CH630128A5

CH630128A5 - Heat-resistant glass-fibre cable, and process for its production

Info

Publication number: CH630128A5
Application number: CH472978A
Authority: CH
Inventors: Donald L Snellman; Willard G Hudson
Original assignee: Norfin
Priority date: 1978-04-18
Filing date: 1978-05-02
Publication date: 1982-05-28
Also published as: AU3530778A; GB1589044A; AU506416B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Kabel gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. The invention relates to a cable according to the preamble of claim 1 and a method for its production.

Metallische und nichtmetallische Kabel, wie Glasfaserkabel, verlängern sich gewöhnlich mit zunehmender Temperatur. Der Umfang der wärmebedingten Längung ist eine Funktion des linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Kabelmaterials und der Temperaturändeung, der das Kabel unterworfen ist. Bei vielen Kabelanwendungsfällen ist eine übermässige oder ungesteuerte Wärmelängung sehr unerwünscht. So kann z. B. die Wärmelängung von einem als Verstärkungsorgan für aufgehängte elektrische Transmissions-5 leitungen verwendeten Kabel einen gefährlichen Durchhang der Leitung hervorrufen. Metallic and non-metallic cables, such as fiber optic cables, usually elongate with increasing temperature. The amount of thermal elongation is a function of the linear coefficient of thermal expansion of the cable material and the temperature change to which the cable is subjected. In many cable applications, excessive or uncontrolled thermal elongation is very undesirable. So z. B. the thermal elongation of a cable used as a reinforcing member for suspended electrical transmission lines 5 cause a dangerous sag of the line.

Durch die Erfindung soll hingegen ein Kabel geschaffen werden, bei dem sich die Wirkung aus der Wärmelängenänderung steuern lassen, um je nach den Wärmeausdehnungsei-lo genschaften von verwendetem Verstärkungs- und Bindematerial Kabel vorzusehen, die sich bei ändernden Temperaturbedingungen entweder ausdehnen, zusammenziehen oder in ihrer Länge im wesentlichen konstant bleiben. By the invention, however, a cable is to be created in which the effect of the change in thermal length can be controlled in order to provide, depending on the thermal expansion properties of the reinforcing and binding material used, cables which either expand, contract or change in changing temperature conditions Length remain essentially constant.

Zur Erzielung dieser Forderungen bei einem Kabel gemäss ls Oberbegriff des Patentanspruches 1 dienen die Merkmale des kennzeichnenden Teiles dieses Patentanspruches. The characteristics of the characterizing part of this claim serve to achieve these requirements for a cable according to the preamble of claim 1.

Das Verstärkungsmaterial aus durchgehenden Glasfäden ist im Bindematerial aus elastomerem Stoff eingebettet, The reinforcement material made of continuous glass threads is embedded in the binding material made of elastomeric material,

wobei vorzugsweise der lineare Wärmeausdehnungskoeffi-20 zient des elastomeren Materials wesentlich grösser als der der Fäden ist. Die Fäden sind vorzugsweise in sich überlappenden konzentrischen Lagen angeordnet, wobei sie schraubenlinienförmig unter einem konstanten Schraubenwinkel vom Kabelmittelpunkt zur äusseren Oberfläche aufge-2s schichtet werden. Das elastomere Material umgibt die einzelnen Fäden und verbindet diese mit den Fäden der gleichen sowie benachbarten Lagen. preferably the linear coefficient of thermal expansion of the elastomeric material is substantially larger than that of the threads. The threads are preferably arranged in overlapping concentric layers, being layered helically at a constant screw angle from the cable center to the outer surface. The elastomeric material surrounds the individual threads and connects them to the threads of the same and neighboring layers.

Bei Erwärmung wird der Wärmelängung der einzelnen Fäden durch die gleichzeitige, radial gerichtete wärmebe-30 dingte volumetrische Expansion des elastomeren Materials entgegengewirkt. Der Tendenz der einzelnen Fäden, sich mit zunehmender Temperatur zu verlängern, steht daher die Kontraktion, hervorgerufen durch die radiale Expansion des elastomeren Materials, entgegen. Was die Gesamtlänge des 3s Kabels betrifft, so lässt sich daher die Wärmelängung des Kabels bei zunehmender Temperatur durch eine gleichzeitige Erhöhung der Kabelquerschnittsfläche, hervorgerufen durch die radiale Komponente der volumetrischen Expansion des elastomeren Materials, auf Null kompensieren. Bei Abküh-40 lung wirkt natürlich der Wärmekontraktion der einzelnen Fäden die gleichzeitige radial gerichtete, volumetrische Kontraktion des elastomeren Materials entgegen. Diese volumetrische Kontraktion des elastomeren Materials bedingt eine Verkleinerung der Kabelquerschnittsfläche, wodurch die 45 Wärmekontraktion des Kabels auf Null gebracht wird. In jedem Fall gilt, dass, je grösser der Schraubenwinkel ist, When heated, the thermal elongation of the individual threads is counteracted by the simultaneous, radially directed heat-related volumetric expansion of the elastomeric material. The tendency of the individual threads to lengthen with increasing temperature is therefore counteracted by the contraction caused by the radial expansion of the elastomeric material. With regard to the total length of the 3s cable, the thermal elongation of the cable with increasing temperature can be compensated for by a simultaneous increase in the cable cross-sectional area, caused by the radial component of the volumetric expansion of the elastomeric material. When cooling, the heat contraction of the individual threads naturally counteracts the simultaneous radially directed, volumetric contraction of the elastomeric material. This volumetric contraction of the elastomeric material causes a reduction in the cross-sectional area of the cable, which brings the heat contraction of the cable to zero. In any case, the larger the screw angle,

unter dem die Fäden aufgeschichtet sind, desto grösser die erhaltene Kompensationswirkung wird und umgekehrt. Durch Festlegung des Schraubenwinkels, unter dem die so Fäden aufgeschichtet werden, und Konstanthaltung dieses Winkels vom Kabelmittelpunkt bis zur äusseren Oberfläche, lassen sich daher je nach Wärmeausdehnungseigenschaft der verwendeten Verstärkungs- und elastomeren Materialien Kabel erhalten, die sich entweder ausdehnen, zusammen-55 ziehen oder eine konstante Länge haben. Bei den meisten praktischen Anwendungsfällen erfolgt die Steuerung der Kabellänge dadurch, dass man den Schraubenwinkel unabhängig von der auf das Kabel einwirkenden Zugbelastung festlegt; bei gewissen hohen Spannungsfällen kann jedoch 60 der Schraubenwinkel auch weiter in bezug auf die Elastizität des verwendeten Fadenmaterials gebracht werden. under which the threads are piled up, the greater the compensation effect obtained and vice versa. By determining the screw angle at which the threads are piled up and keeping this angle constant from the center of the cable to the outer surface, depending on the thermal expansion properties of the reinforcement and elastomeric materials used, cables can be obtained that either expand, contract or have a constant length. In most practical applications, the cable length is controlled by determining the screw angle independently of the tensile load acting on the cable; in certain high tension cases, however, the screw angle can also be brought further in relation to the elasticity of the thread material used.

Der Schraubenwinkel, unter dem die Zugkraft aufnehmenden Elemente übereinandergeschichtet werden, um ein wärmestabiles Kabel zu erhalten, ergibt sich vorzugsweise 65 aus der folgenden Gleichung: The screw angle at which the tensile force-absorbing elements are stacked to obtain a heat-stable cable preferably results from the following equation:

sin(x)= V TÄ" sin (x) = V TÄ "

3 3rd

630128 630128

Darin bedeuten sin(x) = Sinus des Schraubenwinkels x, Here sin (x) = sine of the screw angle x,

kB = linearer Wärmeausdehnungskoeffizient des Bindematerials, kB = linear coefficient of thermal expansion of the binding material,

ks = linearer Wärmeausdehnungskoeffizient des Verstärkungsmaterials, ks = linear coefficient of thermal expansion of the reinforcing material,

%B = volumetrischer prozentualer Anteil des Bindematerials. % B = volumetric percentage of the binding material.

