Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Stossverbindung von zwei elektrischen Leitern eines Kabels, insbesondere eines Starkstromkabels, mittels einer plastisch verformbaren Verbindungshülse, welche Leiter aus plastisch gut verformbaren Einzeldrähten bestehen und mit den stirnseitigen Enden in der Verbindungshülse aus dem gleichen Metall wie die Drähte angeordnet werden. Weiter betrifft die Erfindung die Verbindungshülse zur Herstellung der Stossverbindung.
Die elektrischen Leiter von Kabeln bestehen aus ein- oder mehradrigen elektrischen Leitungen mit einer lückenlosen Isolierschicht. Diese Schicht isoliert die Kabel sowohl gegeneinander als auch gegen die Umgebung. Die Kabel können weiter mit einer äusseren Bewehrung versehen sein, die ihnen eine zweckentsprechende Festigkeit und Haltbarkeit gegenüber den Einflüssen der Atmosphäre, des Erdbodens, des Wassers oder gegenüber den beim Verlegen auftretenden Zugkräften verleiht.
Die in der Starkstromtechnik eingesetzten Kabel haben üblicherweise einen elektrischen Leiter aus verseilten Metalldrähten, welche aus einem plastisch gut verformbaren Metall bestehen. Diese Leiter sind durch Gummi, Kunststoff oder öldurchtränktes Papier isoliert.
Es ist bekannt, Stossverbindungen von zwei elektrischen Leitern eines Kabels mittels einer plastisch verformbaren Verbindungshülse mit grosser Zugfestigkeit zu verbinden. Die beiden Enden der elektrischen Leiter werden in die Hülse eingeführt und diese mittels einer hydraulischen Presse plastisch verformt. Diese in bezug auf den Leiterquerschnitt abstehenden, bekannten Verbindungshülsen haben zur Folge, dass im fertigen Kabel wenigstens der innere Halbleiter und das Isolationsmaterial lokal nach aussen geführt werden müssen. Dadurch entsteht auch in Längsrichtung eine Spannungsbelastung, was sich ungünstig auswirkt.
Der Erfinder hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Herstellung einer Stossverbindung und eine Verbindungshülse zu deren Herstellung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher Stossverbindung die Spannungsbelastung in Längsrichtung im Bereich der Verbindungshülse und des übrigen Kabels etwa gleich ist. Dabei sollen weder die günstigen mechanischen und elektrischen Eigenschaften, noch die Wirtschaftlichkeit des Herstellungsverfahrens in nennenswertem Umfang betroffen werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss nach dem Kennzeichen von Patentanspruch 1 gelöst.
Der Übergang von der sich beim Pressen in Längsrichtung üblicherweise etwa 50% ausdehnenden Verbindungshülse zu den verseilten Einzeldrähten des elektrischen Leiters erfolgt mit einer Einengung, indem die unter die Hülse führenden Drähte in Richtung der Kabelachse zusammengedrückt sind.
Selbstverständlich werden ausser dem Verpressen keine weiteren Bearbeitungsschritte ausgeführt. Insbesondere wird der Aussendurchmesser der Verbindungshülse nicht mittels einer spanabhebenden Bearbeitung den Durchmesser des elektrischen Leiters angepasst.
Die Querschnittsfläche der Verbindungshülse und die Verfahrensparameter zum hydraulischen Strangpressen werden derart gewählt, dass die Querschnittsfläche der plastisch verformten Verbindungshülse derjenigen aller Einzeldrähte eines Leiters zusammen entspricht. Dadurch ist gewährleistet, dass der elektrische Strom durch die Verbindungsstelle fliessen kann, ohne diese über die maximal zulässige Dauertemperatur von 90 DEG Celsius zu erwärmen. Dies ist auch der Fall, wenn sich die Stirnseiten der Einzeldrähte der beiden elektrischen Leiter nicht oder nur teilweise berühren.
Obwohl sich als Isolationsmaterialien auch bei höchsten Spannungen zunehmend Kunststoffe durchsetzen, sind Spezialkabel mit besonderen Längskanälen für Medien, insbesondere \l oder Pressgas, noch durchaus üblich. Zur Verbindung von Leitern mit wenigstens einer Bohrung für den Mediendurchfluss wird an den Stossstellen je ein Stahlrohr in den/die Kanal/Kanäle gesteckt, welches die Stirnseiten der Verbindungshülse beidseitig überragt. Diese Stahlhülse darf durch die von der hydraulischen Presse ausgeübte Kraft nicht verformt werden, damit der Mediendurchfluss auch nach der Verbindung der beiden elektrischen Leiter gewährleistet ist.
