redu ziert die Biegsamkeit solcher Kabel. Ausser dem ist es nicht ratsam, mit Blei bedeckte Kabel bei frostigem Wetter zu legen, weil der Bleimantel brüchig werden kann und dann beim Biegen bricht.
Mit Bleimänteln ver sehene Kabel lassen sich nur schwierig ver einigen, weil das Blei selbst abgedichtet wer den muss, wobei eine gewisse Sorgfalt walten gelassen werden muss, damit die Verbindungs stellen gegen Feuchtigkeit hinreichend wider standsfähig sind.
Die mechanischen Eigenschaften einiger Isoliermaterialien verschlechtern sich nach einem gewissen Zeitablauf, wodurch gewisse Kabel bald unbrauchbar werden. So hat bei spielsweise Gummi die Eigenschaft des Alterns , das heisst Gummi verschlechtert sich bei Lufteinwirkung. Anderseits werden Bitumenmassen hart, brüchig und unbiegsam nach gewisser Zeit.
Ein weiterer Nachteil mancher der be kannten Isoliermaterialien ist in deren Nei gung zum Kaltfliessen zu sehen. Dies trifft insbesondere bei verschiedenen plastischen Isolationstypen und besonders bei übernorma len Temperaturen zu. Durch dieses Kalt fliessen im isolierenden Material wird der leitende Draht dezentralisiert, so dass demzu folge gewisse Teile der Isolierung dünn wer den und Gefahr des Durchschlagens besteht.
Auch bei Kabeln, die mit mit Öl getränktem Papier isoliert sind, begegnet man in jener Fällen, in denen der Leiter nicht horizontal liegt, einer gewissen Neigung.des isolierenden Materials zum Wegfliessen von den höher liegenden Teilen des Leiters, wobei Gefahr besteht, dass blossgelegte oder schwachisolierte Drähte verbleiben.
Durch die vorliegende Erfindung wird bezweckt, ein Kabel zu schaffen, dessen Iso liermaterial die oben erwähnten Nachteile nicht aufweist und das ohne Bleibemantelung verwendet werden kann.
Die Erfindung fusst auf der Erkenntnis, dass bei normaler Raumtemperatur festes Polyäthylen physikalische, chemische und elektrische Eigenschaften vereinigt, dank welchen es sich für die Herstellung von elek trischen Kabeln der oben beschriebenen Art besonders gut eignet.
Polyäthylen entspricht in seiner Zusam mensetzung praktisch der Formel (CH.),. Halbfestes oder fettähnliches Polyäthylen sowie festes Polyäthylen sind bekannt, doch bezieht sich die vorliegende Erfindung ledig lich auf solche Polyäthylene, welche bei ge wöhnlichen Temperaturen fest sind. Solche Polyäthylene, die nachfolgend auch als Poly- thene bezeichnet werden, können Molekular gewichte von 2000 bis<B>30000</B> und mehr auf weisen, je nach den Herstellungsbedingungen.
Polythene vom Molekulargewicht 4000 bis <B>30000</B> schmelzen oder erweichen bei ea. 110 bis 120 C unter Bildung einer äusserst visko sen Flüssigkeit und sind in gewissen orga nischen Lösungsmitteln in der Hitze mässig löslich, obgleich sie in der Kälte bloss spär lich löslich sind.
Methoden zur Herstellung von Polythenen wurden im brit. Patent Nr. 471590 beschrie ben, wonach Äthylen mit oder ohne einen geringen Gehalt an Sauerstoff einem sehr hohen Druck und einer mässig hohen Tempe ratur unter solchen Bedingungen unterwor fen wird, dass die Umsetzungswärme rasch entweicht.
Einige Eigenschaften von festen Polythe- nen wurden im brit. Patent Nr. 471590 er wähnt, so z. ss, deren Widerstandsvermögen gegen Wasser, Säuren und Alkalien sowie deren dielektrische Eigenschaften, die wider Erwarten gut sind.
Es konnte indessen nicht vorausgesehen werden, dass diese Polythene den gestellten Forderungen für Kabelisolier materialien entsprechen würden und dass Kabel von guter Qualität und langer Lebens dauer dadurch erhalten werden können, dass Leiter mit verhältnismässig dünnen Deck schichten aus festem Polythen hergestellt werden. Insbesondere konnte nicht vorausge sehen werden, dass mittels Polythen isolierte Kabel unter korrosiven Bedingungen, z. B. beim Eingraben im Boden ohne äussern Bleischut.zmantel, sieh ausserordentlich gut bewähren.