Die erfindungsgemässen Prinzipien sind insbesondere für die Anwendung bei Glasfaserkabeln geeignet, die in Roving-Wickeltechnik hergestellt, aus mehreren konzentrischen, sich überlappenden Lagen von schraubenlinienförmig gelegten Glasfaserrovings bestehen, wobei jeder Roving eine Vielzahl von im wesentlichen nichtverdrillten, grundsätzlich parallelen Glasfäden enthält. Jeder Faden wird von einer ausgehärteten Elastomerhülle umgeben, die mit der Hülle verbunden ist, die die benachbarten Fäden in der gleichen Lage oder den benachbarten Lagen umgibt. Bei der Kabelherstellung werden die Rovings schraubenlinienförmig zur Bildung einer anfänglichen Aufbaustruktur zusammengewickelt und dann weitere Rovinglagen schraubenlinienförmig um die anfängliche Struktur gewunden, wobei der Schraubenwinkel konstant gehalten wird, bis ein Kabel mit dem gewünschten Durchmesser vorliegt. Das Glasfaserverbundkabel wird unter Verwendung einer Vorrichtung grundsätzlich ähnlicher Bauart wie die in der US-PS 3 663 553 beschriebene, gefertigt. The principles according to the invention are particularly suitable for use with fiber optic cables which are manufactured using the roving winding technique and consist of a plurality of concentric, overlapping layers of helically arranged glass fiber rovings, each roving containing a multiplicity of essentially non-twisted, basically parallel glass threads. Each thread is surrounded by a cured elastomeric sheath connected to the sheath that surrounds the adjacent threads in the same layer or layers. In cable manufacture, the rovings are helically wrapped together to form an initial build structure and then further layers of roving are helically wound around the initial structure, keeping the screw angle constant until a cable of the desired diameter is present. The fiber optic composite cable is manufactured using a device of basically similar construction to that described in US Pat. No. 3,663,553.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: An embodiment of the invention is explained below with reference to the drawing. Show it:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht von einem Abschnitt eines Glasfaserverbundkabels mit Darstellung von einem während des Kabelaufbaus aufgegebenen Glasfaserrovings, Fig. 2 eine geschnittene Ansicht des Kabels nach Fig. 1 mit Hinweis auf die volumetrische Wärmeexpansion des Kabels, Fig. 3 eine grafische Darstellung bezüglich des Zusammenhangs zwischen der Temperatur und dem Längungs- bzw. Kontraktionsverhalten von konventionellen Kabeln und einem Glasfaserkabel nach Fig. 1 bei unterschiedlichen Schraubenschichtungswinkeln, Fig. 1 is a perspective view of a portion of a fiber optic cable showing a fiber roving abandoned during cable construction, Fig. 2 is a sectional view of the cable of Fig. 1 with reference to the volumetric thermal expansion of the cable, Fig. 3 is a graphical representation with respect to Relationship between the temperature and the elongation or contraction behavior of conventional cables and a glass fiber cable according to FIG. 1 at different screw layer angles,

Fig. 4 eine grafische Darstellung bezüglich des Zusammenhangs zwischen dem Schraubenwinkel und der Gesamtkontraktion von Glasfaserkabeln nach Fig. 3, 4 shows a graphical representation with regard to the relationship between the screw angle and the total contraction of glass fiber cables according to FIG. 3, FIG.

Fig. 5 eine der Fig. 3 ähnliche Darstellung bezüglich des Wärmelängungs- und Kontraktionsverhaltens von Kabeln nach Fig. 1 aus unterschiedlichen und unter verschiedenen Schraubenwinkeln aufgeschichteten Fadenmaterialien, 5 shows a representation similar to FIG. 3 with regard to the thermal elongation and contraction behavior of cables according to FIG. 1 from different thread materials layered at different screw angles,

Fig. 6-9 schematische Darstellungen bezüglich der Auswirkung der Temperatur auf eine Einheitslänge des Kabels nach Fig. 1, 6-9 are schematic representations of the effect of temperature on a unit length of the cable of FIG. 1,

Fig. 10 eine grafische Darstellung bezüglich des Zusammenhangs zwischen dem errechneten Schraubenwinkel bei Wärmestabilität und dem Produkt des linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von und dem prozentualen Anteil des Bindematerials im Kabel nach Fig. 1, unter Vorsehen von Verstärkungsmaterialien mit verschiedenen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten, 10 is a graphical representation of the relationship between the calculated screw angle for thermal stability and the product of the linear coefficient of thermal expansion of and the percentage of the binding material in the cable of FIG. 1, providing reinforcing materials with different linear thermal expansion coefficients,

Fig. 11 eine grafische Darstellung des Zusammenhangs zwischen Temperatur und Kontraktion des Kabels nach Fig. 1 unter verschiedenen Zugbelastungen, und Fig. 11 is a graphical representation of the relationship between temperature and contraction of the cable of Fig. 1 under different tensile loads, and

Fig. 12 eine schematische Darstellung der Auswirkung der Zugbelastung auf eine Einheitslänge des Kabels nach Fig. 1. FIG. 12 shows a schematic illustration of the effect of the tensile load on a unit length of the cable according to FIG. 1.

Das Glasfaserkabel nach Fig. 1 und 2 umfasst eine Vielzahl von sich überlappenden konzentrischen Lagen aus schraubenlinienförmig geschichteten Glasfaserrovings 2. Jeder Roving besteht aus einer Vielzahl von im wesentlichen nicht verdrillten, grundsätzlich parallelen Glasfäden 4. Die Fäden 4 sind, wie in Fig. 1 gezeigt, unter einem Schraubenwinkel x schraubenlinienförmig geschichtet, wobei der Winkel x vom Kabelmittelpunkt bis zur äusseren Oberfläche konstant bleibt. Jeder Faden wird von einer ausgehärteten Elastomerhülle umgeben, die mit den die benachbarten Fäden an sowohl gleichen als auch benachbarten Schichten umgebenden Elastomerhüllen verbunden ist, so dass eine elasto-mere Kabelmatrix 6 gebildet wird. 1 and 2 comprises a large number of overlapping concentric layers of helically layered glass fiber rovings 2. Each roving consists of a large number of essentially non-twisted, basically parallel glass threads 4. The threads 4 are, as shown in FIG. 1 , layered helically at a screw angle x, whereby the angle x remains constant from the cable center to the outer surface. Each thread is surrounded by a hardened elastomer sleeve which is connected to the elastomer sleeves surrounding the adjacent threads on both the same and adjacent layers, so that an elastomeric cable matrix 6 is formed.

Das Glasfaserkabel nach Fig. 1 und 2 wird hergestellt, indem eine Vielzahl von Glasfaserrovings 2 zur Bildung einer anfänglichen Aufbaulage schraubenlinienförmig zusammengewickelt wird und danach weitere Glasfaserrovings 2 in schraubenlinienförmiger Weise um die anfängliche Aufbaulage gemäss Fig. 1 gewunden werden, um eine Vielzahl von sich überlappenden konzentrischen Lagen zu bilden, bis ein Kabel mit dem gewünschten Durchmesser vorliegt. Daher ist das fertige Kabel kernlos und hat einen im wesentlichen homogenen Querschnitt. 1 and 2 is produced by winding a plurality of glass fiber rovings 2 in a helical manner to form an initial construction position and then winding further glass fiber rovings 2 in a helical manner around the initial construction position in accordance with FIG. 1 in order to overlap a plurality to form concentric layers until a cable with the desired diameter is available. The finished cable is therefore coreless and has an essentially homogeneous cross section.

Die ausgehärtete, jeden Faden umgebende Elastomerhülle wird während der Kabelherstellung unter Verwendung von einem Zweikomponentenelastomermaterial gebildet. Gemäss einem bekannten Herstellungsverfahren wird während des Aufbaus der ersten und nachfolgenden Lagen ein gewisser Teil der Rovings mit einer Umhüllungskomponente getränkt, die das nichtgehärtete elastomere Material ist. Die verbleibenden Rovings werden mit der anderen Umhüllungskomponente, bei der es sich um das Aushärtungsmittel oder den Härter handelt, getränkt. Wenn die Rovings während der Aufschichtung auf das Kabel aufgelegt werden, reagieren diese beiden Komponenten unter Bildung einer elastomeren Kabelmatrix miteinander, so dass jeder Faden von einer ausgehärteten elastomeren Hülle umgeben wird, die mit den Hüllen verbunden ist, die benachbarte Fäden sowohl in der gleichen als auch in den benachbarten Lagen umgeben. Ure-thanelastomere werden bevorzugt; welches bestimmte Bindematerial jedoch ausgewählt wird, hängt von der Art des verwendeten Fadenmaterials und den gewünschten Wärmeausdehnungseigenschaften des Elastomers ab. Zum Beispiel können andere polymere Bindematerialien verwendet werden. Das Glasfaserverbundkabel nach Fig. 1 und 2 sowie das Verfahren und die Vorrichtung zum Herstellen des Kabels, sind im Detail in der US-PS 3 662 533 dargestellt und beschrieben, so dass hierauf ausdrücklich Bezug genommen wird. The cured elastomeric sheath surrounding each thread is formed during the cable manufacturing process using a two component elastomer material. According to a known manufacturing process, a certain part of the rovings is impregnated with a coating component, which is the uncured elastomeric material, during the construction of the first and subsequent layers. The remaining rovings are impregnated with the other coating component, which is the curing agent or hardener. When the rovings are placed on the cable during the stacking process, these two components react with one another to form an elastomeric cable matrix, so that each thread is surrounded by a hardened elastomeric sheath, which is connected to the sheaths, the adjacent threads both in the same as also surrounded in the neighboring locations. Urethane elastomers are preferred; however, which particular binding material is selected depends on the type of thread material used and the desired thermal expansion properties of the elastomer. For example, other polymeric binder materials can be used. 1 and 2 and the method and the device for producing the cable are shown and described in detail in US Pat. No. 3,662,533, so that reference is expressly made to them.

