Ummanteltes elektrisches Kabel und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung betrifft ein ummanteltes elektrisches Kabel, bestehend aus einer Seele aus isolierten Leitungen, einem Metallband von gleicher Länge wie die Seele, das rohrförmig um diese herumgebogen ist, und einer den rohrförmigen Körper umschliessenden aufgespritzten Kunststoffummantelung, und ist dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmige Körper die Seele lose umschliesst und von dieser nicht gestützt wird, sowie ferner dadurch, dass die Kunststoffummantelung am Metallband an der Grenzfläche haftend gebunden ist, um eine Relativbewegung zwischen der Ummantelung und dem umgebogenen Band an der Grenzfläche zu verhindern.
Bei solchen Kabeln können sich die Längskanten des gebogenen Bandes geringfügig überlappen oder im Wesentlichen aneinanderstossen oder auch unter Freilassen eines kleinen Zwischenraums zwischen den Kanten nahezu aneinanderstossen. Das Kabel kann vorzugsweise ein Telephonkabel sein.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung des kunststoffummantelten Kabels, bei dem die einen hohen Ausdehnungskoeffizienten besitzende Kunststoffummantelungsmasse heiss auf das vorgeformte Metallband gespritzt wird, und ist dadurch gekennzeichnet, dass das Metallband in Richtung seiner Längsachse bewegt und kontinuierlich zu dem gewünschten rohrförmigen Querschnitt der gewünschten Grosse umgebogen wird, wobei die benachbarten Längskanten des umgebogenen Bandes sich weiterhin frei relativ zueinander bewegen können, das Ummantelungsmaterial heiss auf den rohrförmigen Körper gespritzt und eine Umfangsschrumpfung des rohrförmigen Körpers bei der Abkühlung der Ummantelungsmasse verhindert wird, indem man dafür sorgt, dass die heisse Ummantelungsmasse vom Zeitpunkt der Berührung an fest am rohrförmigen Körper längs seines Umfangs haftet.
Anhand der Zeichnung werden nachstehend Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert Hierin sind :
Fig. 1 eine schematische Draufsicht einer Maschine zur Herstellung von ummantelten elektrischen Kabeln ;
Fig. 2 ein stark vergrösserter Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1 ;
Fig. 3 ein stark vergrösserter Schnitt längs der Linie 3-3 der Fig. 1 ;
Fig. 4 ein Schnitt ähnlich Fig. 3, jedoch von einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung ;
Fig. 5A ein Querschnitt durch ein Kabel, worin das umgebogene Metallband die Kabelseele lose mit einander überlappenden Kanten umschliesst und der Poly äthylenmantel an Ort und Stelle so gezeigt ist, wie er auf dem Kabel beim Austritt aus der Spritz- (Strangpress) Maschine vorliegt, d. h. bevor sich das heisse Polyäthylen abgekühlt und zusammengezogen hat ;
Fig. 5B ein ähnlicher Schnitt wie Fig. 5A, jedoch des Zustands, wie er nach Abkühlung und Zusammenziehung des in üblicher Weise aufgebrachten (stranggepressten) Polyäthylenmantels vorliegt ;
Fig. 6A ein ähnlicher Schnitt wie Fig. 5A, wobei jedoch das umgebogene Metallband an seiner Aussenfläche eine dünne Schicht eines Spezialmaterials besitzt ;
Fig. 6B ein Schnitt ähnlich Fig. 6A, jedoch des Zustands nach Abkühlung und Zusammenziehung des aufgebrachten Polyäthylenmantels ;
Fig. 7A ein Schnitt ähnlich Fig. 6A, wobei nur die Längskanten des umgebogenen Metallbandes mit einem geringfügigen Zwischenraum fast aneinanderstossen, statt sich zu überlappen ;
Fig. 7B ein ähnlicher Schnitt wie Fig. 7A, jedoch des Zustands nach Abkühlung und Zusammenziehung des aufgebrachten Polyäthylenmantels und
Fig. 8 eine Schemazeichnung zur Erläuterung der zugrundeliegenden Gesetzmässigkeiten.
Im folgenden werden insbesondere zwei Typen von armierten Telefonkabeln erwähnt. Beim einen Typ bildet ein umgebogenes unverlötetes Aluminiumband die rohrförmige Metallwand, die von einem Polyäthylen- mantel umgeben ist, während beim zweiten Typ unter dem Polyäthylenmantel ein umgebogenes verlötetes Stahlblechband als Armierung vorgesehen ist. Weitere Einzelheiten über derartige Kabel finden sich in der Veröffentlichung Bell System Cable Sheath Problems and Designs von F. W. Horn und R. B. Ramsey in American Institute of Electrical Engineering (AIEE) Proceedings , 1951, Band 70.
Das Volumen einer Polyäthylenmantelmasse (niedrige Dichte) dehnt sich beim Erwärmen von Raum- temperatur (26, 7 C) bis zur Spritz-oder Strangpresstemperatur von 204, 4 C um 26 /o aus (nach R. D. Biggs und R. P. Guenther, Bell Telephone Laboratories, Eleventh Annual Wire and Cable Symposium, Asbury Park, New Jersey). Die Volumenverringerung zwischen 204, 4 C und 26, 7 C beträgt 21"/o, wenn man sie auf das heisse ausgedehnte Volumen bezieht. Die Auswirkungen dieser Schrumpfung müssen bei der Herstellung von Kabeln mit einem aufgespritzten Polyäthylenmantel berücksichtigt werden.
Beim Umspritzen einer starren tragenden Kabelseele, wie einem bleiummantelten Kabel oder einem Kabel mit einem Mantel aus verlötetem Stahlblechstreifen mit Polyäthylen führt die Schrumpfung des gespritzten Kunststoffs bei seiner Abkühlung nur zu einer Verringerung der Mantelwandstärke. Eine Bewegung der Innenfläche des Mantels konzentrisch auf die Kabelmitte hin während der Abkühlung wird durch die feste Abstützung durch den starren Bleimantel oder den Stahlblechmantel, auf dem die Kunststoffummantelung aufliegt, verhindert. Man kann die konzentrische Schrumpfung der Kunststoffummantelung bei der Abkühlung bei Kabeltypen verhindern, die mit einem umgebogenen Band ummantelt sind, und bei denen unter oder über dem umgebogenen Band kein starrer Träger vorhanden ist, um die Ummantelung gegen eine solche Schrumpfung abzustützen.
Zu derartigen Kabeln gehören die erwähnten mit Aluminiumband und Polyäthylen-Ummantelung um eine lose Kabelseele oder eine solche von Unter grösse, sowie leere Leitungen oder Rohre.