Zur Herstellung der Stossverbindung wird die äusserste Lage von Einzeldrähten des elektrischen Leiters vorzugsweise etwas verkürzt, sodass in der Verbindungshülse nur die inneren Lagen der Einzeldrähte aneinanderstossen.
Die Einzeldrähte des elektrischen Leiters und die Verbindungshülse bestehen vorzugsweise aus Kupfer, einer Kupferlegierung, Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Wesentlich ist, dass die Einzeldrähte und die Verbindungshülse aus dem gleichen Metall bestehen. Durch das Pressen verschweissen die Hülse und die Einzeldrähte zu einer im Schnitt makroskopisch betrachtet homogenen Masse.
Die zur Herstellung der Stossverbindung verwendete Verbindungshülse ist erfindungsgemäss gekennzeichnet durch eine querschnittsverengende Abstufung in der Bohrung.
Damit die zu verbindenden elektrischen Leiter gleich weit in die Verbindungshülse eingeführt werden können, ist die Abstufung bevorzugt gleich weit von den Stirnseiten der Hülse entfernt. Die Abstufung wird vorzugsweise durch eine in bezug auf den Durchmesser kleinere Bohrung erreicht, welche mit der nicht verengten Bohrung der Verbindungshülse koaxial verläuft. Die Abstufung ist zweckmässig so gross, dass sie dem Durchmesser eines Einzeldrahtes entspricht.
Im Rahmen der Erfindung liegt vorzugsweise auch eine treppenförmige Abstufung in der Bohrung der Verbindungshülse, wobei die Einzeldrähte der einzuführenden elektrischen Leiter entsprechend verkürzt werden.
Die Stirnseiten der Abstufung haben von der Längsmitte der Hülse vorzugsweise wenigstens den gleichen Abstand, um den die äusserste Lage der Einzeldrähte der elektrischen Leiter verkürzt ist. Falls diese beiden Abstände gleich sind, stossen die Stirnseiten der inneren Lagen der Einzeldrähte aufeinander. Falls die erwähnten Abstufungen jedoch etwas weiter von der Längsmitte entfernt sind, beispielsweise 0,5-2 mm, sind die inneren Drahtlagen entsprechend weit voneinander entfernt.
Die beiden Flächen der Stirnseiten der Verbindungshülse verlaufen vorzugsweise - in Richtung der Abstufung - konisch nach innen. Dadurch wird einerseits erreicht, dass die Einzeldrähte des elektrischen Leiters besser eingeführt werden können und andrerseits die Verletzungsgefahr der Einzeldrähte beim Verpressen geringer ist.
Die Zugfestigkeit der Verbindung der elektrischen Leiter kann noch erhöht werden, indem die nicht eingeengte Bohrung der Verbindungshülse aufgerauht, von Rillen durchsetzt oder mit Noppen oder dgl. versehen ist.
Schliesslich kann die Verbindungshülse, wenigstens im Be reich der nicht eingeengten Bohrung, mit einer duktilen, dünnen Schicht versehen sein, welche vorzugsweise aus Zinn oder Silber besteht.
Die mittels Kaltpressens plastisch verformte Verbindungshülse, welche mit dem nicht verformten Leiter im wesentlichen aussenbündig ist, bringt den bedeutenden Vorteil, dass in einem elektrischen Kabel an der Übergangsstelle keine Spannungsbelastung in Längsrichtung entsteht. Diesbezüglich ist also kein Unterschied zwischen dem elektrischen Leiter und dessen Verbindungsstelle zum nächsten Leiter feststellbar.
Die erfindungsgemäss hergestellte Stossverbindung weist alle positiven Eigenschaften der bisher üblichen Lösungen mit einer abstehenden Verbindungshülse auf. Alle für Starkstromkabel üblichen Leiterquerschnitte, in der Praxis ab etwa 50 mm<2>, können eingesetzt werden.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 die Ansicht einer Stossverbindung von zwei elektrischen Leitern eines Starkstromkabels,
Fig. 2 eine aufgeschnittene Verbindungshülse vor dem Verpressen,
Fig. 3 eine aufgeschnittene Ansicht einer Stossverbindung von zwei elektrischen Leitern,
Fig. 4 eine aufgeschnittene Ansicht einer Stossverbindung mit eingelegtem Stahlrohr,
Fig. 5 einen Querschnitt durch ein Hochspannungs-Spezialkabel mit einem ölgefüllten Kanal, ausserhalb des Bereichs der Verbindungshülse, und
Fig. 6 einen Querschnitt wie in Fig. 5 im Bereich der Verbindungshülse.