Ferner war nicht zu erwarten, dass mit Polythen bedeckte Kabel wiederholtem Biegen und Handhaben, ohne dass sich der Schutzmantel vom Draht löst, standhalten würden.
Das erfindungsgemässe elektriselie Kabel für Spannungen bis zu 1000 Volt ist dadurch. gekennzeichnet, da.ss es mindestens einen Leiter aufweist, der von einer maximal. 2,5 min dicken Schicht eines Isoliermaterials, welches mindestens 50 % festes Polyäthylen enthält, umgeben ist.
Feste Polythene weisen einen grossen Molekulargewiehtsbereich auf, je nach den Reaktionsbedingungen, welche zu deren Her stellung zur Anwendung gelangten. Wenn auch die elektrischen Eigenschaften ungeach tet des Molekulargewichts beinahe gleich gut sind, so ist doch zu erwähnen, dass hochmole kulare Polythene bessere mechanische Eigen schaften aufweisen. Demzufolge wird man als für die Erfindung in Frage kommende Mate rialien Polythenen von hohem Molekularge.. wicht, vorzugsweise von mindestens 10 000, z. B. von 25 000 bis 30 000, den Vorrang geben.
Solche Polythene zeigen eine sehr ge ringe Neigung zum Fliessen , selbst bei I.00 C bzw. bei in der Nähe von 100 C liegenden Temperaturen.
Die bevorzugte Methode zum Aufbringen des Polythens besteht darin, da.ss es durch Auspressen aus einer Düse bei erhöhten Tem- peraturen, z. B. oberhalb 110 C, auf den Leiter gebracht wird. Selbstverständlich kann man sich auch anderer Methoden bedienen, indem man beispielsweise den Leiter mit blatt- förmigem Polythen überzieht oder ein Band aus Polythen rund um den Leiter windet und hierauf Hitze anwendet, um die Polythen- deckschicht mit dem Leiter gut zu vereinigen.
In gleicher Weise kann man faseriges Mate rial, z. B. Papier oder Gewebe, welches mit Polythen überschichtet bzw. imprägniert wurde, verwenden.
Eine andere Methode zur Anwendung des Polythens besteht in der Verwendung einer Lösung -desselben in einem geeigneten flüch tigen Lösungsmittel, welches hierauf bei einer über dem Erweichungspunkt des Polythens liegenden Temperatur verdampft wird. Das Lösungsmittel kann auch durch Verdampfen unterhalb des Erweichungspunktes des Poly- thens entfernt werden, worauf die entstehende nichthaftende Schicht von Polythen über die Erweichungstemperatur erhitzt wird, um eine Kohäsion der Polythenpartikel zu bewirken.
Mit Polythen isolierte Kabel der be schriebenen Art besitzen wichtige technische und wirtschaftliche Vorteile. So ist es für die meisten Verwendungszwecke nicht erforder lich, die Kabel mit einer Schutzschicht aus Blei zu versehen, wie dies der Fall ist bei mit Papier, gefirnisstem Batist. oder ähnlichen Materialien isolierten Kabeln"da das Polythen neben der Isolierfähigkeit auch noch einen wirksamen Feuehtigkeitsschutz bietet..
Ausser dem können dank der hohen .chemischen Unan greifbarkeit des Polythens solche Kabel ohne Bleischutzschicht an der Luft verwendet, im Boden einegraben bzw. in einer Dampf atmosphäre' verwendet werden oder auch unter sauren oder alkalischen Bedingungen, ohne dass irgendeine Beschädigung eintreten würde. Das Polythen ist ausserdem gegen Ozon inert, was sehr wichtig ist, weil Ozon gewöhnlich in der Nachbarschaft von elek trischen Kabeln auftritt und die bekannten Isoliermaterialien beschädigt.
Im Gegensatz zu Gummi besitzt Polythen nicht den Nach teil des Alterns , das heisst es wird durch Liegenlassen nicht beschädigt; ausserdem wird es auch nicht hart, brüchig und unbiegsam mit dem Alter, wie dies für Bitumenmate- rialien der Fall ist. Polythen, im Gegensatz zu Gummi, wird bei Kontaktnahme mit Kupfer nicht beschädigt, so dass es nicht er forderlich ist, Kupferleiter mit Zinn zu über ziehen, um eine solche Berührung zu ver meiden, wie dies oft getan werden muss bei Verwendung von Gummiisolationen.