Wenn ein nicht abgestütztes Hohlrohr oder ein umgebogenes unversiegeltes Aluminiumband mit einem Polyäthylenmantel umspritzt wird, wird die von Haus aus in allen drei Raumrichtungen erfolgende Schrumpfung nur in Richtung der Kabellänge unterbunden. Es bleibt also die Schrumpfmöglichkeit in Radial-und Umfangsrichtung. Unter der Annahme einer freien Beweglichkeit wird die Hälfte der Schrumpfung als Radialschrumpfung, d. h. Verringerung der Wandstärke, und die Hälfte als Umfangsschrumpfung, die zu einer Verringerung der Fläche des eingeschlossenen Querschnitts führt, erfolgen. Bei einer Volumenschrumpfung um 21"/o muss jede dieser zwei Dimensionen linear um ungefähr 10 /o schrumpfen. Die radiale Schrumpfung, d. h. die Wandstärkenverringerung, hat keine besondere Bedeutung für den vorliegenden Fall.
Die Umfangsschrumpfung jedoch ist von sehr grosser Bedeutung, da sie zu einer Verringerung des Manteldurchmessers führt. Wenn der Kunststoffmantel ohne irgendeine Abstützung gespritzt wird, fällt er bei der Abkühlung zu einer unregelmässigen unbrauchbaren Form zusammen.
Die Grosse und Wirkung der Radialschrumpfung sei als Beispiel anhand eines mit Aluminiumband und Polyäthylen ummantelten Kabels mit einem Durchmesser von 38, 100 mm über das umgebogene überlappende Aluminiumband und einer Polyäthylenmantel-Wandstärke beim Spritzen von 2, 032mm betrachtet. Eine 101/oigne Schrumpfung der Wandstärke, d. h. Radialschrumpfung, verringert die Wandstärke also um 0, 203 mm. Das kann bei der Wandstärkeeinstellung des Mantels beim Spritzen berücksichtigt werden. Die gleichen 100/o Schrumpfung in Umfangsrichtung verringern den Mantelumfang an der Berührungsfläche mit dem Aluminium um 38, 100 x z x 10 /o = 11, 430 mm.
Die gespritzte Ummantelung erstarrt von der äusseren Oberfläche her, da dass Kabel von der Spritzmaschine in Kühlwasser geleitet wird. Bei mit Aluminiumband und Polyäthylen ummantelten Kabeln drückt die Aussenhaut der gespritzten Ummantelung bei ihrer Verfestigung die noch geschmolzene innere Schicht derselben nach innen gegen das umgebogene Aluminiumband. Die überlappenden Kanten des Bandes gleiten relativ zueinander, bis das Aluminiumband fest gegen die Kabelseele gepresst ist. Bei diesem Abkühlungsvorgang kann die äussere überlappende Kante des Bandes in die Kunststoffummantelung gepresst werden.
Diese örtliche Schwächung (Verdünnung) der Kunststoffummantelung ist unerwünscht und kann durch Verwendung eines Überbrückungsbandes verhindert werden, wie in der USA-Patentschrift Nr. 3 087 007 beschrieben.
Bei Kabeln mit Aluminiumband ist das Aluminiumband normalerweise ziemlich eng um die Kabelseele herumgewickelt, so dass die Bandkanten nur zu ungefähr 0, 76 bis 1, 27 mm übereinander gleiten kön- nen. Damit ist die freie Bewegungsmöglichkeit des Aluminiumbandes unter dem Druck der schrumpfenden Kunststoffummantelung erschöpft, und eine weitere Umfangsschrumpfung der Ummantelung erhöht den Druck der Ummantelung gegen die Kabelseele. Das zeigt sehr gut die Innenfläche von Polyäthylenummantelungen, die über gewellte Aluminiumbänder gespritzt sind. Die Innenfläche des Kunststoffs ist in die Wellen des Aluminiumbandes hineingedrückt worden und hat deren Form angenommen.
Dieser Druck kommt von der Abkühlung und Schrumpfung der Aussenhaut der Ummantelung her, die den Kunststoff gegen das nunmehr auf der Kabelseele aufliegende und von ihr fest abgestützte Aluminiumband drückt.
Wenn die Kabelseele weich oder zu klein ist, um das Aluminiumband abzustützen, schrumpft die auf übliche Weise aufgebrachte Ummantelung weiter im Umfang. Infolgedessen fällt das nicht verlötete Aluminiumband an der Überlappung zusammen. Weiches Ummantelungsmaterial fliesst in den zusammengefallenen Bereich, und man erhält ein deformiertes Kabel oder Rohr, in dem das gebogene Aluminiumband lose klappert. Auf diese Weise erhält man also kein brauchbares Produkt.
Es sind auch Kabel denkbar, wobei man eine Kunststoffummantelung über ein umgebogenes, die Kabelseele abdeckendes Band, das an der Überlappung nicht befestigt ist und eine weiche oder kleine Seele umschliesst, spritzen will. Man kann einen Mantel auf eine gewellte Kabelseele oder doppelt ummantelte Kabel aufbringen, bei denen das gewellte Metallband in der darunter liegenden Ummantelung keine Eindrücke erzeugen soll, wie in den sog. Minuteman -Kabeln. Bisher bestand die einzige Lösung für derartige Probleme darin, das Metallband so zu biegen, dass die Kanten des gebogenen gewellten Bandes aneinanderstossen und das Band absichtlich zu verziehen oder zu verdrehen, um sicherzustellen, dass die Wellungen nicht aufeinanderpassen, damit nicht eine Kante über die andere glei ten kann.
Dieser Aufbau einer gewellten Kabelseele ist beschrieben in Bell Laboratories Records, Oktober 1964, Seite 311-312.
Vorzugsweise wird das um die Kabelseele zu einem Rohr gebogene Metallband wenigstens an seiner äus- seren Oberfläche mit einem dünnen Film einer besonderen Polyäthylenverbindung überzogen, die auf die Oberfläche des Metallbandes innig aufgeschmolzen ist und fest daran haftet. Diese auch im USA-Patent Nr.
3 233 036 beschriebene besondere Verbindung besteht aus Polyäthylen mit einem Gehalt an reaktionsfähigen Carboxylgruppen, die die Fähigkeit besitzen, eine sehr feste Haftung am Aluminiumband und auch an der aufgespritzten Polyäthylenummantelung zu entwikkeln. Das mit dieser besonderen Verbindung überzogene Aluminiumband wird gelegentlich als Aluminiumband mit aufgeschmolzenem Polyäthylen bezeichnet.