In nicht zu erwartender Weise wurde festgestellt, dass das Glasfaserverbundkabel der hier beschriebenen Bauart sich je nach dem Schraubenwinkel, unter dem der Glasroving aufgelegt wird, unter in weitem Umfang sich ändernden Temperaturverhältnissen entweder ausdehnt, zusammenzieht oder in seiner Länge im wesentlichen konstant bleibt. Im Gegensatz zum herkömmlichen Verhalten von Kabeln, ermöglicht ferner die erfindungsgemässe Lehre eine genaue Steuerung des Wärmeverhaltens des Kabels, indem der Schraubenwinkel, unter dem die Fäden aufgeschichtet werden, in Beziehung zu den Wärmeausdehnungseigenschaften von Faden und verwendeten elastomeren Materialien gebracht wird. In an unexpected manner, it was found that the glass fiber composite cable of the type described here, depending on the screw angle at which the glass roving is placed, either expands, contracts, or remains substantially constant in length under changing temperature conditions. In contrast to the conventional behavior of cables, the teaching according to the invention also enables precise control of the thermal behavior of the cable by relating the screw angle at which the threads are stacked in relation to the thermal expansion properties of the thread and the elastomeric materials used.

Bei Erwärmung wird der Wärmeausdehnung der einzelnen Fäden durch die gleichzeitige volumetrische Wärmeexpansion des elastomeren Materials entgegengewirkt. Wie durch die Pfeile in Fig. 2 angedeutet, erfolgt die volumetrische Wärmeexpansion des Elastomer hauptsächlich in radialer Richtung. Diese radial gerichtete Komponente der volumetri-schen Expansion des elastomeren Materials will das Kabel zusammenziehen, so dass eine Gegenwirkung gegen die Neigung der einzelnen Fäden vorliegt, sich mit zunehmender When heated, the thermal expansion of the individual threads is counteracted by the simultaneous volumetric thermal expansion of the elastomeric material. As indicated by the arrows in FIG. 2, the volumetric thermal expansion of the elastomer mainly takes place in the radial direction. This radially directed component of the volumetric expansion of the elastomeric material wants to pull the cable together, so that there is a counteraction against the inclination of the individual threads, which increases with increasing

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

630128 630128

4 4th

Temperatur zu verlängern. Was die gesamte Kabellänge betrifft, so kann daher die Wärmelängenänderung des Kabels bei zunehmender Temperatur durch eine Vergrösse-rung der Kabelquerschnittsfläche, hervorgerufen durch die radiale Komponente der volumetrischen Ausdehnung des elastomeren Materials, auf Null gebracht werden, so dass ein thermisch stabiles Kabel vorliegt. Extend temperature. With regard to the entire cable length, the change in the heat length of the cable with increasing temperature can therefore be brought to zero by increasing the cable cross-sectional area, caused by the radial component of the volumetric expansion of the elastomeric material, so that a thermally stable cable is present.

Die Menge an pro Einheitslänge des Kabels vorliegendem elastomeren Material und damit der erhalten Kompensationseffekt, wird durch den Schraubenwinkel, unter dem Rovings aufgelegt werden, gesteuert. Da die Fäden von dem elastomeren Material umgeben sind, das die Kabelmatrix 6 darstellt, lässt sich die Menge an pro Kabellänge vorhandenem elastomeren Material durch Vergrösserung der Anzahl an Fadenwindungen pro Kabeleinheitslänge erhöhen. Je grösser die Anzahl an Windungen oder die Fäden 4 enthaltenden Rovings 2 ist, die pro Kabellänge aufgegeben werden, um so grösser wird der erzielte Kompensationseffekt und umgekehrt. Der Schraubenwinkel x, unter dem die Rovings aufgegeben werden, bestimmt natürlich die Anzal an Rovingwindungen und damit die Menge an elastomerem Material pro Kabellänge. Dabei lässt sich der Schraubenwinkel, unter dem der Glasroving aufgelegt wird, als Steuerfaktor für die Bestimmung verwenden, ob eine gegebene Kabellänge bei Erwärmung auf eine betimmte Temperatur thermostabil ist, sich zusammenzieht oder verlängert. Daher können entweder sich ausdehnende, zusammenziehende Kabel, sowie solche mit konstanter Länge erhalten werden, indem man den Schraubenwinkel, unter dem die Glasrovings aufgelegt werden, in Beziehung zu den Wärmeausdehnungseigenschaften des Fadens und der verwendeten elastomeren Materialien wählt und den Schraubenwinkel während des Lagenaufbaus vom Kabelmittelpunkt bis zur äusseren Oberfläche konstant hält. Es versteht sich jedoch, dass die Menge an elastomeren oder anderem Bindematerial pro Kabeleinheitslänge auch durch andere Massnahmen gesteuert werden kann. The amount of elastomeric material present per unit length of the cable and thus the compensation effect obtained is controlled by the screw angle at which rovings are placed. Since the threads are surrounded by the elastomeric material that represents the cable matrix 6, the amount of elastomeric material available per cable length can be increased by increasing the number of thread turns per unit cable length. The greater the number of turns or rovings 2 containing the threads 4, which are applied per cable length, the greater the compensation effect achieved and vice versa. The screw angle x at which the rovings are fed in naturally determines the number of roving turns and thus the amount of elastomeric material per cable length. The screw angle at which the glass roving is placed can be used as a control factor for determining whether a given cable length is thermostable, contracts or extends when heated to a certain temperature. Therefore, either expanding, contracting, or constant length cables can be obtained by choosing the screw angle at which the glass rovings are placed in relation to the thermal expansion properties of the thread and the elastomeric materials used, and the screw angle during ply build-up from the cable center keeps constant up to the outer surface. However, it goes without saying that the amount of elastomeric or other binding material per unit cable length can also be controlled by other measures.

Bei Abkühlung wird natürlich der Wärmekontraktion der einzelnen Fäden durch die gleichzeitige volumetrische Wärmekontraktion des elastomeren Materials in Radialrichtung entgegengewirkt. Diese radial gerichtete Komponente der Volumenkontraktion des elastomeren Materials bewirkt eine Verringerung der Kabelquerschnittsfläche und wirkt damit der Wärmekontraktion des Gesamtkabels entgegen. Das erfindungsgemässe Prinzip gilt damit auch zur Steuerung der Wärmekontraktionseffekte von Kabeln bei deren Abkühlung; aus Gründen der Übersichtlichkeit und des einfacheren Verständnisses wird die Erfindung jedoch nachfolgend in Verbindung mit der Steuerung der bei Erwärmung des Kabels hervorgerufenen Wärmelängenänderungseffekte erläutert. When cooling, the thermal contraction of the individual threads is naturally counteracted by the simultaneous volumetric thermal contraction of the elastomeric material in the radial direction. This radially directed component of the volume contraction of the elastomeric material causes a reduction in the cable cross-sectional area and thus counteracts the heat contraction of the entire cable. The principle according to the invention thus also applies to controlling the heat contraction effects of cables when they cool down; for reasons of clarity and easier understanding, however, the invention is explained below in connection with the control of the heat length change effects caused when the cable is heated.

Die Kabeleinheitslänge, in bezug auf eine bestimmte Kabelschicht, wird hier als «Steigung» bezeichnet, die sich aus dem Produkt des Cotangents des Schraubenwinkels und dem Kabelumfang wie folgt ergibt: The cable unit length, in relation to a specific cable layer, is referred to here as the "slope", which results from the product of the cotangent of the screw angle and the cable circumference as follows:

b = a ctg(x) (1.) b = a ctg (x) (1.)

Darin bedeuten: Where:

b = Steigungshöhe ctg (x) = Cotangens des Schraubenwinkels x a = Kabelaussenumfang. b = pitch ctg (x) = cotangent of the screw angle x a = outer circumference of the cable.