Die in Fig. 1 dargestellte Stossverbindung von zwei verseilten elektrischen Leitern 10 haben den gleichen Aussendurchmesser D und bestehen aus Einzeldrähten 12. Die Enden der beiden Leiter sind mit einer Verbindungshülse 14, die in einer hydraulischen Presse plastisch verformt worden ist, verbunden. Die verpresste Verbindungshülse hat den gleichen Aussendurchmesser D wie die beiden unverpressten elektrischen Leiter. An beiden Stirnseiten der Verbindungshülse ist die Einschnürung der verseilten elektrischen Leiter sichtbar, welche im Bereich der Hülse untereinander und mit dieser verschweisst sind. Die elektrischen Leiter 10 und die Verbindungshülse 14 bestehen aus Kupfer.
Fig. 2 zeigt eine Verbindungshülse 14 vor dem Verpressen. Eine in bezug auf die Längsachse L der Hülse koaxiale, querschnittsverengende Abstufung 18 hat von den Stirnseiten 16 den gleichen Abstand. Die nicht eingeengte Bohrung der Hülse ist mit spiralförmig verlaufenden Rillen 20 ausgestattet, welche geeignet sind, die Zugfestigkeit der mit der Verbindungshülse hergestellten Stossverbindung zu erhöhen. Aus beiden Stirnseiten ist ein mit einem Winkel von 45 DEG nach innen konisch verlaufende Fläche 22 ausgespart. Bei bekannten Verbindungshülsen ist die Stirnfläche im Gegensatz dazu sich nach aussen ausweitend ausgebildet.
Fig. 3 zeigt zwei verseilte elektrische Leiter 10, bei welchen die äusserste Lage von Einzeldrähten um die Länge e gekürzt ist. Vor dem Verpressen hat die Verbindungshülse 14 eine querschnittsverengende Abstufung 18, bei welcher die Stufenhöhe a dem Durchmesser eines Einzeldrahtes entspricht. Die Stirnseiten der Abstufung haben von der Längsmitte M den Abstand f. Dieser Abstand f ist etwa 1 mm grösser als die Länge e der Verkürzung der äusseren Lage der Einzeldrähte. Werden die beiden elektrischen Leiter 10 bis zum Anschlag der verkürzten äussersten Lage der Drähte an der Abstufung 18 gestossen, so haben die inneren Drähte einen Abstand von etwa 2 mm.
In Fig. 4 sind zwei in eine Verbindungshülse 14 gestossene elektrische Leiter 10 dargestellt, welche einen ölgefüllten Kanal 24 haben. In diesen Kanal der beiden elektrischen Leiter ist ein verbindendes Stahlrohr 26 eingeschoben, welches beidseits über die Stirnseiten 16 der Verbindungshülse 14 hinausragt, wenigstens so weit, wie sich die Hülse in Längsrichtung verformt. Die Bohrung 28 des beim Verpressen der Verbindungshülse 14 nicht deformierten Stahlrohrs 26 gewährleistet einen ungehinderten Durchfluss des \ls. Im übrigen unterscheidet sich die Ausführungsform von Fig. 4 nicht von derjenigen von Fig. 3. Die Verbindungshülse 14 hat nach dem Verpressen mit einer hydraulischen Presse den Aussendurchmesser D.
In Fig. 5 ist der Aufbau eines Hochspannungskabels ausserhalb der Verbindungshülse dargestellt. Von innen nach aussen ist der ölgefüllte Kanal 24, von einer Stützspirale 40 begrenzt, der verseilte elektrische Leiter 10 mit den Einzeldrähten 12, der innere Halbleiter 30, der Isolator 32, der äussere Halbleiter 34, der Bleimantel 42 und der als Feuchtigkeitssperre ausgebildete äussere Mantel 36 zu erkennen.
In Fig. 6, einem Querschnitt durch den Bereich der Verbindungshülse 14 ist ein nicht verformbares Stahlrohr 26 in den ölgefüllten Kanal eingelegt, welches Rohr eine kreisrunde Bohrung 28 hat. In radialer Richtung ausserhalb des Stahlrohrs sind die ehemaligen Einzeldrähte des verseilten elektrischen Leiters und die Verbindungshülse zu einem makroskopisch homogenen Block 38 verschweisst, welcher den gleichen Durchmesser D wie der elektrische Leiter 10 von Fig. 5 hat. Der Kabelaufbau ausserhalb des makroskopisch homogenen Blocks entspricht Fig. 5.