Wenn die Polyäthylen-Ummantelungsmasse auf das von einem umgebogenen Band aus Aluminium mit aufgeschmolzenem Polyäthylen gebildete Rohr aufgespritzt wird, haftet die heisse Kunststoffummantelung sofort und fest an dem dünnen Film der besonderen Polyäthylenverbindung an der Aussenfläche des umgebogenen Bandes. Es wurde gefunden, dass diese Haftung die Bewegungsfreiheit des Materials der Ummantelung bei seiner Abkühlung einschränkt. Die Schrumpfung der sich abkühlenden Ummantelung wird in allen Richtungen ausser einer unterbunden. Die Ummantelung kann nur in Richtung der Wandstärke schrumpfen.
Mit Bezug auf die Zeichnungen zeigt Fig. 1 eine lose Kabelseele 10, die mit gleichförmiger Bewegung in der durch Pfeile 12 angegebenen Richtung vorgeschoben wird. Ein beschichtetes Metallband 14 wird mit der Kabelseele 10 vorgeschoben und durch Andrückwalzen 16 um die Kabelseele 10 herumgebogen. Diese Andrückwalzen 16 sind nur ein Beispiel für Formvorrichtungen zum Biegen des Bandes 14 zu einem rohrförmigen Körper, bei dem die gegenüberliegenden Kanten 18 des Bandes aneinanderstossen oder im wesentlichen aneinanderstossen, wie in Fig. 3 gezeigt, oder einander längs eines Längssaumes 20 überlappen, wie in Fig. 4 gezeigt. Zur Vereinfachung der Darstellung ist nur ein Paar von Andrückwalzen 16 gezeigt, jedoch können selbstverständlich weitere Andrückwalzen verwendet werden, wie es beim üblichen Rohrformen geschieht.
Das beschichtete Metallband 14 umfasst ein quergewelltes Aluminiumband 22. Die Wellen sind in Fig.
2 klar gezeigt. An der die Aussenfläche des Rohrs nach dem Umbiegen des Bandes um die Kabelseele 10 bildenden Seite des Metallbandes 22 befindet sich eine dünne Kunststoffbeschichtung 24. Vorzugsweise befindet sich an der anderen Seite des Bandes 22, die die Rohrinnenfläche bildet, eine ähnliche Beschichtung 26. Diese Innenbeschichtung ist für die Erfindung nicht wesentlich, liefert jedoch einen wichtigen Schutz des Metallbandes gegen Korrosion. Die Beschichtungen
24 und 26 werden auf das Metallband 22 aufgebracht, bevor es in die in Fig. 1 gezeigte Maschine eingeführt wird, und das beschichtete Band 14 kann auf einer (nicht gezeigten) Spule gelagert werden, aus der es für den in Fig. 1 gezeigten Produktionsschritt (Formen) abgezogen wird.
Die Kunststoffbeschichtungen 24 und 26 bestehen aus Polyolefinkunststoff, der mit einem Material ver einigt ist, um eine haftende Masse zu bilden, die eine feste Bindung an das Metallband 22 ausbildet und auf der ein aufgespritzter Kunststoff bei Berührung sofort haftet. Die Beschichtungen 24 und 26 sollen biegsame Schutzfilme mit hohem elektrischen Widerstand, grosser Beständigkeit gegen Chemikalien und Feuchtigkeit und ausserordentlich guter Haftung am Aluminiumband 22 sein, um den Bearbeitungsschritten, wie Wellen des beschichteten Bandes 14, und einer Ablösung der Schicht in korrodierenden Atmosphären oder Flüs- sigkeiten zu widerstehen.
Polyäthylenfilme erfüllen im allgemeinen die Bedinungen von elektrischem Widerstand und Beständig- keit gegen Chemikalien und Feuchtigkeit. Polyäthylen haftet jedoch nicht mit der gewünschten Festigkeit an Metallen, da Polyäthylen inert ist und nur eine mechanische, auf einer Haftung vom Reibungstyp beruhende Bindung entwickeln kann. Die besten Ergebnisse werden mit einem Mischpolymer von Polyäthylen und Acrylgruppen, beispielsweise einem Pfropfmischpolymer von Polyäthylen und einem Monomer mit reaktionsfähigen Carboxylgruppen, wie einer Acrylsäure oder einem Acrylester, erhalten, wie im USA-Patent Nr.
3 233 036 oder in den USA-Patenten 2 987 501 und 3 027 346 beschrieben. Der Carboxylbestandteil des Mischpolymers hat die Eigenschaft, mit den Metallen chemische Bindungen auszubilden, um die gewünschte Bindung des Films an das Metall zu ergeben.
Das Mischpolymer ist von solcher Art, dass, wenn man es auf beide Seiten des Aluminiumbandes 22 in einer Dicke von 0, 025 bis 0, 075 mm aufbringt, es einen direkten Angriff nuf die Metalloberfläche in korrodierender Umgebung, wie bsim Verlegen von Telefonkabsln an verschiedenen Stellen erwartet werden muss, verhindert.
Wenn dh Filmschichten 24 und 26 an irgendeinem Punkt verletzt werden, mag das Metall dem kor rod-erenden Angriff an der Verletzungsstelle ausgesetzt sein, jedoch ist die Geschwindigkeit der Zerstörung des Metallbandes 22 sehr viel geringer als für ein unbeschichtetes Metallband, da der Angriff der Korrosion, der die Fläche des zerstörten Metalls vergrössert, in Richtung der Länge des Bandes zwischen den Schutzschichten 24 und 26 verlaufen muss. Um jeden mög- lichen Korrosiorsweg so zu begrenzen, müssen die Beschichtungen 24 und 26 am Metallband ohne Ablösung unter der Einwirkung korrodierender Bedingungen und der mechanischen Kräfte der Korrosionsprodukte haften.
Im Handel sind geeignete Materialien für die Beschichtungen 24 und 26 erhältlich von der Dow Chemical Company in Midland, Mich., USA unter der Bezeichnung Copolymer Resin QX 3623 und Copolymer Resin QX-4262. 6
Folgendes Beispiel sei zur Erläuterung gegeben. Ein Aluminiumband von 0, 203 mm Stärke wurde beiderseits mit 0, 051 mm der besonderen Polyäthylen- verbindung beschichtet. Das beschichtete Band wurde quergewellt, wobei die Tiefe der Wellungen 1, 27 mm betrug und 9 bis 10 Wellungen pro 2, 5 cm erzeugt wurden. Die Wellungen sind nicht wesentlich, machen jedoch das ummantelte Kabel oder die ummantelte Rohrleitung biegsam.
Die Dicke des Metallbandes und der Bandbeschichtungen ist in Fig. 2 bis 4 und 6A bis 7B übertrieben, was notwendig ist, um den Aufbau klar zu zeigen.