Ferner sind noch andere Vorteile bei Nichtverwendung eines Bleimantels zu er- , wähnen, so z. B. die wesentlich geringeren Produktionskosten. Es ist nicht notwendig, die Enden des Kabels abzudichten wie bei mit Bleimänteln versehenen Kabeln. Die Kabel sind überdies ausserordentlich leicht, da, kein Blei erforderlich ist und das spezifische Gewicht des Polythens nur 0,92 bis 0,94 be trägt. Die neuen Kabel sind bei niedrigen Temperaturen, z. B. bei - 20 C und weniger, biegsam und können bei niedrigen Tempera turen gelegt werden, ohne Gefahr zu laufen, dass das Kabel beschädigt wird.
Ein wichtiger Vorteil der mit Polythen isolierten Kabel gegenüber den mit einem öl- getränkten Gewebe und mit einem Bleimantel versehenen Kabeln besteht darin, dass die Kabelverbindungen viel leichter zu bewerk stelligen sind, und zwar sowohl .an den Enden als auch an den Abzweigstellen. Da kein Blei mantel verwendet werden muss, ist an den Verbindungsstellen kein Bleilöten erforder lich, und da das Polythen selbst wasserbe ständig ist, bedarf es keiner besonderen Sorg falt zum Ausschluss der Feuchtigkeit.
Das Verbinden wird auch durch das leichte Ge wicht und die Flexibilität dieser mit Poly- then isolierten Kabel erleichtert. Polythen besitzt ausserordentlich gute elektrische Isolationseigenschaften, insbeson dere einen sehr hohen Isolationswiderstand und eine hohe Durchschlagfestigkeit. Die asymptotisehe Durchschlagfestigkeit, das heisst die Durchschlagfestigkeit nach unbestimmter Zeit, ist 200 bis 400 Kilovolt je cm.
Dies be deutet, dass die Niederspannungskabel eine ausserordentlich dünne Polythenisolation ver langen, wodurch eine Kostenersparnis bei der Herstellung und eine Verminderung des Kabelgewichts erreicht wird. Es ist nicht nötig, dem Polythen Plastifiziermittel zuzu setzen. Bei den meisten plastischen Materia lien muss man Plastifiziermittel zugeben, wodurch eine Herabsetzung der Isoliereigen- schaften bewirkt wird. Ausserdem verdampfen diese Plastifiziermittel manchmal langsam aus dem Material, wobei dieses brüchig und hart wird.
Mit Polyäthylen isolierte Kabel können bei erhöhten Temperaturen von 80 bis 100<B>'</B> C ver wendet werden ohne Dezentralisierung des Drahtes, da das Polyäthylen auch bei diesen Temperaturen nur eine geringe Tendenz zum Fliessen zeigt. Diesbezüglich sind sie den mit Bitumen und plastischen Materialien isolier ten Kabeln weit überlegen.
Da Polyäthylen sich leicht über die Seele bzw. .das Kernstück ausstossen lässt und keine Vulkanisierung erforderlich ist, wie .dies bei mit Gummi überzogenen Kabeln der Fall ist, ist die Herstellung von mit Polyäthylen iso lierten Kabeln einfach und billig.
Obgleich ein Bleimantel gewöhnlich nicht erforderlich ist, so kann man dennoch ge- wünschtenfalls einen solchen verwenden. Ebenfalls nicht ausgeschlossen ist eine nor male Aussenverstärkung, wie z. B. Bandagen, Armierungen, Umflechtungen, Gummimäntel und andere Formen äusserer Überzüge, sofern solche aus mechanischen oder .andern Grün den dienlich sein mögen.
Die Kabel können einen oder mehrere Leiter aufweisen, die aus massiven Drähten oder Litzendrähten bestehen können. In Kabeln mit. mehreren Leitern kann einer der Leiter oder können mehrere derselben mit andern Materialien als Polyäthylen isoliert sein.