The invention relates to a method for producing a butt connection of two electrical conductors of a cable, in particular a power cable, by means of a plastically deformable connecting sleeve, which conductors consist of plastically easily deformable individual wires and with the front ends in the connecting sleeve made of the same metal as that Wires are arranged. The invention further relates to the connecting sleeve for producing the butt connection.
The electrical conductors of cables consist of single or multi-core electrical cables with a complete insulation layer. This layer isolates the cables from each other as well as from the environment. The cables can also be provided with an external reinforcement, which gives them appropriate strength and durability against the influences of the atmosphere, the ground, the water or against the tensile forces occurring during installation.
The cables used in heavy current technology usually have an electrical conductor made of stranded metal wires, which consist of a plastic that is easily deformable. These conductors are insulated with rubber, plastic or oil-soaked paper.
It is known to connect butt joints of two electrical conductors of a cable by means of a plastically deformable connecting sleeve with great tensile strength. The two ends of the electrical conductors are inserted into the sleeve and this is plastically deformed by means of a hydraulic press. These known connecting sleeves which protrude with respect to the conductor cross-section have the consequence that in the finished cable at least the inner semiconductor and the insulation material have to be routed locally to the outside. This creates a stress load in the longitudinal direction, which has an unfavorable effect.
The inventor has therefore set himself the task of creating a method for producing a butt joint and a connecting sleeve for its manufacture of the type mentioned at the outset, in which butt joint the tension load in the longitudinal direction in the area of the connecting sleeve and the rest of the cable is approximately the same. Neither the favorable mechanical and electrical properties, nor the economy of the manufacturing process should be affected to any significant extent.
The object is achieved according to the characterizing part of patent claim 1.
The transition from the connecting sleeve, which usually expands about 50% in the longitudinal direction, to the stranded individual wires of the electrical conductor takes place with a constriction by the wires leading under the sleeve being compressed in the direction of the cable axis.
Of course, no further processing steps apart from pressing are carried out. In particular, the outside diameter of the connecting sleeve is not adapted to the diameter of the electrical conductor by means of machining.
The cross-sectional area of the connecting sleeve and the process parameters for hydraulic extrusion are selected such that the cross-sectional area of the plastically deformed connecting sleeve corresponds to that of all the individual wires of a conductor together. This ensures that the electrical current can flow through the connection point without heating it above the maximum permissible continuous temperature of 90 ° Celsius. This is also the case if the end faces of the individual wires of the two electrical conductors do not touch or only partially touch.
Although plastics are increasingly being used as insulation materials even at the highest voltages, special cables with special longitudinal channels for media, in particular \ l or pressurized gas, are still quite common. To connect conductors with at least one hole for the media flow, a steel tube is inserted into the channel (s) at the abutment points, which projects beyond the end faces of the connecting sleeve on both sides. This steel sleeve must not be deformed by the force exerted by the hydraulic press, so that the media flow is guaranteed even after the two electrical conductors have been connected.
To produce the butt connection, the outermost layer of individual wires of the electrical conductor is preferably shortened somewhat, so that only the inner layers of the individual wires abut one another in the connecting sleeve.
The individual wires of the electrical conductor and the connecting sleeve preferably consist of copper, a copper alloy, aluminum or an aluminum alloy. It is essential that the individual wires and the connecting sleeve are made of the same metal. By pressing, the sleeve and the individual wires are welded to a macroscopically homogeneous mass when viewed in section.
According to the invention, the connecting sleeve used to produce the butt connection is characterized by a cross-sectional constriction in the bore.
So that the electrical conductors to be connected can be inserted equally far into the connecting sleeve, the gradation is preferably equally far away from the end faces of the sleeve. The gradation is preferably achieved by a smaller bore with respect to the diameter, which runs coaxially with the non-narrowed bore of the connecting sleeve. The gradation is expediently so large that it corresponds to the diameter of a single wire.
Within the scope of the invention there is preferably also a step-like gradation in the bore of the connecting sleeve, the individual wires of the electrical conductors to be inserted being shortened accordingly.
The end faces of the gradation are preferably at least the same distance from the longitudinal center of the sleeve by which the outermost position of the individual wires of the electrical conductors is shortened. If these two distances are the same, the end faces of the inner layers of the individual wires meet. However, if the above-mentioned gradations are somewhat further from the longitudinal center, for example 0.5-2 mm, the inner wire layers are correspondingly far apart.