Nach den Andrückwalzen 16 läuft die Kabelseele mit der vom umgebogenen Band 14 gebildeten rohr förmigen Umhüllung durch eine Spritzumnnntelungs- maschine 30, wo ein Extruder 32 Kunststoff 34, vorzugsweise Polyäthylen, durch Umspritzen auf die Aus senfläche des umgebogenen Bandes 14 unter Bildung einer Ummantelung 36 aufbringt. Diese äussere Ummantelung 36 wird vorzugsweise aus schwarzem Poly äthylen der gewöhnlich für den Aussenmantel elektrischer Kabel benutzten Art hergestellt. Bei seiner Spritztemperatur haftet der Kunststoff 34 bei der Berührung sofort auf dem die Aussenschicht 24 bildenden Material und liefert einen Schichtaufbau mit dem beschichteten Aluminiumband 14. Die Aussenummantelung 36 besitzt vorzugsweise eine radiale Dicke zwischen 1, 524 mm und 2, 032 mm.
Das umgebogene Band 14 ist bei seinemEintritt in den Extruder 32 nicht klebrig, wird jedoch durch die Hitze der Ummantelung aktiviert, wenn es mit der Ummantelungsmasse in Berührung kommt. Nachdem einmal eine genügend feste Haftung zwischen der Ummantelung 36 und dem umgebogenen Band 14 entwickelt ist, kann die Ummantelung 36 nur noch in einer einzigen Richtung schrumpfen, nämlich in Richtung der Wandstärke. Das Haftmaterial soll derart sein, dass die Haftung bei der Abkühlung fester wird, da die zusammenziehenden Kräfte in der Ummantelung bei der Abkühlung der Ummantelung ebenfalls von einigen Zehntel kg/cm2 im heissen Zustand bis auf ungefähr 126 kg/cm2 bei Raumtemperatur ansteigen.
Die Haftung der äusseren Ummantelung 36 am umgebogenen Band hängt von der Temperatur ab, bei der die Kunststoffmasse 34 über das umgebogene Band 14 gespritzt wird. Es ist zweckmässig, die Temperatur des Kunststoffmaterials 34 im Bereich von 204, 4 bis 232, 2 C zu halten, wenn es sich um Polyäthylen mit hohem Molekulargewicht und Spritzgeschwindigkeiten von 15, 24 m/Min. und darüber handelt. Das ist mit normalem Herstellungsverfahren zu vereinbaren.
Fig. 3 zeigt das beschichtete Metallband 14 um eine lose Kabelseele 10 herumgeformt, wobei die Kabelseele nicht gross genug ist, das umgebogene Band 14 gegen in Umfangsrichtung wirkende Zusammenziehung und Zusammenfallen in irgendeiner Weise abzustützen. Um ein Durchhängen der mit dem Band umgebenen Seele zu verhindern, kann eine Stützrolle 46 auf der Laufstrecke zwischen der Formstation oder den Andrück- walzen 16 und der Spritz-und Ummantelungsstation 30 verwendet werden.
Fig. 4 zeigt einen abgewandelten Aufbau, wobei das beschichtete Metallband 14 um die Kabelseele 10 herum mit einem fJberlappungssaum statt des Stossaums 20 der Fig. 3 geformt ist. Alle anderen Teile in Fig. 4, die denen in Fig. 3 entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Fig. 5A und 5B zeigen, was eintritt, wenn man eine Polyäthylenummantelung auf übliche Weise auf das eine lose Kabelseele umhüllende überlappend umgebogene Aluminiumband spritzt. Die Fig. 6A und 6B zeigen zum unmittelbaren Vergleich, was eintritt, wenn man eine Polyäthylenummantelung auf das eine lose Kabelseele umhüllende überlappend umgebogene Metallband spritzt. Der Kabelaufbau und die Verfahrensbedingungen der Untersuchungen, auf denen diese Zeichnungen beruhen, waren in beiden Fällen gleich, ausser dass in den Fig. 5A und 5B das Aluminiumband unbeschichtet, in den Fig. 6A und 6B dagegen mit der besonderen haftenden Polyäthylenverbindung, wie oben beschrieben, beschichtet war.
In Fig. 5A ist die Kabelseele 61 gezeigt, wie sie lose von dem vom umgebogenen Aluminiumband 62 gebildeten annähernd zylindrischen Rohr umgeben ist.
Die Bandkanten überlappten einander, wie gezeigt. Die zylindrische Polyäthylenummantelung 63 ist in dem Zustand gezeigt, wie sie heiss aus der Spritzmaschine kommt. Beim Abkühlen zieht sich die Polyäthylenum- mantelung 63 in Umfangsrichtung zusammen, was bewirkt, dass die überlappenden Kanten des Aluminiumbandes aneinander vorbei gleiten und damit die vom umgebogenen Band umschlossene Querschnittsfläche verringern und die ursprünglich im wesentlichen zy lindrische Form verzerren. Dabei drückte sich die Aus senkante des Bandes in die Polyäthylenummantelung ein und verringerte ihre Wandstärke unmittelbar oberhalb der Bandkante im Vergleich mit anderen Stellen des Umfangs. Dieses Ergebnis ist in Fig. 5B gezeigt.
Fig. 6A zeigt die Kabelseele 61', die lose eingeschlossen ist in dem vom umgebogenen Aluminiumband 62'gebildeten annähernd zylindrischen Rohr, wobei sich die Bandkanten, wie gezeigt, überlappen. Die aufgespritzte Polyäthylenummantelung 63', noch heiss vom Extruder, war zylindrisch. Die Hitze der Ummantelung aktivierte die Spezialpolyäthylenbeschichtung auf der äusseren Oberfläche des Bandes 62', was zu einer sofortigen Haftung der Ummantelungsmasse am beschichteten Band rings um dessen Umfang führte. Beim Abkühlen zog sich die Polyäthylenummantelung 63'zusammen, jedoch konnte das Band 62'in Umfangsrichtung nicht frei unter der Ummantelung 63'gleiten, und die Schrumpfung der Ummantelung war auf radiale Schrumpfung beschränkt, die nur zu einer Verringerung der Ummantelungswandstärke führte.
Ein Gleiten der überlappenden Kanten des umgebogenen Bandes relativ zueinander trat nicht ein, und man erhielt als Endergebnis den in Fig. 6B gezeigten Kabelaufbau.