Die Steigungshöhe in Gleichung (1.) ist die auf der Längsachse des Kabels gemessene zurückgelegte Länge bei einer vollständigen, über 360° sich erstreckenden Schraubenwindung eines Roving 2 um das Kabel. Der Roving folgt dem Weg von einer Schraubenwindung, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Es versteht sich natürlich, dass die Steigungshöhe vom Kabelmittelpunkt zur äusseren Oberfläche für jede Kabellage zunehmend länger wird und daher die Anzahl an Rovingwindungen in jeder Lage progressiv abnimmt, wenn der Schraubenwinkel während des Aufbaus sämtlicher Kabellagen konstant gehalten wird. In den meisten praktischen Fällen jedoch werden genaue experimentelle Ergebnisse und Berechnungen erhalten, indem man nur auf die Steigung an der Kabelaus-senfläche oder am Enddurchmesser Bezug nimmt. Dies ist die Folge der physikalischen Eigenschaften der elastomeren Kabelmatrix 6 und des Umstandes, dass die thermischen Längenänderungseffekte in bezug auf eine Einheitslänge des eine Vielzahl von sich überlappenden Lagen aufweisenden Kabels über die gesamte Kabelquerschnittsfläche gleichförmig sind. Daher beziehen sich sämtliche nachfolgenden Angaben, bezüglich einer bestimmten «Steigung», auf die «Steigungshöhe» an der äusseren Kabellage. The pitch in equation (1.) is the length covered measured on the longitudinal axis of the cable with a complete screw turn of a roving 2 around the cable extending over 360 °. The roving follows the path from a screw turn, as shown in Fig. 1. It goes without saying that the pitch from the center of the cable to the outer surface becomes increasingly longer for each cable layer and therefore the number of roving turns in each layer decreases progressively if the screw angle is kept constant during the construction of all cable layers. In most practical cases, however, accurate experimental results and calculations are obtained by referring only to the slope on the outer surface of the cable or the end diameter. This is due to the physical properties of the elastomeric cable matrix 6 and the fact that the thermal length change effects are uniform over the entire cable cross-sectional area with respect to a unit length of the cable having a plurality of overlapping layers. Therefore, all of the following information relating to a certain “slope” relates to the “slope height” on the outer cable layer.

Das besondere Wärmeverhalten des beschriebenen Glasfaserkabels kann am besten anhand der in Fig. 3 gezeigten Versuchsergebnisse verstanden werden. Diese Versuche betreffen Untersuchungen an konventionellen und schraubenlinienförmig geschichteten Glasfaserkabeln mit unterschiedlichen Schraubenwinkeln bei ähnlichen Temperatur-und Zugspannungsverhältnissen. Die Versuchskabel wurden Temperaturen im Bereich von 21 bis 77°C und einer Zugkraft von etwa 906 kp ausgesetzt. The particular thermal behavior of the described fiber optic cable can best be understood on the basis of the test results shown in FIG. 3. These tests concern investigations on conventional and helically layered fiber optic cables with different screw angles at similar temperature and tension conditions. The test cables were exposed to temperatures in the range of 21 to 77 ° C and a tensile force of about 906 kp.

Bei den untersuchten herkömmlichen Kabeln bestand das Versuchskabel 1 aus einer zylindrischen Gruppierung von parallelen Glasfasern, die sich um etwa 0,38 mm bei einem 2,5 m langen Kabelabschnitt verlängerten. Kabel 2, ein Drahtseil von 8 mm Durchmesser, verlängerte sich um etwa 1,14 mm bei einem Kabellängenabschnitt von 2,5 m. Kabel 3 bestand aus einer Stahlbandierung von 0,64 mmx 12,7 mm und verlängerte sich bei einem Kabellängenabschnitt von 2,5 m um etwa 1,98 mm. In the case of the conventional cables examined, the test cable 1 consisted of a cylindrical grouping of parallel glass fibers, which were extended by approximately 0.38 mm for a 2.5 m long cable section. Cable 2, an 8 mm diameter wire rope, was extended by approximately 1.14 mm with a cable length section of 2.5 m. Cable 3 consisted of a steel banding of 0.64 mm x 12.7 mm and was extended by approximately 1.98 mm for a cable length section of 2.5 m.

Die schraubenlinienförmig geschichteten Glasfaserversuchskabel hatten sämtlich einen Durchmesser von 9,53 mm und waren nach der in der US-PS 3 662 533 beschriebenen Weise mit der Ausnahme jedoch hergestellt worden, dass das nicht ausgehärtete, auf die Glasfaserrovings vor dem Verdrillen aufgegebene Urethanharz im Aushärtungsmittel eingefügt war. Bei dem verwendeten Fasermaterial handelte es sich um handelsüblich erhältliches Glas, welches von der Owens Corning Corporation hergestellt wird und als «S»-Glas bekannt ist. Wie Fig. 3 zeigt, zog sich das Kabel a), das aus Fäden, die unter einem Schraubenwinkel von etwa 25° 15 min aufgeschichtet waren, bestand, um etwa 1,78 mm bei einer Kabellänge von 2,5 m zusammen. Kabel b wurde aus Fäden aufgebaut, die unter einem Schraubenwinkel von etwa 210 50 min aufgeschichtet wurden, und zog sich bei einer Kabellänge von 2,5 m um etwa 1,02 mm zusammen. Kabel c bestand aus unter einem Schraubenwinkel von etwa 17° 25 min aufgeschichteten Fäden und kontrahierte bei einer Kabellänge von 2,5 m um etwa 0,64 mm. Kabel d bestand aus unter einem Schraubenwinkel von etwa 11° 45 min aufgeschichteten Fäden und zog sich bei einer Kabellänge von 2,5 m um etwa 0,18 mm zusammen. Kabel e bestand aus unter einem Schraubenwinkel von etwa 7° 6 min aufgeschichteten Fäden und kontrahierte bei einer Kabellänge von 2,5 m um etwa 0,05 mm. The helically layered glass fiber test cables were all 9.53 mm in diameter and were made in the manner described in U.S. Patent 3,662,533, except that the uncured urethane resin applied to the glass fiber rovings prior to twisting was inserted into the curing agent was. The fiber material used was commercially available glass, which is manufactured by the Owens Corning Corporation and is known as "S" glass. As shown in FIG. 3, the cable a), which consisted of threads which were stacked at a screw angle of approximately 25 ° for 15 minutes, contracted by approximately 1.78 mm with a cable length of 2.5 m. Cable b was constructed from threads that were piled up at a screw angle of approximately 210 50 minutes, and contracted by approximately 1.02 mm at a cable length of 2.5 m. Cable c consisted of threads layered at a screw angle of approximately 17 ° 25 min and contracted by a length of 2.5 m by approximately 0.64 mm. Cable d consisted of threads layered at a screw angle of approximately 11 ° 45 min and contracted by approximately 0.18 mm at a cable length of 2.5 m. Cable e consisted of threads layered at a screw angle of approximately 7 ° 6 min and contracted by a length of 2.5 m by approximately 0.05 mm.

Fig. 4 zeigt grafisch die Auswirkung des Schraubenwinkels auf die Wärmestabilität der Glasfaserkabel nach Fig. 1. In Fig. 4 ist der Schraubenwinkel über der Gesamtkontraktion der Kabel a bis e in Fig. 3 aufgetragen. Die Kabel d und e, die unter Schraubenwinkeln unter etwa 11° 45 min aufgeschichtet waren, blieben bei Temperaturen im Bereich von 21 bis 77°C hinsichtlich ihrer Gesamtlänge im wesentlichen konstant. Das heisst, diese Kabel erwiesen sich bei Erwärmung s FIG. 4 graphically shows the effect of the screw angle on the thermal stability of the glass fiber cable according to FIG. 1. In FIG. 4, the screw angle is plotted against the total contraction of the cables a to e in FIG. 3. The cables d and e, which were piled up at screw angles of approximately 11 ° 45 min, remained essentially constant with regard to their total length at temperatures in the range from 21 to 77 ° C. This means that these cables turned out to be warm

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

5 5

630 128 630 128

um 55°C als unveränderlich. Die restlichen Versuchskabel mit Schraubenwinkeln oberhalb des genannten Winkels zeigten jedoch bei Erwärmung um 55°C eine erhebliche Kontraktionsneigung, so dass sie nicht längenkonstant waren. around 55 ° C as unchangeable. However, the remaining test cables with screw angles above the mentioned angle showed a considerable tendency to contract when heated to 55 ° C, so that they were not constant in length.