The two surfaces of the end faces of the connecting sleeve preferably run conically inwards in the direction of the gradation. On the one hand, this ensures that the individual wires of the electrical conductor can be inserted better and, on the other hand, the risk of injury to the individual wires when pressing is lower.
The tensile strength of the connection of the electrical conductors can be increased further by roughening the non-restricted bore of the connecting sleeve, penetrating it with grooves or providing it with knobs or the like.
Finally, the connecting sleeve, at least in the region of the non-restricted bore, can be provided with a ductile, thin layer, which preferably consists of tin or silver.
The connecting sleeve plastically deformed by means of cold pressing, which is essentially flush with the undeformed conductor, has the significant advantage that there is no longitudinal stress in the electrical cable at the transition point. In this regard, there is no difference between the electrical conductor and its connection point to the next conductor.
The butt joint produced according to the invention has all the positive properties of the previously customary solutions with a projecting connecting sleeve. All conductor cross-sections common for power cables, in practice from about 50 mm <2>, can be used.
The invention is explained in more detail with reference to the drawing. They show schematically:
1 is a view of a butt connection of two electrical conductors of a power cable,
2 shows a cut-open connecting sleeve before pressing,
3 shows a cutaway view of a butt connection of two electrical conductors,
4 is a cutaway view of a butt joint with an inserted steel tube,
Fig. 5 shows a cross section through a high-voltage special cable with an oil-filled channel, outside the area of the connecting sleeve, and
Fig. 6 shows a cross section as in Fig. 5 in the region of the connecting sleeve.
The butt connection shown in FIG. 1 of two stranded electrical conductors 10 have the same outside diameter D and consist of individual wires 12. The ends of the two conductors are connected to a connecting sleeve 14 which has been plastically deformed in a hydraulic press. The pressed connection sleeve has the same outer diameter D as the two unpressed electrical conductors. The constriction of the stranded electrical conductors, which are welded to one another and to the latter in the region of the sleeve, is visible on both end faces of the connecting sleeve. The electrical conductor 10 and the connecting sleeve 14 are made of copper.
Fig. 2 shows a connecting sleeve 14 before pressing. A step 18 that is coaxial with respect to the longitudinal axis L of the sleeve and that narrows in cross section has the same distance from the end faces 16. The non-restricted bore of the sleeve is equipped with spiral grooves 20, which are suitable for increasing the tensile strength of the butt joint produced with the connecting sleeve. A surface 22 tapering inwards with an angle of 45 ° is recessed from both end faces. In contrast, in known connecting sleeves, the end face is designed to expand outwards.
Fig. 3 shows two stranded electrical conductors 10, in which the outermost layer of individual wires is shortened by the length e. Before the pressing, the connecting sleeve 14 has a step 18 that narrows the cross section, in which the step height a corresponds to the diameter of a single wire. The end faces of the gradation have the distance f from the longitudinal center M. This distance f is approximately 1 mm greater than the length e of the shortening of the outer position of the individual wires. If the two electrical conductors 10 are pushed as far as the shortened outermost layer of the wires on the step 18, the inner wires are at a distance of about 2 mm.
4 shows two electrical conductors 10 pushed into a connecting sleeve 14, which have an oil-filled channel 24. A connecting steel tube 26 is inserted into this channel of the two electrical conductors and projects on both sides beyond the end faces 16 of the connecting sleeve 14, at least as far as the sleeve deforms in the longitudinal direction. The bore 28 of the steel tube 26 which is not deformed when the connecting sleeve 14 is pressed ensures an unimpeded flow of the oil. Otherwise, the embodiment of FIG. 4 does not differ from that of FIG. 3. The connecting sleeve 14 has the outer diameter D after the pressing with a hydraulic press.
5 shows the construction of a high-voltage cable outside the connecting sleeve. From the inside out, the oil-filled channel 24 is delimited by a support spiral 40, the stranded electrical conductor 10 with the individual wires 12, the inner semiconductor 30, the insulator 32, the outer semiconductor 34, the lead jacket 42 and the outer jacket designed as a moisture barrier 36 to recognize.
6, a cross section through the area of the connecting sleeve 14, a non-deformable steel tube 26 is inserted into the oil-filled channel, which tube has a circular bore 28. The former individual wires of the stranded electrical conductor and the connecting sleeve are welded in a radial direction outside the steel tube to form a macroscopically homogeneous block 38 which has the same diameter D as the electrical conductor 10 from FIG. 5. The cable structure outside the macroscopically homogeneous block corresponds to FIG. 5.