Der in Fig. 7A gezeigte Kabelaufbau ist ähnlich dem in Fig. 6A, ausser dass sich die umgebogenen Bandkanten nicht überlappen sondern zwischen ihnen ein geringer Zwischenraum bleibt. Fig. 7A zeigt den Aufbau mit der noch heissen Polyäthylenummantelung in zylindrischer Form, wie sie auf das umgebogene Aluminiumband 62", das an seiner äusseren Oberfläche eine Beschichtung mit der Spezialhaftmasse besitzt, aufgespritzt ist. Eine sofortige Haftung der heissen Ummantelung 63"am umgebogenen Band 62"verhindert eine Bewegung der Ummantelung relativ zur Bandoberfläche. Bei der Abkühlung kann sich die Masse der Ummantelung 63"nur in einer radialen Richtung zusammenziehen, abgesehen von einer sehr schmalen Fläche des Umfangs über dem Spalt zwischen den Kanten des umgebogenen Bandes.
Die Schrumpfung führt also zu einer Wandstärkenverringerung der Ummantelung 63", ausser am schmalen Spalt zwischen den Kanten des umgebogenen Bandes, wo die Masse geringfügig eintritt und sich nach innen in den Spalt herabwölbt, wie in Fig. 7B gezeigt.
Zur Verhinderung einer Umfangsschrumpfung der thermoplastischen Ummantelung bei ihrer Abkühlung muss die Innenfläche der Ummantelung trotz der Schrumpfung der Masse des darüberliegenden Ummantelungsmaterials eine gleichbleibende Urnfangslänge behalten. Bei üblichen Aluminium-Kabeln haftet die Poly äthylenummantelung nicht am Aluminium, und die Abkühlung der aufgespritzten Ummantelung führt zu einem teilweisen Zusammendrücken des Aluminiumrohrs, bis dieses von der Kabelseele gestützt wird. Dagegen haftet bei dem vorliegenden Kabel die Polyäthylenummantelung bereits beim Aufspritzen fest an dem besonderen Spe zialpolyäthylen-Haftüberzug auf dem Metallband, und ein Zusammenfallen des Metallrohres tritt nicht ein.
Zur Erläuterung der vorliegenden Gesetzmässig- keiten wird auf die Schemazeichnung Fig. 8 Bezug genommen. Es sei ein Segment der thermoplastischen Ummantelung und des Metallbandes betrachtet. Wenn man die Ummantelung 1 an den Punkten A und B am Metallband 2 haften lässt, wird das Metallband 2 bei der Schrumpfung der Ummantelungsmasse der zusammendrückenden Kraft S unterworfen ; diese tritt als Folge der Schrumpfung der Ummantelung auf und hängt von den Spritzbedingungen ab. In den meisten Fällen kann sie eine Höhe von 35 kg/cm2 erreichen. Das Metallband 2 kann als ein unter Druck stehender prismatischer Körper angesehen werden, wenn die Punkte A und B nahe genug beieinanderliegen.
Für die in einem unter Druck stehenden prismatischen Aluminiumkörper auftretenden Spannungen wird im Handbuch Aluminium Structural Design der Reynolds Metal, Company, Louisville 1, Kentucky, 1951 die folgende Formel angegeben :
EMI5.1
worin -= die Festigkeitsgrenze des prismatischen Kör a pers (in kg/cm2 k = Koeffizient der Endbefestigung
L = Länge der Säule (in cm) und r = der Trägheitshalbmesser des Bandes (in cm) sind.
In diesem Fall ist k = 1, und für ein Aluminiumband von 0, 0203 cm Dicke gilt r = 0, 29 X 0, 203 = 0, 005887 cm
Die Höchstbelastung, die das Band A-B vor dem Zusammenfallen aushält, beträgt :
EMI5.2
Wenn die Ummantelung eine Wandstärke von 2, 032 mm hat, wie sie für Telefonkabel typisch ist, beträgt die auf 25, 40 mm axialer Kabellänge wirkende Kraft 18, 144 kg.
Die auf das Aluminiumband an den Punkten A und B wirkende Druckspannung beträgt 352 kg/cm2.
Wenn die Ummantelung am tragenden Band nahezu kontinuierlich haftet, nähert sich die Entfernung L zwischen den Punkten A und B dem Wert Null, und das Aluminiumband wird nicht zusammenfallen, da
EMI5.3
Wenn jedoch die Haftung punktweise erfolgt und die Entfernung L den Wert 436-352 = 21, 35 L oder L = 3, 937 mm erreicht, wird das Band zusammenfallen und die Ummantelung in Umfangsrichtung schrumpfen.
Die tatsächlichen Vorgänge bei der Verhinderung der Umfangsschrumpfung der Ummantelung sind komplizierter. Zunächst ist die Spannung S klein, da sich die Ummantelung in geschmolzenem Zustand befindet.
Ebenso ist die Bindung zwischen der Ummantelung und dem geschmolzenen Ueberzug auf dem Band an den Punkten A und B schwach. Bei der Abkühlung des Kabels nimmt die Spannung S zu und erfordert stärkere Bindungen an den Punkten A und B. Diese werden geliefert vom Mischpolymerüberzug auf dem Band, der ebenfalls ein (modifiziertes) Polyäthylen ist, sich abkühlt und eine Festigkeitssteigerung im gleichen Temperaturbereich wie das Ummantelungsmaterial erfährt.
Mit Zunehmen der Spannung in der sich abkühlenden Ummantelung steigt dann allmählich die Haftung am Metall an und damit die Fähigkeit, die Spannungen auf das Metall zu übertragen. Bei der Endabkühlung werden Spannungen in der Ummantelung auf das Aluminiumband übertragen, das sie ohne Zusammenfallen oder Knittern aufnimmt. Untersuchungen bei verschiedenen Spritzbedingungen haben gezeigt, dass die untere Grenze für die Dicke von Aluminiumband, das ohne Zusammenfallen verwendet werden kann, 0, 102 mm beträgt. Aluminiumband mit 0, 203 mm Dicke bietet einen Sicherheitsfaktor, selbst wenn die Haftung zwischen der Ummantelung und dem Band nicht vollkom- men kontinuierlich ist.
Das zur Herstellung der rohrförmigen Umhüllung für die Kabelseele umgebogene Metallband ist in einigen der Erläuterungen als Aluminiumband angegeben worden, kann jedoch ebenso aus Kupfer oder einem anderen Material bestehen.
Jacketed electrical cable and process for its manufacture
The invention relates to a sheathed electrical cable, consisting of a core made of insulated lines, a metal band of the same length as the core, which is bent around the core in a tubular shape, and an injection-molded plastic sheath surrounding the tubular body, and is characterized in that the tubular body the core loosely encloses and is not supported by it, and also in that the plastic sheath is bonded to the metal strip at the interface in order to prevent relative movement between the sheath and the bent band at the interface.
In the case of cables of this type, the longitudinal edges of the bent strip can slightly overlap or essentially abut one another or also almost abut one another while leaving a small space between the edges. The cable can preferably be a telephone cable.