Wie in Fig. 5 gezeigt, beeinflusst das Wärmeausdehnungsverhalten des verwendeten Fadenmaterials die Wärmelängenänderung des Kabels nach Fig. 1. Die Kabel d und c entsprechen den Kabeln d und c in Fig. 3 und bestanden aus «S»-Glasfäden, die unter Schraubenwinkeln von etwa 11° 45 min bzw. 17° 15 min aufgeschichtet waren. Die beiden anderen, grundsätzlich ähnlichen, Kabel f und g bestanden aus handelsüblich erhältlichem «E»-Glas, hergestellt von der Owens Corning Corporation. Die «E»-Glasfäden der Kabel f und g waren unter Schraubenwinkeln von etwa 18° bis 11° aufgeschichtet. Der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient von «E»-und «S»-Glas beträgt 2,8 x 106(x 1,8)/°C, bzw. 1,6 x 106(x 1,8)/°C. Wenn diese vier Kabel der gleichen Zugbelastung unter den angegebenen Temperaturbedingungen unterworfen wurden, zeigten beide Kabel d und c aus «S»-Glas grössere Kontraktionen. Die Kabel f und g aus «E»-Glas zogen sich aufgrund des höheren linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten der verwendeten «E»-Glasfäden weniger als die «S»-Glaskabel unter den gleichen Temperaturbedingungen zusammen. Offensichtlich versagte der Kon-traktionseinfluss der durch die volumetrische Expansion des die Kabelmatrix bildenden Elastomers hervorgerufen wird, hinsichtlich des Nullausgleichs der erhöhten, von den «E»-Glasfäden hervorgerufenen Wärmelängung. As shown in FIG. 5, the thermal expansion behavior of the thread material used influences the change in the thermal length of the cable according to FIG. 1. The cables d and c correspond to the cables d and c in FIG. 3 and consisted of “S” glass threads, which at screw angles of about 11 ° 45 min and 17 ° 15 min were piled up. The other two, basically similar, cables f and g consisted of commercially available “E” glass, manufactured by the Owens Corning Corporation. The «E» glass threads of cables f and g were piled up at screw angles of approximately 18 ° to 11 °. The linear thermal expansion coefficient of «E» and «S» glass is 2.8 x 106 (x 1.8) / ° C and 1.6 x 106 (x 1.8) / ° C. When these four cables were subjected to the same tensile stress under the specified temperature conditions, both cables d and c made of "S" glass showed greater contractions. The cables F and G made of "E" glass contracted less than the "S" glass cables under the same temperature conditions due to the higher linear thermal expansion coefficient of the "E" glass filaments used. Obviously, the contraction influence caused by the volumetric expansion of the elastomer forming the cable matrix failed with regard to the zero compensation of the increased thermal elongation caused by the “E” glass threads.

Man wird einsehen, dass das Wärmeexpansionsverhalten des verwendeten Elastomers ebenfalls das Wärmeverhalten der erfindungsgemässen Kabel beeinflusst. Zum Beispiel ist es, wie schon erwähnt, möglich, durch Verwendung von einem Elastomer, Polymer oder anderem Bindematerial mit ausreichender radialer Wärmeexpansionskomponente, die Neigung der «E»-Glasfäden zur Wärmelängenänderung (vgl. Fig. 5) auf Null zu kompensieren, so dass ein thermisch unveränderliches Kabel erhalten wird. It will be seen that the thermal expansion behavior of the elastomer used also influences the thermal behavior of the cables according to the invention. For example, as already mentioned, it is possible, by using an elastomer, polymer or other binding material with a sufficient radial heat expansion component, to compensate for the tendency of the "E" glass threads to change the heat length (see FIG. 5) to zero, so that a thermally immutable cable is obtained.

Damit ist es möglich, für einen ausgewählten Schraubenwinkel das Wärmelängenänderungsverhalten von einem schraubenlinienförmig aufgeschichteten Kabel der beschriebenen Art bei bekannter Wärmeexpansionseigenschaft von Faden und verwendeten elastomeren Materialien oder anderen miteinander verträglichen Verstärkungs- und Bindematerialien zu berechnen. In Fig. 6 ist der Zusammenhang zwischen dem äusseren Kabelumfang a, der Kabeleinheitslänge oder Steigung b und der Länge von einer vollen, um 360° sich erstreckenden Windung des Glasfaserrovings c, dargestellt in gestrichelten Linien, in Form eines rechtwinkligen Dreiecks mit den Seiten «a», «b» und «c» wiedergegeben. Die relativen Längen der Seiten «a», «b» und «c» ergeben sich aus folgender Gleichung It is thus possible to calculate the change in the heat length of a helically layered cable of the type described for a selected screw angle with known heat expansion properties of the thread and the elastomeric materials used or other mutually compatible reinforcing and binding materials. 6 shows the relationship between the outer cable circumference a, the cable unit length or pitch b and the length of a full, 360 ° extending turn of the glass fiber roving c, shown in broken lines, in the form of a right-angled triangle with the sides “a »,« B »and« c »are reproduced. The relative lengths of the sides "a", "b" and "c" result from the following equation

C2 = a2 + b2 C2 = a2 + b2

(2.) (2.)

Für jede unter konstantem Schrauben winkel aufgegebene Glasrovinglage wird der Umfang, die Steigung und die Rovinglänge in bezug auf eine einer Steigungsstrecke entsprechende Kabeleinheitslänge durch ein grundsätzlich ähnliches rechtwinkliges Dreieck wiedergegeben, bei dem die relativen Längen der Seiten «a», «b» und «c» sich mit dem Durchmesser ändern. Wie jedoch schon erwähnt, werden in den meisten praktischen Fällen genaue Ergebnisse unter Bezugnahme auf die Aussenseite oder die letzte Kabellage erhalten. Daher bezieht sich die nachfolgende Berechnung auf diese Lage. For each glass roving layer given at a constant screw angle, the circumference, the slope and the roving length in relation to a cable unit length corresponding to a slope section are represented by a basically similar right-angled triangle, in which the relative lengths of the sides «a», «b» and «c »Change with the diameter. However, as already mentioned, in most practical cases, accurate results are obtained with reference to the outside or the last cable position. The following calculation therefore refers to this position.

Bei einer Änderung der Temperatur des Kabels wird sich der Glasroving in seiner Länge ausdehnen oder zusammenziehen. Wie in Fig. 7 gezeigt, wird sich bei einer erhöhten If the temperature of the cable changes, the length of the glass roving will expand or contract. As shown in Fig. 7, an increased

Kabeltemperatur die über eine bestimmte Steigerungsstrecke «b» umwickelte Rovinglänge «c» um den Anteil «Ac» ver-grössern. Unter der Annahme, dass sich der Kabelumfang «a» nicht vergrössert, bewirkt diese Längenzunahme des s Rovings eine gleichzeitige Vergrösserung der Steigungswegstrecke «c» um den Anteil «Abe». Wie in Fig. 7 gezeigt, führt dies zu einem neuen Dreieck. Dieses neue Dreieck weist eine vergrösserte Roving- und Kabellänge auf, wobei die verlängerten Seiten «c + A c» und «b + Abe» gestrichelt dargestellt io sind. Der Zusammenhang zwischen Kabelumfang, Kabellänge und Rovinglänge gemäss Gleichung (2.) wird daher jetzt: Increase the cable temperature around the roving length "c" wrapped over a certain increase distance "b" by the proportion "Ac". Assuming that the cable circumference «a» does not increase, this increase in length of the roving causes a simultaneous increase in the slope distance «c» by the proportion «Abe». As shown in Fig. 7, this leads to a new triangle. This new triangle has an increased roving and cable length, with the extended sides «c + A c» and «b + Abe» shown in dashed lines. The relationship between cable circumference, cable length and roving length according to equation (2.) is now:

(c + Ac)2 = (b + Abe)2 + a2 (c + Ac) 2 = (b + Abe) 2 + a2

15 15

Zur Vereinfachung dieser Gleichung wird der Längenzuwachs Abe durch Einsetzen des Ausdrucks «c2-a2» für den Ausdruck «b2» in Gleichung (1.) bestimmt und werden die differentiellen Ausdrücke «Ab2» und «Ac2» zweiter Grös-20 senordnung vernachlässigt. Dann ergibt sich To simplify this equation, the increase in length Abe is determined by inserting the expression "c2-a2" for the expression "b2" in equation (1.) and the differential expressions "Ab2" and "Ac2" of the second order of magnitude are neglected. Then it turns out

Abe cAc Abe cAc

(3.) (3.)