Die Erfindung soll nicht auf die Verwen dung von Isoliermaterialien, welche Polyäthy len allein aufweisen, beschränkt sein. Ge- wünsehtenfalls kann man eine Masse verwen den, welche neben Polyäthylen auch, noch eine gewisse Menge, jedoch weniger als 50%, Paraffinwachs in Mischung enthält. Ferner kann das Isoliermaterial aus einem mit Poly äthylen, dem gegebenenfalls noch Paraffin wachs beigemischt ist, imprägnierten, faseri gen Material, z. B. Papier, bestehen.
In allen diesen Fällen soll aber das Isoliermaterial mindestens 501/o festes Polyäthylen enthalten.
Die Erfindung zeichnet sich gegenüber bereits bekannten Kabeln dadurch aus, dass letztere zur Übertragung von Hochspan nungsströmen, das heisst von mindestens 1000 Volt, eine beträchtliche Isolationsdicke auf weisen, während die Kabel der vorliegenden Erfindung nur eine dünne Isolationsschicht von höchstens 2,5 mm besitzen. Für Span nungen bis zu 1000 Volt beträgt die erforder liche Dicke der Poly äthylenisolierung 0,025 bis 2,5 mm, während bei 50 000 Volt eine Dicke von 6 bis 12 mm erforderlich wäre.
Die Erfindung sei durch die folgenden Beispiele erläutert: <I>Beispiel 1:</I> Ein Kabel mit einem einzigen Leiter zur Übertragung von elektrischer Energie von bis zu 1000 Volt wird dadurch hergestellt, dass bei 1400 C eine Schicht von Polythen (Mol.- Gew. 20 000) von 2,5 mm Dicke über einen kupfernen Litzenleiter mit einer Querschnitts fläehe von 0,65 em2 aus einer Düse ausge stossen wird. 'Über die Polythenisolierung wird Jute gewickelt und .das Kabel mit einer Anzahl Stahldrähte, welche in einer einzigen Schicht gewickelt werden, armiert, wobei das Ganze in für elektrische Untergrundkabel üblicher Weise zusammengesetzt ist.
Beispiel <I>2:</I> Es wird ein ähnliches Kabel wie in Bei spiel 1 hergestellt, wobei jedoch vier der Armierungsstahldrä,hte durch Kupferdrähte ersetzt werden, wodurch eine wirksame Erd- rückleitung erzielt wird.
<I>Beispiel 3:</I> Ein Leiter, bestehend aus neun kupfernen Litzenleitern, wird mit einer Polythenschieht von 1,2 mm Dicke (Mol.-Gew. 15 000) isoliert. Das Polythen wird durch Beimischen von 0,5% eines roten Farbstoffes zuerst gefärbt und hierauf über den Draht ausgestossen. Das hergestellte Kabel eignet sich für Hausinstal lationen.
<I>Beispiel 4:</I> Es wird ein Kabel dadurch hergestellt, dass rund um einen kupfernen Litzendraht ein 5,08 ein breites P.olythenband von 0,075 mm Dicke, welches aus Polythen vom Mol.-Gew. 25 000 besteht, gewickelt wird. Das Band wird schraubenförmig in drei Schichten darumgewickelt, worauf diese Schichten durch Erhitzen auf ca. 1200C miteinander verbunden werden.
<I>Beispiel 5:</I> Ein Draht für Ströme bis zu 1000 Volt wird durch Hindurchziehen eines kupfernen Litzenleiters durch eine Polythenlösung, ent- haltend 20% Polythen (Mol.-Gew. 15 000) in Xylol von 1201' C, und Verdampfen des Lösungsmittels aus der anhaftenden Schicht bei 1200 C hergestellt.
<I>Beispiel 6:</I> Ein Kabel wird durch Umwickeln mittels eines 50 mm breiten Bandes aus mit Polythen imprägniertem Leinen rund um einen kupfer nen Litzenleiter, anschliessendes Erhitzen auf ca. 120 C, zum Verbinden der Polythen- deeksehicht, hergestellt, wobei die Dicke des fraglichen Bandes 0,12 mm beträgt.
Beispiel <I>7:</I> Ein Gemisch von 90 Gew:-Teilen Polythen (Mol.-C,ew. 20 000) und 10 Gew-Teilen Paraf finwachs wird bei 140 C über einen kupfer nen Litzenleiter von einem Querschnitt von 3,25 cm= ausgestossen, um einen Isoliermantel von 1,2 mm Dicke zu bilden. Das Kabel wird mit Stahldrähten :auf Jute armiert Lind eignet sieh für Starkströme von 1000 Volt.