The invention also relates to a method for producing the plastic-sheathed cable, in which the plastic sheathing compound, which has a high coefficient of expansion, is injected hot onto the preformed metal strip, and is characterized in that the metal strip moves in the direction of its longitudinal axis and continuously to the desired tubular cross-section of the desired Large is bent over, the adjacent longitudinal edges of the bent band can still move freely relative to one another, the sheathing material is sprayed hot onto the tubular body and circumferential shrinkage of the tubular body is prevented when the sheathing compound cools by ensuring that the hot sheathing compound firmly adheres to the tubular body along its circumference from the moment of contact.
Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawing.
1 is a schematic plan view of a machine for manufacturing sheathed electrical cables;
FIG. 2 shows a greatly enlarged section along the line 2-2 of FIG. 1;
3 shows a greatly enlarged section along line 3-3 in FIG. 1;
4 shows a section similar to FIG. 3, but of a modified embodiment of the invention;
5A is a cross-section through a cable, in which the bent metal band loosely encloses the cable core with overlapping edges and the polyethylene jacket is shown in place as it is on the cable when it exits the injection molding (extrusion) machine, d. H. before the hot polyethylene has cooled and contracted;
FIG. 5B shows a section similar to FIG. 5A, but in the state as it is after cooling and contraction of the (extruded) polyethylene jacket applied in the usual manner; FIG.
6A shows a section similar to FIG. 5A, but with the bent metal strip having a thin layer of a special material on its outer surface;
6B shows a section similar to FIG. 6A, but showing the state after cooling and contraction of the applied polyethylene jacket;
FIG. 7A shows a section similar to FIG. 6A, only the longitudinal edges of the bent metal strip almost touching one another with a slight gap instead of overlapping one another; FIG.
7B shows a section similar to FIG. 7A, but the state after cooling and contraction of the applied polyethylene jacket and
8 is a schematic drawing to explain the underlying principles.
Two types of armored telephone cables are specifically mentioned below. In one type, a bent, unsoldered aluminum band forms the tubular metal wall, which is surrounded by a polyethylene jacket, while in the second type, a bent, soldered sheet steel band is provided as reinforcement under the polyethylene jacket. Further details of such cables can be found in Bell System Cable Sheath Problems and Designs by F. W. Horn and R. B. Ramsey in American Institute of Electrical Engineering (AIEE) Proceedings, 1951, Volume 70.
The volume of a polyethylene casing compound (low density) expands by 26 / o when heated from room temperature (26.7 C) to the injection or extrusion temperature of 204.4 C (according to RD Biggs and RP Guenther, Bell Telephone Laboratories, Eleventh Annual Wire and Cable Symposium, Asbury Park, New Jersey). The decrease in volume between 204.4 C and 26.7 C is 21 "/ o when related to the hot expanded volume. The effects of this shrinkage must be considered when manufacturing cables with an over-molded polyethylene jacket.
When encapsulating a rigid, load-bearing cable core, such as a lead-sheathed cable or a cable with a sheath made of soldered sheet steel strips with polyethylene, the shrinkage of the injection-molded plastic when it cools only leads to a reduction in the sheath wall thickness. A movement of the inner surface of the jacket concentrically towards the middle of the cable during cooling is prevented by the firm support by the rigid lead jacket or the sheet steel jacket on which the plastic jacket rests. The concentric shrinkage of the plastic jacket during cooling can be prevented in the case of cable types which are jacketed with a bent band and in which there is no rigid support under or above the bent band to support the jacket against such shrinkage.
Such cables include those mentioned with aluminum tape and polyethylene sheathing around a loose cable core or one of under-size, as well as empty lines or pipes.
If an unsupported hollow pipe or a bent, unsealed aluminum strip is encapsulated with a polyethylene jacket, the inherent shrinkage in all three spatial directions is only prevented in the direction of the cable length. There remains the possibility of shrinking in the radial and circumferential directions. Assuming free mobility, half of the shrinkage is considered radial shrinkage, i.e. H. Reduction in wall thickness, and half as circumferential shrinkage, which leads to a reduction in the area of the enclosed cross-section. With a volume shrinkage of 21 "/ o, each of these two dimensions must shrink linearly by about 10 / o. The radial shrinkage, i.e. the reduction in wall thickness, is of no particular significance for the present case.
The circumferential shrinkage, however, is of great importance, since it leads to a reduction in the jacket diameter. If the plastic jacket is injected without any support, it will collapse into an irregular unusable shape as it cools.
The size and effect of the radial shrinkage is considered as an example using a cable sheathed with aluminum tape and polyethylene with a diameter of 38.100 mm over the bent, overlapping aluminum tape and a polyethylene jacket wall thickness of 2.032mm when spraying. A 101% shrinkage in wall thickness, i.e. H. Radial shrinkage, so reduces the wall thickness by 0.203 mm. This can be taken into account when setting the wall thickness of the jacket when spraying. The same 100 / o shrinkage in the circumferential direction reduces the jacket circumference at the contact surface with the aluminum by 38.100 x z x 10 / o = 11.430 mm.
The sprayed coating solidifies from the outer surface, since the cable from the spraying machine is led into cooling water. In the case of cables sheathed with aluminum tape and polyethylene, the outer skin of the injection-molded sheathing presses the still melted inner layer inwards against the bent aluminum tape as it solidifies. The overlapping edges of the tape slide relative to each other until the aluminum tape is pressed firmly against the cable core. During this cooling process, the outer, overlapping edge of the tape can be pressed into the plastic coating.
This local weakening (thinning) of the plastic coating is undesirable and can be prevented by using a bridging tape, as described in US Pat. No. 3,087,007.
In the case of cables with aluminum tape, the aluminum tape is usually wrapped around the cable core quite tightly so that the tape edges can only slide about 0.76 to 1.27 mm over one another. This exhausts the freedom of movement of the aluminum strip under the pressure of the shrinking plastic sheath, and further circumferential shrinkage of the sheath increases the pressure of the sheath against the cable core. This shows very well the inner surface of polyethylene jackets, which are injected over corrugated aluminum strips. The inner surface of the plastic has been pressed into the corrugations of the aluminum strip and has taken its shape.
This pressure comes from the cooling and shrinking of the outer skin of the sheathing, which presses the plastic against the aluminum strip now lying on the cable core and firmly supported by it.
If the cable core is soft or too small to support the aluminum strip, the conventionally applied sheathing will shrink further in circumference. As a result, the unsoldered aluminum tape collapses at the overlap. Soft sheathing material flows into the collapsed area, and a deformed cable or pipe is obtained in which the bent aluminum strip rattles loosely. So in this way you don't get a usable product.