25 Bei Änderung der Kabeltemperatur wird sich das Bindematerial radial ausdehnen und zusammenziehen. Wie in Fig. 8 gezeigt, findet bei einer Erhöhung der Kabeltemperatur eine Zunahme von dessen Querschnittsfläche statt, so dass der Umfang «a» um den Anteil «Aa» zunimmt. Angenommen 30 die Rovinglänge «c» ändert sich nicht, so bewirkt diese Umfangsvergrösserung eine gleichzeitige Verkleinerung der Steigungswegstrecke «b» um den Anteil «Abc». Dies führt gemäss Fig. 8 zu einem neuen Dreieck. Dieses neue Dreieck hat eine vergrösserte Rovinglänge und eine verkleinerte 35 Kabellänge und ist durch gestrichelte Darstellung der Seiten «a + Aa» und «b - Abc» wiedergegeben. Der Zusammenhang zwischen Kabelumfang, Kabellänge und Rovinglänge aus Gleichung (2.) ergibt sich wie folgt: 25 If the cable temperature changes, the binding material will expand and contract radially. As shown in FIG. 8, when the cable temperature increases, its cross-sectional area increases, so that the circumference “a” increases by the proportion “Aa”. Assuming that the roving length “c” does not change, this increase in circumference results in a simultaneous reduction in the slope distance “b” by the proportion “Abc”. 8 leads to a new triangle. This new triangle has an increased roving length and a reduced cable length of 35 and is shown by the dashed lines on the pages «a + Aa» and «b - Abc». The relationship between cable circumference, cable length and roving length from equation (2.) is as follows:

40 c2 = (b - Abc)2 + (a + Aa)2 40 c2 = (b - Abc) 2 + (a + Aa) 2

Zur Vereinfachung dieser Gleichung wird die Abnahme der Kabellänge «Abc» durch Einsetzen des Ausdrucks «c2-a2» für den Ausdruck «b2» bestimmt und die differentiellen 45 Terme «A b2» und «A a2» als Ausdrücke zweiter Ordnung vernachlässigt. Dann ergibt sich To simplify this equation, the decrease in cable length «Abc» is determined by inserting the expression «c2-a2» for the expression «b2» and the differential 45 terms «A b2» and «A a2» are neglected as second-order expressions. Then it turns out

Abc = ■ Abc = ■

aAa aAa

(4.) (4.)

Die Addition von Gleichungen (3.) und (4.) ergibt The addition of equations (3.) and (4.) gives

Abe 4- Abc — Abe 4- Abc -

cAc - aAa cAc - aAa

Daher folgt bei keiner Änderung der Kabellänge: Therefore, if there is no change in cable length:

cAc = aAa (5.) cAc = aAa (5.)

60 Gleichung (5.) kann auch, wie in Fig. 9 gezeigt, auf andere Weise erhalten werden. Bei Erwärmung findet gleichzeitig eine Erhöhung der Querschnittsfläche und Vergrösserung der Kabelausdehnung statt, so dass, wenn die Kabelausdehnung «Abe» gleich der Kabelkontraktion «Abc» ist, das Kabel Equation (5.) can also be obtained in another way, as shown in FIG. 9. When heated, the cross-sectional area and the cable expansion increase at the same time, so that if the cable expansion «Abe» is equal to the cable contraction «Abc», the cable

65 wärmekonstant ist. Das heisst, jede Kabeleinheitslänge oder Steigungswegstrecke «b» bleibt mit sich ändernder Temperatur auf einem konstanten Längen wert. Dieser Zustand ist durch das Dreieck in Fig. 9 wiedergegeben, bei dem 65 is heat constant. This means that every cable unit length or slope distance «b» remains constant over time as the temperature changes. This state is represented by the triangle in Fig. 9, in which

630 128 630 128

6 6

(c + Ac)2 - (a + Aa)2 = b2 ist. (c + Ac) 2 - (a + Aa) 2 = b2.

Aus Gleichung (2.) folgt c2 - a2 = b2. From equation (2.) follows c2 - a2 = b2.

Die Kombination dieser beiden Ausdrücke ergibt: (c + Ac)3 - (a + Aa)2 = c2 - a2 The combination of these two expressions gives: (c + Ac) 3 - (a + Aa) 2 = c2 - a2

2cAc + Ac2 = 2aAa - Aa2 2cAc + Ac2 = 2aAa - Aa2

Die Ausdrücke « A c2» und « A a2» zweiter Grössenordnung können vernachlässigt werden, um wiederum zu der oben genannten Gleichung (5.) zu kommen. The expressions «A c2» and «A a2» of the second order of magnitude can be neglected in order to again come to the above-mentioned equation (5.).

Der Ausdruck « A c» in Gleichung (5.) lässt sich wie folgt schreiben: The expression "A c" in equation (5.) can be written as follows:

Ac = cksAT (6.) Ac = cksAT (6th)

Darin bedeuten: Where:

k s = linearer Wärmeausdehnungskoeffizient des k s = linear coefficient of thermal expansion of the

Verstärkungsmaterials (d.h. der Glasfäden bei dem Beispiel in Fig. 1), Reinforcing material (i.e. the glass threads in the example in Fig. 1),

AT = Temperaturänderung. AT = temperature change.

Der Ausdruck « A a» in Gleichung (5.) lässt sich wie folgt ausdrücken: The expression "A a" in equation (5.) can be expressed as follows:

Aa = akßAT%B (7.) Aa = akATAT% B (7th)

Darin bedeuten: Where:

k b = linearer Wärmeausdehnungskoeffizient des k b = linear coefficient of thermal expansion of the

Bindematerials (d.h. des Elastomers nach dem Beispiel in Fig. 1), Binding material (i.e. the elastomer according to the example in Fig. 1),

AT = Temperaturänderung, AT = temperature change,

%B = prozentualer volumetrischer Querschnittsanteil des Bindematerials. % B = percentage volumetric cross-section of the binding material.

Indem man die Ausdrücke «Ac» und «Aa» der Gleichungen (6.) und (7.) in Gleichung (5.) einsetzt, ergibt sich c2ksAT = a2kßAT%B Using the terms "Ac" and "Aa" of equations (6.) and (7.) in equation (5.) gives c2ksAT = a2kßAT% B

ki ki

Aus Gleichung (2.) folgt c2 = a2 + b2. From equation (2.) follows c2 = a2 + b2.

Nimmt man die Ausdrücke für den Term «c2» in Gleichungen (8.) und (2.) und setzt den Term «b» aus Gleichung (1.) ein, so ergibt sich a2kB%B , . , If one takes the expressions for the term "c2" in equations (8.) and (2.) and uses the term "b" from equation (1.), the result is a2kB% B,. ,

= a2 + a2 [ctg (x)]2 = a2 + a2 [ctg (x)] 2

und damit für den Schraubenwinkel x and thus for the screw angle x

/ kß%B , , / kß% B,,

Ctg(x)=V~k^ ( Ctg (x) = V ~ k ^ (

Alternativ kann der Ausdruck für sin(x) in Fig. 6 (sin(x)=a/c) in Gleichung (8.) eingesetzt werden, wodurch sich ein äquivalenter bevorzugter Ausdruck für den Schraubenwinkel x erhalten lässt: Alternatively, the expression for sin (x) in Fig. 6 (sin (x) = a / c) in equation (8.) can be used, whereby an equivalent preferred expression for the screw angle x can be obtained:

sin(x)= V iJk (9b'} sin (x) = V iJk (9b '}

Somit kann unter Verwendung der Gleichungen (9a.) oder (9b.) ein schraubenlinienförmig beschichtetes Kabel aus Fäden und Bindematerialien mit gewissen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten geschaffen werden, das wärmestabil ist oder bei in weitem Umfang sich ändernden Temperaturbedingungen sowohl hinsichtlich der Erwärmung als auch Abkühlung eine im wesentlichen konstante Länge beibehält. Thus, using equations (9a.) Or (9b.), A helically coated cable made of threads and binding materials with certain linear coefficients of thermal expansion can be created, which is heat-stable or, in the case of widely changing temperature conditions, both in terms of heating and cooling, both in terms of heating and cooling maintains a substantially constant length.