Cables are also conceivable, in which case a plastic sheathing is to be injected over a bent band that covers the cable core, which is not attached to the overlap and encloses a soft or small core. A sheath can be applied to a corrugated cable core or double-sheathed cables, where the corrugated metal band should not create any indentations in the sheathing underneath, as in so-called Minuteman cables. Until now, the only solution to such problems has been to bend the metal band so that the edges of the bent, corrugated band butt and deliberately warp or twist the band to ensure that the corrugations do not match, one edge over the other can slide.
This structure of a corrugated cable core is described in Bell Laboratories Records, October 1964, pages 311-312.
The metal band bent around the cable core to form a tube is preferably covered at least on its outer surface with a thin film of a special polyethylene compound which is intimately melted onto the surface of the metal band and adheres firmly to it. This also in the USA patent no.
3 233 036 the special compound described consists of polyethylene with a content of reactive carboxyl groups, which have the ability to develop a very strong adhesion to the aluminum strip and also to the sprayed-on polyethylene coating. The aluminum tape covered with this special compound is sometimes referred to as aluminum tape with melted polyethylene.
When the polyethylene coating compound is sprayed onto the tube formed by a bent strip of aluminum with melted polyethylene, the hot plastic jacket immediately and firmly adheres to the thin film of the special polyethylene compound on the outer surface of the bent strip. It has been found that this adhesion restricts the freedom of movement of the material of the jacket when it cools. The shrinkage of the cooling jacket is prevented in all directions except one. The sheath can only shrink in the direction of the wall thickness.
Referring to the drawings, FIG. 1 shows a loose cable core 10 advancing with uniform motion in the direction indicated by arrows 12. A coated metal strip 14 is advanced with the cable core 10 and bent around the cable core 10 by pressure rollers 16. These nip rollers 16 are but one example of forming devices for bending the belt 14 into a tubular body in which the opposite edges 18 of the belt abut or substantially abut, as shown in FIG. 3, or overlap along a longitudinal seam 20, as in FIG Fig. 4 shown. To simplify the illustration, only a pair of pressure rollers 16 is shown, but of course further pressure rollers can be used, as is done with conventional tube forming.
The coated metal strip 14 comprises a transversely corrugated aluminum strip 22. The corrugations are shown in FIG.
2 clearly shown. A thin plastic coating 24 is located on the side of the metal band 22 that forms the outer surface of the pipe after the band has been bent around the cable core 10. Preferably, a similar coating 26 is located on the other side of the band 22, which forms the pipe inner surface. This inner coating is not essential to the invention, but provides important protection of the metal strip against corrosion. The coatings
24 and 26 are applied to the metal band 22 before it is fed into the machine shown in FIG. 1, and the coated band 14 can be stored on a reel (not shown) from which it is used for the production step shown in FIG (Forms) is deducted.
The plastic coatings 24 and 26 are made of polyolefin plastic, which is united with a material ver to form an adhesive mass that forms a firm bond to the metal strip 22 and to which a sprayed plastic adheres immediately when touched. The coatings 24 and 26 should be flexible protective films with high electrical resistance, great resistance to chemicals and moisture and extremely good adhesion to the aluminum strip 22 in order to avoid the processing steps, such as corrugation of the coated strip 14, and a detachment of the layer in corrosive atmospheres or fluids. to resist candy.
Polyethylene films generally meet the requirements of electrical resistance and resistance to chemicals and moisture. However, polyethylene does not adhere to metals with the desired strength because polyethylene is inert and can only develop a mechanical bond based on friction-type adhesion. The best results are obtained with a copolymer of polyethylene and acrylic groups, for example a graft copolymer of polyethylene and a monomer having reactive carboxyl groups such as an acrylic acid or an acrylic ester, as disclosed in U.S. Patent No.
3,233,036 or U.S. Patents 2,987,501 and 3,027,346. The carboxyl component of the interpolymer has the property of forming chemical bonds with the metals to provide the desired bond of the film to the metal.
The interpolymer is of such a nature that if it is applied to both sides of the aluminum tape 22 to a thickness of 0.025-0.075 mm, it will attack the metal surface directly in a corrosive environment, such as laying telephone cables on various Bodies must be expected, prevented.
That is, if film layers 24 and 26 are injured at any point, the metal may be exposed to the corroding attack at the injury site, but the rate of destruction of the metal tape 22 is much slower than for an uncoated metal tape because the attack is corrosion , which increases the area of the destroyed metal, must run in the direction of the length of the tape between the protective layers 24 and 26. In order to limit any possible corrosive path in this way, the coatings 24 and 26 must adhere to the metal strip without detaching under the action of corrosive conditions and the mechanical forces of the corrosion products.
Suitable materials for coatings 24 and 26 are commercially available from Dow Chemical Company of Midland, Mich., USA under the designation Copolymer Resin QX 3623 and Copolymer Resin QX-4262. 6th
The following example is given for explanation. An aluminum band of 0.03 mm thick was coated on both sides with 0.051 mm of the special polyethylene compound. The coated tape was corrugated transversely, the depth of the corrugations being 1.27 mm and 9 to 10 corrugations being produced per 2.5 cm. The corrugations are not essential, but they make the jacketed cable or pipe flexible.
The thickness of the metal tape and the tape coatings is exaggerated in Figures 2-4 and 6A-7B, which is necessary to clearly show the construction.
After the pressure rollers 16, the cable core with the tubular sheath formed by the bent band 14 runs through an injection molding machine 30, where an extruder 32 applies plastic 34, preferably polyethylene, by injection molding onto the outer surface of the bent band 14 to form a sheath 36 . This outer sheath 36 is preferably made of black poly ethylene of the type commonly used for the outer sheath of electrical cables. At its injection temperature, the plastic 34 immediately adheres to the material forming the outer layer 24 upon contact and provides a layer structure with the coated aluminum strip 14. The outer casing 36 preferably has a radial thickness between 1.524 mm and 2.032 mm.
The bent tape 14 is not tacky as it enters the extruder 32, but is activated by the heat of the jacket when it comes into contact with the jacket compound. Once a sufficiently firm bond has been developed between the casing 36 and the bent band 14, the casing 36 can only shrink in a single direction, namely in the direction of the wall thickness. The adhesive material should be such that the adhesion becomes stronger when it cools down, since the contracting forces in the jacket when the jacket cools also increases from a few tenths of kg / cm2 in the hot state to about 126 kg / cm2 at room temperature.
The adhesion of the outer casing 36 to the bent band depends on the temperature at which the plastic compound 34 is injected over the bent band 14. It is useful to keep the temperature of the plastic material 34 in the range of 204.4 to 232.2 C when it is high molecular weight polyethylene and injection speeds of 15.24 m / min. and acts about it. This can be agreed with normal manufacturing processes.
3 shows the coated metal band 14 formed around a loose cable core 10, the cable core not being large enough to support the bent band 14 in any way against contraction and collapse acting in the circumferential direction. In order to prevent the core surrounded by the tape from sagging, a support roller 46 can be used on the runway between the forming station or the pressure rollers 16 and the injection and coating station 30.
FIG. 4 shows a modified structure, the coated metal strip 14 being formed around the cable core 10 with an overlapping seam instead of the butt seam 20 of FIG. All other parts in FIG. 4 which correspond to those in FIG. 3 are provided with the same reference numerals.
FIGS. 5A and 5B show what occurs when a polyethylene sheath is injected in the usual way onto the overlapping, bent-over aluminum strip which surrounds a loose cable core. For direct comparison, FIGS. 6A and 6B show what occurs when a polyethylene sheath is injected onto the overlapping, bent metal band which surrounds a loose cable core. The cable structure and the process conditions of the investigations on which these drawings are based were the same in both cases, except that in FIGS. 5A and 5B the aluminum tape was uncoated, in FIGS. 6A and 6B, however, with the special adhesive polyethylene connection as described above , was coated.
In FIG. 5A, the cable core 61 is shown as it is loosely surrounded by the approximately cylindrical tube formed by the bent aluminum strip 62.
The tape edges overlapped each other as shown. The cylindrical polyethylene jacket 63 is shown in the state as it comes out of the injection molding machine hot. When it cools, the polyethylene sheathing 63 contracts in the circumferential direction, which causes the overlapping edges of the aluminum strip to slide past one another and thus reduce the cross-sectional area enclosed by the bent strip and distort the originally essentially cylindrical shape. In the process, the lower edge of the tape was pressed into the polyethylene casing and its wall thickness was reduced immediately above the tape edge in comparison with other parts of the circumference. This result is shown in Fig. 5B.
6A shows the cable core 61 ', which is loosely enclosed in the approximately cylindrical tube formed by the bent aluminum strip 62', the strip edges overlapping, as shown. The sprayed-on polyethylene jacket 63 ', still hot from the extruder, was cylindrical. The heat from the jacket activated the specialty polyethylene coating on the outer surface of the tape 62 ', resulting in immediate adhesion of the jacket compound to the coated tape around its periphery. During cooling, the polyethylene casing 63 'contracted, but the tape 62' could not slide freely in the circumferential direction under the casing 63 ', and the shrinkage of the casing was limited to radial shrinkage, which only led to a reduction in the casing wall thickness.
Sliding of the overlapping edges of the bent tape relative to one another did not occur, and the end result was the cable structure shown in Fig. 6B.
The cable structure shown in FIG. 7A is similar to that in FIG. 6A, with the exception that the bent band edges do not overlap, but rather a small space remains between them. 7A shows the structure with the still hot polyethylene jacket in a cylindrical shape, as it is sprayed onto the bent aluminum strip 62 ″, which has a special adhesive coating on its outer surface. Immediate adhesion of the hot jacket 63 ″ to the bent strip 62 "prevents movement of the sheath relative to the belt surface. During cooling, the mass of the sheath 63" can only contract in one radial direction, apart from a very narrow area of the circumference above the gap between the edges of the bent belt.
The shrinkage thus leads to a reduction in the wall thickness of the casing 63 ″, except at the narrow gap between the edges of the bent strip, where the mass enters slightly and arches inwardly into the gap, as shown in FIG. 7B.
To prevent circumferential shrinkage of the thermoplastic casing when it cools, the inner surface of the casing must retain a constant circumferential length despite the shrinkage of the mass of the overlying casing material. With conventional aluminum cables, the polyethylene sheath does not adhere to the aluminum, and the cooling of the sprayed-on sheath leads to the aluminum tube being partially compressed until it is supported by the cable core. In contrast, in the case of the present cable, the polyethylene sheath adheres firmly to the special special polyethylene adhesive coating on the metal tape as soon as it is sprayed on, and the metal tube does not collapse.
Reference is made to the schematic drawing in FIG. 8 to explain the present laws. Consider a segment of the thermoplastic jacket and the metal band. If the sheathing 1 is allowed to adhere to the metal strip 2 at points A and B, the metal strip 2 is subjected to the compressive force S as the sheathing mass shrinks; this occurs as a result of the shrinkage of the jacket and depends on the spraying conditions. In most cases it can reach a height of 35 kg / cm2. The metal band 2 can be regarded as a prismatic body under pressure if the points A and B are close enough to each other.
For the stresses occurring in a prismatic aluminum body under pressure, the following formula is given in the manual Aluminum Structural Design of Reynolds Metal, Company, Louisville 1, Kentucky, 1951:
EMI5.1
where - = the strength limit of the prismatic body (in kg / cm2 k = coefficient of the end attachment
L = length of the column (in cm) and r = the radius of inertia of the band (in cm).
In this case k = 1, and for an aluminum strip 0.0203 cm thick, r = 0.29 X 0.203 = 0.005887 cm
The maximum load that belt A-B can withstand before collapsing is:
EMI5.2
If the sheath has a wall thickness of 2.032 mm, as is typical for telephone cables, the force acting on 25.40 mm of axial cable length is 18.144 kg.
The compressive stress acting on the aluminum strip at points A and B is 352 kg / cm2.
When the sheath adheres to the supporting belt almost continuously, the distance L between points A and B approaches zero and the aluminum belt will not collapse because
EMI5.3
However, if the adhesion is point-wise and the distance L reaches the value 436-352 = 21.35 L or L = 3.937 mm, the tape will collapse and the jacket will shrink in the circumferential direction.
The actual processes of preventing the circumferential shrinkage of the jacket are more complicated. First, the stress S is small because the shell is in a molten state.
Likewise, the bond between the jacket and the molten coating on the tape at points A and B is weak. As the cable cools, the tension S increases and requires stronger bonds at points A and B. These are provided by the mixed polymer coating on the tape, which is also a (modified) polyethylene, cools down and increases strength in the same temperature range as the jacket material learns.
As the tension in the cooling jacket increases, the adhesion to the metal gradually increases and with it the ability to transfer the tension to the metal. During the final cooling, stresses in the jacket are transferred to the aluminum strip, which absorbs them without collapsing or creasing. Studies under various spray conditions have shown that the lower limit for the thickness of aluminum strip that can be used without collapsing is 0.12 mm. Aluminum tape with a thickness of 0.203 mm offers a safety factor even if the adhesion between the jacket and the tape is not completely continuous.
The metal band bent over to produce the tubular sheathing for the cable core has been indicated in some of the explanations as aluminum band, but can also consist of copper or another material.