Fig. 10 zeigt grafisch die aus den Gleichungen (9a.) und (9b.) errechneten Schraubenwinkel zur Erzielung thermischer Stabilität für Verstärkungs- und Bindematerialien mit unterschiedlichen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Die Kurven (h), (i) und (j) betreffen errechnete Schraubenwinkel für thermische Stabilität bei Verstärkungs- und Bindematerialien mit linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 1,8; 2,8 und 3,8 x 106 (x 1,8)/"C. Die Kurven (h) und (i) betreffen «S»- bzw. «E»-Glaskabel. Je grösser nach Fig. 10 der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient und/oder der prozentuale Anteil des verwendeten Bindungsmaterials ist, um so kleiner muss der Schraubenwinkel sein, um ein thermisch stabiles Kabel zu erhalten. Ähnlich gilt, dass je grösser der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des verwendeten Verstärkungsmaterials ist, desto grösser muss der Schraubenwinkel zur Schaffung eines thermisch stabilen Kabels sein. Vorzugsweise ist der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des Bindematerials wesentlich grösser als der des Verstärkungsmaterials. 10 graphically shows the screw angles calculated from equations (9a.) And (9b.) To achieve thermal stability for reinforcing and binding materials with different linear coefficients of thermal expansion. The curves (h), (i) and (j) relate to calculated screw angles for thermal stability in the case of reinforcing and binding materials with linear coefficients of thermal expansion of 1.8; 2.8 and 3.8 x 106 (x 1.8) / "C. The curves (h) and (i) relate to" S "and" E "glass cables. The greater the linear coefficient of thermal expansion according to FIG. 10 and / or the percentage of the binding material used, the smaller the screw angle must be in order to obtain a thermally stable cable. Similarly, the larger the linear coefficient of thermal expansion of the reinforcing material used, the larger the screw angle must be to create a thermally stable cable The linear coefficient of thermal expansion of the binding material is preferably substantially greater than that of the reinforcing material.

Wegen des grossen Unterschiedes zwischen den linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten der bevorzugten Verstärkungs- und Bindematerialien kann die volumetrische oder radiale Ausdehnung der Glasfasern, relativ zu der radialen Ausdehnung der meisten elastomeren Bindematerialien vernachlässigt werden. Daher lässt sich in Gleichungen (7.), (8.) und (9a.) sowie (9b.) die radiale Ausdehnung des Verstärkungsmaterials und ihr Einfluss auf die radiale Ausdehnung des Grundkörpers des Bindematerials vernachlässigen. Der Ausdruck «Prozent B» (%B) in diesen Gleichungen stellt in der Tat die wärmebedingte radiale Ausdehnung des Kabels in bezug zum volumetrischen prozentualen Anteil an verwendeten Bindematerial dar. Es versteht sich jedoch, dass für Kabel aus anderen Verstärkungs- und Bindematerialien die thermische radiale Expansion sowohl von Verstärkungs- als auch Bindematerial oder ihre gegenseitigen Wirkungen aufeinander mit berücksichtigt werden müssen, um den Schraubenwinkel zur Schaffung eines thermisch stabilen Kabels zu bestimmen. Ferner können auch die Auswirkungen der Temperatur auf die linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten der verwendeten Verstärkungs- und Bindematerialien zur Bestimmung des genannten Schraubenwinkels berücksichtigt werden. Because of the large difference between the linear coefficients of thermal expansion of the preferred reinforcement and bonding materials, the volumetric or radial expansion of the glass fibers relative to the radial expansion of most elastomeric bonding materials can be neglected. Therefore, in Equations (7.), (8.) and (9a.) And (9b.) The radial expansion of the reinforcing material and its influence on the radial expansion of the base body of the binding material can be neglected. The term "percent B" (% B) in these equations indeed represents the thermal radial expansion of the cable in relation to the volumetric percentage of binding material used. However, it is understood that for cables made from other reinforcement and binding materials, the thermal radial expansion of both reinforcement and binding material or their mutual effects on one another must be taken into account in order to determine the screw angle to create a thermally stable cable. Furthermore, the effects of temperature on the linear coefficients of thermal expansion of the reinforcing and binding materials used can be taken into account for determining the screw angle mentioned.

Da sich mit Erhöhung des Schraubenwinkels eine grössere Anzahl von Rovingwindungen pro Kabelläng einstellt, kann der Zugelastizitätsmodul des schraubenlinienförmig aufgeschichteten erfindungsgemässen Kabels durch Beeinflussung des Schraubenwinkels gesteuert werden. Je grösser die Anzahl an Rovingwindungen pro Kabellänge ist, desto grösser ist die Neigung des Kabels, sich zu strecken, da die Rovingwindungen längs der Kabellänge bei der angelegten Last relativ begradigt werden. Daher wird bei Aufgabe der Rovings unter einem grossen Schraubenwinkel ein Kabel mit niedrigerem Zugelastizitätsmodul erhalten (d.h. das Kabel s Since the number of roving turns per cable length increases as the screw angle increases, the tensile modulus of elasticity of the screw-shaped cable according to the invention can be controlled by influencing the screw angle. The greater the number of roving turns per cable length, the greater the tendency of the cable to stretch, since the roving turns along the cable length are relatively straightened when the load is applied. Therefore, when the rovings are abandoned with a large screw angle, a cable with a lower tensile modulus is obtained (i.e. the cable s

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

hat eine grössere Tendenz, sich bei einer angelegten Zugkraft zu strecken). Umgekehrt liegen bei kleinen Schraubenwinkeln die Rovings nahezu parallel zur Kabellängsachse, da eine geringere Anzahl an Rovingwindungen pro Kabellänge vorliegt, so dass ein Kabel mit höherem Zugelastizitäsmodul erhalten wird (d.h., das Kabel hat eine geringere Neigung, has a greater tendency to stretch when a pull is applied). Conversely, with small screw angles, the rovings are almost parallel to the longitudinal axis of the cable, since there are fewer roving turns per cable length, so that a cable with a higher tensile modulus is obtained (i.e. the cable has a lower inclination,

sich unter einer einwirkenden Zuglast zu verstrecken). Somit lässt sich unter Bezugnahme auf Gleichungen (9a.) oder (9b.) und Fig. 10 durch die Wahl der verwendeten Verstärkungsund Bindematerialien und den prozentualen Anteil des Bindematerials ein thermisch stabiles Kabel mit einer gewünschten Zugelastizität herstellen. Wenn man beispielsweise den prozentualen Anteil des verwendeten Bindungsmaterials in Fig. 10 für eine gewisse Paarung von Verstärkungsund Bindematerial erhöht, kann der Schraubenwinkel für ein thermisch stabiles Kabel soweit herabgesetzt werden, dass das Kabel einen höheren Zugelastizitätsmodul hat. stretch under an applied tensile load). Thus, with reference to equations (9a.) Or (9b.) And Fig. 10, a thermally stable cable with a desired tensile elasticity can be produced by the choice of the reinforcing and binding materials used and the percentage of the binding material. For example, if the percentage of binding material used in Fig. 10 is increased for a certain pairing of reinforcing and binding material, the screw angle for a thermally stable cable can be reduced to such an extent that the cable has a higher tensile modulus.

Fig. 11 zeigt die Auswirkungen der Zuglast auf das Kabel nach Fig. 1. Bei dem untersuchten Kabel handelte es sich um ein solches, das grundsätzlich ähnlich dem Kabel mit einem Durchmesser von 9,53 mm und einer Länge von 2,5 m war, das anhand von Fig. 3 beschrieben wurde und unter einem Schraubenwinkel von etwa 17° 25 min aufgeschichtet war. Bei Zugbelastungen von 226,476 und 929 kp und den erwähnten Temperaturverhältnissen, änderte sich die gesamte Kabelkontraktion nicht wesentlich. Bei den meisten praktischen Anwendungsfällen für das Kabel unter Zugbelastung ähnlich den für die Versuche vorgenommenen, scheint daher die Zugbelastung keinen Einfluss auf die Wärmelängenänderung des Kabels auszuüben; wie jedoch erwähnt, können bei gewissen Anwendungsfällen unter sehr hohen Zugkräften, je nach dem Schraubenwinkel, unter dem die Fäden gelegt sind, die Zugkräfte das gesamte Kabel soweit strecken, dass die Fäden sich flach legen oder in Längsrichtung verlagern. Daher wird bei einer ausreichenden relativen Begradigung der Fäden der Schraubenwinkel, wie in Fig. 11 gezeigt, verkleinert. Endergebnis davon ist, dass die Anzahl an Rovingwindungen pro Kabeleinheitslänge abnimmt und eine geringere kontraktive oder auf Null kompensierende Wirkung bei einem bestimmten Temperaturbereich vorliegt. 11 shows the effects of the tensile load on the cable according to FIG. 1. The cable examined was one which was fundamentally similar to the cable with a diameter of 9.53 mm and a length of 2.5 m, which was described with reference to Fig. 3 and was piled up at a screw angle of about 17 ° 25 min. With tensile loads of 226.476 and 929 kp and the mentioned temperature conditions, the overall cable contraction did not change significantly. In most practical applications for the cable under tensile load similar to that carried out for the experiments, the tensile load therefore does not appear to have any effect on the change in thermal length of the cable; however, as mentioned, in certain applications under very high tensile forces, depending on the screw angle at which the threads are placed, the tensile forces can stretch the entire cable to such an extent that the threads lie flat or shift in the longitudinal direction. Therefore, with a sufficient relative straightening of the threads, the screw angle is reduced as shown in Fig. 11. The end result of this is that the number of roving turns per unit cable length decreases and there is less contractive or zero-compensating effect at a certain temperature range.

Die für eine ausreichende relative Begradigung der Rovings oder Fäden notwendigen theoretischen Zugkräfte, bei denen der Schraubenwinkel und damit der erhaltene Nullausgleichseffekt wesentlich beeinflusst wird, lassen sich jedoch berechnen. Wenn gemäss Fig. 11 an das Kabel nach Fig. 1 eine Zugkraft (T) angelegt wird, erfährt das Kabel je nach Elastizitätsmodul (E) des verwendeten Fadenmaterials eine Längenänderung. Die sich ergebende Kabelverlängerung «Abs» in bezug auf eine Kabeleinheitslänge oder der Steigungswegstrecke «b» kann wie folgt ausgedrückt werden: However, the theoretical tensile forces required for adequate relative straightening of the rovings or threads, at which the screw angle and thus the resulting zero compensation effect are significantly influenced, can be calculated. If, according to FIG. 11, a tensile force (T) is applied to the cable according to FIG. 1, the cable experiences a change in length depending on the elastic modulus (E) of the thread material used. The resulting cable extension «Abs» with respect to a cable unit length or the slope distance «b» can be expressed as follows:

Abs= —0°-) Abs = —0 ° -)

E E

Darin bedeuten: Where:

b = Steigungswegstrecke (vgl. Gleichung (1.)), S = Zugspannung, b = slope distance (see equation (1.)), S = tension,

E = Elastizitätsmodul des Verstärkungsmaterials (d.h. der Fäden beim Beispiel in Fig. 1). E = modulus of elasticity of the reinforcing material (i.e. the threads in the example in Fig. 1).

630128 630128

Setzt man den zuvor erwähnten Ausdruck für den Term der Steigung «b» aus Gleichung (1.) in Gleichung (10.) ein, so ergibt sich für die resultierende Kabellänge (b + Abs): If one uses the previously mentioned expression for the term of the slope “b” from equation (1.) in equation (10.), the result for the resulting cable length (b + Abs) is:

S S

b + Abs = a ctg(x) (1 + — ) (il.) b + Abs = a ctg (x) (1 + -) (il.)

Wie erwähnt, kann der Schraubenwinkel infolge der longitu-dinalen Begradigung der Rovings und Fäden bei Anliegen gewisser Zuglasten abnehmen. Dieser Umstand ist in Fig. 12 durch einen kleineren Schraubenwinkel «y» gezeigt. Unter der Annahme, dass der Kabelumfang «a» konstant bleibt, ergibt sich für das longitudinal verlängerte Dreieck mit dem Winkel «y» folgende Gleichung: As mentioned, the screw angle can decrease due to the longitudinal straightening of the rovings and threads when certain tensile loads are applied. This fact is shown in FIG. 12 by a smaller screw angle “y”. Assuming that the cable circumference «a» remains constant, the following equation results for the longitudinally elongated triangle with the angle «y»:

b + Abs = a ctg(y). b + Abs = a ctg (y).

Setzt man die Ausdrücke für «b + Abs» in Gleichungen (11.) und (12.) gleich, so kann ein Ausdruck für den verkleinerten Schraubenwinkel «y», bedingt durch die Zugbelastungen, wie folgt erhalten werden: If one equates the expressions for «b + Abs» in equations (11.) and (12.), an expression for the reduced screw angle «y» due to the tensile loads can be obtained as follows:

ctg(y) = ctg(x) (1 + -|- ). (13.) ctg (y) = ctg (x) (1 + - | -). (13.)

Daher lässt sich bei einem gegebenen Schraubenschichtungswinkel «x» für thermische Stabilität mit der Gleichung (13.) der Schraubenwinkel «y» berechnen, der sich unter einer Zuglast «T» einstellt oder einstellen kann. Man wird jedoch aus Gleichung (13.) ohne weiteres ersehen, dass für die meisten praktischen Anwendungsfälle die Zugkraft nicht ausreicht, um den Schraubenwinkel für thermische Stabilität unter Berücksichtigung des Elastizitätsmoduls der verwendeten Fäden in beträchtlichem Umfang zu ändern. In der Tat übertrifft die Zuglast «T» im allgemeinen die Zugspannungen, die normalerweise bei den meisten praktischen Anwendungsfällen einschliesslich elektrischer Transmissionsleitungen anliegen oder übersteigt die Zugfestigkeit der verwendeten Fäden. Zum Beispiel ergibt eine an ein aus «E»-Glasfäden gefertigtes Kabel angelegte Zugspannung von 703 kp/cm2 eine nicht nennenswerte Änderung des Schraubenwinkels; bei anderen Anwendungsfällen jedoch ist die Vorhersage möglich, welche Zugspannung oder Belastung notwendig ist, um den Schraubenwinkel «y» hervorzurufen, vgl. Gleichung (13.). Unter solchen Bedingungen kann dann der Schraubenschichtungswinkel «x» während der Herstellung um einen Betrag erhöht werden, der ausreicht, die Wirkung der Zugspannung oder Belastung zu kompensieren. Dies führt auch bei den letztgenannten Anwendungsfällen zu einem Kabel, das bei den anliegenden Zugbelastungen längenkonstant bleibt oder sich im gleichen Ausmass wie die Kabel nach Fig. 1 bis 10 ausdehnt und zusammenzieht. For a given screw stratification angle «x» for thermal stability, the equation (13.) can be used to calculate the screw angle «y», which can or can be set under a tensile load «T». However, it will be readily seen from equation (13.) that, for most practical applications, the tensile force is not sufficient to change the screw angle for thermal stability to a considerable extent, taking into account the elastic modulus of the threads used. In fact, the tensile load «T» generally exceeds the tensile stresses normally applied in most practical applications, including electrical transmission lines, or exceeds the tensile strength of the threads used. For example, a tensile stress of 703 kp / cm2 applied to a cable made of «E» glass threads results in a not significant change in the screw angle; in other applications, however, it is possible to predict which tensile stress or load is necessary to produce the screw angle «y», cf. Equation (13.). Under such conditions, the screw stratification angle “x” can then be increased during manufacture by an amount sufficient to compensate for the effect of the tensile stress or load. This also leads to a cable in the latter cases of application which remains constant in length when the tensile loads are applied or which expands and contracts to the same extent as the cables according to FIGS. 1 to 10.

7 7

5 5

10 10th

IS IS

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

B B

2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims

630128 PATENT CLAIMS

1.Cable consisting of several layers of helically wound glass fiber strands, the individual glass fibers of which are surrounded by a hardened elastomer sheath which is intimately connected to the elastomer sheaths of adjacent glass fibers of the same strand and adjacent strands, the angle of inclination being the change in length of the cable as a function of the temperature below variable tensile stresses, characterized in that the amount of elastomer is selected such that in the event of temperature changes, the radial component of the corresponding volume change at the selected pitch angle at least partially compensates for the changes in length of the glass fibers.

2. Cable according to claim 1, characterized in that the glass fibers (4) helically at a substantially constant screw angle (x), which is given by the equation:

sino ° - yis§

is determined, layered, where sin (x) is the sine of the screw angle x, kB and ks the linear thermal expansion coefficients of the elastomer or glass fiber and% B the percentage volumetric proportion of elastomer.

3. Cable according to claim 2, characterized in that the screw angle y which arises when a tensile load is present by the equation

S

ctg (y) = ctg (x) (1 + -g-)

is determined, where ctg (y) the cotangent of the screw angle y under the applied tensile load, ctg (x) the cotangent of the screw angle x, under which the glass fibers (4) were piled up during the cable construction, S which occurs under the applied tensile load Tensile stress and E mean the elastic modulus of the glass fibers.

4. The method for producing the cable according to claim 1, wherein for the manufacture of the cable a plurality of glass fiber strands of individually coated with a not yet cured elastomer, which contains a hardener, glass fibers are wound into an inner winding and then further layers of glass fiber strands on this inner winding , which are coated with not yet hardened elastomer, are wound in the same direction until a cable of the desired cross-section is formed, characterized in that the amount of elastomer is selected such that the temperature changes the radial component of the corresponding volume changes at the selected pitch angle Changes in length of the glass fibers at least partially compensated.